Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu góp phần hoàn thiện công tác đảm bảo và kiểm soát chất lượng thi công mặt đường bê tông nhựa chặt ở Việt Nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (11.37 MB, 197 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
ĐỒNG XUÂN TRƯỜNG
NGHIÊN CỨU GÓP PHẦN HOÀN THIỆN CÔNG TÁC ĐẢM BẢO
VÀ KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG THI CÔNG LỚP MẶT ĐƯỜNG
BÊ TÔNG NHỰA CHẶTỞ VIỆT NAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội, 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
-------------------------------
ĐỒNG XUÂN TRƯỜNG
NGHIÊN CỨU GÓP PHẦN HOÀN THIỆN CÔNG TÁC ĐẢM BẢO
VÀ KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG THI CÔNG LỚP MẶT ĐƯỜNG
BÊ TÔNG NHỰA CHẶTỞ VIỆT NAM
Ngành
: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Mã số
: 9.58.02.05
Chuyên ngành
: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1: PGS.TS Bùi Ngọc Toàn
2: PGS.TS Nguyễn Quang Phúc
Hà Nội, 2018
ii
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận án, tác giả trân trọng cảm ơn các cơ quan đã tạo mọi điều
kiện giúp đỡ: Khoa Công trình; phòng Đào tạo Sau đại học; Phòng Khoa học; Bộ
môn Đường bộ; Bộ môn Vật liệu xây dựng; Phòng thí nghiệm Đường bộ; Trung
tâm Khoa học công nghệ Trường Đại học Giao thông vận tải; Phòng thí nghiệm
trọng điểm 1, Viện khoa học công nghệ GTVT; Các Phòng thí nghiệm công trình
thuộc (Công ty : ACC, TV kiểm định ALPHA, Minh Sơn, Sơn Hải, TV XD Hải
kim, ĐH CN GTVT).
Bằng những tình cảm chân thành nhất, tác giả vô cùng cảm ơn PGS.TS. Bùi
Ngọc Toàn, PGS.TS Nguyễn Quang Phúc, những người Thầy đã định hướng, tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên cả về chuyên môn và kinh phí trong quá trình
thực hiện luận án. Cảm ơn PGS.TS Trần Thị Kim Đăng đã đọc luận án và cung cấp
thêm nhiều thông tin, tài liệu thiết thực. Cảm ơn các thầy, cô giáo bộ môn Đường
bộ, các cán bộ, nhân viên phòng thí nghiệm Vật liệu xây dựng, các phòng thí
nghiệm.
Tác giả chân thành cảm ơn, PGS.TS Lã Văn Chăm, TS. Nguyễn Quang
Tuấn, NCS Trần Danh Hợi và rất nhiều những người bạn thân thiết đã nhận xét, góp
ý, tìm kiếm và cung cấp nhiều tài liệu quý giá từ các trường Đại học châu Âu,
Trung Quốc.
Luận án không thể hoàn thành nếu thiếu sự giúp đỡ về số liệu, vật liệu và
thiết bị thí nghiệm của: Viện KHCN GTVT, Trường ĐH GTVT phân viện TPHCM,
Cienco1,8; Cienco5, TCT Trường sơn, Tổng công ty PT đường cao tốc Việt Nam
(VEC), PMU3, Công ty PETRO Việt Nam…
Cảm ơn gia đình và bạn bè, những người thân luôn bên tôi.
Hà Nội, 01/2019
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tác giả luận án
NCS. Đồng Xuân Trường
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii
MỤC LỤC.............................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... xi
DANH MỤC HÌNH VẼ ...................................................................................... xiii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
Chương 1: TỔNG QUAN CÔNG TÁC ĐẢM BẢO VÀ KIỂM SOÁT CHẤT
LƯỢNG THI CÔNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA CHẶT ........................ 5
1.1 Những khái niệm chung .................................................................................. 5
1.1.1 Chất lượng ...................................................................................................... 5
1.1.2 Quản lý chất lượng ......................................................................................... 5
1.1.3 Đảm bảo chất lượng ........................................................................................ 6
1.1.4 Kiểm soát chất lượng ...................................................................................... 7
1.1.5 Mức chấp nhận chất lượng .............................................................................. 8
1.2 Đảm bảo chất lượng thi công thông qua các mức - tiêu chuẩn ...................... 9
1.2.1 Các mức quy định tiêu chuẩn đảm bảo chất lượng thi công mặt đường ........... 9
1.2.2 Một số tiêu chuẩn thi công mặt đường bê tông nhựa chặt trên thế giới .......... 15
1.2.3 Một số tiêu chuẩn thi công mặt đường bê tông nhựa ở Việt Nam .................. 20
1.3 Các loại rủi ro trong thi công dự án đường bộ khi thanh toán.................... 23
1.4. Hệ số thanh toán PF thi công bê tông nhựa ................................................. 25
1.4.1 Áp dụng hệ số thanh toán PF ở Việt Nam trong thời gian gần đây: ............... 25
1.4.2 Áp dụng hệ số thanh toán PF ở Hoa kỳ: ........................................................ 28
1.5. Những nghiên cứu phân tích ảnh hưởng các thông số kỹ thuật đến chất
lượng lớp bê tông nhựa và phát triển QRSS ...................................................... 29
iv
1.6 Phân tích công tác thi công BTN các dự án .................................................. 31
1.7 Những nghiên cứu QC/QA thi công bê tông nhựa trên thế giới .................. 32
1.8 Những nghiên cứu đảm bảo và kiểm soát chất lượng thi công mặt đường bê
tông nhựa ở Việt Nam ......................................................................................... 35
1.9 Những vấn đề tồn tại luận án cần giải quyết ................................................ 38
1.10 Mục tiêu và nội dung của đề tài nghiên cứu ............................................... 38
1.10.1 Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................... 38
1.10.2 Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 39
1.11 Phương pháp nghiên cứu............................................................................. 40
Chương 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC SUẤT THỐNG KÊ
TRONG CÔNG TÁC ĐẢM BẢO VÀ KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG BTN .... 41
2.1 Quá trình thực hiện theo thời gian ............................................................... 41
2.2 Kiểm soát quá trình bằng biểu đồ kiểm tra .................................................. 44
2.2.1 Các đồ thị kiểm soát quá trình:...................................................................... 44
2.2.2 Các loại kiểm tra dùng trong đồ thị kiểm soát: .............................................. 45
2.2.3 Các biểu đồ kiểm soát áp dụng trong thi công ............................................... 47
2.3 Phương pháp mô phỏng Monte Carlo .......................................................... 51
2.4 Nghiên cứu sử dụng thiết bị không phóng xạ không phá hủy-Troxler kiểm
soát độ chặt đầm nén bê tông nhựa nóng hiện trường ....................................... 53
2.4.1 Sự cần thiết phải áp dụng phương pháp không phá hủy ................................. 53
2.4.2 Đề xuất trình tự đo độ chặt bằng thiết bị không phá hủy, không phóng xạ .... 54
2.4.3 Đánh giá, đề xuất độ chặt thi công bê tông nhựa chặt .................................... 56
2.4.4 Thiết bị đo độ chặt Troxler Model 2701-B Plus ............................................ 57
2.4.5 Kiểm soát độ đồng đều thi công bê tông nhựa chặt một số dự án .................. 59
2.4.6 Những nhận xét, kiến nghị khi sử dụng phương pháp thống kê đánh giá độ
chặt bằng thiết bị không phóng xạ Troxler ............................................................. 64
v
2.5 Nghiên cứu thí nghiệm liên phòng đề xuất giới hạn độ chụm của độ ổn định
và độ dẻo Marshall ở Việt Nam .......................................................................... 64
2.5.1 Cơ sở lý thuyết độ chụm của kết quả thí nghiệm ........................................... 65
2.5.2 Nghiên cứu thực nghiệm xác định độ chụm .................................................. 70
2.5.3 Những nhận xét, kiến nghị khi sử dụng phương pháp thống kê xác định giới
hạn độ chụm thí nghiệm Marshall .......................................................................... 75
2.6 Nhận xét, kết luận chương ............................................................................ 76
Chương 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG
ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG KHAI THÁC MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA Ở
VIỆT NAM .......................................................................................................... 77
3.1 Nghiên cứu mức độ biến động của các chỉ tiêu cơ bản khi thi công ............ 77
3.1.1 Độ lệch chuẩn và nghiên cứu độ lệch chuẩn các thông số khi thi công bê tông
nhựa ...................................................................................................................... 77
3.1.2 Phương pháp nghiên cứu và trình tự tính toán ............................................... 79
3.1.3 Kết quả giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của các thông số BTNC19;
BTNC12.5 ............................................................................................................. 80
3.1.4 So sánh độ lệch chuẩn tính toán ở Việt Nam với các nghiên cứu ở Mỹ ......... 83
3.1.5 Nhận xét ....................................................................................................... 84
3.2 Sử dụng phần mềm QRSS đánh giá ảnh hưởng của đảm bảo và kiểm soát
chất lượng đến đặc trưng khai thác kết cấu mặt đường mềm ........................... 85
3.2.1 Nguyên lý và cấu trúc của phần mềm QRSS ................................................. 85
3.2.2 Thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa ...................................................................... 85
3.2.3 Hệ số thanh toán thông qua đặc trưng khai thác ............................................ 87
3.2.4 Phương trình Witczak xác định E*................................................................ 88
3.2.5 Nhiệt độ có hiệu Teff ..................................................................................... 89
3.2.6 Tính toán số ESAL tích lũy ........................................................................... 91
3.2.7 Tần số tác dụng của tải trọng theo chiều sâu ................................................. 91
vi
3.2.8 Xác định độ lệch chuẩn của các biến số đầu vào ........................................... 93
3.2.9 Tổng hợp các biến số đầu vào và ma trận ảnh hưởng đến đặc trưng khai thác
kết cấu mặt đường ................................................................................................. 94
3.2.10 Dự báo tuổi thọ phục vụ .............................................................................. 95
3.2.11 Quyết định hệ số thanh toán PF (pay factor) ............................................... 97
3.3 Phân tích QRSS cho dự án thực tế ................................................................ 99
3.4 Nhận xét, kết luận chương .......................................................................... 101
Chương 4: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT HỆ SỐ THANH TOÁN TỔNG HỢP ĐỂ
KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG THI CÔNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA
CHẶT Ở VIỆT NAM ........................................................................................ 102
4.1. Các công thức xác định hệ số thanh toán PF (Pay factor) ........................ 102
4.1.1. Thiết lập mức giới hạn trên và giới hạn dưới:............................................. 102
4.1.2 Tính toán phần trăm giới hạn PWL: ............................................................ 104
4.1.3 Xác định hệ số PF: ...................................................................................... 106
4.2. Xây dựng hệ số thanh toán tổng hợp ở Việt Nam ..................................... 106
4.2.1 Xác định các thông số cần kiểm soát và trọng số tính CPF .......................... 106
4.2.2 Mật độ thí nghiệm kiểm soát ....................................................................... 110
4.2.3 Xác định giới hạn trên (USL), dưới (LSL) và phần trăm giới hạn (PWL) .... 112
4.2.4 Trình tự tính toán hệ số thanh toán tổng hợp (CPF)..................................... 113
4.3 Kiểm nghiệm, đánh giá hệ số thanh toán CPF một số dự án thực tế ........ 114
4.3.1 Kiểm nghiệm một số dự án: ........................................................................ 114
4.3.2 Đánh giá hệ số thanh toán tổng hợp (CPF) qua kiểm nghiệm thực tế: ......... 122
4.4 Nhận xét, kết luận chương .......................................................................... 122
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 123
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... xv
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ................................................. xxii
PHỤ LỤC .......................................................................................................... xxiii
vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
AQL
Mức chấp nhận chất lượng (Acceptable Quality Level)
AASHTO
Tiêu chuẩn thi công cầu đường bộ của Hiệp hội Quốc gia về đường
bộ và vận tải Hoa kỳ (American Association of State Highway and
Transportation Officials)
ASTM
Hệ thống tiêu chuẩn của Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ
(American Society for Testing and Materials)
BGTVT
Bộ giao thông vận tải
BTN
Bê tông nhựa
BTNC
Bê tông nhựa chặt
CL
Đường trung tâm (Center Line)
CPF
Hệ số thanh toán tổng hợp (combined pay factor)
CTGT
Công trình giao thông
ESAL
Số trục xe tích lũy
ESALo
Số trục xe thông qua một ngày đêm ở năm đầu
FAA
Cục Hàng không Liên bang Mỹ (Federal Aviation Administration)
FHWA
Cục đường bộ liên bang Hoa kỳ (Federal Highway Administration)
Gmb
Tỷ trọng khối của hỗn hợp BTN đã đầm
Gmm
Tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTN
GTVT
Giao thông vận tải
HMA
Phương pháp thiết kế thành phần bê tông nhựa trộn nóng theo thể tích
bằng phương pháp SuperPave
IRI
Hệ số độ bằng phẳng
ISO
Hệ thống quản lý chất lượng (Quality Mannagement System)
viii
JMF
Công thức thiết kế hỗn hợp (Job Mix Formula)
JICA
Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (The Japan International
Cooperation Agency)
JTG
Quy phạm kỹ thuật thi công mặt đường Trung Quốc
K
Hệ số lu lèn hay hệ số đầm nén
KHCN
Khoa học công nghệ
LCC
Chi phí vòng đời mong muốn
LCCA
Chi phí vòng đời
LCL
Đường bên dưới (Lower Control Limit)
LSL
Giới hạn dưới cho phép (Lower Specification Limits)
LWL
Giới hạn cảnh báo dưới (Lower Warning Limit)
MAAT
Nhiệt độ không khí trung bình hàng năm
MEPDG
Phương pháp cơ học thực nghiệm
MS
Phương pháp tiêu chuẩn kỹ thuật (Method Specifications)
MSCR
Phương pháp từ biến lặp đàn hồi
NCHRP
Chương trình hợp tác nghiên cứu đường bộ quốc gia Hoa kỳ
(National Cooperative Highway Research Program)
ERS
Tiêu chuẩn kết quả cuối cùng (End-Result Specifications)
OC
Đường cong đặc tính hoạt động (operating characteristic curve)
PBS
Tiêu chuẩn kỹ thuật nền tảng của chất lượng khai thác (PerformanceBased Specifications)
PBS
Yêu cầu kỹ thuật làm nền tảng cho chất lượng khai thác
(Performance-Based Specifications)
PLD
Chênh lệch tuổi thọ (Predicted Life Defference)
ix
PF
Hệ số thanh toán (Pay Factor)
PFD
Hệ số thanh toán độ chặt đầm nén
PFVa
Hệ số thanh toán độ rỗng dư
PFPb
Hệ số thanh toán hàm lượng nhựa
PFP200
Hê số thanh toán lượng lọt qua sang 0.075mm
PFP8
Hệ số thanh toán lượng lọt qua sang 2.36mm
PG
Mác nhựa đường (Performance Grade)
PGAB
Đặc tính khai thác (Performance Grade Asphalt Binder)
PLD
Chênh lệch tuổi thọ (Predicted Life Defference)
PL
Tuổi thọ dự báo (Predicted Life)
Pb
Hàm lượng nhựa
PRS
Tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến chất lượng khai thác
(Performance-Related Specifications)
PWL
Phần trăm giới hạn (Percent Within Limits)
PWLU
Phần trăm giới hạn trên
PWLL
Phần trăm giới hạn dưới
QA
Đảm bảo chất lượng (Quality Assurance)
QAS
Tiêu chuẩn kỹ thuật đảm bảo chất lượng (Quality Assurance
Specifications)
QC
Kiểm soát chất lượng (Quanlity control)
QĐ
Quyết định
QLDA
Quản lý dự án
QRSS
Phần mềm phân tích ảnh hưởng các thông số kỹ thuật đến chất lượng
x
lớp bê tông nhựa (Performance-Related Specification)
Q
U
Chỉ số chất lượng trên (Upper quality index)
QL
Chỉ số chất lượng dưới (Lower quality index)
RQL
Mức chất lượng loại bỏ (rejectable qaulity level)
SAC
Phân loại cốt liệu
SBS
Chất phụ gia (Styrene-Butadiene-Styrene)
SCB
Thí nghiệm uốn mỏi mẫu bán nguyệt
Sr
Độ lệch chuẩn
SPSS
Phần mềm xử lý số liệu thực nghiệm
SHRP
Chương trình Nghiên cứu chiến lược đường bộ (The Strategic
Highway Research Program)
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
TL
Tuổi thọ kỳ vọng (Target Life)
TVGS
Tư vấn giám sát
TGC
Đầm xoay Texas (Texas Gyratory Compactor)
UCL
Giới hạn kiểm soát bên trên (Upper Control Limit)
USL
Giới hạn trên (Upper Specification Limits)
Va
Độ rỗng dư
VFA
Độ rỗng lấp đầy nhựa
VMA
Độ rỗng cốt liệu
WPE
Phương trình Witczak-WPE
xi
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Dung sai cho phép ................................................................................. 17
Bảng 1.2: Hệ số thanh toán (Pay Factor) theo độ rỗng dư (Va) .............................. 17
Bảng 1.3: Hệ số thanh toán (Pay factor) các đặc tính của nhựa [37] ...................... 19
Bảng 1.4: Dung sai cho phép so với công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa........ 21
Bảng 1.5 Các hệ số thanh toán cơ bản của mỗi hạng mục [15] ............................... 26
Bảng 1.6: Dung sai một số hạng mục [15] ............................................................. 27
Bảng 1.7 Công tác đo đạc [15]............................................................................... 27
Bảng 1.8: Hệ số PF theo độ chặt đầm nén .............................................................. 29
Bảng 1.9:Ví dụ phân tích sai khác giữa QA và QC bang California [22]................ 34
Bảng 1.10: Sử dụng PWL trong QC& QA ở các bang nước Mỹ [47] ..................... 35
Bảng 2.1: Các hệ số để tính giới hạn dưới và giới hạn trên .................................... 49
Bảng 2.2: Chuẩn đánh giá độ chụm theo ASTM D6297 [68], AASHTO T245 [69]67
Bảng 2.3: Chuẩn đánh giá độ chụm theo EN 12697-34 [70] .................................. 67
Bảng 2.4: Các chỉ tiêu thiết kế chủ yếu của 2 loại BTN nghiên cứu ....................... 71
Bảng 2.5: Kết quả tính độ chụm ............................................................................ 73
Bảng 2.6: Độ chụm Marshall ở Việt Nam .............................................................. 74
Bảng 2.7: Trình tự đánh giá độ chụm của kết quả thí nghiệm Marshall .................. 75
Bảng 3.1: Xác định cỡ mẫu tối thiểu để xác định độ lệch chuẩn các thông số ........ 80
Bảng 3.2: Kết quả TT giá trị trung bình và độ lệch chuẩn các thông số .................. 81
Bảng 3.3: Độ lệch chuẩn ở Mỹ và so sánh với độ lệch chuẩn trung bình VN ......... 84
Bảng 3.4 Đặc trưng các vùng khí hậu [29] ............................................................. 90
Bảng 3.5 Thông số đầu vào QRSS [16] ................................................................. 94
Bảng 3.6: Kết quả phân tích thiết kế hỗn hợp BTN .............................................. 100
Bảng 4.1: Giá trị chỉ số chất lượng Q theo PWL và số mẫu n (trích) .................... 105
Bảng 4.2:Hệ số thanh toán PF tổng hợp ............................................................... 107
xii
Bảng 4.3: Các thông số cần kiểm soát của các bang nước Mỹ [47] ...................... 108
Bảng 4.4: Mật độ thí nghiệm đánh giá hệ số thanh toán PF [47] .......................... 111
Bảng 4.5:Tần suất và các chỉ tiêu xác định PWL [47] .......................................... 112
Bảng 4.6: Kiến nghị mức giới hạn USL và LSL .................................................. 113
Bảng 4.7: Kết quả tính toán hệ số điều chỉnh ....................................................... 115
Bảng 4.8: Kết quả tính toán hệ số điều chỉnh ....................................................... 117
Bảng 4.9: Kết quả tính toán hệ số điều chỉnh ....................................................... 119
Bảng 4.10: Kết quả tính toán hệ số điều chỉnh ..................................................... 121
xiii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Công tác đảm bảo chất lượng [43] ........................................................... 6
Hình 1.2: Các mức đảm bảo chất lượng bê tông nhựa [45] .................................... 15
Hình 1.3: Đường cong OC ..................................................................................... 24
Hình 1.4: Quá trình chấp nhận và hệ số điều chỉnh thanh toán ............................... 24
Hình 2.1:Xác định dạng phân bố chuẩn của độ chặt ............................................... 43
Hình 2.2: Khoảng tin cậy 95% (CI) và giá trị đặc trưng VFA (%) ......................... 43
Hình 2.3: Các loại kiểm tra dùng trong đồ thị kiểm soát ........................................ 45
Hình 2.4: Đồ thị kiểm soát hàm lượng nhựa .......................................................... 47
Hình 2.5: Đồ thị kiểm soát giá trị riêng lẻ VFA và khoảng trượt với n=4 ............... 51
Hình 2.6 a,b: Đo độ chặt bằng thiết bị Troxler ....................................................... 56
Hình 2.7: Ảnh máy Đo độ chặt Troxler Model 2701-B Plus .................................. 58
Hình 2.8: Đo độ chặt bằng máy Troxler Model 2701-B Plus ................................. 58
Hình 2.9: Kết quả hiệu chỉnh BTNC19 .................................................................. 60
Hình 2.10: Biểu đồ kiểm soát độ đồng đều của độ chặt BTNC19........................... 61
Hình 2.11: Kết quả hiệu chỉnh BTNC12.5 ............................................................. 62
Hình 2.12: Biểu đồ kiểm soát độ đồng đều của độ chặt BTNC12.5 ........................ 62
Hình 2.13: Kết quả hiệu chỉnh BTNC12.5 ............................................................. 63
Hình 2.14: Biểu đồ kiểm soát độ đồng đều của độ chặt BTNC12.5 ........................ 63
Hình 2.15: Minh họa độ chụm và độ chính xác ...................................................... 65
Hình 2.16: Thí nghiệm liên phòng (ĐHGTVT, Viện KHCN GTVT) ..................... 70
Hình 2.17: Thí nghiệm liên phòng (Công ty Sơn Hải, ACC) .................................. 70
Hình 2.18: Kết quả thí nghiệm tính độ chụm ......................................................... 72
Hình 2.19: Minh họa biểu đồ thống kê độ ổn định 40min BTNC19 ....................... 72
Hình 3.1: Xác định số mẫu .................................................................................... 78
Hình 3.2: Biểu đồ các thông số cơ bản BTNC19.................................................... 82
xiv
Hình 3.3: Sơ đồ tổng quát phần mềm QRSS .......................................................... 86
Hình 3.4:Sơ đồ chi tiết 2 khối phân tích của phần mềm QRSS............................... 87
Hình 3.5: Sơ đồ xác định tần số và thời gian tác dụng tải trọng.............................. 91
Hình 3.6: Sơ đồ xác định Leff và Zeff ...................................................................... 93
Hình 3.7: Sơ đồ phân tích chênh lệch tuổi thọ thiết kế và tuổi thọ thực tế .............. 96
Hình 3.8:Sơ đồ hệ số PF phạt/thưởng theo chênh lệch tuổi thọ PLD ...................... 97
Hình 3.9: Sơ đồ hệ số PF phạt/thưởng theo IRI0 của mỗi 0.1 dặm.......................... 98
Hình 3.10: Kết quả phân tích kết cấu bằng QRSS ................................................ 101
Hình 4.1: Ví dụ mức chất lượng chấp nhận AQL của hàm lượng nhựa ................ 103
1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề nghiên cứu
Với sự tăng trưởng nhanh của nền kinh tế và sự phát triển của khoa học, công nghệ,
kết cấu mặt đường bê tông nhựa ngày càng được sử dụng rộng rãi và là lựa chọn
hàng đầu cho đường cao tốc, đường cấp cao ở Việt Nam. Trong những năm qua, hệ
thống đường bộ Việt Nam đã và đang được cải tạo, nâng cấp, đầu tư xây dựng mới
cả về số lượng cũng như nâng cao về chất lượng và áp dụng tiêu chuẩn kỹ thuật cao
hơn. Hệ thống đường bộ Việt Nam đã góp phần quan trọng thúc đẩy các lĩnh vực
kinh tế, xã hội phát triển. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ về số lượng các công
trình hạ tầng GTVT ở Việt Nam thì số lượng các công trình không đáp ứng được
yêu cầu về chất lượng, mỹ thuật đã và đang đặt ra cho các nhà khoa học, nhà quản
lý cũng như các nhà thầu thi công một câu hỏi cần có sự trả lời thỏa đáng, đó là làm
thế nào để có thể đảm bảo và kiểm soát chất lượng công trình GTVT?
Hướng đi chất lượng đang là lựa chọn hợp lý cho các nhà thầu và những nhà quản
lý. Vì vậy, vấn đề quản lý chất lượng tổng thể trong quá trình thi công là vấn đề rất
được quan tâm hiện nay.
Trong công tác thi công đường, các lớp BTN là một hạng mục chiếm tỷ trọng lớn về
chi phí, ảnh hưởng lớn đến quá trình vận hành, khai thác sau này của công trình.
Kết cấu mặt đường bền vững và có chất lượng tốt trong vận hành, khai thác phụ
thuộc rất nhiều vào việc đảm bảo chất lượng thi công lớp mặt bê tông nhựa. Trong
thời gian gần đây, hiện tượng bong tróc, hằn lún vệt bánh xe đối với mặt đường
BTN chặt…đang là thách thức chưa có lời giải đối với chủ đầu tư cũng như nhà
thầu bởi chúng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả của chủ đầu tư, nhà thầu và nền kinh tế
đất nước.
Qui trình đảm bảo chất lượng thi công mặt đường BTN chặt đã và đang được rất
nhiều các nhà khoa học ở nhiều quốc gia quan tâm. Nhiều công trình nghiên cứu về
đề tài này được đăng trên các tạp chí khoa học hàng đầu trên thế giới, trong đó, có
cả các chỉ dẫn mang tính tổng quát nhất áp dụng chung cho qui trình đảm bảo và
kiểm soát chất lượng trong sản xuất, thi công BTN. Tuy nhiên, các nghiên cứu này
được đề xuất trên cơ sở phù hợp với điều kiện đặc thù cụ thể của từng quốc gia,
thông qua triển khai các dự án cụ thể, mà các qui trình đảm bảo chất lượng khác
nhau cho công tác thi công BTN dần được hoàn thiện. Các qui trình đảm bảo chất
lượng cũng cần phải xây dựng trên cơ sở phù hợp với trình độ quản lý, trình độ
2
chuyên môn của các kỹ sư, công nhân kỹ thuật và công nghệ thi công, cũng như
điều kiện giao thông, thể chế và luật của các quốc gia đó. Như vậy, để có thể tận
dụng các thành quả nghiên cứu chung của thế giới, chúng ta cần phải nghiên cứu
thêm các điều kiện có tính đặc thù ở Việt Nam, hoàn thiện qui trình đảm bảo chất
lượng thi công BTN chặt để đảm bảo rằng công trình làm ra có chất lượng và tuổi
thọ gần với dự kiến trong thiết kế. Các sai sót nếu có sẽ được phát hiện và sửa chữa
kịp thời ngay từ giai đoạn thi công
Ở Việt Nam hiện nay, do nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan nên chưa có
nhiều công trình nghiên cứu một cách toàn diện và hệ thống làm thế nào để có thể
đảm bảo chất lượng thi công mặt đường BTN chặt trong điều kiện thực tiễn ở Việt
Nam. Do vậy cần có những nghiên cứu, đầu tư có chọn lọc để Việt Nam có thể từng
bước tiếp cận các tiêu chuẩn hiện đại của các nước phát triển trên thế giới, từ đó có
thể tiếp thu, chuyển giao có chọn lọc các tiêu chuẩn, ứng dụng các nghiên cứu tiên
tiến của các nước phát triển đi trước, tiến tới xây dựng, hoàn chỉnh đồng bộ các bộ
tiêu chuẩn đảm bảo và kiểm soát chất lượng áp dụng trong điều kiện cụ thể ở Việt
Nam.
Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu góp phần hoàn thiện công tác đảm bảo
và kiểm soát chất lượng thi công mặt đường bê tông nhựa chặt ở Việt Nam” là cần
thiết, cấp bách có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, góp phần đáp ứng yêu cầu và
nhiệm vụ cấp thiết trong việc phát triển hạ tầng GTVT, đẩy nhanh quá trình công
nghiệp hóa, hiện đại hóa và phát triển đất nước.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của đề tài là phân tích những hạn chế của công tác đảm bảo chất lượng thi
công lớp mặt đường BTN chặt ở Việt Nam từ đó đề xuất bổ sung một số chỉ tiêu
vào tiêu chuẩn kỹ thuật thi công và nghiệm thu góp phần hoàn thiện qui trình đảm
bảo chất lượng trong thi công lớp mặt đường BTN chặt ở Việt Nam.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là công tác đảm bảo chất lượng thi công lớp bê
tông nhựa chặt trong kết cấu mặt đường mềm trên cơ sở các tiêu chuẩn, quy
chuẩn hiện hành.
Nghiên cứu các lớp vật liệu trong tầng mặt của kết cấu áo đường mềm BTNC19
và BTNC12.5 thiết kế hỗn hợp theo phương pháp Marshall sử dụng nhựa thông
3
thường 60/70.
3.2 Phạm vi nghiên cứu
Trong khuôn khổ luận án tiến sĩ chỉ tập trung nghiên cứu hoàn thiện công tác đảm
bảo chất lượng thi công lớp BTN chặt trong tầng mặt kết cấu mặt đường giao thông.
Các vấn đề liên quan tới việc nghiệm thu và chấp nhận sản phẩm hỗn hợp BTN chặt
thiết kế theo phương pháp Marshall sử dụng nhựa thông thường và ảnh hưởng của
công tác đảm bảo chất lượng tới đặc trưng khai thác và tuổi thọ của kết cấu mặt
đường mềm ở một số dự án đã triển khai.
Đối với các yếu tố khác ảnh hưởng đến công tác đảm bảo chất lượng thi công mặt
đường BTN chặt trong khuôn khổ luận án không nghiên cứu gồm: công tác thiết kế
hỗn hợp BTN, công nghệ sản xuất và thi công BTN, trình độ tay nghề công nhân,
năng lực quản lý của Nhà thầu, Chủ đầu tư, Luận án cũng không đi sâu phân tích về
thể chế, chính sách hay các điều kiện hợp đồng xây dựng.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
4.1 Ý nghĩa khoa học
Làm rõ được cơ sở khoa học, khả năng và đề xuất áp dụng phương pháp thống
kê trong đảm bảo chất lượng thi công lớp mặt đường bê tông nhựa theo thời
gian ở Việt Nam.
Phân tích được ảnh hưởng của hệ thống đảm bảo chất lượng tới chất lượng công
trình, từ đó có thể đề xuất, khắc phục các vấn đề còn tồn tại trong qui trình đảm
bảo chất lượng hiện hành.
Luận án bước đầu góp phần xây dựng hệ thống lý luận về quy trình đảm bảo chất
lượng thi công lớp mặt BTN.
4.2 Ý nghĩa thực tiễn
Đề xuất được giải pháp để hoàn thiện công tác đảm bảo chất lượng trong công tác
thi công BTN chặt, từ đó nâng cao được chất lượng công trình và tuổi thọ công
trình, làm giảm được các chi phí duy tu, sửa chữa và tiết kiệm ngân sách quốc gia
cũng như đảm bảo an toàn giao thông cho người tham gia giao thông do chất lượng
công trình được nâng cao.
Đề tài có tính ứng dụng trong bối cảnh hiện nay khi Đảng và Nhà nước ta đang chú
trọng đến xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông để phát triển đất nước. Bộ GTVT đang
4
định hướng từng bước hoàn thiện đồng bộ các tiêu chuẩn, quy trình đảm bảo chất
lượng thi công măt đường BTN chặt ở Việt Nam.
Đề tài góp phần giải quyết vấn đề kinh tế xã hội hiện nay vì góp phần giảm chi phí
trong thi công của Chủ đầu tư, Nhà thầu…Đóng góp giải pháp kỹ thuật để hạn chế,
xử lý hiện tượng hằn lún vệt bánh xe… cũng như chất lượng thi công các công trình
hạ tầng GTVT.
5. Cấu trúc của luận án
Đề tài bao gồm: Thuyết minh và Phụ lục
5.1 Thuyết minh:
Phần mở đầu
Chương 1: Tổng quan công tác đảm bảo và kiểm soát chất lượng thi công mặt
đường BTN chặt
Chương 2: Nghiên cứu phương pháp xác suất thống kê trong quy trình đảm bảo
chất lượng thi công mặt đường bê tông nhựa chặt ở Việt Nam
Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của đảm bảo chất lượng đến các đặc trưng
khai thác mặt đường bê tông nhựa.
Chương 4: Nghiên cứu đề xuất hệ số thanh toán tổng hợp để đảm bảo chất
lượng thi công mặt đường BTN chặt ở Việt Nam.
Phần kết luận và kiến nghị.
5.2 Phụ lục:
Các kết quả thí nghiệm;
Bảng tra các hệ số.
Danh mục các công trình đã công bố.
5
Chương 1
TỔNG QUAN CÔNG TÁC ĐẢM BẢO VÀ KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG
THI CÔNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA CHẶT
Chất lượng vừa là một cơ hội vừa là thách thức, nhu cầu của xã hội đối với dự án
đường bộ ngày càng cao, cần không ngừng cải tiến chất lượng công trình. Cải tiến
chất lượng là những hoạt động trong toàn bộ tổ chức nhằm nâng cao hiệu quả, hiệu
suất, tạo thêm lợi ích cho chủ đầu tư và cho toàn xã hội. Cải tiến chất lượng là nỗ
lực không ngừng nhằm duy trì, nâng cao hiệu quả dự án với nguyên tắc dự án sau
phải tốt hơn dự án trước. Chương 1 phân tích tổng quan những vấn đề cơ bản của
công tác đảm bảo và kiểm soát chất lượng thi công mặt đường bê tông nhựa chặt,
những nghiên cứu trên thế giới để đề xuất định hướng áp dụng ở Việt Nam.
1.1 Những khái niệm chung
1.1.1 Chất lượng
Chất lượng có thể được hiểu là mức độ hay cấp độ thỏa mãn yêu cầu của khách
hàng đối với sản phẩm.
Chất lượng công trình xây dựng là những yêu cầu về an toàn, bền vững, kỹ thuật và
mỹ thuật của công trình nhưng phải phù hợp với qui chuẩn và tiêu chuẩn xây dựng,
các qui định trong văn bản qui phạm pháp luật có liên quan và hợp đồng kinh tế. Có
nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng công trình xây dựng, trong đó có yếu tố cơ
bản nhất là năng lực quản lý (của chính quyền, của chủ đầu tư) và năng lực của các
nhà thầu tham gia các quá trình hình thành sản phẩm xây dựng.
1.1.2 Quản lý chất lượng
Quản lý chất lượng là quá trình xác định và quản trị các hoạt động cần thiết để đạt
được mục tiêu chất lượng của một tổ chức. Theo tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO,
quản lý chất lượng nhằm đề ra các chính sách, mục tiêu, trách nhiệm, thực hiện
bằng các biện pháp hoạch định chất lượng, kiểm soát chất lượng, cải tiến chất
lượng, đảm bảo chất lượng trong khuôn khổ một hệ thống.
Quản lý chất lượng bao gồm 3 thành phần hoạch định chất lượng, kiểm soát chất
lượng, và cải tiến chất lượng.
Đối với dự án xây dựng công trình đường bộ, quản lý chất lượng là tập hợp những
6
hoạt động của cơ quan, tổ chức quản lý thông qua các biện pháp như lập kế hoạch
chất lượng, kiểm tra chất lượng, đảm bảo chất lượng và cải tiến chất lượng công
trình. Khi thi công bê tông nhựa đảm bảo chất lượng đặc biệt nhấn mạnh trách
nhiệm sản xuất hỗn hợp bê tông nhựa nóng trong công tác đảm bảo chất lượng.
Điều này có nghĩa là nhà sản xuất phải triển khai các thí nghiệm về vật liệu thành
phần, theo dõi các kết quả thí nghiệm, đồng thời triển khai các công tác đảm bảo
chất lượng theo kế hoạch quản lý đã được phê duyệt.
1.1.3 Đảm bảo chất lượng
Đảm bảo chất lượng (Quanlity Assurance - QA) là toàn bộ các hoạt động có kế
hoạch và hệ thống, được tiến hành trong hệ thống chất lượng, chứng minh hệ thống
đủ mức cần thiết để tạo sự tin tưởng, sản phẩm thỏa mãn đầy đủ các yêu cầu chất
lượng. Theo tổ chức ISO, đảm bảo chất lượng là mọi hoạt động hoạch định, có tính
hệ thống, được thực hiện trong một hệ thống chất lượng, nhằm cung cấp niềm tin
đầy đủ rằng một tổ chức thực hiện đầy đủ các yêu cầu về chất lượng.
Thiết kế
Các kế hoạch và
tiêu chuẩn kỹ
Quy hoạch
Bảo trì
Đấu thầu
Thi công
Đảm bảo chất lượng
thi công
Quy trình kiểm
soát CL
Chủ đầu tư
chấp thuận
Hình 1.1: Công tác đảm bảo chất lượng [43]
Đảm bảo độc
lập
7
Có thể hiểu Hình 1.1 [43], Đảm bảo chất lượng là hệ thống bao gồm từ tổ chức thể
chế đến các văn bản pháp luật, các tiêu chuẩn qui trình, đến cơ cấu nhân sự trong
toàn bộ các khâu của chu trình thực hiện thi công và khai thác một công trình nói
chung và của công trình giao thông nói riêng. Đảm bảo chất lượng thi công được
thực hiện bởi hệ thống tổ chức quản lý chất lượng thực hiện dự án và hệ thống thể
chế quản lý chất lượng của Nhà nước
Đối với dự án xây dựng đường bộ, đảm bảo chất lượng là tất cả những hoạt động có
tính hệ thống và đã được lên kế hoạch để đảm bảo rằng công trình sẽ đáp ứng được
yêu cầu về chất lượng. Đảm bảo chất lượng là trách nhiệm của các cơ quan có thẩm
quyền. Các nhiệm vụ của công tác đảm bảo chất lượng bao gồm:
Kiểm tra lại sự đúng đắn và đầy đủ của các biên bản và biểu đồ kiểm soát chất
lượng trên công trường.
Quan sát các hoạt động kiểm soát chất lượng để tối thiểu hóa các sai sót. Kiểm
tra mẫu và thí nghiệm các mẫu so sánh.
Kiểm tra các hoạt động kiểm soát chất lượng của nhà thầu để đảm bảo làm đúng
với tiêu chuẩn kỹ thuật yêu cầu.
Lấy mẫu, thí nghiệm kiểm tra lại các thí nghiệm kiểm soát chất lượng của nhà
thầu. Tiến hành tăng thêm các thí nghiệm khi cần thiết để chấp nhận sự phù hợp
của các hoạt động kiểm soát chất lượng của nhà thầu.
Đảm bảo tính độc lập trong quá trình lấy mẫu và tiến hành thí nghiệm là một
đánh giá độc lập của tất cả các hoạt động lấy mẫu và thí nghiệm đã sử dụng.
1.1.4 Kiểm soát chất lượng
Kiểm soát chất lượng là quá trình nhằm duy trì một chuẩn mực. Quá trình kiểm soát
là một quá trình phản hồi, theo dõi đối tượng đang được kiểm soát, so sánh với các
chuẩn mực và hiệu chỉnh khi có sai lệch với chuẩn mực.
Kiểm soát chất lượng bao gồm các bước: Xác định đại lượng kiểm soát; Thiết lập
phép đo; Thiết lập mục tiêu chất lượng; Đo lường giá trị thực; So sánh tìm sai lệch;
Hiệu chỉnh theo sai lệch. Đại lượng kiểm soát là những tham số quan trọng. Đại
lượng kiểm soát bao gồm đại lượng kiểm soát mức độ kỹ thuật và đại lượng kiểm
8
soát mức độ quản lý. Một đại lượng mức độ kỹ thuật thể hiện một đặc tính chất
lượng của sản phẩm được yêu cầu đạt được ở mức độ mong muốn hay độ danh định
mong muốn. Các đặc tính chất lượng của sản phẩm thường rất khó giữ đồng nhất ở
giá trị danh định theo yêu cầu khách hàng do sự biến thiên bắt nguồn từ nguyên vật
liệu, máy móc thiết bị, con người.
Đối với dự án đường bộ, kiểm soát chất lượng là trách nhiệm chính của nhà thầu,
trách nhiệm này bao gồm các nhiệm vụ cơ bản sau:
Đảm bảo vật liệu thành phần của nhà thầu là đúng như trong thiết kế hỗn hợp;
Có đội ngũ nhân viên đủ kỹ thuật và được trang bị đầy đủ các kiến thức chuyên
môn;
Thực hiện tất cả các thí nghiệm thích hợp với bản liệt kê các vật liệu cần kiểm
tra để đảm bảo chất lượng sản phẩm;
Lưu trữ và cung cấp các biểu đồ, tài liệu kiểm soát chất lượng trên một căn cứ
có trước.
1.1.5 Mức chấp nhận chất lượng
Các đặc tính chất lượng được đánh giá qua các thông số kỹ thuật là giá trị mong
muốn của đặc tính chất lượng. Giá trị mong muốn này còn gọi là giá trị danh định
hay mục tiêu. Giá trị mục tiêu thường giới hạn trong một khoảng và chất lượng sản
phẩm được xem là không bị ảnh hưởng khi đặc tính chất lượng nằm trong khoảng
này, được giới hạn trong khoảng: Giới hạn trên (Upper specification limit - USL) và
giới hạn dưới (Lower specification limit - LSL). Khi một đặc tính không nằm trong
giới hạn cho phép, ta nói đặc tính không phù hợp. Sản phẩm có đặc tính không phù
hợp là sản phẩm không phù hợp, tuy nhiên, vẫn có thể sử dụng được. Một sản phẩm
là hư hỏng khi có những đặc tính không phù hợp nghiêm trọng đến mức không sử
dụng được.
Mức chất lượng chấp nhận - AQL (Acceptable Quality Level) là mức chất lượng
quá trình thấp nhất mà người tiêu dùng chấp nhận được.
Mức chất lượng chấp nhận AQL là thuộc tính quá trình sản xuất của nhà cung cấp.
9
Người tiêu dùng thiết kế phương pháp lấy mẫu kiểm định để có xác suất chấp nhận
ở mức chất lượng chấp nhận AQL cao. Mức chất lượng chấp nhận AQL không phải
là yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, cũng không phải là giá trị mục tiêu của quá trình,
mức chất lượng chấp nhận AQL chỉ là tiêu chuẩn để đánh giá lô hàng. Một kế
hoạch lấy mẫu có sai lầm bác bỏ một lô hàng có mức chất lượng chấp nhận với xác
suất sai lầm, đây là rủi ro của nhà sản xuất. Ta thường thiết kế kế hoạch lấy mẫu
kiểm định để có xác suất chấp nhận ở mức chất lượng chấp nhận AQL xác định.
Mặt khác, mức chất lượng từ chối RQL (Rejectable Quality Level) là mức chất
lượng thấp nhất mà người tiêu dùng chấp nhận trong một lô thành phần. Mức chất
lượng từ chối RQL còn có các ý nghĩa là phần trăm hư hỏng cho phép của lô hàng,
hay mức chất lượng giới hạn. Mức chất lượng từ chối RQL là mức chất lượng lô
hàng chỉ định bởi người tiêu dùng, không phải là đặc tính của kế hoạch lấy mẫu
kiểm định. Ta thường thiết kế kế hoạch lấy mẫu kiểm định để có xác suất chấp nhận
ở mức chất lượng từ chối RQL xác định.
1.2 Đảm bảo chất lượng thi công thông qua các mức - tiêu chuẩn
1.2.1 Các mức quy định tiêu chuẩn đảm bảo chất lượng thi công mặt đường
Theo AASHTO (2003) – phân loại các tiêu chuẩn xây dựng giao thông Hoa kỳ
[45], theo trình tự phát triển bao gồm có 5 mức quy định tiêu chuẩn kỹ thuật đảm
bảo chất lượng thi công công trình giao thông nói chung và kết cấu mặt đường nói
riêng gồm:
1. Phương pháp tiêu chuẩn kỹ thuật (MS - Method Specifications);
2. Tiêu chuẩn kết quả cuối cùng (ERS-End-Result Specifications);
3. Tiêu chuẩn kỹ thuật đảm bảo chất lượng (QAS-Quality Assurance specification);
4. Tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến chất lượng khai thác (PRS-PerformanceRelated Specifications);
5. Tiêu chuẩn kỹ thuật nền tảng của chất lượng khai thác (PBS-Performance-Based
Specifications).
Từ những năm 2000 nhiều bang ở Hoa Kỳ đã chuyển từ "Phương pháp tiêu chuẩn
