CT 2 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Lựa chọn giải pháp bảo dưỡng sửa chữa mặt đường là một trong những bước thực hiện quan trọng để lập kế hoạch/chiến lược bảo dưỡng đường bộ. Phương pháp lựa chọn có thể từ đơn giản, chỉ phụ thuộc vào đặc trưng hư hỏng riêng rẽ của mặt đường, đến phức tạp hơn dựa vào các chỉ tiêu tổng hợp hoặc phối hợp các chỉ tiêu tổng hợp đặc trưng mặt đường, rồi phức tạp hơn cả là đến phối hợp các yếu tố liên quan như lưu lượng giao thông, điều kiện tự nhiên… để thỏa mãn hàm mục tiêu của tiến trình tối ưu hóa là có hệ thống mạng lưới đường với các chỉ tiêu kỹ thuật tốt nhất, hoặc có chi phí bảo dưỡng đường theo thời gian ít nhất hay tổng chi phí cho đường là tối thiểu…, thậm chí là thỏa mãn việc sử dụng một số vốn nhất định cho bảo dưỡng đường một cách hiệu quả nhất. Toàn bộ quá trình này có thể thể hiện một cách tổng quát theo sơ đồ hình 1. Quyết định một giải pháp bảo dưỡng sửa chữa mặt đường trên thực tế là đưa ra một phương án mang tính kinh tế - kỹ thuật. Nghĩa là, cần phải đưa ra một giải pháp hợp lý về tính kỹ thuật và phù hợp với nguồn vốn thông thường là rất hạn hẹp cho bảo dưỡng sửa chữa đường. Có hai nguyên tắc cơ bản đối với phương pháp luận tiếp cận lựa chọn giải pháp bảo dưỡng sửa chữa đường bộ: - Nguyên tắc theo kế hoạch: Một khối lượng cố định công việc được xác định để tiến hành vào một thời điểm nhất định hay vào các khoảng thời gian cố định. Nguyên tắc này thường được áp dụng cho các công việc có liên quan đến điều kiện môi trường, hoặc là đối với một số đoạn đường có khả năng xuống cấp nhanh mà việc điều tra xác định hư hỏng phục vụ bảo dưỡng sửa chữa thường tốn phí một cách không cần thiết. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG TS. TRẦN THỊ KIM ĐĂNG Trường Đại học Giao thông Vận tải NCS. TRƯƠNG THÁI HOÀ Sở Giao thông công chính Hà nội Tóm tắt: Lựa chọn giải pháp bảo dưỡng sửa chữa mặt đường là một trong những bước thực hiện quan trọng để lập kế hoạch/chiến lược bảo dưỡng đường. Có nhiều phương pháp tiếp cận để lựa chọn, từ rất đơn giản chỉ dựa vào đặc trưng hư hỏng riêng rẽ của mặt đường cho đến việc thực hiện một quá trình từ xác định chỉ tiêu tổng hợp các đặc trưng hư hỏng trong mối liên hệ với các yếu tố về lưu lượng giao thông, điều kiện tự nhiên để thỏa mãn hàm mục tiêu lựa chọn về kinh tế kỹ thuật. Bài báo giới thiệu lần lượt các bước tiếp cận lựa chọn giải pháp bảo dưỡng mặt đường từ đơn giản đến phức tạp đó. Summary: Selection of pavement defect treatments is one of the major stages of road maintenance planning. There are several approaches towards selection of pavement defect treatments; from very simple one based only on a particular pavement performance criteria to a complicated process, including defining complex pavement performance index, combining it to related factors such as traffic and climate and meeting the proposed eco-technical objectives. The article introduces these approaching methodologies in order from the simplest. T CT 2 Thống kê Đánh giá mặt đường Dự báo xuống cấp mặt đường Xác định tình trạng hư hỏng Lựa chọn giải pháp sửa chữa Ưu tiên Giải pháp bảo dưỡng sửa chữa Đánh giá kinh tế - kỹ thuật Đánh giá ở mức độ dự án (như là phương pháp đo độ võng bằng FWD) Đánh giá ở mức độ mạng lưới, như là HDM Hình 1. Các bước thực hiện lập kế hoạch/chiến lược bảo dưỡng sửa chữa mặt đường - Nguyên tắc theo điều kiện cần đáp ứng: Đưa ra các điều kiện giới hạn cho thời điểm và hình thức thực hiện một loại hình công việc. Điều kiện giới hạn có thể được thể hiện qua chỉ tiêu đặc trưng mặt đường riêng biệt, như độ bằng phẳng, độ nhám, cường độ mặt đường, chiều sâu vệt lún bánh xe, % diện tích mặt đường bị nứt…, hoặc theo chỉ tiêu tổng hợp như hệ số tình trạng mặt đường, hệ số hư hỏng mặt đường, hệ số kết cấu… Nguyên tắc theo điều kiện cần đáp ứng có thể được tối ưu hóa trên cơ sở chi phí sửa chữa bảo dưỡng và tuổi thọ của mặt đường và hình thành nên phương pháp luận tiếp cận lựa chọn giải pháp bảo dưỡng sửa chữa mặt đường ưu việt hơn do xét tổng thể kinh tế - kỹ thuật đối với mặt đường. Nguyên tắc theo kế hoạch được áp dụng tương đối phổ biến ở Việt Nam hiện nay, với việc phân bố vốn và theo đó là các hình thức bảo dưỡng sửa chữa tương ứng với vốn được phân bổ theo cấp đường và phân vùng địa hình. II. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG THEO ĐIỀU KIỆN CẦN ĐÁP ỨNG Một số phương pháp lựa chọn giải pháp bảo dưỡng sửa chữa mặt đường theo điều kiện cần đáp ứng và vấn đề tối ưu hóa được lựa chọn để trình bày sau đây. 2.1. Lựa chọn giải pháp bảo dưỡng mặt đường theo các chỉ tiêu hư hỏng mặt đường riêng rẽ Nghiên cứu của chuyên gia Ngân hàng Thế giới từ những năm 1960 đã đưa ra bảng khuyến cáo giải pháp sửa chữa mặt đường nhựa rất đơn giản và dễ sử dụng trên cơ sở lưu lượng giao thông, điều kiện tự nhiên, loại hình và mức độ hư hỏng. Bảng kết quả này được tổng hợp trên cơ sở kinh nghiệm về điều kiện cần đáp ứng của mặt đường, đảm bảo có thể kéo dài tuổi thọ khai thác của mặt đường nhựa (xem bảng 1). Cũng với cách tiếp cận lựa chọn giải pháp bảo dưỡng sửa chữa mặt đường theo các chỉ tiêu đặc trưng mặt đường riêng biệt, một số biểu đồ được đưa ra để sử dụng cho mục đích này (xem hình 2). CT 2 Bảng 1. Lựa chọn giải pháp sửa chữa mặt đường nhựa theo dạng hư hỏng Loại hình hư hỏng Mức độ hư hỏng % phát triển hư hỏng Các mức điều kiện khí hậu và giao thông Hư hỏng % phát triển hư hỏng Hoạt động bảo dưỡng sửa chữa Mọi mức độ ≤ 10 Mọi điều kiện - Láng nhựa cục bộ Bong bật mặt đường > 20 Mọi điều kiện - Láng nhựa toàn bộ mặt đường Chảy nhựa mặt đường - - Mọi điều kiện - Không có hoạt động sửa chữa Ổ gà Mọi mức độ - Mọi điều kiện Vá ổ gà Vỡ mép lề Thấp hơn lề cũ > 150mm > 20 Mọi điều kiện - Vá mép mặt đường và đắp lại lề đường Mép đường tạo bậc với lề > 50 mm > 50 Mọi điều kiện - Đắp lại lề đường < 5 Láng bịt vệt nứt Nứt tại vệt lún bánh xe > 5 Láng nhựa mặt đường < 10 Láng bịt vệt nứt Lượng mưa > 1500 mm/ năm hoặc Lưu lượng xe > 1000xe/ ngày Nứt ngoài vệt lún bánh xe > 10 Láng nhựa mặt đường < 10 Láng bịt vệt nứt Nứt tại vệt lún bánh xe > 10 Láng nhựa mặt đường < 20 Không cần sửa chữa < 10 mm - Lượng mưa < 1500 mm/ năm và Lưu lượng xe <1000xe/ ngày Nứt ngoài vệt lún bánh xe > 20 Láng nhựa mặt đường Sửa chữa như trên nếu tốc độ phát triển vệt lún chậm 10 - 15 (mm) > 10 Mọi điều kiện Có vết nứt Cần điều tra thêm nếu tốc độ phát triển vệt lún nhanh Nứt chỉ liên quan đến các vệt lún cục bộ - Vá < 10 Mọi điều kiện Có các dạng vết nứt khác - Vá rộng ra ngoài vệt lún và sửa chữa vết nứt theo mức độ phát triển vết nứt như trên Lún vệt bánh xe (mặt đường láng nhựa trên lớp móng vật liệu hạt) > 15 mm > 10 Mọi điều kiện Có vết nứt - Cần điều tra thêm < 5 Láng bịt vết nứt 5 - 10 Láng nhựa Lượng mưa > 1500 mm/ năm hoặc LL > 1000xe/ ngày Có vết nứt > 10 Cần điều tra thêm < 10 Láng bịt vết nứt 10 - 20 Láng nhựa < 10 mm - Lượng mưa < 1500 mm/ năm và Lưu lượng xe < 1000xe/ ngày Có vết nứt > 20 Cần điều tra thêm Nứt chỉ liên quan đến các vệt lún cục bộ Vá < 5 Mọi điều kiện Có các dạng vết nứt khác - Vá rộng ra ngoài vệt lún và sửa chữa vết nứt theo mức độ phát triển vết nứt như trên Lún vệt bánh (mặt đường bê tông nhựa trên móng vật liệu hạt) > 10 mm > 5 Mọi điều kiện Có vết nứt Sửa chữa vết nứt theo T CT 2 Loại hình hư hỏng Mức độ hư hỏng % phát triển hư hỏng Các mức điều kiện khí hậu và giao thông Hư hỏng % phát triển hư hỏng Hoạt động bảo dưỡng sửa chữa các mức độ phát triển hư hỏng như trên nếu tốc độ phát triển vệt lún chậm Cần điều tra thêm nếu tốc độ phát triển vệt lún nhanh < 10 Láng bịt vết nứt Lượng mưa > 1500 mm/ năm hoặc Lưu lượng xe > 1000xe/ ngày Có vết nứt > 10 Láng bịt vết nứt và láng nhựa < 20 Láng bịt vết nứt < 5 mm - Lượng mưa < 1500 mm/ năm hoặc Lưu lượng xe > 1000xe/ ngày Có vết nứt > 20 Láng bịt vết nứt và láng nhựa Sửa chữa vết nứt theo các mức độ phát triển hư hỏng như trên nếu tốc độ phát triển vệt lún chậm 5 - 10 mm > 10 Mọi điều kiện Có vết nứt - Cần điều tra thêm nếu tốc độ phát triển vệt lún nhanh Nứt chỉ liên quan đến các vệt lún cục bộ - Vá < 5 Mọi điều kiện Có các dạng vết nứt khác Vá rộng ra ngoài vệt lún và sửa chữa vết nứt theo mức độ phát triển vết nứt như trên Lún vệt bánh (mặt đường bê tông nhựa trên móng vật liệu hạt) > 10 mm > 5 Mọi điều kiện Có vết nứt - Cần điều tra thêm Hình 2. Biểu đồ lựa chọn giải pháp bảo dưỡng sửa chữa mặt đường theo mức độ hư hỏng CT 2 2.2. Lựa chọn giải pháp bảo dưỡng mặt đường theo các chỉ tiêu đặc trưng mặt đường tổng hợp Ngoài việc lựa chọn giải pháp bảo dưỡng theo một đặc trưng mặt đường riêng biệt, người ta có thể sử dụng hệ số tổng hợp, ví dụ như hệ số tình trạng mặt đường được sử dụng tương đối phổ biến ở nhiều quốc gia, tuy nhiên mỗi nơi hệ số này có thể bao gồm các đặc trưng mặt đường riêng biệt khác nhau và với tỉ trọng khác nhau giữa chúng để hình thành nên chỉ tiêu tổng hợp. Tiêu chuẩn bảo dưỡng sửa chữa mặt đường của Trung Quốc sử dụng chỉ tiêu này với giá trị lớn nhất C = 100 ứng với mặt đường hoàn hảo. Chỉ số tình trạng mặt đường thực tế được xác định bằng cách lấy giá trị lớn nhất này trừ đi các giá trị tương ứng với các loại hình hư hỏng và mức độ hư hỏng xuất hiện trên mặt đường: n m i j ij i 1 j 1 PCI C . A(T ;S ,D ).F(t,d)       (1) Với PCI – Chỉ số tình trạng mặt đường (Pavement Condition Index); C = giá trị lớn nhất của chỉ số tình trạng mặt đường (=100), ứng với mặt đường hoàn hảo; i j ij A(T ;S ,D ) - Số điểm phải trừ tùy thuộc loại hư hỏng T i , mức độ hư hỏng S j và mật độ hư hỏng D ij (xem bảng 2); F(t,d) - Hệ số bình quân gia quyền khi trên một đoạn đường phát sinh nhiều loại hình hư hỏng ở mức độ nghiêm trọng. Ví dụ nếu trên một đoạn chỉ có một loại hư hỏng, hệ số = 1; nếu có hai loại hư hỏng, hệ số = 0.77 – 1.0, nếu có ba loại hư hỏng, hệ số = 0.59 – 0.71 và nếu có 4 loại hư hỏng, hệ số = 0.5 – 0.7. Các loại hình hư hỏng và mức độ hư hỏng, cùng với số điểm phải khấu trừ vào chỉ số tình trạng mặt đường đối với mặt đường nhựa được cho trong bảng 3, sau đó chỉ số tình trạng mặt đường tính toán được sẽ được dùng để lựa chọn hình thức bảo dưỡng mặt đường (xem bảng 4). Bảng 3. Các hình thức và mức độ hư hỏng và số điểm khấu trừ tương ứng cho mặt đường nhựa Mật độ hư hỏng (%) Loại hình hư hỏng Mức độ hư hỏng 0.1 1 5 10 50 100 Nứt rạn mai rùa Nhẹ Vừa Nặng 8 10 12 12 14 17 18 22 28 30 35 45 50 55 70 60 75 10 Nứt lưới lớn Nhẹ Nặng 5 8 8 12 16 20 25 35 32 62 40 68 Lún vệt bánh Nhẹ Nặng 1 3 5 10 10 20 20 30 45 60 60 80 Lún lõm Nhẹ Nặng 2 4 10 12 20 27 33 40 65 75 75 100 Ổ gà Nhẹ Nặng 1 10 12 17 25 30 42 52 67 77 80 100 Chảy nhựa Không phân mức 1 5 10 12 20 30 T CT 2 Bảng 4. Lựa chọn giải pháp bảo dưỡng mặt đường Phân loại tình trạng mặt đường Rất tốt Tốt Khá Trung bình Kém Rất kém Chỉ số PCI 100 - 91 90 - 81 80 - 71 70 - 51 50 - 31 ≤ 31 Biện pháp bảo dưỡng Không cần Bảo dưỡng thường xuyên Sửa chữa nhỏ Sửa chữa nhỏ - vừa Sửa chữa vừa – lớn Sửa chữa lớn – cải tạo Ngoài việc sử dụng một chỉ tiêu tổng hợp như PCI, giải pháp bảo dưỡng sửa chữa mặt đường còn có thể lựa chọn trên cơ sở phối hợp hai hay nhiều chỉ tiêu tổng hợp. Ví dụ, có hai chỉ tiêu tổng hợp về đặc trưng mặt đường là chỉ số tình trạng kết cấu (CI struct ) và chỉ số tình trạng bề mặt (CI surf ), được xác định theo đặc trưng cơ bản của mặt đường: CI Struct = [A/5], có giá trị lớn nhất là bằng 5 CI surf = [(C+R)/15], có với giá trị lớn nhất là bằng 5 với: A - chiều sâu vệt lún trung bình (mm); V - diện tích xuất hiện vết nứt (%); R - diện tích xuất hiện bong bật/ bong tróc mặt đường (%). Giải pháp sửa chữa mặt đường được xác định trên cơ sở ma trận kết hợp chỉ số CI struct và chỉ số CI surf . Bảng 5. Xác định giải pháp sửa chữa mặt đường theo CI struct và CI surf CI Struct CI surf 0 1 2 3 4 5 0 - - - - - XD lại 1 - - - - - XD lại 2 Láng mặt Láng mặt Láng mặt Láng mặt XD lại XD lại 3 Láng mặt Tăng cường Tăng cường Tăng cường XD lại XD lại 4 Tăng cường Tăng cường Tăng cường Tăng cường XD lại XD lại 5 XD lại XD lại XD lại XD lại XD lại XD lại Đối với các tuyến đường có lưu lượng giao thông lớn, giải pháp xác định từ ma trận trên được phối hợp với giải pháp sửa chữa xác định được theo chỉ tiêu độ ghồ ghề mặt đường để xét đến chi phí vận doanh là chi phí đóng vai trò quan trọng trong tổng chi phí của đường. Bảng 6. Xác định giải pháp bảo dưỡng sửa chữa theo độ ghồ ghề của mặt đường cho tuyến đường có lưu lượng xe lớn Độ ghồ ghề IRI (m/km) Giải pháp > 10 Xây dựng lại kết cấu mặt đường 4 - 10 Tăng cường mặt đường < 4 Không cần giải pháp sửa chữa 2.3. Tối ưu hóa trong lựa chọn giải pháp bảo dưỡng mặt đường Tiếp cận tối ưu hóa là vấn đề đặt ra khi cần lựa chọn giữa các giải pháp khả thi được đề xuất. Tối ưu có thể thực hiện theo các hàm mục tiêu: chất lượng của mạng lưới đường là tốt nhất hoặc chi phí bảo dưỡng đường theo thời gian là nhỏ nhất hay phức tạp hơn là chi phí toàn bộ cho đường (với chi phí khai thác chiếm tỉ trọng lớn). Tối ưu hóa lựa chọn giải pháp bảo dưỡng đường có lợi và thường được sử dụng ở mức độ mạng lưới và trong điều kiện nguồn vốn cho bảo dưỡng đường hạn hẹp. Cơ sở của quá trình tối ưu hóa là xác lập ưu tiên để phối hợp tốt nhất CT 2 các giải pháp bảo dưỡng cho các đoạn tuyến thỏa mãn hàm mục tiêu chọn lựa. Hay nói cách khác, quá trình tối ưu hóa thực chất là xác lập và thực hiện các ưu tiên. Trong xác lập ưu tiên, có xét đến nhiều yếu tố cùng với yếu tố hư hỏng của mặt đường. Có nhiều cách xác lập ưu tiên tùy thuộc vào điều kiện khai thác đường thực tế của từng vùng. Một ví dụ về xác lập ưu tiên dựa trên tỉ trọng của hệ số hư hỏng với các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện giao thông và điều kiện tự nhiên, khí hậu theo phương trình hệ số ưu tiên như sau: Y = 5.4 - 0.0263 (X1) - 0.0132 (X2) - 0.4 log (X3) + 0.749 (X4) + 1.66 (X5) (2) với: Y - hệ số ưu tiên có giá trị bằng 1 ứng với điều kiện rất kém và giá trị bằng 10 ứng với điều kiện rất tốt (giá trị nhỏ chỉ ra rằng mặt đường cần được ưu tiên hơn để sửa chữa); X1 - lượng mưa (5 - 10 inches/ năm); X2 - điều kiện băng tuyết (0 - 60 chu kỳ/ năm); X3 - điều kiện giao thông (100 - 100,000 xe/ ngày đêm); X4 - PSI (4.0-2.0); X5 - hệ số hư hỏng (+1.0 đến - 1.0). III. ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU VỀ PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN GIẢI PHÁP TRONG LẬP KẾ HOẠCH/CHIẾN LƯỢC BẢO DƯỠNG ĐƯỜNG ĐÔ THỊ Phương pháp luận tiếp cận để lựa chọn giải pháp bảo dưỡng sửa chữa mặt đường đối với mạng lưới đường nội đô Hà Nội trong chương trình nghiên cứu dự kiến là phương pháp kinh nghiệm để thỏa mãn điều kiện cần đáp ứng, xét đến ưu tiên thỏa mãn tối đa có thể vể kỹ thuật (điều kiện cần đáp ứng về kỹ thuật) của mặt đường trên cơ sở nguồn vốn có thể dành cho bảo dưỡng mặt đường. Chương trình nghiên cứu bao gồm việc điều tra, thu thập các số liệu liên quan đến bảo dưỡng sửa chữa mặt đường nội đô Hà Nội trong 10 năm gần đây cho các tuyến đường lựa chọn với các nội dung: - Vốn và chi phí sử dụng cho bảo dưỡng sửa chữa mặt đường. - Tình trạng mặt đường phổ biến/dạng hư hỏng chính của mặt đường. - Giải pháp và công nghệ sửa chữa. - Tuổi thọ trung bình của các giải pháp sửa chữa. - Phỏng vấn kinh nghiệm của các chuyên gia quản lý đường của Sở GTCC Các tuyến đường lựa chọn theo tiêu chí điển hình: - cho tuyến có xe buýt trong nội đô (điển hình về điều kiện giao thông) - đối với điều kiện thủy nhiệt nền – mặt đường (điển hình về điều kiện tự nhiên) - cho kết cấu mặt đường hiện có (bao gồm thiết kế kết cấu ban đầu và các lớp tăng cường). Kết quả của chương trình nghiên cứu sẽ được sử dụng để thiết lập phương pháp lựa chọn giải pháp bảo dưỡng sửa chữa mặt đường để áp dụng cho đường đô thị của Việt Nam. Đây cũng sẽ là định hướng nghiên cứu để góp phần hoàn thiện tiêu chuẩn bảo dưỡng sửa chữa đường bộ của Việt Nam và cũng là đóng góp cho phát triển hoàn thiện tiêu chuẩn thiết kế kết cấu mặt đường, phần thiết kế tăng cường mặt đường. Tài liệu tham khảo [1]. Road Maintenance Management - Concepts and Systems - Richard Robinson, Uno Danielson, Martin Snaith - Macmillan Press on the WWW. [2]. Approach of Design and Survey for AWP2 & AWP3 - BCEOM Consultant’s Report, Network Preservation Program, Network Improvement & Preservation Project - Vietnam. [3]. Road Maintenance Management for District Engineers - Oversees Road Note 1-TRL-Uited Kingdom. [4]. Đánh giá chất lượng khai thác đường bộ (báo cáo nghiên cứu) - Dương Học Hải, 2006. [5]. Tiêu chuẩn ngành GTVT, 22 TCN 306-03 - Tiêu chuẩn kỹ thuật bảo dưỡng thường xuyên đường bộ, 2003  . lựa chọn giải pháp bảo dưỡng sửa chữa mặt đường theo mức độ hư hỏng CT 2 2.2. Lựa chọn giải pháp bảo dưỡng mặt đường theo các chỉ tiêu đặc trưng mặt đường tổng hợp Ngoài việc lựa chọn giải. Bảo dưỡng thường xuyên Sửa chữa nhỏ Sửa chữa nhỏ - vừa Sửa chữa vừa – lớn Sửa chữa lớn – cải tạo Ngoài việc sử dụng một chỉ tiêu tổng hợp như PCI, giải pháp bảo dưỡng sửa chữa mặt. phương pháp lựa chọn giải pháp bảo dưỡng sửa chữa mặt đường theo điều kiện cần đáp ứng và vấn đề tối ưu hóa được lựa chọn để trình bày sau đây. 2.1. Lựa chọn giải pháp bảo dưỡng mặt đường theo