Đề tài Xây dựng chu trình xác lập kế hoạch công tác bảo trì mạng lưới mặt đường ô tô

CMP và SAPI xem xét tiềm năng của việc ứng dụng HDM-4 và khả năng kết hợp của nó với các chương trình hiện có (như là RosyBASE) trong công tác quản lý và bảo trì mạng lưới đường bộ Việt N am. Trong dự án RN IP (2004) và AWP (2006), HDM-4 được sử dụng để xây dựng chiến lược dài hạn 10 năm trong việc nâng cấp và bảo trì mạng lưới đường quốc lộ (bao gồm hơn 15.000 km), xem xét mức độ ưu tiên đầu tư cho từng tuyến đường theo các giai đoạn và lập kế hoạch phân bổ nguồn vốn cần thiết cho hợp lý ứng với từng giai đoạn trong điều kiện hạn chế về nguồn vốn. Các phần dưới đây của Phụ lục sẽ giới thiệu ứng dụng của Mô hình HDM-4 trong hệ thống quản lý mặt đường, tổng quan mô hình phân tích xác lập chiến lược và chương trình xây lắp trong công tác quản l ý và bảo trì mạng lưới mặt đường. - 28 - 1.2. Ứng dụng của HDM-4 1.2.1. Phân tích chiến lược Phân tích chiến lược được thực hiện trên mạng lưới đường tổng thể với thời gian phân tích từ 5 đến 40 năm tuỳ theo từng yêu cầu cụ thể. Việc phân tích được thực hiện dưới 2 dạng chủ yếu, đó là dự báo nguồn kinh phí cần thiết khi đã có tiêu chí cho điều kiện của mạng lưới đường hoặc dự báo tình trạng mạng lưới đường dưới các mức độ nguồn ngân sách khác nhau. Mạng lưới đường được đặc thù bởi các đoạn đường đồng nhất dựa trên một số đặc tính chủ yếu, như là tên đường, cấp hạng đường, vùng khí hậu, kiểu dòng giao thông, loại dòng tốc độ, lưu lượng giao thông, kiểu và loại mặt đường, và điều kiện mặt đường. Càng nhiều đặc tính được xem xét thì việc phân tích càng được chính xác nhưng lại cồng kềnh cho việc phân tích và khó khăn cho cơ quan quản lý đường bộ khi thực hiện công tác quản l ý và bảo trì cho nhiều đoạn tuyến quá ngắn. Bên cạnh đó, đối với các phân tích ở mức độ mạng lưới thì mức độ yêu cầu cho dữ liệu có thể ở dạng tổng hợp không cần chi tiết quá (Hass, 1994). Công việc phân tích chiến lược thường do các nhà kinh tế học hoặc các nhà quy hoạch của các cơ quan quản l ý đường bộ thực hiện, và kết quả của phân tích sẽ cung cấp thông tin cần thiết cho các hoạch định chính sách cao cấp trong lĩnh vực ngành đường bộ để đưa ra những quyết định đầu tư hợp l ý và hiệu quả (Robinson cùng cộng sự, 1998). 1.2.2. Phân tích chương trình xây lắp Chương trình xây lắp bao các gồm công việc xây lắp (như là bảo trì, nâng cấp, cải tạo, hoặc xây dựng mới) thực hiện dưới nguồn ngân sách xác định (thường là hạn chế) trong một năm hoặc nhiều năm liên tục cho các đoạn tuyến thông qua các phân tích mang tính chiến thuật. Đặc tính của mạng lưới đường cho phân tích cũng tương tự như đối với trường hợp phân tích chiến lược, tuy nhiên trong phân tích chương trình cần xem xét các đặc tính riêng biệt giữa các đoạn tuyến đồng nhất chứ không xem xét trên một tổ hợp các đoạn tuyến đồng nhất như trong phân tích chiến lược. Phân tích chương trình liên quan đến việc tối ưu hoá một danh sách dài các dự án đường (gồm các phân đoạn riêng rẽ của mạng lưới đường) đề xuất cho công việc xây lắp của chương trình một năm hoặc nhiều năm liên tiếp với nguồn ngân sách đã xác định. Sau đó các đoạn tuyến này được khảo sát và đánh giá cụ thể về mặt kỹ thuật cho việc xác định chính xác công việc xây lắp cần thiết để tiến hành theo chương trình. 1.2.3. Phân tích dự án Ứng dụng phân tích dự án dùng để đánh giá tính khả thi về mặt kinh tế - kỹ thuật của các phương án thuộc dự án đường bằng việc so sánh các phương án này với phương án gốc (phương án không có dự án). Các dự án điển hình bao gồm các công việc cải tạo và bảo trì, mở rộng hoặc chỉnh tuyến, nâng cấp mặt đường, hoặc xây dựng mới các tuyến đường. Phân tích được thực hiện cho mỗi đoạn tuyến với các công việc xây lắp đã được ấn định trước bởi người sử dụng để đưa ra các chi phí và lợi ích dự kiến hàng năm trong suốt thời gian phân tích. Phân tích được thực hiện cho các trường hợp sau: o Dự báo tình trạng mặt đường trong chu kỳ dự án, o Dự tính tác động củ các công việc xây lắp và chi phí tương ứng của các công việc này, - 29 - o Tính toán chi phí và lợi ích của người sử dụng đường, o Dự báo ảnh hưởng đối với môi trường, phân tích tai nạn giao thông, và o So sánh lợi ích kinh tế hoặc tài chính các phương án. 1.3. Tính ưu việt của HDM-4 phiên bản 2.0 Dựa trên phân tích từ những phản hồi của người sử dụng các phiên bản trước đây, HDM-4 đã có những cải tiến và phát triển đáng kể trong phiên bản mới 2.0 (Eric Stannard, 2005). Phiên bản này đã đưa ra khá nhiều những ưu việt so với phiên bản 1.3 trước đây, đó là: - Phân tích độ nhạy: Mô hình xét thêm phân tích độ nhạy trong ứng dụng phân tích dự án giúp người sử dụng có thể khảo sát mức độ ảnh hưởng của các tham số chủ yếu (như là, đơn giá, loại xe, mức độ giao thông, mức độ tăng xe, và lợi ích thu được) đến kết quả phân tích bằng việc thay đổi một hoặc nhiều tham số chính này tuỳ theo mục đích của người sử dụng. - Phân tích kịch bản nguồn ngân sách: Trong phiên bản mới, số lượng các kịch bản nguồn ngân sách khác nhau do người sử dụng định ra không còn bị khống chế. Phân tích tối ưu sẽ thực hiện xác lập chương trình xây lắp tương ứng với từng nguồn ngân sách này để người sử dụng có thể so sánh mức độ ảnh hưởng nguồn vốn đầu tư khác nhau đối với mạng lưới đường phân tích - Phân tích đa chỉ tiêu: Trong ứng dụng phân tích dự án, ngoài các chỉ tiêu về kinh tế phiên bản mới còn cung cấp các chỉ tiêu so sánh khác mà không thể định lượng hoá bằng các chi phí hoặc lợi ích. Các chỉ tiêu được xem xét thêm này như là chức năng (tính tiện nghi), an toàn (tai nạn giao thông), môi trường (ô nhiễm không khí), năng lượng (hiệu suất sử dụng năng lượng), xã hội (lợi ích xã hội), và khía cạnh chính trị. - Kết nối và kiểm soát dữ liệu: Phiên bản mới đã cải tiến tính kết nối dữ liệu nhập/xuất theo định dạng truy cập Microsoft Access cho tất cả các trường dữ liệu, đồng thời phần mềm có thể kiểm soát dữ liệu nhập vào nhằm loại trừ các lỗi số học của dữ liệu mạng lưới và dữ liệu đoàn xe. - Mô hình phân tích: Các mô hình phân tích (như là mô hình hư hỏng của mặt đường phủ mặt và không phủ mặt, mô hình tác động đến người sử dụng đường, và mô hình tác động của công tác bảo trì) được cải tiến và cập nhật phù hợp theo các quy định kỹ thuật hiện hành cung cấp bởi PIARC. 1.4. Phương pháp phân tích dùng trong HDM-4 1.4.1. Phân tích vòng đời dự án Phân tích vòng đời dự án thường được sử dụng cho các ứng dụng ở mức độ chiến lược, chương trình, và dự án (PIARC, 2001). Trong mỗi trường hợp, HDM-4 dự đoán tình trạng mặt đường trong suốt vòng đời dự án và chi phí người sử dụng đường dưới các kịch bản nâng cấp và bảo trì nhất định. Khái niệm về phân tích vòng đời dự án được thể hiện trên Hình 1. Chi phí nhà quản l ý và người sử dụng đường được xác định thông qua dự tính số lượng tiêu hao rồi nhân với đơn giá tương ứng. Lợi ích kinh tế được xác định bằng việc so sánh tổng dòng chi phí của các công việc - 30 - xây dựng và bảo trì với trường hợp cơ bản (thường là trường hợp chỉ có duy tu thường xuyên tối thiểu). Hai hoặc nhiều phương án xây lắp được ấn định cho mỗi đoạn tuyến xem xét, trong đó luôn có một phương án cơ bản hoặc phương án đầu tư tối thiểu. Các lợi ích thu được từ các công việc đường được tính cho toàn bộ thời gian phân tích bằng việc so sánh dòng chi phí kinh tế dự tính của mỗi năm giữa phương án đầu tư và phương án cơ bản. Giá trị tổng cộng các chênh lệch của chi phí này được quy đổi về năm gốc gọi là giá trị hiện tại thuần (N PV). Tình trạng mặt đường trung bình trong suốt vòng đời dự án của mỗi phương án được thể hiện thông qua chỉ số độ ghồ ghề quốc tế (IRI). 1.4.2. Phân tích thời đoạn ngân sách Trong trường hợp xác lập chương trình xây lắp, việc sử dụng cả vòng đời dự án là không hợp l ý. Bởi vì, vấn đề cơ bản của trường hợp này là xem xét việc quyết định đầu tư các công việc xây lắp trong thời đoạn lập chương trình (thường là 3 hoặc 5 năm) hay là trì hoãn các công việc này để đầu tư cho giai đoạn sau (trường hợp không có dự án); khi đó việc xem xét chi phí, mức độ giao thông, và công việc xây lắp đến năm thứ 10 hoặc 20 sẽ không ảnh hưởng đến việc đưa ra quyết đinh đầu tư này. Bên cạnh đó, việc phân tích ưu tiên hoá tiến hành trong thời gian dài sẽ gặp phải những hạn chế sau: (1) việc dự báo về dòng xe không được chính xác dẫn đến các công việc dự báo liên quan khác không còn đủ tin cậy, và (2) việc định trước nguồn vốn cho các năm có thể sẽ thay đổi trong tương lai vì không có sự cam kết dài hạn nào. Do vậy, phương pháp phân tích thời đoạn ngân sách được xem là thích hợp cho các phân tích ở mức độ lập chương trình trong mô hình HDM-4 cũng như các mô hình khác như là mô hình HERS (FHWA, 1998) được sử dụng tại Mỹ và Anh Quốc . Phương pháp này được đơn giản hoá bằng việc rút ngắn thời gian phân tích nhưng về nguyên tắc phân tích thì không khác so với phương pháp phân tích vòng đời dự án. Đồng thời, phương pháp này giảm được số lần chạy chương trình và rất hiệu quả khi số lượng đoạn tuyến xem xét trong phân tích mạng lưới là lớn. Trong khi thực hiện phân tích, 2 phương án định trước được đưa vào so sánh, đó là (1) trường hợp có dự án khi các công việc đường được thực hiện trong thời đoạn ngân sách và (2) trường hợp cơ bản không có dự án với công việc đường bị trì hoãn sau thời đoạn nguồn ngân sách. Lợi ích kinh tế được dự tính bằng việc so sánh giữa phương án việc đầu tư trong thời đoạn nguồn ngân sách với phương án trì hoãn công việc đường sau thời đoạn này như thể hiện trên Hình 2. Ví dụ như là việc thực hiện công tác bảo trì bằng lớp phủ mặt bê tông nhựa trong thời đoạn nguồn ngân sách được so sánh với hình thức cải tạo (có thể thích hợp hoặc không tuỳ thuộc vào mức độ xuống cấp của đường lúc đó) sau thời đoạn của nguồn ngân sách. - 31 - Hình 1. Chu trình phân tích vòng đời dự án trong HDM-4 - 32 - 1.5. Phân tích ưu tiên hóa 1.5.1. Hàm mục tiêu Mục đích của phân tích xác lập chương trình xây lắp trong HDM-4 là lựa chọn danh sách các đoạn tuyến trong mạng lưới cần đầu tư nhằm tối ưu hoá hàm mục tiêu trong điều kiện nguồn ngân sách hạn chế, hoặc xem xét việc lên kế hoạch ngắn và trung hạn khi biết trước nguồn vốn có sẵn với mức độ tin cậy hợp lý. Trong khi đó, mục đích của phân tích chiến lược thực hiện cho toàn bộ mạng lưới đường là nhằm xác định xem loại công việc nào thích hợp cho từng nhóm đường tuỳ theo điều kiện cụ thể để tối đa hoá lợi ích kinh tế, hoặc xem xét nguồn vốn cần có để đạt được tiêu chí về điều kiện đường được định trước cho kế hoạch ngắn hoặc dài hạn. Vậy vấn đề đưa ra đối với phân tích chiến lược là tìm tổ hợp các phương án đầu tư mà tối ưu hoá hàm mục tiêu với nguồn ngân sách hạn chế hoặc điều kiện mạng lưới đã được xác định. Chú ý là tập hợp các phương án đầu tư để tối ưu hoá được người sử dụng ấn định trước chứ không phải là tất cả các phương án có thể có cho mạng lưới đường đó. Vì vậy, tối ưu hoá ở đây không phải là tối ưu hoá triệt để vì tất cả các giải pháp có thể có thường xuyên không được xem xét hết, do vậy phương án tối ưu tìm được chỉ là phương án tốt nhất trong các phương án được đưa vào so sánh. HDM-4 sử dụng 3 hàm mục tiêu sử dụng cho các ứng dụng ở mức phân tích chiến lược và chương trình, đó là: ƒ Tối đa hoá lợi ích kinh tế dựa trên các chỉ tiêu kinh tế (như là giá trị hiện tại thuần (N PV) và IRR), ƒ Tối đa hoá việc cải thiện điều kiện mạng lưới (như là giảm độ gồ ghề), và ƒ Tối thiểu hoá chi phí nhà quản l ý để đạt được điều kiện mạng lưới như mục tiêu đề ra. Khi tối đa hoá lợi ích kinh tế, phân tích lựa chọn tổ hợp các phương án đầu tư cho một số các đoạn tuyến nhằm tối đa hoá N PV cho toàn mạng lưới với điều kiện tổng chi phí tài chính luôn Thêi ®o¹n ng©n s¸ch §Çu t− ngay Tr× ho·n ®Çu t− Lîi Ých tõ viÖc ®Çu t− N¨m IRI H×nh 2. TÝnh to¸n lîi Ých c¸c c«ng viÖc trong thêi gian ph©n tÝch - 33 - nhỏ hơn nguồn ngân sách có sẵn. Tương tự như vậy đối với việc tối đa hoá cải thiện điều kiện mạng lưới đường, nhưng khi đó độ giảm giá trị độ gồ ghề đối với mỗi đoạn tuyến (ΔIRI*chiều dài đoạn tuyến) được sử dụng thay cho N PV. Còn trong phân tích tối thiểu hoá chi phí nhà quản l ý, tiêu chí của điều kiện tình trạng mạng lưới đường phải được định trước cho mỗi đoạn tuyến về mặt trị số IRI trung bình dài hạn và chú ý rằng phân tích này chỉ được ứng dụng ở mức độ chiến lược. 1.5.2. Phân tích ưu tiên theo phương pháp gia tăng lợi ích/ chi phí Trong các ứng dụng của HDM-4 một số lượng lớn các đoạn tuyến cần được phân tích ưu tiên hoá, khi đó phương pháp gia tăng lợi ích/chi phí (the incremental N PV-cost ratio) rất phù hợp cho quá trình phân tích ưu tiên hoá các phương án đầu tư. Phương pháp dựa cơ bản theo tỉ số gia tăng N PV/chi phí như được định nghĩa như sau: )cos(cos )( ij ij ij tt NPVNPV E − −= Trong đó, Eij: tỉ số gia tăng N PV/chi phí i: chỉ số của phương án rẻ tiền hơn j: chỉ số của phương án đắt hơn kề sau đó N PVi, N PVj, costi, và costj: là các lợi ích và chi phí tương ứng với phương án i và j Trong trường hợp hàm mục tiêu là tối đa hoá cải thiện điều kiện mạng lưới bằng việc giảm độ gồ ghề thì tỉ số gia tăng N PV/chi phí được thay thế bằng tỉ số gia tăng (ΔIRI*chiều dài)/chi phí, trong đó (ΔIRI*chiều dài) đặc trưng thay đổi độ gồ ghề trung bình với trọng số là chiều dài của đoạn tuyến. 1.5.3. Tối ưu hóa các phương án cho một đoạn tuyến Xem xét trường hợp phân tích tối ưu hoá các phương án xây lắp cho một đoạn tuyến với thời gian phân tích là 1 năm, Hình 3 biểu thị giá trị N PV của từng phương án và chi phí tương ứng của chúng cho một đoạn tuyến nhất định. Chú ý rằng các phương án ở đây không có quan hệ qua lại với nhau. Mục đích của việc tối ưu hoá là nhằm chọn ra phương án tốt nhất dựa trên nguyên tắc cơ bản về hiệu quả kinh tế. Phương án hiệu quả nhất là phương án có giá trị N PV lớn nhất thu được từ 1 đơn vị chi phí, tức là có tỉ số N PV/chi phí là lớn nhất. Quá trình tối ưu hóa được thực hiện bắt đầu từ phương án gốc (đó là phương án rẻ tiền nhất), sau đó xem xét độ gia tăng tỉ số N PV/chi phí của các phương án kế tiếp đối với phương án gốc này. Hình 4 chỉ ra rằng phương án B là phương án hiệu quả nhất bởi vì có tỉ số N PV/chi phí là lớn nhất, đặc trưng bởi độ dốc lớn nhất. Trong trường hợp này, nếu nguồn ngân sách có đủ để đầu tư cho phương án B thì phương án này được chọn, còn không phương án A sẽ được chọn để thay thế vì có chi phí đầu tư nhỏ hơn phương án B. - 34 - Hình 3: Quan hệ giữa N PV và chi phí Hình 4: Tính hiệu quả đặc trưng bởi độ dốc của các phương án cho một đoạn tuyến Hình 5: Các phương án không tồn tại cho phân tích ưu tiên hoá Hình 6: Lựa chọn phương án dựa trên nguyên tắc của gia tăng tỉ số N PV/chi phí Hình 7: Đường bao sinh lợi đối với phân tích đoạn tuyến Hình 8: Đường bao sinh lợi đối với phân tích mạng lưới - 35 - Quá trình tối ưu hoá tiếp tục xem xét các giải pháp khác có N PV lớn hơn đồng thời cũng có chi phí cao hơn. Tuy nhiên, cần chú ý rằng có một số phương án nhất định không tồn tại. Ví dụ, phương án C không tồn tại bởi vì có chi phí cao hơn phương án B nhưng lại thu được giá trị N PV thấp hơn như thể hiện trên Hình 5. Tỉ số độ gia tăng N PV/chi phí giữa phương án C và phương án B cho giá trị âm. Do vậy, phương án C sẽ không được chọn để xem xét cho các giải pháp tiềm năng trong bất cứ trường hợp nào. Tương tự như vậy đối với phương án E. Các phương án không tồn tại này được loại bỏ và không xem xét ngay từ bước đầu của quá trình phân tích. Tiếp tục cho các phương án tiếp theo phương án B, phương án F cho tỉ số độ gia tăng N PV/chi phí đối với phương án B là lớn nhất thông qua trị số độ dốc được thể hiện trên Hình 6. Vậy phương án F được chọn thay cho phương án B nếu có đủ nguồn vốn, còn không phương án D sẽ được chọn thay thế cho phương án F. Quá trình này tiếp tục cho đến hết các phương án được xem xét. Đường nối các phương án có tiềm năng cho phân tích ưu tiên này được gọi là đường bao sinh lời (economic boundary) như thể hiện trên Hình 7. Quá trình tìm kiếm giải pháp có N PV lớn nhất sẽ thực hiện dọc theo đường bao sinh lời với nguồn ngân sách sẵn có. Tuy nhiên, trong thực tế người sử dụng có thể định ra một dung sai nhất định để quá trình tìm kiếm sẽ thực hiện trong vùng dung sai này dọc theo đường bao sinh lời. Chú ý là với mỗi lần tìm kiếm chỉ tồn tại một giải pháp duy nhất cho một đoạn tuyến với thời gian phân tích là 1 năm. 1.5.4. Tối ưu hóa các phương án cho mạng lưới tuyến Thí dụ mô phỏng ở trên được thực hiện cho đoạn tuyến với thời gian phân tích là 1 năm cho tập hợp các phương án xây lắp ấn định trước. Tuy nhiên, trong thực tế các trường hợp phân tích thường được thực hiện cho mạng lưới với thời gian phân tích là nhiều năm. Vì vậy, đối với từng đoạn tuyến mỗi điểm sẽ thể hiện liên hệ giá trị N PV và chi phí tương ứng cho 1 giải pháp đầu tư bao gồm tập hợp các phương án xây lắp xét trong toàn bộ thời gian phân tích. Khi đó giới hạn sinh lời được thể hiện dạng bề mặt với chiều thứ 3 là thời gian phân tích. Quá trình ưu tiên hoá được tiên hành trên bề mặt này. Tuy nhiên khi xem xét cho 1 mạng lưới thì tồn tại một chiều không gian thứ 4 đó là các đoạn tuyến, khi đó thuật toán để giải quyết bài toán tương đối là phức tạp. Hình 8 thể hiện mức độ ưu tiên của các phương án trong phân tích mạng lưới đường. Tài liệu tham khảo Phụ lục 1 1. HMCP (2002). Dự án Tăng cường N ăng lực Quản lý Đường bộ. Cục Đường bộ Việt N am, Bộ Giao thông Vận tải Việt N am. 2. RN IP (2004). Dự án nâng cấp mạng lưới đường quốc lộ – Kế hoạch chiến lược 10 năm. Cục Đường bộ Việt N am, Bộ Giao thông Vận tải Việt N am. 3. ISDP (2005). Dự án nâng cấp đường bộ giai đoạn 3 - Thực thi phát triển chính sách ngành. Cục Đường bộ Việt N am, Bộ Giao thông Vận tải Việt N am. 4. Hudson, W.R, R. Haas, and W. Uddin (1997). Infrastructure Management: Integrating Design, Construction, Maintenance, Rehabilitation and Renovation. McGraw-Hill Professional Publishing, N ew York. 5. AASHTO (2001). Pavement Management Guide: Executive Summary Report. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington D.C. - 36 - 6. Kulkarni, R.B and R.W. Miller (2003). Pavement Management Systems: Past, Present, and Future. Transportation Research Record 1853, Transportation Research Board, Washington, DC., pp 65-71. 7. Way, G.B (1985). N etwork Optimization System for Arizona. N orth American Pavement Management Conference, Vol.2, Toronto, Canada, pp.6.16 – 6.22. 8. Altiviti, E. R.B. Kulkarni, E.G. Johnson, N . Clark, V. Walrafen, L. N azareth, and J. Stone (1994). Enhancements to the N etwork Optimization System. Third International Conference on Managing Pavements. Transportation Research Board, Washington, D.C., pp.190-194. 9. Haas, R., W.R. Hudson, and J.P. Zaniewski (1994). Modern Pavement Management. Krieger Publishing Company, Malabar, Florida. 10. Robinson, R., U. Danielson, and M. Snaith (1997) Road Maintenance Management: Concepts and Systems. Palgrave Macmillan, Hampshire, England. 11. Fernado, E.G. and W.R. Hudson (1983). Development of a Prioritization Procedure for the N etwork Level Pavement Management System. Center for Transportation Research. The Univ. of Texas at Austin, Texas. 12. Watanatada T., C.G. Harral, W.D.O. Paterson, A.M. Dhareshwar, A. Bhandari, and K. Tsunokawa (1987). The Highway Design and Maintenance Standards Model, Vol. 1: Description of the HDM-III Model. World Bank Publications, Washington, D.C. 13. PIARC (2001). Highway Development and Management Model (HDM-4). International Study of Highway Development and Management (ISOHDM), World Road Association (PIARC), Paris and The World Bank, Washington, DC. 14. Bellman, R. and S.E. Dreyfus (1962). Applied Dynamic Programming. Princeton University Press, Princeton N J. 15. Ahmed, N .U. (1983). An Analytical Decision Model for Resource Allocation in Highway Maintenance Management. Transportation Research, 17A. 16. Phillips, S.J. (1994). Development of United Kingdom Pavement Management System. Third International Conference on Managing Pavement, Texas. 17. Đinh Văn Hiệp (2006). Phương pháp Ưu tiên hóa trong Phân tích Chiến lược và Chương trình Xây lắp cho Mạng lưới đường sử dụng Mô hình HDM-4. Tạp chí Cầu Đường, số 8/2006. Hội Cầu Đường Việt N am. 18. Đinh Văn Hiệp and K. Tsunokawa (2006). Identification of Rolling Multiyear Work Programs for Road N etwork: A Strategy Analysis with Dynamic Sectioning. The 12th International Seminar on Transport Research, Bangkok, Thailand, pp 59 – 68 19. Gharaibeh, N . G., M. I. Darter, D. R. Uzarski (1999). Development of Prototype Highway Asset Management System. Journal of Infrastructure Systems, ASCE, 5(2), 61-68. 20. Sadek, A. W., A. Kvasnak, and J. Segale (2003). Integrated Infrastructure Management Systems: Small Urban Area’s Experience. Journal of Infrastructure Systems, ASCE, 9 (3), 98–106. 21. Gharaibeh, N .G., Y.C. Chiu, and P.L. Gurian (2006). Decision Methodology for Allocating Funds across Transportation Infrastructure Assets. Journal of Infrastructure Systems, ASCE, 12 (1), 1–9. 22. Heggie, I. G., and Vickers, P.(1998). ‘‘Commercial Management and Financing of Roads.’’ World Bank Technical Paper N o. 409, Washington, D.C. 23. Chan W. T. Chan, T. F. Fwa, ; and J. Y. Tan. (2003). Optimal Fund-Allocation Analysis for Multidistrict Highway Agencies. Journal of Infrastructure Systems, ASCE, 9 (4), 167–175. 24. Tsunokawa, K. and Đinh Văn Hiệp (2008). A Unified Optimization Procedure for Road Asset Management. The 6th International Conference on Road and Airfield Pavement Technology, Sapporo, Japan, pp 286-294. - 37 - 25. Đinh Văn Hiệp (2006). Các chú ý khi ứng dụng mô hình HDM-4 trong công tác quản l ý và bảo trì mạng lưới đường bộ Việt N am. Tạp chí Cầu Đường Việt Nam, Số 7/2006, trang 23-29. 26. Eric Stannard (2005). Getting Started with HDM-4 Version 2.0. World Road Association, ISOHDM, PIARC, Paris, France. 27. FHWA (1998). Highway Economic Requirements System (HERS). Federal Highway Administration, United States Department of Transportation. 28. Harral, C.G., et al. (1979). The Highway Design and Maintenance Standards Model (HDM): Model Structure, Empirical Foundations and Applications. PTRC Summer Annual Meeting, University of Warwick, PTRC Education and Research Services, London, UK. 29. Harral C. G and A Faiz (1998). Road Deterioration in Developing Countries: Cause and Remedies. The World Bank, Washington, D.C. USA. 30. Hoban, C.J. (1987). Evaluating Traffic Capacity and Improvements to Geometry. Technical Paper Number 74. The World Bank ,Washington D.C, USA. 31. Moavenzadeh, F., Stafford J.H., Suhbrier J., and Alexander J. (1971). Highway Design Study Phase I: The Model. IBRD Economics Department Working Paper No 96. International Bank for Reconstruction and Development, Washington D.C, USA. 32. Moavenzadeh, F., F. Berger, B. Brademeyer, and R. Wyatt (1975). The Highway Cost Model: General Framework. MIT Department of Civil Engineering Research Report No 75-4. Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA. 33. Kerali H.R. and V. Mannisto (1999). Prioritization Methods for Strategic Planning and Road Work Programming in a N ew Highway Development and Management Tool. Transportation Research Record 1655, pp. 49-54. 34. Tsunokawa K., Đinh Văn Hiệp, and R. Ul-Islam (2006). True Optimization of Pavement Maintenance Options with What-If Models, International Journal of Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering (CACIE), USA, Vol. 21, pp. 193-204. - 38 - PHỤ LỤC 2: Phương pháp VIZIR trong việc đánh giá chất lượng mặt đường nhằm trợ giúp cho quyết định lựa chọn công việc bảo trì 2.1. Giới thiệu chung Phương pháp VIZIR do Trung tâm thí nghiệm mặt đường cuả Pháp (LCPC) phát triển (4) được ứng dụng phổ biến trong việc kết hợp với mô hình HDM-4 cho công việc trợ giúp lựa chọn giải pháp công việc bảo trì. Phương pháp này xây dựng trên hệ thống tích hợp giữa thiết bị khảo sát tự động và trợ giúp của máy tính điện tử hệ thống để thu thập dữ liệu, phân loại hư hỏng, và đánh giá chất lượng mặt đường. Dựa trên các dữ liệu thu thập, khả năng chịu lực của kết cấu mặt đường, lưu lượng giao thông, chỉ tiêu đánh giá chất lượng thu được, … các nhà quản lý và kỹ thuật có thể quyết định giải pháp bảo trì thích hợp cho từng vị trí hư hỏng nhất định. Hệ thống VIZIR được sử dụng phổ biến ở Pháp và các nước đang phát triển, đặc biệt cho các dự án đường bộ được tài trợ vốn bởi N gân hàng Thế giới (5, 6, 7). Tại Việt N am, VIZIR gần đây được sự dụng trong dự án bảo trì mạng lưới đường quốc lộ (8). Trong các phần dưới đây của Phụ lục, chúng tôi sẽ trình bày các công việc cụ thể của phương pháp VIZIR. 2.2. Phân loại và định lượng các hư hỏng mặt đường Hư hỏng mặt đường được phân thành 2 nhóm: hư hỏng loại A và hư hỏng loại B. VIZIR cung cấp một bảng phân định các kiểu hư hỏng ở 3 mức độ nghiêm trọng khác nhau thông qua các hình ảnh minh hoạ trực quan. Bảng 1A và 1B đưa ra cách thức phân loại các mức độ nghiêm trọng của mỗi hình thức hư hỏng của 2 nhóm hư hỏng trên. Công tác khảo sát có thể được thực hiện bằng thủ công khi đi bộ dọc tuyến hoặc sử dụng xe ôtô. Dựa trên hướng dẫn có sẵn, khảo sát viên đánh giá và ghi lại những quan sát về hư hỏng cùng với mức độ nghiêm trọng ước tính vào sơ đồ tuyến. Mức độ tỷ lệ và độ chính xác được ấn định tuỳ theo loại hình của nghiên cứu. LCP có phát triển thiết bị DESY 2000 gắn trên ôtô để giúp công việc ghi chép và phân loại các quan sát hư hỏng được dễ dàng hơn. Kết hợp với máy tính điện tử và các chương trình tính toán, các kết quả về chỉ số hư hỏng và kết quả báo cáo được tự động tính toán và thể hiện tuỳ theo mục đích người sử dụng. - 39 - Bảng 1A Bảng 1B Tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu kỹ về về hai loại hư hỏng A và B cùng với các miêu tả về hình thức hư hỏng có kèm theo các hình vẽ biểu thị trực quan. 2.2.1. Hư hỏng loại A Hư hỏng loại A đặc trưng cho tình trạng kết cấu của mặt đường có thể gây ảnh hưởng đến tất cả các lớp kết cấu và nền đất hoặc chỉ riêng lớp mặt. Hiện tượng hư hỏng loại này hình thành do kết - 40 - cấu mặt đường kém cường độ, và được nhận biết dựa trên chỉ tiêu về khả năng chịu tải. Đây là hiện tượng hư hỏng chính được xem xét cùng với các tiêu chí khác để đưa ra quyết định việc lựa chọn giải pháp bảo trì. Loại A bao gồm 4 hình thức hư hỏng sau: biến dạng mặt đường và vệt lún bánh xe, nứt kết cấu do mỏi, rạn nứt mặt đường, và hiên trạng sửa chữa trước đó. Các hình thức hư hỏng này sẽ được trình bày kỹ trong các phần dưới đây. 2.2.1.1. Biến dạng măt đường và vệt lún bánh xe N hững biến dạng của mặt đường mềm thường xuyên dẫn đến vệt lún bánh xe (rutting) hoặc hiện tượng lún sụt (subsidence). Mức độ nghiêm trọng được xác định bằng độ sâu h đo bởi thước thẳng 1,5m đặt ngang trên mặt đường. Vệt lún bánh xe xuất hiện dưới các đường vết bánh xe cách mép lề đường khoảng 50 đến 80cm. N guyên nhân là do vật liệu bị lún dưới tác động của xe nặng chạy thành luồng, có thể nhưng không hoàn toàn là do khả năng chịu tải của nền đất. N goài ra, vệt lún bánh xe có thể tạo ra do hiện tượng từ biến của các lớp bêtông nhựa. Tuy nhiên, hiện tượng này chủ yếu xảy ra ở mặt đường nửa cứng hoặc mặt đường có lớp móng trên có xử lý nhựa. Lún sụt ảnh hưởng đến toàn bộ mặt đường. N guyên nhân gây ra do khả năng chịu tải của kết cấu kém hoặc nền đường không ổn định bởi vật liệu chất lượng kém hoặc có độ Nm cao. Lún sụt thường xảy ra tại phía bụng các đường cong hoặc những khu vực kết cấu mặt đường chịu ứng suất tải trọng xe lớn. Phụ lục 2.1 và 2.2 miêu tả hai hiện tượng này ở các mức độ nghiêm trọng khác nhau. 2.2.1.2. Nứt mỏi N ứt mỏi là các vết nứt gây ra do tải trọng tác động của xe cộ. Vết nứt ban đầu có thể đơn lẻ và cục bộ. Sau đó vết nứt tiếp tục phát triển thành các vết nứt dài liên tục hoặc tạo nhánh, kết nối với các vết nứt bên cạnh để lan rộng ra ở khu vực phía dưới vệt bánh xe và các khu vực xung quanh. Loại hư hỏng này không bao gồm các vết nứt do lỗi thi công, chẳng hạn các mối nối dọc giữa hai phần thảm hoặc các vết nứt gây ra bởi co ngót vật liệu do nhiệt độ. Phụ lục 2.3 đưa ra các hình ảnh miêu tả hiện tượng cùng với cấp độ nghiêm trọng ấn định. 2.2.1.3. Rạn nứt Rạn nứt hình thành chủ yếu ở các lớp mặt xử lý nhựa phía trên do tình trạng nứt mỏi nghiêm trọng gây ra. Các vết nứt mỏi lan rộng tạo lên các vết nứt ngang dọc đan xen nhau hình thành kiểu nứt có dạng mạng lưới. Mức độ nghiêm trọng của hiện tượng nứt này được xét dựa trên kích cỡ của mắt lưới và tình trạng bong chóc của vết nứt như thể hiện ở Phụ lục 2.4. Các mắt lưới ban đầu tương đối rộng và không gây tổn thất vật liệu. Tuy nhiên, do tác động của xe cộ và thời tiết, các mắt lưới ngày càng nhỏ lại dẫn đến mức độ hư hỏng ngày càng nghiêm trọng. 2.2.1.4. Tình trạng sửa chữa Trong phương pháp VIZIR, các sửa chữa trước đó phải được đánh giá và xếp loại trong quá trình khảo sát. Theo quan niệm là những sửa chữa trước đấy để xử lý hiện tượng hư hỏng nào đó, nếu tần suất sửa chữa nhiều có nghĩa sẽ đòi hỏi sự quan tâm nhiều hơn. N hững dữ liệu này sẽ có thể sử dụng để xác định chỉ số tình trạng mặt đường như thể hiện trên các hình vẽ ở Phụ lục 2.5. Hai trường hợp sửa chữa được xem xét và phân biệt trong phương pháp VIZIR, đó là - 41 - o Sửa chữa đã dứt điểm hoàn toàn hư hỏng, trong trường hợp này, nó sẽ được thể hiện trên hồ sơ khảo sát (sơ đồ tuyến) nhưng sẽ không xem xét khi tính chỉ số chất lượng mặt đường; o Sửa chữa đã thực hiện nhưng không giải quyết được nguyên nhân gây hư hỏng. Hiện tượng hư hỏng sẽ xảy ra và công tác sửa chữa được xem như một yếu tố làm xấu đi tình trạng mặt đường và được xem xét khi tính chỉ số chất lượng mặt đường. 2.2.2 Hư hỏng loại B Loại hư hỏng này yêu cầu những sửa chữa thường không liên quan đến khả năng kết cấu của mặt đường. N guyên nhân gây ra do công tác rải thảm không đảm bảo kỹ thuật hoặc chất lượng vật liệu kém, hoặc có thể do tình trạng cục bộ và ảnh hưởng của xe cộ làm cho xấu hơn. Hư hỏng loại B bao gồm: nứt ngang và dọc do ảnh hưởng của nhiệt, ổ gà, chuyển dịch của vật liệu (như bong bật, bong tróc, chảy nhựa, v.v.). Dưới đây sẽ mô tả chi tiết hơn các hình thức hư hỏng này. 2.2.2.1. Nứt mối nối dọc Hư hỏng xuất hiện ở liên kết giữa hai dải vật liệu liền sát nhau. Ban đầu, vết nứt ở dạng đơn lẻ và thẳng. N ếu không được xử lý ngay, vết nứt sẽ tạo nhánh hoặc rộng ra dẫn đến bong bật vật liệu ở mép của vết nứt. Phụ lục 2.6 đưa ra các hình ảnh điển hình kèm theo là phân định mức độ nghiêm trọng. Biện pháp sửa chữa cho hình thức sau sẽ tốn kém hơn vì phải làm lại toàn bộ diện tích hư hỏng hoặc thảm một lớp mặt mới. 2.2.2.2. Ổ gà Ổ gà xuất hiện thường là do lớp mặt bị mài mòn hoặc bị phá hủy, đôi khi có thể do vật lạ lẫn trong lớp mặt. Ổ gà khi mới xuất hiện có kích cỡ nhỏ. N ếu không được xử lý, những ổ gà này sẽ lan rộng ra và thường có kích thước bằng diện tích tiếp xúc của bánh xe tải. Tùy vào mức độ nghiêm trọng của các ổ gà (xem Phụ lục 2.7), có thể cần làm lại từng phần của lớp mặt hoặc nếu ổ gà quá sâu thì phải làm lại cả lớp mặt và lớp móng trên. Trong một số trường hợp, thậm chí còn cần phải làm lại cả mặt đường. N ếu có quá nhiều ổ gà, có thể cần làm lại mặt đường với chiều dài đáng kể. 2.2.2.3. Sự chuyển dịch của vật liệu Sự chuyển dịch của vật liệu bao gồm các hiện tượng bong tróc và chảy nhựa. Một số hiện tượng bong tróc có nguyên nhân từ sự mài mòn lớp mặt quá mức dẫn đến hình thành các ổ gà, và thường được tính là nứt (cracking) hoặc rạn nứt (crazing). Các hiện tượng bong tróc khác do lỗi thi công gây ra và phân biệt như trên các hình vẽ ở Phụ lục 2.8 và giải thích sau: o Bong bật: đá bị bong bật khỏi lớp láng do thiếu liên kết, do đó liên quan đến chất lượng và/hoặc lượng nhựa sử dụng. o Bong tróc (scabbing): mất toàn bộ hoặc một lớp mỏng (< 3 cm) vật liệu láng mặt và tách khỏi lớp móng. Thông thường hiện tượng này xảy ra sau khi có nứt lớn ở lớp mặt. - 42 - o Mài mòn (fretting): hiện tượng hình thành do lỗi thiết bị vận hành thi công kém, như là máy rải kém làm cho nhựa không phủ đều trên bề mặt, hoặc các vật liệu kém nằm ở phía bề mặt. o Chảy nhựa (bleeding): nhựa chảy lên trên bề mặt khi thời tiết nóng. 2.2.2.4. Nứt do nhiệt Đây là hiện tượng nứt do nhiệt độ biến thiến có biên độ rất lớn. N guyên nhân của vết nứt có thể được kiếm chứng bằng cách bóc bỏ lớp mặt để thấy rằng vết nứt không ăn sâu vào những lớp vật liệu bên dưới. Sử dụng phân tích thành phần và đặc tính của lớp mặt xử lý nhựa này có thể tìm ra giải pháp khắc phục (xem Phụ lục 2.9). 2.2.2.5. Hư hỏng lề đường và xói lở, Có các loại hư hỏng đặc trưng trong điều kiện khí hậu, đất nước cụ thể hoặc kiểu hình giao thông nhất định và có thể đòi hỏi làm lại lề đường khi tiến hành bảo trì. Một số hiện tượng đặc trưng được thể hiện ở hình vẽ Phụ lục 2.10 và giải thích dưới đây: o Mép đường bị cóc gặm (lacy edge): Hư hỏng này xảy ra khi lề đường sử dụng cùng vật liệu với lớp móng trên và cho phép xe cộ thường xuyên dừng trên lề đường. Phạm vi hư hỏng ở đây quan trọng hơn mức độ nghiêm trọng. o Lề đường thấp: loại hư hỏng này là do việc bảo trì lề đường gây ra và làm cho lề đường dần dần thấp hơn bề mặt đường. o Xói lở lề đường: hiện tượng xói lở có thể diễn ra dưới một số hình thức (nước mưa làm xói mòn và phá hủy rãnh dẫn đến phá huỷ một phần mặt đường). Mức độ nghiêm trọng phân dựa trên mức độ tiến triển xói lở. 2.2.3 Định lượng mức độ hư hỏng Các loại hư hỏng được phân loại thành 2 nhóm A và B như đã nêu trên. Thang cấp độ nghiêm trọng của mối hình thức hư hỏng được lập sẵn ở 3 mức khác nhau. N gười sử dụng dựa vào thang cấp độ này cùng với các hình vẽ miêu tả để định giá cấp độ hư hỏng cùng với quy mô hư hỏng (chiều dài/rộng) để đánh giá chất lượng mặt đường. Mức độ chính xác của số liệu khảo sát sẽ phụ thuộc tuỳ vào mục đích nghiên cứu ở mức độ mạng lưới hay dự án. Tuy vậy, mục tiêu của công tác khảo sát đều nhằm trợ giúp cho việc xác định giải pháp bảo trì. Đối với các hư hỏng loại B, phương án bảo trì chỉ cần xác định dựa trên chính những biểu hiện của hình thức hư hỏng, không cần kết hợp thêm các thông số khác2. N gược lại, giải pháp bảo trf cho hư hỏng loại A cần phải kết hợp các yếu tố khác. Việc chuNn đoán cần phải dựa vào tình trạng hư hại mặt đường, khả năng chịu lực của kết cấu, lưu lượng giao thông, v.v. nên cần phải 2 Ví dụ, đối với vết nứt ở tim đường gây ra do dải thi công thì chỉ cần vá lại, lề đường có hiện tượng cóc gặm thì cần vá lề lại.   - 43 - thiết lập một hình thức đánh giá tổng thể dựa trên các tham số này. Hư hỏng loại A đòi hỏi các phương án bảo trì như là xây dựng lại hoặc cần lớp thảm mặt. Các phương án này sẽ khắc phục luôn cả những hư hỏng loại B. Các giải pháp bảo trì cho hư hỏng loại B chỉ thực hiện khi không thực hiện các giải pháp bảo trì cho hư hỏng loại A. Do vậy, chỉ số tổng thể xác định chất lượng mặt đường chỉ thực hiện cho hư hỏng loại A. 2.2.4. Chỉ số hư hỏng tổng thể Chỉ số hư hỏng tổng thể xác định cho 1 đoạn tuyến có chiều dài nhất định được dựa ba nhóm hư hỏng: nứt và nứt rạn, biến dạng mặt đường và vệt lún bánh xe, công tác bảo trì trước đó. Chỉ số nứt (If) được tính toán dựa trên cấp độ nghiêm trọng và phạm vi của vết nứt hoặc nứt rạn trên đoạn đường đang xem xét. N ếu cả hai hình thức hư hỏng xuất hiện đồng thời, chỉ số nào cao hơn sẽ được chọn. Tương tự, chỉ số biến dạng (Id) được tính dựa trên cấp độ nghiêm trọng và phạm vi biến dạng và vệt lún bánh xe theo như cách trên. Kết hợp 2 chỉ số If và Id ta được chỉ số chất lượng mặt đường sơ bộ. N ếu phù hợp chỉ số này được xem xét mức độ nghiêm trọng và phạm vi cho sự phù hợp của phương án bảo trì đã thực hiện trước đó. Kinh nghiệm cho thấy một số phương án sửa chữa trước đó là nhằm che dấu những bất ổn trên mặt đường và có thể lại là nguyên nhân làm trầm trọng them chất lượng mặt đường và cần phải xem xét trong quá trình đánh giá này. Việc kết hợp các yếu tố hư hỏng trên nhằm xây dựng lên chỉ số hư hỏng tổng thể (Is), phục vụ cho việc đánh giá chất lượng mặt đường cho đoạn tuyến xem xét. Hình 2 biểu thị nguyên tắc xác lập chỉ số Is, Bảng 3 đưa ra hướng dẫn cụ thể hướng dẫn xác định giá trị cho chỉ số Is với giá trị từ 1 đến 7 mang nội dung như sau: o Chỉ số 1 và 2 biểu thị tình trạng mặt đường tốt và không cần sửa chữa (hoặc ít nhất công tác sửa chữa vẫn có thể trì hoãn được). o Chỉ số 3 và 4 cho thấy tình trạng mặt đường tương đối xấu và cần tiến hành công tác bảo trì mà không cần nghiên cứu thêm. o Chỉ số 5, 6, và 7 thể hiện tình trạng mặt đường rất xấu và cần công tác bảo trì chính hoặc giải pháp rải lớp thảm. Chiều dài đoạn tuyến dung xác lập chỉ số Is phụ thuộc tuỳ theo tính chất và mục đích của nghiên cứu khảo sát. Đối với công tác quản lý và bảo trì hệ thống mặt đường, chiều dài đoạn tuyến thường được chọn là 500m, thể hiện trên bản vẽ là 2cm/km. Khi thực hiện lập phương án bảo trì cho dự án tuyến, chiều dài xác lập thường sử dụng là 200m, và 5cm/km trên bản vẽ. Đối với các đoạn tuyến thử nghiệm cần độ chính xác cao thì chiều dài này có thể lấy 50m, tương ứng 20cm/km trên bản vẽ thể hiện. Trong phương pháp VIZIR, phần mềm DESY được sử dụng để định dạng chiều dài xác lập thực tế và tỉ lệ thể hiện trên báo cáo. - 44 - Bảng 2. N guyên tắc xác định phân loại tình trạng mặt đường Quy mô & mức độ nghiêm trọng của hiện tượng nứt Quy mô & mức độ nghiêm trọng của biến dạng Phân loại hiện trạng bề mặt Phương án khắc phục khả thi Chỉ số hư hại Is - 45 - Bảng 3. Xác định chỉ số hư hại 2.3. Xác định giải pháp bảo trì Việc xác định giải pháp bảo trì hoặc rải lớp thảm phải được căn cứ trên kết quả khảo sát chỉ số hư hỏng tổng thể kết hợp đồng thời với các tham số khác như là khả năng chịu lực của kết cấu và lưu lượng giao thông. Phương pháp VIZIR phát triển bởi LCPC được thực hiện theo trình tự sau: o Thiết lập cơ sở dữ liệu, khảo sát thực địa, xác định chất lượng mạng lưới đường bộ tại thời điểm to. o Phân tích cơ sở dữ liệu, xác định giải pháp kỹ thuật. Ví dụ, căn cứ vào hiện trạng của mặt đường tại thời điểm to , xác định phương án bảo trì nào cần thực hiện để thể khôi phục lại mức độ phục vụ của mặt đường ở một mức độ nhất định nào đó trong điều kiện Không nứt hay biến dạng (1 ) C hỉ số nứ t Quy mô 1 2 0 tới 10% 1 2 10 tới 50% 2 3 > 50% 3 4 C hỉ số bi ến dạ ng Quy mô 1 2 0 tới 10% 1 2 10 tới 50% 2 3 > 50% 3 4 ố If 0 1-2 3 0 1 3 4 1-2 2 3 5 3 3 4 5 4-5 4 5 6 Quy mô 1 2 0 tới 10% 0 0 10 tới 50% 0 0 > 50% 0 +1 Điều chỉnh để xác định phương á ải Chỉ số hư hại bề mặt Is Xếp loại từ 1 (tốt nhất) đến 7 (tồi Phân loại cuối cùng - 46 - không bị hạn chế về nguồn vốn. o Phân tích để tìm giải pháp tối ưu khi xem xét cả yếu tố đảm bảo yêu cầu kỹ thuật lẫn những điều kiện hạn chế về ngân sách. Công việc này bao gồm việc lên chương trình công tác bảo trì cho mạng lưới trong một vài năm cùng với các công việc cần thực hiện tại thời điểm to đồng thời với các giải pháp kỹ thuật. N hững phân tích này thường được thực hiện thông qua các phân tích tối ưu về kinh tế và kỹ thuật, mô hình phổ biến cho công việc này là HDM–4 hoặc dTIMS. Xác định giải pháp kỹ thuật được tiến hành theo hai bước. Bước 1 là kết hợp giữa chỉ số hư hỏng tổng quan thu được từ khảo sát bề mặt mặt đường và khả năng chịu tải của kết cấu. Khả năng chịu tải của kết cấu được xác định bằng thí nghiệm đo giá trị độ võng mặt đường. Kết hợp hai thông số này ta được chỉ số đánh giá chất lượng mặt đường (Q) có giá trị từ 1 đến 9 như thể hiện ở Hình 4, và thông qua đó ta xác định được những công việc cần làm: không làm gì, bảo dưỡng hoặc rải lớp thảm. Bước 2 là kết hợp chỉ số Q ở trên với lưu lượng giao thông. Công việc cần làm sẽ được xác định dựa trên đồng thời hai tham số này. Bảng 4 2.3.1 Xác định chỉ số đánh giá chất lượng mặt đường Việc đánh giá chất lượng mặt đường dựa trên việc kết hợp chỉ số hư hỏng tổng hợp Is và giá trị độ võng thể hiện cho khả năng chịu lực của kết cấu mặt đường tổng thể. Chỉ số hư hỏng được chia ở 3 thang mức độ: o Mức độ 1 hoặc 2: rất ít hoặc không có nứt hay biến dạng, tình trạng lớp mặt tốt và không cần bảo dưỡng ngay. - 47 - o Mức độ 3 hoặc 4: nứt kèm theo ít hoặc không có biến dạng, hoặc biến dạng nhưng không có nứt, hiện trạng lớp mặt tương đối xấu và cần tiến hành bảo dưỡng mà không cần nghiên cứu kỹ thêm. o Mức độ 5, 6 hoặc 7: nứt và biến dạng trên diện rộng; hiện trạng lớp mặt rất xấu và cần có công tác bảo trì lớn hoặc rải lớp thảm. o Mức độ của độ võng được chia ra làm ba khoảng với hai ngưỡng d1 và d2. Khoảng dưới giá trị dl cho thấy mặt đường vẫn làm việc tốt, trong khi khoảng trên giá trị d2 biêur thị mặt đường làm việc rất yếu. Đối với các giá trị nằm trong khoảng dl - d2 thì rất khó đưa ra quyết định chính xác trực tiếp. Việc lựa chọn các giá trị ngưỡng d1 và d2 phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như là khí hậu, loại và chiều dầy mặt đường, đặc điểm nền đất, tải trọng trục bánh xe, v.v. N hững giá trị này thường được dựa trên những kinh nghiệm của từng nước cụ thể. Trong trường hợp không có kết quả đánh giá kinh nghiệm trước đó làm căn cứ, việc định chuNn này có thể căn cứ trên khảo sát thí điểm nhằm xây dựng giá trị kiểm soát trong khi thực hiện nghiên cứu tổng thể trên toàn mạng lưới. N ếu có đầy đủ thông tin và số liệu, giá trị d1 và d2 nên được điều chỉnh theo lưu lượng hoặc đặc điểm tải trọng trục bánh xe phổ biến (lượng xe tải nặng) trên tuyến đường xem xét. Bảng đánh giá chất lượng mặt đường theo độ võng và chỉ số Is được trình bày trong Hình 10 và giải thích ở dưới đây. o Ql, Q2, Q3: Mặt đường ở tình trạng này sẽ không cần các công việc bảo trì, nếu có thì sẽ tùy vào điều kiện giao thông. Trong trường hợp chỉ cần tiến hành những biện pháp phòng nước, chỉ số nứt sẽ được sử dụng để xác định thời gian và loại hình công việc. Cũng cần phải lưu ý rằng trong trường hợp bảo trì với cấp Q1 đến Q3, giải pháp lựa chọn có thể là tức thời hoặc trì hoãn tuỳ vào các căn cứ lựa chọn của ngưỡng thực hiện. o Q7, Q8, Q9: Mặt đường ở những cấp này cần rải lớp thảm với chiều dày được xác định dựa trên lưu lượng giao thông. o Q4, Q5, Q6: Đây là khoảng khó xác định cần làm rõ thông qua nghiên cứu độ không tương thích giữa độ chịu tải và kết quả khảo sát trực quan. Có thể đưa ra một số tổng kết như sau. o Q4: Mặt đường có những hư hại dễ nhận thấy mặc dù độ chịu tải vẫn tốt. Cần kiểm tra tính xác đáng của phép đo độ võng (đặc biệt là thời điểm đo trong năm nếu thời tiết quá lạnh), cũng như tính chất của hư hại (đặc biệt là độ sụt lún của các lớp vật liệu áo đường, không liên quan đến phép đo độ võng). Dựa trên kết quả kiểm tra có thể xếp loại lại Q4 thành Q2 (chú trọng đến phép đo độ võng) hoặc Q7 (chú trọng đến hư hại). o Q5: Cũng phân tích như trên, đặt ra giới hạn cho vị trí võng và lưu lượng giao thông, tùy theo kết quả kiểm tra, có thể xếp loại lại thành Q3, Q7, hoặc Q8. o Q6: Mặt đường có giá trị võng lớn mà không có hư hại rõ ràng; để chấp nhận hay loại bỏ kết quả khảo sát tình trạng bề mặt cần phải kiểm tra tuổi thọ của mặt đường hoặc - 48 - ngày thi công gần nhất cùng với lưu lượng giao thông. Tùy theo kết quả kiểm tra, có thể xếp loại lại thành Q3 hoặc Q8. 2.3.2 Xác định giải pháp bảo trì Phương pháp VIZIR chỉ nhằm mục đích xác định hiện trạng của mạng lưới đường bộ và những công việc cần thiết để bảo trì và phục hồi những hư hỏng. Chỉ số đánh giá chất lượng Q sẽ kết hợp với lưu lượng giao thông để xác định giải pháp bảo trì cụ thể (xem ví dụ ở Bảng 5). Khi đã chọn vật liệu cụ thể sử dụng cho lớp rải thảm cụ thể cùng với những tham số tính toán ứng với cấp lưu lượng, ta có thể xác định được chiều dày của lớp thảm dựa vào phương pháp thiết kế của mỗi nước hoặc một số phương pháp phổ biến thường dùng. Bảng 5 3. Kết luận Với những hạn hẹp về nguồn vốn trong khi phải đáp ứng những nhu cầu về giao thông, các nhà quản lý đường bộ rất cần phải đưa ra các quyết định lên kế hoạch cho công tác bảo trì hàng năm hoặc cho một số năm liên tiếp sao cho có hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật. Các phân tích đảm bảo tối ưu về lợi ích cho xã hội khi xem xét tổng thể toàn bộ mạng lưới và các công việc rất cần thiết để trợ giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định hợp lý. Tiếp theo đó là các phương pháp kỹ thuật nhằm xác định các công việc cụ thể để sao cho công tác bảo trì được phù hợp với từng đặc điểm hư hỏng và tình hình nhất định của mỗi công trình. Bài viết đã giới thiệu một phương pháp tiếp cận dựa trên việc đánh giá và phân tích tình trạng mặt đường kết hợp cả yếu tố lịch sử, khả năng chịu lực của kết cấu, và tình trạng lưu lượng và tải trọng giao thông để trợ giúp những giải pháp công tác bảo trì thích hợp và hiệu quả nhất. Tuy vây, bài viết chỉ mang tính giới thiệu nên những nghiên cứu chuyên sâu và hiệu chỉnh sao cho phù hợp vào điều kiện của Việt N am là rất cần thiết. - 49 - Tài liệu tham khảo của Phụ lục 2 1. RN IP (2004). Dự án nâng cấp mạng lưới đường quốc lộ - Kế hoạch chiến lược 10 năm. Báo cáo cuối cùng. Cục Đường Bộ, Bộ Giao thông Vận tải. 2. PIARC (2001). Highway Development and Management System HDM-4. World Road Association, ISOHDM, Paris, France. 3. Đinh Văn Hiệp và K. Tsunokawa (2006). Identification of Rolling Multiyear Work Programs for Road N etwork: A Strategy Analysis with Dynamic Sectioning. The 12th International Seminar on Transport Research, Bangkok, Thailand, pp 59 – 68 4. Đinh Văn Hiệp (2009). Identification of Single or Rolling Multiyear Work Programs for Road N etwork Preservation. Proceedings of the Eastern Asia Society for Transportation Studies, EASTS, Surabaya, Indonesia, 11/2009. 5. Autret, P. và J.L. Brousse (1991). VIZIR – Method for the quality rating of paved road. Laboratoire Central des Ponts et Chausseés, France. 6. Maurice1, B.O., M.B. Diop1, B. Ahmed (2003). Evaluation de la qualité du réseau routier du centre Cameroun : utilisation et appréciation du logiciel "VIZIROAD". Journal des Sciences Pour l’Ingénieur. N o. 3, 8-14. 7. GEN iS (2005). Préparation de Constrats Pilotes pour la Gestion et l`Entretien des routes par N iveaux de Service, Madagasca (the World Bank and BCEOM Société Française d’Ingénierie). 8. Joubert, P., Brillet, F. và Meignen, D. (2006). Application of the GiRR model for scheduling maintenance work in the republic of Montenegro, Bulletin des Laboratoires des Ponts et Chaussees, Volume 265, 61-87, Laboratoire Central des Ponts et Chausseés, France. 9. N PP (2006). Dự án nâng cấp mạng lưới đường bộ - Hợp phần bảo trì. Cục Đường Bộ, Bộ Giao thông Vận tải. - 50 - Phụ luc 2.1 Vết lún bánh xe Cấp độ 1 : Độ võng dưới đoạn thẳng 1.5m nhỏ hơn 2cm Cấp độ 2 : Độ võng nhỏ hơn 4cm Cấp độ 3 : - 51 - Phụ lục 2.2 Biến dạng Cấp độ 4 : Lún sụt cục bộ, nhìn rõ nhờ vệt nước mắt Cấp độ 3 : Lún cục bộ giữa đường, dày hơn 10cm. Cấp độ 3 : - 52 - Phụ luc 2.3 Nứt mỏi Cấp độ 1 : Vết nứt đơn lẻ chạy dọc Cấp độ 2 : Vết nứt tạo thành nhiều nhánh Cấp độ 3 : Các vết nứt dài báo hiệu sự rạn - 53 - Cấp độ 1 : Các vết nứt dọc Cấp độ 2 : Các vết nứt nhìn rõ Cấp độ 3 : - 54 - Phụ luc 2.4 Rạn nứt Cấp độ 1 : Rạn có nứt mặt nhưng không bong chóc Cấp độ 2 : Rạn với nứt mặt mức bình thường, không bị biến dạng Cấp độ 3 : Rạn và chia mặt đường thành nhiều vụn - 55 - Cấp độ 1 : Rạn, với nứt mặt trên diện rộng Cấp độ 2 : Rạn với vết nứt mở rộng Cấp độ 3 : Rạn với vết nứt kiểu lưới đánh cá ; sau đó gây tổn thất vật liệu - 56 - Phụ luc 2.5 Tình trạng sửa chữa Cấp độ 1 : Tình trạng sửa chữa mối nối dọc (hư hỏng loại B) Cấp độ 2 : Sửa chữa mặt đường (hư hỏng loại A), có thỏa mãn các điều kiện Cấp độ 2 : Quá trình sửa chữa thi công tương đối tốt. Các sửa chữa cũ theo chiều dọc vẫn trong điều kiện tốt - 57 - Cấp độ 1 : Sửa chữa vá lớp áo (hư hỏng loại B) Cấp độ 3 : Các hư hỏng về kết cấu của mặt đường sau sửa chữa Cấp độ 3 - 58 - Phụ luc 2.6 Nứt mối nối dọc Cấp độ 1 : Vết nứt thẳng đơn lẻ ở chính giữa Cấp độ 2 : N ứt theo nhánh ở giữa, không bong chóc Cấp độ 3 : N ứt rộng theo nhánh, đi kèm bong chóc - 59 - Phụ luc 2.7 Ổ gà Cấp độ 1 : Một vài ổ gà nhỏ Cấp độ 2 : Ổ gà nhỏ và nông, nhưng nhiều Cấp độ 3 : Ổ gà tạo thành chỗ rạn, cần làm lại mặt đường - 60 - Phụ luc 2.8 Chuyển dịch của vật liệu Cấp độ 1 : Bong chóc ở chỗ rạn Cấp độ 1 : Bong chóc không đều theo kiểu bị xới Cấp độ 2 : Bong chóc đều không thấy lớp nền - 61 - Cấp độ 1 : Bong chóc theo kiểu bong từng mảng Cấp độ 3 : Mài mòn trên diện rộng thấy rõ Cấp độ 3 : Chảy nhựa đều rõ rệt chỗ vệt bánh xe - 62 - Phụ luc 2.9 Nứt do nhiệt N ứt ngang thẳng và rõ ở lớp láng. N ứt do thay đổi nhiệt độ Lỗ khoan. Mặt cắt ngang của áo đường cho thấy rõ sự tiếp giáp của vết nứt với lớp mặt Các vết nứt do nhiệt dọc và ngang, gây ra do sự dịch chuyển của nước giữa lớp vai đường và áo đường Lỗ khoan cho thấy rõ vết nứt trong lớp nền đường - 63 - Phụ luc 2.10 Hư hỏng lề đường và xói lở Cấp độ 1 : Mép đường bị cóc gặm, hư hỏng chưa nhìn rõ Cấp độ 2 : Mép đường bị cóc gặm đều Cấp độ 3 : Mất lớp áo đường - 64 - Cấp độ 2 : Lớp vai đường thấp đáng kể so với áo đường (hơn 10cm) Cấp độ 1 : Xói lở rãnh Cấp độ 3 : Phá hoại dưới vai đường. Phần xói ăn dần đến gờ lớp áo đường