Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt thử nghiệm tấm bê tông cốt thép toàn khối dùng làm đường ngang tại các nhà ga và giao cắt đường bộ - đường sắt trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

Việc nghiên cứu áp dụng, lắp đặt tấm lát mặt đường ngang bằng cao su là một tiến bộ mới với nhiều ưu điểm nổi trội hơn so với các giải pháp truyền thống. Tuy nhiên, các nhược điểm cũng đã bắt đầu lộ rõ như chi phí vật liệu và lắp đặt cho các tấm lát cao su này vẫn còn khá cao; tuổi thọ, độ chống mài mòn thấp do phải chịu các tác động khắc nghiệt từ môi trường và hoạt tải khai thác; khó đảm bảo được êm thuận, độ bằng phẳng cho bề mặt đường ngang, tính ổn định bề mặt đường ngang kém, dễ bị dịch chuyển, xê dịch, thay đổi hình dạng, kích thước dưới các tác động cơ học của tải trọng khai thác, chi tiết liên kết phức tạp, khó khăn trong thi công.

Sử dụng kết cấu mặt đường ngang dạng lắp ghép, rất khó đình hình được trắc dọc đường bộ tại khu vực đường ngang giao cắt với đường sắt, hoặc có thể đinh hình được thì sau một thời gian khai thác do điều kiện tải trọng phức tạp, do nền đường bên dưới khó thoát nước, do khó duy tu bảo dưỡng sửa chữa nên trắc dọc này thường xuyên thay đổi, dẫn đến tình trạng góc va chạm tăng lên, có thể làm cho trắc dọc vi phạm các điều lệ đường ngang, là nguyên nhân tăng lực xung kích tại đường ngang, dẫn đến tuổi thọ của kết cấu đường bộ, đường sắt tại khu vực đường ngang nhanh bị hư hỏng, cũng chính từ yếu tố này có thể là nguyên nhân gián tiếp gây ra các vụ tai nạn của giữa tầu hoả và phương tiện giao thông đường bộ tại khu vực giao cắt.

Do đó đòi hỏi phải có những nghiên cứu mới áp dụng tại vị trí đường ngang để tạo ra một cấu trúc bề mặt bằng phẳng, có tuổi thọ cao trong khi có chi phí duy tu bảo dưỡng thấp, giảm thiểu số thời gian gián đoạn trên cả đường sắt và đường bộ.

Từ những phân tích ở trên, và hiện trạng đường ngang trong sân ga và ở các khu vực đô thị ở Địa bàn thành phố Đà Nẵng, tác giả đề xuất nghiên cứu tính toán thiết kế và sản xuất thử nghiệm tấm bê tông cốt thép toàn khối thay thế cho các tà vẹt tại và các tấm lát bề măt tại vị trí đường ngang. Giải pháp này sẽ cải thiện được những điểm còn hạn chế từ trước đến nay như rút ngắn được thời gian cho thi công sửa chữa, thay thế mới, kéo dài tuổi thọ và tăng cường ổn định cho kết cấu tại vị trí đường ngang, ngăn chặn các nguồn nước bất kỳ thấm xuống đáy móng, do đó ngăn chặn đươc các hư hỏng, mất ổn định có nguyên nhân từ nước; đảm bảo mỹ quan và an toàn giao thông tại các vị trí đường ngang trong sân ga và các giao cắt với đường bộ ở trên địa bàn thành phố Đà Nẵng. Một khi đã áp dụng thành công ở địa bàn 14 thành phố Đà Nẵng thì hoàn toàn có thể triển khai áp dụng rộng rãi cho hệ đường ngang tại các sân ga khác và tại các giao cắt tại các địa phương khác trên cả nước.

Do vậy đề tài "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt thử nghiệm tấm bê tông cốt thép toàn khối dùng làm đường ngang tại các nhà ga và giao cắt đường bộ - đường sắt trên địa bàn thành phố Đà Nẵng " do PGS.TS. Trần Thế Truyền cùng nhóm nghiên cứu tại Trường Cao đẳng Giao thông vận tải trương ương V thực hiện là rất cần thiết nhằm mục tiêu thiết kế, chế tạo và lắp đặt thử nghiệm tấm bê tông cốt thép toàn khối làm đường ngang tại các nhà ga và giao cắt đồng mức đường sắt – đường bộ đảm bảo các yêu cầu về khả năng chịu tải, độ bền, độ êm thuận cũng như giảm thiểu các chi phí duy tu bảo dưỡng và khai thác.

Đường sắt thế giới trải qua lịch sử phát triển hàng trăm năm, đã có lịch sử phát triển phong phú, từ thời kỳ đầu còn thô sơ dần dần phát triển thành hệ thống với mức độ hiện đại hoá cao như hiện nay, và xu thế phát triển này vẫn còn trong giai đoạn có tốc độ phát triển rất cao, có mức độ chuyên môn hoá phục vụ ngày càng cao.

Tự chung lại, hệ thống đường sắt hiện nay phát triển theo 3 xu hướng chuyên biệt, một là hệ thống đường sắt tốc độ cao, đây là hệ thống chuyên biệt vận chuyển hành khách, do yêu cầu kỹ thuật đặc biệt cao về tính an toàn, tiện nghi giảm thiểu bảo dưỡng và độ tin cậy cao, hệ thống này là một hệ thống được cách lý hoàn toàn với xung quanh, đặc điểm nổi bật của hệ thống này là toàn tuyến chủ yếu đi trên cao hoặc đi ngầm, tỷ lệ đi trên cao và đi ngầm lên đến 80% tổng chiều dài tuyến, cũng do các yêu cầu về tính an toàn và độ tin cậy cao như vậy nên không có giao cắt cùng mức giữa đường bộ và đường sắt tốc độ cao, kết cấu sử dụng là cầu cạn cho đường sắt hoặc đường bộ tại khu vực giao cắt.

Hai là hệ thống đường sắt đô thị, hệ thống này chủ yếu phục vụ vận chuyển hành khách trong khu vực nội đô các thành phố lớn, đây là hệ thống không thể thiếu trong các thành phố lớn để giải quyết nhu cầu đi lại của các thành phố có số lượng dân cư lớn và mật độ dân cư cao. Đường sắt đô thị phát triển song hành với xu thế phát triển chung của đường sắt thế giới, được áp dụng các công nghệ tiên tiến nhất để giải quyết vấn đề vận chuyển hành khách với số lượng lớn với mức độ tin cậy, an toàn và tiện nghi rất cao. Ngoài ra hệ thống này cũng đáp ứng được nhu cầu phát triển xanh, giảm thiểu ô nhiễm của các đô thị lớn. Xét ở góc độ hạ tầng, loại hình đường sắt đô thị có thể chia thành ba loại kết cấu tuỳ theo đặc điểm tự nhiên, diện tích chiếm dụng đất và mật độ dân cư. Với các thành phố có mật độ dân cư thấp, diện tích đất cho giao thông công cộng lớn, hoặc các tuyến ở khu vực ngoại ô có thể sử dụng loại hình đường sắt đô thị đi trên mặt đất tự nhiên với chiều cao đắp thấp, với loại hình này đa số các giao cắt với hệ thống đường ô tô trong đô thị là giao cắt cùng mức, tuỳ theo mật độ giao thông đường bộ và đường sắt tại các khu vực gia cắt này mà việc sử dụng dụng loại thiết bị và kết cấu đường ngang khác nhau, để đảm bảo an toàn cho phương tiện đường sắt và đường bộ, đa số các nước sử dụng loại kết cấu có tuổi thọ cao, có tính êm thuận, sử dụng loại gắc chắn đóng mở tự động khi có phương tiện đường sắt chạy qua, kết cấu cơ bản thường được bố trí. Nhược điểm căn bản của loại kết cấu này là khả năng thông qua thấp của hệ thống giao thông đường bộ, độ an toàn và tin cậy trong khai thác giảm đi nhiều, tuy nhiên với tải trọng nhẹ, chiều dài hãm nhỏ, trong trường hợp mật độ dân cư và phương tiện giao thông khác nhỏ thì mức độ an toàn và tin cậy của các tuyến này vẫn ở mức độ chấp nhận được.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

Quá trình điều tra khảo sát các hệ thống đường ngang tại thành phố Đà Nẵng, cho thấy, kết cấu đường ngang sử dụng tấm bản BTCT lắp ghép đang được sử dụng phổ biến, ngoài ra nhiều điểm đường ngang tự phát còn sử dụng các vật liệu thô sơ như đá dăm. Hiện trạng kết cấu đường ngang tại các nút giao thông đường sắt - đường bộ và tại nhà ga đang có những dấu hiệu xuống cấp, do các hư hỏng có thể kể đến như nứt, vỡ mép tấm bê tông, cong, vênh, dịch chuyển sai vị trí dẫn đến làm giảm chất lượng khai thác công trình.

Các nguyên nhân gây hư hỏng, suy giảm chất lượng khai thác các loại kết cấu mặt đường ngang tại thành phố Đà Nẵng có thể kể đến sự gia tăng về tải trọng và tần suất khai thác, tác động của môi trường như nước làm ảnh hưởng đến kết cấu nền phía dưới, gây các hiện tượng lún lệch, dẫn đến hư hỏng các kết cấu phía trên. Độ bền của các tấm bản không đủ, dẫn tới, nứt vỡ bê tông, bong tróc lộ cốt thép. Quá trình bảo dưỡng, bảo trì chưa tốt, kinh phí hạn hẹp khiến cho hệ đường ngang chưa có 1 sự bảo trì tốt

Bộ bản tính và bộ bản vẽ thiết kế kết cấu tầng trên công trình đường ngang có sử dụng tấm BTCT toàn khối tại nơi giao cắt đồng mức đường bộ - đường sắt tại thành phố Đà Nẵng. Kích thước của tấm bê tông là 2.5x1x0.03m, cốt thép chủ cho bản bê tông ở lưới dưới và lưới trên là D14, cốt đai là D12. Có sử các tấm thép cứng để chăn chắn phần liên kết giữa ray và bản bê tông.

So sánh với các giải pháp đường ngang hiện đang được áp dụng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng. Kết quả cho thấy với việc sử dụng bản BTCT có hiệu quả kinh tế rõ rệt khi dùng để thay thế cho các giải pháp truyền thống như tà vẹt gỗ, bê tông kết hợp với các tấm đan bằng bê tông cốt thép, cao su hay bê tông nhựa.

Bê tông cấp 50Mpa sử dụng phụ gia tro bay được tác giả sử dụng trong nghiên cứu này dựa trên các cấp bê tông hiện đang được áp dụng cho các tà vẹt bê tông trên hệ thống đường sắt. Việc thiết kế cấp phối cho cấp bê tông C50 này được tính toán theo tiêu chuẩn ACI 2114R.08, thực hiện dựa trên các thông số kĩ thuật từ những thí nghiệm xác định các chỉ tiêu kĩ thuật của vật liệu chế tạo bê tông.

Các tấm BTCT toàn khối được thực hiện đúc tại phòng thí nghiệm công trình VILAS 047, trường Đại học giao thông Vận Tải, quy trình chuẩn bị vật liệu tới đúc, bảo dưỡng tuân theo các quy chuẩn hiện hành.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 19706/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Vista.gov.vn