Mặt đường băng làm bằng một trong hai loại: bê tông xi măng (mặt đường cứng, đổ thành tấm dày khoảng 35–50 cm) hoặc bê tông nhựa (mặt đường mềm, nhiều lớp nhựa trên nền đá cấp phối). Bên dưới là cả một kết cấu nhiều tầng dày hơn một mét để chia tải của bánh máy bay nặng hàng trăm tấn xuống nền đất. Trên mặt, nhiều đường băng còn được cắt những rãnh ngang nhỏ chừng 6 mm để nước thoát nhanh, tránh hiện tượng lốp trượt trên lớp nước khi mưa.
Mặt đường cứng và mặt đường mềm
Bê tông xi măng: những tấm đá nhân tạo
Mặt đường cứng là các tấm bê tông xi măng đổ liền, mỗi tấm vuông chừng 5–7,5 m, giữa các tấm có khe co giãn được chèn vật liệu đàn hồi. Tấm bê tông cứng đến mức nó tự "phân phối" tải trọng: bánh xe đè lên một điểm nhưng cả tấm cùng chịu, nên lớp nền bên dưới không cần quá dày.
Ưu điểm của bê tông xi măng là bền, chịu được dầu, nhiên liệu rơi vãi và sức nóng của luồng phụt động cơ, không bị lún vệt bánh khi máy bay đứng lâu. Vì thế sân đỗ, đầu đường băng và chỗ máy bay dừng chờ thường làm bằng bê tông xi măng. Đổi lại, nó đắt, thi công lâu (phải chờ bê tông đông kết và đạt cường độ), và khi hỏng thì phải cắt bỏ cả tấm.
Bê tông nhựa: dễ sửa, êm hơn
Mặt đường mềm là nhiều lớp bê tông nhựa nóng rải trên lớp móng đá dăm và lớp móng dưới. Nó không tự phân phối tải mà truyền dần xuống các lớp bên dưới, nên tổng kết cấu phải dày hơn. Ưu điểm lớn nhất: sửa nhanh. Cào bóc lớp mặt cũ và rải lớp mới có thể làm trong vài đêm, trả đường băng về khai thác vào sáng hôm sau. Nhiều đường băng bê tông xi măng cũ cũng được tăng cường bằng cách phủ một lớp bê tông nhựa lên trên.
Nhược điểm: nhựa mềm ra khi nắng nóng, có thể lún vệt dưới bánh máy bay nặng đứng yên lâu, và bị dầu, nhiên liệu làm hỏng. Vùng khí hậu nhiệt đới như Việt Nam vì thế phải chọn loại nhựa và cấp phối chịu nhiệt tốt.
Kết cấu bên dưới: một chiếc bánh nhiều tầng
Cắt ngang một đường băng, từ trên xuống thường thấy:
- Lớp mặt: bê tông xi măng hoặc bê tông nhựa, nơi bánh xe tiếp xúc, chịu mài mòn và thời tiết.
- Lớp móng trên: đá dăm cấp phối hoặc đá gia cố xi măng, chịu tải lớn ngay dưới lớp mặt.
- Lớp móng dưới: vật liệu rẻ hơn như cát sỏi, chia tải tiếp và giúp thoát nước.
- Nền đất đã đầm chặt: đất tự nhiên hoặc đất đắp, được xử lý để không lún.
Nền đất là yếu tố quyết định. Ở vùng đất yếu như đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long, kỹ sư phải xử lý nền bằng bấc thấm, gia tải trước, cọc hoặc thay đất, có khi mất cả năm chờ nền lún ổn định trước khi làm mặt đường. Kết cấu đường băng ở sân bay lớn thường dày tổng cộng trên một mét, và ở vùng giữa đường băng, nơi máy bay chủ yếu chạy nhanh nên tải "nhẹ" hơn, có thể mỏng hơn ở hai đầu.
Đường băng chịu được máy bay nặng bao nhiêu: từ PCN tới PCR
Một chiếc máy bay thân rộng cất cánh có thể nặng 300–350 tấn, dồn lên khoảng 12–20 bánh xe chính. Sân bay phải công bố đường băng chịu được tới đâu, và máy bay phải công bố nó "nặng" với mặt đường tới đâu, theo cùng một thang đo.
Suốt nhiều thập kỷ, ICAO dùng hệ ACN–PCN: mỗi máy bay có chỉ số ACN, mỗi mặt đường có chỉ số PCN; ACN không vượt PCN thì máy bay khai thác bình thường được. Từ ngày 28 tháng 11 năm 2024, Phụ ước 14 chuyển sang hệ mới ACR–PCR, dựa trên phương pháp tính kết cấu nhiều lớp sát thực tế hơn. Nguyên tắc so sánh vẫn vậy, chỉ là con số thay đổi thang đo.
Một mã PCR công bố có dạng như PCR 760/R/B/W/T, đọc là:
| Thành phần | Ý nghĩa |
|---|---|
| 760 | Chỉ số sức chịu tải của mặt đường |
| R hoặc F | Mặt đường cứng (rigid) hoặc mềm (flexible) |
| A, B, C, D | Loại nền đất, từ rất tốt (A) tới rất yếu (D) |
| W, X, Y, Z | Áp suất lốp tối đa cho phép: W không giới hạn, X tới 1,75 MPa, Y tới 1,25 MPa, Z tới 0,5 MPa |
| T hoặc U | Đánh giá bằng tính toán kỹ thuật (T) hay bằng kinh nghiệm khai thác (U) |
Nếu máy bay vượt chỉ số, sân bay có thể cho phép khai thác quá tải có giới hạn, với số lần nhất định, vì một vài lượt vượt nhẹ không làm hỏng ngay mặt đường; nhưng khai thác quá tải thường xuyên sẽ rút ngắn tuổi thọ rõ rệt.
Rãnh chống trượt: vì sao mặt đường được khía
Hiện tượng trượt nước
Khi mưa to, nước đọng thành một lớp mỏng trên mặt đường. Nếu lốp chạy đủ nhanh, nó không kịp ép nước ra hai bên và bắt đầu lướt trên lớp nước, giống viên đá ném thia lia. Đó là trượt nước (hydroplaning, aquaplaning): lốp gần như mất tiếp xúc với mặt đường, phanh và bánh lái mũi mất tác dụng.
Nghiên cứu của NASA thập niên 1960 đưa ra một công thức kinh nghiệm nổi tiếng, gắn với tên kỹ sư Walter Horne: tốc độ bắt đầu trượt nước (tính bằng hải lý/giờ) xấp xỉ bằng 9 nhân căn bậc hai của áp suất lốp (tính bằng psi). Lốp máy bay chở khách bơm khoảng 200 psi thì tốc độ ấy vào khoảng 125–130 hải lý/giờ, tức chừng 235 km/h, nằm đúng trong dải tốc độ hạ cánh. Ngoài kiểu trượt do lớp nước dày, còn kiểu trượt trên màng nước mỏng lẫn cao su ở vùng chạm bánh, và kiểu trượt do lốp bị khoá cứng sinh nhiệt làm nước dưới lốp hoá hơi.
Cắt rãnh và lớp mặt thoát nước
Lời giải là cho nước một lối thoát. Người ta dùng máy cắt đĩa kim cương khía những rãnh ngang trên toàn bộ mặt đường, vuông góc với tim đường. Kích thước phổ biến theo tiêu chuẩn của FAA là rãnh sâu 6 mm, rộng 6 mm, tim rãnh cách nhau khoảng 38 mm (1,5 inch); một số nước dùng khoảng cách hẹp hơn đôi chút. Lốp ép nước vào rãnh, nước chảy ra lề theo độ dốc ngang. Phụ ước 14 không bắt mọi đường băng phải cắt rãnh, nhưng yêu cầu mặt đường phải đạt độ ma sát nhất định khi ướt, và khuyến nghị cắt rãnh hoặc dùng lớp mặt rỗng thoát nước khi cần.
Lớp mặt rỗng thoát nước (porous friction course) là loại bê tông nhựa có nhiều lỗ rỗng liên thông, nước thấm xuống rồi chảy ngang ra lề. Nó êm, ít ồn, nhưng dễ bị bụi và cao su làm tắc.
Độ dốc ngang: phần việc thầm lặng
Mặt đường băng không phẳng tuyệt đối mà hơi gồ ở giữa như mui rùa, dốc ngang về hai bên. Phụ ước 14 khuyến nghị độ dốc ngang khoảng 1,5% cho đường băng mã chữ C, D, E, F và 2% cho mã chữ A, B. Một đường băng rộng 45 m với độ dốc 1,5% thì mép thấp hơn tim chừng 34 cm, đủ để nước chảy ra mà máy bay không cảm thấy nghiêng. Độ dốc dọc cũng bị giới hạn: với đường băng mã số 3, 4, độ dốc trung bình dọc toàn chiều dài không quá 1%.
Đo ma sát và báo cáo mặt đường
Sân bay phải theo dõi độ trơn của đường băng. Định kỳ, xe đo ma sát chạy dọc đường băng, tự phun một lớp nước mỏng trước bánh đo và ghi lại hệ số ma sát. Khi chỉ số tụt dưới ngưỡng bảo dưỡng, phải tẩy cao su hoặc xử lý lại mặt.
Từ ngày 4 tháng 11 năm 2021, ICAO áp dụng định dạng báo cáo toàn cầu (Global Reporting Format) về tình trạng mặt đường băng. Mỗi phần ba đường băng được gán một mã từ 6 (khô) xuống 0 (băng ướt, cực trơn), kèm loại chất phủ (nước, tuyết, băng, bùn) và độ dày. Phi công dùng mã này tra trực tiếp vào bảng tính năng của máy bay để biết quãng hạ cánh cần thiết. Trước đó, mỗi nước báo một kiểu, phi công khó so sánh.
Tuổi thọ và chuyện sửa đường băng ban đêm
Mặt đường bê tông xi măng thiết kế cho khoảng 20–40 năm, lớp phủ bê tông nhựa thường phải làm lại sau khoảng 10–15 năm, tuỳ lưu lượng và khí hậu. Dấu hiệu xuống cấp: nứt, bong tróc mép tấm, lún vệt, và nguy hiểm nhất là vật liệu rời ra thành đá vụn, có thể bị động cơ hút vào.
Ở sân bay chỉ có một hai đường băng, đóng hẳn để sửa là bài toán khó. Cách quen thuộc là làm theo ca đêm: đóng đường băng vài giờ, cào bóc, rải, lu lèn, sơn vạch tạm, kiểm tra vật ngoại lai rồi mở lại trước chuyến sáng. Việt Nam đã trải qua đúng kiểu này trong đợt cải tạo đường băng ở Nội Bài và Tân Sơn Nhất khoảng năm 2020–2021, khi mỗi sân bay phải dồn khai thác sang đường băng còn lại trong nhiều tháng.
Ai muốn tìm hiểu kỹ có thể đọc Phụ ước 14 tập I (các chương về đặc tính vật lý và tình trạng mặt đường), Sổ tay Thiết kế sân bay của ICAO phần 3 (Mặt đường), và phần mô tả mặt đường trong tài liệu tin tức hàng không của từng sân bay, nơi ghi loại mặt và mã sức chịu tải.
Câu hỏi thường gặp
Đường băng sân bay làm bằng gì?
Đường băng làm bằng bê tông xi măng hoặc bê tông nhựa, đặt trên các lớp móng đá và nền đất đầm chặt. Tổng kết cấu ở sân bay lớn thường dày trên một mét.
Vì sao đường băng có rãnh ngang?
Rãnh ngang giúp nước dưới lốp thoát nhanh khi mưa, tránh hiện tượng lốp lướt trên lớp nước và mất phanh. Kích thước phổ biến là rãnh sâu và rộng 6 mm, tim rãnh cách nhau khoảng 38 mm.
Trượt nước khi hạ cánh là gì?
Đó là khi lốp máy bay lướt trên lớp nước đọng thay vì bám mặt đường, làm phanh và lái gần như vô hiệu. Nguy cơ tăng khi nước đọng dày, tốc độ cao và mặt đường trơn vì cao su.
PCN và PCR là gì?
Đó là chỉ số sức chịu tải của mặt đường băng. PCN thuộc hệ cũ ACN–PCN; từ 28/11/2024 ICAO chuyển sang hệ ACR–PCR, máy bay có chỉ số không vượt chỉ số mặt đường thì khai thác bình thường.
Đường băng bê tông dùng được bao lâu?
Mặt đường bê tông xi măng thường thiết kế cho 20–40 năm, lớp phủ bê tông nhựa khoảng 10–15 năm. Tuổi thọ thực tế phụ thuộc số chuyến, loại máy bay và khí hậu.
