Nghiên cứu tận dụng đất nạo vét kênh quan chánh bố phối trộn xỉ than để đắp nền đường giao thông tại thị xã duyên hải

NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG ĐẤT NẠO VÉT KÊNH QUAN CHÁNH BỐ PHỐI TRỘN XỈ THAN ĐỂ ĐẮP NỀN ĐƯỜNG GIAO THÔNG TẠI THỊ XÃ DUYÊN HẢI Tóm tắt: Mục tiêu của đề tài là đánh giá khả năng sử dụng đất nạo v

ĐỂ ĐẮP NỀN ĐƯỜNG GIAO THÔNG

TẠI THỊ XÃ DUYÊN HẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng - Năm 2019

ĐỂ ĐẮP NỀN ĐƯỜNG GIAO THÔNG

TẠI THỊ XÃ DUYÊN HẢI

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS CHÂU TRƯỜNG LINH

Đà Nẵng - Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác

NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG ĐẤT NẠO VÉT KÊNH QUAN CHÁNH BỐ PHỐI TRỘN

XỈ THAN ĐỂ ĐẮP NỀN ĐƯỜNG GIAO THÔNG TẠI THỊ XÃ DUYÊN HẢI

Tóm tắt: Mục tiêu của đề tài là đánh giá khả năng sử dụng đất nạo vét luồng tàu Kênh Quan

Chánh Bố phối trộn xỉ than từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải Nghiên cứu thông qua kết quả thực nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp: thành phần hạt, cường độ kháng nén, sức chống cắt (S u , C, φ), hệ số thấm, CBR, đầm nén tiêu chuẩn Sau đó so sánh thành phần hạt với nhóm A1- A3 theo tiêu chuẩn AASHTO M145 để xác định được tỷ lệ phối trộn hợp lý và đánh giá khả năng ứng dụng hỗn hợp đất- xỉ than trong đắp nền đường tại thị xã Duyên Hải

Từ kết quả thực nghiệm hỗn hợp đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn để thay thế lớp cát đắp nền đường và san nền tại thị xã Duyên Hải Mô phỏng đánh giá ổn định của nền đường đắp bằng vật liệu nghiên cứu trên phần mềm Plaxis cho trường hợp đắp cao và nền đắp ven bờ tại Duyên Hải Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm cơ sở tham khảo, phục vụ công tác thiết kế, xây dựng các công trình đắp nền đường qua vùng đất yếu góp phần tận dụng được nguồn vật liệu thải ra trong quá trình đốt than tại các nhà máy nhiệt điện Duyên Hải tại tỉnh Trà Vinh nhằm giải quyết giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tiết kiệm diện tích đất dùng làm bãi chứa chất thải xỉ than và góp phần tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên làm vật liệu xây dựng, bảo đảm phát triển bền vững

Từ khóa: kênh Quan Chánh Bố; hỗn hợp đất - xỉ than; chỉ tiêu cơ lý; nền đường; thấm;

Summary: The objective of this project is to assess the possibility of using land to dredge the

channel of Quan Chanh Bo canal to mix coal slag from Duyen Hai thermal power plant Research through experimental results of mechanical and physical properties of the mixture: grain composition, compressive strength, shear strength (Su, C, φ), permeability coefficient, CBR, standard compaction Then compare the grain composition with group A1-A3 according to AASHTO M145 standard to determine the appropriate mixing ratio and evaluate the application

of coal-slag mix in road embankment in Duyen Hai town

From the experimental results, the mixture meets the standard requirements to replace the road sand layer and level the soil in Duyen Hai town Simulation of evaluation of the stability of embankment by research materials on Plaxis software for high embankment and coastal embankment in Duyen Hai The research results of the project can serve as a basis for reference, serving the design, construction of road embankment constructions through weak soil, contributing to making use of the waste materials generated during coal burning in Duyen Hai thermal power plants in Tra Vinh province to address environmental pollution, save land areas used as coal waste dump sites and contribute to saving natural resources as construction materials, protecting ensure sustainable development

Keywords: Quan Chanh Bo channel; soil-coal slag mix; mechanical indicator; roadbed;

permeate;

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Tóm tắt luận văn

Danh mục các bảng

Danh mục các hình

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do lựa chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng nghiên cứu 3

4 Phạm vi nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài 3

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ ĐẤT VÀ KHẢ NĂNG TẬN DỤNG VẬT LIỆU PHÊ THẢI ĐỂ ĐẮP NỀN ĐƯỜNG CHO CÁC TUYẾN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN THỊ XÃ DUYÊN HẢI 4

1.1 Các biện pháp gia cố đất cải thiện thành phần hạt và cải thiện chỉ tiêu cơ lý 4

1.2 Yêu cầu về đất đắp nền đường 4

1.2.1 Yêu cầu đối với vật liệu đắp nền đường [4] 4

1.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến việc đầm chặt của đất 7

1.3 Tổng quan về điều kiện địa chất tự nhiên thị xã Duyên Hải 9

1.4 Tình hình sử dụng vật liệu để đắp nền đường tại thị xã Duyên Hải 11

1.4.1 Cấp phối đất thiên nhiên [2] 12

1.4.2 Cát đen (có hoặc không có gia cố chất liên kết vô cơ)[1] 12

1.5 Triển vọng sử dụng đất nạo vét Kênh Quan Chánh Bố phối trộn xỉ than để đắp nền đường 12

1.6 Tổng quan về nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu 15

1.6.1 Nghiên cứu trong nước 15

1.6.2 Nghiên cứu trên thế giới 17

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 21

Chương 2: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỶ LỆ PHỐI TRỘN HỢP LÝ XỈ THAN 20

2.1 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm 21

2.2 Đánh giá trữ lượng, chất lượng đất tại các bãi chứa 24

2.2.1 Hình ảnh các bãi chứa đã được nạo vét từ kênh Quan Chánh Bố như sau 24

2.2.2 Kết quả khảo sát địa chất và phân tích thành phần vật liệu tại các bãi

chứa K2, K3, K4, K5, K9 27

2.2.3 Đánh giá chỉ tiêu cơ lý – hóa đất 27

2.2.4 Đánh giá chỉ tiêu cơ – lý – xỉ than 32

2.2.5 Xác định tỷ lệ phối trộn 33

2.3 Đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp 37

2.3.1.Thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn (TCVN 4201:2012)[8] 37

2.3.2 Thí nghiệm nén đơn trục (qu) TCVN 9403:2012)[9] 37

2.3.3 Thí nghiệm cắt trực tiếp và nén nhanh (TCVN 4199:2012)[7] 38

2.3.4 Thí nghiệm hệ số thấm (TCVN 8723:2012)[10] 39

2.3.5 Thí nghiệm CBR (Dựa theo tiêu chuẩn (22TCN332: 06)[11] 40

2.4 Đề xuất tỉ lệ phối trộn hợp lý của hỗn hợp 41

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 42

Chương 3: ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐỊA BÀN THỊ XÃ DUYÊN HẢI KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP ĐẤT NẠO VÉT - XỈ THAN 43

3.1 Thống kê hình học các mặt cắt ngang nền đường hiện hữu và quy hoạch 43 3.1.1 Mặt cắt ngang hiện hữu 43

3.1.2 Mặt cắt ngang quy hoạch 44

3.2 Đánh giá ổn định nền đường- khi áp dụng hỗn hợp đất phối trộn xỉ than 45 3.2.1 Bài toán áp dụng 45

3.2.2 Thông số vật liệu 46

3.2.3 Kết quả tính toán 47

3.3 Đề xuất mặt cắt ngang hợp lý (theo chiều cao đắp, đặc trưng chế độ thủy nhiệt, ) 55

3.3.1 Yếu tố về kỹ thuật 55

3.3.2 Yếu tố về kinh tế 55

3.3.3 Đề xuất mặt cắt ngang 56

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

1 Kết luận 58

2 Kiến Nghị 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Quy định Độ chặt đầm nén yêu cầu đối với nền đường 5

1.3 Độ ẩm khống chế tương ứng với khối lượng thể tích của một số

2.20 Các chỉ tiêu dung trọng, độ ẩm mẫu phối trộn 37

2.22 Các chỉ tiêu dung trọng, độ ẩm mẫu phối trộn 38 2.23 Bảng tổng hợp giá trị tăng giảm c và φ sau của hỗn hợp so với

2.25 Kết quả sức chịu tải CBR mẫu hỗn hợp vật liệu 40

2.26 Bảng tổng hợp các quả thực nghiệm tỷ lệ phối trộn của mẫu 41 3.1 Tính chất cơ lý các lớp vật liệu kết cấu áo đường mô phỏng trong

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.1 Bản đồ địa giới hành chính thị xã Duyên Hải 9 1.2 Sơ đồ vị trí các bãi chứa Dự án Luồng Tàu Biển tải trọng lớn vào

1.3 Ảnh vệ tinh khu đỗ bùn Dự án Luồng Tàu Biển tải trọng lớn vào

1.4 Biểu đồ tương quan của dung trọng khô lớn nhất và độ ẩm tối ưu 18 1.5 Giá trị CBR trong các thí nghiệm khác nhau 18

2.11 Biểu đồ Tỷ lệ phối trộn đất và xỉ than K2 34 2.12 Biểu đồ Tỷ lệ phối trộn đất và xỉ than K3 35 2.13 Biểu đồ tỷ lệ phối trộn đất và xỉ than K4 35 2.14 Biểu đồ tỷ lệ phối trộn đất và xỉ than K5 36 2.15 Biểu đồ tỷ lệ phối trộn đất và xỉ than K9 36

2.18 Biểu đồ quan hệ US cắt - US pháp khi cắt trực tiếp mẫu phối trộn 38

2.20 Biểu đồ Kết quả thí nghiệm CBR mẫu phối trộn 41 3.1 Mặt cắt ngang đường nội ô có bề rộng mặt đường 5.5m 43 3.2 Mặt cắt ngang đường nội ô có bề rộng mặt đường 7m 44 3.3 Mặt cắt ngang đường đầu cầu có mặt đường 11m 44 3.4 Mặt cắt ngang điển hình đường 30/4 theo quy hoạch 45 3.5 Mặt cắt ngang điển hình đường 19/5 theo quy hoạch 45 3.6 Mặt cắt ngang đoạn đầu cầu tính toán trường hợp nền đắp cao 5m 48

3.7 Kết quả tính đoạn đầu cầu tính toán trường hợp nền đắp cao 5m

3.8 Mặt cắt ngang đoạn đầu cầu tính toán trường hợp nền đắp cao 6m 49 3.9 Kết quả tính đoạn đầu cầu tính toán trường hợp nền đắp cao 6m

3.10 Mặt cắt ngang đoạn đầu cầu tính toán trường hợp nền đắp cao 7m 50 3.11 Kết quả tính đoạn đầu cầu tính toán trường hợp nền đắp cao 7m

3.12 Mặt cắt ngang đoạn đầu cầu tính toán trường hợp nền đắp cao 5m 53 3.13 Kết quả tính đường – đê – kè kết hợp tính toán trường hợp nền

đắp cao 5m theo trường hợp 1 (vật liệu K2) 53 3.14 Mặt cắt ngang đoạn đường đô thị quy hoạch 54 3.15 Kết quả tính độ lún nền đường theo bài toán đoạn đường đô thị

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Hiện nay hầu hết các nước đang phát triển trên thế giới luôn chú trọng và ưu tiên việc tập trung đẩy mạnh và phát triển nền kinh tế đất nước lên hàng đầu Một trong các mục tiêu và giải pháp phục vụ phát triển kinh tế đó là phát triển nguồn năng lượng vì

nó là một trong những nhu cầu thiết yếu phục vụ cho các ngành sản xuất và nhu cầu sinh hoạt cho toàn nhân loại

Ngày 21/7/2011, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 1208/QĐ-TTg phê duyệt quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030[14] Trên cơ sở thực hiện Quyết định trên các nhà máy nhiệt điện đốt than

sẽ được tiếp tục phát triển để đến năm 2020 với tổng công suất đạt khoảng 36.000

MW, điện sản xuất khoảng 156 tỷ kWh (chiếm khoảng 46,8% sản lượng điện sản xuất)

và tiêu thụ khoảng 67,3 triệu tấn than, thải ra môi trường khoảng 15-20 triệu tấn tro xỉ

và khối luợng lớn khí SOx độc hại Ðối với tỉnh Trà Vinh, đặt biệt là địa bàn thị xã Duyên Hải ngoài lợi ích mang lại từ dự án thì vấn đề xử lý một khối lượng rất lớn cát nạo vét từ việc đầu tư thực hiện dự án đặt ra cho địa phương là hết sức khó khăn Trong những năm gần đây, nước ta đã đầu tư xây dựng rất nhiều nhà máy nhiệt điện và đấu nối vào lưới điện quốc gia, nhằm giảm phụ thuộc vào nguồn thủy điện Trà Vinh là tỉnh đã được Trung ương đầu tư xây dựng dự án các Nhà máy nhiệt điện với tổng công suất 2490MW, theo thiết kế Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải thải ra môi trường hàng năm khoảng 1,5 triệu tấn tro bay và xỉ than/năm Như vậy, khi các dự án vận hành sẽ thải ra lượng tro xỉ rất lớn, là một trong số các chất thải rắn sinh ra trong quá trình đốt than trong các nhà máy nhiệt điện Tùy thuộc vào nguồn nhiên liệu (than

đá, than nâu, ) và công nghệ đốt (lò than phun, lò tầng sôi, ) mà khối lượng và thành phần tro khác nhau, nếu không có giải pháp xử lý triệt để thì ngoài việc cần đến hàng nghìn hecta đất để chôn lấp, tro xỉ còn là nguồn gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí Tuy nhiên, hiện nay theo thống kê cho thấy mới chỉ có khoảng 10% lượng tro thải ra hàng năm được thu gom, sử dụng, còn lại 90% vẫn thực hiện chôn lấp Nếu không được thu gom, tận dụng sẽ không chỉ là một sự lãng phí lớn mà còn là một hiểm họa đối với môi trường Bên cạnh đó theo Quyết định 1696/QĐ-TTg ngày 23/9/2014 của Thủ tướng Chánh phủ quy định thời hạn sử dụng bãi thải là 2 năm đối với các nhà máy nhiệt điện, nhà máy hóa chất [15] Để giải quyết vấn đề này buộc chính quyền các cấp và các nhà khoa học phải tìm biện pháp khắc phục nhằm giảm thiểu tác hại ô nhiểm môi trường, ổn định kinh tế - xã hội cho địa phương

Thực tế ở nhiều nước trên thế giới tro xỉ than từ các nhà máy nhiệt điện được sử dụng rất hiệu quả trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong xây dựng Việc sử dụng rác thải công nghiệp như tro, xỉ than trong xây dựng đường giao thông luôn được khuyến khích và đôi khi là một điều kiện bắt buộc Ở tỉnh Trà Vinh nói chung và thị xã Duyên

Hải nói riêng rất thiếu vật liệu để san nền và đắp nền đường: cấp phối thiên nhiên, cấp phối đá dăm các loại thường phải lấy từ các tỉnh xa đến (Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa Vũng Tàu, Tây Ninh, …), nên thường dẫn tới suất đầu tư xây dựng các công trình giao thông, công cộng cao hơn nhiều so với các khu vực khác, nguyên nhân là do địa bàn có nhiều kênh rạch, đại chất phức tạp, nền đất rất yếu nên để triển khai xây dựng các công trình, cơ sở hạ tầng trên địa bàn phải tăng thêm nhiều chi phí để xử lý so với các nơi khác, nguồn vật liệu xây dựng khan hiếm, không có sẵn để khai thác tại chỗ

mà phải vận chuyển chủ yếu bằng đường thủy từ các vùng khác đến nên chi phí đầu tư xây dựng là rất lớn

Vì vậy, làm sao để giảm bớt khối lượng vật liệu (nhất là cát đắp nền và cấp phối

đá dăm) phải đưa từ nơi khác để sử dụng cho công trình đồng thời đảm bảo công trình

sử dụng tốt, ổn định và giảm bớt chi phí là vấn đề phải quan tâm

Trong khi đó việc tái sử dụng tro, xỉ thành các vật liệu nền móng cho đường giao thông, xử lý nền móng công trình lại được áp dụng khá phổ biến hiện nay Việc sử dụng xỉ than thải ra từ nhà máy nhiệt điện phối trộn kết hợp với các phụ gia như vôi, xi măng nhằm cải thiện khả năng chịu tải, khả năng chống thấm của vật liệu gia cố là giải pháp tốt đảm bảo cải thiện được chi phí xây dựng công trình, giảm chi phí chôn lấp xỉ than, tận dụng được nguồn cát nạo vét, đó là một lựa chọn kinh tế và thân thiện với môi trường Như vậy, có thể nhận định việc nâng cao hiệu quả kinh tế trong đầu tư xây dựng công trình bằng vật liệu xây dựng mới là giải pháp hoàn toàn khả thi Đặc biệt, việc tăng cường sử dụng vật liệu xây dựng được sản xuất từ tro, xỉ của nhà máy nhiệt điện kết hợp với đất được nạo vét từ Kênh Quan Chánh Bố có thể mang lại hiệu quả kinh tế trong đầu tư xây dựng công trình, vì nó vừa mang lại hiệu quả kinh tế cho các

dự án đầu tư xây dựng, giảm tải vấn đề xử lý lượng tro xỉ than thải ra môi trường cũng như việc tận dụng nguồn vật liệu nạo vét từ các kênh mương của địa phương

Từ các vấn đề nêu trên, học viên quan tâm và thực hiện đề tài “Nghiên cứu tận

dụng đất nạo vét kênh Quan Chánh Bố phối trộn xỉ than để đắp nền đường giao thông tại thị xã Duyên Hải” làm đề tài nghiên cứu Trên cở sở nghiên cứu bằng thực

nghiệm, kết hợp lý thuyết tính toán bằng số liệu cụ thể, để từ kết quả tính toán sẽ đưa

ra những nhận định và các đề xuất, kiến nghị nhằm tiêu thụ chất thải tro, xỉ than của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải tỉnh Trà Vinh và nguồn đất nạo vét kênh Quan Chánh

bố để phối trộn đắp nền đường giao thông trên địa bàn thị xã Duyên Hải

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu vật liệu phế thải để đắp nền đường trên địa bàn thị xã Duyên Hải

2.2 Mục tiêu cụ thể

- Đánh giá khả năng sử dụng đất nạo vét luồng tàu kênh quan Chánh bố;

- Đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp và xác định được tỷ lệ hỗn hợp phối trộn hợp lý về kinh tế - kỹ thuật;

- Đánh giá được khả năng ứng dụng hỗn hợp đất- xỉ than trong đắp nền đường tại

thị xã Duyên Hải;

3 Đối tượng nghiên cứu

- Đất nạo vét từ kênh Quan Chánh Bố

- Xỉ than từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải

4 Phạm vi nghiên cứu

- Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết tính toán, tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu

cơ lý của hỗn hợp vật liệu đất – xỉ than từ đó đưa ra các kết luận và giải pháp kết cấu thực tế

5 Phương pháp nghiên cứu

Thu thập thông tin: Thu thập từ các đề tài, dự án liên quan đến ứng dụng của các loại vật liệu: đất và xỉ than;

Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp vật liệu đất – xỉ than;

Mô phỏng số đánh giá ổn định của nền đường đắp sau khi sử dụng hỗn hợp vật liệu nghiên cứu

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài

6.1 Ý nghĩa khoa học

Thông qua các thí nghiệm trong phòng, đánh giá được khả năng ứng dụng làm vật liệu đắp nền đường khi sử dụng hỗn hợp đất – xỉ than

Đề xuất tỷ lệ phối trộn hợp lý giữa các thành phần vật liệu, đảm bảo tính kinh tế -

kỹ thuật trong xây dựng

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm cơ sở tham khảo, phục vụ công tác thiết kế, xây dựng các công trình gia cố nền đường trong vùng đất yếu góp phần tận dụng được nguồn vật liệu thải ra trong quá trình đốt than nhà máy nhiệt điện Duyên Hải tại địa phương nhằm giải quyết giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tiết kiệm diện tích đất dùng làm bãi chứa chất thải xỉ than và góp phần tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên làm vật liệu xây dựng, bảo đảm phát triển bền vững

- Kết quả nghiên cứu giúp cho tư vấn thiết kế, chủ đầu tư có thêm phương án so sánh phương án xử lý về gia cố nền đường từ nguồn vật liệu tại địa phương, đảo bảo hiệu quả về kỹ thuật và kinh tế

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ ĐẤT VÀ KHẢ NĂNG TẬN DỤNG VẬT LIỆU PHÊ THẢI ĐỂ ĐẮP NỀN ĐƯỜNG CHO CÁC TUYẾN

GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN THỊ XÃ DUYÊN HẢI

1.1 Các biện pháp gia cố đất cải thiện thành phần hạt và cải thiện chỉ tiêu cơ lý

Gia cố đất nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số mo dun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất

Đối với công trình giao thông, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp

Các biện pháp gia cố đất thông thường:

- Các biện pháp cơ học: Phương pháp làm chặt bằng đầm, đầm chấn động,

phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc vôi ), phương pháp thay đất, nén trước, vải địa kỹ thuật, đệm cát

- Các biện pháp vật lý: Phương pháp hạ mực nước ngầm, giếng cát, bấc thấm,

điện thấm

- Các biện pháp hóa học: các phương pháp keo kết đất bằng xi măng, vữa xi

măng, silicat hóa, điện hóa

1.2 Yêu cầu về đất đắp nền đường

1.2.1 Yêu cầu đối với vật liệu đắp nền đường [4]

1 Không được sử dụng trực tiếp các loại đất dưới đây để đắp bất cứ bộ phận nào của nền đường:

- Đất bùn, đất than bùn (nhóm A-8 theo AASHTOM145)

- Đất mùn lẫn hữu cơ có thành phần hữu cơ quá 10%, đất có lẫn cỏ và rễ cây, lẫn rác thải sinh hoạt (AASHTOT267-86);

- Đất lẫn các thành phần muối dễ hòa tan quá 5% (cách thí nghiệm xác định xem phụ lục D);

- Đất sét có độ trương nở cao vượt quá 3,0% (thí nghiệm xác định độ trương nở theo 22 TCN332-06);

- Đất sét nhóm A-7-6 (theo AASHTO M145) có chỉ số nhóm từ 20 trở lên;

Khi không có các loại đất khác, phải có biện pháp cải tạo các loại đất nói trên để dùng làm vật liệu đắp nền đường như: loại bỏ các thành phần bất lợi, xử lý đất xấu bằng cách trộn thêm vôi, trộn thêm cát hoặc áp dụng các biện pháp tăng thêm độ chặt đầm nén, hạn chế nước thấm nhập Các biện pháp nói trên phải được đánh giá thông qua thử nghiệm ở trong phòng, ở hiện trường và phải được phê duyệt theo các quy định

Loại đất và sức chịu tải của vật liệu đắp nền đường phải thõa mãn các yêu cầu quy định, phải đạt độ chặt đầm nén theo bảng dưới đây

Bảng 1.1 Quy định Độ chặt đầm nén yêu cầu đối với nền đường

Độ chặt K của nền đường Loại và bộ phận nền đường

Phạm vi độ sâu tính từ đáy áo đường trở xuống (cm)

Đường cao tốc

Đường cấp I đến cấp IV

vật liệu mới đắp)

Đất nền tự nhiên (*)

(**) Nếu nền thiên nhiên không đạt độ chặt yêu cầu ở bảng 2 thì phải đào phạm vi

không đạt rồi đầm nén lại cho đạt yêu cầu

2 Không được dùng đất bụi nhóm A-4 và A-5 (theo phân loại ở AASHTO M145) để xây dựng các bộ phận nền đường dưới mức nước ngập hoặc mức nước ngầm và không nên dùng chúng trong phạm vi khu vực tác dụng của nền đường

3.Vật liệu đắp nền phải có sức chịu tải CBR nhỏ nhất như qui định tại Bảng1.2

Bảng 1.2 Quy định về sức chịu tải (CBR) nhỏ nhất

Sức chịu tải (CBR%) tối thiểu Phạm vi nền đường tính từ

đáy áo đường trở xuống

Nền cho đường cao tốc, cấp I, cấp II

Nền cho đường cấp III, cấp IV có

sử dụng mặt đường cấp cao A1

Nền cho đường các cấp khác không sử dụng mặt đường cấp cao 1 Nền đắp

4 Kích cỡ hạt lớn nhất của các hạt sỏi cuội, đá lẫn trong đất áp dụng cho trường hợp đắp đất lẫn đá là 100 mm khi đắp trong phạm vi khu vực tác dụng của nền đường

và là 150 mm khi đắp phạm vi dưới khu vực tác dụng Khi đắp trong phạm vi dưới khu vực tác dụng bằng đá loại cứng vừa và cứng (cường độ chịu nén trên 20 MPa) thì cỡ hạt lớn nhất còn có thể cho phép bằng 2/3 bề dày đầm nén lớp đất lẫn đá lúc thi công Nếu là đá loại mềm hoặc có nguồn gốc từ đá phong hóa mạnh (cường độ chịu nén từ

20 MPa trở xuống) thì kích cỡ hạt lớn nhất có thể bằng với bề dày đầm nén nhưng trị

số sức chịu tải CBR của chúng vẫn phải đạt yêu cầu qui định tại Bảng 1.3

5.Vật liệu đắp bao

Khi nền đường đắp bằng cát, nền đường phải được đắp bao cả hai bên mái ta luy

và phần đỉnh nền phía trên như yêu cầu ở 7.4.4 TCVN 4054 Trong trường hợp này đất đắp bao hai bên ta luy cũng phải phù hợp với các yêu cầu tại 5.1, 5.2, 5.3 và 5.4

Nếu kết hợp, làm chức năng lớp đáy móng, vật liệu đắp bao phía đỉnh nền phải phù hợp với qui định tại 2.5.2 của 22 TCN 211-06

Nếu khó kiếm được đất đắp bao phù hợp phải đề xuất giải pháp thay thế khác để đáp ứng các yêu cầu đã được qui định nói trên Giải pháp thay thế phải được trình duyệt theo qui định về giải pháp thiết kế

- Đất dùng để đắp phải có cường độ và độ ổn định lâu dài Khi chọn đất phải qua thí nghiệm về cường độ, độ ẩm và cấp phối hạt

- Đất chứa hơn 50% thạch cao (theo khối lượng thể tích) dễ hút nước

- Đất thấm nước mặn luôn luôn ẩm ướt

- Đất chứa nhiều rễ cây, rơm rác, đất thực vật (đất trồng trọt) dễ mục nát, thối rữa

- Các loại đất đá lớn hơn nhóm VI; độ rỗng lớn

Loại đất thực vật hữu cơ (lượng hữu cơ - thực vật dưới 8%) chỉ nên dùng để san lấp những nơi không yêu cầu đầm chặt (đất vườn)

Không dùng đất bùn - đất sình lầy làm đất đắp Riêng đối với đất mềm hoặc đất

ao hồ nếu đã được xử lý (sau khi hong phơi và lượng ngậm nước đạt yêu cầu cho phép) thì cũng có thể dùng để đắp - nhưng cũng chỉ dùng để đắp những nơi không quan trọng (sân bãi không có tải trọng ở trên bề mặt)

Loại đất dính có lượng ngậm nước thích hợp (độ ẩm thích hợp) được dùng để đắp cho tất cả các tầng trong khối đắp

Cũng có thể dùng đất phèn, đất mặt đất có ngậm muối để đắp Tuy nhiên, không dùng các loại đất có chứa tinh thể muối (hạt muối) hoặc đất có lẫn các thực vật ngậm muối

Ngoài các yêu cầu trên còn tuỳ theo đối tượng công trình, còn tuỳ theo đòi hỏi thiết kế mà còn phải quan tâm đến một số chỉ tiêu khác như:

- Thành phần hạt của vật liệu

- Dung trọng khô và độ ẩm của đất đắp trong tự nhiên

- Hệ số thấm K của đất

- Góc ma sát trong của đất

- Dung trọng khô khi độ ẩm tối ưu đạt được trong phòng thí nghiệm

1.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến việc đầm chặt của đất

Yêu cầu và đòi hỏi quan trọng nhất đối với một khối đắp là sự đầm chặt Tuy nhiên việc đầm chặt một khối đắp hoặc phải đầm chặt một loại đất nào đó không phải là một việc làm đơn giản vì nó phụ thuộc rất nhiều nhân tố và điều kiện khách quan khác nhau

Các nhân tố ảnh hưởng đến việc đầm chặt khối đắp bao gồm: Lượng ngậm nước (độ ẩm) có trong đất Chiều dày lớp đất đắp đầm Thiết bị đầm chặt và số lần đầm chặt Loại đất dùng để đắp Điểu kiện thời tiết và địa hình thực hiện

*Lượng ngậm nước (độ ẩm của đất: w %)

Lượng ngậm nước hay còn gọi là độ ẩm của đất có ảnh hưởng rất lớn trong việc đầm chặt đất Cùng một loại đất nhưng nếu lượng nước trong đất quá nhiều hoặc quá ít (đất khô) đều rất khó đầm chặt Đối với mỗi loại đất, có một độ ẩm w% thích hợp nhất định, không có loại nào giống loại nào

Bảng 1.3 Độ ẩm khống chế tương ứng với khối lượng thể tích của một số loại đất

ra được khối lượng thể tích lớn nhất và độ ẩm thích hợp nhất

Để tìm ra độ ấm tối ưu thích hợp cho mỗi loại đất cũng như khối lượng thể tích lớn nhất mà nó có thế đạt được, người ta phải tiến hành kiểm tra trong phòng thí nghiệm theo các phương pháp sau đây (xem TCVN 79 -1980; TCVN 4447-1987; TCVN 4202 – 1995, )

- Phương pháp dùng cối tiêu chuẩn Proctor

- Phương pháp dùng hạn độ chảy của đất

- Phương pháp dùng phao Kavaliép

- Bảo đảm đất dưới cùng được đầm chặt

- Bảo đảm năng suất của máy đầm

Nếu cho chiều dày lớp đất đắp nhỏ lại để đất được chặt có thể xảy ra hai trường hợp Năng suất của máy đầm sẽ bị giảm

Chiều dày lớp đất quá nhỏ ngoài việc không nâng cao năng suất hiệu quả của máy đầm ra, có khi còn gây phản tác dụng Tác dụng của đầm quá mạnh mà đất đắp quá mỏng dễ sinh ra phá hỏng kết cấu của lớp đất đắp Do vậy việc chọn đúng chiều dày lớp đất đắp để đầm của từng loại đất đối với từng loại thiết bị đầm là rất cần thiết Sau đây là một số kinh nghiệm chọn chiều dày lớp đất đầm:

- Đầm tay nên chọn chiều dày lớp đắp đầm: khoảng 15cm

- Đầm lăn, đầm ôtô máy kéo loại nhẹ: 15 - 20cm

- Đầm lăn và đầm nện có công suất lớn: 20 - 30cm

- Đầm lăn 10-50 tấn, tuỳ loại có thể: 30 - 50cm

Tuy vậy, cũng cần xem kỹ các tính năng kỹ thuật của các thiết bị đầm được sử dụng để đầm chặt Theo chỉ dẫn của nhà sản xuất, mỗi loại đầm chỉ có khả năng đầm chặt đất đến độ sâu nhất định và nhất thiết chiều dày lớp đất đắp đầm không được vượt quá thông số nói trên

Chiều dày lớp đất sau khi đầm dĩ nhiên nhỏ hơn chiểu dày lớp đất đắp lúc đầu Tuỳ theo yêu cầu độ chặt đầm nén cao thấp, tuỳ theo phương pháp đầm máy hay thủ công mà chiều dày của đất sau khi đầm chặt sẽ lớn hay nhỏ

1.3 Tổng quan về điều kiện địa chất tự nhiên thị xã Duyên Hải

Thị xã Duyên Hải với tổng diện tích đất tự nhiên là 17.710 ha Thị xã Duyên Hải

có địa hình mang tính chất của vùng đồng bằng ven biển rất đặc thù với những giồng cát hình cánh cung chạy dài theo hướng song song với bờ biển Các giồng cát tập trung chủ yếu ở các xã phía Bắc của Thị xã như: giồng Long Hữu, giồng Rạch cạn và rải rác ven theo bờ biển Nhìn chung địa hình Thị xã Duyên Hải khá thấp và tương đối bằng phẳng với cao trình bình quân phổ biến là 0,4 đến 1,2m

Hình 1.1 Bản đồ địa giới hành chính thị xã Duyên Hải

Địa tầng của thị xã Duyên Hải và các xã thuộc huyện Duyên Hải được khảo sát qua các năm như bảng 1.4

Bảng 1.4 Địa tầng địa chất thị xã Duyên Hải

ĐẠI CHẤT

THỜI GIAN

Bùn sét màu xám đen Cát hạt nhỏ màu xám đen, xám xanh

Cát bụi màu xám đen

1 Xã Dân Thành, thị xã Duyên

Hải, tỉnh Trà Vinh 2004

Sét màu xám đen Cát hạt nhỏ màu xám nâu xám đen

Cát bụi màu xám đen Bùn cát pha màu xám đen

2 Thị trấn Duyên Hải, thị xã

Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh 2006

Sét màu xám đen Cát hạt nhỏ màu nâu xám đen

Bùn cát pha màu xám đen

3 Ấp 10, xã Long Hữu, thị xã

Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh 2007

Bùn sét pha màu xám đen Sét pha màu xám nâu lẫn vàng

Cát hạt nhỏ màu xám đen Bùn sét màu xám đen

4 Xã Long Khánh, huyện

Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh 2008

Sét màu xám đen Cát hạt nhỏ màu nâu vàng, xám xanh, xám đen

Bùn cát pha màu xám đen Cát bụi màu xám đen

5 Ấp 15, xã Long Hữu, thị xã

Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh 2009

Bùn sét pha màu xám đen

* Điều kiện thời tiết và địa hình khu vực đắp đất

Điều kiện thời tiết mưa nắng có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng khối đắp và ảnh hưởng đến công việc đào, vận chuyển đất đắp cũng như việc đầm chặt đất Khi trời mưa, công việc đào vận chuyển đất đắp (đất sét, á sét) và đầm chặt đất nói chung phải tạm ngưng Do nước mưa ngấm vào nên lượng ngậm nước của đất tăng lên, không thể nào đầm đất đạt được dung trọng khô theo yêu cầu của thiết kế

Trường hợp trời hanh khô mà độ ẩm của đất quá nhỏ, lượng nước trong đất rất dễ mất đi và việc đầm chặt đạt được dung trọng theo yêu cầu cũng sẽ rất khó khăn Trong trường hợp này có khi cần phải có thiết bị phun nước để làm tăng độ ẩm của đất đầm Địa hình khu vực đầm đắp cũng có ảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng đắp đất đầm đất

Đối với khu vực rộng dài nên sử dụng đầm lăn, đối với khu vực hẹp nhỏ nên sử dụng đầm nện

Vận chuyển đất đắp từ các sườn thoải rộng nên dùng máy cạp (Scrapen, vận chuyển đất từ các đồi núi cục bộ nên dùng máy xúc gầu ngửa kết hợp với ôtô tự đo

Bởi vậy, tuỳ điều kiện địa hình (địa hình nơi lấy đất, địa hình nơi đắp đất) mà nên chọn

tổ hợp máy đầm, vận chuyển thích hợp (bao gồm thiết bị xúc lấy đất, thiết bị vận chirển, san ủi đất, đầm đất )

Rõ rãng điều kiện thời tiết xấu không những ảnh hưởng đến tiến độ kế hoạch thực hiện mà còn ảnh hưởng đến chất lượng thi công của công việc đắp đầm Điều kiện địa hình có ảnh hưởng trong việc chọn tổ hợp đào vận chuyển, làm chặt đất đầm

1.4 Tình hình sử dụng vật liệu để đắp nền đường tại thị xã Duyên Hải

Xây dựng đường ô tô cần khối lượng vật liệu rất lớn Một trong những nguyên tắc cơ bản trong thiết kế đường ô tô là tận dụng vật liệu địa phương để xây dựng nền đường và móng mặt đường nhằm giảm giá thành xây dựng

Khảo sát vật liệu xây dựng quanh khu vực các dự án xây dựng đường bộ là một nội dung bắt buộc trong bước lập báo cáo đầu tư, chuẩn bị dự án hay bước thiết kế kỹ thuật để thực hiện dự án

Tìm hiểu, thu thập các thông tin cơ bản, các chỉ tiêu cơ lý của một số vật liệu chính để xây dựng đường trong địa bàn khu vực thị xã Duyên Hải và các định hướng cho việc nghiên cứu để tăng cường sử dụng vật liệu địa phương của khu vực vào xây dựng nền, mặt đường là bước mở đầu cho nghiên cứu nâng cao hiệu quả của việc sử dụng vật liệu địa phương cho các dự án xây dựng đường bộ trong địa bàn các tỉnh trong khu vực xây dựng

Một số loại vật liệu cơ bản dùng cho xây dựng đường ô tô có trong khu vực thị

xã Duyên Hải, cũng tương tự như một số địa phương khác của tỉnh Trà Vinh là các loại đất cát, á cát, á sét khác,

Nguồn cát xây dựng tại địa phương khan hiếm, hơn nữa hầu như chất lượng không đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật Các khu vực có nguồn cát đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật thì không được phép khai thác do yếu tố ảnh hưởng đến sạt lở do biến đổi khí hậu

Nguồn vật liệu cát phục vụ xây dựng nền đường ở địa phương cũng không có nhiều Cát mịn có các chỉ tiêu lý học kém như môđun độ lớn khá bé: 0.70 – 1.70, khối lượng riêng: (2.65- 2.68) g/cm3 , khối lượng thể tích xốp: (1.31 – 1.36) g/cm3 , hàm lượng chung bụi, bùn, sét lớn: (3.00 – 5.50)%, lượng mica cũng khá cao: (0.3 – 0.4) % Qua một số kết quả nghiên cứu thì khi sử dụng cát mịn dùng trong bê tông xi măng cho thấy cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo uốn của bê tông đều giảm từ (15 - 22)% so với sử dụng cát hạt thô Độ mài mòn của bê tông xi măng dùng cát mịn lớn hơn độ mài mòn của bê tông xi măng dùng cát hạt thô từ (15.0 - 16.5 )% Nguồn cát có các chỉ tiêu tốt hơn (ví dụ mô đun độ lớn từ 2.4 - 2.8), thì không được phép khai thác

Mỏ đá dùng cho nguồn vật liêu xây dựng tại khu vực thị xã Duyên Hải không có Thường xuyên vận chuyển từ các nơi khác về như:

- Ở Bình Dương có mỏ đá: Hóa An, Châu Thới, mỏ đá 621, mỏ đá công ty 3/2,

mỏ đá Tân Uyên

- Ở Bình Phước có mỏ đá Suối Mơ, Đồng Xoài

- Tại Đồng Nai có mỏ đá Long Thành, Nhơn Trạch, Biên Hòa…

Các cơ sở sản xuất cấp phối đá dăm trong khu vực chưa có được loại sản phẩm tốt để thỏa mãn được tiêu chuẩn thi công Việc không thỏa mãn về thành phần cỡ hạt

có thể bắt nguồn từ hai nguyên nhân Một là, do thiết bị nghiền đá loại cũ hoặc đã cũ, các hàm nghiền được cấu tạo không đưa ra được thành phần cỡ hạt yêu cầu Hai là, do loại đá, cấu trúc tinh thể và nguồn gốc khoáng vật để khi nghiền, cách vỡ của cốt liệu khi nghiền tạo kích thước hạt khó đảm bảo tiêu chuẩn Loại đá granit với thành phần thạch anh, mica… còn không thích hợp với sử dụng làm cốt liệu cho hỗn hợp bê tông nhựa mặt đường do khả năng dính bám kém với bitum

1.4.1 Cấp phối đất thiên nhiên [2]

Vật liệu đắp nền đường không có quy chuẩn cấp phối đất thiên nhiên Vật liệu đắp nền đường phổ biến là đất lẫn đá, ngoài ra còn đất đồi, đá lẫn đất Đất là vật liệu chủ yếu để làm nền đường, có phổ biến ở các nơi Thành phần của nó rất phức tạp, tính chất phụ thuộc vào tỉ lệ các thành phần hạt, thành phần vật liệu khoáng chất và trạng thái của đất (độ ẩm) Ngoài đất ra có khi còn gặp đá trong thi công nền đường Nền đắp đất lẫn đá: đất lẫn từ 30% đến dưới 70% đá các loại có kích cỡ từ 50mm cho đến kích cỡ lớn nhất cho phép quyđịnh;

+ 100mm khi đắp trong phạm vi khu vực tác dụng của nền đường;

+ 150mm khi đắp phạm vi dưới khu vực tác dụng của nền đường;

+ Khi đắp trong phạm vi dưới khu vực tác dụng bằng loại đá cứng vừa và cứng (cường độ chịu nén trên 20 MPa) thì cỡ hạt lớn nhất còn có thể cho phép bằng 2/3 bề dày đầm nén lớp đất lẫn đá lúc thi công Nếu là đầm nén hặc có nguồn gốc từ đá phong hóa mạnh (cường độ chịu nén từ 20 MPa trở xuống) thì kích cỡ lớn nhất có thể bằng bề dày đầm nén nhưng trị số sức chịu tải CBR của chúng vẫn phải đạt yêu cầu quyđịnh

Nền đắp đất: đất các loại có thể lẫn < 30% khối lượng đá, cuội sỏi có kích cỡ từ 19mm trở lên cho đến cỡ hạt lớn nhất là 50mm Vật liệu đắp loại này có thể xác định được độ chặt tiêu chuẩn ở trong phòng thí nghiệm theo 22 TCN333-06

Nền đắp đá: Các loại đá với kích cỡ từ 37,5mm trở lên chiếm ≥ 70% khối lượng

1.4.2 Cát đen (có hoặc không có gia cố chất liên kết vô cơ)[1]

Là các loại cát có nguồn gốc từ cát tàn tích, cát sườn tích, cát bồi tích (cát sông), cát biển, cát gió (hình thành do tác dụng của gió) và cả các loại cát nghiền nhân tạo (sản phẩm của công nghệ gia công đá, sỏi cuộn)

1.5 Triển vọng sử dụng đất nạo vét Kênh Quan Chánh Bố phối trộn xỉ than để đắp nền đường

Kênh Quan Chánh Bố là một kênh đào ở huyện Duyên Hải tỉnh Trà Vinh Một đầu kênh nối với sông Hậu ở xã Định An (huyệnTrà Cú) Kênh chạy dọc theo ranh giới Duyên Hải và Trà Cú ở phía bắc quốc lộ 53, ranh giới giữa thị xã Duyên Hải và huyện Duyên Hải rồi đổ ra biển ở giữa 2 xã Trường Long Hòa và Hiệp Thạnh

Năm 2009, Bộ Giao thông vận tải triển khai dự án mở luồng mới vào sông Hậu thay cho cửa Định An Dự án đã mở rộng 19,2km của kênh Quan Chánh Bố tính từ chỗ nối với sông Hậu đến xã Long Khánh Đồng thời, một kênh mới gọi là kênh Tắt dài 8,2 km được đào nối phần cuối đoạn mở rộng trên qua xã Đông Hải ra biển Dự án

mở rộng và kéo dài kênh Quan Chánh Bố ra biển được khởi công từ cuối năm 2009 và hoàn thành vào năm 2016 Sau khi dự án được hoàn thành, luồng vào sông Hậu có thể tiếp nhận tàu biển lớn 20.000 tấn giảm tải và 10.000 tấn đầy tải

Theo thiết kế, luồng tàu biển này dài khoảng 40 km, gồm có 4 đoạn: đoạn 1, dài

6 km dọc theo sông Hậu; đoạn 2 qua kênh Quan Chánh Bố, dài 19 km; đoạn 3, dài 9

km, đào mới, cắt ngang huyện Duyên Hải, thông ra Biển Đông; đoạn 4 dài 6 km, nối dài kênh tắt thẳng ra Biển Đông Ngoài luồng tuyến sông ra còn có 2 đê chắn cát và chắn sóng được xây dựng trên biển Hai khu nước để làm khu vực cho tàu tránh cùng

hệ thống cầu, đường dân sinh bắt ngang qua kênh và dọc kênh Dự án có tổng vốn đầu

tư hơn 5.000 tỷ đồng, do Cục Hàng hải Việt Nam làm chủ đầu tư, được kỳ vọng sẽ đón tàu có trọng tải 10.000 - 20.000 DWT vào sông Hậu thông thương

Theo kế hoạch, dự án sẽ nạo vét, đào và di chuyển 16.325.605 m3 bùn đất đến 11 khu tập kết rộng 885,31 ha

Hình 1.2 Sơ đồ vị trí các bãi chứa Dự án Luồng Tàu Biển tải trọng lớn vào Sông

Hậu (Kênh Quan Chánh Bố)

Hình 1.3 Ảnh vệ tinh khu đỗ bùn Dự án Luồng Tàu Biển tải trọng lớn vào Sông

Hậu (Kênh Quan Chánh Bố)

Để khắc phục tình trạng khan hiếm vật liệu tại địa phương sử dụng cho công trình xây dựng tại thị xã Duyên Hải, cần có một đề tài nghiên cứu quy mô để có thể phát huy hiệu quả của việc sử dụng vật liệu tại chỗ, bao gồm:

- Tiến hành thu thập số liệu sẵn có và thực hiện điều tra tổng thể về các nguồn vật liệu và các mỏ vật liệu hiện có gần khu vực lân cận, bao gồm vật liệu đất, cấp phối

tự nhiên, cát, cốt liệu,… có tại địa phương;

- Với vật liệu đất và cấp phối tự nhiên, nghiên cứu về giải pháp và công nghệ cải thiện các chỉ tiêu vật liệu, gia cố vật liệu để sử dụng cho xây dựng nền đường và móng của kết cấu áo đường Để khắc phục việc khan hiếm nguồn cát, nghiên cứu về khả năng sử dụng cát xay (từ đá) và nguồn vật liệu đáp ứng cho các lớp kết cấu áo đường

và các hạng mục công trình trên đường;

- Nghiên cứu giải pháp về công nghệ sản xuất để khắc phục nhược điểm về thành phần hạt của cấp phối và phạm vi sử dụng cho vật liệu sẵn có địa phương Nghiên cứu

giải pháp cải thiện và công nghệ gia cố vật liệu

Ở thời điểm hiện nay do tình trạng xâm thực xói mòn ven sông tại thị xã Duyên Hải nên nguồn cát tại đây đã cấm khai thác và các loại vật liệu khác nên vật liệu dùng để xây dựng công trình và san lấp mặt bằng là rất khan hiếm Hiện tại, đất sau khi nạo vét Kênh Quan Chánh Bố có khối lượng đất khoảng 16.325.605 m3 bùn đất và phải cần đến

11 khu rộng khoảng 885,31 ha để chứa đất nạo vét chiếm diện tích đất khá lớn

Do vậy, việc nghiên cứu tận dụng đất nạo vét Kênh Quan Chánh Bố phối trộn xỉ than để đắp nền đường là vấn đề đúng đắn và cấp thiết Tận dụng được xỉ than từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải vào việc xây dựng đường giao thông tại thị xã Duyên Hải

Nó góp phần giải quyết làm giảm chi phí giá thành xây dựng công trình, đẩy nhanh tiến độ thi công và giảm chi phí chôn lấp xỉ than, đó là một lựa chọn kinh tế và thân thiện với môi trường Đây là các vấn đề cần quan tâm nhất trong việc đầu tư công trình xây dựng và san lấp mặt bằng hiện nay tại thị xã Duyên Hải

1.6 Tổng quan về nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu

1.6.1 Nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu của nhóm đồng tác giả ThS.Bùi Anh Tuấn và ThS.Lê xuân Quí, 2015[3]

+ Phương pháp nghiên cứu: Thực nghiệm, đánh giá khả năng sử dụng tro bay Nhà máy Nhiệt điện Cao Ngạn kết hợp với xi măng PC30 chế tạo vật liệu tự đầm thông qua các chỉ tiêu cơ bản liên quan đến kỹ thuật đường bộ để đánh giá khả năng thay thế vật liệu đất đắp truyền thống: Độ linh động, cường độ chịu nén (Rn), sức chịu tải CBR, mô đun đàn hồi (Eđh) Tỷ lệ phối trộn: 5% xi măng + 95% tro bay, 10% xi măng + 90 % tro bay, 20% xi măng + 80% tro bay

Mẫu thí nghiệm Rn được đúc trong khuôn lập phương kích thước 70,7x70,7x70,7 (mm), bảo dưỡng ẩm hàng ngày và thí nghiệm với các tuổi mẫu 7, 28, 56 ngày Kết quả thí nghiệm thể hiện tại Hình1.4

Hình 1.4 Cường độ nén Rn nhóm mẫu 1 ở các ngày tuổi khác nhau

Mẫu thí nghiệm Eđh được đúc trong khuôn D = 101,60mm và H = 63,50mm (Marshall), bảo dưỡng ẩm hàng ngày và thí nghiệm với các tuổi mẫu 7, 28, 56 ngày Kết quả thí nghiệm thể hiện tại Hình 1.5

Hình 1.5 Mô đun đàn hồi Eđh nhóm mẫu 1 ở các ngày tuổi khác nhau

Mẫu thí nghiệm CBR được đúc trong khuôn D = 152,40mm và H = 177,80mm, mẫu được bảo dưỡng ẩm hàng ngày, sau khi đạt 28 ngày tuổi tiến hành ngâm bão hòa

4 ngày để tiến hành nén Kết quả thể hiện tại Hình1.6

Hình 1.6 Sức chịu tải CBR nhóm mẫu 1 ở ngày tuổi 28

Mẫu tỷ lệ 5%XM có CBR = 9.86% và E = 79.00 MPa 28 ngày tuổi; mẫu tỷ lệ

10%XM có CBR = 32.56% và E = 107.23 MPa theo quy định 22 TCN211-06 tương

đương với các lớp vật liệu đất đắp K95, K98 Các loại tỷ lệ này có thể được định hướng sử dụng trong công tác đắp trả tại các vị trí khó thi công (diện thi công hẹp) trong công tác xây dựng, duy tu, bảo dưỡng hoặc sửa chữa đường ôtô

Mẫu tỷ lệ 20%XM có CBR=76,74% và E=235.00 Mpa 28 ngày tuổi theo quy định 22 TCN 211-06 tương đương với lớp vật liệu cấp phối đá dăm loại 2 Loại tỷ lệ này có thể định hướng sử dụng trong công tác đắp trả tại vị trí các lớp móng kết cấu áo đường trong duy tu, bảo dưỡng hoặc sửa chữa

Khả năng ứng dụng của mẫu tỷ lệ 20% XM khó có thể xem xét khi tính đến chỉ tiêu về kinh tế Để sử dụng được vật liệu tự đầm để thay thế lớp móng đường truyền thống cần nghiên cứu theo phương án tạo bộ khung cốt liệu cho hỗn hợp nhằm tăng cường độ và giảm lượng xi măng

Các kết quả trong chương trình thí nghiệm bước đầu khẳng định khả năng sử dụng tro bay trong chế tạo vật liệu tự đầm Việc chế tạo vật liệu này có ý nghĩ vô cùng quan trọng trong việc thanh thải tro thải cho các nhà máy nhiệt điện cũng như góp phần vào nhu cầu thực tiễn trong công tác thi công đường ôtô

1.6.2 Nghiên cứu trên thế giới

a Nghiên cứu của M Cabrera, J Rosales, J Ayuso, J Estaire , F Agrela khu vực Kỹ thuật Xây dựng, Đại học Cordoba, Cordoba, Tây Ban Nha

- Nội dung nghiên cứu: Tính khả thi của việc sử dụng tro đáy kết hợp với đất sét trong các đắp đất nền đường và đường nông thôn

- Kết quả như sau:

+Sử dụng tro đáy sinh khối để xử lý đất,

+Các hỗn hợp đất mở rộng khác nhau đã được áp dụng, với tỷ lệ Biomass bottom ashes (BBA) khác nhau

+Việc sử dụng BBA làm vật liệu ổn định trên đường đã được chứng minh

+Việc bổ sung BBA trong tất cả các hỗn hợp đã cải thiện khả năng chịu lực

Bảng 1.5 Thành phần hỗn hợp phối trộn

Thành phần

hỗn hợp

Đất sét mở rộng (ECS)

Tro đáy sinh khối (BBA)

Vôi sống (Quicklime)

Biểu đồ dưới đây biểu thị biểu đồ của các kết quả của kiểm tra Proctor sửa đổi,

có thể quan sát rằng tất cả các vật liệu từ đó có thể tìm ra mối tương qua của dung trọng và độ ẩm cho ra Dung trọng khô lớn nhất và độ ẩm tốt ưu

Hình 1.7 Biểu đồ tương quan của dung trọng khô lớn nhất và độ ẩm tối ưu

Hình 1.8 Giá trị CBR trong các thí nghiệm khác nhau

Bảng 1.8 cho thấy kết quả thu được từ các thử nghiệm CBR cho 4 phương thức được chọn cho các thử nghiệm này và cho các vật liệu được nghiên cứu và Hình 4 cho thấy biểu đồ của các giá trị CBR thu được cho 100% MP trong bốn chế độ trong đó các bài kiểm tra đã được thực hiện Cho 90 ngày ngâm và 90 ngày thử nghiệm buồng khô, giá trị đại diện là trung bình của ba mẫu

So sánh các giá trị trong bốn phương thức kiểm tra nó được quan sát rằng tất cả các hỗn hợp ECS + BBA đều cải thiện khả năng chịu đất Các giá trị so với ECS đã tăng 98% cho ECS + BBA (50/50) và 64% cho ECS + BBA (85/15) khi chưa ngâm Kết luận: Công trình hiện tại đã chứng minh, ít nhất là đối với tỷ lệ phần trăm phối

trộn nhất định, lợi ích của BBA để cải thiện khả năng cơ học và ổn định khi được sử dụng để xây dựng vật liệu trong cơ sở hạ tầng dân dụng Việc tìm ra giá trị sử dụng của nguồn vật liệu này thay vì khai thác tài nguyên thiên nhiên hoặc tài nguyên thiên nhiên không tái tạo, có thể loại bỏ các tác động tiêu cực liên quan đến sự bừa bãi xử lý sản phẩm phụ này trong các bãi chôn lấp

b Nghiên cứu của nhóm đồng tác giả Tanaya Deb và Sujit Kumar Pal, 2014[13]

Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu cơ tính của đất hỗn hợp tro bay để ứng dụng làm vật liệu xâydựng

Thành phần cốt liệu tạo mẫu gồm: Đất sét và tro bay với tỷ lệ về khối lượng khô như sau:

Fly ash contents <°o)

Hình 1.9 Biểu đồ hệ số thấm của đất hỗn hợp theo hàm lượng tro bay

+ Sức kháng nén ở ngày đầu tiên là 210,66 - 193,88; 200,75 - 184,00; 191,30 - 175,73; 181,35 - 165,69 và 171,00 - 156.00 kPa ứng với tỷ lệ phần trăm của tro bay 10,15,20,25 và 30% và Sức kháng nén ở ngày thứ 7 là 253,13 - 225,19; 239,13-216,07; 222,60-210,56; 208,89-192,52 và 192,2-175,05kPa tương ứng hàm lượng tro bay 10,

15, 20, 25 và 30%

LS-t-ECF

3035

Hình 1 10 Biểu đồ sức kháng nén của đất hỗn hợp ở thời gian 1 ngày và 7 ngày

+ Tác giả kiến nghị đối với đất hỗn hợp có hàm lượng tro bay 30% hoặc cao hơn có thể được sử dụng như vật liệu san lấp, đất đắp kè trong lĩnh vực xây dựng địa kỹ thuật

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Cấp phối thiên nhiên là vật liệu được sử dụng khá phổ biến trong xây dựng đường ôtô và san lấp mặt bằng công trình.Tuy nhiên với việc khai thác không theo quy hoạch trong thợi gian dài nên nên số lượng một số mỏ cát tại địa phương còn lại rất ít Hiện nay, do tình trạng xâm thực xói mòn của các dòng sông trên địa bàn tỉnh Trà Vinh nên nguồn cát ven sông Trà Vinh nói chung và thị xã Duyên Hải nói riêng cấm khai thác Nên nguồn vật liệu để cung cấp cho xây dựng nền đường và san lấp mặt bằng rất khan hiếm

Do vậy việc nghiên cứu để tận dụng phế phẩm khối lượng đất nạo vét Kênh Quan Chánh Bố và xỉ than từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải vào việc xây dựng nền đường giao thông và san lấp mặt bằng tại thị xã Duyên Hải rất cần thiêt Nó góp phần giải quyết làm giảm chi phí giá thành xây dựng công trình, đẩy nhanh tiến độ thi công và giảm chi phí chôn lấp xỉ than, đó là một lựa chọn kinh tế và thân thiện với môi trường

và giải quyết việc khan hiếm nguồn vật liệu như hiện nay là vấn đề đúng đắn và bức thiết

Vì vậy, ở chương tiếp theo tác giả sẽ đi sâu vào phân tích thành phần hạt vật liệu đất nạo vét kênh Quan Chánh Bố và xỉ than từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải để đắp nền đường giao thông tại thị xã Duyên Hải

Chương 2 QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỶ LỆ

PHỐI TRỘN HỢP LÝ XỈ THAN

Như ở chương 1 đã trình bày, hiện tại trên địa bàn thị xã Duyên Hải có 2 nguồn vật liệu phế thải là đất nạo vét từ kênh Quan Chính Bố có khối lượng khoảng 16.325.605 m3 bùn đất Chủ yếu là đất sét pha có màu vàng nâu, xám nâu trạng thái nửa cứng và xỉ than từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải thải ra môi trường hàng năm khoảng 1,5 triệu tấn tro bay và xỉ than/năm Chương này trình bày kết quả thực nghiệm trong phòng phối trộn 2 loại vật liệu đạt yêu cầu tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5747:1993, tham khảo thêm tiêu chuẩn AASHTO M145 Qua nghiên cứu thực địa 11 bãi chứa đất nạo vét kênh Quan Chánh Bố, để thuận lợi cho việc lấy mẫu, vận chuyển, giới hạn về thời gian cũng như có đề xuất sau này với thị xã về việc triển khai thí điểm trên công trình thực tế Nhóm đề tài đã kiến nghị triển khai nghiên cứu tại 5/11 bãi chứa đất có khối lượng phân bố tương đối lớn và có đường vận chuyển thuận lợi nhất để phục vụ nguồn vật liệu cho địa phương đang khan hiếm Kế hoạch thực nghiệm và kết quả được trình bày như bên dưới:

* Kế hoạch thực nghiệm:

Mẫu hỗn hợp vật liệu nghiên cứu của đề tài này gồm đất nạo vét kênh Quan Chánh Bố tại các bãi chứa K2, K3, K4, K5, K9 và xỉ than được lấy tại nhà máy nhiệt điện Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh

Thực hiện đầm chặt trong phòng thí nghiệm mẫu các mẫu đất tại các bãi chứa K2, K3, K4, K5 và K9 theo Tiêu chuẩn nghành 22TCN 333:2006; nhằm xác định độ

ẩm tốt nhất wopt ứng với dung trọng khô lớn nhất γdmax; để phối trộn với xỉ than để đắp

nền đường giao thông tại thị xã Duyên Hải

2.1 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm

LẤY MẪU ĐẤT TẠI 5 BÃI CHỨA K2; K3; K4; K5; K9

THÀNH PHẦN HẠT

5 BÃI CHỨA VÀ XỈ

SO SÁNH THÀNH PHẦN HẠT VỚI NHÓM A1- A3 CỦA AASHTO M145

CHỌN 1 TỶ LỆ XỈ ĐỂ THÀNH PHẦN HẠT A1 - A3 (MỨC TỐI THIỂU - GẦN CẬN TRÊN)

THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ Su; Rn; CBR; K Wl; Wp; IP

SO SÁNH YÊU CẦU CỦA AASHTO TCVN: 5747-1993; TCVN: 4447- 2012

SO SÁNH THÀNH PHẦN HẠT HỖN HỢP VỚI A1 - A3

CHỌN TỶ LỆ HỖN HỢP ĐẠT VÀO MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG

TĂNG % XỈ

CHƯA

CHƯA ĐẠT 1 TRONG CÁC CHỈ TIÊU

ĐẠT DỰA VÀO AASHTO M145

Hình 2.1 Sơ đồ thực nghiệm

Bảng 2.1 Bảng kế hoạch thực nghiệm

Số lượng mẫu Diễn giải Thí nghiệm ở ngày tuổi

Khối lượng 1 mẫu

Khối lượng cốt liệu 1 mẩu (g) Tổng Khối lượng

Tổng Cộng - - - - 741.792 92.724

2.2 Đánh giá trữ lượng, chất lượng đất tại các bãi chứa

2.2.1 Hình ảnh các bãi chứa đã được nạo vét từ kênh Quan Chánh Bố như sau

Hình 2.2 Bãi Chứa K2

Hình 2.3 Bãi Chứa K3

Hình 2.4 Bãi Chứa K4

Hình 2.5 Bãi Chứa K5

Hình 2.6 Bãi Chứa K9

Căn cứ vào Báo cáo tổng hợp kết quả khảo sát, điều tra, đánh giá, xác định khối lượng vật liệu tại hiện trạng 13 bãi chứa bùn của dự án đầu tư xây dựng công trình luồng cho tàu biển có trọng tải lớn vào sông hậu thì trữ lượng đất các bãi chứa sau khi

hạ độ cao tại bãi chứa bùn K2, K3, K4, K5, K9 về cao độ +2.70 cho kết quả như sau:

Bảng 2.2 Diện tích và khối lượng hạ cao độ tại các bãi chứa

TT Tên các

bãi chứa

Diện tích các bãi (m 2 )

Cao độ hiện trạng trung bình (m)

Chiều cao đào trung bình (m)

Tổng khối lượng vật liệu thu được (m 3 )

2.2.2 Kết quả khảo sát địa chất và phân tích thành phần vật liệu tại các bãi chứa K2, K3, K4, K5, K9

Bảng 2.3 Tỷ lệ (%) trung bình thành phần các loại vật liệu theo cỡ hạt chứa trong

đất phần thu hồi của bãi bùn K2, K3, K4, K5, K9

Tỷ lệ (%) trung bình

TT Thành

Ghi chú

Tỷ

lệ (%)

Tổng chiều dày khoan qua (m)

Tỷ

lệ (%)

Tổng chiều dày khoan qua (m)

Tỷ

lệ (%)

Tổng chiều dày khoan qua (m)

Tỷ lệ (%)

Tổng chiều dày khoan qua (m)

Tỷ

lệ (%)

TT Loại đất

Ghi chú

Bảng 2.6 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt tại bãi chứa K2

*Nhận xét: Theo kết quả thí nghiệm thành phần hạt tại bãi chứa K2 có giới hạn

chảy WL=44.69 và chỉ số dẽo IP=22.14 Theo TCVN 5747:1993 [5] và bảng 3-6 phân chia hạt và nhóm hạt theo hệ thống AASHTO [6] Nên đất tại bãi K2 đất thuộc nhóm A-2-7 là

loại đất sét ít dẻo (CL), trạng thái nữa cứng có tính nén từ thấp đến trung bình

Bảng 2.7 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt tại bãi chứa K3