Nghiên cứu sử dụng cấp phối đá dăm gia cố xi măng làm móng và mặt đường ở tỉnh bình phước luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - NGUYỄN HIẾU PHÚ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG LÀM MÓNG VÀ MẶT ĐƢỜNG Ở TỈNH BÌNH PHƢỚC CHUN NGÀNH : XD ĐƢỜNG Ơ TÔ VÀ ĐƢỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ: 60.58.02.05.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN ĐỨC TRỌNG Thành Phố Hồ Chí Minh - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2016 Tác giả Nguyễn Hiếu Phú LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc luận văn này, tác giả nhận đƣợc nhiều giúp đỡ thầy giáo hƣớng dẫn, nhà khoa học, bạn đồng nghiệp quan liên quan Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám đốc sở II, Khoa Sau Đại học, Khoa Cơng trình, Bộ môn Đƣờng bộ, Trƣờng Đại học Giao thông Vận tải giúp đỡ tác giả trình học tập nghiên cứu Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn Thầy Cơ, bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến thiết thực quý báu Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Nguyễn Đức Trọng tận tình giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Do thời gian khả hiểu biết hạn chế nên luận văn chắn cịn có thiếu sót Tác giả xin chân thành cảm ơn tiếp thu nghiêm túc ý kiến đóng góp nhà khoa học bạn đồng nghiệp Tác giả MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ MẠNG LƢỚI GIAO THÔNG VẬN TẢI CỦA TỈNH BÌNH PHƢỚC 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tình Bình Phƣớc 1.2.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên khu vực Bình Phƣớc 1.2.2 Đặc điểm tình hình kinh tế - xã hội 1.3.Chất lƣợng trữ lƣợng vật liệu dùng xây dựng tỉnh Bình Phƣớc [17] 1.3.1.Cao lanh (kaolin): 1.3.2 Sét gạch ngói, cát xây dựng [17] 1.3.3.Cát xây dựng [17] 1.3.4 Đá xây dựng [14], [17] 1.4 Hệ thống mạng lƣới giao thơng tỉnh Bình Phƣớc [16] 11 1.4.1 Hiện trạng hệ thống mạng lƣới giao thông: 11 1.4.2 Định hƣớng quy hoạch hệ thống mạng lƣới giao thông [16] 26 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI MẶT ĐƢỜNG SỬ DỤNG VẬT LIỆU GIA CỐ CHẤT LIÊN KẾT VÔ CƠ 36 2.1 Tổng quan loại mặt đƣờng sử dụng chất liên kết vô 36 2.1.1 Mặt đƣờng đất gia cố [13], [12] 36 2.1.2 Mặt đƣờng cát gia cố xi măng [2] 38 2.1.3 Mặt đƣờng đá dăm kẹp vữa xi măng - cát [2] 39 2.1.4 Mặt đƣờng cấp phối đá dăm gia cố xi măng 40 2.2 Các lý thuyết cấp phối hạt 41 2.2.1 Lý thuyết cấp phối Talbot 41 2.2.2 Lý thuyết cấp phối Fuller 42 2.2.3 Đƣờng cong cấp phối đá dăm theo lý thuyết Talbot 43 2.3 Cơ sở lý thuyết mặt đƣờng cấp phối đá dăm gia cố xi măng 44 2.4 Các nhân tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ cấp phối đá gia cố xi măng 47 2.5 Yêu cầu kỹ thuật móng mặt đƣờng cấp phối đá dăm gia cố xi măng [1] 50 2.5.1.Yêu cầu vật liệu 50 2.5.2 Yêu cầu cƣờng độ [1], [10] 53 2.6 Kết luận 54 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ơ TƠ Ở TỈNH BÌNH PHƢỚC 55 3.1.Đặt vấn đề 55 3.2 Phƣơng pháp xác định tiêu CPĐD gia cố xi măng 55 3.3 Nghiên cứu thực nghiệm 57 3.3.1 Xác định tính chất lý vật liệu chế tạo CPĐD gia cố xi măng 57 3.3.2 Cơng tác chuẩn bị thí nghiệm 61 3.3.3 Tiến hành thí nghiệm 61 3.3.4 Kết thí nghiệm đánh giá 63 3.4 Đề xuất kết cấu áo đƣờng sử dụng cấp phối đá dăm gia cố xi măng xây dựng đƣờng ô tô 70 3.5 Đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật 73 3.6 Công nghệ thi công, kiểm tra, nghiệm thu lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng [1] 76 3.6.1 Công tác chuẩn bị thi công 76 3.6.2 Chuẩn bị thi công lớp CPĐD gia cố xi măng 76 3.6.3 Yêu cầu thiết bị thi công 77 3.6.4 Công nghệ thi công lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng sử dụng trạm trộn 77 3.6.5 Thi công trƣờng 78 3.7 Các tiêu chuẩn nghiệm thu cấp phối đá dăm gia cố xi măng 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Một số mỏ Cao lanh địa bàn tỉnh Bình Phƣớc Bảng 1.2: Một số mỏ sét gạch ngói địa bàn tỉnh Bình Phƣớc Bảng 1.3: Một số mỏ cát xây dựng địa bàn tỉnh Bình Phƣớc Bảng 1.4: Kết tính đƣợc trữ lƣợng đá xây dựng Andesit Bảng 1.5: Một số mỏ đá tỉnh Bình Phƣớc [17] 10 Bảng 1.6: Thống kê trạng đƣờng địa bàn tỉnh 12 Bảng 2.1: Bảng đƣờng cong CPĐD theo công thức Talbot 43 Bảng 2.2: Bảng so sánh đƣờng cong CPĐD công thức Talbot tiêu chuẩn TCVN 8858 – 2011 43 Bảng 2.3: Yêu cầu thành phần hạt cấp phối đá dăm gia cố xi măng 50 Bảng 2.4: Hàm lƣợng tối đa cho phép muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua cặn không tan nƣớc trộn bê tông vữa 52 Bảng 2.5: Yêu cầu cƣờng độ cấp phối gia cố xi măng 53 Bảng 3.1: Các tiêu lý xi măng Holcim PCB40 57 Bảng 3.2: Kết thí nghiệm tiêu lý mẫu cấp phối đá dăm mỏ đá Núi Gió, tỉnh Bình Phƣớc 58 Bảng 3.3: Kết thí nghiệm phân tích thành phần hạt 58 Bảng 3.4: Kết thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn mẫu cấp phối đá dăm gia cố xi măng 63 Bảng 3.5: Kết thí nghiệm Rn, Rech, Evl cấp phối đá dăm gia cố 3% xi măng 14, 28, 56 ngày tuổi 64 Bảng 3.6: Kết thí nghiệm Rn, Rech, Evl cấp phối đá dăm gia cố 4% xi măng 14, 28, 56 ngày tuổi 65 Bảng 3.7: Kết thí nghiệm Rn, Rech, Evl cấp phối đá dăm gia cố 5% xi măng 14, 28, 56 ngày tuổi 65 Bảng 3.8: Kết thí nghiệm Rn, Rech, Evl cấp phối đá dăm gia cố 6% xi măng 14, 28, 56 ngày tuổi 65 Bảng 3.9: Kết thí nghiệm Rn Rech CPĐD gia cố xi măng 69 Bảng 3.10: Kết thí nghiệm Rn E CPĐD gia cố xi măng 28 ngày tuổi 69 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Quốc lộ 13 13 Hình 1.2: Đoạn cửa Hoa Lƣ thi công 13 Hình 1.3: Quốc lộ 14 ( đoạn qua thị xã Đồng Xoài sửa chữa) 13 Hình 1.4: Quốc lộ 14 ( đoạn qua xã Đồng Tâm, tỉnh Bình Phƣớc) 13 Hình 1.5: Đƣờng ĐT 741 ( đoạn qua trạm thu phí số Đồng Xồi – Phƣớc Long) 14 Hình 1.6: Đƣờng ĐT 741 ( đoạn qua thị xã Đồng Xồi) 14 Hình 1.7 : Mặt cắt ngang đƣờng ĐT 751 14 Hình 1.8 : Đƣờng ĐT 751 qua huyện Chơn Thành 14 Hình 1.9: Mặt cắt ngang đƣờng ĐT 752 15 Hình 1.10 : Đƣờng ĐT 752 hữu 15 Hình 1.11: Hiện trạng đƣờng ĐT 753B vào xã Tân Phƣớc tỉnh Bình Phƣớc 15 Hình 1.12: Hiện trạng đƣờng ĐT 755 16 Hình 1.13: Hiện trạng đƣờng ĐT 756 17 Hình 1.14: Hiện trạng đƣờng ĐT 757 17 Hình 1.15: Hiện trạng đƣờng ĐT 759 18 Hình 1.16: Cầu Đắk Lấp xã Minh Hƣng 18 Hình 1.17: Hiện trạng đƣờng ĐT 760 18 Hình 1.18: Ngã Sao Bộng 19 Hình 1.19: Hiện trạng Đƣờng ĐT755B 19 Hình 1.20: Hiện trạng đƣờng ĐT 759B 19 Hình 1.21: Hiện trạng đƣờng ĐT 754B 20 Hình1.22: Hiện trạng nút giao đƣờng 26 tháng 12 – ĐT 741, thị xã Đồng Xoài 20 Hình 1.23: Đƣờng liên thơn xã Đức Liễu huyện Bù Đăng 21 Hình 1.24: Đƣờng liên thôn xã Đak Ơ huyện Bù Gia Mâp 21 Hình 1.25: Hiện trạng đoạn đƣờng tuần tra biên giới từ cửa Hoàng Diệu đồn biên phòng Đak Quýt xuống cấp có nhiều xe chở gỗ lƣu thơng 21 Hình 1.26: Cầu 38 nối xã Minh Hƣng – Xã Đức Liễu huyện Bù Đăng ( QL 14) 22 Hình 1.27: Cầu Nha Bích huyện Chơn Thành 22 Hình 1.28: Bến xe khách Trƣờng Hải Bình Phƣớc 23 Hình 1.29: Bến xe khách Bù Đăng 23 Hình 1.30: Bến xe khách Thành Cơng thị xã Phƣớc Long 24 Hình 1.31: Bến xe khách Bù Đốp 24 Hình 1.32: Bến xe khách Lộc Ninh 25 Hình 3.1: Biểu đồ thành phần hạt cấp phối đá dăm mỏ đá Núi Gió 59 Hình 3.2: Độ chặt độ ẩm tốt CPĐD gia cố xi măng 59 Hình 3.3: Biểu đồ mối quan hệ KLTT khơ tiêu CBR(%) 60 Hình 3.4: Biểu đồ mối quan hệ áp lực nén (daN/cm2) độ lún (mm) 60 Hình 3.5: Chuẩn bị mẫu cho vào khuôn đúc mẫu 62 Hình 3.6: Tiến hành đầm mẫu 62 Hình 3.7: Mẫu thí nghiệm chuẩn bị bảo dƣỡng 63 Hình 3.8: Đầm nén tiêu chuẩn mẫu cấp phối đá dăm gia cố 4% xi măng 64 Hình 3.9: Đầm nén tiêu chuẩn mẫu cấp phối đá dăm gia cố 6% xi măng 64 Hình 3.10: Biểu diễn cƣờng độ chịu nén mẫu CPĐD gia cố xi măng 66 Hình 3.11: Biểu diễn cƣờng độ ép chẻ mẫu CPĐD gia cố xi măng 67 Hình 3.12: Biểu đồ mơ đun đàn hồi mẫu CPĐD gia cố xi măng 68 Hình 3.13: Mối quan hệ Rn với Rech 69 Hình 3.14: Mối quan hệ Rn với E 70 Hình 3.15: Kết cấu áo đƣờng mềm truyền thống 71 Hình 3.16: Kết cấu áo đƣờng nửa cứng sử dụng CPĐD gia cố % xi măng làm móng đƣờng tơ 71 Hình 3.17: Kết cấu áo đƣờng cứng sử dụng CPĐD gia cố 6% xi măng làm móng mặt đƣờng BTXM 72 Hình 3.18: Kết cấu áo đƣờng láng nhựa lớp 72 Hình 3.19: Kết cấu áo đƣờng sử dụng CPĐD gia cố 6% xi măng dùng làm lớp mặt có láng nhựa thay cho lớp CPĐD 73 Hình 3.20: Mặt cắt ngang đại diện 74 DANH MỤC CÁC CHỮ VİẾT TẮT BTN BTXM CP Bê tông nhựa Bê tông xi măng Cổ phần CPĐD Cấp phối đá dăm DNTN Doanh nghiệp tƣ nhân ĐT Đầu tƣ ĐT Đƣờng tỉnh Km Ky lô mét m Mét MPa Mega pascan MTV Một thành viên QL Quốc lộ SX Sản xuất TCN Tiêu chuẩn ngành TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TNHH Trách nhiệm hữu hạn TM Thƣơng mại h1==7+5=12 cm; E1 = 1600 x7  1800 x5 = 1683,33 MPa 75 Tính Emch lớp phía dƣới lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6% Theo kết bảng tính có E’tb=250 Htb=24cm Xét thêm hệ số điều chỉnh β = f (H/D=24/33=0,73) ta có  =1,066, ta có: Edctb=250x1,066=266,5MPa Tra tốn đồ 3.1 để tìm Emch với: E0 40 H 24   0,15   0,73 dc 266,5 D 33 Etb Tra tốn đồ hình 3.1 ta đƣợc Echm  0,437 Vậy có: Etbdc Emch=0,437x266,5=116,46 MPa Tìm  ku đáy lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6% cách tra tốn đồ hình 3.6 với E H 24 804 E 1683,33  6,9  2,09    0,73 ;  E2 804 E3 116,46 D 33 Kết toán đồ 3.6 đƣợc  ku =0,5 Với p=0,6 MPa, tính ứng suất kéo uốn lớn phát sinh đáy lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6%:  ku =0,5x 0,6x 0,85 =0,255 MPa Xác định k1: k1 = 2,86  0,679 k2 =1; từ đó: (0,472 x106 ) 0,11 Rttku  k1.k2 Rku = 0,679 x x 1,74 = 1,18 MPa Rttku 1,18  1,18 Kết cấu dự kiến thiết kế đảm bảo đủ Nhƣ  ku =0,255< ku  K cd cƣờng độ theo tiểu chuẩn chịu kéo uốn với lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng A.3 Ví dụ Tính tốn kết cấu áo đƣờng đƣờng láng nhựa lớp Bảng A-11: Cấu tạo kết cấu thiết kế đặc trƣng tính tốn lớp kết cấu Lớp kết cấu ( từ dƣới lên) Bề dày lớp (cm) Đất Cấp phối đá dăm loại II Cấp phối đá dăm loại I Lớp láng nhựa lớp 24 12 E (MPa) Độ Trƣợt võng 40 250 250 300 300 Kéo uốn Rku (MPa) c (MPa)  (độ) 0,028 14 250 300 a Tính tốn kiểm tra cƣờng độ chung kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi: Việc đổi tầng lớp từ dƣới lên đƣợc thực theo biểu thức:   kt1/  E  Ei    1 k  dh tb Với: k  h i 1 E t  i 1 hi Ei Bảng A-12: Kết tính đổi tầng lớp từ dƣới lên để tìm Etb Lớp kết cấu Cấp phối đá dăm loại II Cấp phối đá dăm loại I Ei (MPa) 250 300 t E i 1 h i E i (cm) 1.20 30 15 k h i 1 hi 0.50 H tb E tb (cm) (MPa) 30 250 45 266 Xét hệ số điều chỉnh : Phụ thuộc tỉ số bề dày kết cấu áo đƣờng kích thƣớc vệt bánh xe: H/D= 45/33 = 1,36 Tra bảng 3.6, 22TCN 211-06 đƣợc =1,154 Vậy kết cấu nhiều lớp đƣợc đƣa kết cấu lớp với lớp dày 45cm có mơ dun đàn hồi trung bình Edctb=  x Etb = 1,154x266=306,96(MPa) Tính toán Ech kết cấu với: H/D= 1,36; Eo/Etbdc= 40/306,96= 0,13 Từ tỷ số tra toán đồ hình 3.1 đƣợc: Ech  0,459  Ech  0,459 x306,96  140,89( MPa ) tb Edc dv Kiểm toán theo điều kiện: Ech  K dv cd E yc với hệ số cƣờng độ K cd =1.17 hệ số độ võng, ứng với độ tin cậy 0,95 cho đƣờng cấp IV đồng đồi Eyc=120 MPa Kết nghiệm toán: Ech=140,89 MPa > Kdvcd x Eyc=1,17x120=140,4MPa Cho thấy kết cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cƣờng độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép b Kiểm tra cƣờng độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu cắt trƣợt đất: Tính Etb lớp kết cấu: Việc đổi tầng hệ lớp đƣợc thực bảng dƣới đây: Bảng A-13: Kết tính đổi tầng lớp từ dƣới lên để tìm E’tb Lớp kết cấu Cấp phối đá dăm loại II Cấp phối đá dăm loại I Ei (MPa) 250 300 t E i 1 h i E i (cm) 1.2 30 15 k h i 1 hi 0.50 H tb E tb (cm) (MPa) 30 250 45 266 Xét hệ số điều chỉnh : Phụ thuộc tỉ số bề dày kết cấu áo đƣờng kích thƣớc vệt bánh xe: H/D= 45/33 = 1,36 Tra bảng 3.6, 22TCN 211-06 đƣợc =1,154 Vậy kết cấu nhiều lớp đƣợc đƣa kết cấu lớp với lớp dày 45cm có mơ dun đàn hồi trung bình Etb=  x E’tb = 1,154x266=306,96(MPa) Xác định ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính tốn gây đất Tax: H/D= 45/33 = 1,36 E1/ E0 = Etb/ E0 = 306,96/40 = 17,67 Với góc nội ma sát đất  =140 Tra tốn đồ hình 3.3 ta đƣợc : Tax/p= 0,0234 =>Tax= 0,031 x 0,6 = 0,0186 MPa Xác định ứng suất cắt hoạt động trọng lƣợng thân lớp kết cấu áo đƣờng gây đất Tav : Tra tốn đồ hình 3-4 với  =140 H = 45cm ta đƣợc: Tav = 0,0004 Trị số lực dính tính tốn đất C tt : Ctt= C k1.k2.k3 C =0,028 k1 =0,6 với kết cấu áo đƣờng cho phần xe chạy k = 0,8 số trục xe tính tốn 140 trục / làn.ngày đêm < 1000 trục k3 =7 Vậy Ctt = 0,028 x 0,6 x 0,8 x = 0,09408 MPa Kiểm toán điều kiện: Tax  Tav  Ctt k trcd Với đƣờng cấp IV, độ tin cậy yêu cầu 0,95 theo bảng 3.7, (22TCN 211-06) Ktrcd =1 trị số Tax, Tav tính đƣợc ta có: Tax + Tav =0,0186 + 0,0004= 0,019 MPa Cƣờng độ chịu cắt trƣợt: Ctt 0,09408   0,09408( MPa ) k cdtr  Kết kiểm toán cho thấy 0,019 Kdvcd x Eyc=1,17x120=178,1MPa Cho thấy kết cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cƣờng độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép b Kiểm tra cƣờng độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu cắt trƣợt đất: Tính Etb lớp kết cấu: Việc đổi tầng hệ lớp đƣợc thực bảng dƣới đây: Bảng A-16: Kết tính đổi tầng lớp từ dƣới lên để tìm E’tb Lớp kết cấu Cấp phối đá dăm loại II Cấp phối đá dăm gia cố xi măng 6% Ei (MPa) 250 804 t E i 1 h i E i (cm) k h i 1 hi 20 3.22 12 0.6 H tb E tb (cm) (MPa) 20 250 32 409 Xét hệ số điều chỉnh : Phụ thuộc tỉ số bề dày kết cấu áo đƣờng kích thƣớc vệt bánh xe: H/D= 32/33 = 0,97 Tra bảng 3.6, 22TCN 211-06 đƣợc =1,102 Vậy kết cấu nhiều lớp đƣợc đƣa kết cấu lớp với lớp dày 32cm có mơ dun đàn hồi trung bình Etb=  x E’tb = 1,102x409=450,96(MPa) Xác định ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính tốn gây đất Tax: H/D= 32/33 = 0,97 E1/ E0 = Etb/ E0 = 450,96/40 = 11,27 Với góc nội ma sát đất  =140 Tra toán đồ hình 3.3 ta đƣợc : Tax/p= 0,0063 =>Tax= 0,0063 x 0,6 = 0,0038 MPa Xác định ứng suất cắt hoạt động trọng lƣợng thân lớp kết cấu áo đƣờng gây đất Tav : Tra tốn đồ hình 3-4 với  =140 H = 32cm ta đƣợc: Tav = 0,0002 Trị số lực dính tính tốn đất C tt : Ctt= C k1.k2.k3 C =0,028 k1 =0,6 với kết cấu áo đƣờng cho phần xe chạy k = 0,8 số trục xe tính tốn 140 trục / làn.ngày đêm < 1000 trục k3 =7 Vậy Ctt = 0,028 x 0,6 x 0,8 x = 0,09408 MPa Kiểm toán điều kiện: Tax  Tav  Ctt k trcd Với đƣờng cấp III, độ tin cậy yêu cầu 0,95 theo bảng 3.7, (22TCN 211-06) Ktrcd =1 trị số Tax, Tav tính đƣợc ta có: Tax + Tav =0,0038 + 0,0002= 0,004 MPa Cƣờng độ chịu cắt trƣợt: Ctt 0,09408   0,09408( MPa ) k cdtr  Kết kiểm toán cho thấy 0,004