Nghiên cứu hàm lượng xi măng hợp lý dùng để gia cố hổn hợp đá mi và cát tự nhiên trong xây dựng tuyến cao tốc bến lức long thành luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố

BỘ TRƢỜN O DỤC V OT O I HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - LÊ VĂN HUÂN NGHIÊN CỨU H M LƢỢN X MĂN HỢP LÝ DÙN Ể GIA CỐ HỔN HỢP M V C T TỰ NHIÊN TRONG XÂY DỰNG TUYẾN CAO TÔC BẾN LỨC – LONG THÀNH LUẬN VĂN TH C SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH - 2019 BỘ TRƢỜN O DỤC V OT O I HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - LÊ VĂN HUÂN NGHIÊN CỨU H M LƢỢN X MĂN HỢP LÝ DÙN Ể GIA CỐ HỔN HỢP M VÀ CÁT TỰ NHIÊN TRONG XÂY DỰNG TUYẾN CAO TÔC BẾN LỨC – LONG THÀNH NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THÔNG MÃ SỐ: 60.58.02.05 CHUYÊN SÂU: KTXD ƢỜN Ô TÔ V ƢỜNG THÀNH PHỐ LUẬN VĂN TH C SĨ KỸ THUẬT N ƢỜ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN ỨC TRỌNG TP HỒ CHÍ MINH - 2019 LỜ CAM OAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên Lê Văn Huân I MỤC LỤC Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt PHẦN MỞ ẦU - I Tính cấp thiết đề tài - - II Mục tiêu nghiên cứu đề tài - III Đối tượng nghiên cứu - IV Phạm vi nghiên cứu - - V Phương pháp nghiên cứu - VI Cấu trúc đề tài - - Kết luận kiến nghị - CHƢƠN 1: TỔNG QUAN DỰ ÁN CAO TỐC BẾN LỨC –LONG THÀNH - - 1.1 Giới thiệu chung - - 1.2 Tổng quan dự án - - 1.3 Điều kiện tự nhiên dự án qua - - 1.3.1 Vị trí địa lý - - 1.3.2 Đặc điểm địa hình, địa chất - - 1.3.2.1 Đặc điểm địa chất cơng trình tuyến cao tốc Bến Lức – Long Thành - 10 1.3.2.2 Đặc điểm địa chất động lực công trình: - 11 1.3.3 Đặc điểm khí hậu - 12 - 1.3.4 Đặc điểm thủy văn - 13 - 1.3.5 Nước đất: - 15 - 1.4 Kết luận - 15 - CHƢƠN 2: LÝ THUYẾT GIA CỐ VÀ THỰC TR NG NGUỒN VẬT LIỆU DÙNG TRONG XÂY DỰNG TUYẾN CAO TỐC BẾN LỨC – LONG THÀNH- 17 2.1 Giới thiệu chung: - 17 - 2.2 Lý thuyết gia cố - 18 - 2.2.1 Nguyên lý hình thành cường độ vật liệu gia cố xi măng - 19 - 2.3 Các yêu cầu chung vật liệu gia cố - 23 - 2.4 Sự cần thiết sử dụng công nghệ gia cố xây dựng đường ô tô - 25 - 2.5 Thực trạng nguồn vật liệu dùng xây dựng tuyến cao tốc Bến lức – Long Thành - 27 2.6 Kết luận chương - 31 - II CHƢƠN 3: N H ÊN CỨU H M LƢỢN X MĂN HỢP LÝ Ể GIA CỐ HỖN HỢP M V C T TỰ NHIÊN DÙNG TRONG XÂY DỰNG TUYẾN CAO TỐC BẾN LỨC – LONG THÀNH - 32 3.1 Đặt vấn đề - 32 - 3.2 Phương pháp tiến hành - 33 - 3.3 Nội dung nghiên cứu - 33 - 3.4 Kết nghiên cứu đánh giá - 33 - 3.4 Nội dung thí nghiệm - 33 3.4.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm - 38 - 3.4.2.1 Chuẩn bị dụng cụ: - 38 3.4.2.2 Phương pháp thí nghiệm - 38 3.4.3 Kết thực nghiệm đánh giá - 43 - 3.4.3.1 Kết thực nghiệm đánh giá cường độ chịu nén mẫu xi măng gia cố hỗn hợp cát đá mi - 43 3.4.3.2 Kết thực nghiệm đánh giá cường độ ép chẻ mẫu cấp phối đá dăm gia cố xi măng - 46 3.4.3.3 Kết thực nghiệm đánh giá mô đun đàn hồi hỗn hợp vật liệu gia cố (E) - 50 3.5.3 Đánh giá hiệu Kinh tế - 59 - 3.5.4 Công nghệ thi công - 61 - 3.6 Các yêu cầu kiểm tra, nghiệm thu lớp hỗn hợp vật liệu gia cố - 66 - 3.6.1 Kiểm tra vật liệu trước trộn - 66 - 3.6.2 Kiểm tra để nghiệm thu : - 67 - 3.7 Kết luận chương - 67 - Kết luận - 69 Kiến nghị - 70 - III DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Kiến nghị kết cấu mặt đường tuyến -8- Bảng 2.1: Yêu cầu cường độ cấp phối gia cố xi măng - 23 - Bảng 2.2: Yêu cầu cường độ cấp phối gia cố xi măng - 23 - Bảng 2.3: Các yêu cầu thời gian đông kết xi măng cường độ chịu nén vữa - 25 - Bảng 2.4: Bảng thống kế trữ lượng số mỏ đá Đồng Nai - 29 - Bảng 2.5: Bảng thống kê trữ lượng số mỏ đá Bình Phước - 30 - Bảng 3.1: Thành phần hạt cát - 34 - Bảng 3.2: Kết đầm nén tiêu chuẩn cát - 35 - Bảng 3.3: Thành phần hạt đá mi - 36 - Bảng 3.4: Kết đầm nén tiêu chuẩn vủa đá mi - 37 - Bảng 3.5: Kết đầm nén tiêu chuẩn (6% Xi măng) - 39 - Bảng 3.6: Kết thí nghiệm đầm nén mẫu gia cố - 40 - Bảng 3.7: Số lượng mẫu thí nghiệm tuổi 14, 28 56 ngày - 41 - Bảng 3.8: Kết qủa thí nghiệm cường độ nén mẫu - 44 - Bảng 3.9: Kết thí nghiệm cường độ ép chẻ - 48 - Bảng 3.10: Kết TN mô đun đàn hồi mẫu gia cố XM - 51 - Bảng 3.11: Yêu cầu cường độ cấp phối gia cố xi măng - 57 - Bảng 3.12: Kết cấu áo đường đề xuất - 58 - Bảng 3.13: Giá thành lớp vật liệu - 59 - Bảng 3.14: Giá thành lớp vật liệu - 60 - IV DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Dự án đường cao tốc Bến Lức – Long Thành Hình 1.2: Kết cấu mặt đường mềm áp dụng cho tuyến Hình 3.1: Biểu đồ thành phần hạt cát tự nhiên Hình 3.2: Biểu đồ quan hệ KLTT khơ Độ ẩm cát Hình 3.3: Biểu đồ thành phần hạt đá mi Hình 3.4: Biểu đồ quan hệ KLTT khơ độ ẩm đá mi Hình 3.5: Biểu đồ quan hệ KLTT khô độ ẩm hỗn hợp vật liệu gia cố 6% XM Hình 3.6: Quá trình chuẩn bị đúc mẫu gia cố Hình 3.7: Mẫu gia cố sau chế bị Hình 3.8: Bảo dưỡng mẫu gia cố Hình 3.9: Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén mẫu Hình 3.10: Rn hỗn hợp vật liệu gia cố.ở tuổi 14, 28 56 ngày Hình 3.11: Thí nghiệm xác định cường độ chịu ép chẻ hỗn hợp vật liệu gia cố Hình 3.12: Mẫu bị phá hoại sau thí nghiệm xác định cường độ chịu ép chẻ hỗn hợp gia cố Hình 3.13: Rech mẫu gia cố XM TB tuổi 14, 28 56 ngày Hình 3.14: Thí nghiệm mô đun đàn hồi mẫu hỗn hợp vật liệu gia cố Hình 3.15 : Mơ đun đàn hồi mẫu (E) hỗn hợp vật liệu gia cố tuổi 14, 28 56 ngày Hình 3.16: Tương quan Rn Rech tuổi 14 ngày Hình 3.17: Tương quan Rn Rech tuổi 28 ngày Hình 3.18: Tương quan Rn Rech tuổi 56 ngày Hình 3.19: Tương quan Rn E tuổi 14 ngày Hình 3.20: Tương quan Rn E tuổi 28 ngày Hình 3.21: Tương quan Rn E tuổi 56 ngày Hình 3.22: Kết cấu mặt đường Hình 3.23 Trạm trộn hỗn hợp vật liệu gia cố Hình 3.24: Xe tải có phủ bạt Hình 3.25: Quá trình san rải hỗn hợp vật liệu gia cố Hình 3.26: Quy trình thi cơng hỗn hợp vật liệu gia cố -4-8- 34 - 35 - 36 - 37 - 40 - 41 - 42 - 42 - 43 - 45 - 46 - 47 - 49 - 50 - 52 - 53 - 53 - 54 - 55 - 55 - 56 - 57 - 62 - 63 - 64 - 65 - V DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Eyc : Mô đun đàn hồi yêu cầu HHVLGC : Hỗn hợp vật liệu gia cố TKCS : Thiết kế sở GTVT : Giao thông vận tải KLTT : Khối lượng thực tế E : Mô đun đàn hồi Rn : Cường độ chịu nén Rech : Cường độ ép chẻ TN : Thí nghiệm ĐNTC : Đầm nén tiêu chuẩn XM : Xi măng PCB : Xi măng poóc lăng hỗn hợp CPĐD : Cấp phối đá dăm BTXM : Bê tông xi măng TCN : Tiêu chuẩn ngành Giao Thông TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam QL : Quốc lộ HCM-TL : Hồ Chí Minh – Trung Lương TP.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh BTN Bê tơng nhựa -1- PHẦN MỞ ẦU I Tính cấp thiết đề tài Đường cao tốc Bến Lức - Long Thành dài khoảng 58 km đường liên kết Phía nam đường cao tốc nội thành TP.HCM đường liên kết ngắn đường cao tốc Bắc - Nam Việt Nam Đường cao tốc kết nối với đường cao tốc TP.HCM - Vũng Tàu dự kiến, tạo thành phần tuyến Hành lang Kinh tế phía Nam thuộc Tiểu vùng sông Mê Kông mở rộng (GMS) từ Băngkok tới Phnôm Pênh – TP.HCM - Vũng Tàu Tuyến cao tốc Bến Lức – Long Thành qua địa phận tỉnh Đồng Nai, Long An Tp Hồ Chí Minh Điểm đầu tuyến huyện Bến Lức, nằm đường cao tốc HCM - Trung Lương (lý trình điểm giao cắt Km12 + 100 theo cao tốc HCM-TL) nối vào đường vành đai theo quy hoạch Từ tuyến theo hướng Đông Nam cắt đường QL1A khoảng Km3 + 400 (Km1932 + 700 - QL1A) Đoạn từ Km4 Km10, tuyến chạy dọc đường ranh giới huyện Bình Chánh huyện Cần Giuộc Bề mặt địa hình bị chia cắt nhiều kênh rạch, dạng địa hình đồng thấp, chịu ảnh hưởng thủy triều Khu vực tuyến qua có dạng địa mạo trầm tích q trình bồi tích – lũ tích Kỷ Đệ Tứ tạo thành vùng đồng tích tụ phù sa, chịu ảnh hưởng mực nước sông lớn thủy triều lên Yêu cầu kỹ thuật chất lượng nguồn vật liệu cho tuyến cao tốc cao, đặc biệt vật liệu sử dụng làm nền, móng đường Hiện nguồn vật liệu có chất lượng tốt, có nguồn cát tự nhiên hạt to giảm cách nghiêm trọng khiến cho việc thi công gặp nhiều khó khăn Các tiêu kỹ thuật vật liệu khơng đáp ứng tiêu chủ đầu tư đưa nên lựa chọn giải pháp gia cố chất liên kết vô đề cập nhằm nâng cao cường độ vật liệu, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cho dự án phù hợp với chủ trương kích cầu sử dụng lượng xi măng dư thừa Chính phủ Hiện nguồn cát tự nhiên có chất lượng tốt gần khơng cịn, giá thành cát tự nhiên có xu hướng tăng nhanh nên ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng giá thành dự án nên giải pháp trộn thêm hàm lượng đá mi vào cát tự nhiên hướng phù hợp với tình hình thực tế -2Đề tài “Nghiên cứu hàm lƣợng xi măng hợp lý dùng để gia cố hỗn hợp đá mi cát tự nhiên xây dựng tuyến cao tốc Bến Lức - Long Thành” xuất phát từ u cầu thực tế có tính cấp thiết cao để lựa chọn loại vật liệu làm móng đường phù hợp cho tuyến cao tốc Bến Lức - Long Thành II Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu xác định hàm lượng xi măng hợp lý để gia cố hỗn hợp đá mi cát tự nhiên, tìm tỷ lệ gia cố phù hợp nhằm nâng cao tính chất lý vật liệu, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật xây dựng đường cao tốc Bến Lức – Long Thành III ối tƣợng nghiên cứu Sử dụng cát tự nhiên hạt mịn kết hợp đá mi vùng ven TP.HCM, Đồng Nai gia cố xi măng Nghi Sơn theo hàm lượng hợp lý đáp ứng yêu cầu kỹ thuật xây dựng móng tuyến cao tốc Bến Lức – Long Thành IV Phạm vi nghiên cứu Phối trộn cát tự nhiên Tân Châu đá mi mỏ đá Thiện Tân theo tỷ lệ đá mi/ cát tự nhiên = 80% / 20% (theo khối lượng) gia cố xi măng với tỷ lệ 6, 7, 8, % Thực nghiệm phòng xác định số tiêu lý hỗn hợp cát tự nhiên đá mi gia cố xi măng gia cố xi măng với tỷ lệ 6, 7, 8, % để lựa chọn tỷ lệ gia cố hợp lý dùng xây dựng xây dựng tuyến cao tốc Bến Lức – Long Thành V Phƣơng pháp nghiên cứu Kết hợp lý thuyết thực nghiệm phịng thí nghiệm để xác định tiêu lý hỗn hợp đá mi cát tự nhiên gia cố với hàm lượng xi măng khác để lựa chọn tỷ lệ gia cố hợp lý, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật dùng xây dựng tuyến cao tốc Bến Lức – Long Thành Các tiêu lý đề cập đến để kiểm tra gồm: Modun đàn hồi, cường độ nén, ép chẻ -2- Bảng 1: Dự báo thành phần xe năm cuối thời hạn thiết kế Trọng lượng trục Loại xe Trục trước Số Trục trục sau sau Số bánh xe cụm bánh trục sau K/c Lưu lượng trục xe chiều sau (m) Nl x/n.đêm Xe loại 6,871.00 Xe buýt loại + Loại nhỏ 30 50 1 398.00 + Loại lớn 40 70 169.00 8,000.00 Xe tải loại + Tải vừa 15 17 50 72 3.2 12,982.00 48 70 4 2.6 2,746.00 + Tải nặng ( Tax = 0.00516 (Mpa) c/ Xác định ứng suất cát hoạt động trọng lượng thân lớp KCAD gây đất Tax Tra tốn đồ Hình 3-4 ta Tav = -0.00112 (Mpa) d/ Xác định trị số lực dính tính tốn theo 3.8 22TCN 211-06 : Với Ctt = C K1 K2 K3 Trong đó: C = 0.0280 (Mpa) K1 = 0.6000 K2 = 0.6500 (tra bảng 3-8) K3 = 1.5000 => Ctt = 0.01638 (Mpa) Xác định độ tin cậy yêu cầu tính cắt trượt K= 0.95 (bảng 3-7 => Hệ số cường độ cắt trượt Ktrcd = 1.00 Bảng 3-7 Vậy ta có Tav + Tax = 0.00404 (Mpa) Ctt / Ktrcd = 0.01638 / = 0.01638 (Mpa) Ta thấy Tav + Tax < Ctt / Ktrcd => Kết luận Đạt -9- => Kết luận : Kết cấu dự kiến Đảm bảo điều kiện chống trượt KIỂM TRA THEO TIÊU CHUẨN KÉO UỐN TRONG LỚP BÊ TƠNG NHỰA 7/ Cơng thức kiểm tra (theo 3-9 22TCN 211-06) = p Bảng số 3.10 22TCN 211 - 06 = k1 x k2 x Rku Bảng 6: Kết tính đổi tầng lớp từ lên để tìm Etb' Lớp kết cấu Ei (Mpa) t = E2/ E1 hi (cm) k= h2/h1 Htb (cm) Etb' (Mpa) SubBase 250 40 40 250 CPDD 558 2.232 25 0.625 65 349.4 Đá dăm trộn nhựa 350 1.002 13 0.2 78 349.5 BTN chặt, hạt trung 350 1.001 0.09 85 349.5 BTN chặt, hạt mịn 420 1.202 0.059 90 353.2 a/ Tính ứng suất kéo uốn lớn đáy lớp bê tông nhựa Đối với lớp BT nhựa lớp -> Tìm Ech.m mặt lớp lớp BTN + Tính lớp KC lớp BTN lớp Mô đuyn đàn hồi lớp KC lớp BTN Etb' = 349.5 (Mpa) - 10 - Tổng bề dày lớp lớp BTN lớp H = 78 cm => H/D = 2.364 (1) => Hệ số điều chỉnh β = 1.235 => Etbdc = Etb' x β = 431.633 (Mpa) Với E0/ Etbdc = 0.125 (2) Từ tỷ số (1) (2) tra tốn đồ Hình 3-1 - 22TCN 211-06, ta được: Ech.m / Etbdc = (Vì H/D >2 => Tính Ech theo cơng thức F-1 phụ lục F) Vậy Ech.m = 233.260 (Mpa) 𝑇ì𝑚 đáy lớp BTN lớp cách tra tốn đồ hình 3-5 với: h1 = 7+5 = 12 cm E1 = 1683.333 (Mpa) h1 / D = 0.364 (3) E1 / Ech.m = 7.217 (4) Từ (3) (4) tra toán đồ hình 3-5 1.67 Chọn kb = 0.85 Vậy σku = 0.852 (Mpa) -Đối với lớp BT nhựa lớp Tìm Ech.m mặt lớp lớp BTN lớp -> Tính Etbdc lớp KC lớp BTN lớp - 11 - Moduyn đàn hồi lớp KC lớp BTN Etb' = 349.5 (Mpa) Tổng bề dày lớp lớp BTN lớp H = 85 cm => H/D = 2.576 (5) => HS điều chỉnh β = 1.248 => Etbdc = Etb' x β = 436.176 (Mpa) Với E0 / Etbdc = 0.124 (6) Từ tỉ số (5) (6) tra tốn đồ Hình 3-1 - 22TCN 211-06, ta được: Ech.m/Etbdc = (vì H/D >2 => Tính ech theo cơng thức F-1 phụ lục F) Vậy Ech.m = 244.775 (Mpa) 𝑇ì𝑚 (σ_𝑘𝑢 ) đáy lớp BTN lớp cách tra toán đồ hình 3-5 với: h1 = cm E1 = 1800 (Mpa) h1 / D = 5/33 = 0.15 (7) E1 / Ech.m = 1800/ 244.775 = 7.354 (8) Từ (7) (8) tra tốn đồ hình 3-5 = 1.928 Chọn kb = 0.85 Vậy σku = 1.928 x 0.6 x 0.85 = 0.983 (Mpa) b/ Kiểm toán theo điều kiện chịu kéo uốn đáy lớp BTN theo biểu thức 3.9, tiêu chuẩn 22TCN 211-06 - 12 - Công thức kiểm tra -Xác định cường độ chịu kéo uốn tính tốn lớp BTN theo (3-11) - 22TCN 211-06 Rttku = k1 K2 Rku = = = 0.493 ( với Ne số trục xe tính tốn tích lũy suốt thời hạn thiết kế) + k2 = 1.00 Vậy: + Đối với lớp BTN lớp = k1 K2 Rku = 0.493 x x 2.4 = 1.183 (Mpa) + Đối với lớp BTN lớp = k1 K2 Rku = 0.493 x x 2.8 = 1.38 (Mpa) K.toán điều kiện (3-9) với hệ số cường độ kéo uốn Kcdku = 1.00 + Đối với lớp BTN lớp σku = 0.852 < 1.183 Mpa => Đạt + Đối với lớp BTN lớp σku = 0.983 < 1.38 Mpa => Đạt Vậy kết cấu dự kiến đảm bảo điều kiện kéo uốn - 13 - Phụ lục II: - 14 - - 15 - Phụ Lục III: - 16 -