Nghiên cứu sử dụng phụ gia sa44

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THễNG VN TI PHạM HOàNG NHÂN NGHIÊN CứU Sử DụNG PHụ GIA SA44/LS40 GIA Cố ĐấT TRONG XÂY DựNG ĐƯờNG GIAO THÔNG TRÊN ĐịA BàN TỉNH BếN TRE LUậN VĂN TH¹C SÜ Kü THT TP Hồ Chí Minh - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THễNG VN TI PHạM HOàNG NHÂN NGHIÊN CứU Sử DụNG PHụ GIA SA44/LS40 GIA Cố ĐấT TRONG XÂY DựNG ĐƯờNG GIAO THÔNG TRÊN ĐịA BàN TỉNH BếN TRE chuyên ngành: xây dựng đ-ờng ôtô đ-ờng thành phố mà số: 60.58.02.05.01 LN V¡N TH¹C SÜ Kü THT h-íng dÉn khoa häc: TS Vị THÕ S¥N TP Hồ Chí Minh – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh , ngày … /……/ 2016 Tác giả LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu sử dụng phụ gia SA44/LS40 gia cố đất Xây dựng đường giao thông địa bàn tỉnh Bến Tre” tác giả hoàn thành sau thời gian nghiên cứu học tập với tận tụy giảng dạy, hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm thầy Trường Đại học Giao thông Vận tải Sự biết ơn sâu sắc thân đến: Toàn thể thầy Giáo sư, Phó Giáo sư , Tiến sĩ cán giảng viên Trường Đại học GTVT tạo điều kiện tốt để thân tham gia học tập, nghiên cứu kiến thức khoa học, tiếp cận tiến khoa học kỹ thuật nước đại giới Đó kiến thức quan trọng để trang bị công tác chuyên môn ngày sâu sắc bền vững Xin gửi lời cảm ơn đến học viên chuyên ngành xây dựng đường ô tơ đường thành phố khóa K22.1, người bạn đồng hành, đồng nghiệp quan gia đình giúp đỡ tơi suốt q trình học tập Xin cảm ơn tập thể Phịng thí nghiệm trọng điểm III-Viên Khoa học Công nghệ GTVT tạo điều kiện, giúp đỡ cung cấp hồ sơ báo cáo suốt trình thực đề tài Đặc biệt, thân xin ghi nhớ công ơn người thầy - TS Vũ Sơn, người hết lòng giúp đỡ hướng dẫn tận tình trình thực luận văn tốt nghiệp Đề tài thể góc nhìn tác giả vấn đề nghiên cứu, tác giả chân thành cảm ơn tiếp thu nghiêm túc ý kiến đóng góp nhà khoa học, mong muốn đem kết luận, kiến nghị đề tài vào ứng dụng thực tế địa phương ngành giao thông vận tải Một lần tác giả xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày …/…/ 2016 Tác giả MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN GIA CỐ ĐẤT TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ơ TƠ 1.1 Các đặc tính quan trọng đất dùng xây dựng đƣờng ô tô 1.2 Phạm vi sử dụng loại đất đắp đƣờng 1.3 Khái niệm chung gia cố đất 1.4 Các phƣơng pháp gia cố đất xây dựng đƣờng ô tô 1.5 Phƣơng pháp gia cố đất chất liên kết vô 1.5.1 Đất gia cố xi măng 1.5.2 Phụ gia tro bay 11 1.5.3 Đất gia cố vôi 15 1.6 Phƣơng pháp gia cố đất liên kết hữu 18 1.7 Phƣơng pháp gia cố tổng hợp 19 1.7.1 Phối hợp gia cố đất xi măng/vôi với tro bay 19 1.7.2 Đất gia cố xi măng nhũ tương nhựa đường 19 1.8 Gia cố đất có sử dụng phụ gia đặc biệt 20 1.9 Gia cố đất chất phụ gia SA44/LS40 21 1.9.1 Khái quát chất phụ gia SA44/LS40 21 1.9.2 Lịch sử hình thành phát triển 23 1.9.3 Quy trình thi cơng nghiệm thu 28 CHƢƠNG 2: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CẤP PHỐI GIA CỐ ĐẤT BẰNG SA44/LS40 CHO ĐỊA BÀN TỈNH BẾN TRE 36 2.1 Cơ sở phƣơng pháp gia cố đất vôi kết hợp chất phụ gia SA44/LS40 36 2.2 Quá trình gia tăng cƣờng độ đất nề ết hợ gia SA44/LS40 , 36 2.3 38 2.3.1 Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm 38 2.3.2 Xác định thành phần hạt mẫu đất 38 2.4 Xác định độ ẩm tối ƣu đất thí nghiệm 41 2.4.1 Chuẩn bị mẫu 41 2.4.2 Tiến hành thí nghiệm 41 2.4.3 Kết tính tốn xác định độ ẩm mẫu 42 2.5 Xác định thành phần cấp phối (đất, SA44/LS40, vôi, nƣớc) 46 2.6 Xác định cƣờng độ chịu nén cấp phối thiết kế 47 2.6.1 Tính tốn vật liệu chế tạo 47 2.6.2 2.6.3 Xác đị ẫu – bão dưỡng 48 53 2.7 Nhận xét, đánh giá 62 2.7.1 Nhận xét 62 2.7.2 Đánh giá cấp phối kỳ vọng (tối ưu nhất) 63 2.7.3 Kết luận 67 CHƢƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG CHO ĐƢỜNG TRONG ĐỊA BÀN TỈNH BẾN TRE 68 3.1 3.1.1 ỉnh Bến Tre 68 68 3.1.2 Hệ thông đường giao thông tỉnh Bến Tre 70 3.1.3 74 3.2 Thiết kế kết cấu áo đƣờng Khu vực tỉnh Bến Tre 80 3.2.1 Kết cấu áo đường áp dụng địa bàn tỉnh Bến Tre 80 3.2.2 Kết cấu mặt đường láng nhựa 82 3.2.3 Thiết kế kết cấu áo đường sử dụng phụ gia SA44/LS40 87 3.3 So sánh kinh tế phƣơng án kết cấu áo đƣờng 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thành phần hóa học phân loại tro bay 12 ến Tre 38 Bả Bảng 2.2 Kết thử nghiệm giới hạn chảy, dẻo .39 Bả Bến Tre 43 Bả Bến Tre 43 Bảng 2.5 Bảng tổng hộp kết thí nghiệ Bả ến Tre 45 54 Bảng 2.7 – ép chẻ 57 Bảng 2.8 59 Bảng 2.9 Tổng hợp tiêu CBR mẫu đất gia cố phụ gia SA44/LS40 61 Bảng 2.10 ờng độ chịu nén 63 2.11 Tham khảo Cường độ chịu nén (UCS) quốc gia giới 64 12 Bảng tổng hợp chi phí xây dựng cho loại vật liệu 66 Bảng 3.1 Dự báo thành phần xe thơng qua mặt cắt ngang điển hình năm cuối thời hạn thiết kế 83 Bảng 3.2 Bảng tính số trục xe quy đổi số trục xe tính tốn 84 Bảng 3.3 Bả ấu tạo kết cấu thiết kế đặc trưng tính tốn lớp kết cấu .88 Bảng 3.4 Bả ấu tạo kết cấu thiết kế đặc trưng tính tốn lớp kết cấu .92 Bảng 3.5 Dự toán đơn giá xây dựng cho phương án 96 Bảng 3.6 Bảng tổng hợp dự toán cho 100Md tuyến 98 Bảng 3.7 Tổng hợp giá thành xây dựng cho 100md đường 98 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các hình thể dạng cầu tro bay .11 Hình 1.2 Cơ chế trao đổi Ion hóa rắn hổn hợp 23 Hình 1.3 Sân bãi đỗ xe khu du lịch Phú Quốc 25 Hình 1.4 Đường Túc Tranh – Thái Nguyên .25 Hình 1.5 Đường Quỳnh Sơn – Bắc Giang .26 Hình 1.6 Đường Đơng La – Hà Tây 26 Hình 1.7 Chuẩn bị bề mặt 29 Hình 1.8 Vơi cách bảo quản bao 30 Hình 1.9 Pha trộn phụ gia 30 Hình 1.10 Trộn vơi với đất 31 Hình 1.11 Tưới dung dịch lớp đất vừa phay 31 Hình 1.12 Trộn hổn hợp đất, vôi, dung dịch SA44/LS40 32 Hình 1.13 San phẳng lu lèn .33 Hình 1.14 Mặt đường sau thi cơng hồn thiện 33 Hình 1.15 Thiết bị đo dynamic plate load test ZFG 3000 ZFG 3.0 34 Hình 2.1 Các phản ứng hóa học trộn đất, vơi, phụ gia vào 37 Hình 2.2 Biểu đồ thành phần hạt mẫu đất Bến Tre 39 Hình 2.3 Biểu đồ quan hệ độ ẩm số lần chén rơi 40 Hình 2.4 Biểu đồ quan hệ độ ẩm (W) dung trọng (γk) mẫu đất Bến Tre 44 Hình 2.5 Biểu đồ quan hệ δ( kG/cm2 σ( kG/cm2 ) 45 Hình 2.6 Hong khô, dùng búa cao su làm tơi mẫu đất 49 Hình 2.7 Sàng mẫu đất 49 Hình 2.8 Cân xác định hỗn hợp vôi đất 50 Hình 2.9 Chuẩn bị máy đầm proctor 51 Hình 2.10 Trộn mẫu 51 Hình 2.11 Đ Hình 2.12 .52 53 .54 Hình 2.14 Cường độ chịu nén trạng thái dưỡng ẩm (MPa) .55 Hình 2.15 Cường độ chịu nén trạng thái bảo hòa (daN/cm2) 55 Hình 2.16 Xác định cường độ mẫu ép chẻ 57 Hình 2.17 Cường độ ép chẻ trạng thái dưỡng ẩm .57 Hình 2.18 Cường độ ép chẻ trạng thái bảo hòa .58 Hình 2.19 Biểu đồ modul trạng thái dưởng ẩm 60 Hình 2.20 Biểu đồ modul trạng thái bảo hòa 60 Hình 2.21 Chỉ tiêu CBR mẫu đất gia cố 62 Hình 2.22 Quan hệ cường độ nén hàm lượng vôi +Phụ gia SA4/LS40 63 Hình 3.1 Bản đồ hình tỉnh Bến Tre 70 Hình 3.2 Đường Đx05, xã Tân Thủy, huyện Ba Tri 72 Hình 3.3 Đường lộ cặp kênh cui, xã Phú Hưng, Thành phố Bến Tre 72 Hình 3.4 Đường làng nghề, xã Nhơn Thạnh, Thành phố Bến Tre 73 Hình 3.5 Kết cấu đường cấp A láng nhựa 83 .87 91 Hình 3.8 Tổng hợp chi phí xây dựng 99 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện địa bàn tỉnh Bến Tre có tổng số 4.923km đường giao thơng (bao gồm: nhựa 462,1km; bê tông xi măng: 2.230,7km; đá dăm: 706,7km; sỏi đỏ, đất: 1.524km) Chương trình tổng thể phát triển kinh tế-xã hội, trị an ninh quốc phịng với mục tiêu cụ thể, xây dựng phát triển mạng lưới giao thông đặt biệt quan trọng Nhưng công tác xây dựng đường địa bàn tỉnh Bến Tre gặp nhiều khó khăn do: - Nguồn vật liệu làm đường khó khăn khan hiếm: Đá dăm loại thường phải lấy từ tỉnh Đồng Nai, Bình Dương vận chuyển đường đường thủy; - Đường nằm tầng đất yếu chịu tác động lớn nước mùa mưa lũ nước thủy triều lên xuống; - Nền đường đắp song song với hệ thống kênh rạch chằng chịt đắp xáng cạp lu lèn theo lớp; Do gia cố đất chỗ để làm lớp móng, mặt đường giảm khối lượng đá dăm, tiết kiệm chi phí đào vận chuyển đổ lớp đất xấu không đủ điều kiện sử dụng làm đường, lại giảm chi phí khai thác sản xuất vật liệu xây dựng tác động môi trường nên giá thành xây dựng giảm Để giải vấn đề này, việc nghiên cứu cải thiện tiêu lý đất tự nhiên có nhằm làm tăng khả chịu tải đất yếu, nâng cao chất lượng móng đường bảo vệ kết cấu bên trên, tận dụng nguồn vật liệu, giảm kinh phí đầu tư nhằm mang lại lợi ích kinh tế thiết thực cho địa phương vấn đề cần thiết.Vì phạm vi 91 - Tính cường độ chịu kéo uốn tính tốn lớp đất gia cố SA44/LS40 = k1.k2 Trong : - Với k2= 1.0 hệ số xét đến suy giảm cường độ theo thời gian so với tác nhân thời tiết khí hậu (với vật liệu gia cố chất liên kết vô lấy k2= 1.0) cường độ chịu kéo uốn giới hạn nhiệt độ tính tốn - Với k1 = Vậy = = = 0,594 x 1.0 x 0.706 = F (Mpa) - Do đường cấp VI độ tin cậy 0.9 ta xác định hệ số cường độ = 0.94 - Kiểm toán theo điều kiện: < (Mpa) 3.2.3.2 Phương án II 3.2.3.2.1 Chọn kết cấu áo đường ĐƢỜNG GIAO THƠNG NƠNG THƠN KẾT CẤU ĐIỂN HÌNH KẾT CẤU DỰ KIẾN LÁNG NHỰA LỚP 3KG/M2 LÁNG NHỰA LỚP 3KG/M2 ĐÁ DĂM NƢỚC DÀY 15CM ĐÁ DĂM NƢỚC DÀY 15CM CẤP PHỐI ĐÁ DĂM DÀY 15CM ĐẤT GIA CỐ DÀY 15CM ĐẤT NỀN TỰ NHIÊN ĐẤT NỀN TỰ NHIÊN Hình 3.7 - Láng nhựa lớp tiêu chuẩn 3kg/m2 - Đá dăm nước dạycm [16] 92 - Chọn lớp móng đất chỗ gia cố phụ gia SA44/LS40 với cấp phối kỳ vọng: Đất + (8%vơi)+(1lít)/30m3 phụ gia SA44/LS40 dày 15cm - Đất tự nhiên  Dự kiến cấu tạo kết cấu thiết kế đặc trưng tính toán lớp kết cấu ấu tạo kết cấu thiết kế đặc trưng tính tốn Bảng 3.4 Bả lớp kết cấu E (Mpa) Bề dày Lớp kết ấu từ dƣới lên lớp Độ (cm) võng Đất sét Trƣợt Kéo uốn Rku (Mpa) (Mpa) 30 Đất gia cố phụ gia SA44/LS40 Đá dăm nước Láng nhựa C 0.05 15 280 280 280 15 300 300 300 φ 17 2.5 lớp 3.2.3.2.2 Kiểm toán kết cấu áo đường  Tính tốn kiểm tra cường độ chung kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn độ vịng đàn hồi - Tính lớp kết cấ ụng toán đồ 3.1 - E1 = Evl = A (Mpa) - E0/E1 = B (Mpa) = C - Tra toán đồ 3.1 = D Vậy Ech = 316,784 x 0.3054= 96,73 (Mpa) - Đối với đường giao thông nông thôn địa bàn tỉnh Bến Tre 80 Mpa đường cấp VI Do lấy = 80 Mpa làm kiểm toán - Đường cấp VI chọn độ tin cậy 0.9 = 1.1 = 93 Kết kiểm toán đạt yêu cầu vỉ: =E> =1.1 x 80 = 88 Mpa  Tính kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩ trượt đất - Xét hệ số điều chỉnh β= f( =A - Tra bảng 3.6 (22 TCN 211-06) β= 1,093 Vậy mơđun đàn hồi trung bình = βxEtb= 1,093 x 289,84 = 316,784 (Mpa) - Xác định ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây đất = : 0,909; = = 316,784/30=10,559 - Theo biểu đồ hình 3-3, với góc nội ma sát đất φ = 17 tra ực mặt đường bánh xe tiêu chuẩn tính tốn p = 0.6 Mpa Vậy = 0.045 x 0.6 = 0.027 Mpa - Xác định ứng suất cắt hoạt động trọng lượng thân lớp kết cấu áo đường gây cho đất : Tra tốn đồ hình - (22TCN 211-06) ta - Xác định trị số = -0.00003 Mpa = C.k1.k2.k3; C= 0.02 - Theo mục 3.5.4 (22TCN 211-06 ) k1= 0.6; k2= 1.0 (do số trục xe tính tốn 43 trục/làn.ngày