Nghiên cứu ứng dụng geocrete gia cố đất trong xây dựng đường ô tô ở việt nam,đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

Đề tài NCKHSV GVHD:TS.Vũ Thế Sơn  DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT UCS : Unconfined Compressive Strength BTXM : Bê tông xi măng N : Nước XM : Xi măng TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam CP : Cấp phối G : Geocrete ASTM : D 2166 – Standard Test Method forUnconfined Compressive Strength of Cohesive Soil   Đề tài NCKHSV GVHD:TS.Vũ Thế Sơn  MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài: Mục đích nghiên cứu đề tài: .1 Phương pháp nghiên cứu: Bố cục đề tài: CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÌNH HÌNH GIA CỐ ĐẤT 1.1 Phương pháp gia cố đất chất liên kết vô 1.1.1 Đất gia cố xi măng 1.1.2 Phụ gia tro bay 1.1.3 Đất gia cố vôi 1.2 Phương pháp gia cố đất liên kết hữu 1.3 Phương pháp gia cố tổng hợp .6 1.3.1 Phối hợp gia cố đất xi măng/vôi với tro bay: 1.3.2 Đất gia cố xi măng nhũ tương nhựa đường: .6 1.4 Phương pháp gia cố đất có sử dụng phụ gia đăc biệt CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ ĐẤT BẰNG CHẤT PHỤ GIA GEOCRETE 2.1 Khái quát chất phụ gia Geocrete .9 2.1.1 Khái niệm Geocrete: 2.1.2 Phản ứng hóa học: 2.2 Lịch sử hình thành phát triển 2.2.1 Lịch sử hình thành 2.2.2 Các cơng trình xây dựng áp dụng geocrete giới: 10 2.3 Công nghệ thi công nghiệm thu 12 2.3.1 Công nghệ thi công .12 2.3.2 Công tác nghiệm thu 14 CHƯƠNG : THÍ NGHIỆM GIA CỐ ĐẤT BẰNG PHỤ GIA GEOCRETE 16 3.1 Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm .16 3.1.1 Dụng cụ thí nghiệm xác định độ ẩm tối ưu 16 3.1.2 Dụng cụ thí nghiệm cường độ chịu nén (UCS) cấp phối 16 3.2 Xác định thành phần hạt mẫu đất 16   Đề tài NCKHSV GVHD:TS.Vũ Thế Sơn  3.3 Xác định đổ ẩm tối ưu đất thí nghiệm 18 3.3.1 Chuẩn bị mẫu .18 3.3.2 Tiến hành thí nghiệm 18 3.2.3 Kết tính tốn xác định độ ẩm mẫu 19 3.4 Xác định cường độ chịu nén cấp phối thiết kế 22 3.4.1 Tiến hành tạo mẫu 22 3.4.2 Xác định cường độ chịu nén UCS (theo ASTM Designation: D 2166 – Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil) 27 3.5 Nhận xét, đánh giá .31 3.5.1 Nhận xét: 31 3.5.2 Đánh giá cấp phối kỳ vọng ( tối ưu nhất.) .34 CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG TÍNH TỐN ÁO ĐƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GEOCRETE 37 4.1 Tính tốn kết cấu áo đường phụ gia Geocrete kết cấu áo đường cũ .37 Kiểm toán kết cấu áo đường sử dụng phụ gia Geocrete 37 4.2 So sánh kinh tế hai kết cấu áo đường 42 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .47 5.1 Kết luận 50 5.2 Kiến nghị: 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 53   Đề tài NCKHSV GVHD:TS.Vũ Thế Sơn  DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: % Khối lượng lọt sàng đất Q.9 Bảng 3.2 Giới hạn đường cong cấp phối Q.9 16 Biểu đồ 3.1: Biểu đồ đường cong cấp phối đất Quận 17 Bảng 3.3 % Khối lượng lọt sàng đất Q.9 Bảng 3.4 Giới hạn đường cong cấp phối Q.9 17 Biểu đồ 3.2: Biểu đồ đường cong cấp phối đất Hậu Giang 18 Bảng 3.5 Thí nghiệm đầm nén đất Q.9 .19 Bảng 3.6 Thí nghiệm độ ẩm đất Q.9 19 Biểu đồ 3.3:Biểu đồ quan hệ độ ẩm dung trọng khô đất Quận 20 Bảng 3.7 Thí nghiệm đầm nén đất Hậu Giang .20 Bảng 3.8 Thí nghiệm độ ẩm Hậu Giang .21 Biểu đồ 3.4: Biểu đồ quan hệ độ ẩm dung trọng khô đất Hậu giang 21 Bảng 3.9 Bảng tổng hợp cường độ nén nở hông UCS đất Hậu Giang 29 Bảng 3.10 Bảng tổng hợp cường độ nén nở hông UCS đất Q.9 30 Biểu đồ 3.5 : Biểu đồ quan hệ cường độ nén ngày tuổi cấp phối với đất Hậu Giang .31 Biểu đồ 3.6: Biểu đồ quan hệ cường độ nén ngày tuổi cấp phối với đất Quận .32 Biểu đồ 3.7: Biểu đồ quan hệ tỷ lệ thành phần cấp phối cường độ nén đất Hậu Giang 33 Biểu đồ 3.8 : Biểu đồ quan hệ tỷ lệ thành phần cấp phối cường độ nén đất Q9 34 Bảng 3.11 Bảng đơn giá xi măng geocrete 35 Biểu đồ 3.9 : Biểu đồ ảnh hưởng hàm lượng vật liệu đến giá thành 36 Bảng 4.1 Bảng dự báo thành phần xe 38 Bảng 4.2 Bảng tính số trục xe qui đổi 38 Bảng 4.3: Bảng dự kiến kết cấu thiết kế 39 Bảng 4.4 Bảng Dự toán kết cấu áo đường cũ đường 930 Hậu Giang 44 Bảng 4.5 Bảng Dự toán kết cấu áo đường sử dụng Geocrete đường 930 Hậu Giang 46 Bảng 4.6: Bảng tổng hợp so sánh kinh tế phương án Error! Bookmark not defined   Đề tài NCKHSV   GVHD:TS.Vũ Thế Sơn  Đề tài NCKHSV GVHD:TS.Vũ Thế Sơn  DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Phản ứng hóa học hỗn hợp geocrete, xi măng với đất .9 Hình 2.2 Cơng trình Crotia 10 Hình 2.3 Cơng trình Thụy Sỹ .10 Hình 2.4 Cơng trình Nasicki,Crotia .10 Hình 2.5 Cơng trình Brazil 11 Hình 2.6 Cơng trình Gubun 11 Hình 2.7 Cơng trình Texas, Mỹ 11 Hình 2.8 Cơng trình Malaysia 11 Hình 2.9 Cơng tác chuẩn bị bề mặt thi công 12 Hình 2.10 Thiết bị trộn hỗn hợp Xi măng hóa chất 12 Hình 2.11 Cơng tác trộn hỗn hợp với đất 13 Hình 2.12 Xe tưới nước bề mặt .13 Hình 2.13 Cơng tác lu bề mặt 14 Hình 2.14 Thiết bị ZFG 3000 ZFG 3.0 15 Hình 2.15 Mẫu khoan từ mặt đường vừa thi công xong 15 Hình 3.1 Cơng tác sấy mẫu tủ sấy .24 Hình 3.2 Cân hóa chất 25 Hình 3.3 Dụng cụ đong nước .25 Hình 3.4 Trộn mẫu .26 Hình 3.5 Đầm mẫu cối proctor 26 Hình 3.6 Xịt nước bảo dưỡng mẫu .27 Hình 3.7 Bảo dưỡng mẫu túi nilon 27 Hình 3.8 Cơng tác chuẩn bị nén mẫu 28 Hình 3.9 Mẫu sau hi bị nén 28   Đề tài NCKHSV GVHD:TS.Vũ Thế Sơn  LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Trong năm qua, nguồn vật liệu cạn kiệt khơng có giải pháp sử dụng nguồn vật liệu xây dựng tiết kiệm hơn, điều dẫn tới việc cần tìm loại vật liệu điều chỉnh phương pháp thiết kế mặt đường để phù hợp với tình hình thực tế tương lai Khi dự án lớn triển khai cần khối lượng lớn đất đắp đá dăm loại thiết kế xây dựng theo kết cấu truyền thống Vì vậy, việc nghiên cứu tìm kiếm loại vật liệu mới, công nghệ để thi công nền, móng đường thay vật liệu cơng nghệ truyền thống cần quan tâm Những vật liệu cơng nghệ phải đảm bảo tính kinh tế so sánh với loại vật liệu truyền thống, đồng thời phải đảm bảo tất tiêu kỹ thuật kết cấu mặt đường Giải pháp dùng phụ gia hóa học vơ để gia cường vật liệu chỗ vật liệu không đạt yêu cầu kỹ thuật trở nên tốt hướng nghiên cứu để giải vấn đề Thời gian gần nhiều nước sử dụng Geocrete gia cố đất làm móng/mặt đường tơ mang lại nhiều hiệu Đề tài nghiên cứu tính khả thi việc ứng dụng Geocrete Việt Nam thông qua nghiên cứu tổng quan, thí nghiệm cường độ phịng so sánh kinh tế với phương pháp truyền thống Để hiểu rõ chọn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng Geocrete gia cố đất xây dựng đường tơ Việt Nam” Mục đích nghiên cứu đề tài:  Tìm hiểu chung vấn đề đất gia cố, chất phụ gia Geocrete thành tựu đạt từ việc áp dụng phương pháp gia cố đất phụ gia Geocrete giới  Xây dựng thành phần cấp phối hỗn hợp Geocrete phù hợp với điều kiện đất Việt Nam  Xác định cường độ cấp phối , từ đưa cấp phối tốt  Đánh giá hiệu kinh tế sử dụng phương pháp gia cố đất Geocrete so với phương pháp truyền thống khác  Từ tổng quan việc tìm hiểu, nghiên cứu đề tài rút kết luận kiến nghị Phương pháp nghiên cứu:  Phương pháp lý thuyết: Nhóm SV Lớp Đường Bộ K51 Đề tài NCKHSV GVHD:TS.Vũ Thế Sơn  Qua việc thừa hưởng kinh nghiệm phương pháp gia cố đất Geocrete giới tài liệu có liên quan đến phương pháp gia cố đất từ thiết kế cấp phối phù hợp với điều kiện đất thực tế Việt Nam  Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thí nghiệm để đánh giá cường độ cấp cấp phối, kết hợp với đánh giá kinh tế lựa chọn cấp phối tối ưu Đối tượng nghiên cứu: : Đất gia cố xi măng hóa chất Geocrete Phạm vi nghiên cứu:  Thế giới: Ứng dụng phương pháp gia cố đất Geocrete giới thành tựu đạt từ việc áp dụng phương pháp  Trong nước: Từ kinh nghiệm sử dụng phương pháp giới thiết kế thành phần cấp phối phù hợp với điều kiện đất Việt Nam thông qua thí nghiệm thực tế Bố cục đề tài: Chương :Giới thiệu chung tình hình gia cố đất Chương : Giới thiệu phương pháp gia cố đất chất phụ gia Geocrete Chương : Thí nghıệm gıa cố đất phụ gıa geocrete Chương 4: Áp dụng tính tốn kết cấu áo đường phương pháp gia cố đất Geocrete Chương 5: Kết luận kiến nghị Nhóm SV Lớp Đường Bộ K51 Đề tài NCKHSV GVHD:TS.Vũ Thế Sơn  CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÌNH HÌNH GIA CỐ ĐẤT Một nguyên tắc quan trọng xây dựng đường tận dụng nguyên vật liệu địa phương Gia cố đất chỗ để làm lớp móng, mặt đường giảm khối luợng đá, sỏi lớn đặc biệt giảm công vận chuyển nên giá thành xây dựng giảm đi, đặc biệt vùng khan đá Ðất gia cố chất liên kết vô (xi măng, vôi, ), chất liên kết hữu (nhựa đường, hợp chất cao phân tử ) Chất lượng lớp đất gia cố sánh với lớp đá dăm, cấp phối đá dăm Ðối với vùng khí hậu ẩm ướt, chế độ ẩm đất bất lợi việc gia cố đất chất liên kết vô hay hữu để làm lớp cịn có tác dụng quan trọng ngăn chặn nuớc ngầm thấm lên làm yếu lớp kết cấu mặt đường tránh tình trạng bùn đất phùn lên kẽ đá Trong năm gần đây, nhiều nước sử dụng rộng rãi phương pháp gia cố đất chất liên kết vô cơ, hữu xây dựng đường ô tô, sân bay đem lại hiệu kinh tế - kỹ thuật cao Ở nuớc ta, điều kiện khí hậu, điều kiện đất đai, vật liệu chỗ phù hợp với phương pháp sử dụng vật liệu đất gia cố Do kỹ thuật sử dụng đất gia cố nên áp dụng xây dựng đường ôtô Kỹ thuật gia cố đất giới trọng vào vấn đề sau: Tìm cách nâng cao lực dính bám chất liên kết vùng tiếp xúc với hạt đất Cải thiện tính chất đất gia cố: nâng cao độ ổn định nước, nâng cao giảm bớt khả biến dạng tuỳ theo loại cấu trúc, nângcao cường độ, nâng cao tính chịu bào mịn Nghiên cứu tìm tác dụng có hiệu lớn chất phụ gia: phụ gia hoạt tính bề mặt hố chất hoạt tính khác, dùng việc gia cố loại đất sét thuộc nguồn gốc khác có thành phần hố - khống khác Nghiên cứu tìm cách sử dụng có hiệu phương pháp gia cố đất Dưới số phương pháp sử dụng phổ biến 1.1 Phương pháp gia cố đất chất liên kết vô 1.1.1 Đất gia cố xi măng [1] Dùng xi măng để gia cố đất làm đường biện pháp có hiệu lớn Trong năm gần phương pháp gia cố đất xi măng pooclăng, xi măng pooclăng – xỉ xi măng có thêm chất phụ gia clorua canxi, vơi hóa chất khác sử dụng rộng rãi Ở Liên Xơ, năm 1965 có 1.000 km đường có dùng lớp đất gia cố xi măng đến năm 1976 lên đến 4.000 km Ở Ba Lan có đến 5.000 km đường tơ có dùng chất gia cố xi măng (1968) Ở Mỹ từ năm 1935 đến 1968 có đến 720 triệu m2 đường dùng đất gia cố xi măng Ở nước Anh, Pháp, Đức … sử dụng phổ biến đất gia cố xi măng xây dựng đường Ở Miền Bắc nước ta, trước xi măng sử dụng rộng rãi lĩnh vực quan trọng cấp thiết khác nên chưa sử dụng rộng rãi việc gia cố đất để xây dựng đường Ngày nay, nguồn xi măng nước dồi dào, vấn đề sử dụng mặt móng đường dùng chất liên kết xi măng nhiều nhà chuyên môn quan tâm Dùng xi măng để gia cố đất làm thay đổi cách tính chất ban đầu đất Đất gia cố xi măng Nhóm SV Lớp Đường Bộ K51 Đề tài NCKHSV GVHD:TS.Vũ Thế Sơn  chịu ảnh hưởng nước, có độ cứng lớn, cường độ chịu nén, môđun biến dạng (đàn hồi) tăng lên Đất gia cố xi măng sánh với lớp đá dăm  Ưu điểm: - Cường độ cao Eđh=200- 500 Mpa - Có khả chịu kéo uốn tính ổn định nước cao - Tận dụng vật liệu địa phương,tại chỗ (đất) nên giá thành hạ - Có thể giới hóa cơng tác thi công - Độ phẳng cao  Nhược điểm: - Phải có thiết bị thi cơng chun dụng - Q trình thi cơng dễ gây nhiễm - Thời gian hình thành cường độ chậm, nên khơng thơng xe sau thi công  Phạm vi áp dụng: Lớp móng lớp móng mặt đường bê tông nhựa loại mặt đường có dùng nhựa khác Lớp móng mặt đường BTXM đổ chổ lắp ghép Lớp móng lớp móng mặt đường cao cấp thứ yếu hay mặt đường độ Do điều kiện hóa chất nước ta chưa phát triển khả thiết bị có hạn nên chủ yếu dùng vơi để làm phụ gia đất gia cố xi măng chua ẩm.Hiện có số phụ gia nghiên cứu đưa vào áp dụng như: 1.1.2 Phụ gia tro bay Trong năm qua, việc xây dựng sở hạ tầng đặc biệt giao thông đường mục tiêu quan trọng nhằm nâng cao đời sống dân cư khai thác tiềm kinh tế địa phương Tuy nhiên, nguồn vật liệu truyền thống đá sỏi đỏ đạt chất lượng phục vụ cho xây dựng lớp móng kết cấu áo đường ô tô ngày khan hiếm, điều kiện khai thác ngày khó khăn Vì thế, xu hướng tạo đất chỗ làm móng đường thay vật liệu truyền thống nghiên cứu Việc sử dụng phụ gia hoạt tính tro bay xây dựng đường nghiên cứu bước đầu chưa ứng dụng nhiều sản xuất Tro bay (tên tiếng Anh fly ash), phần mịn tro xỉ than loại puzzolan nhân tạo, tro đốt than cám nên thân mịn, có cỡ hạt từ - 10μm, trung bình - 15μm Nhóm SV Lớp Đường Bộ K51 Đề tài NCKHSV GVHD:TS.Vũ Thế Sơn   Dự kiến cấu tạo kết cấu áo đường: - Chọn lớp móng đất chỗ gia cố phụ gia Greocrete cường độ chịu nén 5Mpa dày 20cm - Lớp nhựa dính bám bằng nhựa pha dầu lượng nhựa 1kg/m2 - Tầng mặt láng nhựa lớp * Dự kiến cấu tạo kết cấu thiết kế đặc trưng tính tốn lớp kết cấu Lớp kết cấu từ lên E (Mpa) Bề dày lớp Độ võng (cm) Geocrete Láng nhựa lớp Trượt uốn Rku C (Mpa) (Mpa) 42 Đất cát Lớp đất gia cố Kéo 20 φ 0.014 550 550 550 28 0.8 4.5 Bảng 4.3: Bảng dự kiến kết cấu thiết kế *Tính tốn kiểm tra cường độ chung kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng Kết quy đổi tầng lớp từ lên tìm Etb: Lớp kết cấu Lớp đất gia cố Geocrete (Mpa) t E2 E1 (cm) 550 20 Nhóm SV Lớp Đường Bộ K51 k h2 h1 Htb Etb (Mpa) 20 550 39   Đề tài NCKHSV GVHD:TS.Vũ Thế Sơn   Vậy môđun đàn hồi trung bình Etb =550 Mpa - Tính lớp kết cấu Sủ dụng toán đồ 3.1 h 20 E 42   0.606 ; dc0   0.0763 D 33 Etb 550 - Tra toán đồ 3.1 Ech = 0.2092 Vậy Ech = 550 x 0.2092 = 115.06 Mpa E0 - Số trục tính tốn ngày đêm xe 25 (trục/làn.ngày đêm) nội suy bảng 3-4 ( TCVN 211-06 ) tìm cấp V) Do lấy = 99 Mpa ( lớn = 80 Mpa đường = 99 Mpa làm kiểm toán - Đường cấp V chọn độ tin cậy 0.85 = 1.06 - Kết kiểm toán: = 115.06 > =99 x 1.06 = 104.9 Mpa Kết luận : Cấu tạo kết cấu dự kiến đảm bảo cường đạt cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi *Tính kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chụi cắt trượt đất Tìm Etb Lớp kết cấu Lớp đất gia cố Geocrete (Mpa) t E1 E2 550 k 20 h2 h1 Htb Etb (Mpa) 20 550  Vậy mơđun đàn hồi trung bình Etb = 550 Mpa - Xác định ứng suất cắt hoạt động tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây - đất : 550 h 20 E E   0.606 ; = tb = = 13.09; 42 D 33 E2 E0 - Theo biểu đồ hình 3-3 ,với góc nội ma sát đất φ = 28 tra Tax = 0.0495 p – Áp lực mặt đường bánh xe tiêu chuẩn tính tốn p = 0.6 Mpa Nhóm SV Lớp Đường Bộ K51 40   Đề tài NCKHSV  Vậy GVHD:TS.Vũ Thế Sơn  = 0.0495 x 0.6 = 0.0297 Mpa - Xác định ứng suất cắt hoạt động trọng lượng thân lớp kết cấu áo đường gây cho đất : - Tra toán đồ hình - ( TCVN 211-06 ) ta - Xác định trị số = -0.0007 Mpa Ctt = C.k1.k2.k3 -Với C= 0.014 - Theo mục 3.5.4 ( TCVN 211-06 ) k1= 0.6; k2= 1.0 ( số trục xe tính tốn 25 trục/làn.ngày