Nghiên cứu sử dụng đất đá thải từ các mỏ than khu vực cẩm phả, quảng ninh làm đường ô tô

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: đất, đá thải mỏ than ở khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh được gia cố với xi măng hoặc không gia cố

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

ĐỖ VĂN THÁI

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐẤT ĐÁ THẢI TỪ CÁC MỎ THAN KHU VỰC CẨM PHẢ, QUẢNG

NINH LÀM ĐƯỜNG Ô TÔ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

ĐỖ VĂN THÁI

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐẤT ĐÁ THẢI

TỪ CÁC MỎ THAN KHU VỰC CẨM PHẢ, QUẢNG NINH LÀM ĐƯỜNG Ô

TÔ

Ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông

Mã số: 9.58.02.05

Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:

1.GS.TS PHẠM HUY KHANG 2.PGS.TS NGUYỄN HỮU TRÍ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Hà Nội, tháng 03 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 án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào

khác

Tác giả Luận

án

Đỗ Văn Thái

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án, tác giả trân trọng cảm ơn các cơ quan đã tạo điều kiện giúp đỡ: Trường Đại học Giao thông vận tải; Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải; Viện Khoa học và Công nghệ giao thông vận tải; Tập đoàn than khoáng sản Việt Nam; Ban quản lý bãi đổ thải Đông Cao Sơn, Cẩm Phả, Quảng Ninh; Phòng VI - LAS 72-Trường Đại học Công nghệ GTVT; Công ty thí nghiệm TECO2.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc nhất đến hai giáo viên hướng dẫn là GS.TS Phạm Huy Khang (Trường ĐH GTVT) và PGS.TS Nguyễn Hữu Trí (Viện KH & CN GTVT) đã tận tình hết lòng giúp đỡ Cám ơn GS.TS Bùi Xuân Cậy; PGS.TS Lã Văn Chăm; PGS.TS Nguyễn Quang Phúc; TS Nguyễn Đình Thạo cùng các Thầy Cô giáo trong Bộ môn Đường bộ, Bộ môn đường Ô tô

và Sân bay, Bộ môn đường Giao thông Công chính, Bộ môn Vật liệu xây dựng – Trường Đại học GTVT đã đóng góp ý kiến và định hướng khoa học có giá trị cho nội dung nghiên cứu luận án.

Xin cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Công nghệ GTVT và các đơn

vị trực thuộc: Khoa Công trình; Xưởng Công trình và Trung tâm Thí nghiệm vật liệu công trình đã xếp sắp thời gian và tạo mọi điều kiện giúp đỡ về cơ sở vật chất,

về thiết bị thí nghiệm và mặt bằng thử nghiệm để tác giả hoàn thành luận án này.

Cảm ơn gia đình và bạn bè, những người đồng nghiệp đã cộng tác giúp đỡ tôi.

Hà Nội - 03 /2019

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC HÌNH VẼ xi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐẤT, ĐÁ THẢI MỎ THAN TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ 4

1.1 Tổng quan về đất, đá thải từ các mỏ khai thác than 4

1.1.1 Khai thác than và đất đá thải từ các mỏ than - trên thế giới 4

1.1.2 Khai thác than và thực trạng đất, đá thải từ các mỏ than ở Quảng Ninh, Việt Nam 6

1.1.3 Quy mô và thực trạng bãi đổ thải Đông Cao Sơn, Cẩm Phả, Quảng Ninh .8

1.2 Tổng quan về sử dụng đất, đá thải trong xây dựng đường ô tô 11

1.2.1 Những kết quả nghiên cứu và chỉ dẫn kỹ thuật ở nước ngoài 11

1.2.2 Những kết quả nghiên cứu bước đầu và chỉ dẫn kỹ thuật ở Việt Nam 14

1.3 Tổng hợp, phân tích và đề xuất nội dung nghiên cứu 26

1.3.1 Thực trạng đất, đá thải do khai thác than trên thế giới và ở nước ta 26

1.3.2 Những kết quả nghiên cứu về sử dụng đất, đá thải từ khai thác than ở trong và ngoài nước 26

1.3.3 Phân tích và đề xuất nội dung nghiên cứu 27

1.3.4 Mục tiêu nghiên cứu 29

1.3.5 Nội dung nghiên cứu 29

1.3.6 Phương pháp nghiên cứu 30

Chương 2: NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG ĐẤT, ĐÁ THẢI MỎ THAN QUẢNG NINH LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ 31

2.1 Nghiên cứu cơ sở khoa học sử dụng vật liệu đất, đá gia cố chất kết dính vô cơ trong xây dựng mặt đường ô tô 33

2.1.1 Khái niệm chung về gia cố vật liệu 33

2.1.2 Sự hình thành cường độ của đất gia cố chất kết dính vô cơ 34

2.1.3 Sự hình thành cường độ của các lớp vật liệu gia cố xi măng 37

2.2 Thiết kế thí nghiệm và trình tự phân tích thống kê xử lý số liệu 38

2.2.1 Thiết kế thí nghiệm 38

2.2.2 Các công thức tính toán 38

2.2.3 Đánh giá số mẫu trong tổ mẫu 40

2.2.4 Loại bỏ số liệu ngoại lai và đánh giá độ chụm 40

2.2.5 Trình tự thiết kế thí nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm 41

2.3 Khảo sát, lấy mẫu đại diện và thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ, lý, hóa của đất, đá thải mỏ than Quảng Ninh 41

2.3.1 Lựa chọn bãi thải đại diện 41

2.3.2 Đặc điểm chung của bãi thải Đông Cao Sơn 42

2.3.3 Lấy mẫu đất, đá thải đại diện 42

2.3.4 Thành phần khoáng hóa của đất, đá bãi thải 43

2.3.5 Xác định thành phần hạt 44

2.3.6 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ bản của đất, đá thải 45

2.3.7 Nhận xét, đánh giá kết quả thí nghiệm đất, đá thải để sử dụng làm vật liệu xây dựng nền đường và kết cấu mặt đường 50

2.4 Nghiên cứu đề xuất lựa chọn cấp phối đất, đá thải mỏ than Quảng Ninh làm vật liệu kết cấu mặt đường ô tô. 52

2.4.1 Thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý cấp phối đá nhóm A-ĐCS 52

2.4.2 Thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý cấp phối đá nhóm AB-ĐCS 55

2.5 Nghiên cứu cấp phối đá dăm nhóm A-ĐCS và nhóm AB-ĐCS gia cố xi măng làm vật liệu trong kết cấu mặt đường ô tô 56

2.5.1 Tóm tắt yêu cầu và nội dung nghiên cứu 56

2.5.2 Kế hoạch thí nghiệm 57

2.5.3 Chế bị mẫu và thí nghiệm 59

2.5.4 Kết quả thí nghiệm đối với nhóm A-ĐCS gia cố xi măng 61

2.5.5 Kết quả thí nghiệm đối với nhóm AB-ĐCS gia cố xi măng 63

2.5.6 So sánh kết quả thí nghiệm A-ĐCS và AB-ĐCS với tỷ lệ xi măng 4%, 6% 67

2.5.7 So sánh kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi A-ĐCS và AB-ĐCS 71

2.6 Nhận xét, kết luận chương 2 72

Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VỚI KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG SỬ DỤNG ĐẤT, ĐÁ THẢI MỎ THAN QUẢNG NINH GIA CỐ XI MĂNG 73

3.1 Thiết kế đoạn đường thử nghiệm hiện trường 74

3.1.1 Tóm tắt nội dung và những yêu cần đoạn thử nghiệm hiện trường 74

3.1.2 Lựa chọn vị trí, mặt bằng và các thông sô hình học đoạn đường thử nghiệm 74 3.1.3 Kết cấu mặt đường thử nghiệm 75

3.2 Nghiên cứu sản xuất vật liệu cấp phối đất, đá thải 76

3.2.1 Khai thác, vận chuyển và tập kết vật liệu 76

3.2.2 Công tác sản xuất vật liệu thử nghiệm 77

3.3 Thi công nền đường đoạn thử nghiệm 78

3.3.1 Vật liệu đắp nền đường 78

3.3.2 Xử lý nền đường trước khi đắp 79

3.3.3 Thi công đắp đất nền đường 79

3.3.4 Kết quả kiểm tra nghiệm thu nền đường 80

3.4 Thi công các lớp kết cấu áo đường đoạn thử nghiệm 81

3.4.1 Thi công lớp móng AB-ĐCS dày 18cm 81

3.4.2 Thi công lớp móng AB-ĐCS gia cố xi măng dày 16cm 86

3.5 Thi công lớp đá dăm láng nhựa dày 3.5 cm tiêu chuẩn 4.5 kg/m 2 89

3.5.1 Vật liệu 89

3.5.2 Thi công các lớp láng nhựa 89

3.6 Nghiên cứu thử nghiệm giải pháp hạn chế vết nứt trong lớp cấp phối đất, đá gia cố xi măng 90

3.6.1 Giải pháp tạo đường nứt trước (cắt khe giả) 92

3.6.2.Điều chỉnh quy cách bảo dưỡng 93

3.6.3.Đo đạc theo dõi dõi diễn biến vết nứt 94

3.6.4 Những lưu ý trong thiết kế, thi công và bảo dưỡng lớp đá thải gia cố xi măng96 3.7 Theo dõi đánh giá kết cấu mặt đường 96

3.7.1 Công tác kiểm tra nghiệm thu mặt đường 96

3.7.2 Khoan mẫu đánh giá cường độ chịu nén và ép chẻ 97

3.7.3 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén và cường độ ép chẻ 98

3.7.4 Đánh giá chung về đoạn đường thử nghiệm 102

3.8 Nhận xét, kết luận chương 3 104

Chương 4: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG LỚP ĐẤT, ĐÁ THẢI MỎ THAN QUẢNG NINH 106

4.1 Nguyên tắc đề xuất và phạm vi áp dụng kết cấu mặt đường 107

4.1.1 Nguyên tắc đề xuất kết cấu mặt đường 107

4.1.2 Phạm vi áp dụng kết cấu mặt đường 108

4.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường 109

4.3 Đề xuất các kết cấu mặt đường 110

4.3.1 Kết cấu mặt đường cho đường giao thông nông thôn 110

4.3.2 Kết cấu mặt đường cho đường ô tô công cộng 112

4.3.3 Kết cấu mặt đường cho đường ô tô cao tốc, đường chịu tải trọng nặng 113

4.3.4 Giải pháp chống nứt phản ánh khi sử dụng lớp móng gia cố xi măng 114

4.4 Các thông số thiết kế kết cấu mặt đường 115

4.4.1 Thông số về tải trọng: 116

4.4.2 Thông số về nền đường: 117

4.4.3 Thông số về khí hậu: 119

4.4.4 Thông số về vật liệu: 121

4.5 Tính toán kết cấu mặt đường 127

4.6 Công nghệ sản xuất vật liệu đá thải Quảng Ninh 129

4.7 Công nghệ thi công kết cấu mặt đường sử dụng vật liệu đá thải Quảng Ninh 130

4.8 Nhận xét, kết luận Chương 4 131

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132

TÀI LIỆU THAM KHẢO 136

: Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

BGTVT : Bộ giao thông vận tải

ANOVA : Phân tích phương sai

GTNT : Giao thông nông thôn

của bãi thải Đông Cao Sơn, Cẩm Phả, Quảng Ninh sau khi đã loại bỏ nhóm cỡ hạt

có kích thước < 50 mm trở xuống.

AB – ĐCS : Cấp phối đá dăm sản xuất từ vật liệu đất, đá thải của bãi thải Đông Cao Sơn, Cẩm Phả, Quảng Ninh (bao gồm tất cả các nhóm cỡ hạt vốn có ở trạng thái nguyên khai, kể cả đất).

Probabllty plot : bản đồ phân phối xác xuất

Power curve for : đường cong độ mạnh cho thí nghiệm 1 – t - test

Differ ence

Sumple lize

Assum ptions

Residual plots tor Rn

Nor mal probillity plot

: Trung bình

: Biểu đồ phần dư của Rn : Biểu đồ phân phối chuẩn

: Phần dư : Biểu đồ : Giá trị : Thứ tự quan sát : Mật độ

: Nhiệt độ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Yêu cầu kỹ thuật đối với đá, đá thải đắp nền đường 13

Bảng 1.2: Phân loại về cường độ, kích cỡ đá sử dụng đắp nền đường 13

Bảng 1.3 Chọn vật liệu tầng móng đường ô tô 22

Bảng 1.4 Yêu cầu về thành phần hạt của cấp phối đá dăm gia cố xi măng 24

Bảng 1.5 Yêu cầu về thành phần hạt của cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng 25

Bảng 2.1: Thành phần khoáng hóa đất, đá thải mỏ Đông Cao Sơn 43

Bảng 2.2: Khối lượng theo nhóm bãi thải Đông Cao Sơn 44

Bảng 2.3: Khối lượng theo cấp bãi thải Đông Cao Sơn (nhóm A) 44

Bảng 2.4: Thành phần cỡ hạt của đất đá bãi thải Đông Cao Sơn (nhóm B) 44

Bảng 2.5: Tổng hợp phân loại cỡ hạt của đất đá bãi thải Đông Cao Sơn 45

Bảng 2.6: Danh mục, khối lượng, phương pháp thử nghiệm đất đá thải 46

Bảng 2.7: Kết quả thí nghiệm cường độ đá gốc 46

Bảng 2.8: Tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định độ dẻo 48

Bảng 2.9: Kết quả thí nghiệm CBR 50

Bảng 2.10: Thành phần hạt của cấp phối đá dăm nhóm A-ĐCS 53

Bảng 2.11: Một số chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá dăm nhóm A-ĐCS 54

Bảng 2.12: Thành phần hạt của cấp phối đá dăm nhóm AB-ĐCS 56

Bảng 2.13: Tổng hợp khối lượng các thí nghiệm cần thực hiện nhóm A-ĐCS 57

Bảng 2.14: Tổng hợp khối lượng các thí nghiệm cần thực hiện nhóm AB-ĐCS .58

Bảng 2.15: Tổng hợp kết quả thí nghiệm vật liệu A-ĐCS gia cố xi măng 62

Bảng 2.16: Kết quả cường độ nén ở 14 ngày cấp phối AB-ĐCS với các tỷ lệ xi măng 63

Bảng 2.17: Kết quả cường độ ép chẻ ở 14 ngày và mô đun đàn hồi cấp phối AB-ĐCS với các tỷ lệ xi măng 64

Bảng 2.18: Số liệu phân tích DoE 67

Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý đất mỏ Minh Quang 78

Bảng 3.2: Tổng hợp số đo nghiệm thu kích thước hình học đường thử nghiệm .80 Bảng 3.3: Kết quả đo mô đun đàn hồi lớp đất nền K98 81

Bảng 3.4: Kết quả đo kích thước hình học lớp móng 83

Bảng 3.5: Tổng hợp kết quả kiểm tra độ chặt lớp móng đường thử nghiệm 84

Bảng 3.6: Tổng hợp kết quả Edh lớp móng đường thử nghiệm 85

Bảng 3.7: Tổng hợp kết quả kiểm tra độ chặt lớp móng đường vật liệu đá thải 88 Bảng 3.8: Vật liệu thi công lớp láng nhựa mặt đường 89

Bảng 3.9: Yêu cầu về kiểm tra nghiệm thu vết nứt lớp CPĐD gia cố xi măng 91

Bảng 3.10: Kết quả cường độ nén mẫu khoan tại hiện trường 98

Bảng 3.11: Kết quả cường độ ép chẻ mẫu khoan tại hiện trường 101

Bảng 3.12: Kết quả đo độ bằng phẳng bằng thước 3 mét 104

Bảng 4.1: Kết cấu mặt đường cho đường GTNT 110

Bảng 4.2: Kết cấu mặt đường cho đường ô tô công cộng 112

Bảng 4.3: Kết cấu mặt đường cho đường ô tô cao tốc 113

Bảng 4.4: Các đặc trưng của tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn 117

Bảng 4.5: Phân cấp quy mô giao thông 117

Bảng 4.6: Giá trị Mr (psi) theo các thông số của đất 119

Bảng 4.7: Kết quả tính toán mác nhựa PG theo SHRP và LTPP 120

Bảng 4.8: Các trạm khí hậu MERRA-2 Quảng Ninh 121

Bảng 4.9: Thông số tính toán lớp vật liệu không gia cố 121

Bảng 4.10: Yêu cầu đối lớp vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ 22TCN211-06 122

Bảng 4.11: Yêu cầu đối lớp vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ 22TCN274-01 123

Bảng 4.12: Yêu cầu đối với cường độ cấp phối gia cố xi măng TCVN 8858:2011 123 Bảng 4.13: Yêu cầu đối với cường độ của CTB theo tiêu chuẩn 22TCN211-06.124 Bảng 4.14: Yêu cầu đối với cường độ của CTB theo tiêu chuẩn 22TCN 274-01 124

Bảng 4.15: Tiêu chuẩn lớp cốt liệu gia cố chất liên kết vô cơ ở Mỹ 125

Bảng 4.16: Thông số tính toán lớp vật liệu gia cố xi măng 127

Bảng 4.17: Tính toán kết cấu mặt đường 127

Bảng 4.18: Tính toán kết cấu mặt đường KC6 theo 22TCN 274-01 128

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Khai thác than tại Tavan Tolgoi, Trung Quốc 5

Hình 1.2: Khai thác than tại Lippendorf, Neukieritzsch, CHLB Đức 5

Hình 1.3: Tình trạng đất, đá thải tại các mỏ than ở Quảng Ninh 7

Hình 1.4: Mặt bằng theo quy hoạch bãi thải Đông Cao Sơn 8

Hình 1.5: Thực trạng vật liệu đất, đá thải tại bãi thải Đông Cao Sơn 10

Hình 1.6: Hình ảnh sườn dốc bãi thải Đông Cao Sơn 10

Hình 1.7: Thi công nền đường ô tô bằng đất, đá thải 14

Hình 1.8: San rải và lu lèn đất, đá thải 14

Hình 1.9: Mặt đường sử dụng đá lát nhiều kích cỡ và đá xô bồ 15

Hình 1.10: Mặt đường sử dụng đất, đả thải (dạng cấp phối) 15

Hình 1.11: Đắp nền đường bằng đá thải Gói thầu A8 Cao tốc Hà Nội – Lào Cai.17 Hình 1.12: Đắp nền đường bằng đá thải Quốc lộ 1A đoạn Phủ Lý - Cầu Đoan Vĩ 17 Hình 1.13: Hình ảnh lấy mẫu thí nghiệm tại bãi thải Nam Khe Tam 20

Hình 1.14: Công trình đường tạm sử dụng đất đá thải - Bãi thải Nam Khe Tam 20 Hình 2.1: Sơ đồ nghiên cứu thí nghiệm trong phòng 32

Hình 2.2: Biểu thị thành phần các chất kết dính vô cơ trên tọa độ tam giác đều 35

Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc mang điện phức tạp của các hạt sét – keo [29,30] 36

Hình 2.4: Phân bố cường độ đá gốc và giá trị đặc trưng Mẫu 1 38

Hình 2.5: Phân tích lựa chọn số mẫu thí nghiệm 40

Hình 2.6: Đất, đá thải mỏ Đông Cao Sơn 41

Hình 2.7: Lấy mẫu đất, đá thải đại diện mỏ Đông Cao Sơn 43

Hình 2.8: Biểu đồ cường độ đá gốc 47

Hình 2.9: Thử nghiệm chỉ tiêu LA trong phòng LAS-XD 72 47

Hình 2.10: Biểu đồ LA 47

Hình 2.11: Thí nghiệm xác định độ dẻo 48

Hình 2.12: Biểu đồ xác định giới hạn chảy và giới hạn dẻo 49

Hình 2.13: Thí nghiệm CBR 49

Hình 2.14: Biểu đồ CBR 50

Hình 2.15: Biểu đồ CBR của CPDD nhóm A-ĐCS 53

Hình 2.16: Biểu đồ xác định hệ số lớp a3 của lớp móng dưới làm bằng vật liệu hạt,

theo các tham số cường độ: mô đun đàn hồi ESB và/ hoặc trị số CBR 55

Hình 2.17: Chuẩn bị hỗn hợp gia cố xi măng 60

Hình 2.18: Chế bị, tháo khuôn và ký hiệu mẫu thử 60

Hình 2.19: Thí nghiệm cường độ chịu nén 60

Hình 2.20: Thử nghiệm kiểm tra cường độ chịu nén khi ép chẻ 61

Hình 2.21: Biểu đồ cường độ nén ở 14 ngày A-ĐCS gia cố xi măng 61

Hình 2.22: Biểu đồ cường độ ép chẻ ở 14 ngày A-ĐCS gia cố xi măng 61

Hình 2.23: Biểu đồ mô đun đàn hồi A-ĐCS gia cố 5% xi măng 62

Hình 2.24: Biểu đồ cường độ nén ở 14 ngày AB-ĐCS 65

Hình 2.25: Biểu đồ cường độ ép chẻ ở 14 ngày AB-ĐCS 65

Hình 2.26: Biểu đồ phân tích điều kiện áp dụng phương pháp thống kê 69

Hình 2.27: Biểu đồ các yếu tố ảnh hưởng Rn 69

Hình 2.28: Biểu đồ phân tích hậu định ANOVA-Tukey Rn 70

Hình 2.29: Biểu đồ các yếu tố ảnh hưởng Rech 71

Hình 2.30: Biểu đồ tổng hợp Rn, Rech 71

Hình 2.31: So sánh mô đun đàn hồi 72

Hình 3.1: Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm hiện trường 73

Hình 3.2: Hội nghị khoa học trao đổi về đoạn đường thử nghiệm 75

Hình 3.3: Kết cấu mặt đường thử nghiệm và các thông số thiết kế 76

Hình 3.4: Khai thác, vận chuyển và ập kết vật liệu 76

Hình 3.5: Sản xuất vật liệu cấp phối đất, đá thải phục vụ cho thử nghiệm 77

Hình 3.6: Xử lý đào nền thay đất trước khi đắp 79

Hình 3.7: Thi công đắp đất nền đường đoạn thử nghiệm 80

Hình 3.8: Đo E lớp K98 đáy kết cấu áo đường 81

Hình 3.9: Công tác ghép ván khuôn thi công lớp móng 82

Hình 3.10: Công tác tập kết, san rải và lu lèn lớp móng dưới 83

Hình 3.11: Thí nghiệm kiểm tra độ chặt lớp móng dưới ở vị trí khác nhau 84

Hình 3.12: Đo Edh tại 3 vị trí lớp móng đường thử nghiệm 85

Hình 3.13: Sơ họa đo Edh tại 3 vị trí lớp móng đường thử nghiệm 85

Hình 3.14: Công tác kiểm tra giám sát trạm trộn bê tông Sông Hồng 6 86

Hình 3.15: San, rải, lu lèn lớp cấp phối gia cố xi măng đoạn đường thử nghiệm 87

Hình 3.16: Kiểm tra độ chặt lớp móng trên gia cố xi măng 88

Hình 3.17: Thi công láng nhựa mặt đường 90

Hình 3.18: Sơ họa mặt bằng phạm vi đường thử nghiệm (vẽ lại hình) 93

Hình 3.19: Thi công tạo khe 93

Hình 3.20: Bảo dưỡng giai đoạn 2 (tưới Nhũ tương) 94

Hình 3.21: Hiện tượng nứt trên mặt 94

Hình 3.22: Sơ họa mặt bằng điểm khoan lấy mẫu 97

Hình 3.23: Khoan mẫu thử D150 lớp mặt đường gia cố 97

Hình 3.24: Xử lý hoàn thiện mẫu trong phòng thí nghiệm 98

Hình 3.25: Kiểm tra và nén mẫu 98

Hình 3.26: Phương trình hồi quy cường độ nén và tuổi mẫu 99

Hình 3.27: Thử nghiệm cường độ chịu nén khi ép chẻ 100

Hình 3.28: Phương trình hồi quy cường độ ép chẻ và tuổi mẫu 102

Hình 3.29: Xe chuyển vật tư thi công Giảng đường A3 Trường ĐH CN GTVT 103

Hình 3.30: Đường thử nghiệm thời điểm tháng 10/2018 103

Hình 4.1: Sơ đồ nghiên cứu đề xuất các kết cấu mặt đường 106

Hình 4.2: Trình tự phân tích kết cấu mặt đường 116

Hình 4.3: Phân tích thống kê nhiệt độ Quảng Ninh để xác định cấp nhựa PG 120

Hình 4.4: Biểu đồ xác định hệ số lớp a2 của lớp móng trên làm bằng vật liệu gia cố xi măng, theo các tham số cường độ: Mô đun đàn hồi EBS và/hoặc 126

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề nghiên cứu

Than là nguồn tài nguyên năng lượng chủ lực ở Việt Nam, đảm bảo nhiên liệu cho sản xuất công nghiệp quan trọng như sản xuất điện, thép, xi măng, phân bón, xây dựng và nhiều hoạt động khác góp phần không nhỏ trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước.

Trữ lượng than nước ta tập trung chủ yếu ở tỉnh Quảng Ninh với tỉ lệ đạt 67%, trong đó trữ lượng lớn nhất cùng chất lượng rất tốt tập trung tại khu vực Cẩm Phả - Cửa Ông Có khoảng 30 mỏ và các điểm khai thác lộ thiên trong đó có 5

mỏ công suất từ 1 đến 3 triệu tấn/năm, bao gồm các mỏ Cao Sơn, Cọc Sáu, Hà

Tu, Núi Béo Khoảng 20 mỏ được khai thác theo kiểu hầm lò trong đó có 7 mỏ công suất từ 1 triệu tấn/năm trở lên gồm: Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Hà Lầm, Mông Dương, Khe Chàm và Dương Huy.

Từ trước đến nay việc khai thác than ở nước ta nói chung và Quảng Ninh nói riêng chủ yếu vẫn áp dụng công nghệ khai thác kiểu lộ thiên Để khai thác và tuyển chọn

được 1m3 than sạch thông thường phải bóc bỏ đổ đi từ 8 đến 12m3 đất đá thải Trữ lượng đất đá đổ thải tiềm tích từ những năm đầu tiên khai thác than ở khu vực Cẩm Phả tính đến hết năm 2012 đã vào khoảng 3,7 tỷ m3 và dự tính trong giai đoạn 2013

- 2020, khối lượng đất đá thải từ khai thác than tại Quảng Ninh tiếp tục gia tăng

dồn thành các bãi chứa chất cao như núi Đường vào các bãi thải mưa thì lầy, bùn

và nước bẩn trôi ra bên ngoài, tràn lên mặt đất và công trình, lấp xuống hệ thống thoát nước, sông ngòi,… rồi chảy ra biển; nắng thì bụi đất đá than bay dày đặc, gây nên tình trạng ô nhiễm môi trường đến mức báo động, hiện tượng sụt lở núi đất đá thải luôn rình rập, vùi lấp công trình, nhà cửa và gây tai họa cho con người Trong những năm gần đây Tập đoàn than Khoáng sản Việt Nam quy hoạch các bãi đổ thải để tập trung thu gom đất đá thải từ các mỏ lân cận về một mối, trong

đó có các mỏ như: Đông Cao Sơn (ĐCS), Bàng Nâu, Nam Khe Tam và Đông Khe Sim, chứa trên 94% tổng khối lượng đất đá thải toàn vùng Tình trạng ô nhiễm môi trường đã có phần được cải thiện, tuy nhiên vẫn chưa khả thi trong việc ngăn chặn

hệ lụy từ các bãi đổ thải hình thành từ khai thác than lộ thiên tại Quảng Ninh Nghiên cứu khả năng sử dụng đất, đá thải tại các mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh như một nguồn vật liệu dùng trong xây dựng đường ô tô là một đề tài có tính thực tiễn và khả thi, góp phần vào việc bảo vệ môi trường cho khu vực Cẩm Phả, Cửa Ông, tỉnh Quảng Ninh cũng như các địa phương khác; đồng thời đáp ứng yêu

cầu về tận dụng nguyên liệu địa phương và tiết kiệm tài nguyên cho đất nước đảm bảo yêu cầu phát triển bền vững Xuất phát từ thực tế đó, NCS đã đề xuất và

thực hiện thành công đề tài nghiên cứu với tên luận án: “Nghiên cứu sử dụng đất

đá thải từ các mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh làm đường ô tô”

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: đất, đá thải mỏ than ở khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh được gia cố với xi măng hoặc không gia cố sử dụng làm lớp vật liệu trong kết cấu mặt đường ô tô, mặt đường GTNT.

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu hiện trường đất, đá thải mỏ than ở khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh; nghiên cứu thử nghiệm trong phòng đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh và gia cố với xi măng; nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trường sử dụng đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh làm mặt đường ô tô.

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

4.1 Ý nghĩa khoa học

Làm rõ được cơ sở khoa học, hiệu quả gia cố xi măng đối với 02 loại cấp phối đề xuất (A-ĐCS và AB-ĐCS), được sản xuất từ đất đá thải nguyên khai, của bãi thải Đông Cao Sơn, Cẩm Phả, Quảng Ninh.

Bổ xung, hoàn thiện công nghệ thi công và kiểm soát chất lượng lớp vật liệu cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng trong xây dựng kết cấu mặt đường ô tô.

Phân tích và đề xuất áp dụng một số kết cấu mặt đường ô tô điển hình sử dụng đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh.

4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần vào hiện thực hóa chủ trương tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường và tận dụng vật liệu địa phương trong xây dựng đường ô tô.

Hoàn thiện dây chuyền công nghệ từ gia công đất, đá thải mỏ than đến trộn hỗn hợp gia cố, san, rải, đầm lèn và kiểm soát chất lượng về: độ đồng đều, nứt do co ngót, chế độ bảo dưỡng lớp cấp phối đất, đá thải gia cố xi măng trong xây dựng mặt đường ô tô.

Xây dựng thành công một đoạn đường thử nghiệm có kết cấu áo đường với móng

dưới là cấp phối đất, đá thải mỏ than không gia cố và móng trên là cấp phối đất, đá

thải mỏ than có gia cố xi măng kết hợp với láng nhựa phủ mặt đạt Eyc = 110 MPa.

Bước đầu đề xuất được thành phần cấp phối, tỷ lệ xi măng hợp lý dùng trong gia

cố và chỉ tiêu kỹ thuật của các lớp vật liệu cấp phối đất, đá thải có và không gia

cố xi măng dùng trong tính toán thiết kế và xây dựng mặt đường ô tô.

Đề xuất phạm vi áp dụng và một số kết cấu áo đường mẫu dùng trong đường ô

tô và đường GTNT.

5 Cấu trúc của luận án

Đề tài bao gồm: Thuyết minh và Phụ lục

Chương 1:

TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐẤT, ĐÁ

THẢI MỎ THAN TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1 Tổng quan về đất, đá thải từ các mỏ khai thác than

1.1.1 Khai thác than và đất đá thải từ các mỏ than trên thế giới

Cho tới nay than đá vẫn là nguồn năng lượng chủ yếu của loài người Trữ lượng than trên toàn thế giới cao hơn gấp nhiều lần trữ lượng dầu mỏ và khí đốt Người ta

ước tính tổng trữ lượng than của cả thế giới là trên 13.000 tỷ tấn, trong đó trữ lượng

có thể khai thác là 3.000 tỷ tấn Than tập trung chủ yếu ở Bắc bán cầu, trong đó đến

80% trữ lượng tập trung tại Trung Quốc, Hoa Kỳ, Liên Bang Nga, Ucraina, CHLB Đức, Ấn Độ, Ôxtrâylia, Ba Lan, [55]

Than là một ngành công nghiệp mang tính toàn cầu, lượng than thương mại được khai thác tại hơn 50 quốc gia và được tiêu thụ tại trên 70 quốc gia trên toàn thế giới Hàng

năm có khoảng hơn 4.030 triệu tấn than được khai thác; con số này đã tăng 38%

trong vòng 20 năm qua Sản lượng khai thác tăng nhanh nhất ở khu vực châu Á,

trong khi đó tốc độ khai thác tại châu Âu đang giảm dần Năm nước khai thác

than lớn nhất hiện nay là: Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ, Úc và Nam Phi Hầu hết các nước khai thác than cho nhu cầu tiêu dùng nội địa, chỉ có khoảng 18% dành cho thị trường xuất khẩu [62].

Công nghiệp khai thác than xuất hiện tương đối sớm và được phát triển từ nửa sau thế

kỉ XIX Trong vòng 50 năm qua, sản lượng than khai thác được tăng trung bình là

5,4%/năm, cao nhất vào thời kì 1950 - 1980 đạt 7%/năm Từ đầu thập kỉ 90 đến

nay, mức tăng giảm xuống chỉ còn 1,5%/năm Mặc dù việc khai thác và sử dụng than

có thể gây hậu quả xấu đến môi trường (đất, nước, không khí, ), song nhu cầu than không vì thế mà giảm đi Sản lượng than tập trung chủ yếu ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương, Bắc Mỹ, Nga và một số nước Đông Âu Từ thập niên 90 của thế kỷ XX, việc tìm ra những mỏ than lớn ở Trung Quốc đã giúp nước này đứng đầu thế giới về

khai thác than, vượt trên cả Hoa Kỳ Các nước sản xuất than hàng đầu là Trung

Quốc, Hoa Kỳ, Ấn Độ, Ôxtrâylia, Nga, chiếm tới 2/3 sản lượng than của thế giới Nếu tính cả một số nước như Nam Phi, CHLB Đức, Ba Lan, CHDCND Triều Tiên, thì con số này lên đến 80% sản lượng than toàn cầu [55].

Hình 1.1: Khai thác than tại Tavan Tolgoi, Trung Quốc

Hoạt động khai thác và chế phẩm, tiêu thụ than đang gây ra vấn đề môi trường nghiêm trọng Tác động môi trường của khai thác than bao gồm xói mòn, sụt sạt đất, mất cân bằng đa dạng sinh học, ô nhiễm đất, nước ngầm và nước mặt do hóa chất từ chế biến than Trong một số trường hợp, rừng ở vùng lân cận còn bị chặt phá để lấy chỗ chứa chất thải khai thác mỏ than.

Công nghệ khai thác, chế biến và sàng tuyển than có ảnh hưởng rất lớn tới môi trường Công nghệ khai thác lộ thiên tồn tại một lượng đất, đá thải khá lớn và chiếm nhiều diện tích bãi chứa đổ thải, gây ô nhiễm không khí, đất và ô nhiễm nguồn nước, giảm diện tích rừng cũng như diện tích đất sản xuất Công nghệ khai thác hầm lò hiện nay cũng sẽ làm mất khoảng 50% trữ lượng, gây lún đất,

ô nhiễm nước, tiêu hao gỗ chống lò và tiềm ẩn tai nạn hầm lò Công nghệ chế biến và sàng tuyển than cũng tạo ra bụi và nước thải chứa than, kim loại nặng Bên cạnh việc hủy hoại môi trường, việc ô nhiễm do hóa chất cũng ảnh hưởng đến sức khỏe người dân địa phương.

Hình 1.2: Khai thác than tại Lippendorf, Neukieritzsch, CHLB Đức

Trong những yếu tố gây ô nhiễm môi trường do khai thác than gây ra còn phải kể đến chất thải rắn đặc biệt, đó là lượng đất, đá xít thải rất lớn Theo tính toán cứ khai thác 1 tấn than nguyên khai bằng phương pháp lộ thiên sẽ đào xúc đi khoảng

5 - 6 tấn đất, đá xít thải phía trên bể than, như vậy với sản lượng khai thác trên thế giới là 5 tỷ tấn/năm thì lượng đất, đá thải ít nhất 25 - 30 tỷ tấn [63].

Đất đá thải phát sinh nhiều nhất ở Trung Quốc (chiếm 13% trữ lượng than và khai thác nhiều nhất), sau đó là Hoa Kỳ, Ấn Độ, và các nước Châu Âu Vấn đề chất thải rắn phải xúc đổ bỏ phục vụ khai thác than đang là vấn đề phức tạp và gây ra nhiều thách thức cho các nhà quản lý môi trường của các nước trên thế giới, từ việc đổ thải đến công tác cải tạo, phục hồi môi trường cho các bãi thải [55].

Những công ty, tập đoàn khai mỏ nói chung ở nhiều nước đã được yêu cầu phải tuân thủ những quy định về môi trường và phải phục hồi nguyên trạng môi sinh, khắc phục một số tác động đến môi trường do khai thác khoáng sản gây ra, trong đó

có khai thác than

1.1.2 Khai thác than và thực trạng đất, đá thải từ các mỏ than ở Quảng Ninh

Việt Nam là nước có tiềm năng về than khoáng các loại Theo số liệu điều tra đã

được công bố gần đây, than biến chất thấp (lignit - á bitum) được tìm thấy ở phần

lục địa trong bể than sông Hồng tính đến chiều sâu 1700m có tài nguyên trữ lượng đạt 36,960 tỷ tấn Nếu tính đến độ sâu 3500m thì dự báo tổng tài nguyên than đạt đến

210 tỷ tấn Than biến chất trung bình (bitum) đã được phát hiện ở Thái Nguyên, vùng

sông Đà và vùng Nghệ Tĩnh với trữ lượng khoảng gần 80 triệu tấn Than biến

chất cao (anthracit) phân bố chủ yếu ở các bể than tại Quảng Ninh, Thái Nguyên, sông Đà, Nông Sơn với tổng tài nguyên đạt trên 18 tỷ tấn, trong đó trữ lượng than tại bể than Quảng Ninh là lớn nhất, ước đạt trên 3 tỷ tấn [1], [22].

Theo Quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam đến năm 2020 [1], sản lượng than

thương phẩm sản xuất toàn ngành trong các giai đoạn như sau: năm 2012: 45 - 47

triệu tấn; năm 2015: 55 58 triệu tấn; năm 2020: 60 65 triệu tấn; năm 2025: 66

-70 triệu tấn; năm 2030: trên 75 triệu tấn Trong đó, sản lượng khai thác chủ yếu tập trung vào các mỏ than tại bể than Đông Bắc: sản lượng than thương phẩm khoảng

55 - 58 triệu tấn vào năm 2015; 59 - 64 triệu tấn vào năm 2020; 64 - 68 triệu tấn vào năm 2025 và duy trì khoảng 65 triệu tấn từ sau năm 2025 Để đáp ứng yêu cầu trên đây, bể than Đông Bắc sẽ hoạt động hết công suất với 61 mỏ đang hoạt động và dự kiến trong 20 năm tới sẽ có thêm 47 mỏ được đưa vào khai thác.

Hiện nay ở Việt Nam, việc khai thác than chủ yếu vẫn áp dụng công nghệ khai thác lộ

thiên đòi hỏi cần bóc bỏ lượng đất đá thải lớn Theo dự tính trong giai đoạn 2013

- 2020, khối lượng đất, đá thải từ các mỏ than ở Quảng Ninh tiếp tục gia tăng lên mức khoảng 1,9 tỷ m3.

Hình 1.3: Tình trạng đất, đá thải tại các mỏ than ở Quảng Ninh

Công nghệ đổ thải áp dụng theo sơ đồ đổ thải sử dụng phương tiện là ô tô vận chuyển kết hợp máy ủi để san gạt Đất đá thải được vận chuyển làm đường lên cốt cao dự kiến đổ thải, san gạt bãi quay xe Thi công xong bãi quay xe thì tiến hành đổ thải kết hợp san gạt Đất đá thải được vận chuyển từ khai trường ra bãi thải bằng ô tô tự đổ loại trọng tải 27- 90 tấn, đổ trực tiếp xuống sườn bãi thải, phần đất đá còn lại trên mặt bãi thải được xe gạt gạt xuống sườn tầng thải.

Theo quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam đến năm 2020, trong vùng Cẩm Phả, Quảng Ninh có 16 mỏ và công trường khai thác than lộ thiên hoạt động, sản

lượng than khai thác từ 14-16 triệu tấn/năm, tương ứng khối lượng đất bóc từ

180-200 triệu m3/năm Trong đó, khối lượng đất đá thải của các mỏ Đèo Nai, Cao Sơn, Cọc Sáu, Khe Chàm II và Đông Đá Mài chiếm trên 94% tổng khối lượng đất đá thải toàn vùng Giai đoạn 2013-2020, khối lượng đất đá thải của vùng dự kiến khoảng 1,9 tỷ m3 Cũng theo quy hoạch, vùng Cẩm Phả sẽ hình thành và phát triển 4 bãi thải lớn: Đông Cao Sơn, Bàng Nâu, Nam Khe Tam và Đông Khe Sim, nhằm phục vụ cho việc khai thác và đảm bảo vệ sinh môi trường.

Hiện tại, bãi thải lớn nhất vùng Cẩm Phả là bãi thải Đông Cao Sơn (dung tích 295

triệu m3) đang được sử dụng cho 3 mỏ lộ thiên: Đèo Nai, Cọc Sáu và Cao Sơn Riêng trong giai đoạn 2011 - 2015, khối lượng đất đá thải ở bãi thải Đông Cao Sơn đã là 509,8 triệu m3, chiếm gần 83% tổng khối lượng đất đá thải của toàn vùng Cẩm Phả.

1.1.3 Quy mô và thực trạng bãi đổ thải Đông Cao Sơn, Cẩm Phả, Quảng Ninh Theo thiết kế do Liên Xô lập năm 1980 với tổng diện tích là 280 ha, mức cao đổ thải cao nhất ở độ cao +255m, dung tích bãi thải là 359,1 triệu m3 và chỉ phục vụ cho việc đổ thải của mỏ Cao Sơn [22].

Hiện nay khu bãi thải Đông Cao Sơn (Hình 1.4) được phân chia cho các mỏ khai thác và đổ thải đất đá như hình dưới.

Hình 1.4: Mặt bằng theo quy hoạch bãi thải Đông Cao Sơn

Mỏ Cao Sơn (bao gồm cả Đông Cao Sơn): Mỏ đang tiến hành đổ thải phần phía Tây và Tây Bắc của bãi thải với các mức cao đổ thải: +155m, +170m, +185m, +200m, +245m, +275m, +290m Hướng phát triển bãi thải chủ yếu theo hướng Tây Bắc.

Mỏ Cọc Sáu: Mỏ đang tiến hành đổ thải phần Đông Bắc của bãi thải với các mức cao đổ thải: +160m, +175m, +190m, +205m, +225m, +250m, +270m Hướng phát triển bãi thải chủ yếu theo hướng Bắc.

Mỏ Đèo Nai: Mỏ đang tiến hành đổ thải phần trung tâm của bãi thải (nằm kẹp giữa ranh giới quản lý của Công ty than Cao Sơn và Công ty than Cọc Sáu) với mức cao đổ thải: +160m, +175m, +190m, +225m, +250m, +270m Hướng phát triển bãi thải chủ yếu theo hướng Tây Bắc.

Mỏ Bắc Quảng Lợi: Hiện nay mỏ đang tiến hành khai thác lộ thiên kết hợp với khai thác hầm lò tận thu Dự kiến hết năm 2010, mỏ Bắc Quảng Lợi sẽ kết thúc khai thác

và như vậy việc đổ thải vào khu vực này chỉ được thực hiện sau năm 2010.

Trên cơ sở hiện trạng đổ thải của các mỏ tại bãi thải Đông Cao Sơn và quy hoạch khai thác than trong khu vực Cẩm Phả, bãi thải Đông Cao Sơn phát triển theo các giai đoạn như sau:

- Giai đoạn 2011-2015: Mỏ Bắc Quảng Lợi kết thúc khai thác nên bãi thải Đông Cao

Sơn sẽ đổ thải mở rộng về phía Đông đến hết giới hạn đổ thải theo thiết kế, ở cao độ

đổ thải +300m: dung tích chứa hữu dụng còn lại của bãi thải là 193 triệu m3

- Giai đoạn sau 2015, chỉ còn mỏ Cọc Sáu đổ thải tại đây, bãi thải sẽ lấn trùm lên mỏ

Bắc quảng Lợi, Công trường LT G9, H10 Mông Dương và phía Bắc sẽ lấn lên gần với mặt bằng mỏ Mông Dương Theo tính toán với giới hạn đổ thải như trên và ứng với cốt cao đổ thải +350m: dung tích chc quảng Lợi, Công trường LT G9, H10

243 triệu m3

- Hiện nay bãi thải Đông Cao Sơn trong giai đoạn vận hành với công suất rất cao, hàng ngày các xe vận chuyển siêu trường, siêu trọng liên tục nối đuôi nhau ra vào

đổ thải Tại bãi đổ thải, đất đá thải thu gom đổ thải chất thành núi cao, dao động

từ 60m đến 150m, có nơi rất cao khoảng 250m so với mặt nước biển.

Vật liệu đất, đá thải tại các mỏ than tập kết trên bãi thải Đông Cao Sơn vùng than Cẩm Phả là sản phẩm được hình thành từ việc nổ mìn phá đá bóc đi tầng phủ nguyên sinh phía trên đến giáp miền cận quặng (bể than) Hỗn hợp vật liệu phế thải trầm tích vùng mỏ chủ yếu bao gồm đá cuội, sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết và các vỉa đá cacbonnat ở dạng nếp xiên Đá thải được hình thành trong khai thác than ở đây có cường độ thấp, độ bền cơ học không cao và lẫn trong đó một lượng nhỏ đất từ bề mặt của tầng đất phủ, ước tính chiếm khoảng 10% tổng số vật liệu thải Đất đá thải có nhiều cỡ hạt khác nhau, thay đổi từ dạng hạt bụi đến cát, dăm sạn rồi đến các loại đá cục và đá tảng.

Hình 1.5: Thực trạng vật liệu đất, đá thải tại bãi thải Đông Cao Sơn

Sự phân bố đất đá trong bãi thải nói chung là không đồng đều Tuy nhiên, do động

năng của các hạt đất đá thải khi rơi xuống từ xe vận chuyển và từ khâu san gạt nên

từ mặt bãi thải xuống độ sâu 1,5m tập trung chủ yếu các loại đá có kích cỡ nhỏ (bụi lắng, cát, dăm sỏi), tỷ lệ các hạt đá có kích thước nhỏ hơn 15mm ước tính chiếm khoảng 40 - 50% Dọc theo sườn dốc trở xuống, tỷ lệ các hạt đá có kích thước nhỏ giảm dần, đến khoảng giữa sườn dốc của bãi thải tỷ lệ các hạt đá có kích thước hạt lớn hơn 500mm chiếm khoảng trên 60% Những tảng đá có đường kính lớn tập trung

ở phía dưới sườn dốc Khi xuống dưới chân bãi thải các tảng đá to thường lăn

cách chân bãi một khoảng cách nhất định Khu vực sát chân bãi thường là các loại

Nói chung, bãi thải mỏ có môi trường khô cằn, nghèo dinh dưỡng nên không thuận lợi cho quá trình phát triển thực vật Ở nước ta, nhờ điều kiện khí hậu nóng ẩm, mưa

nhiệt đới nên có một số loài cây cỏ có thể phát triển tự nhiên trên bề mặt bãi thải Thời gian tồn tại của bãi thải mới có từ 1 - 5 năm, chỉ có các loại cây cỏ mọc được (cỏ le, chè vè, lau, chít, ) Thời gian tồn tại của bãi thải từ 5 -10 năm, xuất hiện các loại cây bụi (cây dẻ ngon, thao kén, thẩu tấu, sim, mua, ) Bãi thải đã tồn tại được 20 - 30 năm, có các loại cây gỗ nhỏ (đuôi lươn tía, cà suối, sơn ta, ) Tuy nhiên, sự phát triển tự nhiên này không đều, phát triển mạnh hơn ở những khu vực bãi thải có điều kiện thuận lợi hơn về khí hậu.

1.2 Tổng quan về sử dụng đất, đá thải trong xây dựng đường ô tô

1.2.1 Những kết quả nghiên cứu và chỉ dẫn kỹ thuật ở nước ngoài

Trong thời gian gần đây, công nghiệp khai thác đá phục vụ cho xây dựng ngày càng phát triển; kéo theo đó, các sản phẩm thừa từ đá, đá thải, đá lẫn đất có kích

cỡ hỗn hợp xuất hiện càng nhiều Với xu hướng tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, tận dụng vật liệu địa phương, đã có nhiều nghiên cứu và từng bước sử dụng loại vật liệu đất, đá thải để san lấp đắp nền, đắp đập và đắp nền đường ô tô, nhất là trường hợp đắp hoặc san lấp với chiều cao đắp lớn Nhiều quy định kỹ thuật được một số quốc gia trên thế giới ban hành liên quan đến vật liệu đá, đá thải, đá lẫn đất để xây dựng đập và nền đường.

Trong các tài liệu liên quan đến xây dựng nền đường, thuật ngữ “đá, đá thải, đá lẫn

đất” xây dựng nền đường được biểu thị bằng tiếng Anh là “Rock Fill” hoặc “Rock

Embankment”; khác với thuật ngữ “đất, đất-sỏi sạn” gọi là “Earth fill” hoặc gọi là

“Earth Embankment”

Trên thế giới, việc xây dựng nền đắp theo truyền thống thường sử dụng vật liệu đất (Soil) hoặc đất lẫn sỏi sạn (Soil-Aggregate), thỏa mãn tiêu chuẩn phân loại đất cho xây dựng, cụ thể tại các tiêu chuẩn: AASHTO M145-91(2004), ASTM D 3282-

93 (2004), ASTM D 2487-06,… Các loại đất này có kích cỡ hạt lớn nhất không quá 50 mm (hoặc 75 mm theo AASHTO) [56], [57].

Dưới đây là một số các tài liệu đã công bố tiêu biểu có liên quan đến việc sử dụng

đá, đá thải, đá lẫn đất (Rock Fill) trong xây dựng nền đường ô tô:

a) Chỉ dẫn kỹ thuật cho đường ô tô - Xây dựng nền đường đắp của Nam Phi,

1982 [60]

Trong chỉ dẫn kỹ thuật này, cho phép đắp nền đường ô tô bằng các loại vật liệu: đá

(rock), đất cát, đất sét và các vật liệu khác như xỉ (ash), clinker hoặc các phế thải

công nghiệp khác có thể sử dụng để đắp nền đường với điều kiện vật liệu đó có thể

thi công được và có khả năng tạo nên một nền đường ổn định, không phát sinh biến dạng (lún) vượt quá yêu cầu.

Vật liệu đá (đá thải, đá lẫn đất) được rải đồng đều trên toàn bộ bề rộng lớp nền đắp với chiều dày quy định Chiều dày lớp vật liệu này nên lấy bằng 2/3 kích cỡ hạt lớn nhất của đá Vật liệu đá thải ra từ loại đá quá cứng, đá không bị phong hóa, dẫn tới khi khai thác đá bằng nổ mìn cần bổ sung được hạt mịn để lấp đầy

độ rỗng lớp vật liệu này khi đầm nén hoặc phủ thêm một lớp vật liệu có kích cỡ hạt nhỏ hơn lên trên lớp này, với chiều dầy khoảng 50 cm.

Trường hợp rải lớp vật liệu đá thải lên lớp nền đất không tốt, xốp; cần thiết phải rải một lớp tăng cường phía dưới như vải hoặc lưới địa kỹ thuật,… trước khi rải vật liệu đá thải lên để tránh hiện tượng đá thải xâm nhập, chìm, lún sâu vào nền đất Khi đắp nền với đá thải có kích cỡ lớn thì phải rải lớp vật liệu hạt mịn (đất, đá-sỏi sạn…) lên trên để tạo nên lớp nền có cấp phối chặt.

Cho phép sử dụng đá thải đắp nền đường là loại vật liệu có chứa hơn 15% đá có kích cỡ lớn hơn 150mm Lớp nền đá thải được rải với chiều dày đồng đều, phụ thuộc vào kích cỡ hạt lớn nhất, nhưng chiều dầy lớp không vượt quá 70 cm Có thể rải với lớp có chiều dày lớn hơn, nhưng phải có biện pháp thi công thích hợp

để đảm bảo độ chặt đầm nén Phải rải thêm một lớp đá thải có kích cỡ nhỏ hơn (hoặc lớp vật liệu hạt mịn) trên lớp đá thải có kích cỡ lớn với chiều dầy rải khoảng

50 cm, sau đó mới được xây dựng lớp móng dưới, móng trên để tránh hiện tượng vật liệu lớp móng xâm nhập, lỏi vào lớp nền đá thải.

Chỉ dẫn kỹ thuật của Sở GTVT bang Washington (WSDOT) định nghĩa thuật ngữ

“đá thải” (rock) sử dụng để đắp nền: bất kỳ vật liệu có chứa hạt khoáng có kích cỡ hạt lớn hơn hoặc bằng 4 inch (10 cm) chiếm hơn 25%.

Cần phải thi công các lớp vật liệu này thành các lớp nằm ngang, phân bố vật liệu sao cho các hạt nhỏ hơn nằm chen giữa những hạt lớn hơn để tạo nên lớp đắp có

độ rỗng nhỏ nhất Việc đầm nén lớp vật liệu hạt lớn sử dụng lu 50 tấn hoặc lu rung với tần số không dưới 1000 lần/phút Phải rải một lớp đất có chiều dày tối thiểu 6

in (15 cm) lên trên lớp đắp bằng vật liệu hạt lớn Thí nghiệm kiểm tra độ chặt lu lèn cần lựa chọn phương riêng cho phù hợp.

[58]

Trong Tiêu chuẩn xây dựng nền đường đắp năm 1986 của Bộ Giao thông Vương quốc Anh có cho phép sử dụng vật liệu đá-sỏi sạn (ký hiệu là 1C) và vật liệu đá,

đá thải kích cỡ lớn (ký hiệu là 6B) để đắp nền đường Yêu cầu kỹ thuật của 2 loại vật liệu tóm tắt tại Bảng 1.4 Trong đó, kích cỡ hạt xem xét là 125 mm, 0,6 mm và 0,063 mm; tính cấp phối của vật liệu thể hiện qua hệ số đồng đều Cu.

Bảng 1.1: Yêu cầu kỹ thuật đối với đá, đá thải đắp nền đường

Dự án đắp nền đường đường cao tốc Bulahdelah đi Coolongolook của Úc dài 22

km, được tài trợ bởi Chính phủ Liên Bang Úc là một công trình điển hình về sử dụng

đá thải làm nền đường Tuyến đường này đi qua địa hình hiểm trở, nhiều đoạn phải đào sâu đến 49 m, đắp cao đến 24 m Hai loại vật liệu được sử dụng để đắp nền là đất và đá, đá thải kích cỡ lớn được thu hồi từ những đoạn nền đường đào Vật liệu

đá, đá thải được khai thác từ nền đào là đá cứng, có độ bền cao, không bị tan rã dưới tác động của phong hóa và lu lèn Dự án này đã áp dụng tiêu chuẩn phân loại về cường độ, kích cỡ đá sử dụng đắp nền đường dẫn ở Bảng 1.2.

Bảng 1.2: Phân loại về cường độ, kích cỡ đá sử dụng đắp nền đường

2 Đá có độ cứng từ rất nhỏ đến nhỏ D < 40 mm

3 Đá có độ cứng từ nhỏ đến trung bình C 40-100 mm

5 Đá có độ cứng từ lớn đến rất lớn A > 300 mm

Hình 1.7: Thi công nền đường ô tô bằng đất, đá thải

Hình 1.8: San rải và lu lèn đất, đá thải Qua những tài liệu tham khảo về việc sử dụng đất, đá thải có kích cỡ lớn áp dụng trong xây dựng nền đường nêu trên, một số nhận xét được rút ra như sau:

- Việc sử dụng đất, đá thải có kích cỡ lớn (lớn hơn 50 mm) được áp dụng khá phổ biến trên thế giới do tính kinh tế của việc tận dụng nguồn vật liệu phế thải trong quá trình khai thác đá, đào nền đường qua vùng có đá, đất lẫn đá Vật liệu đất lẫn đá, đá thải có kích cỡ đến 500 mm đã được nghiên cứu áp dụng trên những công trình

đường bộ có chiều cao đắp lớn, nơi khó khăn về vật liệu đất đắp.

- Khi xem xét lựa chọn đất đá thải đắp nền đường ô tô phải xem xét đến kích cỡ

đá lớn nhất, thành phần cấp phối của đá, cường độ của đá Căn cứ vào kích cỡ

đá, cần nghiên cứu xem xét lựa chọn chiều dày lớp, phương pháp lu, loại lu, số lượng lu, sơ đồ lu và công lu cho phù hợp để đạt được độ chặt cần thiết.

1.2.2 Những kết quả nghiên cứu bước đầu và chỉ dẫn kỹ thuật ở Việt Nam

Ở nước ta, nguồn đất, đá thải từ việc khai thác mỏ, sản xuất đá,… và chất thải rắn

trong quá trình phá dỡ hoặc xây dựng công trình hiện nay rất lớn Tuy nhiên, qua điều tra, tìm hiểu cho thấy đến thời điểm hiện nay ở nước ta vẫn chưa có những quy định chính thức về phân loại và phạm vi áp dụng loại vật liệu chất thải rắn cũng như đất, đá thải dùng trong các công trình xây dựng Những kết quả nghiên cứu sử dụng đất, đá thải dùng trong xây dựng đường ô tô rất ít và cũng chỉ mới

có kết quả bước đầu.

1.2.2.1 Các tiêu chuẩn xây dựng nền đường ô tô có liên quan đến đất, đá thải

Trên thực tế (Giai đoạn trước năm 2005) có một số công trình đường ô tô ở địa phương có sử dụng đất, đá thải chỉ mang tính tự phát và phi tiêu chuẩn Dưới đây

là một số hình ảnh sử dụng đất, đá thải (phi tiêu chuẩn) trong xây dựng đường ở địa phương (Hình 1.9 và Hình 1.10).

Hình 1.9: Mặt đường sử dụng đá lát nhiều kích cỡ và đá xô bồ

Hình 1.10: Mặt đường sử dụng đất, đả thải (dạng cấp phối)

Từ sau năm 2005 trở lại đây, đã có những quy định kỹ thuật trong xây dựng nền đường ô tô có liên quan đến đất, đá thải như sau:

Theo [5] quy định “Khi sử dụng vật liệu đắp bằng đá thải, bằng đất lẫn sỏi sạn thì kích cỡ hạt (hòn) lớn nhất cho phép là 10 cm đối với phạm vi đắp nằm trong khu vực tác dụng 80 cm kể từ đáy áo đường và 15 cm đối với phạm vi đắp phía dưới; tuy nhiên, kích cỡ hạt lớn nhất này không được vượt quá 2/3 chiều dày lớp đất đầm nén (tuỳ thuộc công cụ đầm nén sẽ sử dụng)”.

Theo [17] cũng quy định “Khi sử dụng vật liệu đắp bằng đá, bằng đất lẫn sỏi sạn thì kích cỡ hạt (hòn) lớn nhất cho phép là 10 cm đối với phạm vi đắp nằm trong khu vực tác dụng kể từ đáy áo đường; tuy nhiên, kích cỡ hạt lớn nhất này không được vượt quá 2/3 chiều dày đầm nén có hiệu quả lớn nhất (tuỳ thuộc công cụ đầm nén sẽ sử dụng) Không được dùng các loại đá đã phong hoá và đá dễ phong hoá có hệ số k hoá mềm k 0,75 (đá sít,…) và không nên dùng đất bụi để đắp trong phạm vi khu

vực tác dụng”.

Tuy nhiên theo [5] và [17] chưa đưa ra một cách chi tiết quy định về loại vật liệu kích cỡ lớn này, cũng như tiêu chuẩn kiểm tra độ chặt lu lèn tương ứng Vì vậy trên thực tế việc áp dụng vật liệu quá cỡ này còn gặp những khó khăn nhất đinh Theo [11] - Nền đường ô tô – Thi công và nghiệm thu, đã bổ sung và hướng dẫn:

- Nền đắp đất (Earth fill embankment): Đất các loại có thể lẫn dưới 30 % khối lượng là đá, cuội sỏi có kích cỡ từ 19 mm trở lên cho đến cỡ hạt lớn nhất là 50

mm Vật liệu đắp loại này có thể xác định được độ chặt tiêu chuẩn ở trong phòng thí nghiệm theo [20].

- Nền đắp đất lẫn đá (Earth - Rock embankment): Đất lẫn từ 30 % đến 70 % đá các loại có kích cỡ từ 50 mm trở lên cho đến kích cỡ lớn nhất cho phép (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 của nền đường) 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 Tuy nhiên, vấn đề đắp nền đường bằng đất, đất lẫn đá, đắp đá đã được đề cập đến trong [5] và [11], tuy nhiên trên thực tế được ít các dự án áp dụng do còn gặp nhiều khó khăn khi thi công và nghiệm thu.

Gần đây, khi lượng đá thải của các cơ sở sản xuất đá ngày càng nhiều, một số nhà thầu đã chủ động đề xuất và sử dụng đá thải kích cỡ lớn để xây dựng nền đường ô

tô Việc xây dựng nền đường bằng đá thải tuy chưa có trong tiêu chuẩn nên Bộ GTVT cho làm thử để nghiên cứu, rút kinh nghiệm trên một số tuyến đường như Cao tốc Hà Nội – Lào Cai, Tuyến đường Lê Công Thanh – Phủ Lý – Hà Nam Đã tập trung chỉ đạo các biện pháp quản lý chất lượng vật liệu, chất lượng lu lèn của các đoạn đường thí điểm áp dụng đá thải này [23] (Hình 1.11, Hình 1.12 và Hình

1.13)

Hình 1.11: Đắp nền đường bằng đá thải Gói thầu A8 Cao tốc Hà Nội – Lào Cai

Hình 1.12: Đắp nền đường bằng đá thải Quốc lộ 1A

đoạn Phủ Lý - Cầu Đoan Vĩ

1.2.2.2 Đề án “Xử lý, tái sử dụng chất thải rắn trong xây dựng công trình giao thông đường bộ” Mã số: MT 103005, Viện KHCN GTVT [24]

Những kết luận nghiên cứu chủ yếu của đề án là:

Chất thải rắn đang ngày một gia tăng tác động xấu tới môi trường sống của con

người Chất thải trong giao thông là các phế thải như vật liệu xây dựng đường, vật

liệu trong quá trình phá dỡ, cải tạo nâng cấp công trình giao thông, vật liệu do quá

trình khai thác giao thông như:

Loại 01 - Bê tông, gạch, ngói, gốm sứ, thạch

cao; Loại 02 - Gỗ, thủy tinh và nhựa;

Loại 03 - Hỗn hợp bitum, nhựa than đá và các sản phẩm có nhựa

đường; Loại 04 - Kim loại (bao gồm cả hợp kim);

Loại 05 - Đất (kể cả đất đào từ các vị trí bị ô nhiễm), đá và nạo vét đất

đá; Loại 06 - Vật liệu xây dựng khác.

Chất thải rắn trong xây dựng công trình giao thông hoàn toàn có thể xử lý, tái sử dụng làm móng đường giao thông bằng việc kết hợp với chất kết dính vô cơ để tăng cường độ hỗn hợp;

Việc tái sử dụng chất thải rắn làm móng đường giao thông tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, góp phần bảo vệ môi trường sống.

Đề án đã tiến hành thử nghiệm xử lý, tái sử dụng chất thải rắn xây dựng công trình giao thông làm móng đường Đã thu gom và xử lý 150 m³ rác thải dạng rắn, thải ra trong quá trình xây dựng tại Công trình giao thông tại 2 quận Long Biên

và Thanh Xuân Hà Nội và tái sử dụng để làm móng cho 100m đường đạt tiêu chuẩn đường giao thông nông thôn cho hiệu quả tốt.

Đề án đã xây dựng 02 dự thảo Quy trình công nghệ xử lý tái sử dụng chất thải rắn bao gồm: Dự thảo “Quy trình công nghệ thi công lớp móng đường ô tô bằng chất thải rắn gia cố xi măng”; Dự thảo “Quy trình công nghệ thi công lớp móng đường ô tô bằng chất thải rắn gia cố xi măng” dựa trên chỉ dẫn kỹ thuật thi công chất thải rắn tại hiện trường và tổng kết sau thi công.

Đồng thời, Đề án cũng đề xuất phải coi chất thải cũng như là một loại tài nguyên

và cần có các giải pháp thu gom, tái chế,… và sử dụng vào các mục đích xây dựng công trình, trong đó có công trình đường ô tô, góp phần bảo vệ môi trường.

1.2.2.3 Đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu đắp đá và đắp đá lẫn đất trong thi công xây dựng nền, mặt đường tại Việt Nam” Mã số: 124002 – Viện KHCN GTVT [23]

Xuất phát từ thực tế hiện nay ở nước ta, nguồn vật liệu đất tự nhiên thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật để xây dựng nền, mặt đường ngày càng trở lên khan hiếm cạn kiệt trong khi vật liệu đất lẫn đá, đá thải có kích cỡ lớn (đến 500 mm) ngày càng nhiều.

Do đó việc nghiên cứu sử dụng một cách có hiệu quả vật liệu này, vừa có ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật làm giảm giá thành xây dựng do tận dụng được vật liệu phương, vừa có ý nghĩa về môi trường, hạn chế phế thải là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn Klàm giảm giá thành xây dựng do tcác nácm giảm giá thành x

- Nghiên cứu tổng quan về việc sử dụng vật liệu đá, đá thải và đá lẫn đất trong xây dựng nền đường Trong đó, tập trung vào tổng quan về phạm vi sử dụng và thí nghiệm kiểm tra về nền đường đắp đá, đá thải và đá lẫn đất trên thế giới và

ở Việt Nam; tổng hợp những vấn đề tồn tại và những vấn đề cần đặt ra về nền đường đắp đá, đắp đá thải và đắp đá lẫn đất.

- Nghiên cứu phân loại các chỉ tiêu yêu cầu đối với đá, đá thải và đá lẫn đất có thể sử dụng để làm nền đường Trong đó, tập trung vào 2 chỉ tiêu chính: cường

độ của đá và thành phần hạt của cốt liệu.

- Trên cơ sở tổng hợp và phân tích phân loại đất đá của nước ngoài và thành phần

hạt theo quy định của Việt Nam [46], đã đưa ra nhận xét: Theo tiêu chuẩn phân

loại đã ban hành thì kích thước hạt lớn nhất có thể sử dụng trong xây dựng là

100mm Trong khi trong [5] cho phép sử dụng vật liệu có kích cỡ lớn, Dmax ≤ 150

mm để đắp nền đường Như vậy cần phải tiếp tục nghiên cứu và thử nghiệm để khẳng định tính khả thi của loại vật liệu đá thải có kích thước lớn đến 150mm.

- Đã nghiên cứu và đề xuất về cấu tạo và yêu cầu kỹ thuật đối với nền đường đắp đá, đắp đá thải và đắp đá lẫn đất và trình tự công nghệ thi công nền móng đường đắp đá, đá thải và đắp đá lẫn đất Trong đó tập trung vào trình tự đắp và thiết bị đầm nén; chiều dày lớp vật liệu đắp đá, đá lẫn đất; giải pháp thi công chêm chèn và các thí nghiệm kiểm tra hiện trường.

1.2.2.4 Nghiên cứu thực nghiệm đất đá thải ở bãi thải Nam Khe Tam – Luận văn cao học – Vũ Vinh, 2013 [33]

Trong Luận văn cao học của tác giả Vũ Vinh có những kết quả nghiên cứu chủ yếu

sau:

- Điều tra tổng quát các bãi thải đất, đá khu vực Quảng Ninh, bao gồm bốn bãi thải gồm Đông Cao Sơn, Bàng Nâu, Nam Khe Tam và Đông Khe Sim phục vụ cho việc khai thác và đảm bảo vệ sinh môi trường Trong đó, bãi thải Nam Khe Tam do Công ty Cổ phần than Đèo Nai – Vinacomin thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam khai thác đổ thải.

- Đã tiến hành khảo sát và lấy mẫu đất, đá thải về thí nghiệm Lấy mẫu: mỗi bãi thải lấy 5 mẫu đất và 5 mẫu đá tại các vị trí khác nhau; mỗi mẫu lấy 50kg ~ 70kg đưa về phòng thí nghiệm Dưới đây là hình ảnh lấy mẫu tại bãi thải Nam Khe Tam

(Hình 1.13)

Hình 1.13: Hình ảnh lấy mẫu thí nghiệm tại bãi thải Nam Khe Tam

- Đã thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của mẫu đá, bao gồm: khối lượng thể tích; cường

độ chịu nén khô của đá; cường độ chịu nén của bão hoà nước của đá; hệ số hoá mềm của đá biểu thị mức suy giảm về cường độ chịu nén của đá khi ngâm lẫn trong nước.

- Đã thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất, bao gồm: thành phần hạt; giới hạn chảy, giới hạn dẻo; đầm nén tiêu chuẩn; mô đun đàn hồi trong phòng thí nghiệm; chỉ số CBR.

- Đất đá thải bãi thải Nam Khe Tam hoàn toàn có thể sử dụng làm đất đắp nền đường, làm lớp cấp phối tự nhiên và đường tạm thi công và làm móng mặt đường (đất gia cố chất kết dính vô cơ, đất gia cố xi măng, đất gia cố vôi) Vật liệu đổ thải tại bãi thải Nam Khe Tam có thể sử dụng làm những tuyến đường phía Tây vùng Cẩm Phả và các đường nội bộ trong mỏ (Hình 1.14).

Hình 1.14: Công trình đường tạm sử dụng đất đá thải - Bãi thải Nam Khe Tam

- Đá ở bãi thải Nam Khe Tam có thể làm được móng mặt đường cấp phối đá dăm, mặt và móng đường đá dăm đất kết dính, mặt và móng đường cấp phối đá gia cố xi

măng, mặt đường bê tông xi măng với lớp móng và một số mặt đường giao thông

nông thôn

- Trong qua trình áp dụng với các loại móng và mặt đường cần phải lựa chọn xem xét và thí nghiệm thêm các chi tiêu như độ mài mòn losAngeles, độ dính bám của nhựa, thành phần lọt sàng của đá thành phẩm, để có thể áp dụng với các loại mặt đường yêu cầu.

1.2.2.5 Dự thảo Tiêu chuẩn cơ sở “Nghiên cứu đắp đá và đắp đá lẫn đất trong thi công xây dựng nền, mặt đường tại Việt Nam (Highway Rock - fill Embankment – Specification of Construction and Quality Control)”, 2018, Viện KHCN GTVT

Phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn: quy định các yêu cầu về cấu tạo, vật liệu, công nghệ thi công và nghiệm thu khi xây dựng nền đường ô tô đắp bằng đá hoặc đá thải tận dụng từ xây dựng các công trình hầm hay từ các cơ sở công nghiệp khai khoáng (mỏ).

Thuật ngữ nền đắp đá (Rock fill Embankment) được định nghĩa như sau: Nền đắp bằng đá các loại cứng, cứng vừa, mềm với kích cỡ đá từ 37,5mm trở lên chiếm ≥ 70% khối lượng vật liệu đắp Cường độ chịu nén một trục bão hòa nước của đá cứng: ≥ 60Mpa; đá cứng vừa: (30 – 60) Mpa; đá mềm: (5-30) Mpa Yêu cầu đối với vật liệu đá:

- Đá dùng để đắp nền đường không được sử dụng loại bị phong hóa nặng, các loại đá dễ bị tan rã và các loại đá đã bị muối hóa Không nên dùng các loại đá có tính trương nở và dễ bị tan rã trong nước.

- Kích cỡ hạt lớn nhất không được quá 500 mm và không được quá 2/3 bề dày lớp đầm nén (Tham khảo bảng 6 tùy thuộc loại công cụ đầm nén sử dụng) Trong phạm vi khu vực tác dụng của nền đường kích cỡ đá lớn nhất dùng để đắp không được quá 100 mm; trong phạm vi 40 cm từ đáy khu vực tác dụng trở xuống, kích cỡ đá lớn nhất không được vượt quá 150 mm (yêu cầu này nhằm bảo đảm chịu lực đồng đều trong phạm vi khu vực tác dụng và bảo đảm sự tiếp xúc đồng đều giữa áo đường với nền đất).

- Đối với các loại đá cứng, cỡ hạt lớn hơn 200 mm phải khống chế khối lượng trong phạm vi 20% đến 40% và cỡ hạt nhỏ hơn 20 mm phải khống chế trong phạm vi 10% đến 15% Đối với các loại đá cứng vừa và mềm, cỡ hạt lớn hơn

200 mm phải khống chế khối lượng trong phạm vi 20% đến 30% và cỡ hạt nhỏ hơn 20 mm phải khống chế trong phạm vi 10% đến 20%.

Yêu cầu về cấu tạo nền đường đắp đá: Trong phạm vi thân nền đắp, nguyên tắc

cấu tạo là: ở phía dưới đắp bằng đá có kích cỡ lớn hơn, càng lên trên kích cỡ đá càng phải giảm đi (xem 6.2) Trong phạm vi 40 cm trên cùng của nền đắp đá phải tạo ra một lớp quá độ (Chuyển tiếp từ nền đắp đá đến kết cấu áo đường) Mặt lớp quá độ phải kín (không được hở rỗng hoặc có hang hốc); kích cỡ đá lớn nhất trong lớp quá độ phải dưới 100 mm và để bảo đảm ít lỗ rỗng, trong thành phần hạt phải chứa ít nhất 30% cỡ hạt từ 0,05 mm trở xuống Lớp quá độ này được xem là một

bộ phận thuộc khu vực tác dụng của nền đắp Trong phạm vi lớp quá độ 40 cm trên cùng và cả phạm vi khu vực tác dụng không được đắp bằng loại đá mềm.

1.2.2.6 Các Tiêu chuẩn xây dựng móng đường ô tô có liên quan đất, đá

thải - 22TCN 211 – 06, Áo đường mềm – Yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế[17]

Trong [17] có chỉ ra móng đường ô tô có chức năng là truyền áp lực của bánh xe tác dụng trên mặt đường xuống đến nền đất sao cho trị số áp lực truyền đến nền đất đủ nhỏ để nền đất chịu đựng được cả về ứng suất và biến dạng, đồng thời tầng móng phải đủ cứng để giảm ứng suất kéo uốn tại đáy tầng mặt cấp cao bằng bê tông nhựa

ở phía trên nó Tổng hợp các loại vật liệu làm móng đường ô tô trích trong [17] dẫn

Lớp vật liệu làm móng Phạm vi sử dụng thích hợp Điều kiện sử dụng

phế thải công nghiệp (xỉ Cấp thấp B1, B2 4,75mm phải trên

dưới

- TCVN 8857:2011, Lớp kết cấu áo đường ô tô bằng cấp phối thiên nhiên -

Vật liệu, thi công và nghiệm thu[6].

Tiêu chuẩn này quy định những yêu cầu kỹ thuật về vật liệu, công nghệ thi công, kiểm tra, giám sát và nghiệm thu các lớp kết cấu áo đường bằng vật liệu cấp phối thiên nhiên Quy định kỹ thuật với 4 loại vật liệu cấp phối thiên nhiên (ký hiệu là

A, B, C và D) sử dụng để làm móng dưới mặt đường loại A1, A2, móng trên cho mặt đường loại A2, làm các lớp móng và mặt đường cho mặt đường loại B1, B2

và lớp gia cố lề của các lớp kết cấu áo đường theo quy định tại [17].

Khi vật liệu cấp phối thiên nhiên khai thác ra mà không đạt các yêu cầu kỹ thuật nêu tại Bảng 1 và Bảng 2 trong [6] thì phải cải thiện và lựa chọn biện pháp cải thiện sao cho thích hợp: Khi thành phần hạt nhỏ hơn hoặc bằng 2mm vượt quá giới hạn cho phép, phải sàng lọc bỏ bớt; Khi thành phần cấp phối thiếu cỡ hạt lớn hơn hoặc bằng 4.75mm, phải trộn thêm đá dăm hoặc sỏi cuội; Khi chỉ số dẻo lớn, phải trộn thêm một tỷ lệ cát hạt nhỏ hoặc trộn thêm vôi; Khi có những hạt cốt liệu

≥50mm thì phải sàng loại bỏ hoặc nghiền vỡ chúng để lọt qua sàng 50mm.

- TCVN 8859 (2011), Lớp móng cấp phối đá dăm trong kết cấu áo đường ô tô –

Vật liệu, thi công và nghiệm thu [7].

Tiêu chuẩn này quy định những yêu cầu kỹ thuật về vật liệu, công nghệ thi công và nghiệm thu lớp móng cấp phối đá dăm (CPĐD) trong kết cấu áo đường đường ô

tô CPĐD là hỗn hợp vật liệu đá dạng hạt có thành phần hạt tuân thủ nguyên lý cấp phối liên tục được nghiền từ đá nguyên khai hoặc sỏi cuội.

Yêu cầu về vật liệu bao gồm thành phần hạt tại Bảng 1, mục 6.2.1 và yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý tại Bảng 2, mục 6.3 của [7].

- TCVN 8858 (2011), Móng cấp phối đá dăm và cấp phối thiên nhiên gia cố xi

măng trong kết cấu áo đường ô tô, Thi công và nghiệm thu [8]

Tiêu chuẩn này quy định cho việc thi công và nghiệm thu lớp móng trên hoặc lớp móng dưới bằng vật liệu cấp phối đá dăm hoặc cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng trong kết cấu áo đường ô tô và trong mặt đường sân bay.

- Về thành phần hạt, cho phép sử dụng CPĐD loại I và loại II của [7] (Bảng 17)