Mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu khảo sát hiện trường, thí nghiệm trong phòng và thử nghiệm hiện trường; tiến hành phân tích đánh giá và đề xuất khả năng sử dụng đất, đá thải từ các mỏ than ở khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh làm đường ô tô.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 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 cơng trình giao thơng Mã số : 9.58.02.05 Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô đường thành phố TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2019 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải Người hường dẫn khoa học: PGS.TS nguyễn Hữu Trí Viện khoa học Công nghệ Giao thông vận tải GS.TS Phạm Huy Khang Trường Đại học Giao thông Vận tải Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp Trường Đại học Giao thông Vận tải vào hồi ngày 2019 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc Gia Việt Nam - Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải tháng năm CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Ths.NCS Đỗ Văn Thái, PGS.TS Nguyễn Hữu Trí, GS.TS Phạm Huy Khang (2015), “Nghiên cứu sử dụng vật liệu đất đá thải mỏ than Cẩm Phả - Quảng Ninh khả sử dụng chúng Xây dựng đường tơ”, Tạp chí Giao thông vận tải, (9), tr.45-48 Ths.NCS Đỗ Văn Thái, (2018), “Nghiên cứu đánh giá tượng nứt mặt lớp móng đường sử dụng cấp phối đất đá thải mỏ than Quảng Ninh gia cố xi măng giải pháp khắc phục”, Tạp chí Giao thơng vận tải.(4), tr.83-86 Ths.NCS Đỗ Văn Thái, PGS.TS Nguyễn Hữu Trí, GS.TS Phạm Huy Khang (2018), “Kết thử nghiệm đất đá thải mỏ than Quảng Ninh gia cố xi măng làm móng mặt đường tơ”, Tạp chí Giao thơng vận tải.(9), tr.41-44 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề nghiên cứu Để khai thác tuyển chọn 1m3 than thơng thường Quảng Ninh phải bóc bỏ đổ từ đến 12m3 đất đá thải Trữ lượng đất đá đổ thải tiềm tích khai thác than khu vực Quảng Ninh tính đến hết năm 2012 vào khoảng 3,7 tỷ m3 dự tính giai đoạn 2013 - 2020 tiếp tục gia tăng khoảng 1,9 tỷ m3 Đường vào bãi thải mưa lầy, nắng bụi, gây nên tình trạng nhiễm môi trường đến mức báo động, tượng sụt lở núi đất đá thải ln rình rập, vùi lấp cơng trình gây tai họa cho người Tập đồn than Khoáng sản Việt Nam quy hoạch bãi đổ thải để tập trung thu gom mối Tình trạng nhiễm mơi trường có phần cải thiện, nhiên chưa khả thi việc ngăn chặn hệ lụy từ bãi đổ thải hình thành từ khai thác than lộ thiên Quảng Ninh Xuất phát từ thực tế đó, NCS đề xuất thực thành công đề tài nghiên cứu với tên luận án: “Nghiên cứu sử dụng đất đá thải từ mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh làm đường tơ” Mục đích nghiên cứu Trên sở nghiên cứu khảo sát trường, thí nghiệm phòng thử nghiệm trường; tiến hành phân tích đánh giá đề xuất khả sử dụng đất, đá thải từ mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh làm đường ô tô Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh gia cố với xi măng không gia cố sử dụng làm lớp vật liệu kết cấu mặt đường ô tô, mặt đường GTNT Phạm vi nghiên cứu: trường bãi thải Đông Cao Sơn (ĐCS) khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh; thí nghiệm xác định tiêu lý kỹ thuật đất đá thải mỏ than khơng gia cố có gia cố với xi măng; thử nghiệm trường sử dụng vật liệu đất đá thải làm mặt đường ô tô Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học: Làm rõ sở khoa học, hiệu gia cố xi măng 02 loại cấp phối đề xuất (A-ĐCS AB-ĐCS) Bổ xung, hồn thiện cơng nghệ thi cơng kiểm sốt chất lượng lớp vật liệu cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng xây dựng kết cấu mặt đường ô tô Phân tích đề xuất áp dụng số kết cấu mặt đường tơ điển hình sử dụng đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh 4.2 Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu đề tài góp phần tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường tận dụng vật liệu địa phương xây dựng đường tơ Hồn thiện dây chuyền công nghệ từ gia công sản xuất vật liệu đến trộn hỗn hợp gia cố, san, rải, đầm lèn kiểm soát chất lượng, chế độ bảo dưỡng, hạn chế nứt lớp cấp phối đất, đá thải gia cố xi măng xây dựng mặt đường ô tô Xây dựng thành cơng đoạn đường thử nghiệm có kết cấu áo đường lớp đất đá thải mỏ than Quảng Ninh Đề xuất cấu tạo số kết cấu áo đường điển hình có sử dụng đất đá thải mỏ than, phạm vi áp dụng xây dựng đường ô tô đường GTNT Cấu trúc luận án: Luận án gồm phần mở đầu; chương chính; Phần kết luận, kiến nghị - hướng nghiên cứu tiếp theo; Danh mục tài liệu tham khảo phụ lục Chương TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐẤT, ĐÁ THẢI MỎ THAN TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1 Tổng quan đất, đá thải từ mỏ khai thác than 1.1.1 Khai thác than đất đá thải từ mỏ than giới Khai thác than tác động đến vấn đề môi trường nghiêm trọng, bao gồm tượng xói mòn, sụt sạt đất đá mưa lũ, gây cân sinh học, nhiễm mơi trường (khơng khí, nước, đất) chiếm dụng diện tích đất chứa cho bãi đổ thải Những cơng ty, tập đồn khai mỏ giới tuân thủ quy định phủ môi trường phải phục hồi nguyên trạng môi sinh, khắc phục số tác động đến môi trường khai thác khống sản gây ra, có khai thác than 1.1.2 Khai thác than thực trạng đất, đá thải từ mỏ than Quảng Ninh Dự tính giai đoạn 2013 - 2020, khối lượng đất, đá thải từ mỏ than Quảng Ninh tiếp tục gia tăng lên mức khoảng 1,9 tỷ m3 Hiện tại, bãi thải lớn vùng than Cẩm Phả, Quảng Ninh bãi thải Đông Cao Sơn (ĐCS) có dung tích 295 triệu m3 Riêng giai đoạn 2011 - 2015, khối lượng đất đá thải bãi thải Đông Cao Sơn 509,8 triệu m3, chiếm gần 83% tổng khối lượng đất đá thải toàn vùng Cẩm Phả 1.1.3 Quy mô thực trạng bãi đổ thải Đông Cao Sơn, Cẩm Phả, Quảng Ninh Theo thiết kế Liên Xô lập năm 1980 với tổng diện tích 280 ha, mức cao đổ thải cao độ cao +255m, dung tích bãi thải 359,1 triệu m3 phục vụ cho việc đổ thải mỏ Cao Sơn Hiện bãi thải ĐCS (Hình 1.4) quy hoạch đổ thải cho mỏ than lân cận Các xe vận chuyển siêu trường, siêu trọng liên tục nối đuôi vào đổ thải Đất đá thải thu gom chất thành núi cao, trung bình từ 60m đến 150m, có nơi cao chí cao đến 250m so với mặt nước biển Hình 1.4: Mặt theo quy hoạch bãi thải Đông Cao Sơn Đất, đá thải mỏ than tập kết bãi thải Đơng Cao Sơn hình thành từ việc nổ mìn phá đá bóc tầng phủ ngun sinh phía đến giáp miền cận quặng (bể than) Đá thải có cường độ thấp, độ bền học khơng cao lẫn lượng nhỏ đất từ bề mặt 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 đến loại đá cục đá tảng Hình 1.5: Thực trạng đất, đá thải bãi thải Đông Cao Sơn 1.2 Tổng quan sử dụng đất đá thải xây dựng đường ô tô 1.2.1 Những kết nghiên cứu dẫn kỹ thuật nước ngồi Có nhiều nước giới sử dụng đất đá thải có ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến vật liệu đá, đá thải, đá lẫn đất để xây dựng đập đường đó: - Chỉ dẫn kỹ thuật cho đường ô tô - Xây dựng đường đắp Nam Phi, 1982 - Chỉ dẫn kỹ thuật Mỹ - Chỉ dẫn kỹ thuật Sở GTVT bang Washington, Mỹ - Yêu cầu kỹ thuật đất, đá thải đắp đường Vương quốc Anh - Chỉ dẫn sử dụng đá thải đắp đường Úc 1.2.2 Những kết nghiên cứu bước đầu dẫn kỹ thuật Việt Nam Ở nước ta, nguồn đất, đá thải từ việc khai thác mỏ, sản xuất đá,… chất thải rắn q trình phá dỡ xây dựng cơng trình lớn Những kết nghiên cứu sử dụng phế thải xây dựng đường ô tô hạn chế đặc biệt thử nghiệm kiểm chứng, đánh giá 1.2.2.1 Các tiêu chuẩn xây dựng đường tơ có liên quan đến đất, đá thải - Giai đoạn trước năm 2005 có số cơng trình đường tơ địa phương có sử dụng đất, đá thải mang tính tự phát phi tiêu chuẩn Hình 1.9: Mặt đường sử dụng đá lát nhiều kích cỡ đá xơ bồ - Giai đoạn sau năm 2005 trở lại có quy định kỹ thuật xây dựng đường ô tơ có liên quan đến đất, đá thải sau: TCVN4054;TCN211-06;TCVN9436;TCN333-06 - Vấn đề nghiên cứu thử nghiệm gần a/ Thử nghiệm: Việc xây dựng đường đá thải chưa có tiêu chuẩn nên Bộ GTVT cho làm thử để nghiên cứu, rút kinh nghiệm số tuyến đường Cao tốc Hà Nội – Lào Cai, Tuyến đường Lê Công Thanh – Phủ Lý – Hà Nam Hình 1.11: Đắp đường đá thải Gói thầu A8 Cao tốc Hà Nội – Lào Cai Hình 1.12: Đắp đường đá thải Quốc lộ 1A, đoạn Phủ Lý - Cầu Đoan Vĩ b/ Một số đề tài nghiên cứu Đề án “Xử lý, tái sử dụng chất thải rắn xây dựng cơng trình giao thơng đường bộ” Mã số: MT 103005, Viện KHCN GTVT Đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu đắp đá đắp đá lẫn đất thi công xây dựng nền, mặt đường Việt Nam” Mã số: 124002 – Viện KHCN GTVT Nghiên cứu thực nghiệm đất đá thải bãi thải Nam Khe Tam – Luận văn cao học – Vũ Vinh, 2013 Dự thảo Tiêu chuẩn sở “Nghiên cứu đắp đá đắp đá lẫn đất thi công xây dựng nền, mặt đường Việt Nam”, 2018, Viện KHCN GTVT 2- Các Tiêu chuẩn xây dựng móng đường tơ có liên quan đất, đá thải - 22TCN 211-06; TCVN 8857:2011; TCVN 8859:2011;TCVN 8858:2011; TCVN 10379:2014 1.3 Tổng hợp, phân tích đề xuất nội dung nghiên cứu - Nước ngồi: khuyến khích sử dụng để san lấp mặt bằng, đắp đường tơ với kích cỡ mở rộng tới 500 mm Đồng thời, nguồn vật liệu đất, đá thải từ mỏ than dùng để sản xuất cấp phối đá dăm dùng xây dựng móng đường tơ - Trong nước: có Đề án, Dự án nghiên cứu đất, đá thải khai thác than Quảng Ninh chủ yếu tập trung vào việc quy hoạch mặt bằng; Đề tài nghiên cứu khống hóa đất, đá thải; thổ nhưỡng; sản xuất vật liệu gạch, ngói xây dựng; san lấp mặt bằng, làm đường tạm, dân sinh; sản xuất cát nhân tạo 1.3.3 Phân tích đề xuất nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu sở lý thuyết thử nghiệm phòng cấp phối đất, đá thải đề xuất gia cố xi măng; lựa chọn tỷ lệ chất kết dính hợp lý; phân tích đánh giá hiệu gia cố xác định tiêu lý hỗn hợp gia cố xi măng dùng tính tốn thiết kế thử nghiệm trường Xây dựng đoạn đường thử nghiệm sử dụng đất đá thải mỏ than kết cấu áo đường; Đề xuất số kết cấu điển hình; đề xuất cơng nghệ sản xuất vật liệu cấp phối; hồn thiện cơng nghệ thi cơng lớp cấp phối đất đá thải gia cố xi măng Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết, phân tích sở khoa học sử dụng vật liệu xây dựng mặt đường tơ Nghiên cứu thí nghiệm phòng, thử nghiệm trường Sử dụng phương pháp tổng hợp, thống kê thiết kế thực nghiệm, xử lý kết thí nghiệm Chương 2: NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG ĐẤT, ĐÁ THẢI MỎ THAN KHU VỰC CẨM PHẢ, QUẢNG NINH LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ 2.1 Nghiên cứu sở khoa học sử dụng vật liệu đất, đá gia cố chất kết dính vơ xây dựng mặt đường ô tô 2.1.1 Khái niệm chung gia cố vật liệu Quá trình tác động vật lý học nghiền nhỏ cốt liệu, trộn đầm nén để tạo khả tiếp xúc chặt chẽ hạt đất, đá chất trộn thêm vào Tính chất lý độ chặt cải thiện, làm tăng khả ổn định với nước hạn chế tác động có hại môi trường Tuy nhiên hiệu gia cố cao đạt với điều kiện chọn chất liên kết tỉ lệ sử dụng phù hợp với nhóm đất hay nhóm vật liệu hạt cần gia cố Đồng thời chất liên kết phải phân bố đồng kết hợp đầm nén đảm bảo 2.1.2 Sự hình thành cường độ đất gia cố chất kết dính vơ Đất gia cố chất kết dính vơ hình thức trộn đất với chất kết dính vơ nước theo tỷ lệ định thiết bị trường; sau rải lu lèn đến độ chặt yêu cầu tạo thành lớp vật liệu móng, mặt đường Cường độ đất gia cố tăng theo thời gian để đạt cường độ thiết kế yêu cầu tùy thuộc vào loại chất liên kết sử dụng Sự hình thành cường độ tính ổn định nước hỗn hợp vật liệu hạt gia cố chất liên kế vô phụ thuộc nhiều vào thành phần khoáng vật liệu hạt, phương pháp gia cố, phản ứng xảy bề mặt tiếp xúc chất kết dính với vật liệu khống q trình trao đổi ion chúng 2.1.3 Sự hình thành cường độ lớp vật liệu gia cố xi măng Trong giai đoạn đầu xi măng trộn đất thủy hóa nhờ nước hỗn hợp tạo sản phẩm thủy hóa; sản phẩm biến cứng giúp hình thành cường độ cho hỗn hợp Trong giai đoạn xảy tương tác hóa lý hóa học cốt liệu mịn hỗn hợp với sản phẩm thủy hóa xi măng Kết hai q trình tạo cấu trúc kết tinh có cường độ cao cho hỗn hợp gia cố xi măng Cường độ không phụ thuộc vào mác xi măng, tỷ lệ, loại xi măng mà phụ thuộc vào tính chất độ phân tán, thành phần hạt, thành phần khống hóa, hàm lượng muối hòa tan, hàm lượng mùn hữu độ pH hỗn hợp vật liệu gia cố Theo tính chất xi măng, trình hình thành cường độ lớp vật liệu gia cố xi măng phát triển dần chủ yếu giai đoạn 28 ngày tuổi 2.2 Thiết kế thí nghiệm xử lý thống kê số liệu thí nghiệm 2.2.1 Thiết kế thí nghiệm Thiết kế thực nghiệm DoE (Design of Experiments) bao gồm lựa chọn thí nghiệm, quy hoạch mẫu, thực thí nghiệm phân tích thống kê xử lý kết Nghiên cứu thiết kế thí nghiệm tổng quát (General full factorial design) sử dụng phần mềm Minitab 18 độ tin cậy 95%, mức ý nghĩa α=5%, khuôn khổ đề tài nghiên cứu với số mẫu nhỏ sử dụng phương pháp Tukey 2.2.2 Các cơng thức tính tốn Đối với tập mẫu xi gồm n mẫu, có giá trị trung bình x độ lệch chuẩn s Giá trị trung bình xác định theo công thức: x n x i 1 i n (2.1) Độ lệch chuẩn thông số cần kiểm sốt x tính cơng thức: x x n s i 1 i n 1 (2.2) Với số mẫu thử (sample) n ≤30 mẫu số cơng thức (n-1) với tổng thể (population) n >30 thay (n-1) n Trong nghiên cứu thí nghiệm phòng với số mẫu nhỏ nên sử dụng với mẫu số (n-1) Hệ số biến sai thơng số cần kiểm sốt tính theo cơng thức cv s x (2.3) Đối với tổ mẫu tập mẫu, để đánh giá mức độ biến động đánh giá độ R X X max chụm, thường dùng khoảng R (Range) theo công thức (2.4) Khoảng tin cậy xác định khoảng giá trị mà với xác suất tương ứng tham số nằm khoảng Cận khoảng tin cậy gọi giới hạn tin cậy Cận khoảng tin cậy gọi giới hạn tin cậy Trong kiểm soát chất lượng thi công mặt đường thường lấy khoảng tin cậy (CI) ±95% xCI x s n (2.5) Với xCI giá trị cận cận khoảng tin cậy ứng với độ tin cậy R; hệ số xác định theo t-test; sai số cho phép =5% 1 R , thường R=95% Giá trị đặc trưng X dt biến số X tuân theo quy luật phân bố chuẩn tính: X dt X K S Trong hệ số K=1,645 ứng với độ tin cậy R = 95% 2.2.3 Đánh giá số mẫu tổ mẫu (2.6) 10 Thành phần cỡ hạt chia làm nhóm: Bảng 2.2: Khối lượng theo nhóm bãi thải Đơng Cao Sơn Nhóm A kích cỡ 50mm; nhóm B kích cỡ từ 50mm trở xuống Kết phân tích dẫn Bảng 2.2 Kích cỡ, mm Nhóm Khối lượng, % Mẫu Mẫu A >50 89,6 88,5 B ≤ 50 10,4 11,5 Loại cỡ >50mm lại chia thành cấp: Cấp a: >50100mm; Cấp b: >100 ÷ 150mm; Cấp c: >150mm Kết phân tích tỷ lệ phần trăm khối lượng cấp hạt tổng khối lượng nhóm A bãi thải ĐCS dẫn Bảng 2.3 Bảng 2.3: Khối lượng theo cấp bãi thải ĐCS (nhóm A) Cấp Kích cỡ, mm Khối lượng, % Mẫu I Mẫu II a > 150 50,6 57,2 b > 100÷150 26,6 21,8 c > 50100 22,8 21,0 Bảng 2.4: Thành phần cỡ hạt đất đá bãi thải Đơng Cao Sơn (nhóm B) Loại có kích cỡ từ 50mm trở xuống phân tích thành phần hạt theo TCVN 4198: 2015 Kết dẫn Bảng 2.4 Cỡ sàng, mm Lượng lọt sàng, % Mẫu I Mẫu II 50 99,17 100 25 86,2 84,42 9,5 64,32 60,54 4,75 51,2 46,91 26,85 33,41 0,425 11,31 13,68 0,075 3,84 5,06 Đáy 11 Tổng hợp phân loại cỡ hạt đất đá bãi thải ĐCS dẫn Bảng 2.5 Bảng 2.5: Tổng hợp phân loại cỡ hạt đất đá bãi thải ĐCS Kết % Nhóm Cấp Kích cỡ, mm Mẫu I Mẫu II a >150 45,3 50,7 b >100÷150 23,8 19,3 A c 20,5 18,5 >50100 50 ÷ 25 1,44 1,81 25 ÷ 9,5 2,27 2,77 9,5 ÷ 4,75 1,35 1,58 B 4,75 ÷ 2,54 1,57 ÷ 0,425 1,61 2,29 0,42 ÷ 0,075 0,77 1,00 < 0,075 0,4 0,59 Hình 2.7a: Phân loại thành phần cỡ hạt đất, đá bãi thải ĐCS Từ cỡ hạt phân loại nghiên cứu đề xuất hướng sử dụng: (i) nghiền sàng nhóm A thành cấp phối có dạng tương tự cấp phối đá dăm, (ii) nghiền sàng nhóm A sau phối trộn với nhóm B tạo thành cấp phối loại AB 2.3.6 Thí nghiệm xác định tiêu đất, đá thải Thí nghiệm thực với mẫu đại diện Mẫu I Mẫu II Bảng 2.6: Danh mục, khối lượng, phương pháp thử nghiệm Số mẫu thử Tổng Số Nội dung thí mẫu Phương pháp thử TT nghiệm Mẫu I Mẫu II thử TCVN 75721 Cường độ đá gốc 9 18 10:2006 Độ mài mòn TCVN 7572–12: 9 18 LA% 2006 Giới hạn chảy % 9 18 TCVN 4197–1995 Giới hạn dẻo % 9 18 TCVN 4197–1995 Đầm nén tiêu 9 18 22TCN 333-06 chuẩn CBR 9 18 22TCN 332–06 2.3.6.1 Thí nghiệm cường độ đá gốc 12 Kết trung bình cường độ đặc trưng mẫu 70,22 MPa 2.3.6.2 Thí nghiệm độ mài mòn Los Angeles Kết trung bình độ mài mòn LA Mẫu 38,59% 2.3.6.3 Thí nghiệm số dẻo đất Kết trung bình: Giới hạn chảy 29,65%; Giới hạn dẻo 25,02%; Chỉ số dẻo 4,63% 2.4.6.4 Thí nghiệm xác định số CBR Kết trung bình CBR 61,40% 2.3.7 Nhận xét, đánh giá kết thí nghiệm đất, đá thải để sử dụng làm vật liệu xây dựng đường kết cấu mặt đường Đề xuất số hướng sử dụng đất đá thải xây dựng móng đường ô tô sau: Sử dụng trực tiếp để đắp đường ô tô Sử dụng trực tiếp làm móng, mặt đường tơ Làm móng mặt đường ô tô sau gia cố với xi măng 2.4 Nghiên cứu đề xuất lựa chọn cấp phối đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh làm vật liệu kết cấu mặt đường ô tô - Phương án 1: Sử dụng riêng vật liệu nhóm A để sản xuất cấp phối theo yêu cầu thành phần hạt đạt Dmax theo TCVN 8859:2011 đồng thời đạt Dmax= 31,5 theo TCVN 8858:2011 đặt tên “Cấp phối A-ĐCS” - Phương án 2: Sử dụng tất cỡ hạt đất đá bãi thải ĐCS để sản xuất cấp phối “đất lẫn đá” đặt tên “Cấp phối AB-ĐCS” 2.4.1 Thành phần hạt tiêu lý cấp phối A-ĐCS Bảng 2.10: Thành phần hạt cấp phối A-ĐCS Kích cỡ lỗ sàng vng, mm 37,5 31,5 25,0 19,0 9,5 4,75 2,36 0,425 0,075 Tỷ lệ % lọt qua sàng Cấp phối A-ĐCS 100 85 78 57 40 30 17 TCVN 8858:2011 Dmax= 31,5 100 95 ÷ 100 79 ÷ 90 67 ÷ 83 49 ÷ 64 34 ÷ 54 25 ÷ 40 12 ÷ 24 ÷ 12 TCVN 8859:2011 Dmax= 25,0 100 79-90 67-83 49-64 34-54 25-40 12-24 2-12 13 - Kết CBR cấp phối A-ĐCS 67,98%; Thí nghiệm hàm lượng hạt thoi dẹt kết 16%; Hàm lượng hữu 0,5% lượng muối sunphat 0% - Kết thí nghiệm số tiêu khác cấp phối A-ĐCS dẫn Bảng 2.11 Bảng 2.11: Một số tiêu lý cấp phối A-ĐCS TCVN 8859:2011 Cấp phối TCVN Chỉ tiêu A-ĐCS 8858:2011 Loại I Loại II móng Độ mài mòn LA, % 38,59 ≤ 35 ≤ 40 ≤ 35 CBR độ chặt K98, ngâm 67,98 ≥ 100 nước 96 h, % (61,40) Giới hạn chảy (WL), % 29,65 ≤ 25 ≤ 35 4,63 Chỉ số dẻo (IP), % ≤ ≤ ≤ (5,34) Lượng hạt thoi dẹt, % 16 ≤ 18 ≤ 20 0,5 Lượng hữu cơ, % (0,9) Lượng muối Sunfát 0,25 Ghi chú: Trị số ngoặc đơn cấp phối AB-ĐCS Nhận xét: Như lớp vật liệu cấp phối A-ĐCS dùng trực tiếp làm làm lớp móng loại kết cấu áo đường ô tô; trường hợp sử dụng làm móng kết cấu áo đường tô, đề xuất phương án gia cố với xi măng (trình bày phần dưới) 2.4.2 Thành phần hạt tiêu lý cấp phối AB-ĐCS Bảng 2.12: Thành phần hạt cấp phối AB-ĐCS Kích cỡ lỗ Lượng lọt sàng, % sàng CPĐD, Dmax CPĐD, CPTN CPTN Cấp phối vuông, 37,5 Dmax 31,5 loại A loại B AB-ĐCS mm 50,0 100 100 37,5 95-100 100 100 100 95 31,5 95-100 90 25,0 79-90 75-95 85 19,0 58-78 67-83 78 9,5 39-59 49-64 30-65 40-75 57 4,75 24-39 34-54 25-55 30-60 45 14 2,36 (2,00) 15-30 25-40 15-40 20-45 37 0,425 7-19 12-24 8-20 15-30 23 0,075 2-12 2-12 2-8 5-15 12 Các tiêu lý cấp phối AB-ĐCS gần tương tự cấp phối A-ĐCS dẫn Bảng 2.11 Có 02 tiêu cao A-ĐCS số dẻo (IP=5,34%); hàm lượng hữu (0,9%); trị số CBR thấp so với cấp phối AĐCS (CBR=61,40%) 2.5 Nghiên cứu cấp phối A-ĐCS AB-ĐCS gia cố xi măng làm vật liệu kết cấu mặt đường tơ 2.5.1 Tóm tắt u cầu nội dung nghiên cứu Thử nghiệm gia cố cấp phối AB-ĐCS với xi măng theo tỷ lệ: 0%; 2%; 4%; 6%; 8%; 10% Thử nghiệm gia cố cấp phối A-ĐCS với xi măng theo 02 tỷ lệ thông thường 4% 6% (dựa kết thử nghiệm từ cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng) dùng để so sánh với cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng Xác định thông số kỹ thuật cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng (tỷ lệ xi măng hợp lý) để đối chiếu với yêu cầu TCVN 8858:2011 dùng tính tốn thiết kế kết cấu áo đường thử nghiệm So sánh đánh giá tiêu kỹ thuật loại cấp phối A-ĐCS AB-ĐCS gia cố với tỷ lệ xi măng 4% 6% 2.5.2 Kế hoạch thí nghiệm 2.5.3 Chế bị mẫu thí nghiệm 2.5.4 Kết thí nghiệm cấp phối A-ĐCS gia cố xi măng Kết thí nghiệm tổng hợp Bảng 2.15 Bảng 2.15: Tổng hợp kết trung bình thí nghiệm vật liệu A-ĐCS gia cố xi măng Hàm lượng xi măng Mẫu 4% 6% 5% Rn (Mpa) Rech (Mpa) Rn (Mpa) Rech (Mpa) Edh (Mpa) Xtb 4,26 0,51 5,71 0,60 573 S 0,13 0,02 0,29 0,05 20,23 15 Hàm lượng xi măng 4% Mẫu 6% 5% Rn (Mpa) Rech (Mpa) Rn (Mpa) Rech (Mpa) Edh (Mpa) 4,04 0,47 5,23 0,52 539,72 Xđt 2.5.5 Kết thí nghiệm cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng Kết thí nghiệm tổng hợp Bảng 2.16, Bảng 2.17 Bảng 2.16: Kết cường độ nén 14 ngày với cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng Cường độ nén 14 ngày (MPa) 2% 4% 6% 8% 2,20 3,80 5,26 6,49 0,10 0,30 0,15 0,22 2,03 3,31 5,01 6,12 Mẫu Xtb S Xđt Mẫu Bảng 2.17: Kết cường độ ép chẻ 14 ngày Và Edh cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng Cường độ ép chẻ 14 ngày (MPa) 4% 6% 8% 10% 0,41 0,52 0,61 0,70 0,04 0,04 0,03 0,03 0,35 0,46 0,57 0,65 2% 0,31 0,03 0,26 Xtb S Xđt 10% 7,45 0,27 6,99 Biểu đồ cường độ nén 14 ngày Rn (MPa) E đh (MPa) 6% 481 16,24 454,28 Biểu đồ cường độ ép chẻ 14 ngày Rech (MPa) 95% CI for the Mean 95% CI for the Mean 0.8 0.702222 7.44556 5.26111 3.80222 3.5 2.20222 0.522222 0.5 0.4 0.413333 0.45 0.4 0.35 0.306667 0.3 0.2 1.5 Rech (MPa) 0.6 0.612222 6.48889 Rn (MPa) 0.7 0.1 0.0 Tỷ lệ xi măng (%) Individual standard deviations are used to calculate the intervals 10 10 Tỷ lệ xi măng (%) Individual standard deviations are used to calculate the intervals Hình 2.24: Biểu đồ cường độ nén 14 Hình 2.25: Biểu đồ cường độ ép chẻ ngày AB-ĐCS 14 ngày AB-ĐCS Từ kết thí nghiệm, xử lý thống kê thiết lập phương trình hồi quy quan hệ Rn, Rech với tỉ lệ xi măng gia cố (XM, %) 14 ngày tuổi Rn = 1,0880 + 0,6587 XM (áp dụng cho độ tuổi 14 ngày) Rech = 0,2143 + 0,04950 XM (áp dụng cho độ tuổi 14 ngày) Phương trình điều kiện thực phạm vi nghiên cứu 16 luận án với lượng xi măng từ 2% đến 10% 2.5.6 So sánh kết thí nghiệm Rn, Rech mẫu cấp phối A-ĐCS AB-ĐCS gia cố xi măng với tỉ lệ 4%, 6% a/ Kết phân tích cường độ nén Rn b/ Kết phân tích cường độ ép chẻ Rech 2.5.7 So sánh kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi cấp phối A-ĐCS AB-ĐCS gia cố xi măng 2.6 Nhận xét, kết luận chương - Đất, đá bãi thải ĐCS, Cẩm Phả, Quảng Ninh nguồn phế thải từ khai thác than sử dụng xây dựng đường ô tô - Đã xác định tiêu kỹ thuật cấp phối A-ĐCS AB-ĐCS gia cố xi măng tỷ lệ nghiên cứu Đã xây dựng phương trình hồi quy cường độ nén cường độ ép chẻ AB-ĐCS theo tỷ lệ xi măng; - Đã chứng minh cấp phối A-ĐCS gia cố xi măng có tiêu kỹ thuật cao cấp phối AB-ĐCS gia cố hàm lượng xi măng; - Cấp phối đất đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh gia cố xi măng với tỷ lệ từ % trở lên làm kết cấu mặt đường GTNT với điều kiện phải có lớp láng nhựa bảo vệ phía trên; - Kiến nghị tỷ lệ xi măng hợp lý để gia cố đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh từ 4% đến 6% theo khối lượng hỗn hợp; - Đề xuất phạm vi sử dụng cấp phối A-ĐCS AB-ĐCS làm lớp móng kết cấu mặt đường ô tô theo TCN 221-06 TCN274-01; Đề xuất phạm vi sử dụng cấp phối A-ĐCS AB-ĐCS gia cố xi măng làm lớp móng đường cấp III trở xuống lớp mặt có láng nhựa; Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VỚI KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG SỬ DỤNG ĐẤT ĐÁ THẢI TỪ CÁC MỎ THAN KHU VỰC CẨM PHẢ, QUẢNG NINH GIA CỐ XI MĂNG 3.1 Thiết kế đoạn đường thử nghiệm trường 3.1.1 Tóm tắt nội dung yêu cần đoạn thử nghiệm trường 3.1.2 Lựa chọn vị trí, mặt thơng sơ hình học đoạn đường thử nghiệm 3.1.3 Kết cấu mặt đường thử nghiệm 3.2 Nghiên cứu sản xuất vật liệu cấp phối đất, đá thải 3.2.1 Khai thác, vận chuyển tập kết vật liệu 3.2.2 Công tác sản xuất vật liệu thử nghiệm 3.3 Thi công đường đoạn thử nghiệm 17 3.3.1 Vật liệu đắp đường 3.3.2 Xử lý đường trước đắp 3.3.3 Thi công đắp đất đường 3.3.4 Kết kiểm tra nghiệm thu đường Kết đo Edh đường, giá trị trung bình E0= 45,37MPa lớn giá trị tối thiểu 40 MPa theo quy định 3.4 Thi công lớp kết cấu áo đường đoạn thử nghiệm 3.4.1 Thi cơng lớp móng AB-ĐCS dày 18cm 1- Cơng tác chuẩn bị Hình 3.9: Cơng tác ghép ván khn thi cơng lớp móng 2- Vận chuyển, san rải, lu lèn Dùng máy ủi san sơ kết hợp với máy san chuyên dụng để san gạt cấp phối Quá trình san gạt đảm bảo độ dốc dọc 1% độ dốc ngang 2% theo hồ sơ thiết kế Hình 3.10: Cơng tác tập kết, san rải lu lèn lớp móng 3- Kết kiểm tra nghiệm thu - Kiểm tra kích thước hình học lớp móng đường thử nghiệm; - Kiểm tra độ chặt trường tiến hành vào cuối chu trình lu phiễu rót cát theo 22TCN 346-06 Hình 3.11: Thí nghiệm kiểm tra độ chặt lớp móng - Tiến hành phép đo mô đun đàn hồi theo TCVN 8861:2011 cho lớp móng đường ép cứng, Hình 3.12: Đo Edh vị trí lớp móng đường thử nghiệm Hình 3.13: Sơ họa đo Edh vị trí lớp móng đường thử nghiệm 18 Kết Edh trung bình bề mặt lớp móng cấp phối AB-ĐCS đạt 75,8MPa 3.4.2 Thi cơng lớp móng AB-ĐCS gia cố xi măng 6% dày 16cm 1- Sản xuất vật liệu gia cố xi măng Sử dụng phương pháp trộn hỗn hợp trạm trộn bê tông thương phẩm Chi nhánh Công ty cổ phần Sông Hồng (địa chỉ: Quán Tiên, Hội Hợp, thành phố Vĩnh n, tỉnh Vĩnh Phúc) Hình 3.14: Cơng tác kiểm tra giám sát trạm trộn bê tông Sông Hồng 2- Thi công lớp cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng Tồn q trình san rải, lu lèn hồn thiện bề mặt thực thời gian trước xi măng ninh kết (120 phút) 3- Kiểm tra độ chặt lớp cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng 4- Cơng tác hồn thiện bảo dưỡng 3.5 Thi công lớp đá dăm láng nhựa dày 3,5 cm tiêu chuẩn 4,5 kg/m2 3.5.1 Vật liệu - Đá dăm: Sử dụng đá từ mỏ đá Minh Quang, Tam Đảo, Vĩnh Phúc, đạt tiêu chuẩn theo TCVN 8863:2011 - Nhựa đường: Sử dụng loại nhựa đường Singapore có độ kim lún 60/70 đạt yêu cầu kỹ thuật mặt đường láng nhựa nóng 3.5.2 Thi cơng lớp láng nhựa 3.6 Nghiên cứu thử nghiệm kiểm chứng giải pháp hạn chế vết nứt lớp cấp phối đất, đá gia cố xi măng 3.6.1 Giải pháp tạo đường nứt trước (cắt khe giả) Hình 3.18: Sơ họa mặt phạm vi đường thử nghiệm 3.6.2.Điều chỉnh quy cách bảo dưỡng Giai đoạn 1: Duy trì cơng tác bảo dưỡng phun nước giữ ẩm thời gian 72 đầu, quan sát theo dõi diễn biến vết nứt bề mặt lớp AB - ĐCS 19 gia cố xi măng Giai đoạn 2: Sau ngày bảo dưỡng tưới ẩm tiến hành cắt khe giả đo đạc, theo dõi diến biến nứt sớm bề mặt lớp cấp phối AB-ĐCD gia cố xi măng, tiến hành bảo dưỡng cách phủ kín lên bề mặt lớp nhũ tương nhựa đường gốc axit mật độ 0,8 – 1,2 lít/m2 Hình 3.20: Bảo dưỡng giai đoạn (tưới nhũ tương) 3.6.3 Đo đạc theo dõi dõi diễn biến vết nứt - Trong 24 đầu sau thi công; - Khoảng thời gian từ 24 đến 72 giờ; - Thời gian sau bảo dưỡng nhũ tương nhựa đường; - Nhận xét, đánh giá nguyên nhân diễn biến phát triển vết nứt 3.7 Theo dõi đánh giá kết cấu mặt đường 3.7.1 Công tác kiểm tra nghiệm thu mặt đường 3.7.2 Khoan mẫu đánh giá cường độ chịu nén ép chẻ Khoan mẫu thử nghiệm lớp gia cố xi măng tuổi 7, 14 28 ngày theo TCVN 8858:2011 - Kết nén, chịu kéo ép chẻ mẫu khoan trường Bảng 3.10: Kết cường độ nén Bảng 3.11: Kết cường độ ép chẻ mẫu khoan trường mẫu khoan trường Mẫu Xtb S Xđt Cường độ nén tuổi (MPa) ng 14 ng 28 ng 4,20 5,85 7,90 0,10 0,15 0,25 4,03 5,60 7,49 Mẫu Xtb S Xđt Cường độ ép chẻ tuổi (MPa) ng 14ng 28ng 0,41 0,53 0,74 0,03 0,03 0,05 0,37 0,48 0,65 Trị số kết cường độ chịu nén mẫu khoan thử nghiệm trường độ tuổi 14 ngày Rn = 5,85 Mpa > 5,26 Mpa thí nghiệm phòng Chương nên lớp cấp phối đá gia cố đạt yêu cầu cường độ nén Chỉ số cường độ ép chẻ trung bình mẫu khoan trường 0,53 Mpa > 0,52 MPa kết thử nghiệm phòng Chương Như mẫu thử khoan trường đạt yêu cầu kỹ thuật theo quy định 20 3.7.4 Đánh giá chung đoạn đường thử nghiệm Đường khởi công vào ngày 01/04/2017, hồn thành 31/09/ 2017 Có nhiều xe nặng vào phục vụ cho xây dựng cơng trình trường Hình 3.29 Tình hình khai thác đường thử nghiệm Trải qua gần năm đưa vào khai thác sử dụng, việc theo dõi trì thường xuyên, liên tục Cho tới nay, đoạn đường thử nghiệm không xuất hư hỏng, khơng có nứt phản ánh lên lớp mặt Tại vị trí có bố trí khe giả khơng có dấu hiệu nứt phản ánh lên lớp bề mặt láng nhựa 3.8 Nhận xét, kết luận chương Đoạn đường thử nghiệm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật iêu chuẩn xây dựng đường ô tô hành Cấp phối AB-ĐCS sản xuất từ đất, đá thải nguyên khai bãi thải Đông Cao Sơn đáp ứng yêu cầu làm móng cho mặt đường; gia cố xi măng, phù hợp làm móng đường tơ lớp mặt cho đường GTNT Đã thử nghiệm kiểm chứng giải pháp cắt khe cho lớp cấp phối AB - ĐCS gia cố xi măng Kết cho thấy, hiệu cắt khe không rõ ràng đồng thời gây giảm yếu cường độ lớp vật liệu gia cố tốn công nên khuyến nghị không cần áp dụng biện pháp cắt khe Thay vào đó, cần lưu ý chế độ bảo dưỡng tốt để hạn chế nứt co ngót kết hợp tưới nhũ tương bảo vệ giúp phủ nứt rạn co ngót bề mặt lớp gia cố Chương 4: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG LỚP ĐGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG VÀ PHẠM VI 4.1 Nguyên tắc đề xuất phạm vi áp dụng kết cấu mặt đường 4.1.1 Nguyên tắc đề xuất kết cấu mặt đường: theo nguyên tắc cấu tạo kết cấu áo đường; dựa vào thực tiễn thiết kế sử dụng kết cấu mặt đường địa phương gồm tình hình vật liệu chỗ; khả thi công điều kiện tu bảo dưỡng; giá thành đầu tư xây dựng xem xét tác động môi trường 4.1.2 Phạm vi áp dụng kết cấu mặt đường - Cấp phối đất, đá thải mỏ than không gia cố: sử dụng làm (i) lớp vật liệu đắp 21 đường; (ii) lớp thượng cho cấp đường; (iii) lớp móng cho mặt đường cấp cao A1 theo 22TCN 211-06; (iv) lớp móng cho mặt đường cấp A2 B1 theo 22TCN 211-06 - Cấp phối đất, đá thải mo than gia cố xi măng (từ 4% - 6%): sử dụng làm: (i) mặt đường GTNT theo TCVN 10380:2014 có kết hợp với láng nhựa phủ mặt; (ii) lớp móng cho mặt đường cấp cao A1, A2 theo 22TCN 211-06 4.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường Thiết kế kết cấu mặt đường theo tiêu chuẩn hành (22TCN211-06 mặt đường mềm; quy định Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT mặt đường cứng) Trường hợp áp dụng phương pháp AASHTO (trong tiêu chuẩn TCN 274-01) cần có nghiên cứu, thí nghiệm xác định thơng số phù hợp theo mơ hình tính tốn như: hệ số lớp ai, số CBR, mô đun đàn hồi hữu hiệu MR 4.3 Đề xuất kết cấu mặt đường Kết đề xuất kết cấu mặt đường chủ yếu có ý nghĩa mặt thiết kế cấu tạo Thông số chiều dày lớp kết cấu đề xuất mang tính tham khảo xác định cụ thể dựa kết kiểm toán theo số liệu đầu vào thực tế tải trọng, lưu lượng, điều kiện đường,… 4.3.1 Kết cấu mặt đường cho đường GTNT (kể đường huyện) Kết cấu 1: Theo thứ tự, lớp BTXM #30 Mpa dầy 18 – 22cm; lớp tạo phẳng dầy 1-3 cm; lớp cấp phối A-ĐCS gia cố 5% XM (hoặc cấp phối AB-ĐCS gia cố 6% XM) dầy 16-18cm; lớp cấp phối AB-ĐCS (hoặc A-Đông Cao Sơn) dầy 14-18cm; phía đất Thiết kế theo 3230/QĐ-BGTVT lưu lượng xe thiết kế (Nn), 100 200 xqđ/nđ Áp dụng cho đường có tỷ lệ xe nặng (trục lớn 6000 Kg) lớn 10 % Kết cấu Theo thứ tự: BTNC 12,5 dầy 4-5 cm; BTNC 19 dày 6-7cm (nếu cần thiết với đường trục); lớp cấp phối A-ĐCS gia cố 5% XM (hoặc cấp phối ABĐCS gia cố 6% XM) dầy 14-18cm; lớp AB-ĐCS (hoặc A-ĐCS) dầy 15-30cm; phía đất Thiết kế theo 22TCN 211-06 22TCN 274-01, Lưu lượng xe thiết kế (Nn), 100 200 xqđ/nđ, Áp dụng cho đường có tỷ lệ xe nặng (trục lớn 6000 Kg) không 10 % Kết cấu Theo thứ tự: láng nhựa lớp theo TCVN 8863:2011 dày 3-3,5cm; lớp cấp phối A-ĐCS gia cố 5% XM (hoặc cấp phối AB-ĐCS gia cố 6% XM) dầy 14-18cm; lớp A-ĐCS (hoặc AB-ĐCS) dầy 15-30cm; phía đất Thiết kế theo 22TCN 211-06 22TCN 274-01, lưu lượng xe thiết kế (Nn) 100 200 xqđ/nđ, Áp dụng cho đường có tỷ lệ xe nặng (trục lớn 6000 Kg) không 10 % Kết cấu Theo thứ tự: lớp BTXM #25-30Mpa dầy 18-20cm; lớp ngăn cách; lớp cấp phối A-ĐCS gia cố 5% XM (hoặc cấp phối AB-ĐCS gia cố 6% XM) 22 dầy 16-18cm; lớp A-ĐCS (hoặc AB-ĐCS) dầy 15-18cm; đất Thiết kế theo 3230/QĐ-BGTVT, lưu lượng xe thiết kế (Nn), 50 100 xqđ/nđ, Áp dụng cho đường có tỷ lệ xe nặng (trục lớn 6000 Kg) không 10 % Kết cấu Theo thứ tự: lớp BTXM # 25-30 Mpa dầy 18-20cm; lớp ngăn cách; lớp cấp phối A-ĐCS gia cố 5% XM (hoặc cấp phối AB-ĐCS gia cố 6% XM) dầy 14-16cm; lớp A-ĐCS (hoặc AB-ĐCS) dầy 14-16cm; đất Thiết kế theo 3230/QĐ-BGTVT, lưu lượng xe thiết kế (Nn), < 50 xqđ/nđ, Áp dụng cho đường có tỷ lệ xe nặng (trục lớn 6000 Kg) không 10 % 4.3.2 Kết cấu mặt đường cho đường ô tô thông thường Kết cấu Theo thứ tự: lớp BTNC 12,5 dầy 5-6cm; lớp BTNC 19 dầy 7-8cm; lớp cấp phối A-ĐCS gia cố 5% XM (hoặc cấp phối AB-ĐCS gia cố 6% XM) dầy 15-20cm; lớp A-ĐCS (hoặc AB-ĐCS) dầy 16-35cm; đất Loại mặt đường cấp cao A1; Thiết kế theo 22TCN 211-06 22TCN 274-01 Mô đun đàn hồi yêu cầu 140 160 Mpa Kết cấu Theo thứ tự: lớp BTXM # fr=4.5 5.0 Mpa dầy 20-25cm; lớp ngăn cách; lớp cấp phối A-ĐCS gia cố 5% XM (hoặc cấp phối AB-ĐCS gia cố 6% XM) dầy 16-25cm; lớp AB-ĐCS (hoặc A-ĐCS dày 15-30cm; đất Thiết kế theo 3230/QĐ-BGTVT, Quy mô giao thông mức nặng trở xuống 4.3.3 Kết cấu mặt đường cho đường ô tô cao tốc, đường tải trọng nặng Các kết cấu áp dụng cho đường ô tô cao tốc, đường chịu tải trọng nặng (Các lớp cấp phối đất đá thải mỏ than làm lớp móng dưới) Kết cấu Theo thứ tự: lớp tạo nhám BTNP 12,5/SMA; lớp BTNP 19 dầy 67cm; lớp ATB25 dầy 8-10cm; cấp phối đá dăm loại gia cố XM 5% dày 15 18cm; lớp cấp phối A-ĐCS gia cố 5% XM (hoặc cấp phối AB-ĐCS gia cố 6% XM) dày 16-20cm; lớp AB-ĐCS (hoặc A-Đông Cao Sơn) dày 16-30cm; đất Loại mặt đường cấp cao A1, thiết kế theo 22TCN 211-06 22TCN 274-01, Mô đun đàn hồi yêu cầu > 180 Mpa 4.5 Tính tốn kết cấu mặt đường Để xác nhận kết cấu đề xuất tiến hành tính tốn đại diện cho kết cấu theo tiêu chuẩn thiết kế Kết cấu kiểm toán Bảng 4.17 Cấp cao A1 Thiết kế theo 22TCN 211-06 22TCN 274-01 Thời gian tính tốn kết cấu t=15 năm Hệ số tăng trưởng q=5% Mô đun đàn hồi yêu cầu 160 MPa Hệ số độ tin cậy R=90% Kết tính tốn theo 22TCN 211-06 Ech=176.1 MPa > Kcđđv x Eyc=1.1 x 160 = 176MPa, đạt tiêu chuẩn giới hạn Kết kiểm toán theo QĐ số 3230/QĐ-BGTVT Bảng 4.18 đạt yêu cầu mức tin cậy cao 4.6 Công nghệ sản xuất vật liệu đá thải khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh 23 Kiến nghị công nghệ gia công tập trung, quy mô lớn bố trí bãi thai mỏ than Đơng Cao Sơn để gia công chỗ cung cấp cấp phối thương phẩm thị trường 4.7 Công nghệ thi công kết cấu mặt đường sử dụng vật liệu đá thải Quảng Ninh 4.8 Nhận xét, kết luận Chương Đã đề xuất mẫu kết cấu mặt đường sử dụng lớp vật liệu đất đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh đáp ứng yêu cầu kỹ thuật dùng xây dựng đường ô tô đường GTNT; Đã xác định thông số lớp vật liệu A-ĐCS AB-ĐCS không gia cố Bảng 4.9 gia cố xi măng Bảng 4.16; Đã đề xuất công nghệ thi công lớp vật liệu A-ĐCS AB-Đơng Cao Sơn (có không gia cố xi măng) làm đường ô tô; đồng thời góp phần hồn thiện cơng nghệ thi cơng lớp cấp phối đá gia cố xi măng theo Quyết định 3230/QĐBGTVT KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Các kết đạt Từ kết nghiên cứu thí nghiệm phòng trường khẳng định rằng: đất, đá bãi thải ĐCS khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh sử dụng xây dựng đường ô tô Trên sở nghiên cứu sở lý thuyết cấp phối, lý thuyết gia cố vật liệu nghiên cứu thí nghiệm phòng đề xuất 02 loại cấp phối A-ĐCS AB-ĐCS, sản xuất từ đất, đá thải nguyên khai bãi thải Đông Cao Sơn đạt yêu cầu quy định với CPĐD loại II (theo TCVN 8859:2011) đạt tiêu chuẩn để gia cố xi măng làm lớp móng đường tơ (theo TCVN 8858:2011) Thí nghiệm xác định tiêu kỹ thuật 02 cấp phối A-ĐCS AB-ĐCS gia cố xi măng với tỷ lệ khác lượng xi măng dùng để gia cố từ 4% trở lên có sử dụng để làm móng cho đường tơ cấp móng cho đường cấp III trở xuống làm tầng mặt (trên có lớp láng nhựa) loại mặt đường cấp cao A2 lớp mặt đường GTNT Qua kết theo dõi đánh đoạn đường thử nghiệm xây dựng trường nhận thấy: - Kết cấu mặt đường thử nghiệm đạt Eyc = 110 Mpa, khai thác sử dụng gần hai năm với tải trọng trục khai thác 10T Cho tới nay, mặt đường chưa có dấu hiệu hư hỏng - Hồn thiện cơng nghệ thi công lớp cấp phối AB - ĐCS gia cố xi măng kết hợp với thử nghiệm kiểm chứng giải pháp xử lý nứt bề mặt; kiến nghị giải pháp phù hợp đảm bảo chế độ bảo dưỡng kết hợp tưới nhũ tương phủ mặt Đã đề xuất phạm vi áp dụng phân tích tính tốn đề xuất mẫu kết 24 cấu mặt đường có sử dụng lớp vật liệu đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh Đã xác định tiêu kỹ thuật cấp phối A-ĐCS AB-ĐCS gia cố với tỷ lệ xi măng nghiên cứu Đã xây dựng phương trình hồi quy quan hệ cường độ nén cường độ ép chẻ cấp phối AB-ĐCS theo tỷ lệ xi măng gia cố 6% biến số thời gian phạm vi 28 ngày II Kiến nghị Kiến nghị sử dụng cấp phối đá dăm sản xuất từ đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh gia cố xi măng làm mặt đường GTNT làm móng cho mặt đường tơ loại Kiến nghị tỷ lệ xi măng hợp lý để gia cố đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh từ 4% đến 6% theo khối lượng hỗn hợp; Sử dụng giải pháp cắt khe giả (tạo đường nứt trước) bảo dưỡng nhũ tương nhựa đường cho lớp AB-ĐCS gia cố xi măng Tùy theo điều kiện địa phương, áp dụng dây chuyền sản xuất vật liệu cấp phối đất, đá thải mỏ than thiết bị nghiền đá mini kết hợp với thủ công bãi tập kết vật liệu Tùy theo dự án lắp đặt dây chuyền sản xuất cấp phối vật liệu quy mô lớn bãi đổ thải Đông Cao Sơn cung ứng cho gói thầu nhằm chun mơn hóa hạng mục cơng việc III Những tồn tại, hạn chế Luận án tiến hành thử nghiệm đoạn đường dài 100m, thời gian theo dõi gần hai năm với loại kết cấu mặt đường A2, chưa có đủ điều kiện để đánh giá tuổi thọ kết cấu mặt đường thử nghiệm Luận án chưa đề cập đến hiệu kinh tế - kỹ thuật mặt đường có tận dụng vật liệu đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh với vật liệu truyền thống Những kết nghiên cứu thử nghiệm đề xuất đề tài bước đầu, cần có theo dõi, đánh giá để có kết luận sát với thực tế IV Hướng nghiên cứu Nghiên cứu thử nghiệm với kết cấu mặt đường bê tông nhựa A1, mặt đường bê tông xi măng có sử dụng lớp vật liệu cấp phối đá thải khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh Tiếp tục theo dõi, đánh giá đoạn đường thử nghiệm để xây dựng quy luật xuống cấp, hư hỏng lớp vật liệu gia cố ... phát từ thực tế đó, NCS đề xuất thực thành cơng đề tài nghiên cứu với tên luận án: Nghiên cứu sử dụng đất đá thải từ mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh làm đường ô tô Mục đích nghiên cứu Trên... QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐẤT, ĐÁ THẢI MỎ THAN TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1 Tổng quan đất, đá thải từ mỏ khai thác than 1.1.1 Khai thác than đất đá thải từ mỏ than giới Khai thác than. .. vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh gia cố với xi măng không gia cố sử dụng làm lớp vật liệu kết cấu mặt đường ô tô, mặt đường GTNT Phạm vi nghiên