Tài liệu Nghiên cứu tận dụng đất nạo vét lòng hồ trên địa bàn huyện bình sơn, tỉnh quảng ngãi để làm vật liệu đắp nền đường

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ THANH TUẤN NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG ĐẤT NẠO VÉT LÒNG HỒ TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN BÌNH SƠN, TỈNH QUẢNG NGÃI ĐỂ LÀM VẬT LIỆU ĐẮP NỀN ĐƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ THANH TUẤN NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG ĐẤT NẠO VÉT LÒNG HỒ TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN BÌNH SƠN, TỈNH QUẢNG NGÃI ĐỂ LÀM VẬT LIỆU ĐẮP NỀN ĐƢỜNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông Mã số: 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. CHÂU TRƢỜNG LINH Đà Nẵng – Năm 2018 i LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu tìm hiểu, tác giả đã hoàn thành Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật với đề tài: “Nghiên cứu tận dụng đất nạo vét lòng hồ trên địa bàn huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi để làm vật liệu đắp nền đƣờng”. Lời đầu tiên tác giả bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS Châu Trường Linh đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. Tác giả cũng muốn bày tỏ sự biết ơn của mình tới tập thể cán bộ các phòng ban cơ quan nơi tác giả đang công tác đã tạo điều kiện giúp đỡ cho tác giả hoàn thành khóa học và Luận văn này. Và tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn, sự kính trọng sâu sắc tới những người thân trong gia đình và bạn bè, những người đã luôn động viên, hỗ trợ tác giả trong suốt những tháng ngày học tập và thực hiện Luận văn. Qua việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tác giả đã có thêm nhiều kiến thức bổ ích trong chuyên môn cũng như trong phương pháp luận nghiên cứu khoa học. Điều này sẽ giúp ích rất nhiều cho tác giả về mặt chuyên môn để có thể góp phần nhỏ bé của mình vào sự nghiệp của ngành GTVT nói chung và cơ quan tác giả đang công tác nói riêng. Trong khuôn khổ nội dung của Luận văn, chắc chắn chưa đáp ứng được đầy đủ những vấn đề đặt ra. Một số nhận xét được tác giả rút ra qua quá trình phân tích và nghiên cứu đưa ra giải pháp còn có nhiều hạn chế do điều kiện khả năng hiểu biết có hạn cũng như điều kiện tiếp cận với các tài liệu tham khảo chưa nhiều nên không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong sự đóng góp ý kiến, phê bình quý báu của các thầy cô, các nhà khoa học và bạn bè đồng nghiệp để kiến thức bản thân được hoàn thiện hơn. Một lần nữa tác giả xin chân thành cảm ơn! ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Người cam đoan Võ Thanh Tuấn iii MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................v DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... viii MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................ 2 3. Đối tượng nghiên cứu.............................................................................................. 2 4. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................2 5. Bố cục luận văn .......................................................................................................2 6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu .................................................................................2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẤT ĐẮP NỀN VÀ ĐẶC TRƢNG ĐỊA CHẤT, ĐỊA MẠO CÁC HỒ TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN BÌNH SƠN.......................3 1.1. Tổng quan về yêu cầu vật liệu và ổn định của nền đường đắp thông thường ..........3 1.1.1. Yêu cầu về vật liệu đắp nền đường ...................................................................3 1.1.2. Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp nền đường. ........................................................8 1.1.3. Các yêu cầu khi thiết kế, thi công nền đường đắp. .........................................13 1.1.4. Các lý thuyết tính toán ổn định nền đường đắp thông thường ........................15 1.2. Đặc trưng về địa mạo, địa chất các hồ trên địa bàn huyện Bình Sơn .....................23 Kết luận chương 1 .........................................................................................................24 CHƢƠNG 2. XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT NẠO VÉT LÒNG HỒ ....................................................................................................................25 2.1. Đánh giá sơ bộ khả năng sử dụng đất nạo vét của các hồ phục vụ đắp nền đường tại huyện Bình Sơn ............................................................................................. 25 2.2. Xác định quy mô, trữ lượng đất nạo vét dự kiến đáp ứng dùng thi công nền đường ............................................................................................................................. 25 2.1.1. Hồ Cống Đá, xã Bình Nguyên ........................................................................25 2.1.2. Hồ Hóc Bứa, xã Bình Thanh Tây....................................................................26 2.1.3. Hồ An Hội, xã Bình Thanh Đông ...................................................................27 2.1.4. Hồ Gia Hội, xã Bình Thanh Đông ..................................................................27 2.1.5. Hồ Lỗ Ồ, xã Bình Phú .....................................................................................28 iv 2.1.6. Hồ Hóc Bứa, xã Bình Tân ...............................................................................28 2.1.7. Hồ Hố Sâu, xã Bình Nguyên ...........................................................................29 2.1.8. Hồ Hố Lỡ, xã Bình Minh ................................................................................29 2.1.9. Hồ Bình Yên, xã Bình Khương .......................................................................29 2.3. Triển khai công tác khoan, đào lấy mẫu đất nguyên dạng hiện trường..................29 2.4. Đánh giá các chỉ tiêu cơ lý đất nạo vét tương ứng cho vật liệu đắp nền đường ....32 2.4.1. Hồ Cống Đá, xã Bình Nguyên ........................................................................32 2.4.2. Hồ Hóc Bứa, xã Bình Thanh Tây....................................................................33 2.4.3. Hồ Gia Hội, xã Bình Thanh Đông. .................................................................34 2.4.4. Hồ An Hội, xã Bình Thanh Đông. ..................................................................35 2.4.5. Hồ Lỗ Ồ, xã Bình Phú .....................................................................................36 2.4.6. Hồ Hóc Bứa, xã Bình Tân ...............................................................................37 2.4.7. Hồ Hố Sâu, xã Bình Nguyên. ..........................................................................38 2.4.8. Hồ Hố Lỡ, xã Bình Minh ................................................................................39 2.4.9. Hồ Bình Yên, xã Bình Khương .......................................................................39 2.5. Các mặt cắt khoan địa chất tại các lỗ khoan của từng hồ .......................................39 Kết luận chương 2 .........................................................................................................41 CHƢƠNG 3. XÁC ĐỊNH PHẠM VI PHỤC VỤ VÀ CHIỀU CAO ĐẮP LỚN NHẤT CHO TỪNG LOẠI ĐẤT ................................................................................42 3.1. Đề xuất phạm vi phục vụ của từng loại đất ............................................................ 42 3.2. Xác định chiều cao đắp lớn nhất tương ứng với từng loại đất ............................... 43 3.2.1. Xác định các tải trọng tính toán ......................................................................43 3.2.2. Xác định nền đất tự nhiên thường gặp ............................................................ 44 3.2.3. Xác định chiều cao đắp tối đa tương ứng với từng loại đất bằng phương pháp kiểm tra độ ổn định nền đắp .................................................................................45 3.2.4. Đối đất tại với hồ Gia Hội, xã Bình Thanh Đông ...........................................49 3.2.5. Đối đất tại với hồ Lỗ Ồ, xã Bình Phú ............................................................. 50 3.2.6. Đối đất tại với hồ Hóc Bứa, xã Bình Tân........................................................51 Kết luận chương 3 .........................................................................................................52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................54 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU: C : Lực dính φ : Góc nội ma sát WL : Giới hạn chảy WP : Giới hạn dẻo IP : Chỉ số dẻo γc : Dung trọng khô lớn nhất W : độ ẩm tốt nhất P : Tải trọng khi phá hoại mẫu F : Tiết diện ngang trung bình của mẫu D : Đường kính mẫu h : Chiều cao mẫu W : Độ ẩm của mẫu đất ở trạng thái khô W0 : Độ ẩm của đất lúc lấy mẫu M0 : Khối lượng đất được sử dụng để thí nghiệm W1 : Độ ẩm cho trước cần phải chế bị γw : Khối lượng thể tích của đất CÁC CHỮ VIẾT TẮT CBR : California Bearing Ratio AASHTO : American Association of State Highway and Transportation Officials USCS : United soil classification system TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 1.1. Tên bảng Trang Phân loại hạt đất theo kích cỡ theo TCVN5747-1993 3 1.2. Phân loại và khả năng sử dụng cát trong xây dựng đường 4 1.3. Phân loại và khả năng sử dụng đất trong xây dựng đường 4 1.4. Phân loại đất theo hệ thống của AASHTO 5 1.5. Phân loại đất theo 6 1.6. Quy định về sức chịu tải (CBR) nhỏ nhất 8 1.7. Các đặc trưng tính chất vật lý của đất 10 1.8. Độ chặt quy định của nền đường (đầm nén tiêu chuẩn) 14 1.9. Độ dốc mái đường đắp 15 1.10. Số lượng mẫu đất lấy để kiểm tra tương ứng với khối lượng thể tích đất đắp 15 1.11. Trị số góc α và β để tìm tâm trượt nguy hiểm 18 1.12. Trị số các hệ số A, B trong công thức (1.5) 19 2.1. Phân loại đất theo AASHTO đối với đất hồ Cống Đá 32 2.2. Phân loại đất theo [14] đối với đất hồ Cống Đá 33 2.3. Phân loại đất theo AASHTO đối với đất hồ Hóc Bứa, xã Bình Thanh Tây 33 2.4. Phân loại đất theo [14] đối với đất hồ Hóc Bứa, xã Bình Thanh Tây 34 2.5. Phân loại đất theo AASHTO đối với đất hồ Gia Hội 34 2.6. Phân loại đất theo [14] đối với đất hồ Gia Hội 35 2.7. Phân loại đất theo AASHTO đối với đất hồ An Hội 35 2.8. Phân loại đất theo [14] đối với đất hồ An Hội 36 2.9. Phân loại đất theo AASHTO đối với đất hồ Lỗ Ồ 36 2.10. Phân loại đất theo [14] đối với đất hồ Lỗ Ồ 37 2.11. Phân loại đất theo AASHTO đối với đất hồ Hóc Bứa xã Bình Thanh Tây 37 2.12. Phân loại đất theo [14] đối với đất hồ Hóc Bứa xã Bình Thanh Tây 38 2.13. Phân loại đất theo AASHTO đối với đất hồ Hố Sâu 38 2.14. Phân loại đất theo AASHTO đối với đất hồ Hố Lỡ 39 vii Số hiệu bảng 2.15. Tên bảng Trang Phân loại đất theo [14] đối với đất hồ Bình Yên 39 2.16. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các loại đất ở các lòng hồ 40 2.17. Phân loại khả năng sử dụng của các loại đất ở các lòng hồ 41 3.1. Xác định phạm vi phục vụ của từng loại đất của các lòng hồ 42 3.2. Bảng tổng hợp chiều cao đắp tối đa của các loại đất 52 3.3. Bảng tổng hợp chiều cao đắp tối đa của các loại đất 53 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1. Tên hình Trang Sơ đồ tính ổn định taluy theo phương pháp mặt trượt trụ tròn 16 1.2. Đường rạng nứt hình thành trước khi mái dốc bị trượt 16 1.3. Sơ đồ tính ổn định taluy khi phía dưới có lớp đất cứng hơn 17 1.4. Sơ đồ xác định đường tâm trượt nguy hiểm 17 1.5. Toán đồ Fellenius để tính ổn định taluy 19 1.6. Đồ thị xác định hệ số an toàn tổng hợp khi xác định được Kc và Kφ 20 1.7. Toán đồ dùng để tính ổn định và thiết kế chiều cao mái dốc đường đào 21 1.8. Các lực tác dụng lên một mảnh trượt theo Bishop 22 2.1. Hồ Cống Đá xã Bình Nguyên 26 2.2. Hồ Hóc Bứa xã Bình Thanh Tây 26 2.3. Hồ An Hội xã Bình Thanh Đông 27 2.4. Hồ Gia Hội xã Bình Thanh Đông 27 2.5. Hồ Lỗ Ồ xã Bình Phú 28 2.6. Hồ Hóc Bứa xã Bình Tân 28 3.1. Sơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ tác dụng lên nền đắp 44 3.2. Kết quả tính toán ổn định nền đường với chiều cao mái dốc 5,7m, hệ số mái 1:1,50 đối với đất tại hồ Cống Đá, xã Bình Nguyên. 45 3.3. Kết quả tính toán ổn định nền đường với chiều cao mái dốc 6,8m, hệ số mái 1:1,75 đối với đất tại hồ Cống Đá, xã Bình Nguyên. 46 3.4. Kết quả tính toán ổn định nền đường với chiều cao mái dốc 5,9m, hệ số mái 1:1,50 đối với đất tại hồ Hóc Bứa, xã Bình Thanh Tây. 46 3.5. Kết quả tính toán ổn định nền đường với chiều cao mái dốc 7,0m, hệ số mái 1:1,75 đối với đất tại hồ Hóc Bứa, xã Bình Thanh Tây. 47 3.6. Kết quả tính toán ổn định nền đường với chiều cao mái dốc 5,8m, hệ số mái 1:1,50 đối với đất tại hồ An Hội, xã Bình 48 ix Số hiệu hình Tên hình Trang Kết quả tính toán ổn định nền đường với chiều cao mái dốc 6,8m, hệ số mái 1:1,75 đối với đất tại hồ An Hội, xã Bình 48 Thanh Đông. 3.7. Thanh Đông. 3.8. Kết quả tính toán ổn định nền đường với chiều cao mái dốc 5,9m, hệ số mái 1:1,50 đối với đất tại hồ Gia Hội, xã Bình 49 Thanh Đông. Kết quả tính toán ổn định nền đường với chiều cao mái dốc 3.9. 6,9m, hệ số mái 1:1,75 đối với đất tại hồ Gia Hội, xã Bình Thanh Đông. 49 3.10. Kết quả tính toán ổn định nền đường với chiều cao mái dốc 5,9m, hệ số mái 1:1,50 đối với đất tại hồ Lỗ Ồ, xã Bình Phú. 50 3.11. Kết quả tính toán ổn định nền đường với chiều cao mái dốc 7,1m, hệ số mái 1:1,75 đối với đất tại hồ Lỗ Ồ, xã Bình Phú. 50 3.12. 3.13. Kết quả tính toán ổn định nền đường với chiều cao mái dốc 5,7m, hệ số mái 1:1,50 đối với đất tại hồ Hóc Bứa, xã Bình Tân. Kết quả tính toán ổn định nền đường với chiều cao mái dốc 6,8m, hệ số mái 1:1,75 đối với đất tại hồ Hóc Bứa, xã Bình Tân. 51 51 x NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG ĐẤT NẠO VÉT LÒNG HỒ TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN BÌNH SƠN, TỈNH QUẢNG NGÃI ĐỂ LÀM VẬT LIỆU ĐẮP NỀN ĐƢỜNG Học viên: Võ Thanh Tuấn, Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 60.58.02.25 Khóa: 32, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Công trình giao thông đang cần một khối lượng lớn vật liệu đắp nền đường; đất là vật liệu chủ yếu để thi công nền đường; trong khi đó, nguồn tài nguyên đất ngày càng khang hiếm, do đó việc tận dụng đất khai thác từ các hồ chứa nước để làm vật liệu nền đường sẽ tiết kiệm được nguồn tài nguyên thiên nhiên; đồng thời giải quyết được việc nạo vét lòng hồ để tích nước phục vụ nông nghiệp. Mục tiêu của nghiên cứu này là xem xét các chỉ tiêu cơ lý của đất hồ chứa, đối chiếu với các tiêu chuẩn của Việt Nam và thế giới, từ đó đi đến kết luận đất hồ chứa có đủ điều kiện dùng làm vật liệu đắp nền đường hay không; đồng thời khi đủ điều kiện sử dụng thì tính toán độ ổn định của nền đường khi dùng loại đất này, từ đó đề xuất với cơ quan có chức năng khi xây dựng công trình giao thông có sử dụng đất để đắp nền đường thì cần lập phương án nạo vét lòng hồ để khai thác đất để sử dụng đạt hiệu quả, góp phần bảo vệ tài nguyên thiên nhiên hiện có tại địa phương. Từ khóa – nền đường, vật liệu đắp nền đường, xây dựng đường, ổn định nền đường, đất nạo vét lòng hồ. RESEARCH THE USE OF SOIL FROM DREDGING RESERVOIRS AT BINH SON DISTRICT, QUANG NGAI PROVINCE TO FILL OF ROAD FOUNDATION MATERIALS Abstract – The road works require a large volume of material to fill the road foundation, soil is the main material for road foundations. Meanwhile, soil resources are increasingly scarce, therefore, the use of soil from the reservoirs as a road foundations will save natural resources; At the same time, the dredging of the reservoir bed to fill the water for agriculture. The objective of this research is to examine the physical properties of the reservoir soil, in comparison with the Vietnamese and international standards, to conclude that the reservoir soil is suitable for use as fill road foundation materials; At the same time, when the conditions for use are met, the stability of the road bed should be calculated when using this type of soil, Therefore, it is proposed to functional agencies when building traffic works using land for road foundation. Therefore, it is necessary to formulate the plan for dredging the reservoir to exploit the land effectively and contribute to the protection of the natural resources are available locally. Key words – road foundation, road foundation materials, road construction, stabilize the roadbed, soil from dredging reservoirs. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây cùng với sự đầu tư phát triển kết cấu hạ tầng trong Khu Kinh tế Dung Quất, trên địa bàn huyện Bình Sơn có rất nhiều công trình, dự án được đầu tư xây dựng, trong đó có nhiều dự án khu dân cư tập trung, khu tái định cư cho nhân dân thuộc diện giải phóng mặt bằng và đặc biệt là các công trình giao thông như: Đường cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi, đường Trì Bình – Cảng Dung Quất, đường Tịnh Phong – Cảng Dung Quất II đã, đang và sẽ cần một lượng lớn đất đắp nền đường, từ đó làm cho nhu cầu khai thác đất đồi, núi để làm vật liệu đắp đất nền đường tăng cao; điều đó cho thấy nếu trong thời gian đến nếu không có nguồn vật liệu khác thay thế đất đồi thì khối lượng đất trên các đồi núi sẽ không đủ cung cấp cho nhu cầu khai thác; hơn nữa việc khai thác đất đồi, núi với khối lượng lớn sẽ dẫn đến cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, mất cân bằng sinh thái và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Huyện Bình Sơn hiện có 59 hồ chứa nước được xây dựng từ những năm từ 1978 đến 2002 với tổng diện tích hơn 182,37 ha, dung tích hồ chứa hơn 17 triệu m3 nước, phục vụ nước tưới cho khoảng 1.293 ha đất nông nghiệp trên địa bàn. Qua quá trình khai thác tương đối dài, đa số các hồ, đập đều bị một lượng lớn đất, cát trên đồi xung quanh hồ trôi chảy và bồi lắng trong lòng hồ, làm cho dung tích các hồ chứa ngày càng nhỏ lại, dẫn đến khả năng chứa nước giảm, không đảm bảo phục vụ sản xuất nông nghiệp, do đó nhu cầu nạo vét lòng hồ, đập trên địa bàn huyện là rất lớn. Tuy nhiên hiện nay việc nạo vét lòng hồ tốn rất nhiều kinh phí của Nhà nước, trong khi đó đất sau khi nạo vét, một phần (chủ yếu là đất sét) được tận dụng làm nguyên liệu sản xuất gạch nung, số nhiều còn lại đều đổ ra bãi thải mà chưa được tận dụng làm vật liệu san lấp hoặc đắp đất nền đường, gây lãng phí nguồn tài nguyên thiên nhiên hiện có ở địa phương. Để tận dụng khối lượng đất nạo vét lòng hồ để làm vật liệu đắp nền đường nhằm tận dụng tối đa nguồn tài nguyên thiên nhiên, đồng thời tiết kiệm nguồn kinh phí cho ngân sách Nhà nước; khi triển khai thực hiện đề tài sẽ giải quyết được hai bài toán nhưng cùng một khoản kinh phí, một là nạo vét được lòng hồ, giải quyết nhu cầu tích nước phục vụ sản xuất nông nghiệp; hai là có nguồn vật liệu để đắp đất nền đường mà không phải khai thác tài nguyên thiên nhiên của quốc gia. Chính vì vậy mà tôi lựa chọn vấn đề “Nghiên cứu tận dụng đất nạo vét lòng hồ trên địa bàn huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi để làm vật liệu đắp nền đƣờng” làm đề tài nghiên cứu của luận văn. 2 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu tổng quát Kết quả nghiên cứu của đề tài giúp đánh giá, xác định đất nạo vét lòng hồ nào có đủ các điều kiện kỹ thuật để làm vật liệu đắp nền đường, từ đó kiến nghị các giải pháp thực hiện nhằm quản lý về chất lượng, hạn chế lãng phí tài nguyên thiên nhiên. 2.2. Mục tiêu cụ thể - Xác định cấu trúc địa tầng các lòng hồ thuộc huyện Bình Sơn; - Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất trong lòng hồ tại một số hồ lớn trên địa bàn huyện; - Đánh giá độ ổn định, cường độ, ổn định về cường độ của nền đường khi tận dụng đất lòng hồ đắp nền; - Đề xuất phạm vi sử dụng của từng loại đất ở một số lòng hồ cho các loại nền đường; - Đề xuất, kiến nghị áp dụng rộng rãi trên địa bàn huyện Bình Sơn và mở rộng trên toàn tỉnh Quảng Ngãi. 3. Đối tƣợng nghiên cứu Đất bồi lắng tại các lòng hồ trên địa bàn huyện Bình Sơn. 4. Phạm vi nghiên cứu Khoan, thu thập mẫu hiện trường, thí nghiệm trong phòng đánh giá các chỉ tiêu cơ lý đất nạo vét lòng hồ và so sánh với các tiêu chuẩn của Việt Nam và thế giới để đi đến kết luận. Tính toán độ ổn định nền đường theo các tiêu chuẩn để xác định chiều cao đắp tối đa tương ứng với các mẫu đất tại các lòng hồ trên địa bàn huyện. 5. Bố cục luận văn - Phần mở đầu - Chương 1. Tổng quan về đất đắp nền và đặc trưng địa chất, địa mạo các hồ trên địa bàn huyện Bình Sơn; - Chương 2. Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất nạo vét lòng hồ; - Chương 3. Xác định phạm vi phục vụ và chiều cao đắp lớn nhất cho từng loại đất. 6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu Tài liệu nghiên cứu, sử dụng trong luận văn là các tiêu chuẩn do Việt Nam hoặc các nước trên thế giới ban hành, ngoài ra còn một số tài liệu được tìm hiểu trên sách báo, luận văn và được thể hiện cụ thể ở mục tài liệu tham khảo… 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT ĐẮP NỀN VÀ ĐẶC TRƢNG ĐỊA CHẤT, ĐỊA MẠO CÁC HỒ TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN BÌNH SƠN 1.1. Tổng quan về yêu cầu vật liệu và ổn định của nền đường đắp thông thường 1.1.1. Yêu cầu về vật liệu đắp nền đường Đất là vật liệu chủ yếu để xây dựng nền đường. Tính chất và trạng thái của đất (độ ẩm và độ chặt của đất) ảnh hưởng rất lớn đến cường độ và mức độ ổn định của nền đường. Về trạng thái đất, các đặc trưng cường độ (lực dính C và góc nội ma sát φ) và đặc trưng biến dạng (mô đun đàn hồi E.kG/cm2) của nền đường nói chung phụ thuộc vào loại đất, điều kiện chịu tải (tĩnh hoặc động) cũng như độ chặt và độ ẩm của đất, nhất là các loại đất có tính dính dẻo, đất càng chứa nhiều thành phần hạt sét thì càng thay đổi nhiều theo độ ẩm. Về tính chất đất thì chủ yếu là ảnh hưởng của tính chất các hạt đất, trong đó kích cỡ của hạt đất có ảnh hưởng quan trong nhất, vì cỡ đất càng lớn thì đất có cường độ càng cao, tính mao dẫn càng thấp, tính thấm, thoát nước càng tốt, ít hoặc không nở khi gặp nước cũng như ít hoặc không co khi khô. Những tính chất đó khiến cho loại đất chứa nhiều cỡ hạt lớn có tính ổn định nước tốt; tuy nhiên nó lại có nhược điểm là tính dính, tính dẻo kém; cỡ hạt đất càng nhỏ thì các tính chất đất nói trên sẽ hoàn toàn ngược lại. Vì ảnh hưởng của kích cỡ hạt đối với việc sử dụng đất để xây dựng nền đường là rõ rệt và rất quan trọng như vậy nên trong xây dựng đường ô tô cũng thường dựa vào thành phần hạt để phân loại đất. Ở nước ta, đất xây dựng được chính thức phân loại theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN5747-1993 [10]. Bảng 1.1. Phân loại hạt đất theo kích cỡ theo TCVN5747-1993 Tên hạt Cuội Sỏi: - Rất to - To - Vừa - Bé Kích cỡ hạt (mm) 100-40 40-20 20-10 10-4 4-2 Tên hạt Cát: - To - Vừa - Nhỏ - Rất nhỏ (mịn) Bụi: - To - Nhỏ Sét Kích cỡ hạt (mm) 2-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 <0,005 4 Tham khảo Phân loại và khả năng sử dụng đất đắp nền đường theo Sổ tay Thiết kế đường ô tô [14]: Bảng 1.2. Phân loại và khả năng sử dụng cát trong xây dựng đường Cát sỏi Tỷ lệ hạt theo kích cỡ (% khối lƣợng) Hạt >2mm chiếm 25-50% Chỉ số dẻo <1 Cát to Hạt >0,5mm chiếm >50% <1 Cát vừa Cát nhỏ Cát bụi Hạt >0,25mm chiếm >50% Hạt >0,1mm chiếm >75% Hạt >0,05mm chiếm >75% <1 <1 <1 Loại cát Khả năng sử dụng để xây dựng nền đƣờng Rất thích hợp nhưng phải có lớp bọc mái ta luy thích hợp nhưng phải có lớp bọc mái ta luy nt nt Ít thích hợp Bảng 1.3. Phân loại và khả năng sử dụng đất trong xây dựng đường Loại đất Á cát nhẹ, hạt to Á cát bụi Á cát bụi nặng Á sét nhẹ Á sét nhẹ bụi Á sét nặng Á sét nặng bụi Sét nhẹ Sét bụi Sét dẻo Tỷ lệ hạt cát (2-0,05mm) có trong đất (% khối lƣợng) >50 20-50 <20 >40 <40 >40 <40 >40 Không quy định Không quy định Chỉ số dẻo Khả năng sử dụng để xây dựng nền đƣờng 1-7 1-7 1-7 7-12 7-12 12-17 12-17 17-27 17-27 >27 Rất thích hợp Thích hợp Không thích hợp Rất thích hợp Ít thích hợp Thích hợp Ít thích hợp Thích hợp Ít thích hợp Không thích hợp Nếu dùng đất cát làm nền đường thì nền đường có cường độ cao và ổn định nước tốt (hệ số ma sát trong của cát tương đối lớn, tính thấm thoát nước tốt và mao dẫn kém); nhưng đất cát rời rạc, không dính nên phải có lớp đất dính bọc xung quanh (lề và ta luy) để giữ cho nền đường bị phá hoại vì gió, mưa xói, súc vật đi lại phá hoại… cũng có thể dùng cách trộn thêm sét vào cát để làm lớp bọc đó. Đất cát vì những ưu điểm nói trên của nó nên thướng được dùng để đắp nền đường quá lầy, thay thế các chỗ nền yếu cục bộ. 5 Bảng 1.4. Phân loại đất theo hệ thống của AASHTO Phân loại tổng quát Phân nhóm - Phân tích thành phần hạt: % lọt qua sàng 2mm 0,425mm 0,074mm Các đặc trưng của phần hạt lọt qua sàng 0,425mm: Giới hạn chảy LL Chỉ số dẻo PI Tên thường gọi Đánh giá khả năng dùng làm nền đường Đất hạt to (≤35% hạt lọt qua sàng 0,074mm) Đất hạt mịn (>35% hạt lọt qua sàng 0,074mm) A-1 A-2 A-7 A-3 A-4 A-5 A-6 A.1.a A.1.b A.2.4 A.2.5 A.2.6 A.2.7 A.7.5 A.7.6 max 50 max 30 max 50 max 15 max 25 max 6 max 6 Đá, sỏi, cát min 51 max 10 max 35 max 35 max 35 max 35 min 36 min 36 min 36 max 40 min 41 max 40 min 41 max 40 min 41 max 40 max 10 max 10 min 11 min 11 max 10 max 10 min 11 Cát nhỏ Á cát, á cát bụi, á sét (lẫn sỏi sạn) Rất tốt đến tốt Đất bụi Khá đến xấu min 36 min 36 min 41 min 41 min 11 min 11 PILL-30 Đất sét 6 Bảng 1.5. Phân loại đất theo [14] Số thứ tự 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Tên đất Đất rời Tảng lăng Dăm cuội Sỏi sạn Cát sạn Cát thô Cát vừa Cát nhỏ Cát bụi Đất dính Á cát Á sét Sét Căn cứ để phân loại Hàm lƣợng cỡ hạt Các hạt d>200mm chiếm trên 50% Các hạt d>10mm chiếm trên 50% Các hạt d>2mm chiếm trên 50% Các hạt d>2mm chiếm trên 25% Các hạt d>0,5mm chiếm trên 50% Các hạt d>0,25mm chiếm trên 50% Các hạt d>0,1mm chiếm trên 75% Các hạt d>0,1mm chiếm trên 75% Chỉ số dẻo IP IP<7 717 Đất sét vì hạt rất nhỏ nên tính chất hoàn toàn ngược lại với cát: khi đã thấm ướt thì khó khô: thể tích dễ thay đổi theo trạng thái khô, ẩm (nở, co); chiều cao mao dẫn lại lớn do đó tính ổn định nước của đất sét kém. Đất sét khi khô lại rất cứng, khó đập vỡ và làm nhỏ, khi ướt lại nhão nên dễ phát sinh hiện tượng “cao su” và khó đầm nén chặt, do đó chỉ nên dùng đất sét đắp nền đường ở những nơi đắp cao, thoát nước tốt và đặc biệt phải có biện pháp đầm nén chặt. Đất sét nếu đầm nén chặt thì lại trở nên khó thấm nước (vì các màng nước mỏng đã bọc kín các hạt sét), tuy nhiên thường biện pháp đầm nén chặt đất sẽ đòi hỏi tốn kém hơn, do đó thường chỉ dùng đất sét nén chặt làm các lớp phòng nước như lớp phòng nước đắp nền đường tại chỗ có cống, có mố cầu. Đất bụi (cỡ hạt 0,005-0,05mm) vừa kém dính (không dính như hạt sét lại vừa ổn định nước kém (hạt nhỏ khó thoát nước, mao dẫn lớn) nên là loại đất bất lợi nhất đối với yêu cầu xây dựng nền đường. Đất có hàm lượng bụi lớn thường khi mưa thì nhão nhoét, dễ xói chảy, khi khô lại quá rời rạc và sinh bụi, chiều cao mao dẫn lại rất lớn (0,8 – 0,5m) ngay cả khi đã đầm nén chặt cường độ cũng rất thấp. Vì thế các loại đất chứa càng nhiều hạt bụi thì càng không thích hợp và chỉ nên dùng để xây dựng các lớp dưới của nền đường (dưới khu vực tác dụng). Như vậy loại đất á cát là vật liệu xây dựng nền đường thích hợp nhất, tốt nhất. Sau đó là các loại đất á sét. Đất á cát có một số hạt lớn nhất định nên đạt yêu cầu về cường độ và độ ổn định nước tốt, đồng thời lại gồm một số hạt nhỏ nhất định (có chỉ 7 số dẻo nhất định) nên không bị rời rạc quá. Cũng vì có cấp phối hạt nhất định nên đất á cát cũng rất dễ đầm nén chặt. Các loại đất hữu cơ, do nguyên nhân hình thành của nó, nên thường là loại đất yếu, thành phần hữu cơ lại hút nước mạnh và giảm độ chặt của đất, do đó nên hết sức tránh sử dụng chúng để xây dựng nền đường. Cần nắm vững các tính chất đất phân tích ở trên để tìm cách xử lý, cải thiện nó hoặc đề xuất các biện pháp cấu tạo khác (như thoát nước, đắp cao, gia cố…) để khắc phục các nhược điểm của mỗi loại đất nhằm thỏa mãn các yêu cầu đối với nền đường một cách tốt nhất. Theo Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu nền đường ô tô TCVN 9436-2012 [9], không được sử dụng trực tiếp các loại đất dưới đây để đắp bất cứ bộ phận nào của nền đường: - Đất bùn, đất than bùn (nhóm A-8 theo AASHTO M145); - Đất mùn lẫn hữu cơ có thành phần hữu cơ quá 10,0%, đất có lẫn cỏ và rễ cây, lẫn rác thải sinh hoạt (AASHTO T267-86); - Đất lẫn các thành phần muối dễ hòa tan quá 5% (cách thí nghiệm xác định xem phụ lục D); - Đất sét có độ trương nở cao vượt quá 3,0% (thí nghiệm xác định độ trương nở theo 22 TCN 332-06); - Đất sét nhóm A-7-6 (theo AASHTO M145) có chỉ số nhóm từ 20 trở lên; Khi không có các loại đất khác, phải có biện pháp cải tạo các loại đất nói trên để dùng làm vật liệu đắp nền đường như: loại bỏ các thành phần bất lợi, xử lý đất xấu bằng cách trộn thêm vôi, trộn thêm cát hoặc áp dụng các biện pháp tăng thêm độ chặt đầm nén, hạn chế nước thấm nhập... Các biện pháp nói trên phải được đánh giá thông qua thử nghiệm ở trong phòng, ở hiện trường và phải được phê duyệt theo các quy định về quản lý dự án. Không được dùng đất bụi nhóm A-4 và A-5 (theo phân loại ở AASHTO M145) để xây dựng các bộ phận nền đường dưới mức nước ngập hoặc mức nước ngầm và không nên dùng chúng trong phạm vi khu vực tác dụng của nền đường. Theo [9] (bảng 3), vật liệu đắp nền phải có sức chịu tải CBR nhỏ nhất như qui định tại Bảng 1.6. 8 Bảng 1.6. Quy định về sức chịu tải (CBR) nhỏ nhất Phạm vi nền đƣờng tính từ đáy áo đƣờng trở xuống Nền đắp - 30 cm trên cùng - Từ 30 cm đến 80 cm - Từ 80 cm đến 150 cm - Từ 150cm trở xuống Sức chịu tải (CBR%) tối thiểu Nền cho Nền cho đƣờng Nền cho đƣờng đƣờng cao cấp III,cấp IV có các cấp khác tốc, cấp I, sử dụng mặt không sử dụng cấp II đƣờng cấp cao A1 mặt đƣờng cấp cao A1 8 5 4 3 6 4 3 2 5 3 3 2 Kích cỡ hạt lớn nhất của các hạt sỏi cuội, đá lẫn trong đất áp dụng cho trường hợp đắp đất lẫn đá 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. 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 nhưng trị số sức chịu tải CBR của chúng vẫn phải đạt yêu cầu qui định tại Bảng 1.1. 1.1.2. Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp nền đường. 1.1.2.1. Độ ẩm của đất (water content of soil) Là tỉ số giữa khối lượng nước có trong đất và khối lượng đất khô của mẫu đất dùng phân tích, ký hiệu W, biểu thị bằng % khối lượng. 1.1.2.2. Khối lượng riêng của đất Khối lượng riêng của đất còn được gọi là dung trọng hạt (grain density): Là khối lượng của một đơn vị thể tích hạt rắn của đất, ký hiệu γs, biểu thị bằng gam trên centimet khối (g/cm3). 1.1.2.3. Khối lượng thể tích đơn vị của đất tự nhiên Khối lượng thể tích đơn vị của đất tự nhiên, còn được gọi là dung trọng đất tự nhiên (natural volumetric weight of soil): Là khối lượng của một đơn vị thể tích đất ở trạng thái với độ ẩm và kết cấu tự nhiên, ký hiệu , biểu thị bằng g/cm3. 1.1.2.4. Khối lượng thể tích đơn vị đất khô Khối lượng thể tích đơn vị đất khô, còn gọi là dung trọng khô của đất (dry volumetric weight of soil): Là khối lượng của một đơn vị thể tích đất ở trạng thái khô,