Tài liệu Nguyên cứu sử dụng hợp lý các mỏ đất trên địa bàn thành phố quảng ngãi trong xây dựng đường ô tô

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ LÊ TRUNG SÔ NGUYÊN CỨU SỬ DỤNG HỢP LÝ CÁC MỎ ĐẤT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ LÊ TRUNG SÔ NGUYÊN CỨU SỬ DỤNG HỢP LÝ CÁC MỎ ĐẤT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 60. 58. 02. 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN HỒNG HẢI Đà Nẵng - Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn trực tiếp của TS. Nguyễn Hồng Hải. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Lê Trung Sô ii MỤC LỤC Mở đầu……………………………………………………………………...................1 1. Lý do chọn đề tài……………………………………………............................1 2. Mục tiêu nguyên cứu…………………………………………………………..2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ………………………….............................3 4. Phƣơng pháp nghiên cứu……………………………………………................3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài………………………………………3 6. Cấu trúc của luận văn…………………..……………………….......................3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẤP PHỐI THIÊN NHIÊN VÀ THỰC TẾ KHAI THÁC, SỬ DỤNG CẤP PHỐI THIÊN NHIÊN TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ TẠI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI………………………………..5 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ……………………………………………………………………..5 1.2 PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ.....................................6 1.3 KHÁI NIỆM, NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH CƢỜNG ĐỘ CỦA CPTN…….….12 1.4 YÊU CẦU CỦA CẤP PHỐI THIÊN NHIÊN SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ…………………………………………..……………………………14 1.5 CÁC PHƢƠNG PHÁP CẢI THIỆN, NÂNG CAO CƢỜNG ĐỘ VÀ ỔN ĐỊNH CƢỜNG CỦA CẤP PHỐI THIÊN NHIÊN ………………………………………….17 1.6 THỰC TRẠNG KHAI THÁC SỬ DỤNG CẤP PHỐI THIÊN NHIÊN TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ TẠI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI………………….20 1.7 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1…………………………………………………………21 CHƢƠNG 2. THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG CẤP PHỐI THIÊN NHIÊN TẠI CÁC MỎ ĐẤT Xà TỊNH ẤN ĐÔNG VÀ Xà TỊNH CHÂU THUỘC THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI……………………………………………………...23 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ……………………..…………………………………………......23 2.2. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ………………………...23 2.3. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2………………………………………………………..37 CHƢƠNG 3. CẢI THIỆN CƢỜNG ĐỘ CẤP PHỐI MỎ ĐẤT SỐ 2 VÀ ĐỀ XUẤT PHẠM VI SỬ DỤNG HỢP LÝ CÁC MỎ ĐẤT…………………………...38 3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ…………………………………………………………………....38 iii 3.2. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CƢỜNG ĐỘ …………..………………....38 3.3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐẦM NÉN TIÊU CHUẨN VÀ CÁC CHỈ TIÊU CƢỜNG ĐỘ CỦA HỖN HỢP CẤP PHỐI THIÊN NHIÊN GIA CỐ XI MĂNG.......42 3.4. ĐỀ XUẤT MỘT SỐ DẠNG KẾT CẤU MẶT ĐƢỜNG ĐIỂN HÌNH SỬ DỤNG CẤP PHỐI THIÊN NHIÊN TẠI 3 MỎ ĐẤT NGHIÊN CỨU……………………….48 3.5. ĐỀ XUẤT PHẠM VI SỬ DỤNG HỢP LÝ CÁC MỎ CẤP PHỐI CHO CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI……...……………55 3.6. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3………………………………………………………...55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………….…………57 1. KẾT LUẬN………………………………………………………………………...57 2. KIẾN NGHỊ………………………………………………………………………..58 3. NHỮNG TỒN TẠI VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI......58 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao) NHẬN XÉT LUẬN VĂN THẠC SĨ BIÊN BẢN HỌP ĐÁNH GIÁ LUẬN VĂN THẠC SĨ iv 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 γkmax : Dung trọng khô lớn nhất Wopt : Độ ẩm tốt nhất P : Tải trọng khi phá hoại mẫu F : Tiết diện ngang trung bình của mẫu D : Đƣờng 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 lƣợng đất đƣợc sử dụng để thí nghiệm W1 : Độ ẩm cho trƣớc cần phải chế bị γw : Khối lƣợng thể tích của đất Rn : Độ bền nén ở trạng thái khô Rec : Cƣờng độ ép chẻ Eđh : Mô đun đàn hồi CÁC CHỮ VIẾT TẮT: CBR : California Bearing Ratio CPTN : Cấp phối thiên nhiên LA : Los Angeles AASHTO : American Association of State Highway and Transportation Officials USCS : United soil classification system GW : Gravel Well-graded GP : Gravel Poorly-graded FHWA : Federal Highway Administration v NGUYÊN CỨU SỬ DỤNG HỢP LÝ CÁC MỎ ĐẤT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ Học viên: Lê Trung Sô Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông Mã số: 60.58.02.05 Khóa: 20015 – 2017 Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Luận văn trình bày kết quả nghiên cứu, đánh giá chỉ tiêu cơ lý của 3 cấp phối thiên nhiên lấy tại 3 mỏ đất khác nhau, gồm 2 mỏ đất xã Tịnh Ấn Đông và 1 mỏ đất xã Tịnh Châu trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi đang đƣợc quy hoạch khai thác phục vụ xây dựng các tuyến đƣờng trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi. Kết quả phân tích cho thấy cả 3 mỏ đất đều không thể sử dựng làm vật liệu cho lớp móng đƣờng ô tô. Mỏ đất số 1 và số 3 có các chỉ tiêu cơ lý tốt hơn mỏ số 2, có thể sử dụng làm vật liệu đắp cho 30cm trên cùng của nền đƣờng. Mỏ đất số 2 chỉ có thể sử dụng để đắp trong phạm vi từ 30cm đến 80cm cho nền đƣờng cao tốc, đƣờng ô tô cấp I, II. Để cải thiện cƣờng độ của cấp phối thiên nhiên mỏ đất số 2, luận văn đã thực hiện gia cố xi măng với hàm lƣợng thay đổi 4%, 6%, 8%, 10%. Thí nghiệm các chỉ tiêu cƣờng độ nén, cƣờng độ ép chẻ ở tuổi mẫu 14 và 28 ngày, kết quả cho thấy mẫu đất sau khi gia cố có thể sử dụng làm lớp móng thay thế cho lớp móng dƣới cấp phối đá dăm truyền thống. Từ khóa – cấp phối thiên nhiên; móng nền đất; móng đƣờng; cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng; mặt đƣờng. STUDYING TO EFFECTIVE USE OF AGGREGATE MINES IN QUANG NGAI CITY FOR HIGHWAY CONSTRUCTION Abstract - This thesis presents engineering properties of 3 natural aggregates from 3 different land mines such as 2 mines in Tinh An Dong village and 1 mine in Tinh Chau village in Quang Ngai city, where the land mines were planed to use for road construction in this city. Experimental results indicated that all of them are not able to use as a materials for road subbases. Engineering properties of the land mines No.1 and No. 3 were better than that of the land mine No.2, and they therefore can be used as a material for the 30 cm-top layer of the subgrade. The land mine No. 2 is only to use for the lower layers of the subgrade (at depth from 30 cm to 80 cm). In order to improve mechanical properties of natural aggregate from the land mine No.2, this research performed the cement-based treatment with different cement contents such as 4%, 6%, 8%, and 10%. Based on the compressive strength and the splitting tensile strength at different curing ages (14 days and 28 days), it can be concluded that cementtreated natural aggregate of land mine No. 2 is a suitable material for the sub-base instead of using graded aggregate bases. Key words – natural aggregate; subgrade; base layer; cement treated natural aggregate; pavement. vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11 3.12 3.13. Tên bảng Trang Phân loại đất hạt thô theo TCVN 5747:1993 Phân loại đất chi tiết cho nhóm và phụ nhóm theo AASHTO Độ chặt đầm nén yêu cầu đối với nền đƣờng [TCVN 94362012] Độ chặt đầm nén yêu cầu đối với nền đƣờng Yêu cầu về thành phần hạt của cấp phối thiên nhiên Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với vật liệu cấp phối thiên nhiên Đặc trƣng cƣờng độ theo sức chịu tải CBR Loại đất và chỉ tiêu cơ lý cho lớp móng, lớp nền đất Số liệu diện tích và trữ lƣợng 3 mỏ cấp phối thiên nhiên Quy hoạch các mỏ cấp phối thiên nhiên trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi Kết quả phân tích thành phần hạt của 3 mỏ đất Một số chỉ tiêu đặc trƣng đƣờng cong thành phần hạt Kết quả thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn của 3 mỏ đất Kết quả thí nghiệm độ hao mòn L.A của 3 mỏ đất Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu Atterberg của 3 mỏ đất Kết quả tính toán các trị số CBR cho cả 3 mẫu thí nghiệm 10 11 Kết quả CBR các mỏ đất tại các độ chặt khác nhau Tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý Yêu cầu về thành phần hạt của CPTN gia cố với xi măng Yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý CPTN gia cố với xi măng Dự kiến hàm lƣợng xi măng theo loại đất 36 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của xi măng Kết quả thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn Kết quả thì nghiệm cƣờng độ chịu nén (Rn) Kết quả thì nghiệm cƣờng độ ép chẻ (Rec) Kết quả thí nghiệm áp lực nén tác dụng lên mặt mẫu Kết quả thì nghiệm xác định mô đun đàn hồi (Eđh) Các đặc trƣng của vật liệu kết cấu áo đƣờng Kết quả tính toán Ech Kết quả tính toán cƣờng độ chịu kéo uốn trong các lớp BTN Kết quả tính toán cƣờng độ chịu cắt trƣợt 15 15 16 16 17 17 20 20 26 27 28 30 32 36 37 39 39 41 42 42 44 46 47 47 48 52 53 53 vii Số hiệu bảng 3.14. 3.15. Tên bảng Chi phí vật liệu và thi công vật liệu làm móng Phạm vi và bán kính sử dụng hợp lý các mỏ đất Trang 54 55 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 3.3. 3.4. Bản đồ quy hoạch thăm dò, khai thác và sử dụng các mỏ đất trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi Phân loại hạt đất theo kích thƣớc hạt Sơ đồ phân loại đất hạt thô trong phòng thí nghiệm Sơ đồ phân loại đất hạt mịn trong phòng thí nghiệm Biểu đồ dẻo phân loại đất hạt mịn trong phòng thí nghiệm Tƣơng quan về cƣờng độ và sức chịu tải của đất Sơ đồ quá trình gia cố đất Cấu tạo địa chất các mỏ đất thuộc xã Tịnh Ấn Đông Cấu tạo địa chất mỏ đất số 3 (thôn Lệ Thủy, xã Tịnh Châu) Kết quả phân tích thành phần hạt của 3 mỏ đất Đầm nén tiêu chuẩn CPTN bằng máy đầm Đƣờng cong đầm nén tiêu chuẩn (mỏ đất số 1) Đƣờng cong đầm nén tiêu chuẩn (mỏ đất số 2) Đƣờng cong đầm nén tiêu chuẩn (mỏ đất số 3) Mẫu trƣớc và sau khi thực hiện thí nghiệm LA Máy quay LA và viên bi Thí nghiệm xác định giới hạn dẻo Dụng cụ và thí nghiệm xác định giới hạn chảy Chuẩn bị và ngâm mẫu bảo hoà trƣớc khi thí nghiệm Thí nghiệm CBR Kết quả thí nghiệm xuyên CBR, mỏ đất số 01 Kết quả thí nghiệm xuyên CBR, mỏ đất số 02 Kết quả thí nghiệm xuyên CBR, mỏ đất số 03 Sơ đồ lựa chọn chất liên kết gia cố CPTN sử dụng làm lớp móng đƣờng Sơ đồ lựa chọn chất liên kết gia cố CPTN sử dụng làm móng nền đất Đƣờng cong đầm nén tiêu chuẩn hỗn hợp CPTN gia cố xi măng Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén 3.5. Mẫu CPTN gia cố xi măng sau khi bị nén phá hoại 44 3.6. Thí nghiệm cƣờng độ ép chẻ (Rec) 45 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13. 2.14. 2.15. 2.16. 3.1. 3.2. 6 7 8 8 9 9 19 24 24 26 27 28 28 29 29 30 31 32 33 34 35 35 36 40 40 42 43 ix Số hiệu Tên hình Trang hình 3.7. Kết quả thì nghiệm cƣờng độ ép chẻ (Rec) 45 3.8. Sơ đồ thử nghiệm xác định Mô đun đàn hồi Eđh 46 Quan hệ giữa mô đun đàn hồi và hàm lƣợng xi măng (mẫu 14 và 3.9. 47 28 ngày) 3.10. Kết cấu áo đƣờng thiết kế truyền thống (Đƣờng đô thị) 49 Kết cấu áo đƣờng thiết kế đề xuất gia cố 8% và 10% (Đƣờng đô 3.11. 50 thị) 3.12. Kết cấu áo đƣờng truyền thống (Đƣờng nội bộ) 51 Kết cấu áo đƣờng thiết kế đề xuất gia cố 8% và 10% (Đƣờng nội 3.13. 52 bộ) 1 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay việc xây dựng các công trình đƣờng ô tô trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi và tỉnh Quảng Ngãi chủ yếu sử dụng các mỏ đất xã Tịnh Bình, huyện Sơn Tịnh (trữ lƣợng 432.918m3, cách trung tâm thành phố 20km), xã Tịnh Ấn Đông (2 mỏ trữ lƣợng 487.448m3, cách trung tâm thành phố 6km) và 1 mỏ đất xã Tịnh Châu (trữ lƣợng 151.026m3, cách trung tâm thành phố 8km) thuộc thành phố Quảng Ngãi. Ngoài ra còn có mỏ đất thị trấn Mộ Đức (trữ lƣợng 184.192m3, cách trung tâm thành phố 22km). Trong các mỏ đất trên, 2 mỏ đất xã Tịnh Ấn Đông (Hình 1 và Hình 2) và mỏ đất xã Tịnh Châu (Hình 3) nằm trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi đang đƣợc quy hoạch khai thác phục vụ xây dựng các tuyến đƣờng trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi với lý do trữ lƣợng lớn và cự ly vận chuyển ngắn. Tuy nhiên việc khai thác sử dụng các mỏ đất này còn tồn tại các bất cập nhƣ sau: + Các mỏ đất này có địa chất không đồng nhất, đặc biệt có những lớp đất không tốt, lẫn đá phong hoá, không đạt chất lƣợng để thi công nền đƣờng. + Thiếu quy hoạch khai thác sử dụng: các đơn vị thi công khai thác đào bóc và đắp, không quan tâm chất lƣợng và vị trí các lớp, dẫn đến các lớp đất tốt đƣợc sử dụng đắp lớp dƣới, còn lại đất xấu không sử dụng đƣợc, hoặc sử dụng đắp lớp trên gây lãng phí và không đảm bảo chất lƣợng. Hình 1. Mỏ đất số 1, xã Tịnh Ấn Đông, thành phố Quảng Ngãi 2 Hình 2. Mỏ đất số 2, xã Tịnh Ấn Đông, thành phố Quảng Ngãi Hình 3. Mỏ đất số 3, xã Tịnh Châu, thành phố Quảng Ngãi Đề tài "Nguyên cứu sử dụng hợp lý các mỏ đất trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi trong xây dựng đường ô tô" nhằm đánh giá, phân loại chất lƣợng 2 mỏ đất thuộc xã Tịnh Ấn Đông và 1 mỏ đất xã Tịnh Châu trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi, từ đó đề xuất phạm vi sử dụng hợp lý nhằm tận dụng và khai thác hiệu quả để làm lớp móng nền đất và lớp móng cho các kết cấu áo đƣờng ô tô trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU a. Mục tiêu tổng quát: Đánh giá, phân loại chất lƣợng 3 mỏ đất trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi và đề xuất, quy hoạch phạm vi sử dụng hợp lý (nền đƣờng, móng nền đất, móng áo đƣờng) nhằm tránh lãnh phí tài nguyên thiên nhiên và nâng cao hiệu quả sử dụng trong xây dựng đƣờng ô tô. 3 b. Mục tiêu cụ thể: - Đánh giá thực trạng khai thác và sử dụng các mỏ đất trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi nói chung và thành phố Quảng Ngãi nói riêng. - Thí nghiệm đánh giá các chỉ tiêu cơ lý và chất lƣợng của cấp phối thiên nhiên 3 mỏ đất đang khai thác tại xã Tịnh Ấn Đông và xã Tịnh Châu thuộc thành phố Quảng Ngãi. - Đề xuất các giải pháp cải thiện tính chất cơ lý (nếu có, đối với các mỏ đất không đạt yêu cầu), khả năng sử dụng làm kết cấu nền áo đƣờng và quy hoạch phạm vi sử dụng cho từng mỏ. 3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU a. Đối tượng nghiên cứu: Tính chất cơ lý và các chỉ tiêu cƣờng độ của các cấp phối thiên nhiên sử dụng làm vật liệu lớp móng nền đất và móng đƣờng ô tô các loại. b. Phạm vi nghiên cứu: Ba mỏ đất đang đƣợc cho phép khai thác, bao gồm: 2 mỏ đất xã Tịnh Ấn Đông và 1 mỏ đất xã Tịnh Châu sử dụng trong xây dựng các công trình đƣờng ô tô trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi. 4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU a. Nghiên cứu lý thuyết: Lý thuyết cấp phối tốt nhất, lý thuyết cƣờng độ và ổn định cƣờng độ b. Nghiên cứu thực nghiệm: - Tại hiện trƣờng: thu thập, tổng hợp các tài liệu, tƣ liệu về nguồn nguyên liệu, phƣơng pháp lấy mẫu, bao gói và bảo quản mẫu. - Trong phòng thí nghiệm: thí nghiệm đánh giá các chỉ tiêu cơ lý và cƣờng độ của cấp phối thiên nhiên sử dụng trong xây dựng đƣờng. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Luận văn nghiên cứu, đánh giá tính chất cơ lý và đặc trƣng cƣờng độ của 3 mỏ cấp phối thiên nhiên trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi, đề xuất phạm vi sử dụng hợp lý trong xây dựng đƣờng ô tô cho các công trình trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi, đảm bảo yêu cầu cƣờng độ và hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên. 6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Mở đầu - Lý do chọn đề tài (Sự cần thiết phải nghiên cứu). - Mục tiêu nghiên cứu. - Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. - Phƣơng pháp nghiên cứu. Chương 1. Tổng quan về cấp phối thiên nhiên và thực tế khai thác, sử dụng cấp phối thiên nhiên trong xây dựng đƣờng ô tô tại thành phố Quảng Ngãi. 1.1. Đặt vấn đề 4 1.2. Phân loại đất trong xây dựng đƣờng ô tô 1.3. Khái niệm, nguyên lý hình thành cƣờng độ của cấp phối thiên nhiên 1.4. Yêu cầu của cấp phối thiên nhiên trong xây dựng đƣờng ô tô 1.5. Các phƣơng pháp cải thiện, nâng cao cƣờng độ và ổn định cƣờng độ của cấp phối thiên nhiên. 1.6. Thực trạng khai thác sử dụng cấp phối thiên nhiên trong xây dựng đƣờng ô tô tại thành phố Quảng Ngãi 1.7. Kết luận chƣơng 1 Chương 2. Thí nghiệm đánh giá chất lƣợng cấp phối thiên nhiên tại các mỏ đất xã Tịnh Ấn Đông và xã Tịnh Châu thuộc thành phố Quảng Ngãi. 2.1. Đặt vấn đề 2.2. Thực nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý 2.3. Kết luận chƣơng 2 Chương 3. Cải thiện cƣờng độ cấp phối mỏ đất số 2 và đề xuất phạm vi sử dụng hợp lý các mỏ đất. 3.1. Đặt vấn đề 3.2. Đề xuất giải pháp cải thiện cƣờng độ 3.3. Kết quả thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn và các chỉ tiêu cƣờng độ của hỗn hợp cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng 3.4. Đề xuất một số dạng kết cấu mặt đƣờng điển hình sử dụng cấp phối thiên nhiên tại 3 mỏ đất nghiên cứu 3.5. Đề xuất phạm vi sử dụng hợp lý các mỏ cấp phối cho các công trình trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi 3.6. Kết luận chƣơng 3 Kết luận và kiến nghị. 1. Kết luận. 2. Kiến nghị. 5 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CẤP PHỐI THIÊN NHIÊN VÀ THỰC TẾ KHAI THÁC, SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ TẠI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Quảng Ngãi là tỉnh ven biển nằm ở vùng Duyên Hải Nam Trung Bộ, Việt Nam, nằm ở tâm điểm của cả nƣớc, Quảng Ngãi có vị trí mang tầm chiến lƣợc trong vùng kinh tế trọng điểm miền Trung Việt Nam và Hành lang kinh tế Đông – Tây, các tuyến giao thông về đƣờng bộ, đƣờng sắt, đƣờng thủy, đƣờng hàng không thuận tiện và thông suốt, là cửa ngõ ra biển của các tuyến đƣờng hành lang Đông – Tây nối với đƣờng hàng hải quốc tế qua biển Đông và Thái Bình Dƣơng. Thành phố Quảng Ngãi có mục tiêu phát triển theo hƣớng phát triển bền vững nhƣ là một trung tâm công nghiệp, thƣơng mại, du lịch, dịch vụ và văn hóa của v ng. Để đảm bảo cho sự tăng trƣởng kinh tế nhanh ổn định, trong những năm vừa qua, thành phố Quảng Ngãi đã tập trung khai thác nhiều nguồn lực để đầu tƣ xây dựng hệ thống cơ sở hạ tầng của thành phố, đặc biệt là các dự án sẽ xây dựng đƣờng để thúc đẩy tăng trƣởng kinh tế. Trái ngƣợc với việc các dự án xây dựng đƣờng ngày càng nhiều thì mỏ đất phục vụ cho các công trình xây dựng đƣờng ở thành phố Quảng Ngãi ngày càng khan hiếm và có khả năng sẽ kiệt quệ trong vài năm đến với tình hình khai thác bất hợp lý nhƣ hiện nay. Trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi hiện nay không còn mỏ đất tập trung với trữ lƣợng lớn mà chỉ còn các mỏ đất phân tán tại các xã nhƣ Tịnh Ấn Đông, Tịnh Châu. Nhìn chung các mỏ đất ở đây đều có trữ lƣợng không cao, chất lƣợng không đồng đều, cấp phối không đảm bảo. Các mỏ đất cấp phối thiên nhiên này đƣợc UBND tỉnh Quảng Ngãi cấp phép số 06/BC – UBND ngày 21 tháng 01 năm 2015 cho các doanh nghiệp, nhƣng thiếu quy hoạch khai thác sử dụng dẫn đến sử dụng không hợp lý các lớp đất đắp nền đƣờng. Ngoài ra do hiện tƣợng khai thác trái phép đất đồi núi ở các vùng lân cận cung ứng cho các công trình làm các mỏ đất càng giảm đi nhanh chóng. Có một hiện trạng phổ biến hiện nay là do sự quản lý không chặt chẽ và thiếu thông tin về chất lƣợng và trữ lƣợng các mỏ đất trên địa bàn nên các công ty tƣ vấn thiết kế xây dựng cầu đƣờng khi đề xuất các phƣơng án thiết kế thƣờng chỉ định mỏ đất phục vụ thi công xây dựng mà không kiểm tra, đánh giá chất lƣợng. Trong giai đoạn thi công, các đơn vị thi công thƣờng đƣa ra các thay đổi lại các vị trí mỏ đất gần hơn hay để thuận tiện thƣờng lấy luôn đất ở các đồi gần đó, d chất lƣợng đất không tốt. Thực tế việc khai thác, sử dụng vật liệu đất đắp hiện nay trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi cho thấy các đơn vị thiết kế và thi công hầu nhƣ không có sự đầu tƣ nghiên cứu, lựa chọn phƣơng án sử dụng hợp lý các mỏ đất có tính chất và chất lƣợng 6 khác nhau để đắp nền đƣờng, nhằm tận dụng và sử dụng hợp lý các mỏ đất nhƣng vẫn đáp ứng đƣợc yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của công trình. Đây cũng là một trong những nguyên nhân gây nên tình trạng khan hiếm và khó khăn trong việc tìm kiếm các mỏ vật liệu, trong đó có các mỏ đất sử dụng trong xây dựng đƣờng hiện nay tại thành phố Quảng Ngãi. Hình 1.1 là bản đồ quy hoạch thăm dò, khai thác và sử dụng khoáng sản làm vật liệu xây dựng thông thƣờng tỉnh Quảng Ngãi đến năm 2025 và định hƣớng đến năm 2030, trong đó có thể hiện vị trí 3 mỏ đất sử dụng để nghiên cứu của luận văn. Hình 1.1. Bản đồ quy hoạch thăm dò, khai thác và sử dụng các mỏ đất trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi 1.2 PHÂN LOẠI ĐẤT TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ Đất là vật liệu chủ yếu để làm nền đƣờng, có tính chất, thành phần phức tạp, phụ thuộc thành phần hạt, thành phần vật liệu khoáng, độ ẩm,... Kích cỡ hạt đất có ảnh hƣởng rất lớn đến cƣờng độ và độ ổn định của đất. Đất có kích cỡ hạt càng lớn, cƣờng độ và độ ổn định đối với nƣớc càng cao, tính mao dẫn thấp, tính thấm, thoát nƣớc tốt, ít trƣơng nở khi bão hòa nƣớc và ít co khi khô cứng, tuy nhiên tính dính và dẻo kém. Ngƣợc lại, đất có kích cỡ hạt nhỏ, lực dính càng lớn nhƣng cƣờng độ và độ ổn định đối với nƣớc càng kém. 1.2.1. Phân loại đất theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5747:1993) Nguyên tắc phân loại đất theo hệ thống tiêu chuẩn này dựa trên thành phần hạt của đất. Trình tự phân loại đƣợc thực hiện nhƣ sau: 7 - Dựa trên thành phần kích thƣớc hạt chiếm ƣu thế trong đất để chia đất thành hai nhóm lớn: + Đất hạt thô: hơn 50% trọng lƣợng là những hạt có kích thƣớc lớn hơn 0,08mm; + Đất hạt mịn: hơn 50% trọng lƣợng là những hạt có kích thƣớc nhỏ hơn 0,08mm. - Dựa trên hàm lƣợng các hạt: chia nhóm đất hạt thô thành các phụ nhóm (xem Bảng 1.1). - Dựa trên các trị số giới hạn chảy, giới hạn dẻo, chỉ số dẻo: chia nhóm đất hạt mịn thành các phụ nhóm. Hình 1.2 giới thiệu cách phân loại hạt đất theo kích thƣớc hạt. Hình 1.2. Phân loại đất dựa trên kích cỡ hạt a) Phân loại đất hạt thô Đất hạt thô đƣợc phân loại từ các kết quả thí nghiệm thành phần hạt trong phòng thí nghiệm, đƣợc chia làm 2 nhóm chính: - Đất sỏi sạn: đất, gồm phần lớn là các hạt sỏi sạn, ký hiệu bằng chữ G (Gravel); - Đất cát: đất, gồm phần lớn là hạt cát, ký hiệu bằng chữ S (Sand); Dựa trên hàm lƣợng hạt mịn và đặc trƣng đƣờng cong thành phần hạt (hệ số đồng nhất Cu, hệ số đƣờng cong Cc), đất cuội sỏi và đất cát đƣợc chia thành 4 phụ nhóm: + Trƣờng hợp đất hạt chứa ít hoặc không chứa hạt mịn (trọng lƣợng hạt có kích thƣớc nhỏ hơn 0,08mm chiếm ít hơn 5%) không có loại hạt nào chiếm ƣu thế về hàm lƣợng, cấp phối tốt, đƣợc ký hiệu bằng chữ W (Well graded). Kết hợp với chữ cái đầu tiên của tên đất ta có đất sỏi sạn cấp phối tốt (GW) hoặc đất cát cấp phối tốt (SW). + Trƣờng hợp có một loại hạt chiếm ƣu thế về hàm lƣợng, cấp phối kém, đƣợc ký hiệu bằng chữ P (Poor graded). Kết hợp với chữ cái đầu tiên của tên đất, ta có đất sỏi sạn cấp phối kém (GP) hoặc đất cát cấp phối kém (SP). + Trƣờng hợp đất chứa một hàm lƣợng đáng kể hạt mịn (trọng lƣợng hạt có kích thƣớc nhỏ hơn 0,08mm chiếm nhiều hơn 12%), chủ yếu là hạt bụi, không có tính dẻo, đƣợc ký hiệu bằng chữ M. Kết hợp với chữ cái ký hiệu tên đất, ta có đất sỏi sạn cấp phối tốt lẫn bụi (GM) hoặc đất cát lẫn bụi (SM). + Trƣờng hợp đất chứa một hàm lƣợng đáng kể hạt sét, đƣợc ký hiệu bằng chữ C (Clay). Kết hợp với chữ cái ký hiệu tên đất, ta có đất sỏi sạn lẫn sét (GC) hoặc đất cát lẫn sét (SC). Hình 1.3 và Bảng 1.1 mô tả tóm tắt sơ đồ phân loại đất hạt thô theo TCVN 5747:1993. 8 Hình 1.3. Sơ đồ phân loại đất hạt thô trong phòng thí nghiệm b) Phân loại đất hạt mịn Đất hạt mịn đƣợc phân loại dựa trên kết quả thí nghiệm Atterberg thông qua giới hạn chảy (WL) và giới hạn dẻo (WP). Việc phân loại đất hạt mịn có thể dựa vào sơ đồ Hình 1.4 và biểu đồ dẻo Hình 1.5. Hình 1.4. Sơ đồ phân loại đất hạt mịn trong phòng thí nghiệm Mỗi phụ nhóm trong đất hạt mịn đƣợc ký hiệu bằng hai chữ cái. Chữ cái đầu tiên là tên gọi của đất (M - đất bụi; C - đất sét; O - đất hữu cơ); chữ cái sau mô tả đặc trƣng nén lún của đất (H - tính nén lún cao; L - tính nén lún thấp). - Đất có tính nén lún cao nếu có chỉ số dẻo WL>50%, kết hợp với các tên đất sẽ có 3 phụ nhóm: MH, CH, OH. - Đất có tính nén lún từ thấp đến trung bình nếu có chỉ số dẻo WL<50%, kết hợp với các tên đất sẽ có 3 phụ nhóm: ML, CL, OL. Nhóm đất CH, CL bao gồm các đất sét vô cơ, trong khi nhóm đất ML, MH bao gồm các đất bụi vô cơ và bụi sét, hoặc các loại đất hoàng thổ có trị số độ ẩm giới hạn nhão WL từ 25% đến 35%. Những đất hạt mịn nằm trên "đƣờng thẳng A" 9 (xem Hình 1.5) có chỉ số dẻo 4% - Xem thêm -