1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong các mục tiêu và giải pháp phục vụ phát triển kinh tế thì phát
triển năng lượng là một trong những nhu cầu thiết yếu phục vụ cho
ngành sản xuất và nhu cầu sinh hoạt cho toàn nhân loại. Ngày 21
tháng 7 năm 2011, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số
1208/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai
đoạn 2011 - 2020.
T nh Trà Vinh là một trong số những t nh được Trung
ng ưu ti n
đầu tư quy hoạch y dựng n ng th n mới iai đoạn năm 2011- 2015
t nh Trà Vinh c 17 ã thực hiện y dựng n ng th n mới nhưng cho
đến nay ch được 4 ã đạt ti u ch n ng th n mới, đa phần các ã
h ng đạt ti u ch n ng th n mới phần lớn là do mạng lưới giao th ng
n ng th n h ng đạt theo bộ ti u ch của n ng th n mới
Từ các vấn đề nêu trên, học viên quan tâm và thực hiện đề tài
“Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp vật liệu xỉ than - tro bay - xi măng
đắp nền và làm lớp móng kết cấu áo đƣờng”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
2.1. Mục tiêu tổng quát
Xác định quan hệ giữa các hàm lượng vật liệu trong hỗn hợp x
than - tro bay - i măng đến các ch ti u c lý của hỗn hợp.
Kiến nghị áp dụng để thay thế lớp đắp nền đường và làm lớp móng
kết cấu áo đường cho các công trình giao thông tại t nh Trà Vinh.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Sử dụng hỗn hợp để ứng dụng xử lý nền trong công trình xây
dựng trên nền đất yếu như: đường giao th ng n ng th n, th n đ , đập
công trình thủy lợi, gia cố móng nhà có tải trọng nhỏ, ...


- Kết quả nghiên cứu của đề tài c thể làm c sở tham khảo, phục
vụ công tác thiết kế, xây dựng các công trình.
- Kết quả nghiên cứu giúp cho chủ đầu tư c th m phư ng án so
sánh phư ng án ử lý, gia cố nền đường.


3
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG VẬT LIỆU
ĐẮP NỀN ĐƢỜNG VÀ LÀM MÓNG KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG
TẠI TRÀ VINH - CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ YÊU CẦU
1.1. T.1. RÀ VINH - CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ Yliệu đắp nền
đƣờng và làm tầng móng kết cấu áo đƣờng áp dụng tại Trà Vinh
1.1.1. Tình hình sử dụng vật liệu làm lớp đắp nền đường và lớp
móng đường tại Trà Vinh
Đồng bằng Sông Cửu Long cũng như ở t nh Trà Vinh nền đất chủ
yếu là các loại đất bùn và cát giồng, đá rất khan hiếm, cho nên xử lý
nền m ng đường rất cao. Việc xử lý tận dụng các nguồn vật liệu tại
địa phư ng để xây dựng nền móng công trình nói chung và xây dựng
nền m ng đường

t n i ri ng đã đặt cho các nhà khoa học. Yêu cầu

c bản đặt ra là xử lý nền m ng đảm bảo khả năng chịu tải để thay
thế các loại vật liệu truyền thống, vừa đảm bảo tính ổn định lâu dài
và đẩy mạnh phát triển hạ tầng giao thông của t nh góp phần thúc đẩy
phát triển kinh tế xã hội địa phư ng
1.1.2. Cấp phối thiên nhiên [11]
Vật liệu đắp nền đường không có quy chuẩn cấp phối đất thiên
nhiên. Vật liệu đắp nền đường phổ biến là đất lẫn đá, ngoài ra còn đất

CPĐD loại I – là cấm phối hạt mà tất cả các cở hạt được nghiền từ
đá nguy n hai
CPĐD loại II – là cấp phối hạt được nghiền từ đá nguy n hai
hoặc sỏi cuội
1.2. Các yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý đối với vật liệu đắp nền đƣờng
và làm tầng móng kết cấu áo đƣờng

1.2.1. Yêu cầu đối với vật liệu đắp nền đường trên nền đất yếu
- các thí nghiệm [12]


5
1. Kh ng được sử dụng trực tiếp các loại đất dưới đ y để đắp bất
cứ bộ phận nào của nền đường:
2 Kh ng 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
3. Vật liệu đắp nền phải có sức chịu tải CBR nhỏ nhất
4. Kích cỡ hạt lớn nhất của các hạt sỏi cuội, đá lẫn trong đất áp
dụng cho trường hợp đắp đất lẫn đá là 100mm hi đắp trong phạm vi
khu vực tác dụng của nền đường và là 150mm hi đắp phạm vi dưới
khu vực tác dụng.
6. Phân loại đất đắp nền đường (Bảng 1.4)
1.2.2. Yêu cầu đối với vật liệu làm tầng móng kết cấu áo
đường ôtô - các thí nghiệm (móng trên, móng dưới)
1. Yêu cầu về loại đá
2. Yêu cầu về thành phần hạt của vật liệu CPĐD [16]
3. Yêu cầu đối với vật liệu nền móng
1.3. Các lý thuyết tính toán ổn định , lún nền đƣờng theo tiêu


i


6
 Phƣơng pháp Bishop
T nh toán theo phư ng pháp Bishop thì hệ số ổn định Kj ứng với
một mặt trượt tròn trung tâm Oj được ác định theo công thức sau:
n

Kj 



Qi tg 
 mi  F (Y / R j )
i 

 c l  cos 
i 1



i i

n

 Q sin 
i 1


mãn điều kiện 1 4 6 dưới đ y

 ktt 

R
K

ktt

tt
ktt

(1.4.6)

cd

2. Xác định σktt
Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối
σktt được ác định theo biểu thức 1.4.7
(1.4.7)
 ktt   ktt. p. k b


7
3. Xác định trị số m đun đàn hồi yêu cầu Eyc
Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối được xác
định theo biểu thức 1.4.8
ktt
(1.4.8)
Rtt  k1. k 2 . k ktt

liệu xây dựng.
K và tƣơng lailà
Ở thời điểm hiện nay do tình trạng xâm thực xói mòn ven sông t nh
Trà Vinh nên cát ven sông trà Vinh cấm khai thác và các loại vật liệu
hác để xây dựng nền và m ng đường rất khan hiếm do vậy việc nghiên
cứu để tận dụng phế phẩm này vào làm vật liệu nền và m ng đường là
vấn đề đúng đắn và bức thiết nhằm tận dụng được x than, tro bay từ nhà
máy nhiệt điện Duyên Hải t nh Trà Vinh vào việc xây dựng đường giao
thông tại Trà Vinh. Nó góp phần giải quyết được nhiều vấn đề tồn đọng
là: chí phí, vật liệu, tiến độ thi công và kỹ thuật Đ y là các vấn đề quan
tâm nhất trong thiết kế đường ô tô hiện nay.
Chƣơng 2
XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ
CỦA HỖN HỢP XỈ THAN -TRO BAY - XI MĂNG
2.1. Phế phẩm xỉ than, tro bay tại nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải
2.1.1. Phế phẩm xỉ than (bottom ash)
Tro x là một trong số các chất thải rắn sinh ra trong quá trình đốt
than của các nhà máy nhiệt điện với hai thành phần tro bay và tro
đáy Tùy thuộc vào nguồn nhiên liệu (than đá, than n u…) và c ng
nghệ đốt (lò than phun, lò tầng s i…) mà hối lượng và thành phần
tro x khác nhau. Theo các tài liệu khoa học, trong quá trình đốt cháy
than để sản xuất điện, khoảng 15 ÷ 20% chất v c

h ng cháy và cả

lượng than chưa cháy hết bị dính vón thành các hạt lớn r i uống đáy
lò gọi là x than hay tro đáy và 80% ÷ 85% chất v c

h ng cháy


Tro bay, x than là các loại phụ gia hoạt tính nhân tạo, có chứa các
thành phần hoạt tính (SiO2 , Al2O3) có khả năng

ết hợp với

Ca(OH)2 (sản phẩm từ phản ứng thủy hóa của i măng và nước trong
hỗn hợp) Bởi vậy, ở dạng nghiền mịn, chúng có tính chất puzolan
hoặc tính chất thuỷ lực, nghĩa là hỗn hợp của chúng với i măng hoặc
các chất hoạt hoá tự cứng được trong m i trường nước ở nhiệt độ
bình thường.


11
2.3. Quy hoạch thực nghiệm
Thực hiện đầm chặt trong phòng thí nghiệm mẫu hỗn hợp vật liệu
x than, tro bay, i măng theo Ti u chuẩn áp dụng TCVN 4201:2012;
nhằm ác định độ ẩm tốt nhất opt ứng với dung trọng khô lớn nhất
dmax; Nghiên cứu từ tổng quan, đề nghị thí nghiệm cho 5 loại mẫu
hỗn hợp vật liệu gồm G2-48; G4-46; G4-36; G6-44 và G8-42.
2.4. Các chỉ tiêu cơ lý hỗn hợp Xỉ than - Tro bay - Xi măng tƣơng
ứng với các tỉ lệ khác nhau
2.4.1. Thí nghiệm thành phần hạt hỗn hợp
Bảng 2.7. Thành phần hạt hỗn hợp G2-48

Hình 2.5. Biểu đồ Cấp phối mẫu hỗn hợp vật liệu
2.4.2. Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn (TCVN 4201:2012)
Từ kết quả đầm chặt tiêu chuẩn (proctor cải tiến) cho thấy các
đường cong đầm chặt mẫu nghiên cứu thí nghiệm tiệm cận đường




Hình 2.9. Biểu đồ cường độ nén đơn trục mẫu hỗn hợp vật liệu
2.4.4. Thí nghiệm cường độ chịu kéo khi ép chẻ (Rch) (TCVN
8862:2011)
Bảng 2.10. Tổng hợp Cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ mẫu hỗn hợp
vật liệu
Cƣờng độ chịu nén khi ép chẻ Rch (Mpa)
TT ký hiệu mẫu
7 ngày 14 ngày 28 ngày 56 ngày 90 ngày
1
G2-48
0.051
0.081
0.108
0.133
0.152
2
G4-46
0.057
0.153
0.305
0.327
0.348
3
G4-36
0.154
0.262
0.300
0.307
0.322

Tuổi mẫu
G2-48 G4-46 G6-44 G8-42
o
o
o
o
1 Góc nội ma sát  (độ phút)
28
37 67’ 40 97’ 43 51’ 46 55’
2
28
1.382 2.055 2.536 2.842
Lưc d nh C(Mpa)
2.4.6. Thí nghiệm môđun đàn hồi (TCVN 9843:2013)
Dựa theo ti u chuẩn TCVN 9843:2013 ác định modul đàn hồi
của vật liệu gia cố chất kết d nh v c phục vụ cho công tác thiết kế
và kiểm tra chất lượng công trình thực tế với số lượng mẫu chế tạo là
75 tổ mẫu (định ở các tuổi 14 ngày, 28 ngày, 56 ngày, 90 ngày)
Bảng 2.12. Kết quả cƣờng độ môđun đàn hồi hỗn hợp vật liệu
Cƣờng độ môđun đàn hồi E (Mpa)
TT ký hiệu mẫu
7 ngày 14 ngày 28 ngày 56 ngày 90 ngày
1
G2-48
75.945 116.802 121.379 135.725 150.43
2
G4-46
92.009 203.661 297.130 326.460 335.45
3
G4-36

được thi công trên lớp móng cấp phối đá dăm đã được chuẩn bị
sẵn, lu lèn chặt. Lớp vật liệu thử nghiệm dự kiến rộng 2,5m; dài
3m, chiều dày 20 cm sau khi lu lèn chặt, Kr = 1,25 hỗn hợp hàm
lượng thí nghiệm 6% xi măng
Trình tự thi công thử nghiệm như sau:
 Kiểm tra lớp móng: độ chặt, đo E; chuẩn bị các thiết bị lu lèn
 Vận chuyển xỉ than - tro bay - xi măng tập kết đến hiện
trường
 Trộn hỗn hợp vật bằng máy trộn 250 lít, đạt độ ẩm tốt nhất +
2%;
 San rãi lu lèn
2.6. Đánh giá kết quả các tổ mẫu thử
Dưạ vào cấp độ bền thấp nhất đạt được của 1 trong 3 chỉ tiêu
để đề xuất cấp độ bền thấp nhất, tuy nhiên đối với mô đun đàn
hồi đề nghị châm chước sau 56 ngày trường hợp bắt buộc lấy cấp
độ bền 28 ngày, đề xuất cấp độ bền như bảng dưới đây.
Bảng 2.18. Bảng tổng hợp cấp độ bền
Hỗn hợp vật liệu

Cấp độ bền

2%XM+48% tro bay+50 x

-

4%XM+46% tro bay+50 x

III

6%XM+44% tro bay+50 x

thấm rất nhỏ, khả năng cách nước rất cao.


18
Chƣơng 3
VẬN DỤNG TÍNH TOÁN LỚP VẬT LIỆU
XỈ THAN - TRO BAY - XM ĐẮP NỀN VÀ LÀM
KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG
3.1. Tính toán kết cấu áo đƣờng tuyến đƣờng Nguyễn Đáng nối
Dài
3.1.1. Giới thiệu công trình
Căn cứ tài liệu tham khảo là gói thầu TV-PW-2.01 xây dựng
đường Nguyễn Đáng và đường vào Lia 01 thuộc dự án nâng cấp đ
thị vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long (MDR-UUP) - tiểu dự án Trà
Vinh. Theo qui trình thiết kế áo đường mềm 22 TCN 211-06, cũng
như em ét các yếu tố kinh tế kỹ thuật phù hợp vớ điều kiện khai
thác của dự án, cường độ mặt đường đối với kết cấu mặt đường của
tuyến đường Nguyễn Đán làm mới yêu cầu: Eyc ≥ 155Mpa.

Hình 3.1. Kết cấu áo đường tuyến đường Nguyễn Đán


19
3.1.2. Kiểm tra cường độ chung của kết cấu theo tiêu chuẩn của
độ võng đàn hồi thực tế tuyến đường Nguyễn Đáng nối dài
a. Xét đến hệ số điều chỉnh b = f(H/D)
b. Tính Ech của cả kết cấu: sử dụng công thức 3.5 - 22TCN 211-06
c. Điều kiện kiểm toán
3.1.3. Tính toán kết cấu áo đường sử dụng lớp vật liệu xỉ than tro bay - xi măng thay thế lớp cấp phối đá dăm loại II theo 22TCN
211-06

Hình 3.4. Sử dụng bài toán đối xứng trục cho mô hình này
1. Tạo lưới phần tử
2. Xác định điều kiện ban đầu
3. Kết quả tính toán theo từng trường hợp:
TRƢỜNG HỢP 1

Hình 3.11. Độ lún nền đường trên mô hình Plaxis 8.2 ở mặt cắt
theo thiết kế


21
TRƢỜNG HỢP 2

Hình 3.15. Độ lún nền đường trên mô hình Plaxis 8.2 khi thay
kết cấu áo đường (lớp cát đắp bằng hỗn hợp gia cố xỉ than - tro bay
- xi măng 2%)
TRƢỜNG HỢP 3

Hình 3.19. Độ lún nền đường trên mô hình Plaxis 8.2 khi thay kết
cấu áo đường (móng đường bằng hỗn hợp gia cố xỉ than – tro bay
– xi măng 6%)
- Khi thay thế lớp móng kết cấu áo đường thì trị số của độ lún
giảm đi, Ech lớp m ng đường hỗn hợp vật liệu x than - tro bay - xi
măng cao Ech thiết kế có thể giảm chiều dày lớp m ng để giảm khối
lượng vật liệu thi công kết cấu áo đường đạt hiệu quả về kinh tế.


22
- Việc thay thế hỗn hợp x than - tro bay - i măng trong việc làm
lớp móng kết cấu áo đường là hoàn toàn có thể.

được thử nghiệm

tại Quatest 2 các ch ti u h a đáp ứng được m i theo quy chuẩn việt
nam 07-2009.

- Nghi n cứu sự phối hợp giữa

than-tro bay- i măng tư ng

ứng các ch ti u: cường độ chịu nén, ép chẻ, sức chống cắt, CBR,
m đun đàn hồi… cho thấy hi hàm lượng i măng tăng dần l n sẽ
cho cường độ tăng l n ở ngưỡng 2-4% các ch ti u ép chẻ, sức chống
cắt, CBR, m đun đàn hồi tăng rất nhanh l n tới t lệ từ 4-6-8% các
ch ti u tăng chậm lại

- Với t lệ 4% i măng thì cường độ chịu nén, m đun đàn hồi
vượt qua ngưỡng c p I, II, III theo ti u chuẩn 1086-2011 Như vậy
với hàm lượng i măng 4-6% rất hợp lý đùng làm m ng ết cấu áo
đường cấp I, Cấp II

- Còn đối với nền đường y u cầu m đun đàn hồi nhỏ ch cần hàm
lượng i măng 2-4% th đáp ứng được nền đường
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận

- Thông qua nghiên cứu ta thấy vật liệu tro x được thử nghiệm
tại Quatest 2 các ch ti u h a đáp ứng được môi theo quy chuẩn việt
nam 07-2009.

- Nghiên cứu sự phối hợp giữa x than-tro bay- i măng tư ng

- Kết quả dự toán cho thấy hỗn hợp vật liệu x than, tro bay, xi
măng hiệu quả về inh tế, giảm giá thành

y dựng từ 45% so với

m ng đường sử dụng lớp m ng đá dăm truyền thống Đồng thời ử
nhiễm m i trường do tồn động

than tro bay tạo được vật liệu thay

thế đắp nền và lớp m ng ết áo đường
2. Kiến Nghị

- Cần thí nghiệm thêm tích lũy chất thải nguy hại vào môi trường
theo thời gian;

- Thi công thử nghiệm, quan trắc E, lún hiện trường theo thời
gian, đặt biệt trong điều kiện nền đất yếu, mực nước ngầm hoạt động
cao phổ biến tại Trà Vinh.