VNTEC Forum

Vietnam Transport Engineering Community Forum
It is currently Wed Apr 16, 2014 2:30 pm

All times are UTC + 7 hours






Post new topic Reply to topic  [ 1 post ] 
Author Message
 Post subject: Sử dụng cát thiên nhiên hạt mịn trong xây dựng nền đường
PostPosted: Tue Apr 26, 2011 4:33 pm 
Offline
Junior Member

Joined: Wed Apr 13, 2011 5:48 pm
Posts: 7
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CÁT THIÊN NHIÊN HẠT MỊN TRONG XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU Ở KHU VỰC PHÍA NAM


TS. Nguyễn Văn Hùng
ThS.Ngô Châu Phương
Trường ĐH Giao Thông Vận Tải


Tóm tắt: Việc xây dựng các công trình đường ôtô đắp trên đất yếu đòi hỏi một khối lượng lớn vật liệu đắp, đặc biệt là vật liệu cát. Trên cơ sở phân tích, tổng kết các kinh nghiệm, tiêu chuẩn của Việt Nam và của nước ngoài trong việc sử dụng cát hạt mịn xây dựng nền đường đắp và các số liệu thí nghiệm trong phòng, ngoài hiện trường, bước đầu bài báo đã đưa ra các cơ sở khoa học để xử dụng hiệu quả cát thiên nhiên hạt mịn đang được khai thác thác rộng rãi ở khu vưc phía Nam trong xây dựng nền đường đắp trên đất yếu

I. Đặt vấn đề:

Trong những năm gần đây, trên địa bàn TP.Hồ Chí Minh và các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long hàng loạt các công trình đã và đang được xây dựng như: đường Rừng Sác - Cần Giờ, đường cao tốc TP. Hồ Chí Minh - Trung Lương, đường Nam sông Hậu, tuyến N1, N2, tuyến Quản Lộ - Phụng Hiệp… đều được xây dựng trên đất yếu. Việc xử lý nền đất yếu thường dùng bằng các giải pháp như cọc cát, giếng cát, bấc thấm, thay thế đất yếu bằng vật liệu cát…, đòi hỏi khối lượng lớn cát hạt thô, hạt trung, dẫn đến nhu cầu về vật liệu cát rất lớn, chỉ riêng TP. Hồ Chí Minh đã cần trên 5 triệu m3/năm. Trong khi đó, do quá trình khai thác các loại cát nói trên tại sông Đồng Nai và các vùng phụ cận không được kiểm soát chặt chẽ, ảnh hưởng lớn tới môi trường, nên đã bị hạn chế hoặc buộc phải ngừng khai thác, một số công trình đã phải mua cát từ Campuchia. Mặt khác theo “quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu - Tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN 262-2000” thì các mỏ cát ở đồng bằng sông Cửu Long lại không đủ điều kiện làm giếng cát, cọc cát, đệm cát thoát nước (đa số là cá hạt mịn với trữ lượng lớn). Đối với cát đắp nền đường thì tiêu chuẩn sử dụng, thi công, nghiệm thu chưa đầy đủ và đồng bộ, nên gây khó khăn cho việc xây dựng các công trình nền đường đắp trên đất yếu, đặc biệt tại các tỉnh khu vực phía Nam.

Để giải quyết vấn đề khan hiếm nguồn vật liệu cát hạt lớn, hạt trung và đưa ra cơ sở khoa học, tạo điều kiện cho việc triển khai sử dụng vật liệu cát hạt mịn thiên nhiên trong công tác xây dựng nền đường đắp, chúng tôi đã tiến hành khảo sát một số mỏ cát có trữ lượng lớn ở TP.Hồ Chí Minh, các tỉnh Tây Nam bộ, đối chiếu với các tiêu chuẩn – kinh nghiệm sử dụng cát đắp nền đường ở trong và ngoài nước, kết hợp với các nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm hiện trường trên tuyến Rừng Sác – Cần Giờ - TP.Hồ Chí Minh, cho một số kết quả sau:

II. Phân tích, đáng giá các chỉ tiêu cơ lý của cát hạt mịn đã và đang được sử dụng ở khu vực phía Nam

II.1. Kết quả thu thập, khảo sát các chỉ tiêu cơ lý của cát hạt mịnh đã và đang được sử dụng rộng rãi ở khu vực phía Nam

Trên cơ sở các số liệu thu thập, điều tra lấy mẫu và thực nghiệm vật liệu cát tại nguôn cát chủ yếu được khai thác từ các sông rạch TP.Hồ Chí Minh, Vĩnh Long, Trà Vinh, Bến Tre (đây là loại vât liệu cát đã và đang được sử dụng phổ biến tại TP.HCM và các tỉnh phía Nam), đã có kết quả ở bảng 1,2:

Image


Image


II.2. Đánh giá kết quả khả năng sử dụng cát hạt mịn làm giếng cát, đệm cát thoát nước.

Trên cơ sở kết quả điều tra, thu thập và thí nghiệm trong phòng do nhóm tác giả nghiên cứu thực hiện, cho thấy khả năng sử dụng cát hạt mịn đang được khai thác để làm lớp đệm cát, giếng cát thoát nước như sau:

1. Đối chiếu với các tiêu chuẩn trong nước:

Các nguồn cát đang được khai thác và sử dụng tại TP.HCM, Vĩnh Long và các nguồn cát tiềm năng khác như Bến Tre, Trà Vinh, Tiền Giang, Đồng Tháp chủ yếu là cát hạt mịn không đáp ứng tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam(bảng 3) để làm vật liệu đệm cát, giếng cát thoát nước trong xây dựng nền đường ô tô đắp trên đất yếu theo tiêu chuẩn hiện hành 22 TCN 262-2000, 22TCN 244-98“ Quy trình thiết kế xử lý đất yếu bằng bấc thấm trong xây dựng nền đường”, 22TCN 248-98 “Vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đắp trên đất yếu – tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu”. Tuy nhiên, đây là những nguồn cát có trữ lượng lớn, giá thành thấp, cần thiết nghiên cứu để tận dụng nguồn cát này.

2. Đối chiếu với các tiêu chuẩn nước ngoài:

Để sử dụng làm tầng đệm cát chứa nước, thoát nước:

Theo tiêu chuẩn các nước Nga, Trung Quốc, Nhật Bản thì cát hạt mịn đang được khai thác không đáp ứng yêu cầu làm tầng đệm cát thoát nước. Theo kinh nghiệm của Liên Xô cũ, ở độ chặt K ≥ 0.95hay K ≥0.98 thì với hệ số thấm của cát hạt mịn đang được khai thác ở phía Nam ≥ 3,0 m/ng.đêm có thể dùng làm tầng đệm cát thoát nước khi chiều rộng đáy nền đường B ≤ 17m. Để sử dụng kết quả nghiên cứu và tận dụng nguồn vật liệu cát đang được khai thác làm tầng đệm cát thoát nước cần phải tiến hành thêm thực nghiệm hiện trường.

Ngoài chức năng làm vật liệu của tầng đệm cát thoát nước, cát còn được sử dụng làm tầng đệm cát trữ nước. Theo kinh nghiệm của Liên Xô cũ, nền thiết kế đảm bảo độ ẩm tương đối của tầng đệm cát không vượt quá 65-70% thì sẽ tạo chế độ thuỷ nhiệt thoả mãn yêu cầu cường độ cà độ ổn định chung của cả kết cấu nền – mặt đường. Cát làm tầng đệm chứa nước có thể dùng các loại có chỉ tiêu cơ lý yêu cầu thấp hơn so với cát hạt lớn, hạt trung và chỉ cần đảm bảo hệ số thấm ≥ 2m/ng.đêm trong điều kiện Kyc ≥ 1,0 (: hệ số đầm nén yêu cầu theo phương pháp đầm nén tiêu chuẩn).

Kinh nghiệm xây dựng và khai thác đường của CHLB Đức, Canada cũng cho thấy sử dụng giải pháp dùng tầng đệm cát chứa nước trực tiếp dưới tầng móng của mặt đường để làm khô nền đường và phần trên của mặt đường rất hiệu quả, làm giảm giá thành xây dựng nền mặt đường, nâng cao cường độ và độ ổn định của kết cấu mặt đường. Như vậy, cát mịn đang được khai thác ở khu vực phía Nam đáp ứng tốt yêu cầu làm tầng đệm cát chứa nước của nền đường khi đắp trên đất yếu.

Để sử dụng làm giếng cát thoát nước:

Từ các số liệu ở bảng 3, cho thấy theo các tiêu chuẩn JHC (Nhật Bản), JTJ -017- 96 (Trung Quốc), ґoct 25100-95 (Nga), thì cát hạt mịn đang được khai thác ở khu vực phía Nam không đạt yêu cầu làm giếng cát thoát nước.

Ngoài ra, thực tế cho thấy hệ số Cu và Cc là để đánh giá tính cấp phối của cát và phân loại cát, nếu cát có tính cấp phối càng tốt thì hệ số thấm càng nhỏ. Vì vậy việc yêu cầu tính cấp phối tốt nhất (Cu>6, 1<Cc<3 theo TCN 262-2000) đồng thời đạt được tính thấm tốt là rất khó (các mẫu cát lấy tại ba miền Bắc, Trung, Nam hiện nay đều khó đạt được đồng thời các chỉ tiêu này). Nếu chỉ sử dụng cát làm tầng đệm thoát nước thì hệ số thấm là quan trọng hơn cả. Điều này hoàn toàn phù hợp với hướng dẫn thiết kế của Hiệp hội đường bộ Nhật Bản (JRA Japanesse Road Asociation). Tổ chức đường bộ Nhật Bản (JHC – Japanesse Highway cooperation) và tiêu chuẩn thiết kế và thi công đường cao tốc đắp trên đất yếu của Trung Quốc JTJ – 017 – 96 đều không quy đinh 2 chỉ tiêu này. Chính vì vậy kiến nghị không nên yêu cầu 2 chỉ tiêu này khi thi công và nghiệm thu lớp cát làm tầng đệm cát thoát nước.

Khi sử dụng cát làm lớp đệm cát thoát nước thuần tuý, kiến nghị chỉ nên quan tâm đến các hệ số thấm như các tiêu chuẩn của Nga đã quy định, tuỳ thuộc vào các thong số thiết kế của nền đắp: bề rộng nền đắp, chiều cao đắp (chiều dài hành trình thấm), tốc độ lún của nền đắp, giải pháp thoát nước… mà còn các yêu cầu cụ thể với lớp cát đắp, điều này sẽ cho phép tận dụng nguồn cát hạt mịn sẵn có, khắc phục tình trạng khan hiếm cát hạt lớn, hạt trung, giảm giá thành xây dựng công trình.

III.3. Sử dụng vật liệu cát hạt mịn làm vật liệu đắp nền đường và làm vật liệu thay thế lớp đất yếu:

a. Các phân tích và đánh giá trên cơ sở các tiêu chuẩn của Việt Nam và nước ngoài về yêu cầu với vật liệu xây dựng nền đường đắp:

Theo tiêu chuẩn và yêu cầu kỹ thuật của Việt Nam: yêu cầu về vật liệu đắp (tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054-2005 và tiêu chuẩn ngành thiết kế áo đường mềm 22TCN 211-06) thì cát hạt mịn hoàn toàn đáp ứng làm vật liệu đắp nền đường và thay thế các lớp đất yếu.)

Đối chiếu với các tiêu chuẩn vật liệu nền đắp nền đường và kinh nghiệm của Nga, Mỹ (M145-91 - 1995) thì cát đang được khai thác ở khu vực phía Nam thuộc loại vật liệu tốt để đắp nền đường, để khắc phục cường độ bản thân vật liệu cát thấp thì có thể kết hợp dùng vải địa kỹ thuật để gia cường hoặc phối hợp với các giải pháp khác.

Theo tiêu chuẩn của Mỹ M145-91(1995) thì cát hạt mịn thiên nhiên đang được khai thác hoàn toàn có thể sử dụng làm vật liệu đắp nền đường, tuỳ thuộc vào chỉ số nhóm và vật liệu có chất lượng khác nhau.
Gl = (F200-35)[ 0,2+0,005(LL-40)]+0,01(F200-15)(Pl-10) (1)


Trong đó: Gl là chỉ số nhỏm ; F 200 :% lọt sang 0,075; L: giới hạn chảy; Pl: giới hạn dẻo.

Theo phường trình (1) chỉ số nhóm Gl được tính với các thông số sau: F200= 9,5-14,7%, Pl = 0
Thay số Gl = 0,03-0,55

Theo tiêu chuẩn M145-91(1995) với Gl = 0,03-0,55 cát hạt mịn đang được khai thác ở khu vực phía Nam dụng để đắp nền đường có chất lượng tốt.

Các kết quả thực nghiệm của AASHTO trong điều kiện đầm nén vật liệu hạt theo phương pháp Proctor tiêu chuẩn đối với hỗn hợp cát hạt mịn thiên nhiên cho thấy, tỷ lệ % hạt mịn tốt nhất là 23-25%, với cát hạt lớn là 13-15%; tương ứng với các tỷ lệ hạt mịn tốt nhất này thì trị số CBR lớn nhất của cát hạt mịn là 8-10%, cát hạt lớn là 20-22%. Các kết quả này hoàn toàn phù hợp với các kết quả thí nghiệm của nhóm tác giả. Đây chính là cơ sở khoa học để khống chế tỷ lệ hạt mịn trong thành phần cấp phối hạt của hỗn hợp vật liệu khi sử dụng cát hạt mịn thay thế cát hạt trung, hạt lớn để đạt được môđun đàn hồi nền đườn cần thiết.

Image


Ghi chú: D30 – kính cỡ hạt mà lượng chứa hạt nhỏ hơn nó chiếm 30%; D¬10 – kích thước đường kính mà hàm lượng chứa các cỡ nhỏ hơn nó chiếm 10%; Cu : hệ số đồng nhất của vật liệu; D85, D15 : đương kính cỡ hạt mà lượng chứ cỡ hạt nhỏ hơn nó chiếm 85%, 15% được xác định theo đường cong cấp phối của vật liệu.
    + Tiêu chuẩn TCN 22TCN 244-98, 22TCN248-98 (Việt Nam) quy định cho vật liệu cát làm cát tầng đệm cát thoát nước;
    + Tiêu chuẩn TCN 262-2000 (Việt Nam) quy định cho vật liệu cát làm giếng cát và đệm cát thoát nước;
    + Tiêu chuẩn JHC(Nhật Bản) quy định cho vật liệu cát làm giếng cát;
    + Tiêu chuẩn JIJ 017-96 (Trung Quốc) quy định yêu cầu về vật liệu cát với giếng cát, đối với lớp đệm cát thoát nước chỉ yêu cầu là cát hạt trung, hạt lớn, hàm lượng bùn hữu cơ không quá 5%;
    + Tiêu chuẩn ΓOCT 25100-95 (Nga) quy định cho trường hợp vật liệu làm giếng cát ,đối với lớp đệm cát thoát nước chỉ yêu cầu hệ số thấm K>6,94.103 cm/s( 3m/ngày đêm).

Khi sử dụng lớp cát hạt mịn để đắp nền đường có xét đến khả năng chị lực của lớp vật liệu này thì tỷ lệ % hạt mịn với kính thước hạt <0,075 mm phải nhỏ hơn 25%.

Để giảm áp lực về nhu cầu sử dụng cát hạt trung, hạt lớn và phù hợp với các chỉ tiêu cơ lý của cát đang được khai thác, nguồn cát chưa được khai thác ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long, miền Bắc, miền Trung; phù hợp với tiêu chuẩn M145-91(1995), kiến nghị cát để đắp nền đường chỉ quy định về chỉ tiêu thành phần hạt như sau: Cỡ hạt nhỏ hơn 0,075 mm tối đa 25%; Khối lượng thể tích xốp>1,2T/m3.

b. Các phân tích và đánh giá khi sử dụng cát hạt mịn làm vật liệu đắp trên nều đường trên cơ sở kết quả thử nghiệm ngoài hiện trường:

Để có cơ sở khoa học đánh giá việc sử dụng cát hạt mịn đang được khai thác ở khu vực phía Nam làm vật liệu đắp nền đường, chúng ta xem xét kết quả thử nghiệm trên một tuyến đường đang được thi công có sử dụng vật liệu cát từ các nguồn trên đoạn thử nghiệm dài 500m trên tuyến đường Rừng Sác – Cần Giờ:
    - Lý trình tuyến thử nghiệm: Km19+881 – Km20+281
    - Bề rộng tuyến: Bề rộng mặt đường chiếm 31,58, nền đường 41,22m, trong đó đường hiện hữu chiếm bề rộng mặt đường 6m, nền đường 8m.
    - Quy mô nền đắp: Vét bỏ phần đất yếu dày 50cm, trải vải địa ký thuật. Yêu cầu kỹ thuật của các lớp từ trên xuống dưới như sau:
      + Lớp 50cm trên cùng lu lèn độ chặt K ≥ 0,98, môđun yêu cầu 300daN/cm3, CBR ≥ 7.
      + Lớp tiếp theo dày 30cm độ chặt yêu cầu K ≥ 0,95
      + Lớp tiếp theo dày 50cm độ chặt yêu cầu K ≥ 0,90

    - Tiến hành thí nghiệm tại hiện trường các chỉ tiêu:
      + Độ chặt: 11 mặt cắt x05 điểm x 3 lớp= 165 điểm đo theo tiêu chuẩn AASHTO T204
      + Modun đàn hồi: chỉ đo cho lớp K ≥ 0,98 theo 22TCN 211-06
      + CBR hiện trường: 30 mẫu ( phân bố đều trên từng lớp) theo ASTM D4429 - 84

Image


Nhận xét:

Theo nguyên tắc thiết kế nền đường TCVN 4054-05 và tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm 22 TCN 211-06 có thể đưa ra những đánh giá đối với kết quả thi công thí điểm trên đoạn thử nghiệm công trình đường Rừng Sác - Cần Giờ như sau:
    + CBR ở 30cm trên cùng ≥ 8, đạt yêu cầu làm đường cấp I.
    + Trị số mô đun đàn hồi của nền đường đo đạc tại hiện trường là tin cậy, phù hợp với phương trình tương quan giữa mô đun đàn hồi đất nền và trỉ số CBR đo được theo tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm 22 TCN 211-06 : Eo =4.68.CBR+12,48 (MPa).
    + Độ chặt của lớp cát trên cùng đạt k ≥ 0,98 do đó độ chặt nền đường đạt yêu cầu với đương cấp I-IV.
    Đối chiếu với các yêu cầu như hồ sơ thiết kế và các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam quy định thì cát hạt mịn đạt yêu cầu để đắp nền đường.

3. Kết luận:

Qua các số liệu điều tra, thu thập và thí nghiệm trong phòng, trên đoạn thử nghiệm và phân tích các tiêu chuẩn, kinh nghiệm xây dựng đường ôtô của trong nước, ngoài nước có thể khẳng định:

Cát hạt mịn đang được khai thác và sử dụng tại TP.Hồ Chí Minh, Vĩnh Long và các nguồn cát tiềm năng (Bến Tre, Trà Vinh, Tiền Giang, Nhà Bè…) hoàn toàn có thể sử dụng làm vật liệu trong cong tác xây dựng nền đường với vai trò như sau:

    + Có thể sử dụng cát hạt mịn thiên nhiên làm vật liệu đắp trong xây dựng nền đường. Tuỳ thuộc vào trị số mô đun đàn hồi của cát hạt mịn, các thông số của nền đất yếu, chiều cao lớp cát cần đắp, cấp hạng kỹ thuật của đường và mục đích sử dụng mà có giải pháp sử dụng cát hạt mịn hợp lý. Khi mô đun đàn hồi cửa cát hạt mịn thấp ( < 450 daN/cm2) thì việc chỉ sử dụng cát hạt mịn làm vật liệu đắp để đạt trị số mô đun đàn hồi nền đường yêu cầu (thông thường Enen > 400daN/cm2) là không hiệu quả vì khi đó chiều dầy dầy lớp cát đắp sẽ rất lớn, phải kết hợp các giải pháp khác như làm lớp đấy áo đường bằng cát hạt mịn gia cố xi măng hoặc làm bằng lớp cấp phối thiên nhiên…;

    + Ngoài chức năng làm vật liệu đắp nền đường, cát hạt mịn đang được khai thác ở phía Nam có thể dùng làm tầng đệm cát chứa nước hoặc tầng đệm cát thoát nước – điều này phụ thộc vào chiều dài hành trình thấm, tốc độ lún của nền đắp và hệ số thấm của cát hạt mịn (cần tiến hành thực nghiệm hiện trường trước khi áp dựng đại trà). Kiến nghị Bộ GTVT không nên đưa them yêu cầu về hệ số Cu, Cc của vật liệu khi sử dụng cát làm tầng đệm cát thoát nước, giếng cát thoát nước như trong tiêu chuẩn 22TCN262-2000 hiện nay.


Top
 Profile  
 
Display posts from previous:  Sort by  
Post new topic Reply to topic  [ 1 post ] 

All times are UTC + 7 hours


Who is online

Users browsing this forum: Google [Bot] and 2 guests


You cannot post new topics in this forum
You cannot reply to topics in this forum
You cannot edit your posts in this forum
You cannot delete your posts in this forum
You cannot post attachments in this forum

Jump to:  
cron
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group