Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sử dụng đất đá thải từ các mỏ than 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 công trình giao thông
Mã số : 9.58.02.05
Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô và đường thành phố

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2019


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Giao thông Vận tải

Người hường dẫn khoa học:
1. PGS.TS. nguyễn Hữu Trí
Viện khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải
2. GS.TS. Phạm Huy Khang
Trường Đại học Giao thông Vận tải.

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại
Trường Đại học Giao thông Vận tải vào hồi giờ

ngày

2019.

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc Gia Việt Nam
- Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải

tháng

năm


CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
1.

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 tại các mỏ than ở Cẩm
Phả - Quảng Ninh và khả năng sử dụng chúng trong Xây dựng đường ô tô”, Tạp
chí Giao thông vận tải, (9), tr.45-48.
2.

Ths.NCS. Đỗ Văn Thái, (2018), “Nghiên cứu đánh giá hiện tượng nứt trên

mặt lớp móng đường sử dụng cấp phối đất đá thải mỏ than Quảng Ninh gia cố xi
măng và giải pháp khắc phục”, Tạp chí Giao thông vận tải.(4), tr.83-86.

3.

Ths.NCS. Đỗ Văn Thái, PGS.TS Nguyễn Hữu Trí, GS.TS. Phạm Huy

Khang (2018), “Kết quả thử nghiệm đất đá thải mỏ than Quảng Ninh gia cố xi
măng làm móng mặt đường ô tô”, Tạp chí Giao thông vận tải.(9), tr.41-44.


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề nghiên cứu
Để khai thác và tuyển chọn được 1m3 than sạch thông thường ở Quảng Ninh
phải bóc bỏ đổ đi từ 8 đến 12m3 đất đá thải. Trữ lượng đất đá đổ thải tiềm tích
khai thác than ở khu vực Quảng Ninh tính đến hết năm 2012 đã vào khoảng 3,7
tỷ m3 và dự tính trong giai đoạn 2013 - 2020 tiếp tục gia tăng khoảng 1,9 tỷ m3.
Đường vào các bãi thải mưa thì lầy, nắng thì bụi, gây nên tình trạng ô nhiễm
môi trường đến mức báo động, hiện tượng sụt lở núi đất đá thải luôn rình rập,
vùi lấp công trình và gây tai họa cho con người.
Tập đoàn than Khoáng sản Việt Nam đã quy hoạch các bãi đổ thải để tập trung
thu gom về một mối. Tình trạng ô nhiễm môi trường đã có phần được cải thiện,
tuy nhiên vẫn chưa khả thi trong việc ngăn chặn hệ lụy từ các bãi đổ thải hình
thành từ khai thác than lộ thiên tại Quảng Ninh.
Xuất phát từ thực tế đó, NCS đã đề xuất và thực hiện thành công đề tài nghiên
cứu với tên luận án: “Nghiên cứu sử dụng đất đá thải từ các mỏ than khu vực
Cẩm Phả, Quảng Ninh làm đường ô tô”
2. Mục đích nghiên cứu
Trên cơ sở 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.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: đất, đá thải các mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh
gia cố với xi măng hoặc không gia cố sử dụng làm lớp vật liệu trong kết cấu mặt
đường ô tô, mặt đường GTNT.
Phạm vi nghiên cứu: hiện trường bãi thải Đông Cao Sơn (ĐCS) khu vực Cẩm
Phả, Quảng Ninh; thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý kỹ thuật đất đá thải mỏ
than không gia cố và có gia cố với xi măng; thử nghiệm tại hiện trường sử dụng
vật liệu đất đá thải làm mặt đường ô tô.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
4.1 Ý nghĩa khoa học:
Làm rõ được cơ sở khoa học, hiệu quả gia cố xi măng đối với 02 loại cấp phối
đề xuất (A-ĐCS và AB-ĐCS).
Bổ xung, hoàn thiện công nghệ thi công và kiểm soát chất lượng lớp vật liệu cấp
phối AB-ĐCS gia cố xi măng trong xây dựng kết cấu mặt đường ô tô.
Phân tích và đề xuất áp dụng một số kết cấu mặt đường ô tô điển hình sử dụng
đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh.
4.2 Ý nghĩa thực tiễn:


2

Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ
môi trường và tận dụng vật liệu địa phương trong xây dựng đường ô tô.
Hoàn thiện dây chuyền công nghệ từ gia công sản xuất vật liệu đến trộn hỗn hợp
gia cố, san, rải, đầm lèn và kiểm soát chất lượng, chế độ bảo dưỡng, hạn chế nứt
lớp cấp phối đất, đá thải gia cố xi măng trong xây dựng mặt đường ô tô.
Xây dựng thành công một đoạn đường thử nghiệm có kết cấu áo đường bằng lớp
đất đá thải mỏ than Quảng Ninh.
Đề xuất cấu tạo một số kết cấu áo đường điển hình có sử dụng đất đá thải mỏ
than, phạm vi áp dụng trong xây dựng đường ô tô và đường GTNT.

5. Cấu trúc của luận án: Luận án gồm phần mở đầu; 4 chương chính; Phần kết
luận, kiến nghị - hướng nghiên cứu tiếp theo; Danh mục tài liệu tham khảo và
phụ lục.
Chương 1. TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG
ĐẤT, ĐÁ THẢI MỎ THAN TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ
1.1 Tổng quan về đất, đá thải từ các mỏ khai thác than
1.1.1 Khai thác than và đất đá thải từ các mỏ than trên thế giới
Khai thác than tác động đến vấn đề môi trường nghiêm trọng, bao gồm hiện
tượng xói mòn, sụt sạt đất đá do mưa lũ, gây mất cân bằng sinh học, ô nhiễm
môi trường (không khí, nước, đất) cũng như chiếm dụng diện tích đất chứa cho
bãi đổ thải.
Những công ty, tập đoàn khai mỏ trên thế giới đều tuân thủ những quy định của
chính phủ về môi trường và phải phục hồi nguyên trạng môi sinh, khắc phục một
số tác động đến môi trường do khai thác khoáng sản gây ra, trong đó có khai
thác than.
1.1.2 Khai thác than và thực trạng đất, đá thải từ các mỏ than ở Quảng
Ninh
Dự tính trong giai đoạn 2013 - 2020, khối lượng đất, đá thải từ các mỏ than ở
Quảng Ninh tiếp tục gia tăng lên mức khoảng 1,9 tỷ m3.
Hiện tại, bãi thải lớn nhất vùng than Cẩm Phả, Quảng Ninh là bãi thải Đông Cao
Sơn (ĐCS) có dung tích 295 triệu m3. Riêng trong giai đoạn 2011 - 2015, khối
lượng đất đá thải ở bãi thải Đông Cao Sơn đã là 509,8 triệu m3, chiếm gần 83%
tổng khối lượng đất đá thải của toàn vùng Cẩm Phả.
1.1.3 Quy mô và thực trạng bãi đổ thải Đông Cao Sơn, Cẩm Phả, Quảng
Ninh
Theo thiết kế do Liên Xô lập năm 1980 với tổng diện tích là 280 ha, mức cao đổ
thải cao nhất ở độ cao +255m, dung tích bãi thải là 359,1 triệu m3 và chỉ phục
vụ cho việc đổ thải của mỏ Cao Sơn. Hiện nay bãi thải ĐCS (Hình 1.4) được

3

quy hoạch đổ thải cho cả các mỏ than lân cận.
Các xe vận chuyển siêu trường, siêu
trọng liên tục nối đuôi nhau ra vào đổ
thải. Đất đá thải thu gom chất thành
núi cao, trung bình từ 60m đến 150m,
có nơi rất cao thậm chí cao đến 250m
so với mặt nước biển.

Hình 1.4: Mặt bằng theo quy hoạch
bãi thải Đông Cao Sơn
Đất, đá thải mỏ than tập kết trên bãi thải Đông Cao Sơn được hình thành từ việc
nổ mìn phá đá bóc đi tầng phủ nguyên sinh phía trên đến giáp miền cận quặng
(bể than). Đá thải ở đây có cường độ thấp, độ bền cơ học không cao và lẫn trong
đó một lượng nhỏ đất từ bề mặt của 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 rồi đến các loại đá cục và đá tảng.

Hình 1.5: Thực trạng đất, đá thải tại bãi thải Đông Cao Sơn
1.2 Tổng quan về sử dụng đất đá thải trong xây dựng đường ô tô
1.2.1 Những kết quả nghiên cứu và chỉ dẫn kỹ thuật ở nước ngoài
Có rất nhiều nước trên thế giới sử dụng đất đá thải và có ban hành tiêu chuẩn kỹ
thuật liên quan đến vật liệu đá, đá thải, đá lẫn đất để xây dựng đập và nền đường
trong đó:
- Chỉ dẫn kỹ thuật cho đường ô tô - Xây dựng nền đường đắp của Nam Phi,
1982.
- Chỉ dẫn kỹ thuật của Mỹ.
- Chỉ dẫn kỹ thuật của Sở GTVT bang Washington, Mỹ.
- Yêu cầu kỹ thuật đối với đất, đá thải đắp nền đường của Vương quốc Anh.

- Chỉ dẫn sử dụng đá thải đắp nền đường tại Úc.
1.2.2 Những kết quả nghiên cứu bước đầu và chỉ dẫn kỹ thuật ở Việt Nam
Ở nước ta, nguồn đất, đá thải từ việc khai thác mỏ, sản xuất đá,… và chất thải
rắn trong quá trình phá dỡ hoặc xây dựng công trình hiện nay rất lớn. Những kết
quả nghiên cứu sử dụng phế thải này trong xây dựng đường ô tô còn hạn chế đặc


4

biệt về thử nghiệm và kiểm chứng, đánh giá.
1.2.2.1 Các tiêu chuẩn xây dựng nền đường ô tô có liên quan đến đất, đá thải
- Giai đoạn trước năm 2005 có một số công trình đường ô tô ở địa phương có
sử dụng đất, đá thải chỉ mang tính tự phát và phi tiêu chuẩn.

Hình 1.9: Mặt đường sử dụng đá lát nhiều kích cỡ và đá xô bồ
- Giai đoạn sau năm 2005 trở lại đây đã có những quy định kỹ thuật trong xây
dựng nền đường ô tô có liên quan đến đất, đá thải như sau:
TCVN4054;TCN211-06;TCVN9436;TCN333-06.
- Vấn đề nghiên cứu và thử nghiệm gần đây
a/ Thử nghiệm: Việc xây dựng nền đường bằng đá thải chưa có trong tiêu chuẩn
nên Bộ GTVT cho làm thử để nghiên cứu, rút kinh nghiệm trên một số tuyến
đường như Cao tốc Hà Nội – Lào Cai, Tuyến đường Lê Công Thanh – Phủ Lý –
Hà Nam.

Hình 1.11: Đắp nền đường bằng đá thải Gói thầu A8
Cao tốc Hà Nội – Lào Cai

Hình 1.12: Đắp nền đường bằng đá thải
Quốc lộ 1A, đoạn Phủ Lý - Cầu Đoan Vĩ
b/ Một số đề tài nghiên cứu

1. Đề án “Xử lý, tái sử dụng chất thải rắn trong xây dựng công trình giao thông
đường bộ” Mã số: MT 103005, Viện KHCN GTVT.
2. Đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu đắp đá và đắp đá lẫn đất trong thi công xây dựng
nền, mặt đường tại Việt Nam” Mã số: 124002 – Viện KHCN GTVT.


5

3. Nghiên cứu thực nghiệm đất đá thải ở bãi thải Nam Khe Tam – Luận văn cao
học – Vũ Vinh, 2013.
4. Dự thảo Tiêu chuẩn cơ sở “Nghiên cứu đắp đá và đắp đá lẫn đất trong thi
công xây dựng nền, mặt đường tại Việt Nam”, 2018, Viện KHCN GTVT
2- Các Tiêu chuẩn xây dựng móng đường ô tô 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 và đề xuất nội dung nghiên cứu
- Nước ngoài: khuyến khích sử dụng để san lấp mặt bằng, đắp nền đường ô tô
với kích cỡ mở rộng tới 500 mm. Đồng thời, nguồn vật liệu đất, đá thải từ các
mỏ than có thể dùng để sản xuất cấp phối đá dăm dùng trong xây dựng móng
đường ô tô.
- Trong nước: có Đề án, Dự án nghiên cứu về đất, đá thải trong khai thác than ở
Quảng Ninh nhưng chủ yếu tập trung vào việc quy hoạch mặt bằng; Đề tài
nghiên cứu về khoáng hóa của đất, đá thải; về thổ nhưỡng; về sản xuất vật liệu
như gạch, ngói trong xây dựng; san lấp mặt bằng, làm đường tạm, dân sinh; sản
xuất cát nhân tạo.
1.3.3 Phân tích và đề xuất nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thử nghiệm trong phòng về cấp phối đất, đá thải
đã đề xuất gia cố xi măng; lựa chọn tỷ lệ chất kết dính hợp lý; phân tích đánh giá
hiệu quả gia cố và xác định các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp gia cố xi măng dùng

trong tính toán thiết kế thử nghiệm hiện trường.
Xây dựng đoạn đường thử nghiệm sử dụng đất đá thải mỏ than trong kết cấu áo
đường; Đề xuất một số kết cấu điển hình; đề xuất công nghệ sản xuất vật liệu
cấp phối; hoàn thiện công nghệ thi công lớp cấp phối đất đá thải gia cố xi măng.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết, phân tích cơ sở khoa học về sử dụng vật liệu trong xây
dựng mặt đường ô tô. Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng, thử nghiệm ngoài
hiện trường. Sử dụng phương pháp tổng hợp, thống kê trong thiết kế thực
nghiệm, xử lý kết quả 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 cơ sở khoa học sử dụng vật liệu đất, đá gia cố chất kết dính
vô cơ trong xây dựng mặt đường ô tô


6

2.1.1 Khái niệm chung về gia cố vật liệu
Quá trình tác động vật lý và cơ học do nghiền nhỏ cốt liệu, trộn và đầm nén để
tạo khả năng tiếp xúc chặt chẽ giữa các hạt đất, đá cũng như các chất trộn thêm
vào. Tính chất cơ lý và độ chặt được cải thiện, làm tăng khả năng ổn định với
nước và hạn chế những tác động có hại trong môi trường. Tuy nhiên hiệu quả
gia cố cao chỉ đạt được với điều kiện chọn đúng chất liên kết và tỉ lệ sử dụng
phù hợp với nhóm đất hay nhóm vật liệu hạt cần gia cố. Đồng thời chất liên kết
phải được phân bố đồng đều kết hợp đầm nén đảm bảo.
2.1.2. Sự hình thành cường độ của đất gia cố chất kết dính vô cơ
Đất gia cố chất kết dính vô cơ là hình thức trộn đều đất với chất kết dính vô cơ
và nước theo một tỷ lệ nhất định trong thiết bị hoặc ở hiện trường; sau đó rải và

lu lèn đến độ chặt yêu cầu tạo thành các lớp vật liệu móng, mặt đường. Cường
độ của đất gia cố sẽ tăng theo thời gian để đạt được cường độ thiết kế yêu cầu
tùy thuộc vào loại chất liên kết sử dụng.
Sự hình thành cường độ và tính ổn định nước của hỗn hợp vật liệu hạt gia cố
chất liên kế vô cơ phụ thuộc nhiều vào thành phần khoáng của vật liệu hạt,
phương pháp gia cố, các phản ứng xảy ra tại bề mặt tiếp xúc giữa các chất kết
dính với vật liệu khoáng và quá trình trao đổi ion giữa chúng.
2.1.3 Sự hình thành cường độ của các lớp vật liệu gia cố xi măng
Trong giai đoạn đầu xi măng trộn trong đất được thủy hóa nhờ nước trong hỗn
hợp sẽ tạo các sản phẩm thủy hóa; các sản phẩm này biến cứng giúp hình thành
cường độ cho hỗn hợp. Trong giai đoạn tiếp theo sẽ xảy ra sự tương tác hóa lý
và hóa học của cốt liệu mịn trong hỗn hợp với các sản phẩm thủy hóa của xi
măng.
Kết quả của hai quá trình trên tạo ra cấu trúc kết tinh có cường độ cao cho hỗn
hợp gia cố xi măng. Cường độ này không chỉ phụ thuộc vào mác xi măng, tỷ lệ,
loại xi măng mà còn phụ thuộc vào các tính chất như độ phân tán, thành phần
hạt, thành phần khoáng hóa, hàm lượng các muối hòa tan, hàm lượng mùn hữu
cơ và độ pH trong hỗn hợp vật liệu gia cố. Theo tính chất của xi măng, quá trình
hình thành cường độ của lớp vật liệu gia cố xi măng cũng phát triển dần chủ yếu
trong giai đoạn 28 ngày tuổi.
2.2 Thiết kế thí nghiệm và 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 hiện thí nghiệm và phân tích thống kê xử lý kết
quả. Nghiên cứu thiết kế thí nghiệm tổng quát (General full factorial design) sử


7

dụng phần mềm Minitab 18 ở độ tin cậy 95%, mức ý nghĩa α=5%, trong khuôn

khổ đề tài nghiên cứu với số mẫu nhỏ sử dụng phương pháp của Tukey.
2.2.2 Các công thức tính toán
Đối với tập mẫu xi gồm n mẫu, có giá trị trung bình x và độ lệch chuẩn s . Giá trị
trung bình được xác định theo công thức:

x
n

x

i 1

i

n

(2.1)

Độ lệch chuẩn của thông số cần kiểm soát x được tính bằng công thức:

  x  x
n

s

i 1

2

i

n 1

(2.2)
Với số mẫu thử (sample) n ≤30 thì mẫu số của công thức là (n-1) còn với tổng
thể (population) n >30 thì thay (n-1) bằng n. Trong các nghiên cứu thí nghiệm
trong phòng với số mẫu nhỏ nên sử dụng với mẫu số (n-1).
Hệ số biến sai của thông số cần kiểm soát được tính theo công thức
cv 

s
x

(2.3)
Đối với tổ mẫu hoặc tập mẫu, để đánh giá mức độ biến động hoặc đánh giá độ
R X

X

max
min
chụm, thường dùng khoảng R (Range) theo công thức
(2.4)
Khoảng tin cậy được xác định là khoảng giá trị mà với một xác suất tương ứng
thì tham số nằm trong khoảng đó. Cận dưới của khoảng tin cậy được gọi là giới
hạn tin cậy dưới. Cận trên của khoảng tin cậy được gọi là giới hạn tin cậy trên.
Trong kiểm soát chất lượng thi công mặt đường thường lấy khoảng tin cậy (CI)
±95%.

xCI  x   

s
n

(2.5)

Với xCI là các giá trị cận dưới và cận trên của khoảng tin cậy ứng với độ tin cậy
R;   là hệ số xác định theo t-test;  là sai số cho phép 
thì =5%.

 1 R ,

thường R=95%

Giá trị đặc trưng X dt của biến số X tuân theo quy luật phân bố chuẩn được tính:
X dt  X  K .S

Trong đó hệ số K=1,645 ứng với độ tin cậy R = 95%
2.2.3 Đánh giá số mẫu trong tổ mẫu

(2.6)


8

Pow er

Sử dụng phần mềm thống kê Minitab 18 đánh giá lại số mẫu với tiêu chuẩn ttest, power=0,8 (hệ số   1  0,8  0, 2 ) và mức ý nghĩa =0,05 (Hình 2.5)
Độ mạnh và cỡ mẫu
Power Curve for 1-Sample t Test

1.0
1-Sample t-test
Sample
Size
Giá trị trung bình = null (versus ≠
9
0.8
Assumptions
null)
α
0.05
StDev
1
0.6
Alternative
≠
Tính toán độ mạnh cho giá trị trung
bình = null + độ chênh kệch
0.4
α = 0.05 Giả thiết độ lệch chuẩn = 1
0.2
Kết quả
0.0
Khác
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0

1.5
Cỡ mẫu Độ mạnh
Difference
biệt
9
0.8

Hình 2.5: Phân tích lựa chọn số mẫu thí nghiệm
2.2.4 Loại bỏ số liệu ngoại lai và đánh giá độ chụm
Độ chụm là mức độ gần nhau giữa các kết quả thử nghiệm độc lập nhận được
trong điều kiện quy định, thể hiện chất lượng công tác thí nghiệm, đảm bảo cơ
sở khoa học để phân tích đưa ra những kết luận và kiến nghị của đề tài nghiên
cứu.
2.3 Khảo sát, lấy mẫu đại diện và thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ, lý,
hóa của đất, đá thải mỏ than Đông Cao Sơn
2.3.1 Lựa chọn bãi thải đại diện
Bãi thải Đông Cao Sơn là bãi thải có dung tích lớn nhất, ước tính lên đến 295
triệu m3, là nơi tập trung thu gom đất đá thải từ các mỏ than lộ thiên lân cận
như: Đèo Nai, Cao Sơn, Cọc Sáu, Khe Chàm II và Đông Đá Mài, chiếm trên
94% tổng khối lượng đất đá thải toàn vùng.

Hình 2.6: Đất, đá thải mỏ Đông Cao Sơn
2.3.2 Đặc điểm chung của bãi thải Đông Cao Sơn


9

Vật liệu đất, đá thải tại bãi thải ĐCS thành phần chủ yếu bao gồm các loại đá
phong hóa (cát kết, bột kết, sét kết) có độ bền cơ học không cao và lẫn trong đó
một lượng nhỏ đất từ bề mặt của tầng phủ, ước 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 rồi đến các loại đá cục và đá tảng (Hình 2.6).
2.3.3 Lấy mẫu đất, đá thải đại diện
Tiến hành điều tra, phân tích và lập kế hoạch lấy “mẫu” một cách rất cẩn trọng,
tiêu chí cơ bản sau: thứ nhất, mẫu phải đại diện cho toàn bộ khu vực bãi thải; thứ
hai, một lần lấy mẫu phải đủ khối lượng cho các nghiên cứu thí nghiệm (phân
loại và xác định thành phần hạt, chỉ tiêu cơ lý, các đặc trưng kỹ thuật trong xây
dựng đường).

Hình 2.7: Lấy mẫu đất, đá thải đại diện mỏ Đông Cao Sơn
2.3.4 Thành phần khoáng hóa của đất, đá bãi thải
Bảng 2.1: Thành phần khoáng hóa
đất, đá thải mỏ Đông Cao Sơn
Kết quả
Số
Đơn
P.Pháp
Chỉ tiêu
trung
Thành phần khoáng hóa
TT
vị
thử
bình
của đất đá thải ở bãi đổ thải
1
SiO2
%
77,12
ĐCS khu vực Cẩm Phả,

2
Fe2O3
%
4,47
Quảng Ninh được dẫn ở
3
KMn
%
4,42
Bảng 2.1 (Trích dẫn số liệu
4
Al2O3
%
9,4
báo cáo tại Hội nghị khoa
TCVN
học thường niên
5
TiO2
%
0,26
7131 2014/ISBN: (978-604-826
K2O
%
1,67
2002
1388-06).
7
Na2O
%

0,16
8
CaO
%
0,84
9
MgO
%
0,8
10
SO3
%
0,02
2.3.5 Xác định thành phần hạt


10

Thành phần cỡ hạt được chia làm 2 nhóm:
Bảng 2.2: Khối lượng theo nhóm bãi thải
Đông Cao Sơn.

Nhóm A kích cỡ trên 50mm;
nhóm B kích cỡ từ 50mm trở
xuống.
Kết quả phân tích dẫn ở Bảng
2.2

Kích cỡ,
mm

Nhóm

Khối lượng, %
Mẫu 1

Mẫu 2

A

>50

89,6

88,5

B

≤ 50

10,4

11,5

Loại cỡ >50mm lại được chia thành 3 cấp: Cấp a: >50100mm; Cấp b: >100 ÷
150mm; Cấp c: >150mm. Kết quả phân tích tỷ lệ phần trăm khối lượng mỗi cấp
hạt trong tổng khối lượng của nhóm A bãi thải ĐCS dẫn ở 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

> 50100

22,8

21,0

Bảng 2.4: Thành phần cỡ hạt của đất đá bãi thải
Đông Cao Sơn (nhóm B)
Loại có kích cỡ từ 50mm
trở xuống phân tích thành
phần hạt theo TCVN 4198:
2015. Kết quả dẫn ở 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

2

26,85

33,41

0,425

11,31

13,68

0,075

3,84

5,06

Đáy

11

Tổng hợp phân loại cỡ hạt của đất đá bãi thải ĐCS dẫn ở Bảng 2.5.
Bảng 2.5: Tổng hợp phân loại cỡ hạt của đất đá bãi thải ĐCS
Kết quả %
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
>50100
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
2,54
1,57
2 ÷ 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 được phân loại trên sẽ nghiên cứu đề xuất 2 hướng sử dụng: (i) chỉ
nghiền sàng nhóm A ra thành cấp phối có dạng tương tự cấp phối đá dăm, hoặc
(ii) nghiền sàng nhóm A sau đó phối trộn với nhóm B tạo thành cấp phối loại AB.
2.3.6 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ bản của đất, đá thải
Thí nghiệm được thực hiện với cả 2 mẫu đại diện Mẫu I và 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
9
18
10:2006
Độ mài mòn
TCVN 7572–12:
2
9
9
18
LA%
2006
3 Giới hạn chảy %
9
9
18
TCVN 4197–1995
4 Giới hạn dẻo %
9
9
18
TCVN 4197–1995
Đầm nén tiêu
5

9
9
18
22TCN 333-06.
chuẩn
6 CBR
9
9
18
22TCN 332–06
2.3.6.1. Thí nghiệm cường độ của đá gốc


12

Kết quả trung bình cường độ đặc trưng của 2 mẫu là 70,22 MPa.
2.3.6.2. Thí nghiệm độ mài mòn Los Angeles
Kết quả trung bình độ mài mòn LA của 2 Mẫu là 38,59%.
2.3.6.3. Thí nghiệm chỉ số dẻo của đất
Kết quả 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 chỉ số CBR
Kết quả trung bình CBR 61,40%.
2.3.7 Nhận xét, đánh giá kết quả thí nghiệm đất, đá thải để sử dụng làm vật liệu
xây dựng nền đường và kết cấu mặt đường
Đề xuất một số hướng sử dụng đất đá thải trong xây dựng nền móng đường ô tô
như sau:
1. Sử dụng trực tiếp để đắp nền đường ô tô
2. Sử dụng trực tiếp làm móng, mặt đường ô tô
3. Làm móng mặt đường ô tô sau khi 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
về thành phần hạt đạt Dmax theo TCVN 8859:2011 đồng thời cũng đạt Dmax=
31,5 theo TCVN 8858:2011 đặt tên là “Cấp phối A-ĐCS”.
- Phương án 2: Sử dụng tất cả các cỡ hạt đất đá bãi thải ĐCS để sản xuất cấp
phối “đất lẫn đá” đặt tên là “Cấp phối AB-ĐCS”.
2.4.1 Thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý cấp phối A-ĐCS
Bảng 2.10: Thành phần hạt của cấp phối A-ĐCS
Kích cỡ lỗ
sàng vuông,
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
6

TCVN 8858:2011
Dmax= 31,5
100
95 ÷ 100
79 ÷ 90
67 ÷ 83
49 ÷ 64
34 ÷ 54
25 ÷ 40
12 ÷ 24
2 ÷ 12

TCVN 8859:2011
Dmax= 25,0
100
79-90
67-83
49-64
34-54
25-40
12-24
2-12


13

- Kết quả CBR của cấp phối A-ĐCS bằng 67,98%; Thí nghiệm hàm lượng hạt
thoi dẹt được kết quả 16%; Hàm lượng hữu cơ 0,5% và lượng muối sunphat 0%.
- Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu khác của cấp phối A-ĐCS dẫn ở Bảng 2.11.
Bảng 2.11: Một số chỉ tiêu cơ lý của cấp phối A-ĐCS
TCVN 8859:2011
Cấp phối
TCVN
Chỉ tiêu
A-ĐCS
8858:2011
Loại I
Loại II
móng trên
Độ mài mòn LA, %
38,59
≤ 35
≤ 40
≤ 35
CBR tại 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), %

≤ 6
≤ 6
≤ 6
(5,34)
Lượng hạt thoi dẹt, %
16
≤ 18
≤ 20
0,5
Lượng hữu cơ, %
2
(0,9)
Lượng muối Sunfát
0
0,25
Ghi chú: Trị số trong ngoặc đơn là của cấp phối AB-ĐCS
Nhận xét:
Như vậy lớp vật liệu cấp phối A-ĐCS có thể dùng trực tiếp làm làm lớp móng
dưới của các loại kết cấu áo đường ô tô; trường hợp sử dụng làm móng trên của
kết cấu áo đường ô tô, đề xuất phương án gia cố với xi măng (trình bày ở phần
dưới).
2.4.2 Thành phần hạt và chỉ tiêu cơ lý cấp phối AB-ĐCS
Bảng 2.12: Thành phần hạt của 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 chỉ tiêu cơ lý của cấp phối AB-ĐCS gần tương tự như cấp phối A-ĐCS
được dẫn ở Bảng 2.11. Có 02 chỉ tiêu cao hơn A-ĐCS là chỉ số dẻo là
(IP=5,34%); hàm lượng hữu cơ (0,9%); trị số CBR thấp hơn so với cấp phối AĐCS (CBR=61,40%).
2.5 Nghiên cứu cấp phối A-ĐCS và AB-ĐCS gia cố xi măng làm vật liệu
trong kết cấu mặt đường ô tô
2.5.1 Tóm tắt yêu cầu và nội dung nghiên cứu
1. Thử nghiệm gia cố cấp phối AB-ĐCS với xi măng theo các tỷ lệ: 0%; 2%;
4%; 6%; 8%; 10%.
2. Thử nghiệm gia cố cấp phối A-ĐCS với xi măng theo 02 tỷ lệ thông thường
4% và 6% (dựa trên kết quả thử nghiệm từ cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng)
dùng để so sánh với cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng.
3. Xác định các thông số kỹ thuật của cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng (tỷ lệ xi
măng hợp lý) để đối chiếu với yêu cầu trong TCVN 8858:2011 và dùng trong
tính toán thiết kế kết cấu áo đường thử nghiệm.
4. So sánh đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của 2 loại cấp phối A-ĐCS và AB-ĐCS
cùng gia cố với tỷ lệ xi măng 4% và 6%.
2.5.2 Kế hoạch thí nghiệm
2.5.3 Chế bị mẫu và thí nghiệm
2.5.4 Kết quả thí nghiệm đối với cấp phối A-ĐCS gia cố xi măng
Kết quả thí nghiệm được tổng hợp trong Bảng 2.15.
Bảng 2.15: Tổng hợp kết quả 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 quả thí nghiệm đối với cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng
Kết quả thí nghiệm được tổng hợp ở Bảng 2.16, Bảng 2.17
Bảng 2.16: Kết quả cường độ nén
ở 14 ngày với cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng
Cường độ nén ở 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 quả cường độ ép chẻ ở 14 ngày
Và Edh cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng
Cường độ ép chẻ ở 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 ở 14 ngày Rn (MPa)

E đh (MPa)
6%
481
16,24

454,28

Biểu đồ cường độ ép chẻ ở 14 ngày Rech (MPa)
95% CI for the Mean

95% CI for the Mean
9

0.8
0.702222

7.44556

8

5.26111

5
3.80222
4
3.5
3

4
2.20222

0.522222

0.5
0.4

0.413333

0.45
0.4
0.35

0.306667

0.3
0.2

2
1.5

1
0

Rech (MPa)

0.6

6

3

0.612222

6.48889

7

Rn (MPa)

0.7

0.1
0.0

2

4

6

Tỷ lệ xi măng (%)

Individual standard deviations are used to calculate the intervals.

8

10

2

4

6

8

10

Tỷ lệ xi măng (%)
Individual standard deviations are used to calculate the intervals.

Hình 2.24: Biểu đồ cường độ nén ở 14 Hình 2.25: Biểu đồ cường độ ép chẻ
ngày AB-ĐCS
ở 14 ngày AB-ĐCS
Từ kết quả thí nghiệm, xử lý thống kê thiết lập được 2 phương trình hồi quy
quan hệ giữa 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 này chỉ đúng điều kiện thực hiện trong phạm vi nghiên cứu của


16

luận án với lượng xi măng từ 2% đến 10%.
2.5.6 So sánh kết quả thí nghiệm Rn, Rech mẫu cấp phối A-ĐCS và AB-ĐCS gia
cố xi măng với tỉ lệ 4%, 6%
a/ Kết quả phân tích cường độ nén Rn
b/ Kết quả phân tích cường độ ép chẻ Rech
2.5.7 So sánh kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi cấp phối A-ĐCS và AB-ĐCS
gia cố xi măng
2.6 Nhận xét, kết luận chương 2
- Đất, đá bãi thải ĐCS, Cẩm Phả, Quảng Ninh là nguồn phế thải từ khai thác
than có thể sử dụng trong xây dựng đường ô tô.
- Đã xác định được các chỉ tiêu kỹ thuật của 2 cấp phối A-ĐCS và AB-ĐCS gia
cố xi măng tỷ lệ nghiên cứu. Đã xây dựng được phương trình hồi quy cường độ

nén và cường độ ép chẻ của AB-ĐCS theo tỷ lệ xi măng;
- Đã chứng minh cấp phối A-ĐCS gia cố xi măng có các chỉ tiêu kỹ thuật cao
hơn cấp phối AB-ĐCS gia cố cùng 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 4 % trở lên có thể làm kết cấu mặt của 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 và AB-ĐCS làm lớp móng dưới của
kết cấu mặt đường ô tô theo TCN 221-06 và TCN274-01; Đề xuất phạm vi sử
dụng của 2 cấp phối A-ĐCS và AB-ĐCS gia cố xi măng làm lớp móng trên của
đường cấp III trở xuống hoặc 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 hiện trường
3.1.1 Tóm tắt nội dung và những yêu cần đoạn thử nghiệm hiện trường
3.1.2 Lựa chọn vị trí, mặt bằng và các thông sô 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 và tập kết vật liệu
3.2.2 Công tác sản xuất vật liệu thử nghiệm
3.3 Thi công nền đường đoạn thử nghiệm


17

3.3.1 Vật liệu đắp nền đường

3.3.2 Xử lý nền đường trước khi đắp
3.3.3 Thi công đắp đất nền đường
3.3.4 Kết quả kiểm tra nghiệm thu nền đường
Kết quả đo Edh nền đường, giá trị trung bình E0= 45,37MPa lớn hơn giá trị tối
thiểu 40 MPa theo quy định.
3.4 Thi công các lớp kết cấu áo đường đoạn thử nghiệm
3.4.1 Thi công lớp móng AB-ĐCS dày 18cm
1- Công tác chuẩn bị

Hình 3.9: Công tác ghép ván khuôn thi công lớp móng
2- Vận chuyển, san rải, lu lèn
Dùng máy ủi san sơ bộ rồi kết hợp với
máy san chuyên dụng để san gạt cấp
phối. Quá trình san gạt đảm bảo độ dốc
dọc 1% và độ dốc ngang 2% theo hồ sơ
thiết kế.
Hình 3.10: Công tác tập kết, san rải và lu lèn lớp móng dưới
3- Kết quả kiểm tra nghiệm thu
- Kiểm tra kích thước hình học lớp móng đường thử nghiệm;
- Kiểm tra độ chặt hiện trường được
tiến hành vào cuối chu trình lu bằng
phiễu rót cát theo 22TCN 346-06.
Hình 3.11: Thí nghiệm kiểm tra độ
chặt lớp móng dưới
- Tiến hành phép đo mô đun đàn hồi
theo TCVN 8861:2011 cho lớp móng
đường bằng tấm ép cứng,
Hình 3.12: Đo Edh tại 3 vị trí lớp
móng đường thử nghiệm

Hình 3.13: Sơ họa đo Edh tại 3 vị trí lớp móng đường thử nghiệm


18

Kết quả Edh trung bình trên bề mặt lớp móng cấp phối AB-ĐCS đạt 75,8MPa.
3.4.2 Thi công 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 tại trạm
trộn bê tông thương phẩm của Chi nhánh 1 Công ty cổ phần Sông Hồng 6 (địa chỉ: Quán
Tiên, Hội Hợp, thành phố Vĩnh Yên, tỉnh
Vĩnh Phúc).
Hình 3.14: Công tác kiểm tra giám sát trạm
trộn bê tông Sông Hồng 6
2- Thi công lớp cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng

Toàn bộ quá trình san rải, lu lèn và hoàn thiện bề mặt được thực hiện trong thời
gian trước khi xi măng ninh kết (120 phút).
3- Kiểm tra độ chặt lớp cấp phối AB-ĐCS gia cố xi măng
4- Công tác hoàn thiện và 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 công các lớp láng nhựa
3.6 Nghiên cứu thử nghiệm kiểm chứng giải pháp hạn chế vết nứt trong 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 bằng phạm vi đường thử nghiệm
3.6.2.Điều chỉnh quy cách bảo dưỡng
Giai đoạn 1: Duy trì công tác bảo dưỡng bằng phun nước giữ ẩm trong thời gian
72 giờ đầu, quan sát và theo dõi diễn biến vết nứt trên bề mặt của lớp AB - ĐCS


19

gia cố xi măng.
Giai đoạn 2: Sau 3 ngày bảo dưỡng bằng tưới ẩm tiến hành cắt khe giả và đo
đạc, theo dõi diến biến nứt sớm trên bề mặt lớp cấp phối AB-ĐCD gia cố xi
măng, đã tiến hành bảo dưỡng bằng 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 2 (tưới nhũ tương)
3.6.3 Đo đạc theo dõi dõi diễn biến vết nứt
- Trong 24 giờ đầu sau khi thi công;
- Khoảng thời gian từ 24 giờ đến 72 giờ;
- Thời gian sau khi đã bảo dưỡng bằng nhũ tương nhựa đường;
- Nhận xét, đánh giá về nguyên nhân và 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 và ép chẻ
Khoan mẫu thử nghiệm lớp gia cố xi măng tại các tuổi 7, 14 và 28 ngày theo
TCVN 8858:2011.
- Kết quả nén, chịu kéo khi ép chẻ mẫu khoan hiện trường
Bảng 3.10: Kết quả cường độ nén
Bảng 3.11: Kết quả cường độ ép chẻ
mẫu khoan tại hiện trường

mẫu khoan tại hiện trường
Mẫu
Xtb
S
Xđt

Cường độ nén ở
tuổi (MPa)
7 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 ở tuổi
(MPa)
7 ng
14ng

28ng
0,41
0,53
0,74
0,03
0,03
0,05
0,37
0,48
0,65

Trị số kết quả cường độ chịu nén mẫu khoan thử nghiệm hiện trường ở độ tuổi
14 ngày Rn = 5,85 Mpa > 5,26 Mpa thí nghiệm trong phòng ở Chương 2 nên lớp
cấp phối đá gia cố đạt yêu cầu cường độ nén.
Chỉ số cường độ ép chẻ trung bình mẫu khoan hiện trường 0,53 Mpa > 0,52
MPa kết quả thử nghiệm trong phòng ở Chương 2. Như vậy mẫu thử khoan tại
hiện trường đạt yêu cầu kỹ thuật theo quy định.


20

3.7.4 Đánh giá chung về đoạn đường thử nghiệm
Đường khởi công vào ngày 01/04/2017, hoàn thành 31/09/ 2017. Có nhiều xe
nặng ra vào phục vụ cho xây dựng các công trình trong trường.

Hình 3.29. Tình hình khai thác trên đường thử nghiệm
Trải qua gần 2 năm đưa vào khai thác sử dụng, việc theo dõi được duy trì
thường xuyên, liên tục. Cho tới nay, trên đoạn đường thử nghiệm không xuất
hiện hư hỏng, không có nứt phản ánh lên lớp mặt. Tại những vị trí có bố trí khe
giả cũng không có dấu hiệu nứt phản ánh lên lớp bề mặt láng nhựa.

3.8 Nhận xét, kết luận chương 3
1. Đoạn đường thử nghiệm đã đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong các iêu chuẩn
xây dựng đường ô tô hiện hành.
2. Cấp phối AB-ĐCS được sản xuất từ đất, đá thải nguyên khai tại bãi thải Đông
Cao Sơn đáp ứng các yêu cầu làm móng dưới cho mặt đường; khi gia cố xi
măng, phù hợp làm móng trên đường ô tô và lớp mặt cho đường GTNT.
3. Đã thử nghiệm kiểm chứng giải pháp cắt khe cho lớp cấp phối AB - ĐCS gia
cố xi măng. Kết quả cho thấy, hiệu quả cắt khe không rõ ràng đồng thời gây
giảm yếu cường độ lớp vật liệu gia cố và 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 và kết hợp tưới nhũ tương bảo vệ cũng như giúp phủ nứt rạn do
co ngót trên 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 và 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 và sử dụng kết cấu mặt đường tại địa phương
gồm cả tình hình vật liệu tại chỗ; khả năng thi công và điều kiện duy tu bảo
dưỡng; giá thành đầu tư xây dựng cũng như xem xét tác động về 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

nền đường; (ii) lớp nền thượng cho các cấp đường; (iii) lớp móng dưới cho mặt
đường cấp cao A1 theo 22TCN 211-06; (iv) lớp móng trên cho mặt đường cấp
A2 hoặc 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 hoặc phủ
mặt; (ii) lớp móng trên 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 hiện hành (22TCN211-06 đối với
mặt đường mềm; quy định trong Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT đối với mặt
đường cứng). Trường hợp áp dụng phương pháp AASHTO (trong tiêu chuẩn
TCN 274-01) cần có các nghiên cứu, thí nghiệm xác định các thông số phù hợp
theo mô hình tính toán như: hệ số lớp ai, chỉ số CBR, mô đun đàn hồi hữu hiệu MR.
4.3 Đề xuất các kết cấu mặt đường
Kết quả đề xuất được 8 kết cấu mặt đường chủ yếu có ý nghĩa về mặt thiết kế
cấu tạo. Thông số chiều dày lớp trong các kết cấu đề xuất mang tính tham khảo
và được xác định cụ thể dựa trên kết quả kiểm toán theo số liệu đầu vào thực tế
về tải trọng, lưu lượng, điều kiện nền đường,…
4.3.1 Kết cấu mặt đường cho đường GTNT (kể cả đường huyện)
Kết cấu 1: Theo thứ tự, lớp trên cùng 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 dưới là nền 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 hơn 6000 Kg) lớn hơn 10 %.
Kết cấu 2. 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 dưới là nền đất. Thiết kế theo 22TCN 211-06 hoặc 22TCN 274-01, Lưu
lượng xe thiết kế (Nn), 100  200 xqđ/nđ, Áp dụng cho đường có tỷ lệ xe nặng
(trục lớn hơn 6000 Kg) không quá 10 %.
Kết cấu 3. Theo thứ tự: láng nhựa 3 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 dưới là nền đất.
Thiết kế theo 22TCN 211-06 hoặc 22TCN 274-01, lưu lượng xe thiết kế (Nn)

100  200 xqđ/nđ, Áp dụng cho đường có tỷ lệ xe nặng (trục lớn hơn 6000 Kg)
không quá 10 %.
Kết cấu 4. 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; dưới là nền 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 hơn 6000 Kg) không quá 10 % .
Kết cấu 5. 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; dưới là nền 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 hơn 6000 Kg) không quá 10 % .
4.3.2 Kết cấu mặt đường cho đường ô tô thông thường
Kết cấu 6. 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; dưới là nền đất. Loại
mặt đường cấp cao A1; Thiết kế theo 22TCN 211-06 hoặc 22TCN 274-01. Mô
đun đàn hồi yêu cầu 140  160 Mpa.
Kết cấu 7. 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; dưới là nền 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 chỉ làm lớp móng dưới).
Kết cấu 8. 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 1 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; dưới là
nền đất. Loại mặt đường cấp cao A1, thiết kế theo 22TCN 211-06 hoặc 22TCN
274-01, Mô đun đàn hồi yêu cầu > 180 Mpa.
4.5 Tính toán kết cấu mặt đường
Để xác nhận các kết cấu đề xuất tiến hành tính toán đại diện cho 1 kết cấu theo
các tiêu chuẩn thiết kế.
Kết cấu kiểm toán như Bảng 4.17. Cấp cao A1. Thiết kế theo 22TCN 211-06
hoặc 22TCN 274-01. Thời gian tính toán 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 quả tính toán theo 22TCN 211-06 được Ech=176.1 MPa > Kcđđv x Eyc=1.1 x
160 = 176MPa, đạt 3 tiêu chuẩn giới hạn.
Kết quả kiểm toán theo QĐ số 3230/QĐ-BGTVT như Bảng 4.18 đạt yêu cầu ở
mức tin cậy cao
4.6 Công nghệ sản xuất vật liệu đá thải khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh