Tải bản đầy đủ

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2019


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii
MỤC LỤC............................................................................................................. iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... ix
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................ xi
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
Chương 1: TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐẤT,
ĐÁ THẢI MỎ THAN TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ ............................ 4
1.1 Tổng quan về đất, đá thải từ các mỏ khai thác than ...................................... 4
1.1.1 Khai thác than và đất đá thải từ các mỏ than - trên thế giới ............................. 4
1.1.2 Khai thác than và thực trạng đất, đá thải từ các mỏ than ở Quảng Ninh, Việt
Nam ........................................................................................................................ 6
1.1.3 Quy mô và thực trạng bãi đổ thải Đông Cao Sơn, Cẩm Phả, Quảng Ninh ....... 8
1.2 Tổng quan về sử dụng đất, đá thải trong xây dựng đường ô tô................... 11
1.2.1 Những kết quả nghiên cứu và chỉ dẫn kỹ thuật ở nước ngoài ........................ 11
1.2.2 Những kết quả nghiên cứu bước đầu và chỉ dẫn kỹ thuật ở Việt Nam ........... 14
1.3 Tổng hợp, phân tích và đề xuất nội dung nghiên cứu .................................. 26
1.3.1 Thực trạng đất, đá thải do khai thác than trên thế giới và ở nước ta ............... 26
1.3.2 Những kết quả nghiên cứu về sử dụng đất, đá thải từ khai thác than ở trong và
ngoài nước ............................................................................................................. 26
1.3.3 Phân tích và đề xuất nội dung nghiên cứu ..................................................... 27
1.3.4 Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................... 29
1.3.5 Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 29
1.3.6 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 30
Chương 2: NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ ĐỀ XUẤT
SỬ DỤNG ĐẤT, ĐÁ THẢI MỎ THAN QUẢNG NINH LÀM VẬT LIỆU XÂY
DỰNG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ ............................................................ 31
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 ...................................................................... 33


iv
2.1.1 Khái niệm chung về gia cố vật liệu ............................................................... 33
2.1.2. Sự hình thành cường độ của đất gia cố chất kết dính vô cơ .......................... 34
2.1.3 Sự hình thành cường độ của các lớp vật liệu gia cố xi măng ......................... 37
2.2 Thiết kế thí nghiệm và trình tự phân tích thống kê xử lý số liệu ................. 38
2.2.1 Thiết kế thí nghiệm ....................................................................................... 38
2.2.2 Các công thức tính toán ................................................................................ 38
2.2.3 Đánh giá số mẫu trong tổ mẫu ...................................................................... 40
2.2.4 Loại bỏ số liệu ngoại lai và đánh giá độ chụm............................................... 40
2.2.5 Trình tự thiết kế thí nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm ............................... 41
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 Quảng Ninh ................................................................ 41
2.3.1 Lựa chọn bãi thải đại diện ............................................................................. 41
2.3.2 Đặc điểm chung của bãi thải Đông Cao Sơn ................................................. 42
2.3.3 Lấy mẫu đất, đá thải đại diện ........................................................................ 42
2.3.4 Thành phần khoáng hóa của đất, đá bãi thải .................................................. 43
2.3.5 Xác định thành phần hạt ............................................................................... 44
2.3.6 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ bản của đất, đá thải ............................... 45
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 .................................................................. 50
2.4 Nghiên cứu đề xuất lựa chọn cấp phối đất, đá thải mỏ than Quảng Ninh
làm vật liệu kết cấu mặt đường ô tô.................................................................... 52
2.4.1 Thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý cấp phối đá nhóm A-ĐCS .................... 52
2.4.2 Thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý cấp phối đá nhóm AB-ĐCS.................. 55
2.5 Nghiên cứu cấp phối đá dăm nhóm A-ĐCS và nhóm AB-ĐCS gia cố xi
măng làm vật liệu trong kết cấu mặt đường ô tô ............................................... 56
2.5.1 Tóm tắt yêu cầu và nội dung nghiên cứu ....................................................... 56
2.5.2 Kế hoạch thí nghiệm ..................................................................................... 57
2.5.3 Chế bị mẫu và thí nghiệm ............................................................................. 59
2.5.4 Kết quả thí nghiệm đối với nhóm A-ĐCS gia cố xi măng ............................. 61
2.5.5 Kết quả thí nghiệm đối với nhóm AB-ĐCS gia cố xi măng ........................... 63
2.5.6 So sánh kết quả thí nghiệm A-ĐCS và AB-ĐCS với tỷ lệ xi măng 4%, 6% .. 67


v
2.5.7 So sánh kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi A-ĐCS và AB-ĐCS .................. 71
2.6 Nhận xét, kết luận chương 2.......................................................................... 72
Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VỚI KẾT CẤU
MẶT ĐƯỜNG SỬ DỤNG ĐẤT, ĐÁ THẢI MỎ THAN QUẢNG NINH GIA
CỐ XI MĂNG ...................................................................................................... 73
3.1 Thiết kế đoạn đường thử nghiệm hiện trường ............................................. 74
3.1.1 Tóm tắt nội dung và những yêu cần đoạn thử nghiệm hiện trường ................ 74
3.1.2 Lựa chọn vị trí, mặt bằng và các thông sô hình học đoạn đường thử nghiệm . 74
3.1.3 Kết cấu mặt đường thử nghiệm ..................................................................... 75
3.2 Nghiên cứu sản xuất vật liệu cấp phối đất, đá thải ...................................... 76
3.2.1 Khai thác, vận chuyển và tập kết vật liệu ...................................................... 76
3.2.2 Công tác sản xuất vật liệu thử nghiệm........................................................... 77
3.3 Thi công nền đường đoạn thử nghiệm .......................................................... 78
3.3.1 Vật liệu đắp nền đường ................................................................................. 78
3.3.2 Xử lý nền đường trước khi đắp ..................................................................... 79
3.3.3 Thi công đắp đất nền đường.......................................................................... 79
3.3.4 Kết quả kiểm tra nghiệm thu nền đường ....................................................... 80
3.4 Thi công các lớp kết cấu áo đường đoạn thử nghiệm .................................. 81
3.4.1 Thi công lớp móng AB-ĐCS dày 18cm ........................................................ 81
3.4.2 Thi công lớp móng AB-ĐCS gia cố xi măng dày 16cm ................................ 86
3.5 Thi công lớp đá dăm láng nhựa dày 3.5 cm tiêu chuẩn 4.5 kg/m2 ............... 89
3.5.1 Vật liệu ......................................................................................................... 89
3.5.2 Thi công các lớp láng nhựa ........................................................................... 89
3.6 Nghiên cứu thử nghiệm giải pháp hạn chế vết nứt trong lớp cấp phối đất,
đá gia cố xi măng ................................................................................................. 90
3.6.1. Giải pháp tạo đường nứt trước (cắt khe giả) ................................................. 92
3.6.2.Điều chỉnh quy cách bảo dưỡng .................................................................... 93
3.6.3.Đo đạc theo dõi dõi diễn biến vết nứt ............................................................ 94
3.6.4 Những lưu ý trong thiết kế, thi công và bảo dưỡng lớp đá thải gia cố xi măng96
3.7 Theo dõi đánh giá kết cấu mặt đường .......................................................... 96
3.7.1 Công tác kiểm tra nghiệm thu mặt đường ..................................................... 96


vi
3.7.2 Khoan mẫu đánh giá cường độ chịu nén và ép chẻ ........................................ 97
3.7.3 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén và cường độ ép chẻ ........................ 98
3.7.4 Đánh giá chung về đoạn đường thử nghiệm ................................................ 102
3.8 Nhận xét, kết luận chương 3........................................................................ 104
Chương 4: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG VÀ
PHẠM VI ÁP DỤNG LỚP ĐẤT, ĐÁ THẢI MỎ THAN QUẢNG NINH ...... 106
4.1 Nguyên tắc đề xuất và phạm vi áp dụng kết cấu mặt đường ..................... 107
4.1.1 Nguyên tắc đề xuất kết cấu mặt đường........................................................ 107
4.1.2 Phạm vi áp dụng kết cấu mặt đường ........................................................... 108
4.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường .................................. 109
4.3 Đề xuất các kết cấu mặt đường ................................................................... 110
4.3.1 Kết cấu mặt đường cho đường giao thông nông thôn .................................. 110
4.3.2 Kết cấu mặt đường cho đường ô tô công cộng ............................................ 112
4.3.3 Kết cấu mặt đường cho đường ô tô cao tốc, đường chịu tải trọng nặng ....... 113
4.3.4 Giải pháp chống nứt phản ánh khi sử dụng lớp móng gia cố xi măng. ......... 114
4.4 Các thông số thiết kế kết cấu mặt đường .................................................... 115
4.4.1 Thông số về tải trọng: ................................................................................. 116
4.4.2 Thông số về nền đường: .............................................................................. 117
4.4.3 Thông số về khí hậu: ................................................................................... 119
4.4.4 Thông số về vật liệu: ................................................................................... 121
4.5 Tính toán kết cấu mặt đường ...................................................................... 127
4.6 Công nghệ sản xuất vật liệu đá thải Quảng Ninh ....................................... 129
4.7 Công nghệ thi công kết cấu mặt đường sử dụng vật liệu đá thải Quảng Ninh
.................................................................................................................... 130
4.8 Nhận xét, kết luận Chương 4 ...................................................................... 131
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 132
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 136


vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
GTVT

: Giao thông vận tải

TCN

: Tiêu chuẩn ngành

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXDVN

: Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

ĐCS

: Đông Cao Sơn

BGTVT

: Bộ giao thông vận tải

ANOVA

: Phân tích phương sai

Ip

: Chỉ số dẻo

CBR

: Chỉ số sức chịu tải California

CPĐD

: Cấp phối đá dăm

CPTN

: Cấp phối thiên nhiên

BTXM

: Bê tông xi măng

BTN

: Bê tông nhựa

GTNT

: Giao thông nông thôn

A – ĐCS

: Cấp phối đá dăm được sản xuất từ vật liệu đất, đá thải

của bãi thải Đông Cao Sơn, Cẩm Phả, Quảng Ninh sau khi đã loại bỏ nhóm cỡ hạt
có kích thước < 50 mm trở xuống.
AB – ĐCS

: Cấp phối đá dăm sản xuất từ vật liệu đất, đá thải của

bãi thải Đông Cao Sơn, Cẩm Phả, Quảng Ninh (bao gồm tất cả các nhóm cỡ hạt vốn
có ở trạng thái nguyên khai, kể cả đất).
UTT

: Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải

Probabllty plot

: bản đồ phân phối xác xuất

StDev

: độ lệch chuẩn

Power curve for

: đường cong độ mạnh cho thí nghiệm 1 – t - test

Power

: Độ mạnh


viii
Differ ence

: sự khác biệt

Sumple lize

: số mẫu

Assum ptions

: Trung bình

Residual plots tor Rn

: Biểu đồ phần dư của Rn

Nor mal probillity plot

: Biểu đồ phân phối chuẩn

Residual

: Phần dư

Histogram

: Biểu đồ

Fitted value

: Giá trị

Observation order

: Thứ tự quan sát

Density

: Mật độ

Data

: Nhiệt độ


ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Yêu cầu kỹ thuật đối với đá, đá thải đắp nền đường ............................... 13
Bảng 1.2: Phân loại về cường độ, kích cỡ đá sử dụng đắp nền đường .................... 13
Bảng 1.3. Chọn vật liệu tầng móng đường ô tô ...................................................... 22
Bảng 1.4. Yêu cầu về thành phần hạt của cấp phối đá dăm gia cố xi măng ............ 24
Bảng 1.5. Yêu cầu về thành phần hạt của cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng ...... 25
Bảng 2.1: Thành phần khoáng hóa đất, đá thải mỏ Đông Cao Sơn ......................... 43
Bảng 2.2: Khối lượng theo nhóm bãi thải Đông Cao Sơn ...................................... 44
Bảng 2.3: Khối lượng theo cấp bãi thải Đông Cao Sơn (nhóm A) .......................... 44
Bảng 2.4: Thành phần cỡ hạt của đất đá bãi thải Đông Cao Sơn (nhóm B) ............ 44
Bảng 2.5: Tổng hợp phân loại cỡ hạt của đất đá bãi thải Đông Cao Sơn ................ 45
Bảng 2.6: Danh mục, khối lượng, phương pháp thử nghiệm đất đá thải ................. 46
Bảng 2.7: Kết quả thí nghiệm cường độ đá gốc ..................................................... 46
Bảng 2.8: Tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định độ dẻo ....................................... 48
Bảng 2.9: Kết quả thí nghiệm CBR ....................................................................... 50
Bảng 2.10: Thành phần hạt của cấp phối đá dăm nhóm A-ĐCS ............................. 53
Bảng 2.11: Một số chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá dăm nhóm A-ĐCS ..................... 54
Bảng 2.12: Thành phần hạt của cấp phối đá dăm nhóm AB-ĐCS .......................... 56
Bảng 2.13: Tổng hợp khối lượng các thí nghiệm cần thực hiện nhóm A-ĐCS ....... 57
Bảng 2.14: Tổng hợp khối lượng các thí nghiệm cần thực hiện nhóm AB-ĐCS..... 58
Bảng 2.15: Tổng hợp kết quả thí nghiệm vật liệu A-ĐCS gia cố xi măng .............. 62
Bảng 2.16: Kết quả cường độ nén ở 14 ngày cấp phối AB-ĐCS với các tỷ lệ xi
măng ..................................................................................................................... 63
Bảng 2.17: Kết quả cường độ ép chẻ ở 14 ngày và mô đun đàn hồi cấp phối ABĐCS với các tỷ lệ xi măng ..................................................................................... 64
Bảng 2.18: Số liệu phân tích DoE .......................................................................... 67
Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý đất mỏ Minh Quang ........................... 78
Bảng 3.2: Tổng hợp số đo nghiệm thu kích thước hình học đường thử nghiệm ...... 80
Bảng 3.3: Kết quả đo mô đun đàn hồi lớp đất nền K98 .......................................... 81
Bảng 3.4: Kết quả đo kích thước hình học lớp móng ............................................. 83
Bảng 3.5: Tổng hợp kết quả kiểm tra độ chặt lớp móng đường thử nghiệm ........... 84


x
Bảng 3.6: Tổng hợp kết quả Edh lớp móng đường thử nghiệm .............................. 85
Bảng 3.7: Tổng hợp kết quả kiểm tra độ chặt lớp móng đường vật liệu đá thải ..... 88
Bảng 3.8: Vật liệu thi công lớp láng nhựa mặt đường ............................................ 89
Bảng 3.9: Yêu cầu về kiểm tra nghiệm thu vết nứt lớp CPĐD gia cố xi măng ....... 91
Bảng 3.10: Kết quả cường độ nén mẫu khoan tại hiện trường ................................ 98
Bảng 3.11: Kết quả cường độ ép chẻ mẫu khoan tại hiện trường.......................... 101
Bảng 3.12: Kết quả đo độ bằng phẳng bằng thước 3 mét ..................................... 104
Bảng 4.1: Kết cấu mặt đường cho đường GTNT.................................................. 110
Bảng 4.2: Kết cấu mặt đường cho đường ô tô công cộng ..................................... 112
Bảng 4.3: Kết cấu mặt đường cho đường ô tô cao tốc .......................................... 113
Bảng 4.4: Các đặc trưng của tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn ........................... 117
Bảng 4.5: Phân cấp quy mô giao thông ................................................................ 117
Bảng 4.6: Giá trị Mr (psi) theo các thông số của đất ............................................ 119
Bảng 4.7: Kết quả tính toán mác nhựa PG theo SHRP và LTPP .......................... 120
Bảng 4.8: Các trạm khí hậu MERRA-2 Quảng Ninh............................................ 121
Bảng 4.9: Thông số tính toán lớp vật liệu không gia cố ....................................... 121
Bảng 4.10: Yêu cầu đối lớp vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ 22TCN211-06...... 122
Bảng 4.11: Yêu cầu đối lớp vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ 22TCN274-01...... 123
Bảng 4.12: Yêu cầu đối với cường độ cấp phối gia cố xi măng TCVN 8858:2011
............................................................................................................................ 123
Bảng 4.13: Yêu cầu đối với cường độ của CTB theo tiêu chuẩn 22TCN211-06 ... 124
Bảng 4.14: Yêu cầu đối với cường độ của CTB theo tiêu chuẩn 22TCN 274-01 .. 124
Bảng 4.15: Tiêu chuẩn lớp cốt liệu gia cố chất liên kết vô cơ ở Mỹ ..................... 125
Bảng 4.16: Thông số tính toán lớp vật liệu gia cố xi măng................................... 127
Bảng 4.17: Tính toán kết cấu mặt đường ............................................................. 127
Bảng 4.18: Tính toán kết cấu mặt đường KC6 theo 22TCN 274-01 ..................... 128


xi

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Khai thác than tại Tavan Tolgoi, Trung Quốc .......................................... 5
Hình 1.2: Khai thác than tại Lippendorf, Neukieritzsch, CHLB Đức ....................... 5
Hình 1.3: Tình trạng đất, đá thải tại các mỏ than ở Quảng Ninh............................... 7
Hình 1.4: Mặt bằng theo quy hoạch bãi thải Đông Cao Sơn ..................................... 8
Hình 1.5: Thực trạng vật liệu đất, đá thải tại bãi thải Đông Cao Sơn ...................... 10
Hình 1.6: Hình ảnh sườn dốc bãi thải Đông Cao Sơn ............................................. 10
Hình 1.7: Thi công nền đường ô tô bằng đất, đá thải.............................................. 14
Hình 1.8: San rải và lu lèn đất, đá thải ................................................................... 14
Hình 1.9: Mặt đường sử dụng đá lát nhiều kích cỡ và đá xô bồ.............................. 15
Hình 1.10: Mặt đường sử dụng đất, đả thải (dạng cấp phối) ................................... 15
Hình 1.11: Đắp nền đường bằng đá thải Gói thầu A8 Cao tốc Hà Nội – Lào Cai ... 17
Hình 1.12: Đắp nền đường bằng đá thải Quốc lộ 1A đoạn Phủ Lý - Cầu Đoan Vĩ . 17
Hình 1.13: Hình ảnh lấy mẫu thí nghiệm tại bãi thải Nam Khe Tam ...................... 20
Hình 1.14: Công trình đường tạm sử dụng đất đá thải - Bãi thải Nam Khe Tam .... 20
Hình 2.1: Sơ đồ nghiên cứu thí nghiệm trong phòng .............................................. 32
Hình 2.2: Biểu thị thành phần các chất kết dính vô cơ trên tọa độ tam giác đều ..... 35
Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc mang điện phức tạp của các hạt sét – keo [29,30] ........... 36
Hình 2.4: Phân bố cường độ đá gốc và giá trị đặc trưng Mẫu 1 .............................. 38
Hình 2.5: Phân tích lựa chọn số mẫu thí nghiệm .................................................... 40
Hình 2.6: Đất, đá thải mỏ Đông Cao Sơn ............................................................... 41
Hình 2.7: Lấy mẫu đất, đá thải đại diện mỏ Đông Cao Sơn.................................... 43
Hình 2.8: Biểu đồ cường độ đá gốc........................................................................ 47
Hình 2.9: Thử nghiệm chỉ tiêu LA trong phòng LAS-XD 72 ................................. 47
Hình 2.10: Biểu đồ LA .......................................................................................... 47
Hình 2.11: Thí nghiệm xác định độ dẻo ................................................................. 48
Hình 2.12: Biểu đồ xác định giới hạn chảy và giới hạn dẻo ................................... 49
Hình 2.13: Thí nghiệm CBR .................................................................................. 49
Hình 2.14: Biểu đồ CBR........................................................................................ 50
Hình 2.15: Biểu đồ CBR của CPDD nhóm A-ĐCS ................................................ 53
Hình 2.16: Biểu đồ xác định hệ số lớp a3 của lớp móng dưới làm bằng vật liệu hạt,


xii
theo các tham số cường độ: mô đun đàn hồi ESB và/ hoặc trị số CBR .................... 55
Hình 2.17: Chuẩn bị hỗn hợp gia cố xi măng ......................................................... 60
Hình 2.18: Chế bị, tháo khuôn và ký hiệu mẫu thử ................................................ 60
Hình 2.19: Thí nghiệm cường độ chịu nén ............................................................. 60
Hình 2.20: Thử nghiệm kiểm tra cường độ chịu nén khi ép chẻ ............................. 61
Hình 2.21: Biểu đồ cường độ nén ở 14 ngày A-ĐCS gia cố xi măng ..................... 61
Hình 2.22: Biểu đồ cường độ ép chẻ ở 14 ngày A-ĐCS gia cố xi măng ................. 61
Hình 2.23: Biểu đồ mô đun đàn hồi A-ĐCS gia cố 5% xi măng............................. 62
Hình 2.24: Biểu đồ cường độ nén ở 14 ngày AB-ĐCS ........................................... 65
Hình 2.25: Biểu đồ cường độ ép chẻ ở 14 ngày AB-ĐCS ...................................... 65
Hình 2.26: Biểu đồ phân tích điều kiện áp dụng phương pháp thống kê ................. 69
Hình 2.27: Biểu đồ các yếu tố ảnh hưởng Rn ......................................................... 69
Hình 2.28: Biểu đồ phân tích hậu định ANOVA-Tukey Rn ................................... 70
Hình 2.29: Biểu đồ các yếu tố ảnh hưởng Rech ..................................................... 71
Hình 2.30: Biểu đồ tổng hợp Rn, Rech .................................................................. 71
Hình 2.31: So sánh mô đun đàn hồi ....................................................................... 72
Hình 3.1: Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm hiện trường ............................................ 73
Hình 3.2: Hội nghị khoa học trao đổi về đoạn đường thử nghiệm .......................... 75
Hình 3.3: Kết cấu mặt đường thử nghiệm và các thông số thiết kế ......................... 76
Hình 3.4: Khai thác, vận chuyển và ập kết vật liệu ................................................ 76
Hình 3.5: Sản xuất vật liệu cấp phối đất, đá thải phục vụ cho thử nghiệm .............. 77
Hình 3.6: Xử lý đào nền thay đất trước khi đắp ..................................................... 79
Hình 3.7: Thi công đắp đất nền đường đoạn thử nghiệm ........................................ 80
Hình 3.8: Đo E lớp K98 đáy kết cấu áo đường....................................................... 81
Hình 3.9: Công tác ghép ván khuôn thi công lớp móng.......................................... 82
Hình 3.10: Công tác tập kết, san rải và lu lèn lớp móng dưới ................................. 83
Hình 3.11: Thí nghiệm kiểm tra độ chặt lớp móng dưới ở vị trí khác nhau ............ 84
Hình 3.12: Đo Edh tại 3 vị trí lớp móng đường thử nghiệm ................................... 85
Hình 3.13: Sơ họa đo Edh tại 3 vị trí lớp móng đường thử nghiệm ........................ 85
Hình 3.14: Công tác kiểm tra giám sát trạm trộn bê tông Sông Hồng 6 .................. 86
Hình 3.15: San, rải, lu lèn lớp cấp phối gia cố xi măng đoạn đường thử nghiệm .... 87


xiii
Hình 3.16: Kiểm tra độ chặt lớp móng trên gia cố xi măng .................................... 88
Hình 3.17: Thi công láng nhựa mặt đường............................................................. 90
Hình 3.18: Sơ họa mặt bằng phạm vi đường thử nghiệm (vẽ lại hình) ................... 93
Hình 3.19: Thi công tạo khe .................................................................................. 93
Hình 3.20: Bảo dưỡng giai đoạn 2 (tưới Nhũ tương) .............................................. 94
Hình 3.21: Hiện tượng nứt trên mặt ....................................................................... 94
Hình 3.22: Sơ họa mặt bằng điểm khoan lấy mẫu .................................................. 97
Hình 3.23: Khoan mẫu thử D150 lớp mặt đường gia cố ......................................... 97
Hình 3.24: Xử lý hoàn thiện mẫu trong phòng thí nghiệm ..................................... 98
Hình 3.25: Kiểm tra và nén mẫu ............................................................................ 98
Hình 3.26: Phương trình hồi quy cường độ nén và tuổi mẫu .................................. 99
Hình 3.27: Thử nghiệm cường độ chịu nén khi ép chẻ ......................................... 100
Hình 3.28: Phương trình hồi quy cường độ ép chẻ và tuổi mẫu ............................ 102
Hình 3.29: Xe chuyển vật tư thi công Giảng đường A3. Trường ĐH CN GTVT .. 103
Hình 3.30: Đường thử nghiệm thời điểm tháng 10/2018 ...................................... 103
Hình 4.1: Sơ đồ nghiên cứu đề xuất các kết cấu mặt đường ................................. 106
Hình 4.2: Trình tự phân tích kết cấu mặt đường ................................................... 116
Hình 4.3: Phân tích thống kê nhiệt độ Quảng Ninh để xác định cấp nhựa PG ...... 120
Hình 4.4: Biểu đồ xác định hệ số lớp a2 của lớp móng trên làm bằng vật liệu gia cố
xi măng, theo các tham số cường độ: Mô đun đàn hồi EBS và/hoặc ...................... 126


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề nghiên cứu
Than là nguồn tài nguyên năng lượng chủ lực ở Việt Nam, đảm bảo nhiên liệu cho
sản xuất công nghiệp quan trọng như sản xuất điện, thép, xi măng, phân bón, xây
dựng và nhiều hoạt động khác góp phần không nhỏ trong công cuộc xây dựng và
phát triển đất nước.
Trữ lượng than nước ta tập trung chủ yếu ở tỉnh Quảng Ninh với tỉ lệ đạt 67%, trong
đó trữ lượng lớn nhất cùng chất lượng rất tốt tập trung tại khu vực Cẩm Phả - Cửa
Ông. Có khoảng 30 mỏ và các điểm khai thác lộ thiên trong đó có 5 mỏ công suất từ
1 đến 3 triệu tấn/năm, bao gồm các mỏ Cao Sơn, Cọc Sáu, Hà Tu, Núi Béo. Khoảng
20 mỏ được khai thác theo kiểu hầm lò trong đó có 7 mỏ công suất từ 1 triệu
tấn/năm trở lên gồm: Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Hà Lầm, Mông Dương,
Khe Chàm và Dương Huy.
Từ trước đến nay việc khai thác than ở nước ta nói chung và Quảng Ninh nói riêng
chủ yếu vẫn áp dụng công nghệ khai thác kiểu lộ thiên. Để khai thác và tuyển chọn
được 1m3 than sạch thông thường phải bóc bỏ đổ đi từ 8 đến 12m3 đất đá thải. Trữ
lượng đất đá đổ thải tiềm tích từ những năm đầu tiên khai thác than ở khu vực Cẩm
Phả tính đến hết năm 2012 đã vào khoảng 3,7 tỷ m3 và dự tính trong giai đoạn 2013
- 2020, khối lượng đất đá thải từ khai thác than tại Quảng Ninh tiếp tục gia tăng
khoảng 1,9 tỷ m3. Khu vực lân cận như Mạo Khê, Uông Bí, Cẩm Phả đất đá thải
dồn thành các bãi chứa chất cao như núi. Đường vào các bãi thải mưa thì lầy, bùn
và nước bẩn trôi ra bên ngoài, tràn lên mặt đất và công trình, lấp xuống hệ thống
thoát nước, sông ngòi,… rồi chảy ra biển; nắng thì bụi đất đá than bay dày đặc, 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, nhà cửa và gây tai họa cho con người.
Trong những năm gần đây Tập đoàn than Khoáng sản Việt Nam quy hoạch các bãi
đổ thải để tập trung thu gom đất đá thải từ các mỏ lân cận về một mối, trong đó có
các mỏ như: Đông Cao Sơn (ĐCS), Bàng Nâu, Nam Khe Tam và Đông Khe Sim,
chứa trên 94% tổng khối lượng đất đá thải toàn vùng. 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.
Nghiên cứu khả năng sử dụng đất, đá thải tại các mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng
Ninh như một nguồn vật liệu dùng trong xây dựng đường ô tô là một đề tài có tính
thực tiễn và khả thi, góp phần vào việc bảo vệ môi trường cho khu vực Cẩm Phả,
Cửa Ông, tỉnh Quảng Ninh cũng như các địa phương khác; đồng thời đáp ứng yêu


2
cầu về tận dụng nguyên liệu địa phương và tiết kiệm tài nguyên cho đất nước đảm
bảo yêu cầu phát triển bền vững. 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, thí nghiệm trong phòng và hiện trường, tiến hành
phân tích đánh giá và đề xuất khả năng sử dụng đất, đá thải các mỏ than ở khu vực
Cẩm Phả, Quảng Ninh trong xây dựng kết cấu mặt đường ô tô và mặt đường cho
đường GTNT.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: đất, đá thải mỏ than ở khu vực Cẩm Phả, Quảng
Ninh được 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.
3.2 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu hiện trường đất, đá thải mỏ than ở khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh;
nghiên cứu thử nghiệm trong phòng đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng
Ninh và gia cố với xi măng; nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trường sử dụng đất, đá
thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh 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), được sản xuất từ đất đá thải nguyên khai, của bãi thải
Đông Cao Sơn, Cẩm Phả, Quảng Ninh.
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
Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần vào hiện thực hóa chủ trương tiết kiệm tài
nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường và tận dụng vật liệu địa phương trong xây
dựng đường ô tô.


3
Hoàn thiện dây chuyền công nghệ từ gia công đất, đá thải mỏ than đến trộn hỗn hợp
gia cố, san, rải, đầm lèn và kiểm soát chất lượng về: độ đồng đều, nứt do co ngót,
chế độ bảo dưỡng 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 với móng
dưới là cấp phối đất, đá thải mỏ than không gia cố và móng trên là cấp phối đất, đá
thải mỏ than có gia cố xi măng kết hợp với láng nhựa phủ mặt đạt Eyc = 110 MPa.
Bước đầu đề xuất được thành phần cấp phối, tỷ lệ xi măng hợp lý dùng trong gia cố
và chỉ tiêu kỹ thuật của các lớp vật liệu cấp phối đất, đá thải có và không gia cố xi
măng dùng trong tính toán thiết kế và xây dựng mặt đường ô tô.
Đề xuất phạm vi áp dụng và một số kết cấu áo đường mẫu dùng trong đường ô tô và
đường GTNT.

5. Cấu trúc của luận án
Đề tài bao gồm: Thuyết minh và Phụ lục
5.1 Thuyết minh
 Phần mở đầu

 Chương 1: Tổng quan các kết quả nghiên cứu sử dụng đất, đá thải mỏ than trong
xây dựng kết cấu mặt đường ô tô.

 Chương 2: Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng và đề xuất sử dụng đất, đá thải
mỏ than ở khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh làm vật liệu xây dựng kết cấu mặt đường
ô tô.

 Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm hiện trường với kết cấu mặt đường sử dụng
đất, đá thải mỏ than ở khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh gia cố xi măng.
 Chương 4: Nghiên cứu đề xuất một số kết cấu mặt đường và phạm vi áp dụng lớp
đất, đá thải mỏ than ở khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh.
 Phần kết luận và kiến nghị.
5.2 Phụ lục:

 Các kết quả thí nghiệm.

 Các hình ảnh theo dõi hiện trường.


4

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
Cho tới nay than đá vẫn là nguồn năng lượng chủ yếu của loài người. Trữ lượng
than trên toàn thế giới cao hơn gấp nhiều lần trữ lượng dầu mỏ và khí đốt. Người ta
ước tính tổng trữ lượng than của cả thế giới là trên 13.000 tỷ tấn, trong đó trữ lượng
có thể khai thác là 3.000 tỷ tấn. Than tập trung chủ yếu ở Bắc bán cầu, trong đó đến
80% trữ lượng tập trung tại Trung Quốc, Hoa Kỳ, Liên Bang Nga, Ucraina, CHLB
Đức, Ấn Độ, Ôxtrâylia, Ba Lan,...[55]
Than là một ngành công nghiệp mang tính toàn cầu, lượng than thương mại được
khai thác tại hơn 50 quốc gia và được tiêu thụ tại trên 70 quốc gia trên toàn thế giới.
Hàng năm có khoảng hơn 4.030 triệu tấn than được khai thác; con số này đã tăng
38% trong vòng 20 năm qua. Sản lượng khai thác tăng nhanh nhất ở khu vực châu
Á, trong khi đó tốc độ khai thác tại châu Âu đang giảm dần. Năm nước khai thác
than lớn nhất hiện nay là: Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ, Úc và Nam Phi. Hầu hết các
nước khai thác than cho nhu cầu tiêu dùng nội địa, chỉ có khoảng 18% dành cho thị
trường xuất khẩu [62].
Công nghiệp khai thác than xuất hiện tương đối sớm và được phát triển từ nửa sau
thế kỉ XIX. Trong vòng 50 năm qua, sản lượng than khai thác được tăng trung bình
là 5,4%/năm, cao nhất vào thời kì 1950 - 1980 đạt 7%/năm. Từ đầu thập kỉ 90 đến
nay, mức tăng giảm xuống chỉ còn 1,5%/năm. Mặc dù việc khai thác và sử dụng
than có thể gây hậu quả xấu đến môi trường (đất, nước, không khí,...), song nhu cầu
than không vì thế mà giảm đi. Sản lượng than tập trung chủ yếu ở khu vực châu Á Thái Bình Dương, Bắc Mỹ, Nga và một số nước Đông Âu. Từ thập niên 90 của thế
kỷ XX, việc tìm ra những mỏ than lớn ở Trung Quốc đã giúp nước này đứng đầu
thế giới về khai thác than, vượt trên cả Hoa Kỳ. Các nước sản xuất than hàng đầu là
Trung Quốc, Hoa Kỳ, Ấn Độ, Ôxtrâylia, Nga, chiếm tới 2/3 sản lượng than của thế
giới. Nếu tính cả một số nước như Nam Phi, CHLB Đức, Ba Lan, CHDCND Triều
Tiên,... thì con số này lên đến 80% sản lượng than toàn cầu [55].


5

Hình 1.1: Khai thác than tại Tavan Tolgoi, Trung Quốc
Hoạt động khai thác và chế phẩm, tiêu thụ than đang gây ra vấn đề môi trường
nghiêm trọng. Tác động môi trường của khai thác than bao gồm xói mòn, sụt sạt
đất, mất cân bằng đa dạng sinh học, ô nhiễm đất, nước ngầm và nước mặt do hóa
chất từ chế biến than. Trong một số trường hợp, rừng ở vùng lân cận còn bị chặt phá
để lấy chỗ chứa chất thải khai thác mỏ than.
Công nghệ khai thác, chế biến và sàng tuyển than có ảnh hưởng rất lớn tới môi
trường. Công nghệ khai thác lộ thiên tồn tại một lượng đất, đá thải khá lớn và chiếm
nhiều diện tích bãi chứa đổ thải, gây ô nhiễm không khí, đất và ô nhiễm nguồn
nước, giảm diện tích rừng cũng như diện tích đất sản xuất. Công nghệ khai thác
hầm lò hiện nay cũng sẽ làm mất khoảng 50% trữ lượng, gây lún đất, ô nhiễm nước,
tiêu hao gỗ chống lò và tiềm ẩn tai nạn hầm lò. Công nghệ chế biến và sàng tuyển
than cũng tạo ra bụi và nước thải chứa than, kim loại nặng. Bên cạnh việc hủy hoại
môi trường, việc ô nhiễm do hóa chất cũng ảnh hưởng đến sức khỏe người dân địa
phương.

Hình 1.2: Khai thác than tại Lippendorf, Neukieritzsch, CHLB Đức


6
Trong những yếu tố gây ô nhiễm môi trường do khai thác than gây ra còn phải kể
đến chất thải rắn đặc biệt, đó là lượng đất, đá xít thải rất lớn. Theo tính toán cứ khai
thác 1 tấn than nguyên khai bằng phương pháp lộ thiên sẽ đào xúc đi khoảng 5 - 6
tấn đất, đá xít thải phía trên bể than, như vậy với sản lượng khai thác trên thế giới là
5 tỷ tấn/năm thì lượng đất, đá thải ít nhất 25 - 30 tỷ tấn [63].
Đất đá thải phát sinh nhiều nhất ở Trung Quốc (chiếm 13% trữ lượng than và
khai thác nhiều nhất), sau đó là Hoa Kỳ, Ấn Độ, và các nước Châu Âu. Vấn đề chất
thải rắn phải xúc đổ bỏ phục vụ khai thác than đang là vấn đề phức tạp và gây ra
nhiều thách thức cho các nhà quản lý môi trường của các nước trên thế giới, từ việc
đổ thải đến công tác cải tạo, phục hồi môi trường cho các bãi thải [55].
Những công ty, tập đoàn khai mỏ nói chung ở nhiều nước đã được yêu cầu phải
tuân thủ những quy định 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
Việt Nam là nước có tiềm năng về than khoáng các loại. Theo số liệu điều tra đã
được công bố gần đây, than biến chất thấp (lignit - á bitum) được tìm thấy ở phần
lục địa trong bể than sông Hồng tính đến chiều sâu 1700m có tài nguyên trữ lượng
đạt 36,960 tỷ tấn. Nếu tính đến độ sâu 3500m thì dự báo tổng tài nguyên than đạt
đến 210 tỷ tấn. Than biến chất trung bình (bitum) đã được phát hiện ở Thái Nguyên,
vùng sông Đà và vùng Nghệ Tĩnh với trữ lượng khoảng gần 80 triệu tấn. Than biến
chất cao (anthracit) phân bố chủ yếu ở các bể than tại Quảng Ninh, Thái Nguyên,
sông Đà, Nông Sơn với tổng tài nguyên đạt trên 18 tỷ tấn, trong đó trữ lượng than
tại bể than Quảng Ninh là lớn nhất, ước đạt trên 3 tỷ tấn [1], [22].
Theo Quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam đến năm 2020 [1], sản lượng than
thương phẩm sản xuất toàn ngành trong các giai đoạn như sau: năm 2012: 45 - 47
triệu tấn; năm 2015: 55 - 58 triệu tấn; năm 2020: 60 - 65 triệu tấn; năm 2025: 66 70 triệu tấn; năm 2030: trên 75 triệu tấn. Trong đó, sản lượng khai thác chủ yếu tập
trung vào các mỏ than tại bể than Đông Bắc: sản lượng than thương phẩm khoảng
55 - 58 triệu tấn vào năm 2015; 59 - 64 triệu tấn vào năm 2020; 64 - 68 triệu tấn vào
năm 2025 và duy trì khoảng 65 triệu tấn từ sau năm 2025. Để đáp ứng yêu cầu trên
đây, bể than Đông Bắc sẽ hoạt động hết công suất với 61 mỏ đang hoạt động và dự
kiến trong 20 năm tới sẽ có thêm 47 mỏ được đưa vào khai thác.
Hiện nay ở Việt Nam, việc khai thác than chủ yếu vẫn áp dụng công nghệ khai thác
lộ thiên đòi hỏi cần bóc bỏ lượng đất đá thải lớn. Theo dự tính trong giai đoạn 2013


7
- 2020, khối lượng đất, đá thải từ các mỏ than ở Quảng Ninh tiếp tục gia tăng lên
mức khoảng 1,9 tỷ m3.

Hình 1.3: Tình trạng đất, đá thải tại các mỏ than ở Quảng Ninh
Công nghệ đổ thải áp dụng theo sơ đồ đổ thải sử dụng phương tiện là ô tô vận
chuyển kết hợp máy ủi để san gạt. Đất đá thải được vận chuyển làm đường lên cốt
cao dự kiến đổ thải, san gạt bãi quay xe. Thi công xong bãi quay xe thì tiến hành đổ
thải kết hợp san gạt. Đất đá thải được vận chuyển từ khai trường ra bãi thải bằng ô
tô tự đổ loại trọng tải 27- 90 tấn, đổ trực tiếp xuống sườn bãi thải, phần đất đá còn
lại trên mặt bãi thải được xe gạt gạt xuống sườn tầng thải.
Theo quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam đến năm 2020, trong vùng Cẩm
Phả, Quảng Ninh có 16 mỏ và công trường khai thác than lộ thiên hoạt động, sản
lượng than khai thác từ 14-16 triệu tấn/năm, tương ứng khối lượng đất bóc từ 180200 triệu m3/năm. Trong đó, khối lượng đất đá thải của các mỏ Đèo Nai, Cao Sơn,
Cọc Sáu, Khe Chàm II và Đông Đá Mài chiếm trên 94% tổng khối lượng đất đá thải
toàn vùng. Giai đoạn 2013-2020, khối lượng đất đá thải của vùng dự kiến khoảng
1,9 tỷ m3. Cũng theo quy hoạch, vùng Cẩm Phả sẽ hình thành và phát triển 4 bãi
thải lớn: Đông Cao Sơn, Bàng Nâu, Nam Khe Tam và Đông Khe Sim, nhằm phục
vụ cho việc khai thác và đảm bảo vệ sinh môi trường.
Hiện tại, bãi thải lớn nhất vùng Cẩm Phả là bãi thải Đông Cao Sơn (dung tích 295


8
triệu m3) đang được sử dụng cho 3 mỏ lộ thiên: Đèo Nai, Cọc Sáu và Cao Sơn.
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 [22].
Hiện nay khu bãi thải Đông Cao Sơn (Hình 1.4) được phân chia cho các mỏ khai
thác và đổ thải đất đá như hình dưới.

Hình 1.4: Mặt bằng theo quy hoạch bãi thải Đông Cao Sơn
Mỏ Cao Sơn (bao gồm cả Đông Cao Sơn): Mỏ đang tiến hành đổ thải phần phía
Tây và Tây Bắc của bãi thải với các mức cao đổ thải: +155m, +170m, +185m,
+200m, +245m, +275m, +290m. Hướng phát triển bãi thải chủ yếu theo hướng Tây
Bắc.
Mỏ Cọc Sáu: Mỏ đang tiến hành đổ thải phần Đông Bắc của bãi thải với các mức
cao đổ thải: +160m, +175m, +190m, +205m, +225m, +250m, +270m. Hướng phát
triển bãi thải chủ yếu theo hướng Bắc.


9
Mỏ Đèo Nai: Mỏ đang tiến hành đổ thải phần trung tâm của bãi thải (nằm kẹp giữa
ranh giới quản lý của Công ty than Cao Sơn và Công ty than Cọc Sáu) với mức cao
đổ thải: +160m, +175m, +190m, +225m, +250m, +270m. Hướng phát triển bãi thải
chủ yếu theo hướng Tây Bắc.
Mỏ Bắc Quảng Lợi: Hiện nay mỏ đang tiến hành khai thác lộ thiên kết hợp với khai
thác hầm lò tận thu. Dự kiến hết năm 2010, mỏ Bắc Quảng Lợi sẽ kết thúc khai thác
và như vậy việc đổ thải vào khu vực này chỉ được thực hiện sau năm 2010.
Trên cơ sở hiện trạng đổ thải của các mỏ tại bãi thải Đông Cao Sơn và quy hoạch
khai thác than trong khu vực Cẩm Phả, bãi thải Đông Cao Sơn phát triển theo các
giai đoạn như sau:
- Giai đoạn 2011-2015: Mỏ Bắc Quảng Lợi kết thúc khai thác nên bãi thải Đông
Cao Sơn sẽ đổ thải mở rộng về phía Đông đến hết giới hạn đổ thải theo thiết kế, ở
cao độ đổ thải +300m: dung tích chứa hữu dụng còn lại của bãi thải là 193 triệu m3.
- Giai đoạn sau 2015, chỉ còn mỏ Cọc Sáu đổ thải tại đây, bãi thải sẽ lấn trùm lên
mỏ Bắc quảng Lợi, Công trường LT G9, H10 Mông Dương và phía Bắc sẽ lấn lên
gần với mặt bằng mỏ Mông Dương. Theo tính toán với giới hạn đổ thải như trên và
ứng với cốt cao đổ thải +350m: dung tích chc quảng Lợi, Công trường LT G9, H10
243 triệu m3.
- Hiện nay bãi thải Đông Cao Sơn trong giai đoạn vận hành với công suất rất cao,
hàng ngày các xe vận chuyển siêu trường, siêu trọng liên tục nối đuôi nhau ra vào
đổ thải. Tại bãi đổ thải, đất đá thải thu gom đổ thải chất thành núi cao, dao động từ
60m đến 150m, có nơi rất cao khoảng 250m so với mặt nước biển.
Vật liệu đất, đá thải tại các mỏ than tập kết trên bãi thải Đông Cao Sơn vùng than
Cẩm Phả là sản phẩm được hình thành từ việc nổ mìn phá đá bóc đi tầng phủ
nguyên sinh phía trên đến giáp miền cận quặng (bể than). Hỗn hợp vật liệu phế thải
trầm tích vùng mỏ chủ yếu bao gồm đá cuội, sạn kết, cát kết, bột kết, sét kết và các
vỉa đá cacbonnat ở dạng nếp xiên. Đá thải được hình thành trong khai thác than 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.


10

Hình 1.5: Thực trạng vật liệu đất, đá thải tại bãi thải Đông Cao Sơn
Sự phân bố đất đá trong bãi thải nói chung là không đồng đều. Tuy nhiên, do động
năng của các hạt đất đá thải khi rơi xuống từ xe vận chuyển và từ khâu san gạt nên
từ mặt bãi thải xuống độ sâu 1,5m tập trung chủ yếu các loại đá có kích cỡ nhỏ (bụi
lắng, cát, dăm sỏi), tỷ lệ các hạt đá có kích thước nhỏ hơn 15mm ước tính chiếm
khoảng 40 - 50%. Dọc theo sườn dốc trở xuống, tỷ lệ các hạt đá có kích thước nhỏ
giảm dần, đến khoảng giữa sườn dốc của bãi thải tỷ lệ các hạt đá có kích thước hạt
lớn hơn 500mm chiếm khoảng trên 60%. Những tảng đá có đường kính lớn tập
trung ở phía dưới sườn dốc. Khi xuống dưới chân bãi thải các tảng đá to thường lăn
cách chân bãi một khoảng cách nhất định. Khu vực sát chân bãi thường là các loại
đá có kích thước lớn hơn 800mm.
Do quy trình đổ thải là từ trên cao xuống nên đất đá hạt nhỏ thường tập trung ở phía
trên, cỡ hạt lớn tập trung dưới chân bãi thải. Những cỡ hạt rất lớn thường lăn xuống
dưới chân bãi thải và tách xa chân bãi thải nên tạo cho bề mặt sườn bãi thải dạng
lõm (Hình 1.6).

Hình 1.6: Hình ảnh sườn dốc bãi thải Đông Cao Sơn


11
Nói chung, bãi thải mỏ có môi trường khô cằn, nghèo dinh dưỡng nên không thuận
lợi cho quá trình phát triển thực vật. Ở nước ta, nhờ điều kiện khí hậu nóng ẩm, mưa
nhiệt đới nên có một số loài cây cỏ có thể phát triển tự nhiên trên bề mặt bãi thải.
Thời gian tồn tại của bãi thải mới có từ 1 - 5 năm, chỉ có các loại cây cỏ mọc được
(cỏ le, chè vè, lau, chít,...). Thời gian tồn tại của bãi thải từ 5 -10 năm, xuất hiện các
loại cây bụi (cây dẻ ngon, thao kén, thẩu tấu, sim, mua,...). Bãi thải đã tồn tại được
20 - 30 năm, có các loại cây gỗ nhỏ (đuôi lươn tía, cà suối, sơn ta,...). Tuy nhiên, sự
phát triển tự nhiên này không đều, phát triển mạnh hơn ở những khu vực bãi thải có
điều kiện thuận lợi hơn về khí hậu.

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
Trong thời gian gần đây, công nghiệp khai thác đá phục vụ cho xây dựng ngày càng
phát triển; kéo theo đó, các sản phẩm thừa từ đá, đá thải, đá lẫn đất có kích cỡ hỗn
hợp xuất hiện càng nhiều. Với xu hướng tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, tận dụng
vật liệu địa phương, đã có nhiều nghiên cứu và từng bước sử dụng loại vật liệu đất,
đá thải để san lấp đắp nền, đắp đập và đắp nền đường ô tô, nhất là trường hợp đắp
hoặc san lấp với chiều cao đắp lớn. Nhiều quy định kỹ thuật được một số quốc gia
trên thế giới ban hành liên quan đến vật liệu đá, đá thải, đá lẫn đất để xây dựng đập
và nền đường.
Trong các tài liệu liên quan đến xây dựng nền đường, thuật ngữ “đá, đá thải, đá lẫn
đất” xây dựng nền đường được biểu thị bằng tiếng Anh là “Rock Fill” hoặc “Rock
Embankment”; khác với thuật ngữ “đất, đất-sỏi sạn” gọi là “Earth fill” hoặc gọi là
“Earth Embankment”.
Trên thế giới, việc xây dựng nền đắp theo truyền thống thường sử dụng vật liệu đất
(Soil) hoặc đất lẫn sỏi sạn (Soil-Aggregate), thỏa mãn tiêu chuẩn phân loại đất cho
xây dựng, cụ thể tại các tiêu chuẩn: AASHTO M145-91(2004), ASTM D 3282-93
(2004), ASTM D 2487-06,… Các loại đất này có kích cỡ hạt lớn nhất không quá 50
mm (hoặc 75 mm theo AASHTO) [56], [57].
Dưới đây là một số các tài liệu đã công bố tiêu biểu có liên quan đến việc sử dụng
đá, đá thải, đá lẫn đất (Rock Fill) trong xây dựng nền đường ô tô:
a) Chỉ dẫn kỹ thuật cho đường ô tô - Xây dựng nền đường đắp của Nam Phi,
1982 [60]
Trong chỉ dẫn kỹ thuật này, cho phép đắp nền đường ô tô bằng các loại vật liệu: đá
(rock), đất cát, đất sét và các vật liệu khác như xỉ (ash), clinker hoặc các phế thải
công nghiệp khác có thể sử dụng để đắp nền đường với điều kiện vật liệu đó có thể


12
thi công được và có khả năng tạo nên một nền đường ổn định, không phát sinh biến
dạng (lún) vượt quá yêu cầu.
Vật liệu đá (đá thải, đá lẫn đất) được rải đồng đều trên toàn bộ bề rộng lớp nền đắp
với chiều dày quy định. Chiều dày lớp vật liệu này nên lấy bằng 2/3 kích cỡ hạt lớn
nhất của đá. Vật liệu đá thải ra từ loại đá quá cứng, đá không bị phong hóa, dẫn tới
khi khai thác đá bằng nổ mìn cần bổ sung được hạt mịn để lấp đầy độ rỗng lớp vật
liệu này khi đầm nén hoặc phủ thêm một lớp vật liệu có kích cỡ hạt nhỏ hơn lên trên
lớp này, với chiều dầy khoảng 50 cm.
Trường hợp rải lớp vật liệu đá thải lên lớp nền đất không tốt, xốp; cần thiết phải rải
một lớp tăng cường phía dưới như vải hoặc lưới địa kỹ thuật,… trước khi rải vật
liệu đá thải lên để tránh hiện tượng đá thải xâm nhập, chìm, lún sâu vào nền đất.
Khi đắp nền với đá thải có kích cỡ lớn thì phải rải lớp vật liệu hạt mịn (đất, đá-sỏi
sạn…) lên trên để tạo nên lớp nền có cấp phối chặt.
b)

Chỉ dẫn kỹ thuật của Mỹ, mục 201.36 Rock Embankments [58]

Cho phép sử dụng đá thải đắp nền đường là loại vật liệu có chứa hơn 15% đá có
kích cỡ lớn hơn 150mm. Lớp nền đá thải được rải với chiều dày đồng đều, phụ
thuộc vào kích cỡ hạt lớn nhất, nhưng chiều dầy lớp không vượt quá 70 cm. Có thể
rải với lớp có chiều dày lớn hơn, nhưng phải có biện pháp thi công thích hợp để
đảm bảo độ chặt đầm nén. Phải rải thêm một lớp đá thải có kích cỡ nhỏ hơn (hoặc
lớp vật liệu hạt mịn) trên lớp đá thải có kích cỡ lớn với chiều dầy rải khoảng 50 cm,
sau đó mới được xây dựng lớp móng dưới, móng trên để tránh hiện tượng vật liệu
lớp móng xâm nhập, lỏi vào lớp nền đá thải.
c)

Chỉ dẫn kỹ thuật của Sở GTVT bang Washington, Mỹ [61]

Chỉ dẫn kỹ thuật của Sở GTVT bang Washington (WSDOT) định nghĩa thuật ngữ
“đá thải” (rock) sử dụng để đắp nền: bất kỳ vật liệu có chứa hạt khoáng có kích cỡ
hạt lớn hơn hoặc bằng 4 inch (10 cm) chiếm hơn 25%.
Cần phải thi công các lớp vật liệu này thành các lớp nằm ngang, phân bố vật liệu
sao cho các hạt nhỏ hơn nằm chen giữa những hạt lớn hơn để tạo nên lớp đắp có độ
rỗng nhỏ nhất. Việc đầm nén lớp vật liệu hạt lớn sử dụng lu 50 tấn hoặc lu rung với
tần số không dưới 1000 lần/phút. Phải rải một lớp đất có chiều dày tối thiểu 6 in (15
cm) lên trên lớp đắp bằng vật liệu hạt lớn. Thí nghiệm kiểm tra độ chặt lu lèn cần
lựa chọn phương riêng cho phù hợp.
d)
[58]

Yêu cầu kỹ thuật đối với đất, đá thải đắp nền đường của Vương quốc Anh


13
Trong Tiêu chuẩn xây dựng nền đường đắp năm 1986 của Bộ Giao thông Vương
quốc Anh có cho phép sử dụng vật liệu đá-sỏi sạn (ký hiệu là 1C) và vật liệu đá, đá
thải kích cỡ lớn (ký hiệu là 6B) để đắp nền đường. Yêu cầu kỹ thuật của 2 loại vật
liệu tóm tắt tại Bảng 1.4. Trong đó, kích cỡ hạt xem xét là 125 mm, 0,6 mm và
0,063 mm; tính cấp phối của vật liệu thể hiện qua hệ số đồng đều Cu.
Bảng 1.1: Yêu cầu kỹ thuật đối với đá, đá thải đắp nền đường

Loại vật liệu

Đá-sỏi sạn 1C
Đá, đá thải 6B
e)

Kích cỡ
(mm)

% Lượng lọt sàng, qua các cỡ
sàng

500

125 mm

100

0 ~ 95

0.6 mm

0.063 mm
≥5

0 ~ 25
100

Hệ số đồng
đều, Cu

< 15

≥5

0 ~ 10

Sử dụng đá thải đắp nền đường tại Úc [59]

Dự án đắp nền đường đường cao tốc Bulahdelah đi Coolongolook của Úc dài 22
km, được tài trợ bởi Chính phủ Liên Bang Úc là một công trình điển hình về sử
dụng đá thải làm nền đường. Tuyến đường này đi qua địa hình hiểm trở, nhiều đoạn
phải đào sâu đến 49 m, đắp cao đến 24 m. Hai loại vật liệu được sử dụng để đắp nền
là đất và đá, đá thải kích cỡ lớn được thu hồi từ những đoạn nền đường đào. Vật
liệu đá, đá thải được khai thác từ nền đào là đá cứng, có độ bền cao, không bị tan rã
dưới tác động của phong hóa và lu lèn. Dự án này đã áp dụng tiêu chuẩn phân loại
về cường độ, kích cỡ đá sử dụng đắp nền đường dẫn ở Bảng 1.2.
Bảng 1.2: Phân loại về cường độ, kích cỡ đá sử dụng đắp nền đường
Cường độ

Kích cỡ

Loại

Mô tả

Loại

Mô tả

1

Đất

E

Không đo được

2

Đá có độ cứng từ rất nhỏ đến nhỏ

D

< 40 mm

3

Đá có độ cứng từ nhỏ đến trung bình

C

40-100 mm

4

Đá có độ cứng lớn

B

100-300 mm

5

Đá có độ cứng từ lớn đến rất lớn

A

> 300 mm


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×