Tính c p thi t c a đ tài
Hệ thống đê biển dài hơn 3200 km từ Bắc vào Nam đã được hình thành qua nhiều thời kỳ Đây là tài sản quý giá của Quốc Gia, đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế, xã hội, quốc phòng và an ninh, đặc biệt là đối với cộng đồng dân cư vùng ven biển.
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng, sóng biển và sóng tràn đang trở thành mối đe dọa nghiêm trọng đối với thiết kế đê biển Các giải pháp công nghệ mới và tiên tiến cần được áp dụng để đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống đê, nhằm tăng cường khả năng chống chịu trước sóng lớn và hiện tượng xói mòn của bờ biển Việc phát triển các công trình cho mái đê khi có sóng tràn qua là rất cần thiết và cần được nghiên cứu khoa học kỹ lưỡng.
Nhiều nước trên thế giới, bao gồm Hà Lan, đã nghiên cứu thành công và sử dụng vật liệu cát, đá và bitum để bảo vệ mái đê biển So với các vật liệu truyền thống như bê tông hay bê tông cốt thép, vật liệu hỗn hợp bitum, cát, đá có những tính năng vượt trội như khả năng chống xâm thực trong môi trường nước biển, khả năng biến dạng, độ đàn hồi tốt, và khả năng thích ứng với biến động môi trường Những ưu điểm này giúp hạn chế lún sụt, xói lở tại bề mặt đê biển, đồng thời nâng cao độ bền và tuổi thọ của công trình Hiện tại, nghiên cứu về vật liệu này đang được tiến hành, tuy nhiên, việc áp dụng vào thực tiễn tại Việt Nam cần có các nghiên cứu bài bản và hệ thống, bao gồm các tiêu chí lý thuyết của vật liệu hỗn hợp asphalt, quy trình công nghệ thiết kế, thi công, và quản lý vận hành, nhằm đánh giá tác động đến môi trường.
Luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc, nhằm phân tích các khía cạnh thiết kế thành phần cấp phối Các tiêu chí lý thuyết cơ bản của vật liệu hỗn hợp đảm bảo yêu cầu thi công trong điều kiện vật liệu, công nghệ, khí hậu và môi trường Việt Nam Đây là vấn đề hết sức quan trọng trong việc chuyển giao ngữ liệu loại vật liệu này vào điều kiện Việt Nam Do vậy, vấn đề nghiên cứu của luận văn là cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
M c đích c a tài
- Làm ch đ c ph ng pháp thi t k thành ph n c p ph i c a v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c
- Xác đ nh đ c thành ph n c p ph i c a v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c gia c mái đê bi n H i Th nh – Nam nh.
Cách ti p c n và ph ng pháp nghiên c u
S d ng các sách, báo c a n c ngoài và trong n c v nghiên c u đê bi n và v t li u h n h p asphalt gia c đê bi n.
Ti p c n t các thành t khoa h c công ngh trong và ngoài n c Chuyên gia trong và ngoài n c b Ph ng pháp nghiên c u
- Ph ng pháp đi u tra thu th p thông tin: T ng h p tài li u, đánh giá t ng quan các nghiên c u liên quan trong n c và trên th gi i.
- Ph ng pháp th ng kê, k th a ch n l c
- Ph ng pháp th c nghi m trong phòng thí nghi m.
K t qu d ki n đ t đ c
T ng quan v th c tr ng đê bi n Vi t Nam
1.1.1 Th c tr ng đê bi n Vi t Nam
Nước ta có chiều dài đường bờ biển dài và có hệ thống đê cửa sông và đê biển tương đối lớn Kể từ thế kỷ 13, hệ thống đê biển đã được hình thành và phát triển Ban đầu, đây là những đoạn đê đơn giản, chủ yếu bảo vệ Bến Bạc, dần dần được cải tạo và mở rộng Trong vài thập kỷ gần đây, bên cạnh những nỗ lực của nhà nước và nhân dân, một số dự án cải cách, nâng cấp hệ thống đê biển đã được thực hiện, như PAM 4617 (1993-1998) và PAM 5325 (1996-2000) của FAO, cùng với các nguồn tài trợ từ ADB (2000), CARE, CEC, OXFAM đã giúp cho đê biển nước ta được củng cố và nâng cấp đáng kể.
Tuy nhiên, việc đầu tư vẫn còn mang tính chắp vá, thiếu đồng bộ và chủ yếu tập trung vào việc đắp tôn cao, áp trúc thân đê bằng đất khai thác tại chỗ Do vậy, để biên phân lấn vững chắc các tiêu thiết kế tại thiểu, cần nhanh chóng bù đắp và thường xuyên hoàn thiện Với tình hình biến đổi khí hậu và nước biển dâng hiện nay, việc các tuyến đê biển của chúng ta bị tàn phá, hư hỏng là điều dễ hiểu.
Các tuyến đê biên được hình thành từ những năm 1930, nhằm bảo vệ vùng đồng bằng Bắc Bộ và các khu vực như Thanh Hóa, Ngh An Sau năm 1975, các tuyến đê này đã được nâng cấp và mở rộng để bảo vệ an toàn cho khu vực miền Trung Việc xây dựng các tuyến đê biên chủ yếu do nhân dân tự tổ chức, với sự hỗ trợ kinh phí từ Nhà nước để hoàn thiện hệ thống đê điều quan trọng này Tuy nhiên, do tình hình kinh tế khó khăn và hậu quả của chiến tranh, việc đầu tư cho các tuyến đê vẫn gặp nhiều thách thức.
Phát triển kinh tế xã hội cần tập trung vào các lĩnh vực khác nhau, nhằm nâng cao chất lượng cho đề biện Điều này giúp đảm bảo sự quan tâm đúng mức và đánh giá đúng tầm quan trọng của đề biện trong chiến lược phát triển kinh tế.
Trong tương lai, vấn đề biến đổi khí hậu sẽ trở thành một trong những thách thức cốt yếu của các quốc gia, khi mà lợi ích từ biến đổi mang lại là vô cùng lớn cả về kinh tế và chính trị Việc đầu tư nâng cấp cơ sở hạ tầng để ứng phó với biến đổi khí hậu cần được quan tâm và xem xét kỹ lưỡng trong chiến lược phát triển của đất nước Chúng ta cần thay đổi tư duy nhận thức về biến đổi khí hậu, giống như Hà Lan đã làm, để phát triển bền vững cho đất nước mình.
Do tính chất và biên độ thủy triều, mức độ ảnh hưởng của bão hàng năm và hình thái địa hình tại từng vùng có sự khác nhau, dẫn đến yêu cầu về quy mô của đê biển cũng khác nhau Đối với vùng ven biển miền Trung, có những đụn cát hình thành ven biển, nhấn mạnh đặc điểm tự nhiên ngàn năm Vùng gần các cửa sông Lạch Tray, Vân Úc, Thái Bình, Ba cũng cần có những biện pháp bảo vệ phù hợp.
Lãnh thổ Ninh C, với đáy bãi biển cao và lan ra ngoài biển, đã hình thành 2-3 tuyến đê biển do nhân dân đắp quai đê Các tuyến đê này bảo vệ hàng ngàn hecta diện tích nhà đê biển Bình Minh (huyện Kim Sơn, tỉnh Ninh Bình), khu vực Hồng V (Hải Phòng), và đê biển Nga Sơn, tỉnh Thanh Hóa Vùng xa cửa sông, một số bãi bồi liên tục bồi tụ, biển lấn vào đất liền đe dọa an toàn của đê biển Đê được chia thành hai tuyến (tuyến chính và tuyến dự phòng) nhằm bảo vệ một số đơn đê biển Hải Hậu, trong khi một số khu vực biển lấn do bãi bồi tụ gây xói lở bờ khu vực Hậu Lộc (Thanh Hóa), Xuân.
H i, C m Nh ng (Hà T nh), Bàu Tró (Qu ng Bình), Hoà Duân (Th a Thiên
Hu ), Tam Thanh (Qu ng Nam) M t s tuy n đê bi n đ c đ p vòng khép kín b o v dân sinh, kinh t nh tuy n đê bi n Hà Nam (Qu ng Ninh), đê bi n Cát H i (H i Phòng).
Các biện pháp thiết kế bền vững cần được hình thành qua nhiều thời kỳ khác nhau để đảm bảo sự đồng bộ và thích ứng với các tiêu chí thiết kế, xây dựng và hình thành hạ tầng Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu, khi mà điều kiện tự nhiên đang bị ảnh hưởng bởi gió bão và mực nước biển ngày càng dâng cao.
1.1.2 ê bi n t nh Qu ng Ninh
Vùng Quảng Ninh có địa hình chủ yếu là đồi núi, với nhiều dãy núi chạy dọc theo bờ biển, khiến cho diện tích đất bằng phẳng khá hạn chế Địa hình cao và hiểm trở tạo ra một hệ thống giao thông khó khăn, nhưng cũng mang lại vẻ đẹp tự nhiên độc đáo cho khu vực Bờ biển Quảng Ninh đặc trưng với các mỏm núi ven biển, tạo điều kiện cho việc khai thác và thi công, tuy nhiên, điều này cũng làm cho kết cấu đất đai trở nên không ổn định.
Khu vực này có Vịnh Hạ Long, giúp giảm thiểu tác động của mặn trực tiếp từ biển Tất cả các đảo và rừng xen kẽ trên bờ tạo ra một bức chắn gió cho khu vực bên trong, do đó khi có gió bão, sóng không thể mạnh lên đến các khu vực chịu tác động trực tiếp từ biển Vì vậy, hệ thống đê ở đây khá an toàn và có khả năng chống bão tốt.
M t khác, đây là khu v c ch y u phát tri n du l ch do v y đê bi n c ng đ c u tiên nâng c p, s a ch a tu b th ng xuyên h n
Chủ đề biển có bờ ngang mặt đê nhô không từ 3,0m đến 4,0m Nhiều đoạn đê có chiều rộng mặt đê B < 2,0m nằm thuộc các tuyến đê Hà Nam, đê B Cầu Lộc, và đê Hoàng Tân (tỉnh Quảng Ninh) Mái đê biển có sự sai khác giữa các vùng và các đoạn: mái phía biển 2/1 - 3/1 (đối với đoạn đê đã được nâng cấp từ 3/1 - 4/1), mái phía đồng từ 1,5/1 - 2/1 (đối với đoạn đê đã được nâng cấp từ 2/1 - 3/1) Cao đỉnh đê được lấy theo tiêu chuẩn thiết kế và kết quả khác nhau giữa các vùng.
Chi u r ng m t đê nhi u tuy n còn nh gây khó kh n cho vi c giao thông c ng nh ki m tra, ng c u đê nh tuy n đê Hà Nam
Ngoài ra, công trình b o v b bi n còn có th k đ n công trình khu v c c a sông B c Luân, m i Tràng V , m i Ng c; công trình có tính tôn t o là khu bi n Hòn Gai, Bãi Cháy, đ o Tu n Châu
1.1.3 ê bi n t H i Phòng –Ninh Bình ây là vùng có h th ng đê bi n l n đê sông khá ph c t p, v i h th ng sông ngòi dày đ c và r t nhi u c a sông đ ra bi n, do v y h th ng đê bi n đây b chia c t nhi u Các tuy n đê bi n khu v c này đóng vai trò tr ng y u trong h th ng đê bi n c a đ ng b ng B c B , nó b o v m t khu v c đ ng b ng r ng l n, v i m t đ dân s đông và t p trung nhi u khu phát tri n kinh t xã h i c a mi n B c và c a c n c.
Mặt khác, đây là nơi tập trung nhiều bão nhất vùng đồng bằng Bắc Bộ, bão chủ yếu đổ bộ vào khu vực này Do vậy, những tuyến đê ở đây liên tục chịu ảnh hưởng và tác động của những cơn bão Tất cả đều được xây dựng từ đất cát pha, có chứa lượng nước ngầm không ổn định, do vậy kết cấu của đê khá yếu, lại được xây dựng từ lâu và chưa được nâng cấp hợp lý Vì vậy, rủi ro bị sóng tràn qua mặt đê khi có bão lớn là rất cao Hệ thống bão tại khu vực này đang ngày càng trở nên phức tạp và có thể phá hủy toàn bộ những vị trí xung yếu khi bão xảy ra.
Mặc dù đã có nhiều hình thức bảo vệ để biến những thực trạng đã chứng minh cho thấy còn rất nhiều điều cần phải làm và nghiên cứu thêm Hàng năm, chúng ta vẫn phải đầu tư chi phí duy tu bảo dưỡng, nâng cấp xử lý sự cố các tuyến đê biển trong và sau mùa mưa bão.
2005, vùng ven bi n n c ta liên ti p ch u nh h ng tr c ti p c a các c n bão s 2, s 6 và s 7 v i s c gió m nh c p 11, c p 12, gi t trên c p 12, v t m c
-8- thi t k c a đê bi n c bi t bão s 7 l i đ b vào đúng th i k tri u c ng (là t h p b t l i ít g p) d n đ n các s c nghiêm tr ng
Nước biển đã tràn qua đê, gây thiệt hại trên 54 km đê thuộc Hải Phòng, Nam Định, Thái Bình và Thanh Hóa Sự cố này đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến một số đoạn thuộc các tuyến đê Cát Hải (Hải Phòng), Hải Hậu, Giao Thủy (Nam Định), với tổng chiều dài bị ảnh hưởng lên tới 1.465 m.
V đê kè bi n Tiên Lãng – H i Phòng V đê kè bi n H i H u – Nam nh
Hình 1.1: M t s hình nh v đê, kè
Tình hình nghiên c u và ng d ng v t li u asphalt đ gia c đê
th gi i và Vi t Nam
1.2.1 Tình hình nghiên c u trên th gi i
Trên thế giới, có rất nhiều nước có bờ biển dài, mang lại lợi ích kinh tế và quốc phòng to lớn Bờ biển đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế vùng ven biển cũng như toàn quốc gia.
M t s n c l n trên th gi i như Anh, Nh t, Hàn Qu c, và Hà Lan đang rất quan tâm đến vấn đề phát triển đê bi n, coi đây là chiến lược quốc gia trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay Hà Lan, với 1/4 diện tích đất nằm dưới mực nước biển từ 5-7m, đã phát triển đê bi n để chống lại sự xâm nhập của biển và mở rộng diện tích đất đai Người dân Hà Lan đã chiến đấu với thiên nhiên bằng các công trình đê bi n hiện đại nhất thế giới, những công trình này gắn liền với sự phát triển của đất nước Một số đê bi n qua vùng biển sâu sóng lớn như Tholense Gat và Krammer tại Hà Lan có độ sâu đáng kể.
Hàn Quốc đã hoàn thành xây dựng tuyến đê biển tại khu vực Saemangeum, tỉnh Jeolla, với chiều dài 33 km và độ cao từ 6-7m so với mực nước biển, cùng độ sâu mực nước tại bờ đạt 35m Công trình lớn này đã tạo ra một bước đột phá trong công tác chinh phục thiên nhiên, mở ra nhiều ý tưởng mới và tiếp tục thúc đẩy sự phát triển của ngành khoa học kỹ thuật công nghệ.
T các lo i v t li u đ c s d ng đ b o v mái đê bi n có hi u qu đã
Truyền thống về lớp bảo vệ mái đê bao gồm các loại vật liệu như đá hộc xếp, bê tông đúc sẵn và bê tông đúc hình với kết cấu khác nhau Những loại lớp bảo vệ này có hiệu quả trong việc tiêu sóng và hạn chế chiều cao sóng leo Do đó, khi thiết kế đê biển, cần xem xét đến tải trọng do sóng và đảm bảo độ cao an toàn cho các loại lớp bảo vệ mái đê này.
Khoa học công nghệ đã giúp con người biến những thách thức thành cơ hội trong lĩnh vực xây dựng Với sự phát triển của vật liệu và nghiên cứu khoa học, các hình dạng, kích thước và quy mô công trình đã được tối ưu hóa để phù hợp với điều kiện thiên nhiên Nhiều loại hình kết cấu đã được phát triển nhằm thích nghi với từng vùng miền và điều kiện công trình cụ thể Các nghiên cứu quốc tế tập trung vào việc phát triển vật liệu đáp ứng yêu cầu về độ bền và khả năng chống chịu, như việc sử dụng đất có cốt, gia cố trục, và các vật liệu bảo vệ mái đê Nhiều nước tiên tiến như Anh, Mỹ, và Hà Lan đã áp dụng các loại vật liệu hỗn hợp như đá, cát, và bitum trong các công trình xây dựng hiện đại.
Bitum, hay còn gọi là asphalt, là một vật liệu có giá trị và được sử dụng để bảo vệ bề mặt đường nhờ vào những tính năng nổi bật Nó có khả năng chống xâm thực trong môi trường nước, chống biến dạng, đàn hồi tốt và thích ứng với nhiều loại biến động Bitum giúp hạn chế lún sụt của nền đê và thân đê, đồng thời giảm thiểu tình trạng lún sụt, xói lở ở các bề mặt đê biển, bảo đảm độ bền và tuổi thọ cho công trình.
Vì asphalt có nhi u u đi m nên t n m 1960 các n c Hà Lan, an
Mái đê biên là một yếu tố quan trọng trong xây dựng công trình, được sử dụng phổ biến ở nhiều quốc gia như M, c, Pháp và Nh t B n Theo thống kê, vật liệu này được phân loại thành 9 loại khác nhau, phù hợp với các điều kiện và vùng miền khác nhau.
B ng 1.1: T ng h p lo i v t li u h n h p bitum, đ c tính k thu t và ph m vi áp d ng [14]
Lo i V t li u K t c u và đ c tính k thu t Áp d ng
C u t o g m 1 l p gi y; 2 bitum; 3 l p t ng c ng (nh s i thép, dây đay ); 4 bitum; 5 l p polyester; 6 bitum 7 l p v i plyethylene; 8 r c cát Khi r i có th 1 đ n 2 l p, đ dày không quá 12mm Kh i l ng đ n v 6-8kg/m 2 , tu thu c lo i đ t n n.
Lo i này m ng, kín n c, d tr i r ng, đ c gia c ng b ng geotextile, không th m n c, đ c ch t o s n và s d ng các tr c l n đ l p đ t Chi u r ng t i đa 5m, chi u dày 5mm, tr ng l ng kho ng
Nh c đi m c a lo i này là:
- S g n k t gi a các l p th ng không n đ nh
R i trên đ t y u Dùng b o v mái kênh, b o v b , b o v xói lòng sông và mái th ng l u đ p c a h ch a R i trên mái d c có đ d c 1:2.5
Tr n đ u h n h p đá, cát, b t đá, sau đó dùng bitum nóng l p kín l r ng Lo i này
Gia c chân bãi đê dày
-19- nhi u đá dùng ch c c b nh chân kè, mái nh b o v Có th thi công tr c ti p d i n c
Thành phần chính của hỗn hợp đá dăm là đá có kích thước từ 20/40mm (kích thước nhỏ nhất là 60mm), chiếm 60% khối lượng, và bitum chiếm 40% Trong hỗn hợp này, cát chiếm 64%, bột đá 17% và bitum 19% Hỗn hợp này có thể được sử dụng để bảo vệ bề mặt, nhưng cũng có những phần khó thi công bằng các phương pháp khác, bảo vệ đáy và mái nghiêng bằng phương pháp nén.
Láp màng geotextile giúp gia cố lớp đá chèn asphalt, tăng cường khả năng chịu lực và giảm xói mòn Sản phẩm có thể chịu được sóng có chiều cao lên đến 0.3m và dòng chảy với tốc độ 2.5 m/s Kích thước cuộn có thể đạt đường kính 4.8m và chiều dài lên đến 20m, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.
B o v nh ng n i m c xói nh b sông, h , thung l ng
H n h p đá ho c s i v i 60 - 90% b t matit Rót n đ nh nhi t đ 140-180 o C
Hỗn hợp cát mịn và bitum (2-6% khối lượng) không có bột mịn Tính chất của cát là hòa trộn với bitum khi nóng chảy Loại hỗn hợp này chống xói mòn tốt, vì cát phải được sử dụng đúng cách Hỗn hợp ít xảy ra hiện tượng lún Chỉ nên dùng loại bitum có đặc tính cao, phù hợp cho ngói dán mái và chân đế.
H n h p cát, b t m n và bitum theo t l 3:1:1 Rót d , đ linh ho t l n Không th m, có th đ n thêm đá Lo i này ph i đ c đ m ch t m c có đ r ng t 3-6%
Sử dụng loại vật liệu này rất hiệu quả khi chèn trong lớp đá hộc xếp Có thể sản xuất thành tấm tường lắp ghép trên hoặc dải nền cứng Sử dụng bao vây đáy và chân kè Thi công mái đê biển chèn trong đá xếp cần được thực hiện cẩn thận.
Chèn asphalt trong đá x p khan
S p x p đá h c, r i asphalt (g m cát, đá, b t m n, bitum) r i đ m ch t Có th b th m n c Có th thi công mái 1:1.5
Lo i này h p th sóng t t a) Chèn asphalt b m t b) Chèn asphalt c c b
S d ng b o v b sông, b o v b bi n, mái đê bi n B o v xói cho kè ch n sóng, b n c ng.
- S n ph m t ng t nh bê tông asphalt dùng cho thi công đ ng giao thông
- Thành ph n: đá d m 5-20mm, cát, b t đá, bitum, ph gia (có th s d ng trong nh ng tr ng h p đ c bi t)
S d ng b o v b sông, b o v b bi n, mái đê bi n, thi công m t đê k t h p đ ng giao thông
M t lo i h n h p k t h p v i nhi u lo i v t li u khác phù h p yêu c u c a khách hàng, nh đó tính ch t lo i v t li u r t khác bi t Ví d nó có th n ng h n ho c nh h n n u trong đó l a ch n c t li u phù h p.
V thi t k : Các k t qu nghiên c u c a n c ngoài ch ra r ng, áp d ng v t li u h n h p s ch u đ c chi u cao sóng v i chi u dày t ng ng nh sau:
B ng 1.2: Ch tiêu thi t k t ng ng v i chi u cao sóng [14]
Chi u dày l p bê tông asphalt (m)
Chi u dày l p đá x p chèn asphalt (m)
V công ngh xây d ng: ã s d ng máy móc xây d ng hi n đ i, có nh ng công ngh m i khác v i công trình giao thông và dân d ng (hình 1.2)
Hình 1.3 mô tả quá trình thi công tĩnh mái đê n c ngoài Nghiên cứu gần đây cho thấy việc sử dụng vật liệu hỗn hợp bê tông asphalt đã mang lại nhiều kết quả tích cực Cụ thể, Asphalt nghèo (Lean Sand Asphalt - LSA) cho phép lưu lượng chảy đạt 3 m/s, trong khi chèn asphalt làm từ đá (Open Stone Asphalt - OSA) có khả năng lưu lượng lên tới 6 m/s trong 34 giờ Đối với độ dày 15 cm, lưu lượng chảy có thể đạt từ 2,5 đến 3 m/s.
-23- ã có r t nhi u nghiên c u th c nghi m hi n tr ng trên th gi i đ i v i lo i v t li u này, có th k đ n:
+ Nghiên c u cách xác đ nh ph ng pháp đ m t t nh t đ i v i l p b o v đê bi n b ng lo i bê tông asphalt do C c công trình đ ng qu c gia c a Hà Lan th c hi n.
+ Nghiên c u ph ng pháp thi t k tr n lo i matit do C c công trình đ ng qu c gia Hà Lan th c hi n.
+ Nghiên c u s c c n c a l p b o v b ng đá chèn bê tông asphalt ch u tác d ng c a sóng
+ H p tác nghiên c u tính ch t c h c đ t c a lo i l p b o v đê b ng cát bitum C c công trình đ ng b ng qu c gia Hà Lan th c hi n
+ Nghiên c u t ng quan v đ c tính c h c tr n asphalt do C c công trình đ ng qu c gia Hà Lan th c hi n
+ Nghiên c u v đ r ng trong quá trình tr n tu n hoàn asphalt, đ c k t h p v i Rijkswaterstaat, Hà Lan và nhà máy t nhân
+ Nghiên c u s b v tính ch t c h c c a l p b o v đá chèn asphalt c a tr ng đ i h c công ngh Delft
+ Nghiên c u nh h ng s c c n c a dòng ch y đ i v i lo i asphalt nghèo
1.2.2 Tình hình nghiên c u Vi t Nam n c ta c ng có nhi u công trình nghiên c u v đê bi n nh ng ph n l n là nghiên c u theo các lo i hình v t li u b o v mái và công ngh thi công truy n th ng, v t li u asphalt đ gia c mái b o v đê bi n hi n đang đ c b t đ u tri n khai nghiên c u ê n c ta ch y u đ p b ng đ t, đ t đ c đ p đê khai thác t i ch , nhi u tr ng thái t m đ n d o, th m chí d ng bùn Khi đ p ph i r i thêm
Các lợp cành cây hoắc phỉ được sử dụng thông qua các phương pháp thay thế, với phần lớn các tuyến đê đã được tôn cao nhằm bảo vệ mực nước Những tuyến đê này đã hình thành dựa trên kinh nghiệm dân gian, đảm bảo tính bền vững và hiệu quả Việc xây dựng và quản lý các tuyến đê cần đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn cho cộng đồng.
Việc quan sát và đánh giá tình hình không cho phép tràn nước sẽ ảnh hưởng đến các tuyến đê, từ đó cần có các biện pháp gia cố chống sóng cho mái thượng lưu bằng nhiều loại kỹ thuật khác nhau, nhằm ngăn chặn hiện tượng xói mòn cho mái hạ lưu.
K t lu n
K t qu nghiên c u ch ng 1 đã t ng quan đánh giá chung v hi n tr ng đê bi n c a n c ta t Qu ng Ninh đ n Kiên Giang, qua đó cho th y:
Ê bi n n c ta ch y u đ c hình thành qua các th i k phát tri n c a xã h i, do nhân dân đ a ph ng t đ p và đ c nhà n c đ u t nâng c p trên c s đê c Nhiều tuy n đê ch a đ c khép kín, thi u s đ ng b, th ng nh t v ch tiêu k thu t, và quy ho ch t ng th Điều này dẫn đến thi u t m chi n l c trong t ng lai.
- Tình tr ng chung là do đ u t ch p vá nên đê th ng xuyên b xu ng c p, s t l thi u n đ nh và không có đ kh n ng ch ng l i bão l n và tri u c ng
- Các công trình d i đê b xu ng c p, h h ng n ng không phát huy hi u qu làm vi c trong thoát l và đi u ti t.
- Thi u các công trình ph tr nh m đ m b o an toàn cho đê d i tác đ ng c a thiên nhiên và nhu c u phát tri n kinh t
Trên thế giới, nhiều nước đang sử dụng vật liệu asphalt để gia cố mái đê biển, nổi bật là Anh, Pháp và Hà Lan Nghiên cứu chính thức về vật liệu asphalt gia cố mái đê biển đã chỉ ra rằng loại vật liệu này có nhiều ưu điểm so với các vật liệu truyền thống như bê tông và đá.
-27- h c kè, lát, cây ch n sóng…
Nghiên cứu các giải pháp công nghệ bảo vệ đê cần tiếp tục được thực hiện, trong đó giải pháp sử dụng vật liệu hàn hợp asphalt chèn trong đá hộc đã được áp dụng thành công ở nhiều nước tiên tiến Việc nghiên cứu áp dụng giải pháp này vào điều kiện thực tế của Việt Nam là cần thiết, bởi những ưu điểm nổi bật mà nó mang lại.
CH NG 2 NGHIÊN C U PH NG PHÁP THI T K THÀNH PH N
C s khoa h c
Các nước tiên tiến trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng thành công các loại vật liệu hân hợp asphalt đê bảo vệ mái đê biển, đặc biệt là Hà Lan Họ đã tổng hợp được các loại vật liệu hân hợp bitum, đồng thời tiến hành tính toán kỹ thuật và phạm vi áp dụng của các loại vật liệu này Bên cạnh đó, họ cũng đã đề ra các tiêu chí thiết kế tương ứng với chiều cao sóng.
Hình 2.1: ng d ng v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c thi công đê bi n Hà Lan n m 2013
- u đi m c a v t li u h n h p bitum so v i các v t li u chúng ta th ng dùng gia c tr c đây là bê tông ho c bê tông c t thép đó là:
+Kh n ng ch ng xâm th c trong môi tr ng n c bi n t t h n nhi u
Các lóp gia c đê bi n làm việc trong môi trường nắng nóng thường bị ảnh hưởng bởi các tác nhân xâm thực như chu kỳ do thủy triều, sóng và nhiệt độ không khí cao Điều này dẫn đến sự suy giảm nhanh chóng của các cấu kiện bê tông và cốt thép, làm cho nhiều công trình chỉ trong thời gian ngắn đã bị hư hại Trong khi đó, vật liệu hạt nhựa asphalt không chịu tác động đáng kể từ các yếu tố này.
-29- nào t các tác nhân xâm th c t bi n, th c t các công trình đê bi n c a Hà lan đ c xây d ng b ng v t li u asphalt có tu i th trên 50 n m.
Khi so sánh giữa hỗn hợp asphalt và bê tông, hỗn hợp asphalt có khả năng lèn chặt tốt hơn nhiều so với bê tông và xi măng Các công trình bảo vệ mái thường sử dụng bê tông, đá hoặc lát đá, trong đó xi măng thường được dùng để lèn khe Tuy nhiên, xi măng có độ dẻo kém, dẫn đến khả năng liên kết bám dính thấp hơn so với hỗn hợp asphalt Theo thời gian, bê tông và xi măng có thể bị nứt, gây giảm khả năng chịu áp lực sóng và áp lực nước, dẫn đến hư hại cấu trúc Ngược lại, vật liệu bitum trong hỗn hợp asphalt có tính chất dẻo, khi nhiệt độ môi trường tăng cao, nó biến đổi và lèn chặt vào các khoảng trống, từ đó tăng khả năng chịu lực cho cấu trúc.
Khả năng biến dạng của đê và thân đê có thể bị ảnh hưởng bởi lún sụt của nền đất và thân đê, dẫn đến hiện tượng xói lở Tuy nhiên, với kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, hoặc đá hộc xây, khả năng biến dạng của đê hoặc thân đê sẽ giảm đi, giúp ngăn chặn gãy nứt và đổ vỡ Nếu không xảy ra hiện tượng gãy nứt, lún sụt của nền đất có thể tác động đến áp lực sóng và áp lực nước, làm cho các kết cấu này dễ bị phá hủy và gây ra xói lở, hoặc làm hư hại kết cấu bên trong thân đê.
+ T nh ng u đi m trên ta th y đ c v t li u h n h p bitum có tu i th v t tr i so v i các hình th c b o v thông d ng khác
- i u ki n thi công và công ngh thi công.
Thi công hạng mục vật liệu bitum mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với các loại vật liệu truyền thống như bê tông và vữa xi măng Với khả năng liên kết nhanh chóng và thời gian khô nhanh, việc sử dụng bitum giúp tăng hiệu quả thi công và rút ngắn thời gian hoàn thành dự án.
-30- sau khi ngu i) và không b r a trôi c t li u trong môi tr ng n c do có bitum bao b c v t li u thô, có th thi công trong môi tr ng n c d dàng
Trong quá trình thi công vật liệu bê tông hoặc vữa xi măng, việc đảm bảo an toàn cho kết cấu là rất quan trọng Vật liệu hàn hợp bitum cần được xử lý khe lẫn một cách cẩn thận, và không nên quá chú trọng vào việc giảm tác động đến các kết cấu đã thi công Đặc biệt, khi thi công kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, cần lưu ý rằng nếu các kết cấu này chưa được bảo vệ đúng cách, có thể dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng, ảnh hưởng đến độ bền và tính toàn vẹn của công trình.
Công nghệ thi công hiện đại sử dụng thiết bị thi công chuyên dụng như trạm trộn nhựa đường, máy cẩu, và máy đào để giảm thiểu lao động thủ công Phương pháp này giúp thi công nhanh chóng, tiết kiệm chi phí, và có khả năng xử lý các tình huống cấp bách, đáp ứng yêu cầu thi công ngắn hạn cho các công trình cần hoàn thành ngay.
Thi công vật liệu hạng hợp bitum mang lại nhiều ưu điểm so với vật liệu truyền thống, bao gồm quá trình thi công dễ dàng và nhanh chóng, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí Phương pháp này rất phù hợp trong việc xử lý giá cả, đặc biệt trong các tình huống cấp bách, khi cần xây dựng công trình một cách hiệu quả và tiết kiệm.
V i nh ng u đi m v t tr i c a v t li u h n h p bitum đã phân tích trên thì vi c l a ch n lo i v t li u này đ nghiên c u là hoàn toàn đúng đ n và có c s khoa h c, th c ti n cao.
V t li u s d ng và ph ng pháp thí nghi m
V t li u s d ng là các lo i: b t đá, cát, bitum, đá d m t o thành v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c H n h p asphalt chèn trong đá h c: là
Vật liệu hàn gắn asphalt và hàm lượng bitum cao (14-20% so với tỉ lệ khối lượng) được thi công ở nhiệt độ từ 120°C đến 170°C Trong quá trình thi công, vật liệu này được chèn vào các khe rỗng giữa các viên đá hộc, đảm bảo độ bền và tính liên kết cho bề mặt.
Ph ng pháp thí nghi m trên c s ph ng pháp Marshall
2.2.1 V t li u s d ng dùng cho v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c
V t li u dùng cho h n h p asphalt chèn trong đá h c v c b n bao g m: c t li u chính ( cát, đá ), b t đá, ph gia (n u có), ch t k t dính là bitum
Hỗn hợp nhựa đường chèn trong đá hộc có độ dày cao hơn so với bê tông asphalt, giúp đảm bảo kín khe rỗng của đá hộc Do đó, thành phần chính của vật liệu này có sự khác biệt nhất định, trong khi vữa đá và bitum vẫn tương tự nhau.
Trong đ tài này không s d ng ph gia đ thi t k thành ph n h n h p asphalt chèn trong đá h c.
Do tính l u đ ng cao nên t l c t li u c ng khác Các yêu c u v v t li u đ c trình bày nh sau:
- Thành ph n h t c a các lo i c t li u dùng cho asphalt chèn trong đá h c s d ng lo i sàng m t vuông theo ASTM E11 a, C t li u l n (đá d m và s i)
Cốt liệu lẫn dùng trong vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc là đá dăm hoặc sỏi Mục đích của việc bổ sung thêm cốt liệu lẫn vào trong hỗn hợp là để tiết kiệm kinh phí (do giảm lượng dùng bitum), tăng khản năng ngăn ngừa đứt gãy của hỗn hợp Hàm lượng và kích thước hạt cốt liệu lẫn phụ thuộc vào đặc điểm yêu cầu của hỗn hợp và độ rỗng của đá hộc cần chèn thường được tính toán thông qua thí nghiệm.
- á d m đ c nghi n t đá t ng, đá núi Không đ c dùng đá nghi n t đá mác n , sa th ch sét, di p th ch sét
- Các ch tiêu c lý c a đá d m dùng cho v t li u h n h p asphalt chèn trong khe k đá h cph i tho mãn các yêu c u quy đ nh t i b ng 2.1
B ng 2.1: Các ch tiêu c lý quy đ nh cho đá d m
1 C ng đ nén c a đá g c, MPa TCVN 7572-10: 2006
(c n c ch ng ch thí nghi m ki m tra c a n i s n xu t đá d m s d ng cho công trình)
2 hao mòn khi va đ p trong máy Los
4 Hàm l ng h t m m y u, phong hoá , % ≤10 TCVN 7572-17 : 2006
5 Hàm l ng h t cu i s i b đ p v (ít nh t là 2 m t v ), % - TCVN 7572-18 : 2006
7 Hàm l ng chung b i, bùn, sét, % ≤2 TCVN 7572- 8 : 2006
9 dính bám c a đá v i nh a đ ng(**), c p ≥ c p 3 TCVN 7504 : 2005
- Tr ng h p ngu n đá d m d đnh s d ng đ ch t o v t li u h n h p asphalt có đ dính bám v i nh a đ ng nh h n c p 3, c n thi t ph i
Để giảm thiểu hiện tượng dính bám, cần xem xét các giải pháp như sử dụng chất phụ gia tăng cường khả năng chống dính (như xi măng, vôi, hoặc phụ gia hóa học) hoặc sử dụng đá dăm từ nguồn khác nhằm đảm bảo giảm thiểu tình trạng dính bám Cát cũng là một vật liệu quan trọng trong quá trình này.
- Cát dùng đ ch t o v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c là cát thiên nhiên, cát xay, ho c h n h p cát thiên nhiên và cát xay
- Cát thiên nhiên không đ c l n t p ch t h u c (g , than )
- Cát xay ph i đ c nghi n t đá có c ng đ nén không nh h n c ng đ nén c a đá dùng đ s n xu t ra đá d m
- Cát s d ng cho v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c (c h t l n nh t dmax = 4,75mm) ph i có hàm l ng n m gi a hai c sàng 4,75 mm- 1,18 mm không d i 18 %
- Yêu c u k thu t v thành ph n h t tho mãn đi u ki n t i b ng 2.2:
B ng 2.2: Yêu c u thành ph n h t c a cát dùng trong v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c
- Các ch tiêu c lý c a cát ph i tho mãn các yêu c u quy đ nh t i b ng 2.3
B ng 2.3: Các ch tiêu c lý quy đ nh cho cát
3 Hàm l ng chung b i, bùn, sét, % ≤ 3 TCVN 7572- 8 : 2006
5 góc c nh c a cát (đ r ng c a cát tr ng thái ch a đ m nén), %
- B t đáph i khô, t i, không đ c vón hòn.
- Các ch tiêu c lý c a b t đá ph i tho mãn đi u ki n b ng 2.4
B ng 2.4: C ác ch tiêu c lý c a b t đá
Ch tiêu Quy đnh Ph ng pháp
1 Thành ph n h t (l ng l t sàng qua các c sàng m t vuông), %
3 Ch s d o c a b t đá nghi n t đá các bô nát, (*) % ≤ 4,0 TCVN 4197-1995
(*) : Xác đ nh gi i h n ch y theo ph ng pháp Casagrande S d ng ph n b t đá l t qua sàng l i m t vuông kích c 0,425 mm đ th nghi m gi i h n ch y, gi i h n d o
- Bitum dùng đ ch t o v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c là lo i bitumđ c, g c d u m tho mãn các yêu c u k thu t quy đ nh t i TCVN 7493-2005
- Bitum ph i đ ng ch t không ch a n c, không có b t khí khi gia nhi t 175 0 C
- Bitum 60/70 r t thích h p đ ch t o h n h p asphalt chèn trong đá h c
2.2.2 Ph ng pháp thí nghi m
- Phân tích đ c tính kh i l ng th tích – đ r ng c a h n h p asphalt chèn trong đá h c
- Xác đ nh đ nh t c a h n h p, nhi t đ thí nghi m l a ch n ph thu c vào đi u ki n thi công Th ng t 130-170 o C
- Xác đ nh đ dính bám c a h n h p vào đá h c
- bám dính c a v t li u v i đá h c đ c xác đ nh nhi t đ
- T t c các v t li u đ u vào dùng đ ch t o v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h cph i phù v i yêu c u k thu t c a các quy chu n hi n hành.
- Thành ph n h t c a c t li u ph i phù h p v i yêu c u k thu t đã nêu trên
Phương pháp thí nghiệm xác định trạng thái của tất cả các tài liệu và trạng thái của nhà trước khi thiết kế đòi hỏi sự tính toán kỹ lưỡng về chiều dài, tích và các tiêu chí tích khác.
- Kích th c m u thí nghi m: s d ng m u tr đ ng kính 102mm, chi u cao 63,5mm Khi đúc m u ph i tuân th trình t gia nhi t, tr n h n h p
Sử dụng hàm lượng nhựa cần đúc ít nhất 3 mẫu và phải có ít nhất 5 tấm mẫu Vì vậy, cần ít nhất 15 mẫu chất liệu đúc mẫu và 1 mẫu chất liệu trần với nhựa để thí nghiệm lẫn nhau, nếu chỉ làm việc với 1 hàm lượng nhựa.
- Xác đ nh nhi t đ tr n và đúc m u.
Nhiệt độ truyền mẫu là các nhiệt độ mà tại đó định mức của nhà sản xuất là 170±20 và 280±30 centistokes kinemati Có thể xác định các nhiệt độ này trên biểu đồ biểu diễn quan hệ giữa định mức và nhiệt độ của loại nhựa đang sử dụng Thông thường đối với nhựa 60/70, nhiệt độ truyền mẫu nằm trong khoảng 155 o C đến 160 o C, trong khi nhiệt độ đúc mẫu nằm trong khoảng 145 o C đến 150 o C.
2.2.2.2 Yêu c u v thi t b dùng đ chu n b m u h n h p asphalt chèn trong đá h c a) M t s khay kim lo i có đáy ph ng dùng đ s y nóng m u c t li u.b) Ch o tr n, dung tích kho ng 4 lít dùng đ tr n nh a v i c t li u.
Các thiết bị cần thiết bao gồm: bếp điện có nút điều chỉnh nhiệt độ để đun nóng chất liệu, nhựa và các dung dịch khác Dụng cụ xúc mẫu bằng kim loại được sử dụng để chuẩn bị mẫu chất liệu Dụng cụ chứa nhựa, có thể là ngọn đong, được dùng để đun nóng nhựa Nhiệt kế có thể là loại bằng kim loại, nhiệt kế thủy tinh hay đồng hồ có bọc màng nhiệt bằng kim loại, có thang đo từ 10°C đến 235°C, được dùng để đo nhiệt độ của nhựa, chất liệu và hỗn hợp asphalt chèn trong đá Cần sử dụng hai loại cân: một cân có thang đo 5000g, chính xác đến 1g cho cân nhựa và một cân khác có thang đo 2000g, chính xác 0,1g cho cân mẫu Cần có thìa trộn lớn và dao trộn lớn Máy trộn (không bắt buộc) nên có 02 cánh trộn và dung tích nhỏ nhất.
4 lít k) Thi t b đo đ nh t (hình 2.2) và đ ng h b m giây đ đo đ nh t
Hình 2.2: Thi t b đo đ nh t l) D ng c gi khuôn có c c u lò xo dùng đ gi cho khuôn luôn đúng v trí khi đúc m u
Để thực hiện thí nghiệm, cần chuẩn bị các dụng cụ sau: một đĩa mũ có đường kính không nhỏ hơn 100mm và chiều dày tối thiểu 13mm để đẩy mẫu ra khí khuôn đúc; găng tay chịu nhiệt và găng tay cao su; bút màu sáp; máy nén; bồn nhiệt có khả năng duy trì nhiệt độ ổn định tại 60±1°C với chiều sâu tối thiểu của nước là 150mm, phía đáy có tấm kim loại dày 10mm cách đáy 50mm; máy ly tâm để xác định hàm lượng nhựa; khuôn thép hình có kích thước 150x150mm để thí nghiệm mẫu phân tán; và giá thí nghiệm thiết kế tạo mái giống như để biến tỉ lệ hiện trường kích thước 2x2m, được lót kín bằng hỗn hợp asphalt nóng không bị chảy ra ngoài.
Hình 2.3: Giá thí nghi m t i tr m tr n u) Máy đào, thùng ch a v t li u h n h p asphalt
-39- v) H kích và giá đ đ th c hi n thí nghi m rút viên đá h c t kh i đ đ ki m tra đ bán dính c a h n h p
2.2.2.3 Chu n b h n h p a S l ng m u c n thi t: t i m i hàm l ng nh a c n đúc ít nh t 3 m u và ph i có ít nh t 5 t m u Nh v y c n ít nh t 15 m u c t li u đ đúc m u thí nghi m các ch tiêu c lý và thí nghi m đ nh t. b Xác đ nh nhi t đ tr n và đúc m u.
Nhiệt độ trong phòng thí nghiệm cần duy trì ở mức 10-15 độ C để đảm bảo các thao tác thí nghiệm được thực hiện chính xác Sau khi hoàn thành thí nghiệm, quá trình đúc mẫu cần được tiến hành ngay lập tức trong điều kiện nhiệt độ ổn định.
2.2.2.4 Ti n hành thí nghi m m u v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c
M i m u v t li u s đ c thí nghi m ho c phân tích theo trình t sau: a) Thí nghi m xác đ nh kh i l ng th tích;
Có thể tiến hành xác định khối lượng thức ăn ngay sau khi mẫu được làm nguội đến nhiệt độ phòng Thí nghiệm này có thể tiến hành theo một trong hai tiêu chuẩn.
- ASTM D 1188, xác đ nh kh i l ng th tích c a h n h p asphalt chèn trong đá h c s d ng m u b c paraphin
- ASTM D 2726, xác đ nh kh i l ng th tích c a h n h p asphalt chèn trong đá h cs d ng m u ngâm trong n c b, Xác đ nh quan h kh i l ng th tích - các ch tiêu v l r ng
Để tính giá trị khối lượng tích cực của từng mẫu, trước tiên cần xác định giá trị trung bình của các mẫu tương ứng với các hàm lượng khác nhau Nếu giá trị nào không chính xác, sẽ không được đưa vào tính trung bình Giá trị khối lượng tích cực trung bình sẽ được sử dụng để tính các giá trị vết đọng.
Thí nghiệm xác định trọng lượng riêng của hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc tại hai hàm lượng nhựa – tỷ lệ nhựa là gắn hàm lượng nhựa tối ưu Tính giá trị trọng lượng riêng có hiệu quả của hỗn hợp vật liệu tại hai hàm lượng nhựa đã thí nghiệm, sau đó tính giá trị trọng lượng riêng có hiệu quả trung bình của các vật liệu.
T t tr ng có hi u trung bình c a h n h p c t li u v a tính đ c, s tính ra t tr ng l n nh t c a h n h p asphalt chèn trong đá h c t i các hàm l ng nh a khác.
+) Trình t tính toán các đ c tính th tích c a h n h p asphalt chèn trong đá h c c, Thí nghi m đ nh t c a h n h p
Dùng thi t b đo đ nh t, và đ ng h b m giây đ đo. d, Thí nghi m đ dính bám c a h n h p vào đá h c
Dùng h th ng kích th y l c và h giá đ , đ ng h đo áp l c đ đo l c nh viên đá h c ra kh i h n h p trên giá thí nghi m e, Thí nghi m đ phân t ng
- đ y v t li u h n h p asphalt nóng nhi t đ thi công l a ch n vào khuôn hình tr DxH = 150x150mm, đ ngu i m u đ n nhi t đ trong phòng
- Tháo m u và c t m u thành 2 n a b ng nhau có chi u cao humm.
- Thí nghi m xác đ nh hàm l ng nh a (p1, p2) hai n a m u trên và d i (%)
- Xác đ nh t l chênh l nh gi a hàm l ng nh a n a m u trên và n a m u d i theo công th c:
+ V: đ chênh l ch gi a hàm l ng nh a n a m u trên so v i n a m u d i (%), chính xác đ n 0,1%
+ P1: Hàm l ng nh a n a m u trên (% so v i t ng kh i l ng m u)
+ P2: Hàm l ng nh a n a m u d i (% so v i t ng kh i l ng m u)
- So sánh V v i giá tr cho phép.
Ph ng pháp tính toán thi t k thành ph n c p ph i v t li u h n
2.3.1 Trình t thi t k thành ph n v t li u h n h p chèn trong đá h c
Quá trình thiết kế thành phần hỗn hợp asphalt được thực hiện qua hai giai đoạn: thiết kế sơ bộ trong phòng thí nghiệm và thiết kế hoàn chỉnh thông qua thử nghiệm thực địa Giai đoạn thử nghiệm thực địa nhằm điều chỉnh thành phần hỗn hợp để phù hợp với điều kiện thực tế.
2.3.1.1 Thi t k trong phòng thí nghi m
Giai đo n này s d ng m u v t li u l y t i ngu n cung c p ho c ph u ngu i c a tr m tr n đ thi t k Giai đo n thi t k s b đ c chia thành 6 b c sau[1]:
- B c 1: Thí nghi m xác đ nh các ch tiêu c lý c a c t li u, b t khoáng và nh a.
- B c 2: Tính t l ph i tr n c a các c t li u đ t o ra h n h p có thành ph n h t đ t yêu c u k thu t
Để thực hiện thí nghiệm đúc mẫu, cần chuẩn bị 15 phần chất liệu đúc mẫu Quá trình thí nghiệm yêu cầu sử dụng chất liệu có kích thước hạt nhỏ hơn 4,75mm, và lượng chất liệu cần thiết để đúc mẫu là 05 lít.
B c 4 là quá trình trộn liệu, bột khoáng và nhựa, thực hiện thí nghiệm để đánh giá điểm nhiệt độ yêu cầu thông thường trong khoảng từ 130 o C đến 170 o C, tùy thuộc vào điều kiện công nghệ thi công tại công trường và tổ mũ hạt vữa trong khuôn.
- B c 5 Thí nghi m các m u đ xác đ nh đ xác đ nh đ phân t ng và các ch tiêu v th tích
- B c 6 Xác đ nh hàm l ng nh a t i u – d a trên k t qu xác đ nh b c 4, 5, xác đ nh hàm l ng nh a t i u cho h n h p.
Mục đích chính của công tác thiết kế trong phòng thí nghiệm là xác định chất lượng của các loại vật liệu sẵn có để thi công, đồng thời đánh giá xem chúng có phù hợp với yêu cầu kỹ thuật hay không Việc kiểm tra này giúp xác định liệu có sử dụng được những loại vật liệu này để sản xuất ra vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hay không, cũng như đảm bảo các yêu cầu về thành phần hóa học và các tiêu chí lý hóa khác đối với vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá.
L a ch n các ch tiêu c lý c n thí nghi m đ i v i h n h p asphalt chèn trong đá h c
Tham kh othành ph n nh a t i u đ làm c s đúc m u
Ti n hành thí nghi m các ch tiêu c lý c a h n h p asphalt chèn trong đá h c
Giải đoán này được tiến hành tại trạm trần, dựa trên cơ sở hàm lượng nhựa tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm và tái lập lại các chất liệu và bột đá đã lựa chọn trong phòng thí nghiệm để thực hiện các bước thí nghiệm sau.
Chuẩn bị và kiểm tra các dụng cụ thí nghiệm là rất quan trọng Đảm bảo đá hộc có đúng kích thước và chiều dày, sau đó gắn móc thép vào viên đá hộc trung tâm bằng cách khoan và bắt vít vào thép Cuối cùng, cần cân khối lượng của viên đá (bao gồm đá và móc thép).
- B c 2: Tr n h n h p t i tr m tr n d a trên c s hàm l ng nh a t i u đã l a ch n.
- B c 3: Thí nghi m đ nh t h n h p t i nhi t đ yêu c u b ng d ng c đo đ nh t Kerkhoven (Sau khi đã lo i các h t c t li u có kích th c l n h n
4,75mm b ng cách sàng h n h p úc m u đ thí nghi m đ phân t ng và các ch tiêu v th tích
- B c 4: S d ng máy đào rót h n h p asphalt vào trong khe k c a đá h c đ m b o rót đ u t d i lên trên, dùng x ng, cu c g t b ng h n h p.
B c 5: H n h p ngu i đ m b o nhi t đ 27 o C±2, sử dụng kích thước lực và đánh giá thép hình thực hiện thí nghiệm nh viên đá học với tác động tại 500N/s theo phương vuông góc với mặt nghiêng cho đến khi viên đá bị rút ra khỏi khối, ghi lại giá trị lực lớn nhất hiển thị trên đồng hồ của kích thước lực (N).
Hình 2.5: S đ công ngh tr n h n h p asphalt chèn trong đá h c [2]
Hình 2.6: S đ tr m tr n h n h p asphalt chèn trong đá h c [2]
2.3.2.1 Tính toán c t li u cho v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c
Ng kính h t c t li u l n nh t phụ thuộc vào kích thước viên đá h c, chiều dày lớp đá h c, và mục đích lớp đẩy h n h p trong các khe k c a đá h c, cũng như điều kiện thi công Thông thường, với đá h c kh i l ng 5-40kg, sử dụng h t c t li u có đường kính lớn nhất là dmax = 19mm (sàng m t vuông).
- H n h p c t li u và b t đá tham kh o t l sau: á d m: cát : b t đá
- H n h p c t li u, b t khoáng và nh a s đ c tr n v i nhau theo 5 hàm l ng nh a cách nhau 1% (tính theo t ng kh i l ng h n h p)
- T i m i hàm l ng nh a, s tr n 3 m đ thí nghi m đ nh t và đúc m u
Sau khi thực hiện thí nghiệm, cần xác định các đường cong (đường cong quan hệ giữa hàm lượng nhựa và định tính, quan hệ giữa khối lượng thể tích và hàm lượng nhựa) sao cho phải có 2 điểm nằm trước và 2 điểm nằm sau hàm lượng nhựa tối ưu.
Ghi chú: Khi c t li u nh là cát nghi n, hàm l ng nh a đi u ch nh t ng t 0,5-1%
2.3.2.2 Xác đ nh hàm l ng nh a t i u a, Nguyên t c chung xác đ nh hàm l ng nh a t i u
Hàm l ng nh a t i u là hàm l ng nh a mà đó v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c đáp ng yêu c u sau:
- Có giá thành r nh t (ít t n nh a nh t có th );
- Tho mãn các yêu c u k thu t đ t ra v :
+ nh t c a h n h p asphalt chèn trong đá h c.
+ bám dính b, Các c s đ xác đ nh hàm l ng nh a t i u
* D a vào yêu c u k thu t đ i v i v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c (đ nh t):
Yêu cầu về chất lượng trong việc sử dụng vật liệu hạt asphalt chèn trong đá hộc rất quan trọng Một trong những yêu cầu chính là độ dày lớp gia cố, kích thước viên đá hộc, độ nghiêng mái dốc, mật độ lớp đẩy, nhiệt độ thi công và yêu cầu kinh tế Những yếu tố này cần được đảm bảo để đạt được hiệu quả thi công tốt nhất.
Quan h gi a đ nh t và các y u t nêu trên đ c th hi n qua công th c
+ l: Chi u dày l p đá h c gia c ho c chi u sâu thâm nh p yêu c u c a v t li u h n h p (m)
+ C: H ng s , xác đ nh b ng kinh nghi m (Ns/m 5 ) theo kinh nghi m n m trong kho ng 120-170*10 3 Ns/m 5
- Thông th ng đ đ m b o h n h p n đ nh trên mái đê, đ nh t h n h p ph i đ m b o đ t 30-80 Pa.s
- Ngoài ra thông qua thí nghi m t i hi n tr ng s ki m tra b ng m t th ng kh n ng thâm nh p c a v t li u h n h p vào trong đá h c trong quá trình phá d kh i đ trên giá.
M c đ phân t ng (đ tách v a) c a v t li u h n h p asphalt không đ c v t quá 5% (V≤5%)
+ Yêu c u v kh n ng bám dính:
Lớp bám dính của hỗn hợp asphalt với viên đá hộc là rất quan trọng trong việc đảm bảo độ bền và ổn định của công trình Giá trị này phải đảm bảo lớn hơn ít nhất 5 lần so với trọng lượng của viên đá được nhúng, bao gồm cả trọng lượng của viên đá và móc thép Bên cạnh đó, cần tính toán hàm lượng nhựa khi đúc mẫu để đạt được hiệu quả tối ưu.
- Khi ti n hành đúc m u, h n h p c t li u và nh a s đ c tr n v i nhau theo 5 hàm l ng nh a cách nhau 1% (tính theo t ng kh i l ng h n h p asphalt chèn trong đá h c)
- T i m i hàm l ng nh a, s tr n 4 m m u đ làm thí nghi m xác đ nh t tr ng l n nh t (N u ch làm t tr ng l n nh t t i 1 hàm l ng nh a thì hàm l ng nh a khác ch c n 3 m u c t li u).
Sau khi thực hiện thí nghiệm, cần xác định các đường cong (đường cong quan hệ giữa hàm lượng nhựa và định tính, quan hệ giữa hàm lượng nhựa và khối lượng thể tích) sao cho phải có 2 điểm nằm trước và 2 điểm nằm sau hàm lượng nhựa tối ưu.
- i v i tr ng h p v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c có th tham kh o b ng 2.6
B ng 2.5: Hàm l ng nh a tham kh o dùng đ đúc m u
TT Ký hi u Hàm l ng nh a trong h n h p (% theo t ng KL)
Ghi chú: Hàm l ng nh a dùng cho h n h p asphalt chèn trong đá h c th ng cao h n so v i m t đ ng (vào kho ng 6,0-7,0%) đ t ng tính đàn h i cho l p b o v
K t lu n
K t qu nghiên c u c a ch ng 2 đã gi i quy t đ c m t s v n đ sau:
- a ra đ c các yêu c u v ch tiêu c lý c a v t li u đ phù h p v i vi c thi t k thành ph n c p ph i v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c
- a ra đ c quy trình thi t k c p ph i v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c g m 2 b c:
+ Thi t k s b (trong phòng thí nghi m).
+ Thi t k ngoài th c t (t i tr m tr n).
- a ra đ c ph ng pháp tính toán thành ph n c p ph i v t li u h n h p asphalt chèn trong đá h c
+ Tính toán thành ph n v t li u
+ Tính toán l a ch n hàm l ng nh a t i u.
Vật liệu hàn hợp asphalt chèn trong đá cần được làm việc và xử lý trong điều kiện nhiệt độ thí nghiệm lý tưởng, với nhiệt độ tối ưu khoảng 27±2 °C Việc lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu phải dựa vào các tiêu chuẩn định tính đã được xác định trước.
- a ra quy trình thí nghi mbao g m
+ Các ch tiêu c lý c n thí nghi m
+ Cách ti n hành thí nghi m các ch tiêu c lý
Thành phần vật liệu h asphalt chèn trong đá hộc đóng vai trò quan trọng trong quy trình thiết kế và thi công Việc lựa chọn thành phần vật liệu hợp lý ảnh hưởng đến giá thành, chất lượng công trình xây dựng, và khả năng đáp ứng các yêu cầu của điều kiện thi công thực tế.
c đi m khu v c H i Th nh – Nam đ nh
Khí hậu của vùng ven biển Quảng Ninh đến Ninh Bình thuộc kiểu khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hưởng từ hai hệ thống gió mùa chính là gió Đông Bắc và gió Tây Nam Điều kiện khí hậu nơi đây không chỉ đặc trưng bởi sự biến đổi theo mùa mà còn chịu tác động từ biển Một số hiện tượng thời tiết đáng chú ý bao gồm bão, áp thấp nhiệt đới, dông, lốc, và các biến động thời tiết khác Sự tác động của hai mùa gió chính này là yếu tố quan trọng trong việc hình thành đặc điểm khí hậu chung của khu vực Đông Bắc Bộ.
Gió mùa đông bắc thường diễn ra từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, với cường độ mạnh nhất vào các tháng giữa mùa (12, 1, 2) Gió mùa này không thổi liên tục mà có sự thay đổi, cách nhau khoảng 5 ngày.
6 ngày Trung bình m t n m có kho ng 20 đ n 22 đ t gió tràn v M i khi có đ t gió tràn v làm cho t c đ gió t ng lên đ t ng t kho ng 10 đ n 15 m/s, t i đa có th lên t i 25 m/s; và nhi t đ gi m xu ng d i 15 0 C
Trong các tháng 10 và 11, gió tín phong Thái Bình Dương mang lại thời tiết khô ráo và mát mẻ; trong khi tháng 12 và tháng 1 là gió mùa lạnh, tạo ra thời tiết lạnh và khô Trên biển khơi, gió hướng Bắc chiếm ưu thế với tần suất khoảng 70% Tùy theo hình thái địa hình, gió có thể là gió Bắc hoặc gió Bắc Đông Tần suất của các gió này thường dao động từ 50 đến 60%, thấp hơn so với vùng biển khơi Trong thời kỳ này, gió hướng Bắc cũng thường xuyên xuất hiện với tần suất cao.
-50- su t 20 ÷ 30% ó là tín phong Thái Bình D ng, đem l i th i ti t m áp trong mùa đông
Từ tháng 2 đến tháng 4 là thời kỳ suy thoái của các luồng gió từ phương Bắc, trong khi gió Đông phát triển mạnh và trở nên thường trực Từ tháng 4 đến tháng 7 là thời kỳ thống trị của luồng gió có hướng từ Nam đến Đông Nam, thời tiết biến đổi, mang lại khí hậu nóng ẩm Tần suất tương ứng của hai hướng Nam và Đông Nam tăng lên đến 50-60%.
Vận tốc gió trung bình tại đây nhìn chung là lớn, dao động trong khoảng 2 đến 4 m/s Vùng sát bờ biển có vận tốc gió trung bình thường xuyên đạt trên 3 m/s Trong bão, vận tốc gió có thể đạt tới 30 đến 40 m/s hoặc hơn, thậm chí lên tới 51 m/s.
Khu vực này là nơi chịu ảnh hưởng chính của bão, với thống kê từ Tổng cục Khí tượng Thủy văn cho thấy trong vòng 110 năm qua, có khoảng 231 cơn bão đổ bộ hoặc tác động vào bờ biển Trung bình mỗi năm, khu vực này ghi nhận khoảng 2,1 cơn bão Bão thường xuất hiện trong khoảng thời gian từ tháng 5 đến tháng 11, nhưng tập trung nhiều nhất trong bốn tháng từ tháng 6 đến tháng 9, với tháng 9 là thời điểm có tần suất bão cao nhất.
Bão gây ra sóng lớn và gió mạnh trên diện rộng, dẫn đến mưa kéo dài vài ngày với tổng lượng mưa đạt từ 200 đến 300 mm Trung bình, lượng mưa do bão chiếm khoảng 30% tổng lượng mưa trong toàn mùa mưa.
Theo k t qu th ng kê 403 tr n bão đ b vào Vi t Nam trong vòng
100 n m thì có 126 tr n (t c 31%) đ b và nh h ng vào khu v c này Trong đó x y ra vào tháng 9 có 37 tr n, tháng 7 có 35 tr n và tháng 8 có 26 tr n (c ng là nh ng tháng x y ra l l n)
T c đ gió m nh làm dâng m c n c bi n Trong 101 tr n bão gây n c dâng th ng kê đ c, thì có 35 tr n gây n c dâng th p h n 0,50 m, 38
-51- tr n gây n c dâng t 0,5÷1,0 m, 17 tr n gây n c dâng 1,00 ÷ 1,50 m, 8 tr n gây n c dâng t 1,50-2,00 m, 3 tr n gây n c dâng 2,0-2,5 m
Nước dâng từ 12-13 giờ và duy trì mức cao nhất trong khoảng 3 giờ có thể gây ảnh hưởng lớn đến việc tiêu thoát nước ra biển và vùng cửa sông Hiện tượng này có thể dẫn đến tràn và vỡ đê biển, làm ngập vùng ven biển và gây thiệt hại nghiêm trọng.
Vùng biển khu vực này có chế độ thủy triều khá thuần, với biên độ dao động tối đa từ 3,0-3,5m và trung bình từ 1,7-1,9m, trong khi mức thấp nhất là 0,5-0,8m Hàng tháng, trung bình có 2 kỷ niệm cường, mỗi kỷ niệm kéo dài từ 11 đến 13 ngày với biên độ dao động ngày đêm từ 1,5 đến 3,0m Giữa các kỷ niệm cường là các kỷ niệm kém, kéo dài từ 2 đến 3 ngày với biên độ dao động nhỏ nhất từ 0,5 đến 0,8m Do tác động mạnh mẽ của thủy triều, hiện tượng xâm nhập mặn phát triển rất mạnh.
Nước biên tràn qua đê gây ra nhiều khó khăn trong việc xâm nhập mặn ở khu vực phía Đông, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và tâm lý của người dân Bên cạnh đó, tình trạng sóng gió cũng là một vấn đề cần được quan tâm.
Khu vực ven bờ chịu tác động mạnh mẽ từ các hướng sóng của ông Bắc (11%), ông (34%) và ông Nam (22%) Sóng trung bình ngoài khơi có độ cao từ 0,5 đến 1,3 m, trong khi ven bờ là từ 0,4 đến 0,9 m Độ cao sóng lớn nhất ngoài khơi đạt từ 1,5 đến 6,0 m và ven bờ từ 0,75 đến 3,0 m Trong mùa đông, khu vực này chịu ảnh hưởng đáng kể từ các hướng sóng do hệ thống gió mùa ông Bắc gây ra.
Hướng sóng chính ngoài khơi là Nam với tần suất cao, đạt từ 37% đến 60%, trong khi các hướng sóng ven bờ là Đông Nam (24%) và Nam (20%) Những hướng sóng này có ảnh hưởng đáng kể đến khu vực này Chiều cao sóng trung bình ngoài khơi dao động từ 0,8 đến 1,3 mét và ven bờ từ 0,7 đến 1,2 mét, với chiều cao sóng lớn nhất ngoài khơi từ 4,0 đến 9,0 mét và ven bờ từ 2,6 đến 6,0 mét.
Mùa đông năm nay chứng kiến sóng biển dâng cao do ảnh hưởng của bão, áp thấp nhiệt đới và giông lốc Điều này đã tác động mạnh mẽ đến các bãi biển, ảnh hưởng đến việc khai thác và sử dụng chúng Sóng có độ cao lớn tạo ra áp lực mạnh, dẫn đến xói lở bờ biển và phá hủy các tuyến đê xung yếu.
* Mùa chuy n ti p (các tháng 4 -5 và 10 - 11)
Trong mùa mưa bão, ông và ông Nam đã chứng kiến sự gia tăng đáng kể của sóng và gió ven bờ Tuy nhiên, do nhiều yếu tố thời tiết, tình trạng này thường xuyên gây ra những cơn bão và gió mùa, ảnh hưởng mạnh mẽ đến khu vực này.
Vùng ven biển khu vực Hải Thịnh – Nam có ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự phân bố bùn cát trong sông, dẫn đến hình thành bãi biển ven sông với cát nổi cao như Cồn Tròn Tuy nhiên, trong những ngày có gió mùa Đông Bắc và bão hoạt động, sóng lớn kết hợp với nước dâng luôn đe dọa đến đê kè ven biển, đặc biệt là những năm gần đây, gây ra nhiều tác động tiêu cực đến việc xây dựng các đầm nuôi thủy sản và làm tăng mức độ tàn phá của sóng.
3.1.3 Các hình th c phá ho i k t c u gia c mái đê bi n
Gi i pháp và l a ch n v t li u s d ng
Mặc dù đã đầu tư nhiều tiền vào đắp gia cố mái đê biển, nhưng vẫn gặp phải nhiều vấn đề như sạt lún và xói lở Các kết cấu truyền thống không đủ khả năng chống lại những tác động này, dẫn đến nguy cơ phá hủy mái đê Giải pháp hiệu quả là sử dụng vật liệu hỗn hợp asphalt chèn trong đá hộc, đã được áp dụng thành công tại Hải Thành Việc sử dụng các loại vật liệu địa phương sẵn có giúp đáp ứng nhu cầu thực tế và giảm chi phí, mang lại tính khả thi cao cho dự án.
* B t đá: S d ng b t đá H i D ng, Xuân Hoà, Ph Lý
- ây là nh ng lo i b t đá thông d ng đ c dùng nhi u t i Vi t Nam và khu v c phía B c Giá thành t ng đ i r có tính c nh tranh cao
Các loại bạt đá này được sử dụng để thí nghiệm cả trong phòng và trên địa hình thực tế, cho phép triển khai một cách dễ dàng và nhanh chóng.
- Các lo i b t đá này đ c s n xu t theo quy trình c a các nhà máy, đ c đóng bao r t d v n chuy n và b o qu n trong quá trình thi công
- Ngu n cung c p d i dào và n đ nh v kh i l ng đáp ng đ c kh i l ng thi công l n.
- K t qu thí nghi m b t đáxem b ng 3.1.
B ng 3.1: K t qu thí nghi m các ch tiêu c lý c a b t đá
1 Thành ph n h t (l ng l t sàng qua các c sàng m t vuông), %
3 Kh i l ng riêng (g/cm 3 ) - 2.735 2.728 2.727 TCVN 7572-4: 2006
3 Ch s d o c a b t khoáng nghi n t đá các bô nát, (*) %
(*) : Xác đ nh gi i h n ch y theo ph ng pháp Casagrande S d ng ph n b t khoáng l t qua sàng l i m t vuông kích c 0,425 mm đ th nghi m gi i h n ch y, gi i h n d o
- Qua k t qu thí nghi m trên cho th y các lo i b t đá có thành ph n t ng đ i gi ng nhau và khá đ ng đ unhau v các ch tiêu thí nghi m
- Thành ph n h t m n h t đ ng kính 0,075 mm có t l th p ch đ t qua m c yêu c u t i thi u m t chút
- Gi i h n d o khá th p, t ng đ l u đ ng c a h n h p khi s d ng
- K t qu thí nghi m choth y các lo i b t đá s d ng đ uđ t yêu c u
- tài ch n b t đá Ph Lý d dùng cho h n h p asphalt chèn trong đá h c (do b t đá Ph lý có ch tiêu c lý t t, g n n i thi công h n h p asphalt chèn trong đá h c nên thu n ti n h n)
+ C t li u m n: s d ng cát vàng sông Lô
- K t qu thí nghi m cát th hi n b ng 3.2
B ng 3.2: K t qu thí nghi m m t s ch tiêu c lý c a cát vàng
4 ng l ng cát, ch s Es(AASHTO 176) 82.7 ≥ 80 5.Hàm l ng chung b i bùn sét (TCVN 7572-
7 T p ch t h u c (TCVN 7572-9:2006) (Nh t h n màu chu n)
8 T tr ng kh i (g/cm 3 ) (AASHTO T85) 2.610 -
- Thí nghi m cho th y cát sông Lô có ch t l ng khá t t k c v thành ph n h t và các ch tiêu c lý khác
- Hàm l ng bùn sét r t th p.
- T t c các ch tiêu c lý đ u đ t yêu c u thí nghi m, đ m b o ch t l ng đ dùng cho h n h p asphatl chèn trong đá h c
- á d m Ninh Bình có ngu n g c đá vôi có c ng đ kháng nén khá t t, ngu n cung ng d i dào và thông d ng trên khu v c mi n B c và mi n Trung
- K t qu thí nghi m ch tiêu c lý c a đá cho b ng 3.3
B ng 3.3: K t qu thí nghi m m t s ch tiêu c lý c a đá d m
4 Hàm l ng chung b i bùn sét
- K t qu thí nghi m cho th y: đ hao mòn c a đá khá th p, có kh n ng ch u đ c bào mòn trong môi tr ng làm vi c.
- Không có hàm l ng sét và h t phong hóa, m m y u, có đ kháng nén cao và kh n ng chiu l c va đ p l n
- K t qu ki m tra thí ngi m ch tiêu c lý c a bitumen t i b ng 3.4.
B ng 3.4: K t qu thí nghi m m t s ch tiêu c lý bitum
K t qu thí nghi m Tiêu chu n (TCVN 8819:2011)
7 L ng t n th t sau khi đun 163 o C 0.044 0.042 0.043 0.043