Luận án Tiến sĩ Địa kỹ thuật Xây dựng: Nghiên cứu xử lý bùn nạo vét từ một số sông, hồ trong thành phố Hà Nội thành vật liệu dạng rời dùng cho công tác đắp nền

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:211

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Địa kỹ thuật Xây dựng "Nghiên cứu xử lý bùn nạo vét từ một số sông, hồ trong thành phố Hà Nội thành vật liệu dạng rời dùng cho công tác đắp nền" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về bùn nạo vét và một số giải pháp kỹ thuật và công nghệ tận thu bùn nạo vét thành vật liệu xây dựng; Nghiên cứu đặc tính của bùn, phương pháp chế tạo và các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý bùn thành vật liệu đắp dạng rời; Đặc tính địa kỹ thuật và phạm vi ứng dụng của vật liệu đắp dạng rời chế tạo từ bùn nạo vét với hàm lượng nghèo xi măng và polymer.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Địa kỹ thuật Xây dựng: Nghiên cứu xử lý bùn nạo vét từ một số sông, hồ trong thành phố Hà Nội thành vật liệu dạng rời dùng cho công tác đắp nền

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Phạm Tri Thức NGHIÊN CỨU XỬ LÝ BÙN NẠO VÉT TỪ MỘT SỐ SÔNG, HỒ TRONG THÀNH PHỐ HÀ NỘI THÀNH VẬT LIỆU DẠNG RỜI DÙNG CHO CÔNG TÁC ĐẮP NỀN Ngành: Địa kỹ thuật Xây dựng Mã số: 9580211 Hà Nội - 2025
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Phạm Tri Thức NGHIÊN CỨU XỬ LÝ BÙN NẠO VÉT TỪ MỘT SỐ SÔNG, HỒ TRONG THÀNH PHỐ HÀ NỘI THÀNH VẬT LIỆU DẠNG RỜI DÙNG CHO CÔNG TÁC ĐẮP NỀN Ngành: Địa kỹ thuật Xây dựng Mã số: 9580211 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS Phan Huy Đông Hà Nội - 2025
i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. vi LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................... vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU ............................................... viii DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ xi DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................. xvi MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết................................................................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................... 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................. 3 4. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 4 5. Giá trị khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án ......................................... 4 5.1. Giá trị khoa học .......................................................................................... 4 5.2. Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................................ 5 6. Những đóng góp mới của luận án ................................................................. 5 7. Cấu trúc của luận án ...................................................................................... 6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÙN NẠO VÉT VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BÙN THÀNH VẬT LIỆU XÂY DỰNG ............................................................................................................... 8 1.1. Khái niệm về bùn và nguồn gốc phát thải bùn trong thành phố Hà Nội ... 8 1.1.1. Khái niệm về bùn .................................................................................... 8 1.1.2. Nguồn gốc và một số đặc điểm hình thành của bùn thải khu vực Hà Nội.. 10 1.2. Thực trạng tận thu bùn nạo vét tại Hà Nội và một số thành phố ở Việt Nam .. 13
ii 1.2.1. Nhu cầu nạo vét ..................................................................................... 13 1.2.2. Thực trạng quản lý bùn nạo vét ............................................................ 16 1.3. Một số giải pháp/công nghệ xử lý bùn nạo vét thành vật liệu xây dựng trên thế giới và ở Việt Nam .................................................................................... 18 1.3.1. Một số kỹ thuật tách nước làm khô bùn................................................ 18 1.3.2. Một số công nghệ xử lý bùn bằng trộn trước với phụ gia..................... 26 1.4. Một số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu đắp chế tạo từ bùn kết hợp với xi măng............................................................................................... 34 1.4.1. Ảnh hưởng của của thành phần hóa học trong xi măng ....................... 34 1.4.2. Ảnh hưởng của yếu tố thời gian ............................................................ 35 1.4.3. Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng...................................................... 37 1.4.4. Ảnh hưởng của đặc tính kỹ thuật của bùn............................................. 38 1.5. Cơ sở khoa học của giải pháp xử lý bùn lỏng thành vật liệu dạng rời .... 41 1.5.1. Giới thiệu chung .................................................................................... 41 1.5.2. Nguyên lý xử lý bùn dạng lỏng thành vật liệu dạng hạt rời/cát nhân tạo . 42 1.6. Đánh giá lựa chọn giải pháp xử lý bùn nạo vét từ một số sông, hồ thành phố Hà Nội thành vật liệu đắp dạng rời .......................................................... 45 1.7. Nhận xét chương ...................................................................................... 46 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA BÙN, PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN XỬ LÝ BÙN THÀNH VẬT LIỆU ĐẮP DẠNG RỜI .................................................................................. 48 2.1. Công tác lấy mẫu bùn và bảo quản bùn phục vụ thí nghiệm ................... 48 2.2. Một số đặc tính vật lý và hoá học của các mẫu bùn từ một số sông, hồ trong thành phố Hà Nội ............................................................................................ 50
iii 2.2.1. Phương pháp thí nghiệm ....................................................................... 50 2.2.2. Một số tính chất vật lý của các mẫu bùn ............................................... 51 2.2.3. Một số đặc tính hóa học cơ bản của các mẫu bùn ................................ 58 2.2.4. Đánh giá khả năng xử lý bùn từ một số sông, hồ trong thành phố Hà Nội thành vật liệu xây dựng ................................................................................... 63 2.3. Nghiên cứu khả năng tạo hạt từ bùn dạng lỏng theo qui mô trong phòng thí nghiệm ............................................................................................................. 64 2.3.1. Giới thiệu chung .................................................................................... 64 2.3.2. Khảo sát qui trình trộn thử nghiệm trong phòng thí nghiệm ................ 65 2.3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cấp phối hạt của vật liệu GFM .... 69 2.4. Cơ chế hình thành cường độ của hạt đất GFM ........................................ 74 2.4.1. Thiết bị và phương pháp thí nghiệm ..................................................... 75 2.4.2. Kết quả thí nghiệm và diễn dịch ........................................................... 76 2.5. Nhận xét chương ...................................................................................... 78 CHƯƠNG 3. ĐẶC TÍNH ĐỊA KỸ THUẬT VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU ĐẮP DẠNG RỜI CHẾ TẠO TỪ BÙN NẠO VÉT VỚI HÀM LƯỢNG NGHÈO XI MĂNG VÀ POLYMER .............................................. 80 3.1. Giới thiệu chung ....................................................................................... 80 3.2. Vật liệu và nội dung thí nghiệm ............................................................... 80 3.3. Một số tính chất vật lý cơ bản của vật liệu GFM..................................... 82 3.3.1. Phương pháp thí nghiệm ....................................................................... 82 3.3.2. Kết quả thí nghiệm ................................................................................ 83 3.4. Độ bền của vật liệu GFM từ thí nghiệm nén một trục nở hông ............... 85
iv 3.4.1. Thí nghiệm xác định các thành phần ô xít chính trong xi măng........... 86 3.4.2. Thí nghiệm nén một trục nở hông ......................................................... 87 3.4.3. Kết quả thí nghiệm ................................................................................ 89 3.5. Đặc tính đầm chặt..................................................................................... 95 3.5.1. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm ..................................................... 95 3.5.2. Kết quả thí nghiệm ................................................................................ 96 3.6. Sức chịu tải CBR của vật liệu GFM ........................................................ 97 3.6.1. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm ..................................................... 97 3.6.2. Kết quả thí nghiệm ................................................................................ 98 3.7. Khảo sát độ bền của vật liệu GFM trong môi trường tự nhiên .............. 100 3.7.1. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm ................................................... 100 3.7.2. Kết quả thí nghiệm .............................................................................. 101 3.8. Đặc tính biến dạng của vật liệu GFM trong thí nghiệm nén cố kết một trục ................................................................................................................ 104 3.8.1. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm ................................................... 104 3.8.2. Kết quả thí nghiệm .............................................................................. 105 3.9. Cường độ và biến dạng của vật liệu GFM từ thí nghiệm nén ba trục CD . 111 3.9.1. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm ................................................... 111 3.9.2. Kết quả thí nghiệm .............................................................................. 113 3.10. Đề xuất phạm vi ứng dụng của vật liệu GFM ...................................... 122 3.11. Nhận xét chương .................................................................................. 124 KẾT LUẬN ................................................................................................... 126 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ..................................................... 129
v TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 131 PHỤ LỤC .......................................................................................................... 1 PL-1. Một số đặc tính chất vật lý của bùn ........................................................ 1 PL-2. Thành phần ô xít hóa học trong bùn hồ Tây ........................................... 2 PL-3. Thành phần kim loại nặng bùn hồ Tây ................................................... 3 PL-4. Kết quả thí nghiệm một số đặc tính kỹ thuật của vật liệu GFM ............. 4
vi LỜI CẢM ƠN Tác giả thực hiện đề tài luận án mang tính thời sự cao, đó là thuận lợi rất lớn. Tuy nhiên quá trình nghiên cứu cũng bị chi phối nhiều bởi công việc cơ quan, công việc cá nhân và gia đình. Trong suốt quá trình đó, tác giả đã nhận được sự hỗ trợ của thầy hướng dẫn luôn cảm thông, chia sẻ và động viên, thầy luôn đón nhận những kết quả dù là nhỏ nhất. Điều đó đã giúp tác giả vượt qua khó khăn và hoàn thành luận án. Do vậy, lời đầu tiên tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới thầy giáo, PGS. TS. Phan Huy Đông vì tình cảm và công sức của thầy dành cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Bộ môn Cơ học đất – Nền móng, các thầy cô, anh chị thuộc Phòng Quản lý đào tạo đã luôn chỉ bảo, hỗ trợ. Xin gửi lời cảm ơn Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, Khoa Cầu Đường, các phòng thí nghiệm Cơ học đất và Địa kỹ thuật: LAS-XD 02, LAS-XD 188, LAS-XD 1782, VILAS 032 đã giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian qua. Tác giả xin chân thành cảm ơn tập thể Bộ môn Kỹ thuật Xây dựng, tập thể Khoa Doanh trại – Học viện Hậu cần nơi tác giả đang công tác, cảm ơn các đồng nghiệp trong công ty TVCI Việt Nam, công ty GPCI Việt Nam, đó là những tập thể và cá nhân đã gánh vác nhiều công việc để tác giả có thời gian thực hiện luận án. Xin cảm ơn toàn thể các chuyên gia, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn động viên, khích lệ và đóng góp ý kiến để tác giả hoàn thiện luận án. Và trên tất cả, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, những người thân đã luôn ở bên cạnh, đồng hành cùng tác giả để thực hiện luận án này. Kiến thức là vô hạn mà khả năng của tác giả còn hạn chế, do vậy luận án không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả mong tiếp tục nhận được các ý kiến đóng góp. Tác giả luận án
vii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án Tiến sĩ “Nghiên cứu xử lý bùn nạo vét từ một số sông, hồ trong thành phố Hà Nội thành vật liệu dạng rời dùng cho công tác đắp nền” là công trình do tôi nghiên cứu và thực hiện. Các kết quả, số liệu của luận án được thực hiện một cách nghiêm túc và trung thực các trên thiết bị, máy móc tại phòng thí nghiệm LAS-XD 02, LAS-XD 188, LAS-XD 1782, VILAS 032 chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án
viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Chữ viết tắt: Chữ viết tắt Tên gọi CPAM Chất keo tụ cationic polyacrylamide. GFM Vật liệu đắp dạng rời. SAP Polymer siêu hấp thụ. SEM Thí nghiệm kính hiển vi điện tử quét. Kí hiệu: Kí hiệu Tên chỉ tiêu Đơn vị γs Khối lượng đơn vị thể tích hạt đất. g/cm3 ε Biến dạng dọc trục. % η Hệ số ứng suất. - ϕ Góc ma sát. độ ϕ’ Góc ma sát hữu hiệu. độ σ’v Ứng suất cố kết hữu hiệu. kPa εa Biến dạng dọc trục. % γc Khối lượng đơn vị thể tích khô. g/cm3 γcmax Khối lượng đơn vị thể tích khô lớn nhất. g/cm3 εr Biến dạng hướng tâm. % ∆S Độ lún của mẫu. mm εs Biến dạng cắt. % ∆u Thay đổi áp lực nước lỗ rỗng. % ∆V Thay đổi thể tích. cm3 εv Biến dạng thể tích. % γw Khối lượng đơn vị thể tích. g/cm3 B Hàm lượng phần trăm bùn ướt ở thời điểm trộn khi chế % bị mẫu GFM. c’ Cường độ lực dính hữu hiệu. kPa
ix CBR Chỉ số sức chịu tải của đất. % Cc Hệ số nén. - CD Thí nghiệm ba trục theo sơ đồ cố kết, thoát nước. - Cs Hệ số nở. - Cv Hệ số cố kết. (cm2/s) d Đường kính hạt trong thí nghiệm thành phần hạt. mm E Mô đun biến dạng. kPa e Hệ số rỗng. - emax Hệ số rỗng ở trạng thái xốp nhất. - emin Hệ số rỗng ở trạng thái chặt nhất. - Eoed Mô đun biến dạng từ thí nghiệm nén một trục. kPa H Mẫu bùn hồ Hoàn Kiếm. - IL Chỉ số sệt của đất. % IP Chỉ số dẻo của đất. % Kv Hệ số thấm cố kết. (cm2/s) N Chỉ số xuyên tiêu chuẩn của đất. - N/X Tỷ lệ nước và xi măng. - P Hàm lượng polymer so với lượng bùn ướt ở thời điểm % trộn khi chế bị mẫu GFM. P Hàm lượng phần trăm cỡ hạt lọt sàng trong thí nghiệm % thành phần hạt. P Áp lực nén trong thí nghiệm CBR. kPa p’ Ứng suất hữu hiệu trung bình. kPa q' Ứng suất lệch. kPa qc Sức kháng xuyên tĩnh của đất. kPa qu Giá trị độ bền nén một trục nở hông. kPa Su Sức kháng cắt không thoát nước của đất. kPa t Thời gian hoặc chu kỳ bảo dưỡng mẫu. phút T Chu kỳ lặp phơi khô-bão hòa. lần W Độ ẩm ban đầu của bùn sau khi nạo vét. %
x W Mẫu bùn hồ Tây. - W0 Độ ẩm mẫu bùn ở thời điểm trộn khi chế bị mẫu GFM. % WL Độ ẩm giới hạn chảy của đất. % WP Độ ẩm giới hạn dẻo của đất. % Wotp Độ ẩm tốt nhất của đất. % X Hàm lượng xi măng so với lượng bùn ướt ở thời điểm % trộn khi chế bị mẫu GFM.
xi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Bùn từ hoạt động thi công xây dựng. .............................................. 10 Hình 1.2. Bùn từ quá trình nạo vét ao, hồ, sông [10], [21]. ............................ 11 Hình 1.3. Sự hình thành bùn thải từ hệ thống thoát nước đô thị..................... 11 Hình 1.5. Thành phần kim loại nặng bùn sông Tô Lịch [24] ......................... 13 Hình 1.6. Lượng bùn mương, sông, hồ tại Hà Nội [10], [21], [22]. ............... 13 Hình 1.7. Nạo vét bùn tại hồ Hoàn Kiếm năm 2018 [5]. ................................ 14 Hình 1.8. Dự báo bùn sinh ra từ hệ thống thoát nước tại Hà Nội [22]. .......... 15 Hình 1.9. Thống kê khối lượng nạo vét tại TP. Hồ Chí Minh. ....................... 16 Hình 1.10. Mô hình tách nước bằng sân phơi bùn. ......................................... 19 Hình 1.11. Mô hình tách nước bằng lắng trọng lực. ....................................... 20 Hình 1.12. Tách bùn bằng lắng li tâm. ............................................................ 21 Hình 1.13. Ép bùn bằng băng tải. .................................................................... 22 Hình 1.14. Tách nước bùn bằng ống địa kỹ thuật. .......................................... 23 Hình 1.15. Tách nước bằng hút chân không [20]. .......................................... 25 Hình 1.16. Chế tạo vật liệu bằng cách khử nước ở áp suất cao [48]. ............. 25 Hình 1.17. Sơ đồ xử lý bùn nạo vét bằng phương pháp trộn khí nén [48]. .... 26 Hình 1.18. Sơ đồ vận chuyển bùn sét bằng dòng khí nén [48]. ...................... 27 Hình 1.19. Hình ảnh thệ thống máy trộn khí nén xử lý vật liệu nạo vét [48]. 28 Hình 1.20. Dây chuyền công nghệ xử lý bùn nạo vét từ cảng biển thành vật liệu đắp cho hạ tầng bãi cảng của công ty Penta Ocean Construction Co. ltd. (Nhật bản) [48]. ......................................................................................................... 29 Hình 1.21. Chế tạo vật liệu nhẹ từ bùn sét [48]. ............................................. 30 Hình 1.22. Sản phẩm trước và sau khi được xử lý bằng tro PS [53]. ............. 32
xii Hình 1.23. Ảnh hưởng của CaO trong xi măng đến độ bền nén [48]. ............ 34 Hình 1.24. Ảnh hưởng của SO3 trong xi măng đến độ bền nén [48]. ............. 35 Hình 1.25. Ảnh hưởng của Al2O3 trong xi măng đến độ bền nén [48]. ............. 35 Hình 1.26. Ảnh hưởng của thời gian trộn tới độ bền nén của đất [48]. .......... 36 Hình 1.27. Sự tăng sức kháng cắt của đất sau cải tạo [48]. ............................ 36 Hình 1.28. Ảnh hưởng chu kỳ bảo dưỡng đến độ bền nén của đất [48]. ........ 37 Hình 1.29. Ảnh hưởng của xi măng đến độ bền nén của đất [48]. ................. 37 Hình 1.30. Ảnh hưởng của tỷ lệ xi măng tới độ bền nén của đất hữu cơ [48]. ......................................................................................................................... 38 Hình 1.31. Ảnh hưởng của đặc tính lý, hóa đến độ bền nén của đất sau cải tạo [48]. ................................................................................................................. 39 Hình 1.32. Ảnh hưởng của độ ẩm đến cường độ của đất [48]. ....................... 40 Hình 1.33. Ảnh hưởng của chất hữu cơ tới độ bền nén của đất [48]. ............. 40 Hình 1.34. Ảnh hưởng của độ pH đến cường độ của đất [48]. ....................... 41 Hình 1.35. Nguyên lý kết hợp giữa polymer và bùn sét tạo vật liệu dạng hạt rời. ......................................................................................................................... 43 Hình 1.36. Loại polymer thường dùng khi xử lý bùn đất yếu. ....................... 44 Hình 1.37. Cơ chế tạo cường độ của xi măng [48]. ........................................ 45 Hình 2.1. Lấy mẫu bùn tại hồ Hoàn Kiếm. ..................................................... 48 Hình 2.2. Vị trí lấy mẫu và ảnh hiện trạng tại hồ Tây. ................................... 49 Hình 2.3. Vị trí lấy mẫu bùn và ảnh hiện trạng tại sông Nhuệ. ...................... 50 Hình 2.4. Hình ảnh thí nghiệm một số đặc tính vật lý của bùn. ..................... 51 Hình 2.5. Độ ẩm ban đầu và các độ ẩm giới hạn Atterberg của một số mẫu bùn. ......................................................................................................................... 53 Hình 2.6. Khảo sát khả năng làm khô dưới điều kiện phơi gió của mẫu bùn Hồ
xiii Tây. .................................................................................................................. 54 Hình 2.7. Thí nghiệm Flow test đánh giá độ ẩm của bùn. .............................. 55 Hình 2.8. Cấp phối hạt của một số mẫu bùn hồ Hoàn Kiếm, hồ Tây và sông Nhuệ. ............................................................................................................... 57 Hình 2.9. Lượng hữu cơ mẫu bùn tại hồ Tây, hồ Hoàn Kiếm và sông Nhuệ. 58 Hình 2.10. Độ pH mẫu bùn hồ Hoàn Kiếm, hồ Tây và sông Nhuệ. ............... 59 Hình 2.11. Máy nhiễu xạ tia X phân tích kim loại nặng. ................................ 59 Hình 2.12. Xây dựng đường chuẩn giản đồ nhiễu xạ tia X theo tiêu chuẩn ASTM C114................................................................................................................. 60 Hình 2.13. Giản đồ nhiễu xạ tia X cho 3 mẫu bùn Hồ Tây (phòng thí nghiệm Công ty Eco-Green, Nhật Bản). ...................................................................... 60 Hình 2.14. Hàm lượng các ô xít có trong bùn hồ Hoàn Kiếm và hồ Tây. ...... 61 Hình 2.15. Hàm lượng Kim loại nặng bùn hồ Hoàn Kiếm và hồ Tây. ........... 62 Hình 2.16. Trộn thử nghiệm khảo sát khả năng tạo hạt. ................................. 65 Hình 2.17. Kết quả trộn mẫu với lượng phụ gia xi măng khác nhau khi không sử dụng polymer. ............................................................................................. 66 Hình 2.18. Kết quả trộn mẫu với các lượng phụ gia xi măng khác nhau và lượng polymer 0,25%. ............................................................................................... 67 Hình 2.19. Kết quả trộn mẫu với các lượng phụ gia xi măng khác và lượng polymer 0,5%. ................................................................................................. 68 Hình 2.20. Qui trình trộn trong phòng thí nghiệm. ......................................... 69 Hình 2.21. Ảnh hưởng của độ ẩm tới quá trình tạo hạt. ................................. 71 Hình 2.22. Vật liệu GFM dạng rời khi chế bị ở các độ ẩm khác nhau. .......... 72 Hình 2.23. Ảnh hưởng của xi măng đến cấp phối hạt của mẫu GFM. ........... 73 Hình 2.24. Ảnh hưởng của polymer đến thành phần hạt của vật liệu GFM. .. 74
xiv Hình 2.25. Hệ số số Cu, Cc của các cấp phối mẫu GFM ở 28 ngày ................ 74 Hình 2.26. Hình ảnh máy SEM xác định cấu trúc của đất. ............................. 75 Hình 2.27. Ảnh chụp SEM ở độ phóng đại 500 lần của bùn và vật liệu GFM. ......................................................................................................................... 76 Hình 2.28. Ảnh chụp SEM ở độ phóng đại 5.000 lần khi thay đổi lượng xi măng. ......................................................................................................................... 77 Hình 2.29. Ảnh chụp SEM ở độ phóng đại 10.000 lần khi thay đổi lượng xi măng. ............................................................................................................... 77 Hình 2.30. Ảnh chụp SEM ở các độ phóng đại khác nhau khi thay đổi lượng polymer............................................................................................................ 78 Hình 3.1. Các cấp phối trộn khác nhau của vật liệu GFM ở t = 28 ngày. ...... 81 Hình 3.2. Một số thí nghiệm xác định tính chất vật lý của mẫu GFM. .......... 83 Hình 3.3. Một số tính chất vật lý cơ bản của các mẫu GFM. ......................... 85 Hình 3.4. Hàm lượng một số ô xít trong xi măng. .......................................... 87 Hình 3.5. Hình ảnh nén một trục nở hông vật liệu GFM. ............................... 88 Hình 3.6. Độ bền nén một trục nở hông của các mẫu GFM với các loại xi măng. . 90 Hình 3.7. Kết quả nén một trục nở hông với các lượng xi măng khác nhau. . 92 Hình 3.8. Kết quả nén một trục nở hông với các lượng polymer khác nhau. . 93 Hình 3.9. Ảnh hưởng của cách thức trộn tới độ bền nén. ............................... 94 Hình 3.10. Thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn. .................................................. 96 Hình 3.11. Đồ thị xác định độ ẩm tốt nhất của các mẫu đất khi đầm nén. ..... 97 Hình 3.12. Thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn. .................................................. 98 Hình 3.13. Tương quan giữa áp lực và độ lún của các mẫu ứng với công đầm 65 chày trong thí nghiệm CBR. ...................................................................... 99 Hình 3.14. Tương quan giữa chỉ số CBR và khối lượng đơn vị thể tích khô của
xv đất. ................................................................................................................. 100 Hình 3.15. Ngâm bão hòa xác định sự phân rã của các mẫu GFM. ............. 101 Hình 3.16. Tương quan giữa áp lực và độ lún ứng với từng chu kỳ bão hòa-phơi khô. ................................................................................................................ 102 Hình 3.17. Chỉ số CBR ở công đầm cối 65 chày/lớp với từng chu kỳ lặp bão hòa-phơi khô.................................................................................................. 103 Hình 3.18. Xác định đặc trưng tan rã của vật liệu GFM ............................... 104 Hình 3.19. Thí nghiệm nén cố kết một trục. ................................................. 105 Hình 3.20. Biểu đồ nén lún của các mẫu vật liệu GFM. ............................... 106 Hình 3.21. Thành phần hạt trước và sau khi nén mẫu GFM......................... 107 Hình 3.22. Biểu đồ biến dạng theo thời gian e-log(t) các mẫu GFM. .......... 108 Hình 3.23. Sự thay đổi hệ số cα theo hàm lượng xi măng. ........................... 109 Hình 3.24. Hệ số cố kết các mẫu vật liệu GFM. ........................................... 110 Hình 3.25. Hệ số nén các mẫu vật liệu GFM. ............................................... 110 Hình 3.26. Tương quan giữa mô đun biến dạng Eoed và áp lực nén.............. 111 Hình 3.27. Thí nghiệm nén ba trục các mẫu GFM. ...................................... 113 Hình 3.28. Sự biến đổi thể tích theo thời gian ở giai đoạn cố kết mẫu vật liệu GFM. ............................................................................................................. 115 Hình 3.29. Tương quan giữa ứng suất và biến dạng trong quá trình gia tải cắt. ....................................................................................................................... 118 Hình 3.30. Ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia............................................. 120 Hình 3.31. Góc ma sát trong và cường độ lực dính của các mẫu GFM........ 122
xvi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Tiêu chí phân loại bùn theo đặc tính vật lý ...................................... 8 Bảng 1.2. Chỉ tiêu đánh giá về môi trường đối với bùn thải .......................... 10 Bảng 1.3. Dự báo lượng bùn thải đến năm 2025 của các tỉnh khu vực Đông Nam Bộ ........................................................................................................... 16 Bảng 2.1. Phương pháp thí nghiệm một số tính chất vật lý của bùn .............. 51 Bảng 3.1. Cấp phối trộn sản xuất các mẫu GFM ............................................ 81 Bảng 3.2. Phương pháp xác định một số đặc tính vật lý của mẫu GFM ........ 82 Bảng 3.3. Một số tính chất vật lý cơ bản của các mẫu GFM .......................... 83 Bảng 3.4. Thông số kỹ thuật trong phương pháp đầm II-A (cối nhỏ) ............ 95 Bảng 3.5. Tính chất đầm chặt của các mẫu GFM ........................................... 97 Bảng 3.6. Chỉ tiêu vật lý của các mẫu GFM trong thí nghiệm ba trục ......... 112 Bảng 3.7. Quy định về sức chịu tải tối thiểu, CBR (%) đối với nền đất đắp (TCVN 9436-2012) ....................................................................................... 123 Bảng 3.8. Phạm vi sử dụng của vật liệu GFM .............................................. 124
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Hà Nội là một trung tâm kinh tế, thủ đô của cả nước, nơi có tốc độ xây dựng, phát triển cơ sở hạ tầng nhanh, tập trung nhiều sông, hồ lớn. Hàng năm một khối lượng lớn bùn được tạo ra từ quá trình thi công hạ tầng kỹ thuật và nạo vét sông, hồ. Bùn thường được đổ trực tiếp tại các bãi chứa tạm được cấp phép cũng như không được cấp phép với diện tích chiếm chỗ đáng kể, thường được đặt ở khu vực ngoại thành Hà Nội như: Nguyên Khê-Đông Anh, Hà Đông, Văn Điển, Thị trấn Phùng, Sóc Sơn, các bãi chứa đều đã quá tải. Đồng thời chi phí xử lý các vấn đề về môi trường sinh thái và hạ tầng kỹ thuật cho các bãi chứa rất lớn. Ngoài ra, một khối lượng không nhỏ được đổ thải bất hợp pháp, gây ô nhiễm, ảnh hưởng nghiêm trọng đến vệ sinh môi trường và cảnh quan thành phố, trở thành vấn đề nhức nhối của xã hội. Mặt khác, với tốc độ phát triển hạ tầng trong thành phố, điển hình như các dự án đê, kè, mở rộng đường đều cần đến một lượng vật liệu rất lớn cho công tác san lấp, đắp nền móng công trình... Ví dụ, dự án xây dựng tuyến đường sắt đô thị số 2A (Cát Linh - Hà Đông) đòi hỏi khoảng 2 triệu m3 cát để thực hiện công tác san lấp, trong khi tuyến đường sắt đô thị số 3 (Nhổn - Ga Hà Nội) yêu cầu khối lượng lớn hơn, lên đến 3 triệu m3.... Lượng vật liệu này thông thường sử dụng là cát hoặc đất cấp phối được lấy từ các mỏ vật liệu. Điều này đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến cấu trúc địa chất, làm suy giảm môi trường sinh thái, gia tăng nguy cơ sạt lở đất và đe dọa an toàn giao thông, đặc biệt là đường thủy. Với mong muốn phát triển bền vững, chúng ta cần phải quan tâm đến môi trường, các qui định về công tác xin cấp quyền thực hiện hoạt động thăm dò và khai thác các nguồn cát, sỏi từ lòng sông ngày càng được quy định chặt chẽ (Nghị định số 23/2020/NĐ-CP ngày 24/02/2020 của chính phủ), cùng
2 với thực trạng các bãi chứa được cấp phép đang quá tải, việc tìm giải pháp chế tạo vật liệu san lấp, đắp nền từ bùn nạo vét là nhu cầu tất yếu. Hiện nay, các nước phát triển đã có nhiều giải pháp kỹ thuật đang được ứng dụng như: ép khô bùn; trộn với phụ gia vôi, xi măng nhằm tăng cường độ... Mỗi giải pháp đều có những ưu điểm, tồn tại cũng như phạm vi ứng dụng riêng. Trong đó giải pháp chế tạo bùn thành cát nhân tạo đang được triển khai và có tiềm năng sử dụng làm vật liệu san lấp nền nhờ vào một số ưu điểm của vật liệu rời như: thoát nước nhanh, nhẹ, dễ vận chuyển, dễ lu lèn. Tuy nhiên, đây là một giải pháp còn tương đối mới và chưa được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam. Xuất phát từ nhu cầu và thực trạng trên, tác giả đã lựa chọn luận án với đề tài: “Nghiên cứu xử lý bùn nạo vét từ một số sông, hồ trong thành phố Hà Nội thành vật liệu dạng rời dùng cho công tác đắp nền”. Những kết quả đạt được từ nghiên cứu của luận án sẽ cung cấp nền tảng khoa học và cơ sở thực tiễn thúc đẩy tận thu nguồn bùn nạo vét cũng như bùn thải từ việc thi công công trình ngầm thành vật liệu xây dựng, góp phần thúc đẩy sự phát triển toàn diện của xã hội. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu cốt lõi là tìm kiếm và phát triển một giải pháp tối ưu hơn để tận thu được khối lượng bùn rất lớn nếu được nạo vét từ các sông, hồ lớn trong thành phố Hà Nội, biến bùn nạo vét từ vật liệu thải thành vật liệu có ích, tác giả hướng tới các mục tiêu sau: 1) Đưa ra được tổng quan các giải pháp kỹ thuật cũng như dây truyền công nghệ hiện nay về công tác tận thu, bùn nạo vét có thể được xử lý và tái chế để trở thành nguyên liệu cho ngành xây dựng. 2) Cung cấp bằng chứng khoa học để chứng minh tính hiệu quả và khả thi của giải pháp xử lý bùn thành vật liệu dạng rời cũng như vai trò của phụ gia