Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đặc tính cơ lý của chất thải rắn sinh hoạt phục vụ đánh giá ổn định bãi chứa và khả năng sử dụng tro đáy trong xây dựng đường

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:175

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu đặc tính cơ lý của chất thải rắn sinh hoạt phục vụ đánh giá ổn định bãi chứa và khả năng sử dụng tro đáy trong xây dựng đường" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về chất thải rắn sinh hoạt tại các bãi chứa và khả năng sử dụng các sản phẩm của chúng sau khi đốt; Nghiên cứu xác định đặc tính cơ lý của chất thải rắn sinh hoạt phục vụ đánh giá ổn định của bãi chứa; Nghiên cứu khả năng sử dụng tro đáy làm vật liệu đắp nền đường; Nghiên cứu khả năng sử dụng tro đáy làm móng cho đường cấp thấp.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đặc tính cơ lý của chất thải rắn sinh hoạt phục vụ đánh giá ổn định bãi chứa và khả năng sử dụng tro đáy trong xây dựng đường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CƠ LÝ CỦA CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH BÃI CHỨA VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG TRO ĐÁY TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – 7/2024
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CƠ LÝ CỦA CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH BÃI CHỨA VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG TRO ĐÁY TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ngành : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Mã số: 9580205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Châu Lân TS Phí Hồng Thịnh Hà Nội – 11/2024
i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng cảm ơn các đơn vị của Trường Đại học Giao thông vận tải như Phòng Đào tạo Sau đại học; Khoa Công trình; Bộ môn Địa kỹ thuật; Bộ môn Đường bộ; Bộ môn Đường Ô tô và Sân bay; Trung tâm Khoa học Công nghệ GTVT và các cơ quan khác như Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải, Công ty Tư vấn Địa kỹ thuật HEC14, Viện Nền móng và Công trình ngầm - FECON, đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận án. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc nhất đến các giáo viên hướng dẫn là PGS.TS. Nguyễn Châu Lân và TS. Phí Hồng Thịnh đã định hướng khoa học các nội dung nghiên cứu của luận án, đồng thời hết sức tận tình góp ý, chỉ bảo và hướng dẫn tác giả hoàn thiện luận án này. Tác giả cũng xin gửi lời cám ơn đến Quý Thầy/Cô đồng nghiệp trong Trường, đặc biệt Quý Thầy/Cô các đơn vị: Khoa Công trình, Bộ môn Địa kỹ thuật, Bộ môn Đường bộ, Bộ môn Đường Ô tô và Sân bay đã động viên, nhiệt tình giúp đỡ và cung cấp các tài liệu quý báu để tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả xin cảm ơn gia đình, bạn bè và những người thân đã luôn ở bên, động viên tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Hà Nội, 11/2024
ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án NCS. Nguyễn Anh Tuấn
iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... vi DANH MỤC HÌNH VẼ......................................................................................... viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU ................................................... xiv CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT TẠI CÁC BÃI CHỨA VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CÁC SẢN PHẨM CỦA CHÚNG SAU KHI ĐỐT ................................................................................................................... 4 1.1 Tổng quan về chất thải rắn sinh hoạt tại các bãi chứa ..................... 4 1.1.1 Các khái niệm liên quan ....................................................................... 4 1.1.2 Khối lượng phát sinh chất thải rắn sinh hoạt ....................................... 6 1.1.3 Nguồn phát sinh và thành phần chất thải rắn sinh hoạt ....................... 7 1.1.4 Thực trạng xử lý chất thải rắn sinh hoạt tại Việt Nam ....................... 10 1.2 Một số vấn đề địa kỹ thuật tại các bãi chứa chất thải rắn sinh hoạt tại Việt Nam ........................................................................................................ 12 1.2.1 Đặc tính cơ lý của chất thải rắn sinh hoạt tại các bãi chứa ................ 13 1.2.2 Đánh giá ổn định bãi chứa chất thải rắn sinh hoạt ............................. 27 1.3 Khả năng sử dụng sản phẩm của chất thải rắn sinh hoạt sau đốt trong xây dựng công trình giao thông .............................................................. 31 1.3.1 Tính chất cơ lý của tro đáy sau khi đốt chất thải rắn sinh hoạt .......... 32 1.3.2 Ứng dụng của tro đáy cho công trình giao thông ............................... 35 1.3.3 Tình hình nghiên cứu tro đáy làm vật liệu cho xây dựng đường ở Việt Nam .................................................................................................................. 37 1.4 Kết luận chương 1 .............................................................................. 38 1.5 Nội dung nghiên cứu của luận án ...................................................... 39 1.6 Phương pháp nghiên cứu của luận án .............................................. 39
iv CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH CƠ LÝ CỦA CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH CỦA BÃI CHỨA .................................................................................................................................. 41 2.1 Đặt vấn đề, nội dung nghiên cứu thực nghiệm xác định các đặc tính cơ lý của chất thải rắn sinh hoạt ....................................................................... 41 2.1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................... 41 2.1.2 Lựa chọn khu vực bãi chứa nghiên cứu ............................................. 42 2.1.3 Nội dung thực nghiệm ........................................................................ 53 2.2 Kết quả thí nghiệm ............................................................................. 62 2.2.1 Kết quả thí nghiệm hiện trường ......................................................... 62 2.2.2 Kết quả thí nghiệm trong phòng ......................................................... 73 2.3 Nhận xét kết quả thí nghiệm trong phòng ....................................... 80 2.3.1 Ảnh hưởng của độ bão hòa đến sức chống cắt của CTRSH .............. 80 2.3.2 Ảnh hưởng của đường kính hạt đến sức chống cắt của CTRSH ....... 81 2.3.3 Ảnh hưởng của thành phần hạt đến sức chống cắt của CTRSH ........ 81 2.3.4 So sánh với các nghiên cứu khác ....................................................... 81 2.4 Phân tích ổn định bãi chứa ................................................................ 81 2.4.1 Phương pháp phân tích ổn định cho bãi chứa chất thải rắn sinh hoạt 82 2.4.2 Nghiên cứu ổn định bãi chứa ............................................................. 85 2.5 Kết luận chương 2 .............................................................................. 92 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG TRO ĐÁY LÀM VẬT LIỆU ĐẮP NỀN ĐƯỜNG ..................................................................................... 94 3.1 Giới thiệu về nhà máy đốt CTRSH Thành Quang và Xuân Sơn ... 94 3.2 Yêu cầu về vật liệu đắp nền đường ................................................... 95 3.2.1 Yêu cầu về vật liệu theo tiêu chuẩn ................................................... 95 3.2.2 Yêu cầu đối với tro đáy khi sử dụng làm vật liệu đắp trên thế giới ... 96 3.3 Thí nghiệm trong phòng xác định chỉ tiêu cơ lý cho vật liệu tro đáy 97 3.3.1 Xác định các thí nghiệm cần thiết đối với tro đáy ............................. 97 3.3.2 Thí nghiệm xác định hàm lượng các chất độc hại của tro đáy ........... 99
v 3.3.3 Thí nghiệm SEM và XRD ................................................................ 101 3.3.4 Thí nghiệm cơ lý tro đáy .................................................................. 102 3.3.5 Phân tích thống kê xử lý số liệu thí nghiệm ..................................... 106 3.4 Kết quả thí nghiệm của vật liệu tro đáy ......................................... 108 3.4.1 Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phóng xạ của tro đáy ....... 108 3.4.2 Kết quả thí nghiệm XRD và SEM .................................................... 109 3.4.3 Thí nghiệm vật lý tro đáy ................................................................. 112 3.4.4 Kết quả thí nghiệm cơ học của vật liệu tro đáy ................................ 113 3.5 Khả năng sử dụng làm vật liệu đắp nền đường ............................. 119 3.6 Kết luận chương 3 ............................................................................ 121 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG TRO ĐÁY LÀM MÓNG ĐƯỜNG CẤP THẤP ............................................................................................ 122 4.1 Nghiên cứu khả năng sử dụng tro đáy làm móng đường cấp thấp 122 4.1.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của vật liệu làm móng đường ........... 122 4.1.2 Yêu cầu thí nghiệm và xử lý thống kê ............................................. 122 4.2 Thí nghiệm tro đáy trộn với xi măng .............................................. 124 4.2.1 Các chỉ tiêu thí nghiệm..................................................................... 124 4.2.2 Kết quả thí nghiệm tro đáy trộn với xi măng ................................... 126 4.3 Phân tích, đánh giá, nhận xét các kết quả thí nghiệm .................. 134 4.3.1 Phân tích kết quả cường độ chịu nén ............................................... 134 4.3.2. Phân tích kết quả cường độ ép chẻ .................................................. 135 4.4 Kết quả phân tích XRD, SEM ......................................................... 136 4.5 Kiến nghị áp dụng cho lớp móng dưới ........................................... 142 4.6 Kết luận chương 4 ............................................................................ 143 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 145 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ............... 149 LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................................................................. 149
vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Thành phần CTRSH từ hộ gia đình tại một số địa phương ..................... 9 Bảng 1-2 Cấp phối của tro đáy ............................................................................... 33 Bảng 2-1 Đặc điểm của bãi chứa CTRSH Kiêu Kỵ .............................................. 43 Bảng 2-2 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất tại bãi chứa Kiêu Kỵ ..... 47 Bảng 2-3 Các tuyến đo khảo sát địa- vật lý .......................................................... 54 Bảng 2-4 Tổng hợp thí nghiệm mẫu CTRSH ........................................................ 59 Bảng 2-5 Tiêu chuẩn thí nghiệm vật lý của CTRSH ............................................. 60 Bảng 2-6 Bảng kết quả thí nghiệm điện trở đất tại bãi chứa Cam Ly ................... 67 Bảng 2-7 Kết quả tính toán góc ma sát trong tại điểm đo số 1 tại bãi chứa Kiêu Kỵ theo Hamid ............................................................................................................. 70 Bảng 2-8 Kết quả tính toán góc ma sát trong tại điểm đo số 1 tại bãi chứa Kiêu Kỵ theo công thức 2.8 do NCS thực hiện .................................................................... 71 Bảng 2-9 Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp (Bãi chứa Kiêu Kỵ) ............................ 75 Bảng 2-10 Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp kích thước lớn (Bãi chứa Kiêu Kỵ) . 76 Bảng 2-11 Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp (D=62mm) (Bãi chứa Cam Ly) ...... 78 Bảng 2-12 Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp (100x100x100) mm (Bãi chứa Cam Ly) ........................................................................................................................... 79 Bảng 2-13 Thông số đầu vào cho kiểm toán ổn định bãi chứa Meethotamulla .. 83 Bảng 2-14 Thông số đầu vào Geoslope cho bãi chứa Kiêu Kỵ ............................ 86 Bảng 2-15 Thông số đầu vào Geoslope cho bãi chứa Cam Ly ............................. 88 Bảng 2-16 So sánh kết quả phân tích theo 2 phương pháp cho bãi chứa Cam Ly ................................................................................................................................. 92 Bảng 3-1 Độ chặt đầm nén yêu cầu đối với nền đường (TCVN 9436 : 2012) ..... 95 Bảng 3-2 Quy định về sức chịu tải (CBR) nhỏ nhất (TCVN 9436 : 2012) .......... 96 Bảng 3-3 Khối lượng thí nghiệm trong phòng đối với tro đáy từ nhà máy Thành Quang và nhà máy Xuân Sơn ................................................................................. 98 Bảng 3-4 Tiêu chuẩn thí nghiệm vật lý của vật liệu tro đáy ................................ 102 Bảng 3-5 Tiêu chuẩn thí nghiệm cơ học của vật liệu tro đáy .............................. 102 Bảng 3-6 Quá trình thí nghiệm tải trọng lặp ........................................................ 105 Bảng 3-7 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại mẫu tro đáy ............................ 108
vii Bảng 3-8 So sánh thành phần của tro đáy tại một số nhà máy đốt CTRSH phát điện ............................................................................................................................... 111 Bảng 3-9 Kết quả thí nghiệm đầm chặt ................................................................ 114 Bảng 3-10 Giá trị CBR cho tro đáy (Nhà máy Thành Quang và Xuân Sơn ) ....115 Bảng 3-11 So sánh kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp ............................................117 Bảng 4-1 Chỉ tiêu cơ lý của đất gia cố (TCVN 10379 : 2014) ........................... 122 Bảng 4-2 Tổng hợp thí nghiệm mẫu tro đáy kết hợp xi măng ............................ 123 Bảng 4.3. Kết quả thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn cho tro đáy trộn xi măng (Nhà máy Xuân Sơn) .....................................................................................................126 Bảng 4-4 Bảng kết quả thí nghiệm nén nở hông tro đáy gia cố xi măng ............130 Bảng 4-5 Bảng kết quả thí nghiệm ép chẻ mẫu tro đáy trộn xi măng .................132
viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mặt cắt ngang điển hình một ô chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh.......... 5 Hình 1.2 Kết cấu điển hình một ô chôn lấp chất thải rắn hợp vệ sinh .................... 6 Hình 1.3 Tỷ lệ phát sinh CTRSH tại 6 vùng trong cả nước .................................... 7 Hình 1.4 Thành phần CTRSH tại một số quốc gia - theo % khối lượng ướt .......... 8 Hình 1.5 Thành phần CTRSH tại Việt Nam tính theo % khối lượng ướt............ 10 Hình 1.6 Hiện tượng sạt lở bãi chứa Cam Ly ngày 07/7/2020.............................. 13 Hình 1.7 Tương quan giữa kết quả thí nghiệm CPT và SPT tại bãi chứa CTRSH Bandeirantes, São Paulo và Trung tâm đô thị, Salvador, Brazil] .......................... 15 Hình 1.8 Độ lún của bãi chứa CTRSH theo tuổi chôn lấp .................................... 17 Hình 1.9 Trọng lượng thể tích và hệ số rỗng của CTRSH tại bãi chứa Laogang, Trung Quốc theo độ sâu (Feng và cộng sự, 2016) ................................................. 21 Hình 1.10 Góc ma sát trong và lực dính kết đơn vị của CTRSH tại bãi chứa Laogang, Trung Quốc theo độ sâu (Feng và cộng sự, 2016)] ........... 21 Hình 1.11 Các thí nghiệm hiện trường ................................................................... 22 Hình 1.12 Cấu trúc địa chất tại bãi chứa Nam Sơn theo kết quả khảo sát địa-vật lý [48] .......................................................................................................................... 23 Hình 1.13 Hiện tượng mất ổn định mái dốc bãi chứa Cincinnati, Ohio, Mỹ ngày 16/3/1996 ................................................................................................................ 28 Hình 1.14 Các dạng mất ổn định mái dốc bãi chứa CTRSH................................ 29 Hình 1.15 Sự thay đổi FS theo thời gian mưa tại bãi chứa Maoershan, Trung Quốc ......................................................................................... 30 Hình 1.16 Nhà máy đốt CTRSH phát điện tại Sóc Sơn, Hà Nội........................... 31 Hình 1.17 Vị trí tập kết tro đáy tại khu vực hố tro ............................................... 31 Hình 1.18 Thành phần hạt tro đáy dùng trong thi công đường ............................. 32 Hình 1.19 Độ ẩm tối ưu và khối lượng thể tích khô lớn nhất ................................ 33 Hình 1.20 Kết quả nén ba trục lặp xác định mô đun đàn hồi động Mr cho các mẫu tro đáy theo các mùa khác nhau tại một số khu vực trên thế giới ........................ 34 Hình 1.21 Nhà máy đốt CTRSH tại Nhật Bản ...................................................... 36 Hình 2.1 Bãi chứa Kiêu Kỵ và vị trí lấy mẫu......................................................... 44 Hình 2.2 Các thí nghiệm hiện trường do NCS thực hiện tại bãi chứa Kiêu Kỵ ... 45 Hình 2.3 Sơ đồ cầu trúc địa chất bãi chứa Kiêu Kỵ............................................... 46
ix Hình 2.4 Mặt cắt địa chất công trình bãi tích chứa Kiêu Kỵ khi chưa chôn lấp ... 48 Hình 2.5 Vị trí khu vực bãi chứa Cam Ly.............................................................. 49 Hình 2.6 Sơ đồ cầu trúc địa chất bãi chứa Cam Ly ............................................... 51 Hình 2.7 Mặt cắt địa chất công trình bãi chứa Cam Ly ......................................... 52 Hình 2.8 Sơ đồ bố trí đo địa-vật lý cho bãi chứa Kiêu Kỵ ................................... 53 Hình 2.9 Sơ đồ bố trí các tuyến đo địa- vật lý tại bãi chứa Cam Ly ..................... 55 Hình 2.10 Sơ đồ tuyến đo địa-vật lý bổ sung tại bãi chứa Cam Ly (do NCS thực hiện) ......................................................................................................................... 55 Hình 2.11 Vị trí hố đào và thành phần CTRSH ngoài hiện trường ....................... 56 Hình 2.12 Các vị trí thí nghiệm xuyên động DCP tại hiện trường bãi chứa Kiêu Kỵ (điểm đo 1 đến 10) .................................................................................................. 58 Hình 2.13 Các vị trí thí nghiệm xuyên động DCP tại hiện trường bãi chứa Cam Ly (điểm đo 11 đến 20) ................................................................................................ 58 Hình 2.14 Thí nghiệm xuyên động DCP tại các bãi chứa ..................................... 59 Hình 2.15 Chuẩn bị mẫu CTRSH thí nghiệm trong phòng ................................... 60 Hình 2.16 Thí nghiệm đầm chặt CTRSH............................................................... 62 Hình 2.17 Thí nghiệm cắt mẫu CTRSH kích thước (100100100) mm ........... 62 Hình 2.18 Thí nghiệm cắt mẫu CTRSH kích thước (300300140) mm ............ 62 Hình 2.19 Mặt cắt điện trở suất tuyến địa-vật lý 1 ................................................ 63 Hình 2.20 Mặt cắt điện trở suất tuyến địa-vật lý 2 ................................................ 63 Hình 2.21 Minh giải địa tầng tuyến địa-vật lý 1 .................................................... 63 Hình 2.22 Minh giải địa tầng tuyến địa-vật lý 2 .................................................... 63 Hình 2.23 Biểu đồ quan hệ giữa điện trở suất và độ ẩm thể tích .......................... 65 Hình 2.24 Mối quan hệ giữa điện trở suất và độ ẩm thể tích của các tác giả khác ................................................................................................................................. 65 Hình 2.25 Mặt cắt điện trở suất tuyến đo bổ sung (do NCS thực hiện) ................ 66 Hình 2.26 Mặt cắt điện minh giải tuyến đo bổ sung (do NCS thực hiện)............. 66 Hình 2.27 Mặt cắt địa-vật lý tại bãi chứa Bauru, Brazil ........................................ 68 Hình 2.28 Biểu đồ thành phần CTRSH trung bình từ 10 hố đào tại bãi chứa Kiêu Kỵ, Hà Nội .............................................................................................................. 68 Hình 2.29 Biểu đồ thành phần CTRSH trung bình từ 10 hố đào tại bãi chứa Cam Ly, Đà Lạt ............................................................................................................... 69
x Hình 2.30 Biểu đồ quan hệ giữa góc ma sát trong và DCPI.................................. 71 Hình 2.31 Mô hình 3D cho 63 lỗ khoan tại bãi chứa Cam Ly .............................. 72 Hình 2.32 Mặt cắt 3D khu vực Cam Ly (do NCS thực hiện) ................................ 73 Hình 2.33 Đường cong thành phần hạt của lớp số 2a (CTRSH) cho bãi chứa Cam Ly ............................................................................................................................. 73 Hình 2.34 Quan hệ trọng lượng thể tích khô và độ ẩm của lớp số 2a (CTRSH) cho bãi chứa Cam Ly .............................................................................................. 74 Hình 2.35 Biểu đồ kết quả thí nghiệm cắt cho mẫu K90 (Bãi chứa Kiêu Kỵ) ..... 75 Hình 2.36 Biểu đồ kết quả thí nghiệm cắt cho mẫu K95 (Bãi chứa Kiêu Kỵ) ..... 75 Hình 2.37 Biểu đồ kết quả thí nghiệm cắt kích thước lớn cho bãi chứa Kiêu Kỵ 76 Hình 2.38 Biểu đồ kết quả thí nghiệm cắt cho mẫu K90 (bãi chứa Cam Ly)....... 77 Hình 2.39 Biểu đồ kết quả thí nghiệm cắt cho mẫu K95 (bãi chứa Cam Ly)....... 77 Hình 2.40 Kết quả thí nghiệm cắt cho mẫu K90 (100x100x100) mm (bãi chứa Cam Ly) .................................................................................................. 79 Hình 2.41 Kết quả thí nghiệm cắt cho mẫu K95 (100x100x100) mm (bãi chứa Cam Ly) ........................................................................................................................... 79 Hình 2.42 Phương pháp Bishop để tính ổn định bờ dốc........................................ 82 Hình 2.43 Phá hoại trượt sâu bãi chứa Meethotamulla ......................................... 84 Hình 2.44 Mặt trượt của bãi chứa Maoershan được mô phỏng bằng phần mềm Geoslope....................................................................................... 84 Hình 2.45 Mặt trượt tại bãi chứa Kiêu Kỵ, dùng thông số ứng với độ ẩm tự nhiên của CTR (FS=3,607>1) .......................................................................................... 86 Hình 2.46 Kết quả phân tích ổn định theo độ nhạy ............................................... 87 Hình 2.47 Mô hình phân tích ổn định bãi chứa Kiêu Kỵ theo phần mềm Plaxis (FS=2,848>1) ............................................................................. 88 Hình 2.48 Mặt trượt tại bãi chứa Cam Ly, dùng thông số ứng với độ ẩm tối ưu CTRSH (FS=0,842
xi Hình 2.51 Khối trượt bãi chứa Cam Ly năm 2020 (ảnh Google Earth Pro, tháng 7 năm 2020)................................................................................................................ 90 Hình 2.52 Mô hình phân tích ổn định bãi chứa Cam Ly theo phần mềm Plaxis .. 91 Hình 2.53 Mặt phá hoại bãi chứa Cam Ly theo phần mềm Plaxis (trường hợp ứng với độ ẩm tối ưu của lớp CTR, FS=0,4) ................................................................. 91 Hình 3.1 Mẫu tro đáy thu được từ nhà máy đốt CTRSH Thành Quang và Xuân Sơn ................................................................................................................................. 98 Hình 3.2 Hình ảnh máy ICP-MS ..........................................................................101 Hình 3.3 Thiết bị thí nghiệm XRD .......................................................................101 Hình 3.4 Thiết bị thí nghiệm SEM .......................................................................101 Hình 3.5 Thí nghiệm cắt trực tiếp đường kính nhỏ .............................................103 Hình 3.6 Thí nghiệm đầm chặt (chuẩn bị mẫu cho thí nghiệm cắt kích thước lớn) ............................................................................................................................... 104 Hình 3.7 Mẫu đầm vào hộp cắt kích thước lớn (300  300x140) mm của thiết bị cắt trực tiếp kích thước lớn ...................................................................................104 Hình 3.8 Mẫu chế bị trong thiết bị chế tạo mẫu thí nghiệm nén ba trục động....105 Hình 3.9 Phân tích lựa chọn số mẫu cho 1 tổ mẫu ..............................................106 Hình 3.10 Loại bỏ số liệu ngoại lai độ ẩm theo tiêu chuẩn Grubbs – ASTM E178-2015.............................................................................................. 107 Hình 3.11 Thí nghiệm XRD cho tro đáy (Nhà máy Thành Quang) ....................110 Hình 3.12 Thí nghiệm XRD cho tro đáy (Nhà máy Xuân Sơn) .......................... 110 Hình 3.13 Thí nghiệm cho tro đáy nhà máy đốt CTRSH tại thành phố Taizhou ............................................................................................................................... 110 Hình 3.14 Kết quả SEM cho mẫu tro đáy (Nhà máy Thành Quang) ..................111 Hình 3.15 Kết quả SEM cho mẫu tro đáy (Nhà máy Xuân Sơn ) ....................... 111 Hình 3.16 Thành phần hạt của mẫu kích thước nhỏ (Thành Quang) ..................112 Hình 3.17 Thành phần hạt của mẫu kích thước lớn (Thành Quang) ...................112 Hình 3.18 Thành phần hạt của mẫu tro đáy (Xuân Sơn) .....................................112 Hình 3.19 Thành phần hạt của tro đáy nhà máy đốt CTRSH trên thế giới .........113 Hình 3.20 Biểu đồ đường cong đầm nén cho mẫu Thành Quang ....................... 113 Hình 3.21 Biểu đồ đường cong đầm nén cho mẫu Xuân Sơn ............................. 114
xii Hình 3.22 Biểu đồ xác định sức chống cắt ứng với hệ số đầm chặt K90 (Nhà máy Thành Quang). ......................................................................................................116 Hình 3.23 Biểu đồ xác định sức chống cắt ứng với hệ số đầm chặt K95 (Nhà máy Thành Quang). ......................................................................................................116 Hình 3.24 Biểu đồ xác định sức chống cắt cho mẫu Thành Quang ....................116 Hình 3.25 Biểu đồ xác định sức chống cắt cho mẫu Xuân Sơn .......................... 116 Hình 3.26 Kết quả mô đun động Mr cho mẫu tro đáy từ nhà máy đốt CTRSH tại K90 ........................................................................................................................ 118 Hình 3.27 Kết quả mô đun động Mr cho mẫu tro đáy từ nhà máy đốt CTRSH tại K95 ........................................................................................................................ 118 Hình 3.28 Kiến nghị mặt cắt áp dụng cho nền đắp bằng vật liệu tro đáy ...........119 Hình 4.1 Hình ảnh thí nghiệm nén mẫu do NCS thực hiện .................................124 Hình 4.2 Xác định cường độ chịu kéo gián tiếp bằng ép chẻ mẫu hình trụ ........125 Hình 4.3 Hình ảnh thí nghiệm ép chẻ...................................................................125 Hình 4.4 Hình ảnh thí nghiệm CBR do NCS thực hiện ......................................126 Hình 4.5 Quan hệ giữa khối lượng thể tích khô và chỉ số CBR .......................... 127 Hình 4.6 Sự thay đổi giá trị CBR của mẫu tro đáy có hàm lượng xi măng khác nhau và các thành phần hỗn hợp khác nhau (Singh và cộng sự 2020) ........................ 128 Hình 4.7 Quan hệ ứng suất biến dạng của mẫu M2 ở các tuổi 7, 14, 28 ngày ...129 Hình 4.8 Quan hệ ứng suất biến dạng của mẫu M3 ở các tuổi 7, 14, 28 ngày ...129 Hình 4.9 Quan hệ ứng suất biến dạng của mẫu M4 ở các tuổi 7, 14, 28 ngày ...129 Hình 4. 10 Biểu đồ cường độ chịu nén của mẫu tro đáy trộn xi măng 4-8% xi măng ......................................................................................................................131 Hình 4.11 Biểu đồ cường độ ép chẻ theo thời gian và hàm lượng xi măng .......133 Hình 4.12 Yếu tố ảnh hưởng chính đến cường độ chịu nén Rn .......................... 134 Hình 4.13 Yếu tố tác động giữa hàm lượng xi măng (X) và tuổi (T) đối với cường độ chịu nén ....................................................................................135 Hình 4.14 Biểu đồ Pareto xét ảnh hưởng chính đến cường độ ép chẻ ................136 Hình 4.15 Biểu đồ XRD tại thời điểm ban đầu ....................................................136 Hình 4.16 Biểu đồ XRD tại thời điểm ban đầu với mẫu tro đáy trộn 4%, 6% và 8% xi măng ..................................................................................................................137
xiii Hình 4.17 Biểu đồ XRD tại thời điểm 14 ngày với mẫu tro đáy trộn 4%, 6% và 8% xi măng .................................................................................138 Hình 4.18 Biểu đồ XRD tại thời điểm 28 ngày đối với mẫu tro đáy trộn 4%, 6% và 8% xi măng .................................................................................139 Hình 4.19 Kết quả chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho các hàm lượng xi măng tại thời điểm ban đầu và trộn 4% sau 14 ngày ...........................................140 Hình 4.20 Kết quả chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho các hàm lượng xi măng 6-8% tại thời điểm 14 ngày ........................................................................140 Hình 4.21 Kết quả chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho các hàm lượng xi măng 6-8% sau 28 ngày....................................................................................... 140 Hình 4.22 Kiến nghị áp dụng cho lớp móng trên và móng dưới......................... 143
xiv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU Kí hiệu Nội dung BĐB Bắc đông bắc CBR Chỉ số sức chịu tải CBR (California Bearing Ratio) CTR Chất thải rắn CTRSH Chất thải rắn sinh hoạt CPT Thí nghiệm xuyên tĩnh (Cone Penetration Test) DCP Thí nghiệm xuyên động (Dynamic Cone Penetration) DHMT Duyên hải miền Trung DMT Thí nghiệm nén ngang (Dilatometer Marchetti Test) ĐBSH Đồng bằng sông Hồng EU Liên minh châu Âu FEM Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) LEM Phương pháp cân bằng giới hạn (Limit Equilibrium Method) MNN Mực nước ngầm NTN Nam tây nam SPT Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test) SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microsope) TC Tiêu chuẩn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TDMNPB Trung du miền núi phía Bắc TN Thí nghiệm TN&MT Tài nguyên và Môi trường USCS Unified Soil Classification System XM Xi măng XRD Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction)
1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề nghiên cứu Tại nước ta, cùng với sự gia tăng dân số và phát triển vượt bậc về kinh tế, nhu cầu tiêu dùng hàng hóa, nguyên vật liệu, năng lượng tăng lên và cũng làm gia tăng nhanh chóng lượng chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH). CTRSH tăng nhanh chóng về số lượng, với thành phần ngày càng phức tạp đã và đang gây khó khăn cho công tác quản lý, vận hành và xử lý. Theo số liệu của Cục Kiểm soát ô nhiễm, Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2023, hiện nay Việt Nam phát sinh lượng CTRSH vào khoảng 19 triệu tấn/năm, trong đó CTRSH đô thị ước tính khoảng 12,8 triệu tấn/năm. Cả nước có khoảng 1.712 cơ sở xử lý CTRSH, bao gồm 467 lò đốt, 38 dây chuyền sản xuất phân compost và khoảng 1.207 bãi chôn lấp, trong đó có nhiều bãi chôn lấp không hợp vệ sinh. Một số khu liên hợp xử lý hoặc cơ sở xử lý CTR đã áp dụng phương pháp đốt kết hợp thu hồi năng lượng để phát điện hoặc đốt kết hợp chôn lấp và làm phân compost. Theo thống kê chưa đầy đủ, hiện nay trên phạm vi cả nước vần còn khoảng 64% tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt được xử lý bằng phương pháp chôn lấp trực tiếp (giảm 6% so với năm 2019); khoảng 16% tổng lượng chất thải được xử lý tại các nhà máy chế biến phân compost (không thay đổi so với năm 2019) và khoảng 20% tổng lượng chất thải được xử lý bằng phương pháp đốt (thu hồi năng lượng 9,3% và 10,7% đốt không thu hồi năng lượng, tăng 7% so với năm 2019) và các phương pháp khác như tái chế, khí hóa, làm viên nhiên liệu nén. [26]. Phần lớn các bãi chứa hiện đang tiếp nhận CTRSH chưa được phân loại tại nguồn, có thành phần hữu cơ cao, chiếm nhiều diện tích đất, phát sinh lượng lớn nước rỉ rác. Các tính chất cơ lý phức tạp và ứng xử cơ học của CTRSH đã và đang gây ra một số vấn đề địa kỹ thuật tại các bãi chứa như mất ổn định mái dốc bãi chứa, sụt lún và thấm nước rỉ rác. Các vấn đề này gây ra ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tiêu cực đến công trình hạ tầng, hoạt động sản xuất và tính mạng người dân sống xung quanh các bãi chứa CTRSH. Do đó, việc nghiên cứu tìm hiểu các đặc tính cơ lý của CTRSH là điều cần thiết để tìm ra các giải pháp phù hợp giải quyết các vấn đề nêu trên. Thời gian gần đây, việc xử lý CTRSH theo công nghệ đốt CTRSH phát điện tiên tiến được Chính phủ khuyến khích áp dụng và đang được nhân rộng tại Việt Nam. Giải
2 pháp này vừa giúp giảm thiểu lượng CTRSH chôn lấp, hạn chế nguy cơ mất ổn định mái dốc, sụt lún và thấm nước rỉ rác tại bãi chứa, vừa giảm được diện tích chiếm đất để xây dựng các bãi chứa CTRSH, từ đó giảm thiểu được ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, sản phẩm tro đáy sau khi đốt CTRSH (tro đáy) đang bị loại bỏ như phế phẩm và lại được mang đi chôn lấp tại các bãi chứa, gây lãng phí tài nguyên. Trong khi đó, cùng với việc đẩy mạnh triển khai xây dựng cơ sở hạ tầng trong cả nước, vật liệu xây dựng, trong đó có vật liệu xây dựng đường ô tô đang dần trở nên khan hiếm và đắt đỏ. Việc nghiên cứu sử dụng sản phẩm tro đáy làm vật liệu xây dựng đường ô tô sẽ góp phần bổ sung giải pháp xử lý CTRSH tại Việt Nam. Tuy nhiên, vấn đề này còn khá mới mẻ và chưa được nghiên cứu ở Việt Nam. Xuất phát từ những nhu cầu thực tiễn nêu trên, đề tài luận án “Nghiên cứu đặc tính cơ lý của chất thải rắn sinh hoạt phục vụ đánh giá ổn định bãi chứa và khả năng sử dụng tro đáy trong xây dựng đường” là cần thiết. Trong luận án, các đặc tính cơ lý của CTRSH được nghiên cứu nhằm đánh giá ổn định mái dốc một số bãi chứa. Ngoài ra, các đặc tính cơ lý của tro đáy cũng được nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng sử dụng chúng làm vật liệu xây dựng đường ô tô. Kết quả nghiên cứu của luận án có ý nghĩa, là cơ sở khoa học và thực tiễn cho công tác quản lý, vận hành bãi chứa CTRSH và thúc đẩy việc tái sử dụng tro đáy làm vật liệu xây dựng đường ô tô tại Việt Nam. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Góp phần làm sáng tỏ khả năng sử dụng các phương pháp thực nghiệm ở trong phòng và hiện trường để xác định đặc tính cơ lý của CTRSH phục vụ đánh giá ổn định các bãi chứa Cam Ly và Kiêu Kỵ, từ đó có thể áp dụng cho các bãi chứa tương tự. - Làm sáng tỏ nguyên nhân và cơ chế mất ổn định bãi chứa CTRSH Cam Ly, Đà Lạt, Lâm Đồng. - Đánh giá được khả năng sử dụng tro đáy làm vật liệu xây dựng đường ô tô. 3. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính của luận án bao gồm: - Xác định được đặc tính cơ lý của CTRSH phục vụ đánh giá ổn định bãi chứa. - Xác định được đặc tính cơ lý của tro đáy phục vụ đánh giá khả năng sử dụng chúng làm vật liệu xây dựng đường ô tô.
3 4. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: đặc tính cơ lý của CTRSH tại các bãi chứa và đặc tính cơ lý của tro đáy làm vật liệu đắp nền đường và móng đường cấp thấp. 5. Cđường cấcđường cấp Ngoài phần mở đầu và kết luận, cấu trúc của luận án được chia thành 04 chương với các nội dung chính: Chương 1. Tổng quan về chất thải rắn sinh hoạt tại các bãi chứa và khả năng sử dụng các sản phẩm của chúng sau khi đốt. Chương 2. Nghiên cứu xác định đặc tính cơ lý của chất thải rắn sinh hoạt phục vụ đánh giá ổn định của bãi chứa. Chương 3. Nghiên cứu khả năng sử dụng tro đáy làm vật liệu đắp nền đường. Chương 4. Nghiên cứu khả năng sử dụng tro đáy làm móng cho đường cấp thấp.
4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT TẠI CÁC BÃI CHỨA VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CÁC SẢN PHẨM CỦA CHÚNG SAU KHI ĐỐT 1.1 Tổng quan về chất thải rắn sinh hoạt tại các bãi chứa 1.1.1 Các khái niệm liên quan 1.1.1.1 Khái niệm về chất thải rắn sinh hoạt Theo Điều 3 Nghị định 08/2022/NĐ-CP ngày 10 tháng 01 năm 2022 của Chính phủ quy định chi tiết một số điều của Luật bảo vệ môi trường, các từ ngữ được hiểu như sau: - Chất thải rắn (CTR) được định nghĩa như các vật liệu không thể phân hủy tự nhiên trong thời gian ngắn và thường được thải ra từ các hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, hoặc sinh hoạt hàng ngày. - Chất thải thông thường là chất thải không thuộc danh mục chất thải nguy hại hoặc thuộc danh mục chất thải nguy hại nhưng có yếu tố nguy hại dưới ngưỡng chất thải nguy hại. - CTR công nghiệp là chất thải rắn phát sinh từ hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ. - CTR sinh hoạt (CTRSH) là chất thải rắn phát sinh trong sinh hoạt thường ngày của con người. 1.1.1.2 Khái niệm về bãi chứa Theo TCVN 6696 : 2009 [9], bãi chôn lấp CTR hợp vệ sinh là bãi chôn lấp được quy hoạch về địa điểm, có kết cấu và xây dựng đúng với quy định và công năng để chôn lấp gồm các ô để chôn lấp các CTR thông thường phát sinh từ các khu dân cư và các khu công nghiệp. Bãi chôn lấp gồm các ô để chôn lấp chất thải, vùng đệm, các công trình phụ trợ như: Trạm xử lý nước, trạm xử lý khí thải, trạm cung cấp điện và nước, trạm cân, văn phòng điều hành và các hạng mục khác. Bãi chứa CTRSH là một khoảng đất lưu trữ CTRSH với số lượng lớn, trong thời gian dài. Bãi chôn lấp là một trong các loại bãi chứa theo cách phân loại nêu ra ở phía dưới. Theo TCVN 6696 : 2009 [9], có hai cách phân loại bãi chứa: - Phân loại bãi chứa theo diện tích: Nhỏ (diện tích dưới 10 ha); Vừa (diện tích từ 10