Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương cho mặt đường bê tông xi măng trong khu kinh tế Nghi Sơn

Chia sẻ: Lạc Táp | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:120

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương cho mặt đường bê tông xi măng trong khu kinh tế Nghi Sơn" thông qua lý thuyết và thực nghiệm, lựa chọn được loại BTXM phù hợp cho mặt đường ô tô trong khu kinh tế Nghi Sơn dựa trên các nguồn vật liệu địa phương theo các tiêu chí kinh tế, kỹ thuật phù hợp với đặc điểm khai thác của các tuyến đường trong khu kinh tế Nghi Sơn. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương cho mặt đường bê tông xi măng trong khu kinh tế Nghi Sơn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ----------*---------- NGUYỄN MINH HOÀNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG CHO MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG KHU KINH TẾ NGHI SƠN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội , 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ----------*---------- NGUYỄN MINH HOÀNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG CHO MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG KHU KINH TẾ NGHI SƠN CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ: 60.58.30 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TIẾN SỸ. VŨ NGỌC TRỤ Hà Nội, 2012
1 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Xây dựng, em đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ tận tình và tạo điều kiện thuận lợi của nhiều tập thể, cá nhân để hoàn thành được khóa học. Trước tiên, với sự trân trọng và lòng biết ơn sâu sắc, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Tiến sỹ Vũ Ngọc Trụ, người Thầy, người hướng dẫn khoa học đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Xin gửi lời biết ơn tới Ban giám hiệu, các Thầy giáo (cô giáo) trong Khoa cầu đường, Khoa sau đại học, phòng thí nghiệm – LAS 115 của Khoa vật liệu xây dựng trường Đại học xây dựng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức và thực hiện các thí nghiệm cho em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn cao học. Xin trân trọng cảm ơn sự quan tâm, tạo điều kiện của Lãnh đạo Ban quản lý KKT Nghi Sơn tỉnh Thanh Hóa, cảm ơn các bạn đồng nghiệp, các bạn học viên trong lớp cao học đường ô tô và đường thành phố khóa tháng 8/2009 đã nhiệt tình giúp đỡ Tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Cuối cùng, Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, những người thân đã luôn tin tưởng, động viên, khuyến khích Tôi trong suốt quá trình học tập. Dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện luận văn, song do trình độ và kiến thức còn hạn chế, nội dung luận văn không tránh khỏi những thiếu sót và có những phần nghiên cứu chưa thực sự sâu sắc. Bản thân học viên rất mong nhận được sự cảm thông, chỉ bảo của các Thầy giáo (Cô giáo) và các bạn đồng nghiệp trong quá trình bảo vệ luận văn cũng như trong suốt quá trình công tác sau này. Em xin trân trọng cảm ơn ! Hà Nội, ngày 21 tháng 12 năm 2012. Học viên Nguyễn Minh Hoàng
2 MỤC LỤC Ký hiệu viết tắt.……………………………...…………………………………......... 5 Danh mục bảng biểu………………………...…………...…..…………………...….. 6 Danh mục hình vẽ ………………………...…………………..……….…………...... 7 Nội dung đề tài.……………………………...………..………..…………………...... 9 Mở đầu......................................................................................................................... 12 Chương I. Nghiên cứu tổng quan ............................................................................. 15 I.1 Giới thiệu chung về khu kinh tế Nghi Sơn...................................................... 15 I.1.1 Đặc điểm tự nhiên, kinh tế, xã hội của khu kinh tế Nghi Sơn .............. 15 I.1.2 Quy hoạch phát triển không gian trong khu kinh tế Nghi Sơn ............. 17 I.2 Sử dụng mặt đường bê tông xi măng hướng tới phát triển bền vững cho khu kinh tế Nghi Sơn ............................................................................................. 20 I.2.1 Đặc điểm của mặt đường bê tông xi măng ........................................... 20 I.2.2 Sự thuận lợi của nguồn vật liệu địa phương ......................................... 21 I.2.2.1 Nguồn vật liệu cát ...................................................................... 21 I.2.2.2 Nguồn vật liệu đá ....................................................................... 22 I.2.2.3 Nguồn cung cấp xi măng ........................................................... 23 I.2.3 Khả năng ứng dụng mặt đường cứng cho khu kinh tế Nghi Sơn ......... 24 I.3 Tìm hiểu công tác thiết kế mặt đường BTXM của Việt Nam......................... 26 I.3.1 Các quy định chung về cấu tạo mặt đường BTXM .............................. 26 I.3.2 Tính toán chiều dày kết cấu .................................................................. 28 I.3.3 Cốt liệu cho bê tông xi măng mặt đường ô tô ...................................... 30 I.3.4 Phương pháp thiết kế thành phần cấp phối bê tông .............................. 32 I.4 Kết luận ........................................................................................................... 36
3 Chương II. Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm lựa chọn cấp phối bê tông..39 II.1 Đặt vấn đề ................................................................................................... 39 II.2 Đánh giá chất lượng của vật liệu sử dụng ................................................... 40 II.2.1 Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá chất lượng vật liệu ............................ 40 II.2.2 Đánh giá chất lượng cát .................................................................... 41 II.2.3 Đánh giá chất lượng đá dăm ............................................................. 43 II.2.4 Đánh giá chất lượng của xi măng Nghi Sơn ..................................... 44 II.3 Lựa chọn cấp phối bê tông nghiên cứu ....................................................... 45 II.3.1 Nguyên tắc lựa chọn ......................................................................... 45 II.3.2 Kết quả lựa chọn ............................................................................... 48 II.4 Xác định các tính chất của bê tông tươi và bê tông kết rắn ........................ 49 II.4.1 Thí nghiệm đối với bê tông tươi ....................................................... 49 II.4.2 Thí nghiệm đối với bê tông đóng rắn ở 28 ngày tuổi ....................... 51 II.4.2.1 Thí nghiệm cường độ chịu nén Rn ........................... 51 II.4.2.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo uốn ........... 52 II.4.2.3 Thí nghiệm xác định độ mài mòn của bê tông ......... 54 II.5 . Lựa chọn bê tông cho mặt đường theo phương diện kỹ thuật .................. 57 II.6 Kết luận ....................................................................................................... 61 Chương III. Lựa chọn kết cấu mặt đường cứng cho một số tuyến đường trong khu kinh tế Nghi Sơn ......................................................................................... 62 III.1 Đặt vấn đề ................................................................................................... 62 III.2 Xác định các thông số thiết kế và dự kiến các tầng lớp kết cấu ................. 63 III.2.1 Xác định các thông số thiết kế .......................................................... 63 III.2.2 Dự kiến cấu tạo các tầng lớp ............................................................ 64 III.3 Tính toán chiều dày tấm BTXM theo 22 TCN 223-95 ............................... 64 III.3.1 Tính toán chiều dày tấm theo tải trọng trục 10T .............................. 65
4 III.3.2 Kiếm toán kết cấu áo đường đã chọn. .................................................. 66 III.3.2.1 Kiểm toán với xe có tải trọng trục 13T. ....................... 66 III.3.2.2 Kiểm toán với tác dụng của xe xích T60. .................... 67 III.3.2.3 Kiểm toán đồng thời tải trọng và nhiệt độ ................... 70 III.3.2.4 Kiểm tra chiều dày lớp móng. ...................................... 72 III.3.3 Kết quả tính toán chiều dày tấm BTXM các trường hợp còn lại. ....... 73 III.3.4 Đánh giá kết quả lựa chọn chiều dày tấm BTXM ................................ 73 III.4 . So sánh kinh tế các loại bê tông xi măng mặt đường ô tô ............................ 74 III.5 . Kết luận ......................................................................................................... 78 Chương IV. Kết luận chung ....................................................................................... 79 Tài liệu tham khảo .................................................................................................. 81 Phụ lục ..................................................................................................................... 84
5 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT BTXM = Bê tông xi măng  XM = Xi măng  XLC = Xỉ lò cao  TT = Tro trấu  SD = Phụ gia siêu dẻo  PCB = Portland Cement Blended = Xi măng Pooclăng hỗn hợp  DWT = Deadweight Tonnage = Tải trọng tổng cộng của tàu  JICA = Japan International Cooperation Agency = Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản  UBND = Ủy ban nhân dân  KKT = Khu kinh tế  Dmax = Cỡ hạt cốt liệu lớn nhất  TCVN = Tiêu chuẩn Việt Nam  KHCN = Khoa học công nghệ  VLXD = Vật liệu xây dựng  ML = Mô đun độ lớn  CP = Cấp phối  Rn = Cường độ nén  Rku = Cường độ kéo uốn  NSCC = Nghi Son Cement Corpotation = Công ty xi măng Nghi Sơn  Vicem = Vietnam Ciment Industry Corpotation = Tổng công ty công nghiệp xi măng Việt Nam  TCC = Taiheiyo Ciment Corpotation  MMC = Mitsubishi Materials Corpotation
6 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1. Cường độ của bê tông xi măng cho mặt và móng đường ô tô [22 TCN 223-95].. 26 Bảng 2. Chiều dày tấm BTXM tối thiểu theo lưu lượng xe và loại vật liệu móng. ............ 28 Bảng 3. Thành phần cấp phối sử dụng cát mịn (CP2) và cát thô (CPCV) trong nghiên cứu của ThS. Ngọ Văn Toản [9] ........................................................................................ 31 Bảng 4. Tính chất các bê tông sử dụng cát mịn (CP2) và cát thô (CPCV) trong nghiên cứu của ThS. Ngọ Văn Toản [9] ........................................................................................ 31 Bảng 5 . Phân loại cát theo thành phần hạt theo TCVN 7570 :2006 .................................. 31 Bảng 6. Thành phần cấp phối hạt của cốt liệu lớn theo TCVN 7570 :2006 ....................... 32 Bảng 7. Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn sử dụng nghiên cứu tính chất vật liệu ................. 41 Bảng 8. Tỷ lệ pha trộn cát thô và cát mịn dùng trong thực nghiệm.................................... 42 Bảng 9. Kích cỡ của các loại cát sau khi pha trộn .............................................................. 42 Bảng 10. Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của đá dăm [LAS XD 334] .................... 44 Bảng 11. Một số chỉ tiêu chính của xi măng Nghi Sơn PCB40 dân dụng .......................... 44 Bảng 12. Lượng dùng vật liệu cho 1 m3 hỗn hợp bê tông.................................................. 46 Bảng 13. Kết quả lựa chọn cấp phối bê tông ...................................................................... 48 Bảng 14. Danh mục các tiêu chuẩn đánh giá tính chất của bê tông.................................... 49 Bảng 15. Độ sụt của các bê tông trong thực nghiệm .......................................................... 50 Bảng 16. Kết quả thí nghiệm trên bê tông tươi và bê tông đóng rắn. ................................. 58 Bảng 17. Cường độ của các bê tông đưa vào thiết kế và so sánh ....................................... 63 Bảng 18. Kết quả tính toán khi tải trọng đặt ở giữa tấm, cạnh tấm và góc tấm .................. 66 Bảng 19. Thông số phục vụ kiểm toán xe có trục 13T ....................................................... 66 Bảng 20. Thông số phục vụ kiểm toán xe xích 60T .......................................................... 68 Bảng 21. Mô men do các vệt bánh xích gây ra trong tấm tại điểm A ................................ 69 Bảng 22. Thông số phục vụ tác dụng đồng thời của nhiệt độ và tải trọng ......................... 70 Bảng 23. Thông số phục vụ kiểm toán chiều dày lớp móng............................................... 72 Bảng 24. Kết quả tính toán 28 tổ hợp số liệu cường độ bê tông và tải trọng trục .............. 73 Bảng 25. Giá vật liệu tháng 10/2012 tại khu kinh tế Nghi Sơn .......................................... 75 Bảng 26. Giá thành bê tông xếp theo thứ tự tăng dần......................................................... 77
7 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1. Mô hình không gian khu kinh tế Nghi Sơn............................................................ 13 Hình 2. Quy hoạch không gian của khu kinh tế Nghi Sơn đến năm 2025.......................... 17 Hình 3. Vị trí các nguồn vật liệu địa phương khu kinh tế Nghi Sơn .................................. 22 Hình 4. Dây chuyền sản xuất trong nhà máy xi măng Nghi Sơn........................................ 24 Hình 5. Các tuyến đường trong KKT Nghi Sơn chủ yếu được quy hoạch theo phương án cốt san nền thấp - ảnh chụp tại đường nội bộ (ảnh bên trái) và đường tỉnh 513 (ảnh bên phải). ..................................................................................................................... 25 Hình 6. Các loại khe nối trên mặt đường bê tông xi măng. ................................................ 27 Hình 7. Mặt đường BTXM bị gãy và mài mòn (ảnh chụp tại tuyến đường vào nhà máy xi măng Bỉm Sơn – Thanh Hóa). ..................................................................................... 28 Hình 8. Trình tự thiết kế mặt đường BTXM theo tiêu chuẩn TCN 223-95 [1] .................. 29 Hình 9. Trình tự thiết kế cấp phối bê tông theo quy định của Việt Nam ............................ 33 Hình 10. Độ co ngót của 1: đá xi măng; 2: Vữa; 3: Bê tông ( Sách VLXD [8] ) ............... 35 Hình 11. Đường cong cấp phối của các loại cát so với tiêu chuẩn cát thô ......................... 43 Hình 12. Đường cong cấp phối của các loại cát so với tiêu chuẩn cát mịn ........................ 43 Hình 13. Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén ................................................................ 51 Hình 14. Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo uốn ......................................................... 53 Hình 15. Kt của bê tông theo Dmax và theo nguồn gốc đá dăm [Larrard] ........................... 54 Hình 16. Độ mài mòn của các bê tông ............................................................................... 55 Hình 17. Độ mài mòn của bê tông số 1, khi cho mẫu đúc theo kích thước chuẩn (bên trái) và theo mẫu chuẩn cắt ra từ mẫu cỡ lớn (bên phải). .................................................... 56 Hình 18. Độ mài mòn của các bê tông theo cường độ chịu nén ........................................ 56 Hình 19. Sự phân tầng ở bê tông 14 (trái) và đồng đều ở bê tông số 9 (phải) .................... 59 Hình 20. Bề mặt các bê tông Dmax 10mm (ảnh trái) và Dmax 60mm (ảnh phải) sau khi làm phẳng .................................................................................................................... 60 Hình 21. Tiết diện dầm bê tông có cỡ đá dăm Dmax 10mm (ảnh trái) và Dmax 60mm (ảnh phải) ............................................................................................................................. 61 Hình 22. Sơ đồ bố trí các tầng lớp trên mặt cắt ngang đường. ........................................... 64 Hình 23. Sơ đồ phân chia vị trí vệt bánh xích trên tấm bê tông ......................................... 69
8 Hình 24. Đơn giá theo tính theo m2 mặt đường thay đổi theo loại bê tông và tải trọng trục xe 10T. ......................................................................................................................... 76 Hình 25. Đơn giá theo tính theo m2 mặt đường thay đổi theo loại bê tông và tải trọng trục xe 12T. ......................................................................................................................... 76
9 LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI 1. Lý do lựa chọn đề tài: Khu kinh tế Nghi Sơn được thành lập ngày 15/05/2006 với mục tiêu xây dựng, phát triển KKT Nghi Sơn thành khu kinh tế tổng hợp đa ngành, đa lĩnh vực lấy trọng tâm là công nghiệp nặng và công nghiệp cơ bản như: công nghiệp lọc hoá dầu, CN luyện cán thép cao cấp, công nghiệp điện, công nghiệp cơ khí chế tạo, đóng mới tàu biển, sản xuất VLXD, sản xuất hàng tiêu dùng, chế biến xuất khẩu … gắn với phát triển công nghệ cao, các làng nghề truyền thống và du lịch biển. Như vậy một số tuyến đường trong khu kinh tế sẽ có tải trọng trục lớn nhằm đáp ứng các nhu cầu vận chuyển đa dạng trong khu kinh tế Nghi Sơn. Hiện nay, quy hoạch chung 1/25.000 của KKT đến năm 2025 đã được Chính phủ phê duyệt là điều kiện cần thiết cho việc phát triển bền vững của KKT. Quá trình quy hoạch khu kinh tế đã chọn phương án cốt san nền thấp để giảm khối lượng san nền nên trong quá trình thực hiện các dự án hạ tầng giao thông gặp phải mực nước ngầm khá cao, gây rất nhiều khó khăn trong quá trình thi công và khai thác các tuyến đường sử dụng kết cấu áo đường mềm. Với các điều kiện địa chất và đặc điểm dòng xe như vậy, việc thiết kế áo đường cứng cho những tuyến đường này là một giải pháp hợp lý, hướng đến phát triển bền vững cho KKT Nghi Sơn. Trong KKT Nghi Sơn và các khu vực lân cận có nguồn vật liệu tương đối dồi dào phục vụ cho sản xuất bê tông xi măng như vật liệu đá của các mỏ Tân Trường, Trường Lâm với trữ lượng khoảng 100 triệu m3 … Đặc biệt, phải kể đến xi măng như là nguồn vật liệu dồi dào, đa dạng nhất, ngay tại KKT Nghi Sơn hiện nay đang có 2 Nhà máy lớn sản xuất xi măng là Nhà máy xi măng Nghi Sơn và xi măng Công Thanh công suất hơn 9 triệu tấn/năm. Riêng nguồn cát, trong KKT đang sử dụng cát thô mua tại Hàm Rồng (nguồn gốc cát Sông Chu, sông Mã) với cự ly khoảng 65 Km nên chi phí vận chuyển lớn và điều kiện cung ứng luôn bị động, trong khi đó ngay tại KKT Nghi Sơn có các mỏ cát địa phương như Tùng Lâm, Trường Lâm, Phú Sơn là loại cát mịn có Mk=1.3-1.6 với trữ lượng hơn 4 triệu m3. Nếu sử dụng được loại vật liệu địa phương vào xây dựng mặt đường BTXM trong
10 KKT Nghi Sơn sẽ mang lại ý nghĩa rất lớn về khoa học, kinh tế và xã hội. Nhằm tăng cường sử dụng vật liệu địa phương, luận văn đã lựa chọn đề tài: Nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương cho mặt đường bê tông xi măng trong khu kinh tế Nghi Sơn. 2. Mục đích của đề tài: Thông qua lý thuyết và thực nghiệm, lựa chọn được loại BTXM phù hợp cho mặt đường ô tô trong KKT Nghi Sơn dựa trên các nguồn vật liệu địa phương theo các tiêu chí kinh tế, kỹ thuật phù hợp với đặc điểm khai thác của các tuyến đường trong khu kinh tế Nghi Sơn. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu về BTXM mặt đường ô tô, phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc sử dụng xi măng Nghi Sơn và các nguồn vật liệu địa phương cho mặt đường cứng. Các yêu cầu đối với mặt đường BTXM cũng giới hạn trong điều kiện khai thác của khu kinh tế Nghi Sơn. 4. Phương pháp nghiên cứu: A. Nghiên cứu lý thuyết:Nghiên cứu các quan hệ lý thuyết nhằm lựa chọn cấp phối tối ưu và đưa ra những gợi ý dẫn đường cho nghiên cứu thực nghiệm. B. Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu nhằm so sánh và điều chỉnh kết quả lý thuyết và đưa ra các nhậ định, đánh giá để lựa chọn cấp phối bê tông phù hợp. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn : Theo tiêu chuẩn thiết kế áo đường cứng 22 TCN 223-95, tấm bê tông xi măng có cường độ chịu nén tối thiểu 30 MPa và chịu kéo uốn tối thiểu 4MPa. Tham chiếu các quy định về vật liệu trong tiêu chuẩn TCVN 7570 :2006 – Cốt liệu cho bê tông và vữa, các thành phần tham gia trong bê tông phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nhằm đảm bảo chế tạo được bê tông đáp ứng được yêu cầu cường độ trên, trong đó, cát được khuyến cáo sử dụng là cát thô (có mô đun độ lớn trên 2). Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà nghiên cứu ở phòng thí nghiệm bộ môn Vật liệu xây dựng – Đại học Xây dựng đã chế tạo bê tông cường độ cao sử dụng cát mịn, có cường độ chịu 80 MPa, cường độ chịu kéo uốn khoảng 19 MPa.
11 Kết quả trên cho thấy việc sử dụng cát mịn trong bê tông xi măng mặt đường ô tô là hoàn toàn có thể được về mặt kỹ thuật. Chính vì vậy, theo hướng nghiên cứu này, đề tài sẽ tập trung vào việc lựa chọn các thành phần cấp phối bê tông sử dụng cát có mô đun độ lớn khác nhau, đá dăm có cỡ hạt khác nhau để đánh giá tính chất của các bê tông trên các mặt kinh tế và kỹ thuật, phù hợp với tấm BTXM mặt đường ô tô, qua đó lựa chọn được loại vật liệu phù hợp với điều kiện khai thác trong KKT Nghi Sơn. Việc lựa chọn thành phần cấp phối bê tông trên cơ sở sử dụng các nguồn vật liệu địa phương sẽ góp phần nâng cao tính chủ động trong thi công, hạn chế sự phụ thuộc vào các nguồn cát thô, đồng thời, tạo điều kiện để mặt đường bê tông xi măng được ứng dụng rộng rãi trên hệ thống giao thông của Việt Nam. 6. Nội dung của luận văn Chương 1: Tổng quan Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm lựa chọn cấp phối bê tông Chương 3: Lựa chọn kết cấu mặt đường cứng cho một số tuyến đường trong khu kinh tế Nghi Sơn Chương 4: Kết luận
12 Mở đầu Khu kinh tế Nghi Sơn tỉnh Thanh Hóa là một trong rất ít những địa điểm ở phía Bắc Việt Nam có điều kiện để xây dựng cảng biển nước sâu, là điều kiện để thu hút những dự án có quy mô lớn, các dự án công nghiệp nặng gắn với cảng như lọc hoá dầu, luyện cán thép, đóng mới và sửa tàu thuyền, sản xuất nhiệt điện... và là cửa ngõ để giao lưu thông thương Quốc tế. Với tiền thân là khu đô thị mới Nghi Sơn được hình thành từ thập kỷ 90 của thế kỷ XX, hạ tầng kỹ thuật – xã hội còn rất hạn chế, do vậy nhu cầu đầu tư xây dựng tại KKT Nghi Sơn trong những năm tới đây là rất lớn. Bên cạnh đó, do đặc thù mục tiêu phát triển của KKT là tập trung cho phát triển công nghiệp nặng và đặc biệt là khu cảng biển Nghi Sơn được Bộ giao thông vận tải phê duyệt với lượng hàng hóa thông qua dự kiến đến năm 2020 khoảng 20 triệu tấn/năm. Lượng hàng hóa thông qua cảng hiện nay chủ yếu là vật liệu xây dựng như xi măng, than, đạm, dăm gỗ, các cấu kiện phục vụ thi công Nhà máy nhiệt điện; xi măng, ... và trong giai đoạn tới là công nghiệp hóa dầu. Vì vậy, các tuyến đường trong KKT sẽ phải tiến hành đầu tư nâng cấp và xây dựng mới theo quy hoạch với quy mô hiện đại đặc biệt là yêu cầu về cường độ kết cấu áo đường của các tuyến đường phải đáp ứng được lưu lượng xe và tải trong trục của các xe lưu thông trên tuyến đường là khá lớn. Dựa theo đồ án quy hoạch được duyệt, trong khu kinh tế được phân ra thành những khu chức năng riêng, trong đó xen kẽ với các hoạt động sản xuất công nghiệp còn có hoạt động du lịch, khu vực sinh hoạt cộng đồng… nên một mục tiêu chung đặt ra cho quá trình xây dựng và phát triển khu kinh tế là cần phải hướng tới phát triển bền vững, đảm bảo cân bằng, hài hòa giữa các lợi ích của doanh nghiệp và xã hội, bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên. Ngoài những lợi thế về vị trí địa lý, KKT Nghi Sơn còn có nhiều mỏ đá vôi lớn vào loại nhất trong cả nước làm vùng nguyên liệu cho các ngành công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng. Trong thời gian vừa qua tại Nghi Sơn đã đưa ra thị trường sản phẩm của hai nhà máy xi măng Nghi Sơn và Công Thanh, với tổng công suất hơn 9 triệu tấn/năm, đáp ứng cho toàn bộ khu vực miền Trung. Tại KKT Nghi
13 Sơn có các mỏ cát mịn có mô đun độ lớn từ 1.3 đến 1.6 có trữ lượng khá lớn khoảng 4 triệu m3 nhưng chưa có tính toán, đánh giá cụ thể để sử dụng, nên hầu hết cát dùng cho bê tông ở các công trình xây dựng trong KKT Nghi Sơn vẫn phải lấy từ bãi cát Hàm Rồng, Tào Xuyên thành phố Thanh Hóa ( cát vàng nguồn gốc từ sông Chu; sông Mã), nguồn cung khá thụ động. Hình 1. Mô hình không gian khu kinh tế Nghi Sơn Trong thời gian gần đây, xu hướng sử dụng mặt đường bê tông xi măng đang nhận được sự quan tâm của xã hội, một mặt chịu áp lực lớn về nguồn xi măng dư thừa do công suất các nhà máy trên cả nước quá lớn, mặt khác do tính bền vững, thân thiện môi trường của vật liệu bê tông xi măng. Để làm rõ cơ hội sử dụng vật liệu địa phương trong xây dựng hạ tầng khu kinh tế Nghi Sơn, góp phần thúc đẩy sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm địa phương, hướng tới phát triển bền vững trong khu vực, nội dung luận văn sẽ đi sâu phân tích lựa chọn các kết cấu mặt đường cứng trên quan điểm kinh tế - kỹ thuật cho một số tuyến đường đại diện trong khu kinh tế Nghi Sơn dựa trên các nguồn vật liệu địa phương. Với các mục tiêu nghiên cứu trên, nội dung của luận văn bao gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan Nghiên cứu tổng quan nhằm làm rõ các định hướng phát triển không gian trong KKT Nghi Sơn và quy hoạch phát triển hạ tầng giao thông nội vùng. Từ chức
14 năng và đặc điểm các tuyến đường sẽ hỗ trợ cho việc phân nhóm nhằm đề xuất các kết cấu đại diện cho từng nhóm. Các nguồn vật liệu địa phương phục vụ xây dựng hạ tầng giao thông cũng được phân tích trữ lượng, chất lượng, giá thành, điều kiện khai thác và vận chuyển… nhằm giúp cho việc phân tích kinh tế trong chương 3. Cuối cùng, các vấn đề chính trong công tác thiết kế kết cấu mặt đường cứng và lựa chọn cấp phối bê tông cho mặt đường cứng cũng được đề cập nhằm nâng cao hiểu biết và phục vụ cho các nội dung tính toán ở chương 2 và 3. Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm lựa chọn cấp phối bê tông. Trong bê tông, hàm lượng đá, cát, xi măng và nước được tính theo quan niệm « thể tích chặt ». Do có nhiều tham số thực tế khác với giả thuyết tính ban đầu nên các hoạt động thực nghiệm trong phần này sẽ giúp đánh giá các cấp phối dựa theo các chỉ tiêu của bê tông tươi và bê tông rắn. Các bê tông có các chỉ tiêu đạt yêu cầu, nhưng khác nhau về thành phần cấp phối sẽ được đưa vào tính toán chiều dày kết cấu và so sánh với nhau về mặt giá thành để có cơ sở lựa chọn vật liệu kinh tế cho mỗi kết cấu ở chương 3. Chương 3: Lựa chọn kết cấu mặt đường cứng cho một số tuyến đường trong khu kinh tế Nghi Sơn Các kết cấu mặt đường cứng đại diện cho mỗi nhóm tuyến đường sẽ được đề xuất cấu tạo các tầng lớp trên mặt cắt ngang. Từ các thông số đặc trưng của nền móng và các yêu cầu đặt ra trong tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng 22TCN- 223- 95, các tầng lớp và tấm bê tông xi măng sẽ được tính toán kiểm toán ở các bài toán khác nhau, cho các trường hợp tải trọng trục tính toán khác nhau. Các phương án kết cấu sẽ được đưa ra so sánh về mặt giá thành. Chương 4: Kết luận. Thông qua nội dung nghiên cứu ở các chương trước, tác giả đã rút ra các kết luận quan trọng đạt được, những vấn đề tồn tại chưa được làm rõ, bài học đạt được và những dự định nghiên cứu tiếp theo có thể tiếp tục phát triển của đề tài.
15 Chương I. Nghiên cứu tổng quan I.1 Giới thiệu chung về khu kinh tế Nghi Sơn I.1.1 Đặc điểm tự nhiên, kinh tế, xã hội của khu kinh tế Nghi Sơn Khu kinh tế Nghi Sơn nằm ở phía Nam của tỉnh Thanh Hoá, cách thủ đô Hà Nội 200Km, có lợi thế Cảng biển nước sâu Nghi Sơn, có tuyến quốc lộ 1A và đường sắt quốc gia đi qua. Khu kinh tế Nghi Sơn có diện tích được quy hoạch 18.611ha, được đánh giá là trọng điểm phát triển phía Nam của Vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, đồng thời là cầu nối giữa vùng Bắc Bộ với Trung Bộ, với thị trường Nam Lào và Đông Bắc Thái Lan. Ngày 15/05/2006, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 102/2006/QĐ-TTg về thành lập và ban hành quy chế hoạt động của Khu kinh tế Nghi Sơn với mục tiêu xây dựng, phát triển Khu kinh tế Nghi Sơn thành khu kinh tế tổng hợp đa ngành, đa lĩnh vực lấy trọng tâm là công nghiệp nặng và công nghiệp cơ bản như: công nghiệp lọc hoá dầu, công nghiệp luyện cán thép cao cấp, công nghiệp điện, công nghiệp cơ khí chế tạo, sản xuất VLXD, SX hàng tiêu dùng, chế biến xuất khẩu … gắn với phát triển công nghệ cao, các làng nghề truyền thống và du lịch biển. Với đặc thù của khu kinh tế Nghi Sơn là nằm ở các khu vực bãi ngang ven biển, không khí có nhiều muối, điều kiện địa chất khá yếu, mực nước ngầm rất cao, điều kiện khí hậu khắc nghiệt : - Nhiệt độ trung bình năm 23,40 C (nhiệt độ thấp có thể xuống dưới 60 C cao nhất có thể 42,50 C. Biên độ dao động nhiệt độ ngày đêm trung bình vào khoảng 6  80 C, trong những tháng đầu và giữa mùa hạ, nhiệt độ dao động nhanh nhất, biên độ ngày trung bình đạt tới 8  100 C). - Độ ẩm tương đối trung bình năm 85-86%. Lượng mưa trung bình năm là: 1.833mm. Gió Nam và gió Đông Nam, tốc độ gió mùa trung bình là 2m/s. Bão: sức gió tới cấp 12, tốc độ gió lớn nhất nhiều năm là 40m/s. - Nắng: Số ngày nắng bình quân năm 277 ngày. Bức xạ nhiệt: Tổng bức xạ nhiệt 124,1Kcal. Sương mù: Trung bình cả năm có 9-11 ngày. Đặc biệt, trong mùa
16 nóng có sự xuất hiện của gió Tây vào đầu mùa (hàng năm tới 20 – 30 ngày có gió Tây khô nóng). Hiện nay, KKT Nghi Sơn đã và đang thu hút được một số các dự án đầu tư lớn vốn nước ngoài và trong nước, về công nghiệp cơ bản gồm: Lọc hoá dầu Nghi Sơn; Nhiệt điện Nghi Sơn; Luyện cán thép Nghi Sơn; tổ hợp Xi măng, Khí - Điện- Đạm Công Thanh…; ngoài ra còn các dự án khác đầu tư vào dịch vụ du lịch, thương mại, vật liệu xây dựng …. Khu kinh tế Nghi Sơn hiện đang được đánh giá là một trong những khu kinh tế năng động nhất trong cả nước. Để có cơ sở đầu tư xây dựng đồng bộ hạ tầng kỹ thuật đáp ứng nhu cầu vận chuyển hàng hóa, triển khai đầu tư xây dựng các dự án đáp ứng yêu cầu về hạ tầng và phục vụ thu hút đầu tư vào Khu kinh tế Nghi Sơn, ngày 10/10/2007 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyết định số 1364/2007/QĐ-TTg [22] phê duyệt quy hoạch chung khu kinh tế Nghi Sơn, trên cơ sở đó quy hoạch chi tiết các khu chức năng của Khu kinh tế cũng đã được UBND tỉnh Thanh Hóa và Bộ giao thông vận tải tiến hành lập và phê duyệt. Để từng bước hiện thực hóa quy hoạch, đầu tư có trọng tâm Chính phủ cũng đã ban hành các Quyết định về cơ chế hỗ trợ đầu tư xây dựng cho các Khu kinh tế. Theo đó, Khu kinh tế Nghi Sơn được xác định là một trong 5 khu kinh tế ven biển được ưu tiên vốn để đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng trong giai đoạn từ 2006 đến 2015. Nguồn vốn đầu sẽ được cấp phát dựa trên kế hoạch đề xuất hàng năm và trong từng giai đoạn. Trong giai đoạn từ 2006 đến nay, Khu kinh tế Nghi Sơn đã được Chính phủ đầu tư gần 2.000 tỷ đồng để xây dựng các công trình giao thông, các công trình phục vụ phát triển cảng biển, cấp điện, cấp nước, các công trình hạ tầng xã hội …. Sau hơn sáu năm thành lập, KKT Nghi Sơn đã thu hút được 29 Dự án đầu tư, tổng mức vốn đăng ký đầu tư trên 8.5 tỷ USD. Trong đó, Dự án Khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn có vốn đầu tư trên 6 tỷ USD là một trong những dự án đầu tư nước ngoài lớn nhất của Việt Nam, dự kiến sẽ xây dựng xong và vận hành thương mại vào năm 2016. Ngoài ra còn các dự án khác như: Nhà máy Xi măng Nghi Sơn (liên doanh với Nhật Bản), Nhà máy xi măng Công Thanh, Nhà máy Nhiệt điện, Nhà máy luyện cán thép Nghi Sơn .v.v… đang hoạt động hoặc triển khai xây
17 dựng, góp phần thúc đẩy Khu kinh tế Nghi Sơn nhanh chóng phát triển trở thành Trung tâm công nghiệp lớn của đất nước. I.1.2 Quy hoạch phát triển không gian trong khu kinh tế Nghi Sơn Với các dự án lớn đang và sẽ triển khai tại khu kinh tế Nghi Sơn, số lượng lao động tập trung cho các dự án này có thể lên tới vài chục nghìn người kể cả giai đoạn xây dựng hay khi đi vào khai thác vận hành. Do vậy Khu kinh tế Nghi Sơn đã được quy hoạch bao hàm cả các khu trung tâm dịch vụ tổng hợp để đảm bảo cung cấp các dịch vụ hậu cần cho các dự án và các dịch vụ thiết yếu, dịch vụ tiện ích cho các đối tượng làm việc và sinh hoạt trong khu kinh tế. Hình 2. Quy hoạch không gian của khu kinh tế Nghi Sơn đến năm 2025 Quy mô dân số của KKT Nghi Sơn ở năm 2006 là 80.600 người, dự kiến đến năm 2015 khoảng 160.000 người và đến năm 2025 khoảng 230.000 người. Tổng diện tích đất toàn khu kinh tế 18.611,8 ha, trong đó: - Khu bảo thuế: có diện tích 550 ha. - Khu vực thuế quan: có diện tích khoảng 10.498 ha, trong đó: + Đất xây dựng công nghiệp: có diện tích khoảng 2.965 ha;
18 + Khu cảng biển: có diện tích khoảng 860 ha; + Đất các khu du lịch tập trung khoảng 350 ha; + Đất xây dựng các khu dân cư (tái định cư, đô thị và dân cư nông thôn) có diện tích khoảng 1.516 ha; + Đất các khu trung tâm khoảng 368 ha, bao gồm các trung tâm dịch vụ 121 ha, trung tâm chuyên ngành phục vụ chung toàn khu kinh tế 131 ha, đất trung tâm các khu đô thị khoảng 116 ha; + Đất cây xanh khu đô thị khoảng: 428 ha; + Đất giao thông: 1.201 ha; + Đất khu đào tạo: 195 ha (trong đó bao gồm 102 ha đất khu ở dành cho sinh viên và cán bộ). + Đất sân golf, vui chơi giải trí: 330 ha; + Đất cây xanh cảnh quan mặt nước, cây xanh sinh thái,... khoảng 2.121 ha; + Đất dự trữ phát triển khoảng : 100 ha; + Đất công trình đầu mối hạ tầng kỹ thuật khoảng 40 ha; + Đất nghĩa trang nhân dân khoảng 25 ha. + Đất khác trong khu kinh tế: có diện tích khoảng 7.563,8 ha bao gồm đất quân sự, đồi núi, cây xanh sinh thái tự nhiên ven sông, mặt nước sông, hồ, cây xanh sinh thái lâm nghiệp… Định hướng phát triển không gian: - Khu vực bờ biển từ cửa sông Lạch Bạng về phía Nam tới chân núi Răng Cưa: Tập trung xây dựng phát triển hệ thống cảng và dịch vụ cảng, phát huy hiệu quả khai thác hệ thống cảng Nghi Sơn (gồm cảng tổng hợp và các cảng chuyên dùng) để phục vụ phát triển khu kinh tế, vùng phụ cận và khu vực. - Khu vực phía Bắc sông Lạch Bạng: Là khu vực thuận lợi cho phát triển đô thị tập trung tại khu vực hạ lưu sông Lạch Bạng, về 2 phía quốc lộ 1A và về phía