Nghiên Cứu Ứng Xử Và Biện Pháp Thi Công Đệm Cát Thúc Đẩy Quá Trình Cố Kết Đất Bùn Làm Nền Đường Giao Thông Ven Sông Cái Lớn Tỉnh Kiên Giang.pdf

Untitled THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp Hồ Chí Minh, tháng SKC007477 GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TP Hồ Ch[.]

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

1*+,Ç1&Ӭ8Ӭ1*;Ӱ9¬%,ӊ13+È37+,&Ð1* Ĉӊ0&È77+Ò&ĈҬ<48È75Î1+&Ӕ.ӂ7ĈҨ7

GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TRƯỜNG SƠN

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ VÀ BIỆN PHÁP

THI CÔNG ĐỆM CÁT THÚC ĐẨY QUÁ TRÌNH CỐ KẾT ĐẤT BÙN LÀM NỀN ĐƯỜNG GIAO THÔNG VEN SÔNG

CÁI LỚN TỈNH KIÊN GIANG

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TRƯỜNG SƠN

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG ĐỆM CÁT THÚC ĐẨY QUÁ TRÌNH CỐ KẾT ĐẤT BÙN LÀM NỀN ĐƯỜNG GIAO THÔNG VEN SÔNG

CÁI LỚN TỈNH KIÊN GIANG

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP – 60580208

Hướng dẫn khoa học:

TS NGUYỄN THẾ ANH

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Ngày, tháng, năm sinh: 18.12.1976 Nơi sinh: Hậu Giang Quê quán: Tân Bình, Phụng Hiệp, Hậu Giang Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc: P1-02, đường 3/2, phường An Hoà, TP Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang

Điện thoại: 0913 820 697

E-mail: tnhhhoangkhang@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học chuyên nghiệp:

Nơi học (trường, thành phố):

Ngành học:

2 Đại học:

Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 1996 đến 2001

Nơi học (trường, thành phố): Đại học Cần Thơ, thành phố Cần Thơ

Ngành học: Thuỷ công đồng bằng

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Luận văn tốt nghiệp

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 2001, Đại học Cần Thơ Người hướng dẫn: Th.s Trần Văn Phấn

3 Thạc sĩ

Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 2015 – 2017

Nơi học: Trường Đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

Ngành học: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Tên luận văn: Nghiên cứu ứng xử và biện pháp thi công đệm cát thúc đẩy quá trình cố kết đất bùn lòng sông gia cố nền khu vực tỉnh Kiên Giang

Ngày và nơi bảo vệ: 10/2017 tại trường Đại học SPKT TP HCM

Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thế Anh

4 Trình độ ngoại ngữ: Anh văn B1

5 Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp, số bằng, ngày và nơi cấp:

Bằng kỹ sư, số bằng: B299522, nơi cấp: Trường Đại học Cần Thơ

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

2001 – 2003 Làm việc tại Xí nghiệp xây dựng

2003 – 2007 Làm việc tại công ty Tư vấn xây dựng Kiên Giang Công nhân viên

2007 – 2017 Làm việc tại công ty Trách nhiệm

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện, dưới

sự hướng dẫn của TS Nguyễn Thế Anh Các kết quả trình bày trong cuốn luận văn này chưa từng được sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp nào khác Theo hiểu biết cá nhân, từ trước tới nay chưa có một tài liệu khoa học nào tương tự được công bố, trừ những thông tin tham khảo được trích dẫn trong luận văn này

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2017

Nguyễn Trường Sơn

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến Thầy hướng dẫn khoa học là Tiến sĩ Nguyễn Thế Anh, người đã đã đưa ra những gợi ý đầu tiên để hình thành nên ý tưởng của đề tài và chỉ bảo tôi rất nhiều về cách nhận định đúng đắn trong những vấn đề nghiên cứu mà quan trọng nhất là sự trung thực trong làm nghiên cứu khoa học Thầy cũng đã hướng dẫn tôi cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả cũng như những nguồn tài liệu quý báu Và với sự hướng dẫn khoa học, nghiêm túc, tận tình đó của thầy đã giúp tôi đạt đến kết quả nghiên cứu cuối cùng

Đồng thời tôi cũng xin gởi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa xây dựng và cơ học ứng dụng trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy trong quá trình tôi học tập, nghiên cứu tại đây

Và cuối cùng tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh động viên, hỗ trợ rất nhiều và tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

TP.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2017

Tóm tắt

Luận văn nghiên cứu về biện pháp đẩy nhanh quá trình cố kết và phương pháp gia cường

nền đường bùn, đánh giá thời gian cố kết của lớp đất sét yếu gia cường vải địa kỹ thuật và

lớp đệm cát, sức chịu tải của lớp đất sét sau cố kết được gia cường vải địa kỹ thuật và lớp đệm cát Nghiên cứu xây dựng mô hình thí nghiệm tỷ lệ thực trên thực tế trong đó đất bùn nạo vét lòng sông được gia cố theo mô hình kết hợp với đệm cát kẹp giữa 2 lớp vải địa kỹ thuật (phương pháp gia cường kiểu Sanwich) Kết quả nghiên cứu cho thấy đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật đẩy nhanh quá trình cố kết, gia tăng độ chặt 2.8% so với đất không được gia cường sau 6 tháng thi công Tính toán cho thấy đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật làm giảm 48 ngày thời gian chờ cố kết của đất đắp không gia cường trong 180 ngày (6 tháng) Đánh giá hiệu quả kinh tế cho thấy mặc mặc dù thi công đất gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật tăng chi phí gấp đôi so với thi công không gia cường đệm cát Tuy nhiên đất đắp gia cường cho độ chặt sau 6 tháng thi công cao hơn, từ đó làm giảm chi phí làm đường phía trên đất đắp Qua đó tổng chi phí thi công đất đắp và mặt đường trường hợp có gia cường thấp hơn tổng chi phí khi không gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật

Abtract

The paper presents a research of evaluating the effect of non-woven geotextile combining with sand cushion on consolidation enhancement and shear strength improvement for soft clay A full-scale model of soft clay embankment reinforced by non-woven geotextile and sand cushion was built in Kien Giang in order to evaluate the settlement and compaction behavior of reinforced clay The results show that geotexile and sand cushion increases the density of soft clay faster that that of unreinforced clay embankment during the consolidation process After 6 months of consolidation, the reinforced clay embankment shows the better higher density (improve 2.8%) more than that of unreinforced clay embankment Besides, the geotexile and sandcushion reduces about 48 days of consolidation for reinforced soil to reach the density of unreinforced after 6 months Last, when comparing the construction costs, althought the reinforced cases spends double cost than that of unreinforced cases, the cost for road of reinforced embankment can be reduced

as the stronger foundation As a results, the total cost of embankement and road construction of reinforced case is lower than that of unreinforced case

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi

DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ xii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu tổng quát 1

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu và sự cần thiết tiến hành nghiên cứu 2

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 2

1.3 Sự cần thiết tiến hành nghiên cứu 5

1.4 Tính mới, tính thời sự, ý nghĩa khoa học 6

1.4.1 Tính mới 6

1.4.2 Tính thời sự 6

1.4.3 Ý nghĩa khoa học 6

1.4.4 Ý nghĩa thực tiễn áp dụng 6

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 7

2.1 Tính toán độ lún cố kết của đất theo lý thuyết thấm 1 chiều, Terzaghi 7

2.2 Tính toán độ chặt và chiều cao lớp đất trong đầm chặt đất 8

CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU, THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG 10

3.1 Vật liệu 10

3.1.1 Đất bùn sét nạo vét 10

3.1.2 Vải địa kỹ thuật 11

3.2 Biện pháp thí nghiệm hiện trường 12

3.2.1 Nạo vét sông và phơi đất 12

3.2.2 Thí nghiệm hiện trường đất đắp không gia cường 14

3.2.3 Thí nghiệm hiện trường nền đường gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật 16

3.2.4 Phương pháp xác định lún công trình theo thời gian 19

3.2.5 Thí nghiệm hiện trường lu đầm nền đường 20

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 21

4.1 Tương quan độ lún cố kết theo thời gian của đất đắp dưới ảnh hưởng của

đệm cát và vải địa kỹ thuật 21

4.2 Ứng xử lún của đất đắp dưới ảnh hưởng của đệm cát và vải địa kỹ thuật dưới tác dụng của tải trọng 28

4.3 Ứng xử đầm chặt của đất đắp dưới ảnh hưởng của đệm cát và vải địa kỹ thuật 29

4.4 Đánh giá hiệu quả kinh tế phương án gia cường đất đắp 30

4.4.1 Đánh giá hiệu quả kinh tế thi công đất đắp 30

4.4.2 Đánh giá hiệu quả kinh tế thi công đường trên bờ bao 33

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37

5.1 Kết luận 37

5.2 Kiến nghị 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO NƯỚC NGOÀI 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO TRONG NƯỚC 43

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Tính chất cơ học đất bùn nạo vét lòng kênh Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang 11

Bảng 2: Tính chất cơ học của vải địa kỹ thuật 11

Bảng 3: Kết quả độ lún theo thời gian nền đường không gia cường 21

Bảng 4: Kết quả độ lún theo thời gian nền đường gia cường vải địa kỹ thuật và đệm cát 23

Bảng 5: Kết quả tính toán độ lún bản thân đất đắp và độ lún dưới nền đất đắp trong 2 trường hợp thi công nền đường 26

Bảng 6: Tính toán thời gian cố kết đất đắp gia cường đạt độ lún, S1-t = 25.7cm tương đương với đất đắp không gia cường sau 6 tháng 27

Bảng 7: Kết quả tính toán độ lún nền đường theo các điều kiện lún 29

Bảng 8: Bảng xác định độ chặt và dung trọng khô của đất đắp theo 2 phương pháp thi công đất đắp 29

Bảng 9: Tổng hợp kinh phí PA2 32

Bảng 10: Tổng hợp kinh phí PA1 34

Bảng 11: Tổng hợp kinh phí PA2 35

Bảng 12: So sánh kinh phí xây dựng đất đắp và thi công đường 2 phương án thi công 36

DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ

Hình 1: Phân bố tải trọng bản thân đất đắp theo độ sâu 7 Hình 2: Tương quan dung trọng khô của đất đắp số lượt xe lu 9 Hình 3: Đường phân bố cỡ hạt đất bùn nạo vét lòng kênh Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang 10 Hình 4 Quá trình nạo vét và phơi đất 13 Hình 5 Quá trình thi công dời đất vào tim đường 14 Hình 6 Quá trình thi công bạt mái, hoàn thiện nền đường không gia cường 15 Hình 7 Thi công lớp 1 nền đường gia cường 16 Hình 8 Thi công lớp 2 nền đường gia cường 17 Hình 9 Thi công lớp cuối nền đường gia cường 18 Hình 10 Quan trắc lún nền đường công trình 19 Hình 11 Vị trí quan trắc lún nền đường công trình 19 Hình 12 Thi công lu lèn nền đường công trình 20 Hình 13 Tương quan độ lún theo thời gian của nền đường có và không có gia

cường (a) thời gian theo tỷ lệ thường (b) thời gian theo tỷ lệ logarit 25 Hình 14 Hướng thoát nước cố kết đất đắp trong trường hợp (a) đất đắp gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật và (b) đất đắp không gia cường 28 Hình 15 Thuyết minh khối lượng thi công theo 2 phương án đất đắp 31 Hình 16 Phương án thiết kế đường trên nền 33

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu tổng quát

Với yêu cầu về sự phát triển của cơ sở tầng, ngày càng nhiều công trình giao thông được xây dựng rộng khắp ở đồng bằng sông Cửu Long Nhằm giảm tối đa chi phí xây dựng công trình đường giao thông nông thôn cấp V, cấp VI, đất khai thác từ lòng kênh, lòng sông thường được sử dụng trực tiếp làm nền đường Biện pháp này không những tránh làm mất đất canh tác tại địa phương mà còn giúp gia tăng độ sâu lòng sông và đảm bảo cao độ nền đường giao thông chống lại ảnh hưởng mực nước dâng cao do quá trình biến đổi khí hậu toàn cầu

Tuy nhiên, khai thác đất lòng sông gây ra sự tăng lên về độ sâu và độ dốc lòng sông

từ đó có thể dẫn đến sự mất ổn định bờ sông (Luo et al., 2007; Đinh et al., 2010) Hơn nữa, với đặc điểm địa chất vùng đồng bằng sông Cửu Long là đất bùn sét thuộc trầm tích Holocen có hệ số rỗng lớn, tính nén lún cao và sức chống cắt thấp có thể gây ra những sự cố nền móng như đất bùn yếu làm công trình bị phá hoại, lún quá mức, lún không đều và lún kéo dài theo thời gian (Đỗ et al., 2013)

Để tăng khả năng chịu lực cho nền đường yêu cầu áp dụng các biện pháp gia cố đất nền phức tạp, tốn kém và đòi hỏi thời gian thi công dài Cũng theo TCVN 4054 :

2005, đất bùn không được đề xuất làm đất nền công trình giao thông Những nguyên nhân kỹ thuật kể trên cản trở việc áp dụng đất bùn yếu trong thi công nền đường nông thôn tại đồng bằng sông Cửu Long

Trong nghiên cứu này sẽ nghiên cứu về biện pháp đẩy mạnh quá trình cố kết và phương pháp gia cường nền đường bùn, sau đó đưa ra dự đoán về thời gian cố kết của lớp đất sét yếu gia cường vải địa kỹ thuật và lớp đệm cát, dự đoán về sức chịu tải của lớp đất sét sau cố kết được gia cường vải địa kỹ thuật và lớp đệm cát, đánh giá độ chống xâm nhập của lớp sét vào lớp cát khi sử dụng vải địa kỹ thuật Kết quả thực nghiệm sẽ cho kết quả về phương pháp thi công nền đất nhằm thúc đẩy nhanh quá trình cố kết của đất sét yếu, sau đó sẽ tối ưu thiết kế lớp đệm cát, vải địa kỹ

thuật nhằm mục đích tăng khả năng chịu tải, đẩy nhanh quá trình cố kết và hạ giá thành thi công

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu và sự cần thiết tiến hành nghiên cứu

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Phương pháp bơm bùn lòng sông làm đất đắp cho công trình đã được áp dụng tại nhiều công trình lấn biển (Shang et al., 1998; Wang et al., 2014; Liu and Liu, 2008; Shen et al., 2006) Tuy nhiên đặc điểm loại bùn này hàm lượng nước cao, có độ rỗng lớn, khả năng biến dạng lớn và chịu lực kém Những nền móng này thường chịu biến dạng và có độ lún rất lớn (Huerta and Rodriguez, 1992; Liu and Zhou, 2005) Khi nghiên cứu về hệ số thấm và phương pháp tính độ lún cho lớp đất bùn yếu (Zhang et al., 2015) cho thấy hệ số rỗng và hàm lượng đất sét ảnh hưởng lớn đến hệ số thấm của loại đất này Kết quả cho thấy hệ số rỗng của bùn giảm dần theo thời gian Đất đắp bằng bùn nạo vét cần thời gian vài năm để có thể ổn định và cần

có những xử lý, gia cường nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết trong đất bùn loại này

Để xử lý và gia cố lớp bùn yếu dưới nền móng công trình, nhiều nghiên cứu đã cho thấy vải địa kỹ thuật là một giải pháp hữu hiệu Palmeira et al., (1998) đã phân tích ngược trường hợp đê trên nền đất yếu được gia cố bằng vải địa kỹ thuật Nghiên cứu sử dụng phương pháp giải tích để tính toán hệ số an toàn của nền đập được và không được gia cố bằng vải địa kỹ thuật do Jewel, (1996) đề xuất Nghiên cứu cho thấy đối với hệ số an toàn đối với đê gia cố vải địa kỹ thuật tối thiểu, Fs = 1.2 trong thiết kế thông thường

Zhou et al., 2008 nghiên cứu biện pháp gia cố đệm cát kết hợp với lưới vải địa kỹ thuật Geogrid và túi địa kỹ thuật Geocell Kết quả nghiên cứu cho thấy kết cấu liên hợp vải địa kỹ thuật và đệm cát gia tăng khả năng chịu lực cho lớp đất yếu Hệ kết cấu liên hợp này giúp tăng hệ số nền K0 thêm 30 lần và độ lún giảm 44% và làm giảm ứng suất tại bề mặt lớp đất yếu so với đất yếu khi không được gia cố

Một nghiên cứu khác đề xuất bởi Sitharam et al., 2013 sử dụng Geocell làm nền móng đỡ đập cao 3m trên bùn đỏ - sản phẩm thải ra từ quá trình tuyển quặng nhôm

bùn yếu được gia cường bởi Geocell kết hợp với lưới vải địa kỹ thuật Kết quả nghiên cứu cho thấy sự kết hợp này đem lại hiệu quả lớn hơn khi chỉ sử dụng Geocell

Đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật đã được áp dụng làm nền móng cho đê chắn trên nền đất yếu đề xuất trong nghiên cứu của Yu et al., 2005 Nghiên cứu cho thấy đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật đóng 2 vai trò: (1) vải địa kỹ thuật ngăn cản biến dạng ngang và tăng tính ổn định cho đê; (2) vải địa kỹ thuật ngăn cản dịch chuyển ngang của đất nền dưới đê Đất nền càng yếu càng gây ra dịch chuyển ngang lớn và càng làm tăng hiệu quả của vải địa kỹ thuật, đặc biệt khi lớp đệm cát nằm dưới hoặc kẹp giữa lớp đất yếu Nghiên cứu thể hiện vải địa kỹ thuật có mô đun đàn hồi và độ rộng càng lớn càng đem lại hiệu quả cao trong ổn định nền đê Geocell và đệm cát còn được kết hợp với cọc vật liệu rời (đá - sỏi) để gia cố nền đất yếu như được trình bày trong nghiên cứu của Dash et al., (2013) Nghiên cứu cho thấy cọc vật liệu rời có chiều dài và mật độ đảm bảo sẽ làm tăng gấp 3 lần khả năng chịu lực cho đất yếu Vải địakỹ thuật và đệm cát sẽ có thể làm tăng khả năng chịu lực của đất nền lên 7 lần Tuy nhiên nếu được kết hợp cả đệm cát, vải địa kỹ thuật Geocell và cọc vật liệu rời, khả năng chịu lực của đất nền có thể gấp 10 lần so với đất nền ban đầu chưa gia cố

Hufenus et al., (2006) nghiên cứu khả năng chịu tải và ứng xử của đất yếu gia cường vải địa kỹ thuật dựa theo thí nghiệm tỷ lệ thực của nền đường Nghiên cứu chỉ ra sự gia cường cho đất yếu chỉ xảy ra khi sử dụng lớp mỏng cốt liệu thô kẹp giữa vải địa kỹ thuật Trong trường này, khi vệt lún tạo ra trên nền đường sẽ gây ra biến dạng dài và lực lực kéo trong vải địa kỹ thuật và tạo ra hiệu ứng gia cường cho đất nền

Các nghiên cứu về kết cấu đất gia cường vải địa kỹ thuật cho thấy việc sử dụng đất sét có tính thấm kém làm đất đắp đòi hỏi áp dụng những công nghệ xây dựng và hệ thống thoát nước phù hợp (Sridharan et al 1991; Glendinning et al 2005; Chen and

Yu 2011; Taechakumthorn and Rowe 2012; Yang et al 2015) Nghiên cứu của

trong tăng cường sức chịu tải và sự ổn định của công trình đất đắp từ đất sét tính thấm kém

Lớp cát mỏng kẹp giữa lớp vải địa chất gia cường đất sét và ảnh hưởng của nó đến ứng xử chịu cắt và biến dạng của mẫu đất đã được nghiên cứu và khảo sát sử dụng thí nghiệm cắt đất trực tiếp (Abdi et al 2009), thí nghiệm kéo tuột vải địa kỹ thuật (Sridharan et al 1991; Abdi & Arjomand 2011; Abdi & Zandieh 2014) và thí nghiệm nén 3 trục (Unnikrishnan et al 2002) Kết quả nghiên cứu cho thấy lớp cát mỏng này cải thiện tương tác bề mặt (lực ma sát) giữa đất sét và vải địa kỹ thuật từ

đó gia tăng cường độ cho đất sét Lớp cát cũng đóng vai trò là biên thoát nước nhằm làm giảm áp lực nước lỗ rỗng xuất hiện trong quá trình tải trọng tác dụng lên mẫu Các nghiên cứu của Unnikrishnan et al (2002); Abdi et al (2009); Abdi & Arjomand (2011); Abdi & Zandieh (2014) cũng đã chỉ ra bề dày tối ưu của lớp cát này khoảng từ 8-15mm đối với thí nghiệm không cố kết, không thoát nước (UU) và thí nghiệm cắt đất trực tiếp và thậm chí đến 8cm đối với thí nghiệm kéo tuột vải địa

kỹ thuật Ngoài ra với vai trò là biên thoát nước, các nghiên cứu của Raisinghani & Viswanadham (2010) và Lin & Yang (2014) đã cho thấy vải địa kỹ thuật còn là đóng vai trò ngăn chặn sự xâm nhập của đất sét vào biên thấm này

Bên cạnh đó, một số công trình nghiên cứu trong nước về công trình trên nền đất yếu Pierre Lareal và cộng sự, 1989 đã đưa ra những tính toán ổn định và biến dạng nền đường và công trình đắp tương tự trên đất yếu Bên cạnh đó nghiên cứu đưa ra một số giải pháp xử lý khi xây dựng nền đường đắp trên đất yếu bao gồm phương pháp gia tải, tăng tốc độ cố kết bằng đường thấm đứng, rãnh thấm, phương pháp gia

cố bằng cọc vôi, cọc xi măng đất…

Lê Bá Vinh và cộng sự, (2003) nghiên cứu giải pháp xử lý nền và tính toán ổn định của công trình đường cấp III trên nền có lớp đất yếu mỏng Nghiên cứu tập trung các biện pháp xử lý nền đất yếu bằng đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật và cừ tràm Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính toán hệ số an toàn chống trượt đối với nền tự nhiên và xét ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật gia cố tăng ổn định của nền đất yếu

Lê Xuân Roanh, (2014) đề xuất công nghệ xử lý nền và thi công đê, đập chắn sóng trên nền đất yếu Nghiên cứu phân tích một số công nghệ xử lý nền đất sét yếu bao gồm (1) xử lý nền đê bằng đệm cát đóng vai trò lớp chịu lực và lớp thoát nước cho nền đê, (2) xử lý nền bằng bấc thấm làm tăng khả năng thoát nước trong nền qua hệ thống thoát nước đứng, (3) xử lý nền bằng giếng cát vừa đóng vai trò là biên thấm đứng, vừa đóng vai trò chịu tải trọng, tăng cường sức chịu tải cho nền, (4) ứng dụng vải địa kỹ thuật gia cố nền phân cách nền đê và thân đê, phân bố đều áp lực đất đắp, tăng độ bền chống trượt của khối đất đắp, giảm mặt cắt ngang đê, (5) xử lý nền bằng bè cây, (6) xử lý nền bằng cọc đệm cát và (7) gia cố bằng cọc xi măng đất Nghiên cứu cho thấy phương pháp sử dụng vật liệu như cát hoặc cọc vật liệu rời giúp rút ngắn khoảng cách thoát nước bằng cách bố trí các hành lang thoát nước theo phương thẳng đứng và phương ngang, đồng thời trên bề mặt đất nền lại phủ lớp cát thoát nước và lớp gia tải nhằm đẩy nhanh cố kết

Mặc dù rất nhiều nghiên cứu đưa ra nhiều biện pháp và ứng xử của đất gia cường bằng vải địa kỹ thuật kết hợp với đệm cát, tuy nhiên, những ứng xử cố kết và ứng

xử cắt của đất sét bùn khai thác từ lòng sông ĐBSCL được gia cường bởi vải địa kỹ thuật và đệm cát chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu đề xuất nghiên cứu ứng xử vải địa kỹ thuật kết hợp đệm cát cải tạo đất bùn nhão lòng sông làm nền đường giao thông nông thôn

1.3 Sự cần thiết tiến hành nghiên cứu

Biện pháp thi công nền đường từ bùn nhão khai thác từ lòng sông mặc dù có nhiều

ưu điểm như (1) tránh làm mất đất canh tác tại địa phương, (2) gia tăng độ sâu lòng sông và (3) đảm bảo cao độ nền đường giao thông; tuy nhiên, như đã kể trên, nhiều yếu tố kỹ thuật đã cản trở áp dụng biện pháp thi công này trên thực tế

Khi sử dụng bùn yếu làm đất đắp cho nền đường không những kéo dài quá trình thi công mà còn tạo ra những cố về lún, biến dạng và mất ổn định cho đường giao thông Với đặc tính là đất nhão, nền đường cần có biện pháp gia cường đảm bảo khả năng chịu tải trọng của phương tiện giao thông

1.4 Tính mới, tính thời sự, ý nghĩa khoa học

1.4.1 Tính mới

Đề tài đề xuất nghiên cứu ứng xử cố kết và ứng xử chịu cắt của bùn yếu được khai thác trực tiếp từ lòng sông khi được gia cường vải địa kỹ thuật kết hợp với đệm cát theo nguyên lý: (1) đệm cát là tạo biên thoát nước đẩy nhanh quá trình cố kết đất sét bùn yếu; (2) vải địa kỹ thuật tạo biên ngăn cách sự xâm nhập của đất bùn vào đệm cát; (3) đất bùn cố kết kết hợp đệm cát và vải địa kỹ thuật tạo thành hệ chịu lực đảm bảo khả năng chịu tải trọng cho nền đường

1.4.2 Tính thời sự

Hiện nay áp dụng vải địa kỹ thuật trong gia cố đất sét yếu đã được áp dụng khá phổ biến trên thế giới, tuy nhiên, đối với công tác xử lý nền đất yếu, đặc biệt với nền đường giao thông tại Việt Nam, những nghiên cứu còn tương đối ít Nghiên cứu về phương pháp sử dụng bùn sét yếu được khai thác từ lòng sông đem lại nhiều lợi ích

về kinh tế, xã hội như tránh mất đất nông nghiệp, giảm chi phí xây dựng nền đường, khơi thông dòng chảy, tăng chiều sâu lòng sông…

1.4.3 Ý nghĩa khoa học

Dự đoán thời gian cố kết của lớp đất sét yếu gia cường vải địa kỹ thuật và lớp đệm cát

Dự đoán sức chịu tải của lớp đất sét sau cố kết được gia cường vải địa kỹ thuật và lớp đệm cát

Đánh giá độ chống xâm nhập của lớp sét vào lớp đất cát khi sử dụng vải địa kỹ thuật

1.4.4 Ý nghĩa thực tiễn áp dụng

Nghiên cứu về biện pháp thúc đẩy quá trình cố kết của đất bùn yếu sử dụng đệm cát và vải địa kỹ thuật giúp giảm quá trình thi công nền đường Bên cạnh đó nghiên cứu về ứng xử của lớp bùn (sau khi cố kết) gia cố bởi vải địa kỹ thuật và đệm cát sẽ giúp đánh giá khả năng chịu tải của nền đường từ đó phục vụ công tác thiết kế nền đường bùn yếu gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật Nghiên cứu sẽ mở ra một phương pháp mới nhằm xây dựng đường giao thông nông thôn ven sông tại tỉnh Kiên Giang

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN

2.1 Tính toán độ lún cố kết của đất theo lý thuyết thấm 1 chiều, Terzaghi

Độ lún cố kết của đất được Terzaghi đề xuất trong lý thuyết cố kết thấm 1 chiều Trong đó hệ số cố kết, Cv theo phương đứng được xác định theo:

Trong đó kv= hệ số thấm theo phương đứng của đất

mv= hệ số nén thể tích trong khoảng thay đổi ứng suất đang xét

w= dung trọng của nước Nhân tố thời gian, Tv được xác định theo chiều dài đường thấm h và t = thời gian cố kết, t:

cố kết được xác định theo:

Tv

e Tv

2

032

Độ lún của đất nền có chiều dày H sau khoảng thời gian t được xác định dựa theo hệ

H0= chiều cao đất đắp ban đầu

Độ lún cuối cùng, Sđược xác định theo:

2.2 Tính toán độ chặt và chiều cao lớp đất trong đầm chặt đất

Nhằm xác định độ chặt của đất hiện trường, dung trọng khô lớn nhất, k-max và độ

ẩm tối ưu của đất, OMC được xác định trong phòng thí nghiệm Dung trọng khô của đất ngoài hiện trường, k được xác định dựa theo dung trọng tự nhiên của đất hiện trường (xác định theo phương pháp dao vòng) và độ ẩm tự nhiên,  theo công thức dưới

Hình 2: Tương quan dung trọng khô của đất đắp số lượt xe lu

CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU, THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG

3.1 Vật liệu

3.1.1 Đất bùn sét nạo vét

Bùn nạo vét bờ kênh được lấy mẫu tại sông Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang Đất bùn nạo vét lòng kênh được đắp lên cơ đê của bờ kênh Mẫu được lấy sau khi thi công khoảng 1 tuần giúp giảm độ ẩm so với độ ẩm ban đầu Kết quả thí nghiệm phân tích

cỡ hạt được thể hiện như hình 1 Phân tích thành phần hạt cho thấy phần trăm hạt mịn (cỡ hạt nhỏ hơn 0.075mm) chiếm 82.7% và còn lại là 17.3% là thành phần hạt thô

Hình 3: Đường phân bố cỡ hạt đất bùn nạo vét lòng kênh Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang

Một số tính chất cơ học được thể hiện trong bảng 1 Đất có chỉ số dẻo, PI = 46 với

tỷ trọng Gs = 2.75 Đất đất bùn được phân loại theo USCS của Hoa Kỳ (Unified Soil Classification System) là loại đất OH-MH (đất sét bùn dẻo cao)

Bảng 1: Tính chất cơ học đất bùn nạo vét lòng kênh Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang

Dung trọng khô lớn nhất, , k - max , kN/m3 15.11

Độ ẩm tối ưu, OMC, % 19.45

Giới hạn dẻo, PL 44.9

Giới hạn chảy, LL 91.5

Phân loại đất theo USCS OH và MH

3.1.2 Vải địa kỹ thuật

Loại vải địa kỹ thuật không dệt được sử dụng trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và thi công thử nghiệm Các tính tính chất cơ học của vải được thể hiện trong bảng 2 Vải không dệt được sử dụng thi công thử nghiệm ngoài hiện trường nhằm kiểm nghiệm ảnh hưởng của đệm cát và vải địa kỹ thuật đến tính nén lún và đầm chặt của đất bùn

Bảng 2: Tính chất cơ học của vải địa kỹ thuật

Khối lượng riêng (g/m2

Khả năng chịu kéo (kN/m) - phương dọc vải 9.0

Biến dạng dài khi phá hoại phương dọc vải, (%) 62.5

Biến dạng dài khi phá hoại phương ngang vải, (%) -

Lưu lượng thấm ở 100mm cột nước, l/m2/giây 170

Thí nghiệm sử dụng trong nghiên cứu Thử nghiệm hiện trường

3.2 Biện pháp thí nghiệm hiện trường

3.2.1 Nạo vét sông và phơi đất

Xáng cạp nạo vét lấy đất dưới Sông Cái Lớn lên bờ lưu không 3m, thể hiện trong hình dưới Quá trình phơi đất được thực hiện trong khoảng 6 tháng, đảm bảo đất cường độ đủ lớn để thi công cơ giới

Hình 4 Quá trình nạo vét và phơi đất (a) Sơ đồ thi công; (b) hình ảnh thi công thực tế (a)

(b)

3.2.2 Thí nghiệm hiện trường đất đắp không gia cường

Chờ cho đất cố kết và ổn định khoảng 6 tháng, sau đó tiến hành dùng máy đào đào đất từ bờ cũ dời vào trong, tim bờ cũ cách tim bờ mới 2m ,ban gạt bờ bao với mặt B=6m, cao trình bờ +2.2m thể hiện trong hình dưới

Hình 5 Quá trình thi công dời đất vào tim đường (a)

(b)

Qúa trình ủi mặt, bạt mái hoàn thiện công trình mặt 6m, mái m=1:1 được thể hiện như hình dưới

Hình 6 Quá trình thi công bạt mái, hoàn thiện nền đường không gia cường (a)

(b)

3.2.3 Thí nghiệm hiện trường nền đường gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật

Chờ cho đất cố kết và ổn định khoảng 6 tháng, sau đó dùng máy đào tiến hành thi công dời đất vào trong theo từng lớp, các bước được tiến hành như sau:

Bước 1: Dùng máy đào lấy đất từ bờ hiện tại đắp vào bên trong, tim bờ bao mới

cách tim bờ đất 2m, lớp thứ nhất đắp đất đến cao trình +1.05m, mái m=1, tiếp theo trải 1 lớp vải địa kỹ thuật lên mặt bờ đất vừa đắp, sau đó rải 1 lớp cát 5cm lên bề mặt vải địa

Bước 2: Thi công lớp 2: vải địa kỹ thuật lên lớp cát, dùng máy đào lấy đất

đắp đất cao trình +1.65m, m=1:1, trải vải địa kỹ thuật, rải lớp cát dày 5cm lên lớp vải địa Quá trình thi công thể hiện trong hình dưới

(a)

(b)

Bước 3: Thi công lớp 3 vải địa kỹ thuật lên lớp cát, dùng máy đào đắp đất đến cao

trình +2.20m, K=0.9, m=1, bạt mái hoàn thiện công trình

(a)

(b)