Báo cáo khoa học: "xây dựng mặt đường giao thông nông thôn bằng đất gia cố tại ba vùng đặc thù" doc

ở nước ta, những kết quả nghiên cứu từ những thập niên 60 của thế kỷ 20 đến nay đã khảng định hầu hết các loại đất phân bố ở Việt nam đều có thể gia cố bằng các chất kết dính vô cơ để là

xây dựng mặt đường giao thông nông thôn bằng đất gia cố tại ba vùng đặc thù

Ts Nguyễn Hữu Trí

Phòng Đường bộ - Sân bay Viện Khoa học vμ Công nghệ GTVT

Tóm tắt: Bμi báo giới thiệu một số kết quả nghiên cứu ứng dụng gia cố đất tại chỗ xây

dựng đường giao thông nông thôn tại đồng bằng sông Hồng, sông Cửu Long vμ dải cát ven

biển miền Trung, trên cơ sở kết quả nghiên cứu về gia cố đất của Viện KHCN-GTVT

(1971-1983) vμ đề tμi cấp Nhμ nước “Nghiên cứu lựa chọn qui trình công nghệ, thiết bị sản xuất vật

liệu xây dựng bằng nguyên liệu địa phương vμ thi công xây dựng đường giao thông nông thôn

tại những vùng đặc thù”

Summary: This article introduces some results drawn from applying soil stabilization

techonology to rural pavement in the Red River delta, the Mekong delta and the Central coastal

delta, based on the research on the soil stabilization techonology done by the Institute

forTransport and Techonology

Nghiên cứu sử dụng vật liệu đất tại chỗ gia cố bằng các chất kết dính khác nhau để xây

dựng đường trên thế giới đã trở thành phổ biến ở nước ta, những kết quả nghiên cứu từ những

thập niên 60 của thế kỷ 20 đến nay đã khảng định hầu hết các loại đất phân bố ở Việt nam đều

có thể gia cố bằng các chất kết dính vô cơ để làm móng đường ô tô thay thế vật liệu truyền

thống, mang lại hiệu quả kinh tế-kỹ thuật cao, đặc biệt đối với những nơi khan hiếm vật liệu đá

Tuy nhiên, trên thực tế, công nghệ gia cố đất tại chỗ làm các lớp nền, móng, mặt đường chưa

thực sự được áp dụng rộng rãi ở nước ta do còn nhiều hạn chế, trong đó có vấn đề về trang thiết

bị và thói quen sử dụng vật liệu

Kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả đã tập trung vào giải quyết được một số vấn đề tồn

tại trước đây và mở rộng phát triển theo hướng:

Ngiên cứu lựa chọn chủng loại và tỷ lệ chất kết dính hợp lý dùng để gia cố đất tại chỗ tại 03

vùng đặc thù của nước ta: đồng bằng sông Hồng, sông Cửu Long và dải cát ven biển miền

Trung;

Nghiên cứu thiết kế một số thiết bị phục vụ cho công nghệ gia cố đất, trong đó có chế tạo

thiết bị phay trộn hỗn hợp đất gia cố KC07P

Xây dựng thí điểm tại 03 vùng đặc thù và hoàn chỉnh công nghệ gia cố đất xây dựng lớp vật

liệu đất gia cố phù hợp với thiết bị tự chế tạo và mở rộng cho các chủng loại thiết bị khác

II lựa chọn chủng loại vμ tỷ lệ chất kết dính hợp lý dùng để gia cố đất

tại chỗ tại 03 vùng đặc thù

2.1 Đồng bằng sông Hồng

Điển hình về địa chất của vùng châu thổ sông Hồng là trầm tích đệ Tứ, có hàm lượng sét tương đối cao, độ lỗ rỗng lớn và chứa các tạp chất hữu cơ Đối tượng đất như vậy, phân bố chủ

yếu ở các tỉnh Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định và Ninh Bình

Vị trí đã tiến hành khảo sát, lấy mẫu thí nghiệm tại xã Trung Đông, huyện Trực Ninh, tỉnh Nam Định (địa điểm đã xây dựng đoạn đường thí điểm số 01)

Một số chỉ tiêu vật lý, hóa học cơ bản của đất khu vực này được tổng hợp trong bảng 1

Bảng 1 Chỉ tiêu lý, hóa của đất Nam Định

1

pH/KCl % 6,6

MgO % 2,24

CT 2

Mẫu đất được phân nhóm A-6 theo tiêu chuẩn AASHTO M145 Căn cứ vào kinh nghiệm gia

cố đất của nước ngoài và các kết quả nghiên cứu trong nước đã tiến hành trước đây, bước đầu

nhận thấy được sự phù hợp của loại đất này khi gia cố đất bằng vôi hoặc gia cố tổng hợp bằng

vôi và các chất phụ gia khác

Chủng loại và tỷ lệ chất gia cố được lựa chọn để tiến hành các thí nghiệm trong phòng nhằm tìm ra phương thức gia cố hợp lý như sau:

Sử dụng vôi gia cố với các tỷ lệ 6%, 8% và 10%;

Gia cố tổng hợp vôi + xi măng với tỷ lệ tương ứng là 3%+3%, 5%+3% và 7% + 3%;

Gia cố tổng hợp xi măng + nhũ tương nhựa đường với tỷ lệ tương ứng là 3% + 4%, 5% + 4%

và 7% + 4%

ứng với mỗi tỷ lệ gia cố, tiến hành chế bị mẫu để thí nghiệm cường độ nén một trục R và

mô đuyn đàn hồi của mẫu ở hai trạng thái khô và bão hoà nước ứng với các độ tuổi 0, 3,7,14 và

28 ngày tuổi

Các kết quả thí nghiệm nén một trục của đất sét Nam Định gia cố được tổng hợp trong

bảng 2

Bảng 2 Cường độ nén một trục của đất Nam Định gia cố

Cường độ nén một trục (daN/cm2)

TT Ký hiệu mẫu

CT 2

Ghi chú: Giá trị trong ngoặc lμ mẫu bão hòa nước

Các kết quả thí nghiệm xác định mô đuyn đàn hồi của đất sét Nam Định gia cố được tổng

hợp trong bảng 3 Thông qua các kết quả thí nghiệm trên mẫu đất sét Nam Định gia cố, có thể

rút ra một số kết luận như sau:

Trong trường hợp sử dụng vôi làm chất liên kết độc lập, cường độ mẫu đạt khá cao với

cường độ nén 1 trục đạt 6.8kG/cm2 (hàm lượng vôi = 8%) với mẫu ở độ ẩm tự nhiên sau quá

trình bảo dưỡng ẩm trong không khí Tuy nhiên, cường độ mẫu giảm nhanh khi mẫu được bão

hoà ẩm, nói cách khác là độ ổn định nước của vật liệu đất gia cố trong trường hợp này thấp

Việc gia cố đất sét Nam Định sử dụng chất phụ gia hỗn hợp vôi và xi măng tỏ ra có hiệu

quả nhất Khi có thêm chất kết dính xi măng, cường độ chịu nén và độ ổn định nước của đất gia

cố tăng rõ rệt

Khi gia cố loại đất này với hỗn hợp chất kết dính là xi măng và nhũ tương bi tum đã làm

tăng cường độ kháng nén và tính ổn định của đất đối với nước

Bảng 3 Môđuyn đμn hồi của đất sét Nam Định gia cố

Mô đuyn đàn hồi (daN/cm2)

Ghi chú: Giá trị trong ngoặc lμ mẫu bão hòa nước

Cường độ kháng nén của hỗn hợp của mẫu ở độ ẩm tự nhiên sau khi bảo dưỡng trong môi trường ẩm chỉ bằng khoảng 50% so với cường độ nén mẫu gia cố tổng hợp xi măng và vôi với hàm lượng xi măng tương đương, tuy nhiên độ ổn định nước của đất gia cố trong trường hợp này lớn hơn

CT 2

2.2 Cát mịn ven biển miền trung

Ven biển miền trung từ Nghệ An kéo dài đến Khánh Hoà phân bố loại cát rất điển hình, đó

là cát biển thường có màu trắng hoặc vàng nhạt, hạt mịn (môđuyn độ lớn nhỏ hơn 2), tương đối

đều cạnh và nhiễm mặn Đây là loại vật liệu khó sử dụng trong xây dựng nói chung và xây dựng

đường nói riêng

Vị trí đã tiến hành khảo sát và tiến hành lấy mẫu thí nghiệm là thôn Mỹ Cảnh, xã Bảo Ninh, thị xã Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình (nơi xây dựng đoạn đường thí điểm số 02) Một số chỉ tiêu vật

lý, hóa học của mẫu cát được tổng hợp trong bảng 4

Cát được phân loại thuộc nhóm A-3 theo tiêu chuẩn AASHTO M145, hình dạng và kích cỡ hạt tương đối đồng đều làm cho độ rỗng kết cấu lớn Do hầu như không có lực dính kết giữa các hạt nên yêu cầu cơ bản của chất liên kết là tính bền dính nội bộ của chất liên kết phải cao (lực dính giữa các phân tử của chất liên kết), chất liên kết cần có tính thấm ướt nhanh với bề mặt của cát và bám chặt vào bề mặt của cát Chủng loại và tỷ lệ chất gia cố được lựa chọn để tiến hành các thí nghiệm trong phòng nhằm tìm ra phương thức gia cố hợp lý như sau:

1 Sử dụng xi măng poóc lăng PC30 để gia cố với các tỷ lệ 4%, 6% và 8%;

2 Gia cố tổng hợp xi măng + nhũ tương đã nêu với tỷ lệ xi măng + nhũ tương lần lượt là 3%

+ 4%, 4% + 4% và 5% + 4%

3 Gia cố tổng hợp vôi + tro xỉ nhiệt điện với tỷ lệ vôi + tro lần lượt là: 3%+6%; 3%+9% và

3%+12%

ứng với mỗi tỷ lệ gia cố, tiến hành chế bị mẫu để thí nghiệm cường độ nén một trục và mô

đuyn đàn hồi của mẫu ở hai trạng thái khô và bão hoà nước ứng với các độ tuổi 0, 3,7,14 và 28

ngày tuổi Do đất tự nhiên ở trạng thái rời rạc nên không thí nghiệm xác định các chỉ tiêu này

Bảng 4 Chỉ tiêu lý, hóa của cát Quảng Bình

1

Các kết quả thí nghiệm nén một trục được tổng hợp trong bảng 5

CT 2

Bảng 5 Cường độ nén một trục mẫu cát Quảng Bình gia cố

Cường độ nén một trục (daN/cm2)

TT Ký hiệu mẫu

Ghi chú: Giá trị trong ngoặc lμ mẫu bão hòa nước

Các kết quả thí nghiệm xác định mô đuyn đàn hồi của vật liệu gia cố được tổng hợp trong

bảng 6:

Bảng 6 Môđuyn đμn hồi của mẫu cát Quảng Bình có gia cố

Mô đuyn đàn hồi (daN/cm2)

mẫu

Ghi chú: Giá trị trong ngoặc lμ mẫu bão hòa nước

Thông qua các kết quả thí nghiệm mẫu cát Quảng Bình gia cố, có thể rút ra một số kết luận như sau:

CT 2

1 Gia cố bằng xi măng cho kết quả tốt nhất, cường độ nén mẫu và độ ổn định nước tăng tỷ

lệ với hàm lượng chất kết dính

2 Khi tiến hành gia cố hỗn hợp xi măng và nhũ tương nhựa đường với hàm lượng nhũ tương không đổi là 4%, hàm lượng xi măng với 3 tỷ lệ là 3%, 4% và 5% thì thấy rằng việc bổ sung nhũ tương không cải thiện cường độ của mẫu gia cố nhưng cũng có góp phần làm tăng độ

ổn định nước của hỗn hợp

3 Các mẫu cát Quảng Bình gia cố hỗn hợp vôi và tro bay nhiệt điện với hàm lượng vôi là 3%, hàm lượng tro bay theo các tỷ lệ 6%, 9% và 12% cho kết quả cường độ nén mẫu và độ ổn

định nước của mẫu gia cố là thấp nhất

2.3 Đồng bằng sông Cửu Long

Đồng bằng sông Cửu Long có diện tích tự nhiên 39.000Km2 Khu vực này được tạo thành bởi quá trình bồi tụ và lắng đọng trầm tích trong điều kiện biển Nâng cùng với dòng chảy của sông Mê Kông ra biển Địa hình tương đối bằng phẳng, cao độ trung bình +0,8m so với mặt biển

và có địa hình hơi nghiêng ra biển với độ dốc không đáng kể

Vị trí lựa chọn lấy mẫu thí nghiệm tại xã Long Bình Điền, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang (Khu vực xây dựng đoạn đường thí điểm số 03) Một số chỉ tiêu vật lý, hóa học của đất được tổng hợp trong bảng 7

Bảng 7 Chỉ tiêu lý, hóa của đất Tiền Giang

CT 2

1

pH/KCl % 3,6

MgO % 2,4

Đất được phân nhóm A7 - 6 theo tiêu chuẩn AASHTO M145 Đất thuộc loại sét với hàm

lượng hữu cơ chiếm trên 3,5 %, tính dẻo cao và khả năng co ngót lớn khi thay đổi độ ẩm Căn

cứ vào các kết quả phân tích tính chất của đất có thể bước đầu nhận thấy được sự phù hợp của

loại đất này khi gia cố đất bằng vôi hoặc gia cố tổng hợp bằng vôi và các chất phụ gia khác

Chủng loại và tỷ lệ chất gia cố được lựa chọn để tiến hành các thí nghiệm trong phòng nhằm tìm

ra phương thức gia cố hợp lý như sau:

1 Sử dụng vôi gia cố với các tỷ lệ 6 %, 8 % và 10 %;

2 Gia cố tổng hợp vôi + xi măng với tỷ lệ tương ứng là 3 % +3 %, 5 % +3 % và 7 % + 3 %;

3 Gia cố tổng hợp xi măng + nhũ tương nhựa đường với tỷ lệ tương ứng là 3 % + 4 %,

5 % + 4 % và 7 % + 4 %

ứng với mỗi tỷ lệ gia cố, tiến hành chế bị mẫu để thí nghiệm xác định cường độ nén một

trục và mô đuyn đàn hồi của mẫu ở hai trạng thái khô và bão hoà nước ứng với các độ tuổi

0,3,7,14 và 28 ngày tuổi Với mẫu đất tự nhiên thì chỉ tiến hành xác định cường độ nén và mô

đuyn đàn hồi của mẫu sau khi đầm nén ở trạng thái khô và bão hoà nước

Các kết quả thí nghiệm nén một trục và mô đuyn đàn hồi của mẫu đất Tiền Giang gia cố

được tổng hợp trong bảng 8, 9

Bảng 8 Cường độ nén một trục mẫu đất Tiền Giang gia cố

Cường độ nén một trục (daN/cm2)

TT Ký hiệu mẫu

Ghi chú: Giá trị trong ngoặc lμ mẫu bão hòa nước

Bảng 9 Môđuyn đμn hồi của mẫu đất Tiền Giang có gia cố

Mô đuyn đàn hồi (daN/cm2)

CT 2

Ghi chú: Giá trị trong ngoặc lμ mẫu bão hòa nước

2.4 Nhận xét

1 Tuy có những đặc thù khác nhau nhưng về tổng quát, đất thuộc hai khu vực đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long đều có thể gia cố bằng các loại chất kết dính: vôi hoặc xi măng hoặc hỗn hợp vôi + xi măng; các loại cát hạt nhỏ dọc theo ven biển miền Trung

đều có thể gia cố bằng xi măng để làm móng, mặt đường giao thông nông thôn, đáp ứng được

các yêu cầu về mặt kỹ thuật của Tiêu chuẩn thiết kế đường giao thông nông thôn 22TCN

210-92

2 Tỷ lệ và chủng loại chất kết dính thích hợp dùng để gia cố đất, đạt hiệu quả kinh tế kỹ

thuật ứng với các vùng đặc thù như sau:

Đồng bằng sông Hồng

- Vôi bột nghiền: 8-10%;

- Vôi bột nghiền + Xi măng PCB30: 7-9%, trong đó tỷ lệ xi măng / vôi: 40-60%

Đồng bằng sông Cửu Long

- Vôi bột nghiền: 8-12%;

- Vôi bột nghiền + Xi măng PCB30: 7-10%, trong đó tỷ lệ xi măng / vôi: 25-50%

Cát ven biển miền Trung

- Xi măng PCB30: 7-9%

III chế tạo máy phay trộn đất chuyên dụng

Máy phay gia cố đất được Trung tâm công nghệ máy xây dựng thiết kế, chế tạo trên máy

cơ sở là máy đào bánh lốp SOLAR 130W-3 Đặc tính và các thông số cơ bản của thiết bị như

sau :

CT 2

Hình 1 Máy phay trộn đất

- Máy cơ sở: Máy đào bánh lốp SOLAR 130W-3

- Vị trí lắp bộ công tác: Phía trước máy cơ sở

- Phương án bố trí lưỡi phay: Lưỡi phay lắp trên tang quay

- Phương án truyền động cho bộ công tác: Thuỷ lực

- Tốc độ di chuyển thiết bị phay đất: 0,5 – 0,9 km/h

- Chiều rộng vệt gia cố: 1,8 m

- Chiều sâu lớp đất gia cố lớn nhất: 25 cm

- Đường kính rô to phay: 1000 mm

- Vận tốc quay rô to: 250v/ph

IV xây dựng thử nghiệm vμ công nghệ thi công mặt đường đất gia cố

4.1 Xây dựng thí điểm

Công tác xây dựng thí điểm hiện trường đã được tiến hành tại 3 địa điểm:

Địa điểm 1: Đồng bằng sông Hồng: xã Trung Đông, huyện Trực Ninh, Tỉnh Nam Định (hình

thức, tỷ lệ gia cố: gia cố hỗn hợp 5% vôi + 3% xi măng)

Địa điểm 2: Khu vực cát ven biển Miền Trung: xã Bảo Ninh - Đồng Hới, Quảng Bình (gia cố

8% xi măng)

Địa điểm 3: Khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long: xã Long Bình Điền, Chợ Gạo, Tiền Giang

(gia cố vôi 9%)

CT 2

Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trường, đã biên soạn Dự thảo

Hình 2

Kết cấu mặt đường giao thông nông thôn sử dụng đất tại chỗ gia cố chất kết dính bao gồm

01 lớp đất gia cố dày 18cm có độ chặt K = 0,95 được găm mặt bằng đá dăm và láng nhựa

đường 02 lớp

Kết quả thí nghiệm, kiểm định mặt đường tại các công trình thử nghiệm sau khi đưa vào khai thác sử dụng đạt các chỉ tiêu về cường độ, độ bằng phẳng đều đạt yêu cầu thiết kế và khai thác

Hình 3 Mặt đường đất gia cố thí điểm: tại Nam Định, tại Tiền Giang vμ tại Quảng Bình

4.2 Công nghệ thi công

CT 2

quy

- Sử dụng Máy phay trộn đất kết hợp với một số máy nông nhàn hoặc tự tạo và lao động

thủ c

- Trường hợp không có thiết bị phay trộn đất chuyên dụng, hoàn toàn có thể huy động các

loại

Nội dung đầy đủ của Dự thảo công nghệ thi công sẽ được trao đổi ở những bài báo tiếp

theo

V Kết luận vμ kiến nghị

1 Tiếp tục nghiên cứu nhằm hoàn thiện thiết bị máy phay trộn và sản xuất một số bộ phận

công

2 Tiếp tục theo dõi, đánh giá về mặt kỹ thuật các công trình mặt đường đã thử nghiệm kết

hợp

3 Phổ biến, nhân rộng loại hình kết cấu và công nghệ xây dựng đường giao thông nông

thôn

Tài liệu tham khảo

ớc “Nghiên cứu lựa chọn qui trình công nghệ, thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng bằng

h thí nghiệm đất gia cố chất kết dính vôi xi măng – 22TCN 59-84.

trình thi công mặt đường giao thông nông thôn tại những vùng đặc thù bằng vật liệu đất tại

chỗ gia cố chất kết dính vô cơ tương ứng với 02 trường hợp:

ông sẵn có tại các địa phương

máy nông nhàn hoặc tự tạo và lao động thủ công sẵn có tại các địa phương

, trong khuôn khổ có hạn của bài báo này chỉ tóm tắt trình tự các bước thi công mặt đường

đất gia cố, bao gồm: Chuẩn bị nền đường; Cày vỡ đất; Làm tơi nhỏ đất; Rải chất kết dính; Trộn

hỗn hợp đất và chất kết dính; San phẳng; Lu lèn và găm đá bề mặt; Thi công lớp đá dăm láng

nhựa; Bảo dưỡng; Nghiệm thu mặt đường đất gia cố có lớp láng nhựa bề mặt

tác khác kéo theo trong các khâu thi công gia cố đất nhằm tiến tới cơ giới hoá hoàn toàn

công nghệ gia cố đất

với các công trình sẽ được xây dựng tiếp theo làm cơ sở cho việc biên soạn chính thức Quy

trình công nghệ thi công mặt đường giao thông nông thôn tại những vùng đặc thù bằng vật liệu

đất gia cố

bằng đất gia cố ra các địa phương nông thôn trên cả nước

[1] Đề tài cấp Nhà nư

nguyên liệu địa phương và thi công xây dựng đường giao thông nông thôn tại những vùng đặc thù” mã số

KC.07.22

[2] Quy trìn

[3] Quy trình sử dụng đất gia cố bằng chất kết dính vô cơ trong xây dựng đườ