Nghiên cứu ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật và đệm cát đến chỉ số CBR của đất bùn nạo vét tại đồng bằng sông cửu long

Một số mục tiêu cụ thể:  Xác định tương quan chỉ tiêu CBR của đất bùn nạo vét được gia cường vải địa kỹ thuật kết hợp với đệm cát trong điều kiện thay đổi các lớp gia cường  Xác định t

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Tình hình nghiên cứu trong nước

Đại đa số các công trình tại đồng bằng sông Cửu Long đều yêu cầu san lấp mặt bằng với khối lượng lớn từ 3-5m nhằm đảm bảo cao trình vượt lũ Cát khai thác từ hệ thống sông thường được sử dụng để san lấp mặt bằng Khi cát ngày càng khan hiếm, trong khi nhu cầu sử dụng cho các công trình trong san lấp mặt bằng ngày càng nhiều, không những gia tăng rất lớn chi phí xây dựng mà còn làm cạn kiệt nguồn tài nguyên cát của khu vực đồng thời phá hoại môi trường xung quanh như chỉnh trị dòng chảy gây sạt lở Bên cạnh đó, với yêu cầu hàng năm nạo vét các kênh, rạch (gọi chung là kênh) để đảm bảo phục vụ cho ngành nông nghiệp, thông luồng dòng chảy; khi nạo vét kênh, thu được lượng đất dôi dư khoảng 01 triệu m3/năm, nếu không xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, khi khai thác đất lòng kênh sẽ gây ra sự tăng về độ sâu, độ dốc lòng kênh và tải trọng bờ, từ đó có thể dẫn đến sự mất ổn định bờ kênh (Luo và cộng sự., 2007) 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 công trình bị phá hoại, lún quá mức, lún không đều và lún kéo dài theo thời gian nếu sử dụng đất sét bùn làm đất nền, đất san lấp cho công trình xây dựng Để tăng khả năng chịu lực cho đất đắp 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 đất đắp cho công trình xây dựng và công trình giao thông Những nguyên nhân kỹ thuật kể trên cản trở việc áp dụng đất bùn yếu thay thế cho cát san lấp cho các công trình xây dựng vùng đồng bằng sông Cửu Long

Pierre Lareal và cộng sự, 1989 đưa ra những tính toán ổn định và biến dạng nền đường và công trình đắp tương tự trên đất yếu Các biện pháp xử lý khi xây dựng nền đường đắp trên đất yếu bao gồm (1) phương pháp gia tải, (2) tăng tốc độ cố kết bằng đường thấm đứng, rãnh thấm (3) phương pháp gia cố bằng cọc vôi, cọc xi măng đất…

Trong khuôn khổ nghiên cứu của Lê Xuân Roanh (2014) về xử lý nền đất sét yếu cho nền đê, có các phương án như đệm cát đóng vai lớp chịu lực và lớp thoát nước; xử lý nền bằng bấc thấm tăng khả năng thoát nước qua hệ thống thoát nước đứng; xử lý nền bằng giếng cát vừa đóng vai biên thấm đứng vừa đóng vai chịu tải để tăng cường sức chịu tải cho nền; sử dụng vải địa kỹ thuật để gia cố lớp phân cách giữa nền đê và thân đê, phân bố đều áp lực đất đắp và tăng độ bền chống trượt của khối đất đắp; xử lý nền bằng bè cây có ưu điểm thi công đơn giản, trọng lượng nhẹ và phù hợp ở những nơi có sẵn vật liệu làm bè, tuy nhiên việc tính toán cụ thể cấu tạo bè và khả năng dùng ở nơi mực nước ngầm không ổn định chưa được nghiên cứu sâu mà thường dựa trên kinh nghiệm; xử lý nền bằng cọc đệm cát rút ngắn khoảng cách thoát nước bằng cách bố trí hành lang thoát nước theo phương thẳng đứng, đồng thời trên bề mặt đất nền phủ lớp cát thoát nước và lớp gia tải nhằm đẩy nhanh cố kết.

Lê Bá Vinh và cộng sự, 2003 xử lý nền đất yếu bằng đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật và cừ tràm; Tính toán hệ số an toàn chống trượt đối với nền tự nhiên; Xét ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật gia cố tăng ổn định của nền đất yếu dưới nền đường

Nguyễn Chí Thuận và cộng sự (2017) nghiên cứu ứng xử cố kết của đất bùn gia cường đệm xỉ lò kết hợp với vải địa kỹ thuật Nghiên cứu cho thấy lớp thoát nước xỉ lò và vải địa kỹ thuật giúp gia tăng tốc độ cố kết của đất bùn nhưng không làm thay đổi tính nén lún của đất bùn

Mặc dù có rất nhiều nghiên cứu về công trình trên nền đất yếu sử dụng gia cường bằng vải địa kỹ thuật nhưng vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về chỉ số CBR của đất sét yếu sử dụng đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật Bên cạnh đó, lớp đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật cũng đóng vai trò là lớp gia cường tăng sức chịu tải của lớp sét sau khi đầm chặt.

Tình hình nghiên cứu nước ngoài

Trên quy mô thế giới, nhiều nghiên cứu về công trình giao thông cho thấy xây dựng trên nền đất bùn và đất sét yếu dẫn tới hiện tượng lún ở mức độ cao Các nghiên cứu này cũng tính toán độ lún của công trình đê trên nền đất sét yếu và cho thấy các công trình này chịu mức lún rất lớn, đồng thời sự lún này tiếp tục phát triển theo thời gian cả trong giai đoạn thi công và sau khi công trình được đưa vào khai thác.

Trong công trình của Gnanendran và cộng sự (2015) tại Canada, hai đê trên nền đất sét yếu được gia cố bằng vải địa kỹ thuật được trình bày như một giải pháp nâng cao độ bền cho đê đập Nghiên cứu đề xuất ba phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FE) có thể được dùng để dự đoán sự làm việc của đê đập gia cố bằng vải địa kỹ thuật khi ở trạng thái làm việc thực tế của kết cấu So với mô hình từ biến của đất, mô hình MCC (modified Cam-Clay) cho phép tính toán biến dạng của đê đập trên nền đất yếu một cách tương đối chính xác mà không cần thêm nhiều dữ liệu phức tạp về đất.

Nghiên cứu của Sitharam và cộng sự (2013) khảo sát công trình đập chắn cao 3 m sử dụng Geocell để gia cố nền đất bùn đỏ trong công nghiệp sản xuất nhôm Kết quả cho thấy Geocell kết hợp với lưới vải địa kỹ thuật mang lại hiệu quả kinh tế cao và đơn giản hóa thi công nền móng Thí nghiệm cho thấy khả năng chịu tải của nền được tăng lên khoảng 4–5 lần nhờ phối hợp Geocell và vải địa kỹ thuật, đồng thời Geocell làm giảm lún và hạn chế hiện tượng trồi lên của đất xung quanh công trình Nghiên cứu đề xuất một phương pháp giải tích để tính toán khả năng chịu tải của nền đất sét bùn được gia cố bởi Geocell và vải địa kỹ thuật, góp phần tối ưu hóa thiết kế và thi công công trình đập chắn trong công nghiệp.

Chai và cộng sự (2013) nghiên cứu về phương pháp mô phỏng và tính toán biến dạng và chuyển vị của đê đập trên nền đất sét yếu Ariake tại Saga, Nhật Bản Nghiên cứu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với mô hình ứng suất biến dạng đất modified Cam-clay Bài báo chỉ ra việc khảo sát địa chất, thí nghiệm xác định tính chất của đất là vô cùng quan trọng trong xác định ứng xử của kết cấu đất trên nền đất sét yếu Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra phương pháp xác định sức kháng cắt không thoát nước

Khảo sát ứng suất giới hạn chảy của đất (Su) được thực hiện bằng cách so sánh giá trị Su được mô phỏng từ thí nghiệm nén 3 trục với giá trị Su đo đạc từ thực nghiệm, nhằm đánh giá tính đúng đắn của mô hình mô phỏng Kết quả cho phép đánh giá mức độ khớp giữa dữ liệu mô phỏng và dữ liệu thực nghiệm, từ đó điều chỉnh các tham số mô hình để cải thiện dự báo về sức bền và hành vi đất dưới tải nén ba trục.

Nghiên cứu của Hufenus và cộng sự (2006) đánh giá khả năng chịu tải và hành vi của đất yếu khi được gia cố bằng vải địa kỹ thuật, dựa trên thí nghiệm tỷ lệ thực trên đường nền đất yếu Kết quả cho thấy vải địa kỹ thuật cho phép giảm bề dày lớp đất đắp khoảng 30% và đưa ra chiều dày tối thiểu đề xuất là 0,3 m Việc ứng dụng vải địa kỹ thuật không chỉ tăng tuổi thọ của đường mà còn mang lại hiệu quả kinh tế nhờ tối ưu chi phí thi công và nâng cao khả năng chịu tải của nền đường.

Nghiên cứu của Hufenus và cộng sự (2006) cho thấy khả năng chịu tải và hành vi của đất yếu được cải thiện khi gia cường bằng vải địa kỹ thuật, dựa trên thí nghiệm tỷ lệ thực trên nền đường Gia cường đất yếu chỉ xuất hiện khi có một lớp cốt liệu thô được kẹp giữa hai lớp vải địa kỹ thuật; khi vệt lún hình thành trên nền đường sẽ gây biến dạng dài và tạo lực kéo trong vải địa kỹ thuật, từ đó mang lại hiệu ứng gia cường cho đất nền Các nghiên cứu về kết cấu đất gia cường bằng vải địa kỹ thuật cho thấy đối với đất đắp là đất sét có tính thấm kém, cần áp dụng công nghệ xây dựng và hệ thống thoát nước phù hợp, được thể hiện trong các công trình của Sridharan và cộng sự (1991) cũng như Glendinning và cộng sự.

2005; Chen và Yu 2011; Taechakumthorn và Rowe 2012; Yang và cộng sự 2015)

Nghiên cứu của Zornberg và Mitchell (1994) và Mitchell và Zornberg (1995) đã khẳng định vai trò thoát nước của vải địa kỹ thuật trong tăng cường sức chịu tải và sự ổn định của công trình đất đắp từ đất sét tính thấm kém

Các thí nghiệm CBR nhằm khảo sát khả năng chịu tải của đất nền gia cường bằng vải địa kỹ thuật cho thấy hiệu quả phụ thuộc vào loại đất, mức ẩm và cấu trúc gia cố Koener và cộng sự (1995) cho thấy với lớp đất sét không thấm gia cường vải địa kỹ thuật và GCLs, cường độ CBR đạt cao nhất khi tỉ lệ H/B bằng 1 Choudhary và cộng sự (2010) cho thấy đất cát gia cường bằng dải HDPE làm tăng CBR khoảng 3 lần so với đất cát không gia cường, và hàm lượng HDPE tăng tới 4% càng làm tăng chỉ số CBR Rajesh và cộng sự (2016) cho thấy đất sét yếu gia cường lưới địa kỹ thuật có thể tăng cường độ CBR từ 1.9–2.6 lần khi ngâm bão hòa và từ 1.9–4.5 lần khi không ngâm bão hòa; mức tăng còn phụ thuộc vào việc giảm hàm lượng hạt mịn và sử dụng lưới có cường độ cao Carlo và cộng sự (2016) cho thấy đất hạt mịn được gia cường bằng hai lớp vải địa kỹ thuật cho kết quả CBR cao nhất, và hiệu quả gia tăng CBR tốt nhất khi đất có độ ẩm thấp hơn độ ẩm tối ưu (OMC).

Nghiên cứu năm 2012 về tăng cường độ CBR của đất trương nở bằng một lớp vải địa kỹ thuật cho thấy độ trương nở của đất bùn giảm đáng kể khi được gia cố bằng vải địa kỹ thuật Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng ở z/d = 1 (z là chiều sâu của lớp vải, d là đường kính chùy xuyên) là vị trí tối ưu của vải địa kỹ thuật để đạt CBR lớn nhất, và kết luận này phù hợp với nghiên cứu của Keerthi và Kori (2018) Bên cạnh đó, kết quả cho thấy khả năng tăng CBR khi áp dụng vải địa kỹ thuật đối với đất sỏi tốt hơn so với đất đen có lẫn hạt sét.

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 và cộng sự 1991; Abdi & Arjomand 2011; Abdi & Zandieh 2014) và thí nghiệm nén 3 trục (Unnikrishnan và cộng sự 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 và cộng sự (2002); Abdi và cộng sự (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 Đệm cát thường được kết hợp với vải địa kỹ thuật (dệt hoặc không dệt) với vai trò là lớp lưới lọc nhằm (1) ngăn cách giữa lớp đất sét vào đất cát, (2) tao biên thoát nước cho lớp đất sét và (3) chống rửa trôi lớp đệm cát khi có nước ngầm xâm nhập vào lớp đất cát Sự gia tăng cường độ của đất nền do sự tương tác giữa đất và vải, đồng thời từ lực căng trong vải chưa được nghiên cứu một cách toàn diện

Thông qua thí nghiệm xác định chỉ số cường độ CBR, nhiều nghiên cứu cho thấy vai trò của vải địa kỹ thuật dạng sợi trong gia tăng cường độ của đất sét gia cường Kết quả cho thấy việc lắp đặt vải địa kỹ thuật dạng sợi giúp tăng liên kết, phân bổ tải trọng và giảm biến dạng, từ đó nâng cao chỉ số CBR của đất sét Việc tối ưu hóa liều lượng và bố trí sợi trong lớp đất nền có thể cải thiện đáng kể khả năng chịu tải của nền móng và kết cấu giao thông Các nghiên cứu cũng cho thấy mối quan hệ giữa chất lượng sợi và hiệu quả tăng cường, từ đó hỗ trợ thiết kế nền móng và công trình an toàn hơn dựa trên dữ liệu thí nghiệm CBR Do đó, vải địa kỹ thuật dạng sợi được xem là giải pháp hiệu quả để nâng cao cường độ và ổn định của đất sét gia cường trong các ứng dụng nền móng và sửa chữa nền đường.

Chegenizadeh và cộng sự (2012) đã sử dụng sợi tự nhiên và sợi plastic để gia cường đất; kết quả cho thấy khi tăng hàm lượng sợi tự nhiên từ 0,1% đến 0,3% thì chỉ số CBR tăng lên 50% Giá trị CBR tăng gấp đôi khi chiều dài sợi tăng gấp ba đối với cả hai loại sợi Việc gia cường bằng sợi plastic cho kết quả CBR lớn hơn so với sợi tự nhiên Với sợi cọ tự nhiên trộn với đất bùn yếu, Sarbaz và cộng sự (2013) cho thấy khi thêm 1% sợi cọ tự nhiên vào đất giúp tăng chỉ số CBR một cách đáng kể, nhưng khi thêm 2% thì không có tác dụng Các mẫu có sợi dài hơn cho chỉ số CBR lớn hơn, vì tận dụng được khả năng chịu kéo của sợi.

Tính cấp thiết của đề tài

Biện pháp thi công nền đường từ bùn nhão khai thác từ lòng sông mang nhiều ưu điểm, như tránh làm mất đất canh tác tại địa phương, làm tăng độ sâu lòng sông và đảm bảo cao độ nền công trình Tuy nhiên, thực tế triển khai gặp phải nhiều yếu tố kỹ thuật phức tạp khiến biện pháp này khó áp dụng, trong đó sự bất đồng nhất và ổn định của bùn nhão, thẩm thấu và xói mòn đất nền, điều kiện thủy văn và thời tiết, chi phí vận chuyển và thi công cao, cũng như yêu cầu kiểm soát chất lượng và an toàn trong quá trình thi công.

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

Nghiên cứu về biện pháp thúc đẩy quá trình cố kết của đất bùn yếu sử dụng đệm cát và vải địa kỹ thuật Đây là biện pháp cải tạo nền đất yếu, tận dụng được lớp bùn sét nạo vét, thay thế cát san lấp cho công tác san lấp mặt bằng 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 công trình từ đó đưa ra thông số tối ưu về bề dày đệm cát, khoảng cách giữa các đệm cát và vải địa kỹ thuật phục vụ công tác thiết kế nền công trình bùn yếu gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật Nghiên cứu sẽ mở ra một phương pháp mới nhằm dần thay thế cát trong công tác san lấp mặt bằng tại đồng bằng sông Cửu Long.

Mục tiêu đề tài

Nghiên cứu đề xuất biện pháp gia tăng sức chịu tải của đất bùn nạo vét đáy kênh bằng phương pháp đầm chặt kết hợp với đệm cát và vải địa kỹ thuật Cường độ và ứng xử của đất sét gia cường được kiểm tra từ thí nghiệm CBR hiện trường Một số mục tiêu cụ thể:

(1) Xác định tương quan chỉ tiêu CBR của đất bùn nạo vét được gia cường vải địa kỹ thuật kết hợp với đệm cát trong điều kiện thay đổi các lớp gia cường

(2) Xác định lực kéo trong vải địa kỹ thuật theo tương quan khả năng gia tăng cường độ CBR của mẫu gia cường.

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào cơ chế gia cường của đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật nhằm gia tăng cường độ cho đất sét bùn yếu tại đồng bằng sông Cửu Long, trong đó một số loại đất sét bùn khai thác tại tỉnh An Giang được chọn làm đối tượng nghiên cứu Phương pháp này nhằm cải thiện đặc tính chịu tải và ổn định của nền đất, phục vụ cho thiết kế nền công trình giao thông và thủy lợi ở vùng hạ lưu sông Mekong Kết quả kỳ vọng sẽ làm rõ hiệu quả gia cường, cung cấp các thông số thiết kế và khuyến nghị thi công tối ưu cho việc ứng dụng đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật trên đất sét bùn yếu.

Nghiên cứu nhằm xác định giới hạn phạm vi của loại đất sét bùn ven biển ở tỉnh An Giang, kết hợp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và thí nghiệm hiện trường với các loại vải địa kỹ thuật không dệt và cát sạch được cung cấp tại địa phương Các thí nghiệm này nhằm đánh giá đặc tính cơ học và ổn định của lớp đất ven biển, từ đó xác định các giới hạn thiết kế và ứng dụng vật liệu địa kỹ thuật Các mô phỏng được thực hiện dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn trên phần mềm Plaxis 8.2 để mô phỏng đáp ứng của đất ven biểnUnder các điều kiện tải trọng và địa chất khác nhau, nhằm tối ưu hóa giải pháp thi công và đảm bảo an toàn cho công trình ven biển tại An Giang.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tiến hành các thí nghiệm đầm tiêu chuẩn, thí nghiệm CBR và một số thí nghiệm khác nhằm xác định các chỉ tiêu vật lý và cơ học của đất sét bùn, nội dung được mô tả chi tiết và đảm bảo phù hợp với mục tiêu đánh giá đặc tính của loại đất này.

Thí nghiệm đầm tiêu chuẩn nhằm xác định độ chặt tiêu chuẩn của mẫu đất sét, phục vụ cho công tác chuẩn bị mẫu thí nghiệm CBR Mẫu được thử ở hai điều kiện: có và không có gia cố đệm cát và vải địa kỹ thuật, nhằm đánh giá ảnh hưởng của lớp đệm đối với độ chặt và kết quả thí nghiệm CBR Kết quả từ thí nghiệm này sẽ cung cấp tham số chuẩn bị mẫu, đồng thời cho phép so sánh giữa các phương án gia cố để tối ưu hóa quy trình thử nghiệm và áp dụng cho các công trình đòi hỏi thí nghiệm CBR.

Thí nghiệm CBR hiện trường trên mẫu kích thước lớn được thực hiện ở hai điều kiện: có và không có sự gia cố bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật, nhằm khảo sát ảnh hưởng của lớp đệm đến sức chịu tải của nền đường Các thông số thay đổi gồm trạng thái mẫu ngâm nước hay không ngâm nước và độ dày đệm cát được điều chỉnh từ 10 đến 25 mm, nhằm xác định mối quan hệ giữa độ ẩm, chiều dày đệm và hiệu suất chịu nén của mẫu CBR tại hiện trường.

(3) Nghiên cứu mô phỏng khảo sát lực kéo vải địa kỹ thuật trong mẫu gia cường

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Đất sét bùn nạo vét sông

Đất bùn nạo vét từ sông Hậu, tại thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang được ứng dụng trong thí nghiệm hiện trường nhằm xác định chỉ số CBR của đất bùn gia cường, cung cấp dữ liệu chuyên môn cho đánh giá khả năng chịu tải và hiệu quả cải thiện nền đất cho các công trình ở khu vực này.

Tính chất vật lý đất bùn sét lòng sông được đánh giá trên đất bùn nạo vét từ lòng kênh, được đắp lên cơ đê của bờ kênh Mẫu được lấy sau khi thi công khoảng một tuần nhằm giảm độ ẩm so với độ ẩm ban đầu Kết quả thí nghiệm phân tích cỡ hạt của đất bùn sông cho thấy phân bố kích thước hạt và các đặc tính liên quan, được thể hiện trong hình 2.1.

Hình 2.1: Đường phân bố cỡ hạt đất bùn và cát thí nghiệm

Những tính chất cơ học của đất bùn nạo vét sông Hậu tại TP Long Xuyên được trình bày trong bảng 2.1 Theo phân loại đất của Mỹ (USCS), đất bùn này là đất sét dẻo thấp thuộc loại CL với chỉ số dẻo PI = 26,7 Đất sét có độ ẩm tự nhiên và hệ số rỗng lớn, khiến các đặc tính cơ học của bùn thể hiện rõ trong bảng 2.1.

Phần trăm lọt sàng Đường kính hạt (mm) log Đất bùn nạo vétCát hạt toCát hạt nhỏ

Hình 2.2 Kết quả thí nghiệm cắt đất trực tiếp từ mẫu đất sét đầm chặt tại độ ẩm tối ưu và khối lượng riêng khô lớn nhất

Bảng 2.1: Tính chất cơ học đất bùn nạo vét sông Hậu, tp Long Xuyên tỉnh An Giang

Dung trọng tự nhiên, , kN/m 3 1.656 Độ ẩm tự nhiên,  % 54.4

Dung trọng khô lớn nhất, , k - max , kN/m 3 1.665 Độ ẩm tối ưu, OMC, % 18.5

Phân loại đất theo USCS CL

0 50 100 150 200 250 300 350 Ứng suất cắt (kPa) Áp lực pháp tuyến (kPa)

Thông qua thí nghiệm đầm tiêu chuẩn ASTM D698, độ ẩm tối ưu của đất bùn yếu là 18.5% và khối lượng riêng khô lớn nhất là 1.665 g/cm3, những giá trị này được dùng để chế tạo mẫu phục vụ quá trình thí nghiệm xác định chỉ số CBR Mẫu đất được đầm chặt ở độ ẩm tối ưu và dung trọng khô lớn nhất để xác định khả năng chịu cắt từ thí nghiệm cắt đất trực tiếp Kết quả cho thấy đất sét có góc ma sát trong φ = 29.0° và lực dính c = 53.5 kPa (hình 2.2).

Vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật không dệt được sử dụng cho các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và thi công thử nghiệm Các tính chất cơ học của loại vải này được thể hiện trong bảng dữ liệu kèm theo, giúp người đọc nắm bắt các đặc tính quan trọng như độ bền và độ dày của vải, từ đó đánh giá ứng dụng của vải địa kỹ thuật không dệt trong nghiên cứu và thử nghiệm thực tế.

3 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 2.2 Tính chất cơ học của vải địa kỹ thuật

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

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

Lưu lượng thấm ở 100mm cột nước, l/m 2 /giây 170

Tính chất của đệm cát

Đệm cát được sử dụng là loại cát san lấp thông thường tại địa phương Các tính chất vật lý và cơ học của cát được trình bày trong bảng dưới 2 loại cát hạt nhỏ và cát hạt to sử dụng có modun độ lớn, 1.41 và 3.95

Bảng 2.3 Tính chất vật lý của cát hạt nhỏ và hạt lớn

Cát hạt nhỏ Cát hạt lớn Phân loại cát SP: Cát sạch, ít hạt mịn, cấp phối kém

Khối lượng thể tích nhỏ nhất, dmin (g/cm 3 ) 1,500 1,420

Hệ số rỗng nhỏ nhất, e min 0,742 0,613

Khối lượng thể tích lớn nhất, dmax (g/cm 3 ) 1,560 1,674

Hệ số rỗng lớn nhất, e max 1,004 0,900

Khối lượng riêng khô tại độ chặt D r = 80%, γd

Do mẫu đất cát được đầm chặt tại độ chặt tương đối, Dr = 80%, với khối lượng riêng khô tương ứng, d = 1.506 g/cm 3 và 1.616 g/cm 3 lần lượt đối với cát hạt nhỏ và cát hạt to Mẫu đất cát được kiểm tra cường độ sức kháng cắt theo thí nghiệm cắt trực tiếp tại độ chặt tương đối 80% Kết quả thí nghiệm cho thấy, tại độ chặt tương đối,

Dr = 80%, cát hạt to có góc ma sát trong,  = 41.0 0 Giá trị này lớn hơn đối với cát hạt nhỏ,  = 36.0 0 (hình 2.3)

Hình 2.3 Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp của cát hạt nhỏ và cát hạt to tại độ chặt tương đối 80%

Phương pháp thí nghiệm CBR hiện trường

Trong khuôn khổ nghiên cứu, tổng cộng 15 thí nghiệm hiện trường được tiến hành để xác định chỉ số cường độ CBR, dựa trên mô hình thí nghiệm đề xuất Các thông số thí nghiệm được biến đổi gồm (1) bề dày lớp cát từ 2 cm đến 15 cm; (2) điều kiện ngâm/không ngâm mẫu, nhằm đánh giá ảnh hưởng của độ dày lớp cát và trạng thái ngâm tới giá trị CBR theo mô hình đã đề xuất.

Phân bố các lớp vải địa kỹ thuật và lớp đệm cát của các mẫu thí nghiệm được thể hiện trong hình 2.4 và 2.5

Hình 2.4 Kích thước và phân bố các lớp gia cường cát – vải trong mẫu thí nghiệm xác định chỉ số CBR

0 50 100 150 200 250 Ứng suất cắt (kPa) Áp lực pháp tuyến (kPa) Cát nhỏ

Hình 2.5 Kích thước và phân bố vải địa kỹ thuật trong mẫu thí nghiệm xác định chỉ số CBR hiện trường

Mô hình thí nghiệm xác định chỉ số cường độ CBR hiện trường

Hình 2.6 Mẫu thí nghiệm hiện trường xác định chỉ số CBR: (a) kích thước và vị trí thí nghiệm; (b) đầm mẫu trong khuôn; và (c) mẫu thí nghiệm hoàn thành

Nhằm xác định ứng xử của mẫu thí nghiệm trong điều kiện thí nghiệm để xác định chỉ số CBR hiện trường, mô hình thí nghiệm được đề xuất dựa trên tiêu chuẩn ASTM D4429 nhằm xác định chỉ số CBR hiện trường Mô hình cho phép tạo mẫu với kích thước 90x90 cm và bề dày mẫu thay đổi từ 10–30 cm Kích thước mẫu hình vuông 90x90 cm cho phép thực hiện thí nghiệm xác định CBR tại 5 vị trí trên mỗi mẫu thí nghiệm, đảm bảo khoảng cách giữa các vị trí đo được duy trì.

Trong mục c), năm điểm thí nghiệm được xác định cho mô hình thí nghiệm, với các vị trí cách mép biên của mẫu tối thiểu 25 cm và cách đất dính tối thiểu 17 cm (theo ASTM D4429) Vị trí của năm điểm thí nghiệm trên mô hình được thể hiện trong hình 5a.

Đất bùn nạo vét được phơi khô, đập nhỏ và trộn ở độ ẩm tối ưu 18,3% Mẫu đất được bảo quản trong túi kín, tránh mất ẩm và được bảo quản ở nguồn nhiệt tối thiểu 72 giờ để độ ẩm được phân bố đều trước khi sử dụng trong quá trình đầm mẫu Đất sau khi trộn và kiểm tra độ ẩm được đầm trong khuôn tạo mẫu thành từng lớp dày 5 cm; khối lượng đất đầm được tính toán theo từng lớp nhằm đảm bảo khối lượng riêng tự nhiên, γ = 1,97 g/cm³ Mẫu sau khi đầm chặt được làm phẳng mặt chuẩn bị thí nghiệm Đối với mẫu gia cường, mẫu đất sét được đầm chặt với bề dày 10 cm, hai lớp vải địa kỹ thuật trải phẳng, có lớp đệm cát kẹp giữa; bề dày lớp đệm cát thay đổi từ 2–15 cm Cát khô được đầm chặt ở độ chặt tương đối, Dr = 80%, tương đương với dung trọng khô.

γd = 1,506 và 1,616 g/cm³ lần lượt đối với cát hạt nhỏ và cát hạt to Đối với mẫu ngâm bão hòa, mẫu sau khi đầm chặt được ngâm trong 96 giờ mà không gia tải trong quá trình ngâm.

Quá trình thí nghiệm CBR hiện trường

Để xác định CBR hiện trường, mô hình thí nghiệm được đề xuất dựa trên tiêu chuẩn ASTM D4429 nhằm xác định chỉ số CBR hiện trường Mô hình cho phép tạo mẫu hình vuông 90×90 cm với bề dày thay đổi từ 10–30 cm Với kích thước mẫu 90×90 cm, thí nghiệm CBR được thực hiện ở 5 vị trí trên mỗi mẫu, đảm bảo khoảng cách giữa các vị trí thí nghiệm và từ vị trí thí nghiệm đến mép biên của mẫu không nhỏ hơn 25 cm và khoảng cách tối thiểu giữa các điểm thí nghiệm đối với đất dính (theo ASTM D4429) là 17 cm, như quy định Vị trí 5 điểm thí nghiệm trên mô hình được thể hiện trong hình 2.6a.

Thí nghiệm hiện trường được tiến hành với đối trọng 500 kg đặt trên khung cố định Chùy xuyên được quay tay nhằm đảm bảo độ dịch chuyển của chùy xuyên là 1,27 mm/phút (0,02 mm/giây) Trong quá trình thí nghiệm, các giá trị đọc từ đồng hồ đo lực vòng và đồng hồ đo dịch chuyển chùy xuyên được ghi lại sau mỗi mức dịch chuyển lần lượt là 0,64 mm; 1,27 mm; 1,91 mm; 2,54 mm; 3,75 mm; 5,08 mm; 7,62 mm; 9,02 mm và 10 mm, thí nghiệm kết thúc khi chùy xuyên dịch chuyển đạt 10 mm (hình 2.7).

Hình 2.7 Kích thước, vị trí và mô hình thí nghiệm xác định chỉ số CBR hiện trường

Xử lý, chỉnh sửa kết quả thí nghiệm

Trong thí nghiệm đất, bề mặt không bằng phẳng tại điểm tiếp xúc giữa chùy xuyên và lớp đất làm cho đường cong giữa áp lực nén và chiều sâu xuyên cần được điều chỉnh Phương pháp điều chỉnh được quy định theo ASTM D4429 Giá trị CBR được xác định từ áp lực nén chùy xuyên sau khi chỉnh sửa tại 2.54 mm và 5.04 mm.

CBR1 - giá trị CBR tính với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 in), %;

CBR2 - giá trị CBR tính với chiều sâu ép lún 5,08 mm (0,2 in), %;

P1 - là áp lực nén trên mẫu thí nghiệm ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm; (daN/cm2)

P2 - là áp lực nén trên mẫu thí nghiệm ứng với chiều sâu ép lún 5,08 mm; (daN/cm 2 )

69 – là áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm; daN/cm 2

103 – là áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún 5,08 mm; daN/cm 2

Bên cạnh đó, với mỗi mẫu thí nghiệm, kết quả áp lực nén được tổng hợp từ 5 kết quả thí nghiệm Các lần thí nghiệm, kết quả thí nghiệm có sự chênh lệch giữa các vị trí thí nghiệm do một số nguyên nhân như độ đồng đều của độ ẩm, độ chặt của đất Kết quả thí nghiệm là kết quả trung bình từ các kết quả thí nghiệm Sai số được xác định trong quá trình xác định chỉ số CBR trung bình được tính theo công thức:

%Sai số = (CBR max - CBR tb ) /CBR tb × 100% (3)

%Sai số = (CBR tb – CBR min ) /CBR tb × 100% (4)

Sai số của áp lực chùy xuyên ứng với dịch chuyển 2.54mm và 5.04mm giữa các lần thí nghiệm đều nhỏ hơn 5%, đảm bảo kết quả thí nghiệm là chính xác và tin cậy (bảng 2.4) Kết quả CBR được phân tích nhằm đưa ra ảnh hưởng của đệm cát và vải địa kỹ thuật được trình bày cụ thể trong mục 3.2

Bảng 2.4 Kết quả và sai số tính toán giá trị CBR

STT Mẫu thí nghiệm CBR1

1 Mẫu không gia cường 7.35 4,73 7.57 3,08 7.57 Mẫu gia cường cát hạt nhỏ

2 Mẫu gia cường cát dày 20mm 7.63 3,86 9.31 4,31 9.31

5 Mẫu gia cường cát dày

Mẫu gia cường cát hạt to

7 Mẫu gia cường cát dày 20mm 8,68 3,76 10,74 4,66 10,74

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Ứng xử CBR hiện trường của đất sét gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật

Kết quả giá trị lực nén trung bình của các mẫu thí nghiệm được tổng hợp trong hình 3.1 cho thấy các lớp gia cường làm tăng đáng kể lực nén của mẫu đất bùn sét Mẫu đất bùn sét không gia cường có lực nén thấp nhất Khi chiều sâu xuyên càng lớn, lực nén càng tăng và độ tăng lực nén nhờ các lớp gia cường càng lớn, cho thấy biến dạng ở vải địa kỹ thuật và các lớp gia cường càng phát huy tác dụng tăng độ CBR.

Hình 3.1 Tương quan áp lực nén và chiều sâu xuyên các mẫu có và không có gia cường

Bảng 3.1 tổng hợp kết quả CBR1 và CBR2 cho các mẫu đất được gia cường bằng vải địa kỹ thuật, cho thấy giá trị CBR tăng khi giảm bề dày của lớp đất sét được gia cường Để đánh giá cụ thể khả năng tăng chỉ số CBR của vải địa kỹ thuật đối với đất sét yếu, mức tăng CBR và tỷ lệ phần trăm gia tăng CBR được xác định dựa trên sự so sánh giữa chỉ số CBR của mẫu gia cường và mẫu không gia cường.

Không gia cườngGia cường 20cmGia cường 15cmGia cường 10cm

Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ CBR1 tăng từ 15.1% lên 62.6% và CBR2 tăng từ 20.7% lên 71.1% khi đất sét được gia cố bằng vải địa kỹ thuật Bề dày mẫu đất sét càng nhỏ thì cường độ CBR càng tăng, cho thấy hiệu quả gia cố bằng vải địa kỹ thuật phụ thuộc vào độ dày của mẫu đất sét.

Kết quả từ bảng 3.1 cho thấy cường độ CBR1 lớn hơn CBR2, đặc biệt ở các mẫu gia cường bằng vải địa kỹ thuật Vải địa kỹ thuật huy động sức chịu kéo từ tương tác giữa vải và đất, từ đó tăng khả năng chịu tải cho mẫu Tuy nhiên, để huy động khả năng chịu kéo từ vải, chùy xuyên cần gây ra biến dạng đủ lớn trên vải Dịch chuyển chùy xuyên càng lớn, càng gây biến dạng lớn trên vải và càng huy động được nhiều lực căng từ vải Do đó, cường độ CBR2 (tương ứng với 5.08 mm dịch chuyển chùy xuyên) lớn hơn giá trị CBR1 (tương ứng với 2.54 mm dịch chuyển chùy xuyên).

Bảng 3.1 Kết quả và độ gia tăng chỉ số cường độ CBR

STT Mẫu thí nghiệm CBR 1 CBR 2 CBR

Ứng xử CBR hiện trường đất sét gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật

Kết quả từ hình 3.2 cho thấy giá trị lực nén trung bình của các mẫu thí nghiệm tăng nhờ các lớp gia cường trên mẫu đất bùn sét Mẫu không ngâm có lực nén thấp nhất; những mẫu được gia cường có lực nén cao hơn và mức tăng phụ thuộc vào chiều sâu xuyên Khi chiều sâu xuyên càng lớn, áp lực nén càng lớn và các lớp gia cường, cùng với vải địa kỹ thuật, phát huy hiệu quả tăng cường độ CBR Mẫu cát hạt to có lực nén cao nhất khi bề dày lớp cát là 40 mm (bảng 3.1).

Nhận thấy xu hướng ứng xử của mẫu gia cường với cát hạt nhỏ cũng tương tự mẫu gia cường cát hạt to

Trong danh mục mẫu vật liệu, có Mẫu dày 100 không gia cường và bốn Mẫu gia cường cát hạt to với độ dày lần lượt 20, 40, 80 và 150, cho phép so sánh hiệu quả gia cường theo từng mức độ dày Những mẫu này hỗ trợ đánh giá khả năng chịu lực và ứng dụng của vật liệu trong xây dựng ở các điều kiện khác nhau, từ mẫu không gia cường đến các mẫu có cát hạt to ở độ dày 20, 40, 80 và 150.

Hình 3.2 trình bày tương quan giữa áp lực nén và chiều sâu xuyên qua các mẫu gia cường, được phân tích cho hai loại cát là (a) cát hạt to và (b) cát hạt nhỏ; đồng thời nhấn mạnh ảnh hưởng của bề dày đệm cát lên chỉ số cường độ CBR của nền được gia cố Kết quả cho thấy mối quan hệ giữa tải nén và độ sâu xuyên phụ thuộc vào loại cát và cấu trúc đệm, từ đó tác động tới hiệu suất tăng cường thông qua CBR Sự khác biệt giữa cát hạt to và cát hạt nhỏ cho thấy đặc tính kích thước hạt và cách bố trí đệm cát ảnh hưởng đến sự truyền tải tải trọng và độ xuyên của mẫu Nói chung, bề dày đệm cát đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chỉ số cường độ CBR của các mẫu gia cường, nhưng mức tăng cụ thể phụ thuộc vào loại cát và điều kiện thử nghiệm.

Để đánh giá mức tăng cường độ đất sau khi gia cường bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật, tỷ lệ áp lực nén, R, được định nghĩa là tỷ số áp lực nén của mẫu gia cường (P_gia cường) và mẫu không gia cường (P_khong gia cường) tại cùng một giá trị chiều sâu xuyên Công thức R = P_gia cường / P_khong gia cường cho phép so sánh hiệu quả gia cường ở các điều kiện thử nghiệm khác nhau và giúp xác định mức độ cải thiện khả năng chịu nén của đất nhờ hệ thống đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật.

R = Pgia cường/P không gia cường (7)

Mối quan hệ giữa tỷ lệ áp lực nén tại các độ dày 2.54 mm, 5.08 mm và 10 mm theo bề dày lớp cát được thể hiện trong hình dưới Biểu đồ cho thấy mẫu gia cố bằng cát với độ dày 40 mm cho khả năng chịu tải trọng tốt nhất đối với cả cát hạt nhỏ lẫn cát hạt to Như vậy, đệm cát 40 mm là độ dày tối ưu để gia cố mẫu đất sét.

Với đệm cát hạt to có độ dày 4 cm, mức tăng áp lực nén dao động từ 1.48 lần đến 1.69 lần, tương ứng với áp lực nén ở chiều sâu xuyên 2.54 mm và 5.08 mm; xu hướng này cho thấy mức gia tăng áp lực nén tương tự ở các mức thử nghiệm khác.

Trong các thử nghiệm, mẫu dày 100 mm không gia cường và các mẫu gia cường bằng cát hạt nhỏ có độ dày 20, 40, 80 và 150 mm cho thấy việc bổ sung cát hạt nhỏ vào đất sét gia cường làm tăng áp lực nén Với cát hạt nhỏ, hệ số gia tăng áp lực nén đạt 1.41 và 1.61 (hình 3.3), cho thấy chiều sâu xuyên càng lớn thì tỷ lệ áp lực nén càng lớn Vải địa kỹ thuật cần chịu được biến dạng nhiều để huy động khả năng chịu kéo, từ đó tăng cường độ cho đất sét gia cường.

Hình 3.3 mô tả tỷ lệ áp lực nén của các mẫu gia cường bằng cát hạt nhỏ và cát hạt to ở mẫu không bão hòa, cho thấy sự khác biệt giữa hai loại cát đối với khả năng chịu nén Mẫu không gia cường có bề dày lớp cát 0 mm làm tham chiếu để đánh giá ảnh hưởng của lớp phủ cát lên kết quả nén Nghiên cứu cho thấy loại cát ảnh hưởng đến cường độ CBR của đất nền, cung cấp thông tin thiết kế quan trọng cho các ứng dụng nền móng.

Phần trăm gia tăng của CBR được tính bằng tỷ lệ giữa độ tăng chỉ số CBR của mẫu gia cường và chỉ số CBR của mẫu không gia cường, tính theo phần trăm Công thức thể hiện như sau: % tăng CBR = [(CBR_mau_gia_cuong - CBR_mau_khong_gia_cuong) / CBR_mau_khong_gia_cuong] × 100 Việc xác định phần trăm gia tăng này giúp đánh giá hiệu quả của các biện pháp gia cố đất trong thí nghiệm, so sánh các mẫu và tối ưu hóa thiết kế nền đất.

Tỷ lệ áp lực nén, R

Bề dày lớp cát, mm

Chiều sâu xuyên 2.54mm Chiều sâu xuyên 5.08 mm Chiều sâu xuyên 10 mm

Tỷ lệ áp lực nén, R

Chiều sâu xuyên 2.54 mm, 5.08 mm và 10 mm làm tăng CBR theo bề dày lớp cát Cường độ CBR tăng từ 22,93% đến 53,52% đối với cát hạt nhỏ và từ 38,4% đến 65,88% đối với cát hạt to (hình 3.4) Mẫu gia cường bằng cát hạt to có CBR cao hơn mẫu dùng cát hạt nhỏ Nguyên nhân là khả năng chịu cắt của cát hạt to lớn hơn cát hạt nhỏ; với cùng độ chặt tương đối, Dr = 80%, cát hạt to cho khả năng gia cường tốt hơn cát hạt nhỏ.

Với bề dày lớp cát gia cường mỏng (dưới 20 mm), sự chênh lệch cường độ giữa mẫu gia cường bằng cát hạt to và cát hạt nhỏ không đáng kể; tuy nhiên khi chiều dày lớp cát gia cường tăng lên (≥ 40 mm), sự chênh lệch này ngày càng lớn Nguyên nhân là khi lớp đệm cát gia cường mỏng, cường độ của cát chưa tham gia đáng kể vào cường độ tổng thể của mẫu, do đó ảnh hưởng của khả năng kháng cắt của cát chưa tác động lớn đến cường độ của mẫu thí nghiệm Khi chiều dày đạt 40 mm hoặc hơn, khả năng kháng cắt của cát đóng góp nhiều hơn vào vai trò chịu lực của mẫu thí nghiệm, từ đó ảnh hưởng lớn đến cường độ của mẫu.

Hình 3.4 Tỷ lệ gia tăng CBR của các mẫu gia cường cát hạt nhỏ và cát hạt to ứng với bề dày gia cường (20, 40, 80, 150)mm

Ảnh hưởng quá trình bão hòa đến chỉ số cường độ CBR

So với mẫu đất không bão hòa, mẫu đất gia cường nhanh chóng mất đi cường độ khi bị ngâm bão hòa (Hình 3.5) Kết quả tính toán cho thấy mẫu đất gia cường giảm tới 97% cường độ sau khi ngâm bão hòa (Bảng 3.2) Cần chú ý rằng trong quá trình ngâm, bề mặt mẫu có thể chịu tác động của quá trình thấm và dung dịch ngâm, ảnh hưởng đến kết quả đo và mức độ chịu lực của mẫu.

Trong quá trình thi công, đất sét tiếp xúc trực tiếp với nước và không có biện pháp ngăn chặn trương nở, do đó dù có gia cố bằng vải địa kỹ thuật kết hợp lớp đệm cát, khi tiến hành ngâm bảo hòa mẫu lớp đất bùn bị phá hoại và bề mặt chịu lực bị hư hỏng, chuyển thành bùn yếu trên bề mặt và làm mất khả năng chịu tải của mẫu Lúc này lớp gia cường hầu như không phát huy hiệu quả tăng cường khả năng chịu tải của đất sét Vì vậy cần có biện pháp bảo vệ bề mặt đất sét, ngăn ngừa sự bão hòa và trương nở của đất sét để đảm bảo khả năng chịu tải và hiệu quả gia cường của đệm cát và vải địa kỹ thuật.

(a) Mẫu gia cường với cát hạt to

Mẫu gia cường cát hạt to dày 150 Mẫu gia cường cát hạt to dày 150 ngâm BH

Hình 3.5 Tương quan áp lực nén và chiều sâu xuyên các mẫu gia cường (a) cát hạt to và (b) cát hạt nhỏ

Bảng 3.2 Ảnh hưởng quá trình bão hòa đến chỉ số CBR của mẫu gia cường

Mẫu thí nghiệm CBR 1 CBR 2 Đô giảm CBR do bão hòa, %

Mẫu gia cường cát hạt to 150mm 10,75 10,69

97,3 Mẫu gia cường cát hạt to 150mm, ngâm

Mẫu gia cường cát hạt nhỏ 150mm 8,74 9,85

97,0 Mẫu gia cường cát hạt nhỏ 150mm, ngâm BH 0,26 0,30

(b) Mẫu gia cường với cát hạt nhỏ

Mẫu gia cường cát hạt nhỏ dày 150 Gia cường cát hạt nhỏ dày 150 ngâm BH

KHẢO SÁT LỰC KÉO TRONG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

Mô phỏng mô hình đất sét gia cường vải địa kỹ thuật

Các thông số của đất, vải địa kỹ thuật và tải trọng đưa vào mô hình Plaxis được thể hiện trong bảng 4.1 Mô-đun đàn hồi E của đất được xác định từ phân tích ngược đối với mẫu không gia cường Giá trị sức kháng cắt của đất được lấy từ thí nghiệm cắt đất trực tiếp (hình 1) Tải trọng tác dụng vào mẫu được xác định tương ứng với hai giá trị dịch chuyển của chùy xuyên là 2.54 mm và 5.08 mm (bảng 4.2) Bảng 4.1 Thông số mô hình đất, vải địa kỹ thuật trong mô phỏng Plaxis.

Thông số đất và vải địa kỹ thuật Giá trị

Mô hình Mohr-Coulomb γ (KN/m 3 ) 16.25

Góc ma sát trong, ɸ (độ) 29.00

Modun đàn hồi của đất, E (Kpa) 27575.0

Modun đàn hồi của vải, Ev, (kN/m) 50

Kết quả và kiểm nghiệm mô hình

Kết quả biến dạng dưới tác dụng của tải trọng chùy xuyên lên mẫu gia cường 100 mm được thể hiện trong hình 4.1 Giá trị dịch chuyển của chùy xuyên trong mô phỏng là 2.57 mm, gần đúng với giá trị 2.54 mm tương ứng với tải trọng 824.55 kPa.

Hình 4.1 Kết quả chiều sâu xuyên dưới tác dụng của tải trọng chùy xuyên mô phỏng mẫu thí nghiệm mẫu 100mm có gia cường vải địa kỹ thuật

Kết quả độ dịch chuyển chùy xuyên trong mô phỏng Plaxis được thể hiện trong bảng

4.2, trong đó, sai lệch giữa kết quả mô phỏng và thí nghiệm không lệch quá 1%

Khoảng cách, m Độ sâu, cm 10 5

Bảng 4.2 Bảng tổng hợp so sánh kết quả chuyển vị chùy xuyên thí nghiệm và chuyển vị chùy xuyên theo mô phỏng

Chuyển vị chùy xuyên từ thí nghiệm

Mẫu thí nghiệm Áp lực nén

KQ mô phỏng chuyển vị chùy xuyên (mm)

Sai số so với thí nghiệm, %

Lực kéo huy động trong vải địa kỹ thuật của mẫu đất gia cường

Kết quả lực kéo của vải cho thấy lực kéo lớn nhất tại vị trí trung tâm của vải (hình 4.2) Giá trị lực kéo giảm dần đến 2 biên của vải Như vậy, vải được neo tại 2 biên, biến dạng lõm tại vị trí trung tâm, tạo ra lực kéo màng nhằm gia tăng cường độ cho mẫu đất gia cường Kết quả này cho thấy vải biến dạng lõm theo dịch chuyển của chùy xuyên Kết quả này phù hợp với biến dạng thực tế của vải

Hình 4.2 Phân bố lực kéo vải địa kỹ thuật trong mẫu gia cường 10cm

Lực kéo trong vải được tổng hợp trong bảng 4.3 trong đó lực kéo trong vải tăng lên theo cường độ CBR của mẫu gia cường Kết quả cho thấy lực kéo trong vải càng lớn, càng gia tăng cường độ CBR cho mẫu gia cường Tương quan này phù hợp với cả cường độ CBR1 và CBR2

Bảng 4.3 Bảng tổng hợp lực kéo lớn nhất trong vải và độ gia tăng CBR1 và CBR2

P Vải (KN/m) tương ứng với dịch chuyển chùy xuyên 2.54mm 12.26 12.77 13.30

P Vải (KN/m) tương ứng với dịch chuyển chùy xuyên 5.08mm 13.25 17.48 18.79

Quan hệ giữa độ gia tăng CBR và lực kéo trong vải địa kỹ thuật cho thấy cường độ của mẫu gia cường tăng tuyến tính theo lực kéo được huy động trong vải (hình 4.3) Kết quả này phù hợp với các kết quả thí nghiệm nén 3 trục của đất gia cường bằng vải địa kỹ thuật (Nguyễn và cộng sự, 2013; Yang và cộng sự, 2015) So sánh lực kéo huy động trong vải khi chiều sâu xuyên nhỏ (2.54 mm) và khi chiều sâu xuyên lớn (5.04 mm) cho thấy khi chiều sâu xuyên lớn, lực kéo trong vải tăng lên đồng thời áp lực nén cũng tăng, điều này chứng minh vải địa kỹ thuật cần có mức biến dạng lớn của mẫu để huy động lực kéo trong vải.

Hình 4.3 Biểu đồ tương quan độ gia tăng CBR và lực kéo trong vải địa kỹ thuật

Mô phỏng đất sét gia cường đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật

Nhằm xác định lực kéo trong vải khi gia cường có kẹp cát ở giữa, mẫu thí nghiệm được mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D phiên bản 8.2 bài toán phẳng

Các thông số của đất, vải địa kỹ thuật, cát hạt nhỏ, cát hạt to và tải trọng đưa vào mô hình Plaxis được thể hiện trong bảng 4.4 Mô-đun đàn hồi E của đất được xác định từ phân tích ngược đối với mẫu không gia cường Tải trọng tác dụng lên mẫu được xác định tương ứng với hai giá trị dịch chuyển của chùy xuyên là 2,54 mm và 5,08 mm (bảng 4.4) Đối với cát thì lực dính c = 0.

Lực kéo trong vải, kN/m Độ gia tăng CBR, CBR, %

Chiều sâu xuyên 2.54mmChiều sâu xuyên 5.08mm

Bảng 4.4 Thông số mô hình đất + vải địa kỹ thuật + cát hạt nhỏ cát hạt to trong mô phỏng Plaxis

STT Thông số đất, vải địa kỹ thuật và cát Giá trị

9 Góc ma sát trong, ɸ (độ) đất 29.0

10 Góc ma sát trong, ɸ (độ) cát hạt nhỏ 36.0

11 Góc ma sát trong, ɸ (độ) cát hạt to 41.0

12 Modun đàn hồi của, E (kpa) đất 27575.0

13 Modun đàn hồi của, E (kpa) cát 16780

14 Modun đàn hồi của vải, Ev, (kN/m) 50

15 Hệ số thấm, Kx=Ky, (m/day) đất 0.0000001

16 Hệ số thấm, Kx=Ky, (m/day) cát 8.64

Kết quả và kiểm nghiệm mô hình

Kết quả biến dạng dưới tác dụng của tải trọng chùy xuyên lên mẫu gia cường với bề dày đệm cát 20 mm được trình bày trong hình 4.4 Kết quả mô phỏng xác định chuyển vị trục xuyên cho mẫu cho thấy sự nhất quán đáng kể so với dữ liệu thí nghiệm Sai số giữa kết quả mô phỏng và kết quả thí nghiệm được thể hiện trong bảng 4.5, với sai số nhỏ hơn 1% cho thấy độ chính xác của mô hình mô phỏng.

Hình 4.4 Kết quả mô hình Plaxis mẫu gia cường cho 2 loại cát với bề dày 20mm tại chuyển vị 2.54mm

Bảng 4.5 Bảng tổng hợp thông số sai lệch kết quả chuyển vị trụ xuyên thí nghiệm hiện trường và chuyển vị trụ xuyên theo mô phỏng

Mẫu thí nghiệm Áp lực nén (kpa)

Chuyển vị trụ xuyên theo kq mô phỏng (mm)

Sai số kq mô phỏng xác định chuyển vi trụ xuyên,

Mẫu gia cường cát hạt nhỏ

Mẫu gia cường cát hạt to

Lực kéo huy động trong vải địa kỹ thuật của mẫu đất gia cường đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật

Phân tích biểu đồ tương quan giữa sự gia tăng của CBR và lực kéo trong vải cho thấy cường độ của mẫu tăng lên khi lực kéo được huy động bởi vải địa kỹ thuật Lực kéo trong vải tăng và áp lực nén cũng tăng khi độ sâu xuyên sâu hơn, từ 2.54 mm lên 5.04 mm, cho thấy độ sâu xuyên lớn hơn kích thích nhiều lực kéo trong vải Điều này chứng minh vải địa kỹ thuật cần có mức biến dạng lớn của mẫu để huy động tối đa lực kéo Đồng thời, lực kéo trong vải càng lớn khi gặp cát có hạt to hơn so với cát có hạt nhỏ Lực kéo trong vải ở lớp 1 lớn hơn ở lớp 2, nguyên nhân là vị trí lớp 1 gần vị trí gây áp lực nén lớn nhất.

Bảng 4.6 Bảng tổng hợp thông số độ gia tăng CBR và lực kéo trong vải cát hạt nhỏ và cát hạt to

Mẫu 100 gia cường dày 20mm

Mẫu 100 gia cường 150mm Mẫu gia cường cát hạt nhỏ

5.03 kN/m 11.72kN/m 11.47kN/m 11.46kN/m Lớp vải 2 4.55 kN/m 5.60 kN/m 4.66 kN/m 3.97 kN/m

10.15kN/m 17.52kN/m 16.03kN/m 14.20kN/m Lớp vải 2 8.52 kN/m 9.14 kN/m 8.86 kN/m 5.90 kN/m

Mẫu 100 gia cường 150mm Mẫu gia cường cát hạt to

5.16 kN/m 12.99kN/m 9.13 kN/m 10.04kN/m Lớp vải 2 5.83 kN/m 4.54 kN/m 4.83 kN/m 4.24 kN/m

15.62kN/m 20.25kN/m 18.82kN/m 16.9 kN/m Lớp vải 2 9.00 kN/m 9.11 kN/m 7.74 kN/m 7.35 kN/m

Hình 4.5 Biểu đồ tương quan độ gia tăng CBR, ∆CBR% và lực kéo trong vải cát hạt nhỏ

Hình 4.6 Biểu đồ tương quan độ gia tăng CBR, ∆CBR% và lực kéo trong vải cát hạt to

CBR tại biến dạng 2.54mm CBR tại biến dạng 5.08mm

CBR tại biến dạng 2.54mmCBR tại biến dạng 5.08mm

Định dạng
Số trang	84
Dung lượng	5,7 MB