Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu làm nền đê nông thôn tỉnh kiên giang

Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu làm nền đê nông thôn tỉnh kiên giang Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu làm nền đê nông thôn tỉnh kiên giang Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu làm nền đê nông thôn tỉnh kiên giang Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu làm nền đê nông thôn tỉnh kiên giang

Đặt vấn đề

Việc nâng cấp và xây dựng mạng lưới đường giao thông tại tỉnh Kiên Giang đang gặp nhiều khó khăn do đặc điểm địa chất của vùng Đất chủ yếu là trầm tích châu thổ, với lớp đất sét yếu, dày từ 1 đến 30 m, thường bị nhiễm muối và phèn Cường độ chống cắt thấp và độ nén lún lớn, hàm lượng hữu cơ từ 2 đến 5%, gây trở ngại cho việc thi công Qua khảo sát, lớp đất sét màu xám có chiều dày từ 10 đến 23 m và lớp đất sét màu xám vàng nửa cứng cũng gây khó khăn trong xử lý khi xây dựng các công trình.

Hình 1 1 Mặt c t địa chất tại huyện Vĩnh Thuận tỉnh Kiên Giang [1]

Hình 1 2 Mặt c t địa chất tại huyện An Biên tỉnh Kiên Giang [1]

Hình 1 3 Mặt c t địa chất tại huyện Gò Quao tỉnh Kiên Giang [1]

Nếu không xử lý kịp thời, nền đường có thể bị sụp lún hoặc trượt, gây hư hỏng nhanh chóng cho kết cấu mặt đường Tại tỉnh Kiên Giang, hiện tượng này đã xảy ra trên đường Tỉnh lộ 965 (tuyến đê bao ngoài rừng Quốc gia U Minh Thượng), với 11 điểm sạt lở nghiêm trọng trên toàn tuyến.

5 dài 345 m, nhiều chỗ ăn sâu đến 2 m, đặc biệt trong các vụ sạt lở đ làm 11 căn nhà cấp 4 của người dân bị hư hỏng hoàn toàn [27]

Hình 1 4 Bờ sông bị sạt lở trên địa bàn huyện U Minh Thượng [29]

Nguyên nhân có thể là do sức chịu tải của nền đất yếu không đủ hoặc độ lún của nền đường diễn ra quá chậm Để khắc phục tình trạng này, cần áp dụng các biện pháp xử lý nhằm tăng cường độ ổn định và rút ngắn thời gian lún của nền đường trên đất yếu Các biện pháp xử lý có thể được chia thành ba nhóm chính.

- Thay đổi, sửa chữa đồ án thiết kế (như giảm chiều cao nền đ p hoặc di chuyển vị trí tuyến đến khu vực có chiều dày lớp đất yếu mỏng)

Các biện pháp hiệu quả trong việc bố trí thời gian bao gồm xây dựng theo giai đoạn, đồng thời áp dụng các giải pháp về vật liệu như sử dụng bệ phản áp, vật liệu nhẹ và đào bỏ những phần yếu Ngoài ra, việc kết hợp cả hai giải pháp trên thông qua gia tải tạm thời cũng là một phương án cần được xem xét.

Để xử lý nền đất yếu, có thể áp dụng các biện pháp như cọc cát, cột balát, cột đất gia cố vôi, và nền cọc Những phương pháp này yêu cầu thiết bị chuyên dụng và cần được thực hiện bởi các đơn vị chuyên nghiệp Mỗi trường hợp cụ thể sẽ có giải pháp phù hợp riêng.

Để lựa chọn biện pháp xử lý nền đất yếu cho các công trình, cần phân tích các yếu tố như tính chất và tầm quan trọng của công trình, thời gian, tính chất và chiều dày của lớp đất yếu, và đặc biệt là giá thành xây dựng, vì đa phần các dự án đường nông thôn do nhà nước và nhân dân cùng đầu tư Mặc dù đã có một số nghiên cứu về địa chất công trình ở các tỉnh ven biển Đồng bằng sông Cửu Long, bao gồm tỉnh Kiên Giang, nhưng vẫn còn thiếu sót trong việc hiểu rõ các đặc tính địa chất của đất yếu Có nhiều phương pháp để ổn định nền đất yếu và tăng sức chịu tải, nhưng việc ứng dụng chúng còn hạn chế do kinh phí Do đó, việc nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu tại Kiên Giang là cấp thiết, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nền đường, tìm ra giải pháp ổn định nền đất, tăng độ bền vững cho công trình và tối ưu hóa chi phí thi công.

Tổng quan về địa chất khu vực Kiên Giang

Kiên Giang có lớp trầm tích trẻ dày, chủ yếu bao gồm các loại đất yếu như sét yếu, cát chảy và bùn, ảnh hưởng đến đặc điểm địa chất của khu vực này.

 Đặt trưng cơ lý của nền đất sét yếu bão hòa nước ở Kiên Giang:

Tầng trầm tích mới ở Kiên Giang là đối tượng nghiên cứu chính trong lĩnh vực địa chất công trình, với các lớp đất chủ yếu là đất sét hữu cơ và không hữu cơ có độ sệt khác nhau Ngoài ra, khu vực này còn có sự hiện diện của các lớp cát, sét bùn, vỏ sò và sạn Laterit, cùng với các vệt cát mỏng nằm trong lớp đất sét.

Dựa trên hình trụ hố khoan trong phạm vi độ sâu khoảng 30m của các công trình tại các huyện Vĩnh Thuận, Tân Hiệp, U Minh Thượng, Gò Quao và Giồng Riềng, có thể phân chia các lớp đất nền thành nhiều loại khác nhau.

Lớp đất bề mặt dày từ 0,5 đến 1,5m bao gồm các loại đất sét, hạt bụi và sét cát, với màu sắc từ xám nhạt đến xám vàng Ở một số khu vực, lớp đất này là bùn sét hữu cơ màu xám đen Đặc biệt, lớp đất này có thể nằm trên hoặc dưới mực nước ngầm, tạo thành các vùng sình lầy.

+ Lớp sét hữu cơ: Nằm dưới lớp mặt là lớp sét hữu cơ, có chiều dày thay đổi từ

Chiều cao của lớp đất ở Mỹ Đức thuộc Hà Tiên dao động từ 3m đến 4m, trong khi vùng Giồng Riềng có chiều cao từ 9m đến 18m, và vùng U Minh Thượng cao từ 18m đến 20m Lớp đất này có xu hướng tăng dần về phía biển, với các lớp gần mặt đất chứa nhiều khối hữu cơ dạng than bùn Đặc biệt, đất ở đây rất ẩm và thường xuyên bị bão hòa nước.

Lớp đất này thường có trạng thái dẻo mềm, từ dẻo chảy đến chảy Đặc điểm của nó là chưa được nén chặt, với hệ số rỗng tự nhiên lớn, dung trọng nhỏ và sức chống cắt thấp Góc ma sát trong nhỏ hơn 10 độ và lực dính C dưới 12 kN/m², trong thực tế, loại đất này thường được gọi là “Sét bùn hữu cơ”.

Lớp sét cát chứa ít sạn, mảnh vụn Laterit và vỏ sò, có độ dày từ 3m đến 5m, thường nằm giữa lớp sét hữu cơ và lớp đất sét không hữu cơ, như tại Hà Tiên và Giang Thành Tại Giồng Riềng, lớp cát lại xuất hiện giữa các lớp sét Lớp này không đồng nhất và phân bố không liên tục trên toàn tỉnh Kiên Giang.

+ Một số tài liệu thu được ở Phú Quốc cho biết: Lớp cát có độ ẩm tự nhiên W 32% ÷ 35%, dung trọng tự nhiên bằng γ = 16.9 ÷ 17.5 N/m 3 , góc ma sát trong υ)÷30 0

+ Lớp đất sét không lẫn hữu cơ: Lớp đất sét khá dày ở những độ sâu khác nhau

Một số hố khoan ở Hà Tiên cho thấy lớp đất sét chặt nằm cách mặt đất từ 3m đến 4m, trong khi ở Giồng Riềng, lớp đất sét này nằm sâu từ 9m đến 10m; tại Tân Hiệp là 15m đến 16m; và ở U Minh Thượng là 25m đến 26m Ở những khu vực ven biển, lớp đất sét càng nằm sâu hơn Lớp đất sét có màu xám vàng hoặc vàng nhạt, hoàn toàn bão hòa nước, với trạng thái dẻo cứng đến dẻo chảy, có khả năng chịu tải tốt hơn lớp sét hữu cơ Đặc điểm chống cắt của lớp đất này cho thấy góc ma sát trong đạt 17 độ và C = 28 kN/m².

 Đặc trƣng cơ lý đất bùn ở một số huyện ở Kiên Giang:

Bề mặt Đồng bằng sông Cửu Long chủ yếu được hình thành từ tầng trầm tích Holoxen, bao gồm các loại đất dính như sét, á sét, á cát có trạng thái từ nửa cứng đến dẻo chảy, cùng với các loại bùn sét và bùn á sét Góc ma sát trong dao động từ 40° đến 90°, trong khi lực dính thay đổi từ 6 đến 15 kN/m² Trong điều kiện tự nhiên, sức chống cắt của các lớp bùn, theo sơ đồ cắt nhanh không nén cố kết, đạt giá trị cao nhất ở lớp bùn á cát với góc ma sát 80°30’ và lực dính 10 N/m², trong khi giá trị thấp nhất ghi nhận là 50° với lực dính 6 kN/m².

Xác định thành phần hạt của đất

Bảng 1 1 Kết quả thí nghiệm xác định thành phần hạt đất sét bùn yếu lòng sông huyện Vĩnh Thuận, Gò Quao, U Minh Thượng, An Minh tỉnh Kiên Giang

Hình 1 5 Kết quả thí nghiệm xác định thành phần của đất [8]

Bảng 1 2 Hệ số hông đồng nhất Cu và hệ số cấp phối Cg

Xác định độ ẩm tối ưu của đất thí nghiệm đầm chặt

Hình 1 6 Biểu đồ tương quan hệ giữa độ ẩm với dung trọng và đường bảo hòa [8]

Nhìn vào Hình 1.6 xác định được độ ẩm tối ưu và đường dung trọng khô lớn nhất của đất là:

- Độ ẩm tối ưu W OMC = 24,3 %

- Dung trọng ẩm của đất lớn nhất:

Bảng 1 3 Tổng hợp tính chất vật lý của đất sét yếu khu vực lòng sông huyện

Vĩnh Thuận, Gò Quao, U Minh Thượng, An Minh tỉnh Kiên Giang

STT THÍ NGHIỆM GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ

4 Dung trọng tự nhiên của đất  w 16.15 kN/m 3

5 Độ ẩm tự nhiên của đất 46.06 %

6 Thành phần hạt của đất Phần trăm hạt mịn lọt sàn 200 96.99 %

7 Thành phần hạt của đất Phần trăm hạt thô trên sàn 200 3.01 %

8 Góc ma sát trong của đất tại 80, độ ẩm 24,3 % 7.38 độ

9 Lực d nh C tại 80, độ ẩm 24,3 % 4.09 kPa

Kết quả thí nghiệm cho thấy đất tại huyện Vĩnh Thuận, Gò Quao, U Minh Thượng và An Minh thuộc tỉnh Kiên Giang là loại sét vô cơ dẻo cao, được phân loại là sét béo CH (Clay High).

Tính chất cơ học của đất sét yếu tại khu vực huyện Vĩnh Thuận, Gò Quao, U Minh Thượng, An Minh tỉnh Kiên Giang

Tiến hành thí nghiệm theo các bước của TCVN 4199: 1995 – Đất xây dựng – Phương pháp xác định sức chống c t trong phòng thí nghiệm ở máy c t phẳng

Tính ứng suất c t và ứng suất pháp tuyến:

Hình 1 7 Biểu đồ quan hệ ứng suất c t và ứng suất pháp [8]

Hình 1 8 Kết quả sức kháng c t nhanh của đất bùn tự nhiên tại độ ẩm,

Bảng 1 4 Phân loại đất sét (Clay), Yêu cầu chung: Hàm lượng hạt mịn > 50%

Yêu cầu Mô tả Xếp loại đất

Giới hạn chảy, LL 50, được phân loại là Pt (Peat).

Theo kết quả thí nghiệm và bảng phân loại đất sét, chúng tôi kết luận rằng đất lòng sông tại huyện Vĩnh Thuận, Gò Quao, U Minh Thượng, An Minh thuộc tỉnh Kiên Giang có loại sét vô cơ dẻo cao, cụ thể là sét béo CH (Clay High).

Tính chất cơ lý của Kiên Giang rất thấp, dẫn đến khả năng chịu đựng các tác động bên ngoài kém Điều này là một trong những nguyên nhân chính gây ra hiện tượng sụp lún nền đường trong khu vực.

Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Địa phương hàng năm thường xuyên nạo vét lòng ênh, mương và sông để phục vụ nhu cầu sinh hoạt và canh tác nông nghiệp Tuy nhiên, nguồn tài nguyên cát đang ngày càng cạn kiệt Do đó, nghiên cứu này nhằm tận dụng đất nạo vét để thiết kế giao thông nông thôn, thay vì sử dụng đất này cho các mục đích khác như đắp ao, hồ hay trồng cây Việc áp dụng phương pháp này sẽ giúp giảm đáng kể chi phí vật liệu cát Hơn nữa, biện pháp thi công nền đường từ bùn nhão khai thác từ lòng sông không chỉ giúp bảo vệ đất canh tác mà còn tăng độ sâu lòng sông, mang lại nhiều lợi ích cho cộng đồng.

Việc đảm bảo cao độ nền đường giao thông qua 13 con sông là rất quan trọng Tuy nhiên, nhiều yếu tố kỹ thuật đã gây khó khăn trong việc áp dụng biện pháp thi công này trong thực tế.

Sử dụng bùn yếu làm đất đắp cho nền đường có thể dẫn đến kéo dài thời gian thi công và gây ra các sự cố như lún, biến dạng và mất ổn định cho hệ thống giao thông Do đặc tính nhão của loại đất này, cần áp dụng các biện pháp gia cường để đảm bảo khả năng chịu tải trọng của phương tiện giao thông.

1.7 Phân tích tính thời sự, ý nghĩa khoa học và sự cần thiết của vấn đề cần nghiên cứu

Việc áp dụng vải địa kỹ thuật trong gia cố đất sét yếu đang trở nên phổ biến trên toàn cầu, nhưng nghiên cứu về xử lý nền đất yếu, đặc biệt là nền đường giao thông tại Việt Nam, vẫn còn hạn chế Nghiên cứu sử dụng bùn sét yếu từ lòng sông không chỉ giúp tiết kiệm đất nông nghiệp mà còn giảm chi phí xây dựng nền đường, cải thiện dòng chảy và tăng chiều sâu lòng sông Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng làm rõ ứng xử cố kết của đất bùn yếu khi được gia cường bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật, đồng thời xác định các thông số tối ưu cho quá trình gia cường Chủ đề này hứa hẹn cung cấp những báo cáo khoa học có giá trị cao thông qua các bài viết đăng trên tạp chí chuyên ngành.

Nghiên cứu về biện pháp thúc đẩy quá trình cố kết của đất bùn yếu bằng cách sử dụng đệm cát và vải địa kỹ thuật là cần thiết để giảm thời gian thi công nền đường Bên cạnh đó, việc khảo sát ứng xử của lớp bùn sau khi cố kết với sự hỗ trợ của vải địa kỹ thuật và đệm cát giúp đánh giá khả năng chịu tải của nền đường Từ đó, nghiên cứu đưa ra thông số tối ưu cho bề dày đệm cát, khoảng cách giữa các lớp đệm cát và cường độ của vải địa kỹ thuật, phục vụ cho thiết kế nền đường bùn yếu Nghiên cứu này mở ra phương pháp mới cho việc xây dựng đường giao thông nông thôn ven sông tại đồng bằng sông Cửu Long.

Hình 1 9 Thi công nạo vét lòng kênh [8]

Hình 1 10 Nạo vét kênh 14 lấy đất làm đường giao thông [8]

1.8 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

1.8.1 Mục tiêu của đề tài

Dựa trên những phân tích trước đó, đề tài luận văn "Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu làm nền đê nông thôn tỉnh Kiên Giang" tập trung vào việc nghiên cứu toàn diện các vấn đề liên quan đến ứng dụng đệm cát nhằm cải thiện độ ổn định và khả năng chịu tải của nền đất yếu, góp phần nâng cao chất lượng công trình đê nông thôn tại tỉnh Kiên Giang.

Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng đất sét yếu được gia cường bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật, nhằm kiểm nghiệm kết quả từ các thí nghiệm và công trình thực tế.

Nghiên cứu này tập trung vào mối tương quan giữa độ lún cố kết của lớp sét yếu và các điều kiện gia cường khác nhau, bao gồm bề dày của lớp đệm cát, số lượng lớp đệm cát, và bề dày của lớp đất sét yếu được gia cường.

Nghiên cứu tập trung vào việc xác định các thông số tối ưu liên quan đến bề dày và phân bố khoảng cách đệm cát, nhằm phân tích ảnh hưởng của thời gian cố kết và cường độ của đất sét gia cường trong điều kiện bão hòa.

Nghiên cứu này áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng đất sét bão hòa gia cường bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật, nhằm xác định thời gian và độ lún cố kết của lớp đất sét yếu gia cường Kết quả nghiên cứu cung cấp các phân tích tương quan về ứng xử lún cố kết của đất sét yếu gia cường trong điều kiện bão hòa nước dưới các tải trọng khác nhau Bằng cách so sánh kết quả quan trắc với mô phỏng công trình thực tế, nghiên cứu cũng đề xuất chiều cao lớp đất phù hợp cho thiết kế công trình trên khu vực đất yếu tại Kiên Giang.

1.8.3 T nh mới của đề tài

Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường cho nền bùn sét yếu tại đường đê giao thông nông thôn tỉnh Kiên Giang là một đề tài mới Bùn yếu được khai thác trực tiếp từ lòng sông và được gia cường bằng vải địa kỹ thuật kết hợp với đệm cát Nguyên lý hoạt động của phương pháp này là đệm cát tạo ra biên thoát nước, giúp đẩy nhanh quá trình cố kết của đất sét bùn yếu, trong khi vải địa kỹ thuật ngăn chặn sự xâm nhập của đất bùn vào đệm cát, từ đó nâng cao độ ổn định của nền đất.

16 hợp đệm cát và vải địa kỹ thuật tạo thành hệ chịu lực đảm bảo khả năng chịu tải trọng cho nền đường

Nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn nhằm mô phỏng mô hình đất sét yếu gia cường bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật, với mục tiêu kiểm nghiệm tính chính xác của mô hình thực tế.

Nghiên cứu mối quan hệ giữa chiều cao đất đắp (H) khác nhau cho nền đường nhằm so sánh hệ số an toàn Msf và độ lún St trong một khoảng thời gian nhất định Mục tiêu là xác định chiều cao đất đắp (H) an toàn và kinh tế nhất cho các công trình giao thông.

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích mối tương quan và tối ưu hóa các thông số liên quan đến bề dày gia cường lớp cát lót và vải địa kỹ thuật, cũng như phân bố khoảng cách đệm cát Mục tiêu là cải thiện khả năng chịu lực và thời gian cố kết của lớp sét yếu, nhằm nâng cao hiệu quả cho các tuyến đường cấp IV trong giao thông nông thôn.

1.9 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu

Lê Bá Vinh và cộng sự đã nghiên cứu giải pháp xử lý nền và tính toán ổn định cho công trình đường cấp III trên nền đất yếu mỏng Nghiên cứu tập trung vào các biện pháp xử lý nền đất yếu bằng cách sử dụng đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật và cừ tràm Phương pháp tính toán hệ số an toàn chống trượt đối với nền tự nhiên cũng được đề xuất, đồng thời xem xét ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật trong việc gia cố và tăng cường ổn định cho nền đất yếu dưới nền đường.

Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

1.8.1 Mục tiêu của đề tài

Dựa trên các phân tích đã trình bày, luận văn "Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu làm nền đê nông thôn tỉnh Kiên Giang" sẽ tập trung vào việc nghiên cứu toàn diện các vấn đề liên quan đến việc cải thiện nền đất yếu tại khu vực nông thôn, nhằm nâng cao hiệu quả và độ bền của các công trình đê.

Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng mô hình đất sét yếu được gia cường bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật, đồng thời kiểm nghiệm kết quả từ các thí nghiệm và công trình thực tế.

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích mối tương quan giữa độ lún cố kết của lớp sét yếu và các điều kiện gia cường khác nhau, bao gồm bề dày đệm cát, số lớp đệm cát, và bề dày lớp đất sét yếu được gia cường.

Nghiên cứu tập trung vào việc xác định các thông số tối ưu cho bề dày và khoảng cách của đệm cát, cũng như ảnh hưởng của thời gian cố kết và cường độ của đất sét gia cường trong điều kiện bão hòa Việc này nhằm cải thiện hiệu suất và độ bền của công trình xây dựng.

Nghiên cứu này áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng đất sét bão hòa gia cường bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật, nhằm xác định thời gian và độ lún cố kết của lớp đất sét yếu gia cường Kết quả nghiên cứu cung cấp những phân tích tương quan về ứng xử lún cố kết của đất sét yếu gia cường trong điều kiện bão hòa nước dưới các tải trọng khác nhau Bằng cách so sánh kết quả quan trắc với kết quả mô phỏng thực tế, nghiên cứu đề xuất chiều cao lớp đất hợp lý cho việc thiết kế công trình trên khu vực đất yếu tại Kiên Giang.

1.8.3 T nh mới của đề tài

Đề tài nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu cho đường đê giao thông nông thôn tỉnh Kiên Giang mang tính mới mẻ Bùn yếu được khai thác từ lòng sông và được gia cường bằng vải địa kỹ thuật kết hợp với đệm cát Nguyên lý hoạt động của phương pháp này là đệm cát tạo biên thoát nước, giúp đẩy nhanh quá trình cố kết của đất sét bùn yếu, trong khi vải địa kỹ thuật ngăn chặn sự xâm nhập của đất bùn vào đệm cát, đảm bảo độ ổn định của nền đường.

16 hợp đệm cát và vải địa kỹ thuật tạo thành hệ chịu lực đảm bảo khả năng chịu tải trọng cho nền đường

Nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn nhằm mô phỏng mô hình đất sét yếu gia cường với đệm cát và vải địa kỹ thuật, giúp kiểm nghiệm giá trị của mô hình thực tế.

Nghiên cứu này phân tích mối quan hệ giữa chiều cao đất đắp (H) khác nhau cho nền đường, nhằm so sánh hệ số an toàn Msf và độ lún St trong một khoảng thời gian nhất định Kết quả sẽ giúp xác định chiều cao đất đắp (H) tối ưu, đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế cho công trình.

Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số bề dày của lớp cát lót và vải địa kỹ thuật, cũng như phân bố khoảng cách đệm cát Mục tiêu là cải thiện khả năng chịu lực và rút ngắn thời gian cố kết của lớp sét yếu, đặc biệt trong bối cảnh xây dựng đường cấp IV giao thông nông thôn Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc thiết kế và thi công các công trình hạ tầng giao thông hiệu quả và bền vững.

Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu

Lê Bá Vinh và cộng sự đã nghiên cứu giải pháp xử lý nền và tính toán ổn định cho công trình đường cấp III trên nền đất yếu mỏng Nghiên cứu tập trung vào các biện pháp xử lý nền đất yếu bằng cách sử dụng đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật và cừ tràm Phương pháp tính toán hệ số an toàn chống trượt đối với nền tự nhiên cũng được đề xuất, đồng thời xem xét ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật trong việc gia cố và tăng cường ổn định cho nền đất yếu dưới nền đường.

Lê Xuân Roanh đã đề xuất công nghệ xử lý nền và thi công đê, đập chống sóng trên nền đất yếu, bao gồm một số phương pháp như: (1) sử dụng đệm cát để tạo lớp chịu lực và thoát nước cho nền đê, (2) áp dụng bấc thấm nhằm tăng khả năng thoát nước qua hệ thống thoát nước đứng, (3) triển khai giếng cát vừa làm biên thấm đứng vừa chịu tải trọng, (4) ứng dụng vải địa kỹ thuật để gia cố nền, phân cách nền đê và thân đê, đồng thời phân bố đều áp lực đất, tăng cường độ bền chống trượt và giảm mặt cắt ngang đê.

Nghiên cứu cho thấy việc xử lý nền bằng cọc đệm cát và gia cố bằng cọc xi măng đất, cùng với việc sử dụng vật liệu như cát hoặc cọc vật liệu rời, giúp rút ngắn khoảng cách thoát nước Phương pháp này bố trí các hành lang thoát nước theo phương thẳng đứng và phương ngang, đồng thời phủ lớp cát thoát nước và lớp gia tải trên bề mặt đất nền để tăng tốc độ cố kết.

Nguyễn Đình Thứ cho rằng chiều cao bấc thấm là yếu tố quyết định đến khoảng cách bấc thấm, từ đó ảnh hưởng đến thời gian thi công và chi phí xây dựng.

Theo tiêu chuẩn TCVN 262 – 2000, thông số (ch) có thể xác định qua thí nghiệm nén lún không nở hông đối với mẫu nguyên dạng lấy theo phương nằm ngang hoặc trong giai đoạn lập dự án khả thi Tuy nhiên, việc lựa chọn phương pháp này không hề đơn giản, vì nó ảnh hưởng đến chất lượng nền xử lý, mạng lưới thiết bị tiêu thoát nước và chi phí công trình.

Phạm Thị Nghĩa và cộng sự đã xác định rằng chỉ số ch được đo bằng thiết bị CPTu và khẳng định rằng chỉ số này phụ thuộc vào nguồn gốc và thành phần của đất yếu.

Hệ số cố kết theo phương ngang tương đương (ch(ap)) của đất yếu được xác định từ kết quả phân tích ngược theo lý thuyết của Barron (1948) tại thành phố Hải Phòng và các tỉnh phía Bắc Việt Nam, cũng như thành phố Vũng Tàu Nghiên cứu của các tác giả như Suzu i và cộng sự, cùng Nguyễn Duy Quang và cộng sự đã chỉ ra rằng giá trị ch(ap) của đất yếu có sự biến đổi phức tạp, phụ thuộc vào điều kiện hình thành và môi trường tồn tại.

Nguyễn Đình Thứ đã thống kê các đặc điểm và tính chất cơ lý của đất yếu tại một số tuyến đường xây dựng, đồng thời mô tả điều kiện địa chất công trình của tuyến N2 Tác giả đề xuất một số giải pháp xử lý nền đường, nhấn mạnh các đặc trưng cơ lý như sức kháng cắt, khả năng thoát nước và đặc tính cố kết của đất, nhằm cải thiện chất lượng nền đường.

Dương Tuấn Minh [20] đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu tính chất cơ lý của đất yếu tại một số tỉnh ở Đồng bằng sông Cửu Long, đồng thời tổng kết những đặc điểm nổi bật của loại đất này Việc hiểu rõ những đặc tính này là rất cần thiết để lựa chọn các giải pháp xử lý nền đất yếu hiệu quả.

Vũ Đình Phụng và cộng sự đã chỉ ra một số chỉ tiêu cơ bản của đất yếu, sử dụng làm số liệu đầu vào cho việc tính toán thiết kế nền đất yếu.

- Nagaraj và cộng sự [22] đ đề cập phương pháp nghiên cứu thành phần vật chất, đặc điểm cố kết và sức kháng c t của đất yếu

Frantisek Havel đã nghiên cứu đặc điểm từ biến của đất yếu thông qua thí nghiệm nén cố kết và nén ba trục, đồng thời mô hình hóa trên phần mềm Plaxis 8.5 Nghiên cứu này cung cấp các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu một cách chính xác, rất quan trọng cho việc xây dựng công trình.

Larsson [24] đã phân tích và chỉ ra các đặc điểm của sự cố kết của đất yếu thông qua thí nghiệm trong phòng và quan trắc ngoài hiện trường tại nhiều dự án khác nhau Tác giả nghiên cứu hệ thống các đặc điểm và thông số đặc trưng cho quá trình cố kết thấm, khẳng định rằng đất có tính từ biến và chỉ ra các yếu tố ảnh hưởng Những phát hiện này đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu sự cố kết của đất yếu.

Phương pháp bơm bùn lòng sông của Shang [25] đã được áp dụng rộng rãi trong các công trình lấn biển Tuy nhiên, loại bùn này có đặc điểm là hàm lượng nước cao, độ rỗng lớn, khả năng biến dạng cao và sức chịu lực kém, điều này cần được lưu ý khi sử dụng trong xây dựng.

Nghiên cứu của Yu [26] chỉ ra rằng việc sử dụng đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật có hiệu quả trong việc làm nền móng cho đê chắn trên nền đất yếu Kết quả cho thấy sự kết hợp này giúp cải thiện độ ổn định và khả năng chịu tải của công trình.

2 vai trò: (1) vải địa kỹ thuật ngăn cản biến dạng ngang và tăng t nh ổn định cho đê;

Vải địa kỹ thuật đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn dịch chuyển ngang của đất nền dưới đê, đặc biệt khi nền đất yếu Sự dịch chuyển ngang lớn hơn sẽ làm tăng hiệu quả của vải địa kỹ thuật, đặc biệt khi lớp đệm cát nằm dưới hoặc kẹp giữa các lớp đất yếu Nghiên cứu cho thấy rằng vải địa kỹ thuật có mô đun đàn hồi và độ rộng lớn sẽ mang lại hiệu quả cao hơn trong việc ổn định nền đê.

Phương pháp xác định hệ số an toàntrong phần mềm [2]

Để xác định hệ số an toàn Msf, phương pháp giảm C- được áp dụng trong phân tích ổn định, trong đó sức kháng c t của đất sẽ giảm dần cho đến khi xảy ra sự phá hoại của kết cấu Tổng hệ số Msf được sử dụng để đánh giá khả năng chịu c t của đất, từ đó xác định hệ số an toàn.

Trong mô hình phân tích đất, giá trị cường độ tanϕ input và C input là các thông số đầu vào, trong khi tanϕ reduced và C reduced thể hiện giá trị cường độ của đất giảm trong quá trình phân tích Hệ số an toàn được khởi đầu tính toán bằng 1 cho tất cả các loại đất Trong bài toán tính ổn định của Plaxis, hệ số an toàn được định nghĩa cụ thể để đảm bảo tính chính xác trong phân tích.

SMaximumAvailable: Là sức kháng c t thực tế của đất

SNeeded for Equilibrium: Là sức kháng c t tối thiểu ở trạng thái cân bằng ổn định

Theo tiêu chuẩn phá hoại của Mor-Coulomb thì công thức tính hệ số an toàn ở trên trở thành [2]:

C,  Là các tham số về cường độ σ n : Là ứng suất tổng tại điểm tính toán

Tham số cr và  r là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sức kháng c t, giảm xuống giá trị tại thời điểm cân bằng ổn định Nguyên tắc này là cơ sở cho phương pháp Phi – C – Reduction trong Plaxis, nhằm tính toán ổn định tổng thể của công trình Trong ứng dụng này, lực dính C và hàm tan của góc nội ma sát đều giảm theo tỷ lệ tương ứng.

Phương pháp xác định hệ số Poission và Mô-đun biến dạng

Trong điều kiện đất sét bão hòa nước và không có khả năng thoát nước, mô hình Undrained được áp dụng với hệ số Poisson  ≤ 0,35 Ngoài ra, hệ số Poisson có thể được tính toán thông qua công thức tương quan phù hợp.

+ Theo Worth (1975) đối với đất sét độ quá cố kết nhỏ [3]

Trong đó: (PI) là chỉ số dẻo

+ Theo Trautmann and Kulhawy (1987) đối với đất á cát hoặc cát [4]:

Do tính chất kháng cự thoát nước của đất sét không được xác định, Su được tính toán thông qua công thức tương quan, áp dụng cho đất sét cố kết thông thường.

-  v’ : Ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng

- C u : Sức kháng c t hông thoát nước Đối với sét b o hòa nước, E50 trong điều kiện hông thoát nước được xác định dựa theo chỉ số SPT cho đất á cát nhão (Bowles, 1988) [6]:

Và sét bùn nhão (Bowles, 1988) [6]:

Phương pháp xác định góc trương nở, dilantancy angle, [28]

Góc trương nở có thể sử dụng theo bảng sau khi tính toán mô phỏng:

Phương pháp phần tử hữu hạn

Ta phân tích trạng thái ứng suất biến dạng của đất nền bằng các thông số E rcd, , , và C Khi ứng suất và biến dạng trong các phân tố nhỏ, đất sẽ ở trạng thái đàn hồi Ngược lại, khi ứng suất và biến dạng lớn đạt tới giới hạn theo tiêu chuẩn Mohr - Coulomb, đất chuyển sang trạng thái dẻo và có nguy cơ xảy ra phá hoại.

Hình 2.1: Mô hình trong phương pháp phần tử hữu hạn [7]

Sức kháng cắt của đất theo Mohr – Coulomb

Phương pháp C -  giảm: mobilized failure

Để tính toán hệ số an toàn, ta cần xem xét ứng suất và biến dạng khi giá trị C-φ giảm dần, dẫn đến sự gia tăng số lượng các phân tố dẻo Việc chia C-φ cho Msf sẽ giúp xác định điểm mà mái đất dốc bắt đầu mất ổn định, khi chuyển vị tại điểm khảo sát trên mặt mái dốc tăng mạnh Hệ số an toàn về ổn định của mái đất được xác định bởi Msf, làm cho chuyển vị của mặt mái đất trở nên vô cùng lớn.

Hình 2.2: Biểu đồ quan hệ giữa τ và chuyển vị [7]

Phân tích bài toán (thông số đầu vào, địa chất, thủy văn, các mô hình để mô phỏng) …

2.5.1 Cấu trúc phần mềm Plaxis manual 2012 [7]

Chương trình Plaxis, được phát triển vào cuối những năm 70, nhằm giải quyết các bài toán biến dạng phẳng đơn giản của cát Năm 1974, giáo sư Pietter Vermeer đã giới thiệu chương trình phần mềm đầu tiên có tên Elplast, có khả năng giải các bài toán biến dạng phẳng đàn dẻo bằng cách sử dụng lưới phần tử tam giác 6 nút.

Năm 1981, dưới sự hướng dẫn của GS Pietter Vermeer, Rene de Borst đã nghiên cứu luận án về phân tích thí nghiệm đất sét và mở rộng chương trình Elplast để áp dụng cho bài toán đối xứng trục, dẫn đến việc đổi tên chương trình thành Plaxis (Plasticity AIXSymmetry) Để cải thiện độ chính xác trong phân tích, đặc biệt với các vật liệu không chịu nén, De Borst và Vermeer đã bổ sung phần tử tam giác 15 nút vào chương trình, dựa trên nghiên cứu của Sloan và Randolph tại Đại học Cambridge năm 1982 Đến năm 1987, tại Đại học Công nghệ Delft – Hà Lan, phiên bản chính thức Plaxis V.1 ra đời nhằm phân tích các bài toán ổn định đê biển và đê sông ở các vùng bờ biển thấp tại Hà Lan, kết nối các kỹ sư địa kỹ thuật với các chuyên gia lý thuyết do GS R.B.J Brinkgreve và P.A Vermeer khởi xướng.

2.5.2 Các thông vật liệu cho mô hình Mohr – Coulomb (B) trong Plaxis

Bảng 2 1: Các thông số của đất nền cho mô hình Mohr – Coulomb (B) (Theo số liệu khảo sát địa chất tại khu vực các huyện thuộc tỉnh Kiên Giang) [1]

Bảng 2 2: Các thông số vải địa kỹ thuật [8]

Khối lượng (g/m 2 ) 200 Độ dày t (mm) 1,78 Độ mở hiệu quả AOS (mm) 0,11

Khả năng chịu kéo T ult (kN/m) 7,08 - 9,28

Biến dạng kéo khi phá hoại (%) 84,1 - 117,8

Dung trọng tự nhiên, kN/m 3 ,

Dung trọng bão hòa, kN/m 3 ,

Mô hình vật liệu Vật liệu Cu, kPa f  E', kPa '

Lớp 1: Đất đ p - cát 2.4 17 17 1 Mohr-Coulomb Drained 1 32 7 15484 021

Lớp 2: Bùn sét màu xám xi măng trạng thái chảy 12.0 14.57 15.19 0.032172 Mohr-Coulomb Undrained 22.785 4 0 12163 0.31 Lớp 3: Sét màu xám xanh, xám nâu đốm vàng trạng thái dẻo cứng

Mô tả công trình đường Ven Sông Cái Lớn huyện U Minh Thượng tỉnh Kiên Giang

3.1.1 Mô tả trình tự thi công

Nạo vét lấy đất dưới lòng sông và đưa lên bờ, sau đó chờ cho đất cố kết và ổn định trong khoảng 6 tháng Tiếp theo, sử dụng máy đào để thi công dời đất vào trong theo từng lớp Các bước thực hiện sẽ được tiến hành tuần tự và cẩn thận.

Trong quá trình thi công lớp 1, mất khoảng 15 ngày để hoàn tất Đầu tiên, sử dụng máy đào để lấy đất từ bờ hiện tại và đổ vào bên trong, với tim bờ bao mới cách tim bờ đất cũ 2 mét Lớp đất đầu tiên được đắp đến cao trình +1.05 mét, với mái dốc m = 1 Sau đó, trải một lớp vải địa kỹ thuật lên bề mặt đất vừa đắp, và cuối cùng rải một lớp cát dày 5 cm lên bề mặt vải địa.

Hình 3 1 Sơ đồ thi công lớp 1 nền đường gia cường [8]

Hình 3 2 Hình ảnh thi công lớp 1 thực tế nền đường gia cường [8]

Trong quá trình thi công lớp 2, sau khoảng 15 ngày, vải địa kỹ thuật được trải lên lớp cát Tiến hành sử dụng máy đào để lấy đất đạt cao trình +1.65m với tỷ lệ m = 1:1 Sau đó, tiếp tục trải vải địa kỹ thuật và rải lớp cát dày 5 cm lên trên Quá trình thi công này được minh họa trong hình dưới đây.

Hình 3 3 Sơ đồ thi công lớp 2 nền đường gia cường [8]

Hình 3 4 Hình ảnh thi công lớp 2 thực tế nền đường gia cường [8]

Thi công lớp 3: Trải vải địa kỹ thuật lên lớp cát, dùng máy đào đ p đất đến cao trình +2.20 m, K = 0.9, m = 1, bạt mái hoàn thiện công trình

Hình 3 5 Sơ đồ thi công lớp 3 nền đường gia cường [8]

Hình 3 6 Hình ảnh thi công lớp 3 thực tế nền đường gia cường [8]

3.1.2 Vật liệu thi công (Sau khi thí nghiệm và đƣa vào mô hình Plaxis)

Bùn nạo vét bờ ênh được lấy mẫu tại sông Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang, và được đắp lên cơ đê của bờ kênh Mẫu được thu thập sau khoảng một tuần thi công, giúp giảm độ ẩm so với mức ban đầu Kết quả phân tích cỡ hạt cho thấy phần trăm hạt mịn (cỡ hạt nhỏ hơn 0.075mm) chiếm 82.7%, trong khi phần còn lại là 17.3% là thành phần hạt thô.

Hình 3 7 Đường phân bố cỡ hạt đất bùn nạo vét lòng sông Cái Lớn tỉnh

Một số tính chất cơ học được thể hiện trong Bảng 3.1 Đất có chỉ số dẻo, PI 46 với tỷ trọng Gs = 2.75

Bảng 3 1: Tính chất cơ học đất bùn nạo vét lòng kênh Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang [8]

Dung trọng tự nhiên, , kN/m 3 16.13 Độ ẩm tự nhiên,  % 55.4

Hệ số rỗng ban đầu, e 0 1.55

Dung trọng khô lớn nhất, ,  k - max , kN/m 3 15.11 Độ ẩm tối ưu, OMC, % 19.45

Phân loại đất theo USCS OH và MH

3.1.3 Vải địa kỹ thuật công

Vải địa kỹ thuật không dệt là loại vật liệu quan trọng trong các thí nghiệm phòng thí nghiệm và thi công thử nghiệm Các đặc tính cơ học của loại vải này được trình bày chi tiết trong Bảng 3.2 Ngoài ra, vải không dệt cũng được áp dụng trong các công trình thử nghiệm ngoài hiện trường.

32 nhằm kiểm nghiệm ảnh hưởng của đệm cát và vải địa kỹ thuật đến tính nén lún và đầm chặt của đất bùn

Bảng 3 2: Tính chất cơ học của vải địa kỹ thuật [8]

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

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

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/m 2 /giây 170

Thí nghiệm sử dụng trong nghiên cứu Thử nghiệm hiện trường

Thông số và mô hình

3.2.1 Các thông số cơ bản trong Plaxis 2D

Một trong những đặc điểm nổi bật của đất so với các vật liệu khác là sự tồn tại của ba thể chất: thể rắn (hạt đất), thể lỏng (nước) và thể khí (không khí) Nước trong đất tạo ra áp lực nước lỗ rỗng, ảnh hưởng lớn đến hành vi của đất nền Vì vậy, để mô phỏng ứng xử của đất nền trong sự tương tác giữa hạt đất và nước, việc phân loại đất nền thành ba loại: thoát nước (drained), hông thoát nước (undrained) và không thấm (non-porous) là rất quan trọng.

Khi lựa chọn lớp đất nền là vật liệu thoát nước, áp lực nước lỗ rỗng không được tạo ra trong đất, giúp tải trọng bên ngoài chuyển toàn bộ vào ứng suất hữu hiệu của đất nền Vật liệu này thích hợp cho các lớp đất nền khô ráo, có hệ số thấm cao, và trong các phân tích công trình ở trạng thái lâu dài mà không cần xem xét tính thấm kém và thời gian cố kết của đất nền.

3.2.2 Dung trọng bão hòa và dung trọng không bão hòa

Dung trọng không bão hòa (γ unsat) và dung trọng bão hòa (γ sat) là dung trọng đơn vị của đất nền, bao gồm cả nước trong các lỗ rỗng của kết cấu hạt đất Dung trọng không bão hòa đại diện cho lớp đất nằm trên mực nước ngầm, trong khi dung trọng bão hòa áp dụng cho lớp đất nằm dưới mực nước ngầm Thực tế, lớp đất trên mực nước ngầm không hoàn toàn khô ráo do hiện tượng mao dẫn, vì vậy không nên coi dung trọng không bão hòa là dung trọng khô của đất, mà nên xem nó là dung trọng tự nhiên Dung trọng bão hòa được tính toán thông qua một công thức liên quan đến các thông số khác.

 n = Dung trọng nước e = Hệ số rỗng

Hệ số thấm có nghĩa to lớn trong phân tích cố kết và phân tích dòng thấm

Plaxis phân biệt giữa hệ số thấm ngang (k x) và hệ số thấm đứng (k y), nhưng trong thực tế, thường không phân biệt giữa hai loại thấm này để đơn giản hóa tính toán Hệ số thấm của các loại đất khác nhau có sự thay đổi lớn, dao động từ khoảng 10^-1 m/s (đối với sỏi sạn) đến 10^-10 m/s (đối với sét chặt).

Hoặc hệ số thấm được tính theo công thức tương quan của Raju et al., 1995 [9]: e K e

3.2.4 Thông số độ cứng của đất nền

Hệ số Poission () được xác định thông qua mối liên hệ với hệ số áp lực ngang tĩnh K 0 [5]:

K 0 : Hệ số áp lực ngang ở trạng thái tĩnh của đất

 h Ứng suất hữu hiệu theo phương ngang của đất nền

 v : Ứng suất hữu hiệu theo phương đứng của đất nền

Bảng 3 3: Các giá trị điển hình của hệ số Poisson () [5]:

Loại đất Trạng thái Hệ số Poisson 

Bảng 3 4: Trị tiêu chuẩn của mô đun biến dạng E (kPa) của đất sét (TCVN -

Nguồn gốc và Loại đất sét và các giới hạn trị tiêu chuẩn chỉ số sệt

Mô đun biến dạng E ứng với hệ số rỗng e bằng tuổi của đất sét 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05

T R Ầ M TÍC H K Ỷ T H Ứ T Ƣ B ồi t ch sƣ ờn t ch ao hồ, b ồi t ch hồ Á cát 0 ≤ I S ≤ 0,25 - 32 24 16 10 7 - -

Bảng 3 5: Trị tiêu chuẩn E (kPa) của đất cát (TCVN-9362 – 2012) [10] Đặc trƣng của đất ứng với hệ số rỗng e

Bowles (1988) cũng đ lập ra được bảng giá trị tương quan giữa mô đun E và các loại đất khác nhau

Bảng 3 6: Miền giá trị của môđun biến dạng E ứng với các loại đất khác nhau

3.2.5 Thông số sức kháng cắt của đất nền

Thông số sức chống cắt trong mô hình được phân chia thành hai dạng: thoát nước và không thoát nước, tùy thuộc vào mục đích và phương pháp phân tích Thông số sức chống cắt thoát nước được xác định từ thí nghiệm 3 trục cố kết thoát nước hoặc từ giá trị sức chống cắt hữu hiệu trong thí nghiệm 3 trục cố kết không thoát nước Trong trường hợp không có thí nghiệm 3 trục CU, CD có thể được lấy từ thí nghiệm cắt trực tiếp, nhưng độ tin cậy sẽ không cao Thông số sức chống cắt không thoát nước không tính đến góc ma sát trong của đất nền, mà chỉ xem xét lực dính của đất Cu, giá trị này được xác định thông qua các thí nghiệm ba trục không thoát nước.

37 thí nghiệm c t cánh ngoài hiện trường hay trong phòng, thí nghiệm nén 1 trục nở hông

Theo Pec , Hansen và Thornburn đưa ra bảng xác định góc ma sát trong của cát căn cứ vào số búa N của thí nghiệm SPT

Bảng 3 7: Góc ma sát trong của cát theo chỉ số N SPT [1]

Công thức xác định góc υ: a

Bảng 3 8: Trị tiêu chuẩn của lực d nh cho đơn vị C tc (kPa), góc ma sát trong υ tc (°) của đất cát (TCVN - 9362 – 2012) [10]

Ký hiệu các đặc trƣng Đặc trƣng của đất ứng với hệ số rỗng e

Cát lẫn sỏi và cát thô c tc 2 1 - -

Bảng 3 9: Trị tiêu chuẩn của lực d nh cho đơn vị c tc (kPa), góc ma sát trong υ tc

Loại đất sét và giới hạn trị tiêu chuẩn của chỉ số sệt

Ký hiệu các đặc Đặc trƣng của đất ứng với hệ số rỗng e trƣng của đất 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 Á 0 ≤ I s ≤ 0,25 c tc 15 11 8 - - - -

Mô hình mô phỏng phần mềm Plaxis 2D

3.3.1 Mô phỏng nền đất đắp bị lún khi gia cường chiều dày lớp cát và vải địa kỹ thuật khác nhau

Hình 3 8 Đặt tên và chọn hung lưới cho mô hình

Hình 3 9 Chọn đơn vị và chọn hung lưới cho mô hình

Hình 3 10 Chọn mô hình cho lớp cát lót

Hình 3 11 Gán thông số vật liệu cho các lớp cát lót

Hình 3 12 Chọn mô hình cho lớp đất 01

Hình 3 13 Gán thông số vật liệu cho các lớp đất 01

Hình 3 14 Chọn mô hình cho lớp đất 02

Hình 3 15 Gán thông số vật liệu cho các lớp đất 02 3.3.2 Mô phỏng lớp gia cường lớp cát lót dày 5cm và vải địa kỹ thuật

Hình 3 16 Mô hình mô phỏng lớp cát dày 5cm

Hình 3 17 Mesh các phần tử trên mô hình Plaxis

Hình 3 18 Mô hình chạy các phần tử nước ngầm

Hình 3 19 Mô hình chạy trọng lượng bản thân các lớp đất

Hình 3 20 Thiết lập các Phase chạy mô hình

Hình 3 21 Kết quả mô phỏng độ lún của nền đường sau 06 tháng

3.3.3 Mô phỏng không thiết kế lớp gia cường lớp cát lót dày 5cm và vải địa kỹ thuật (Tương tự như trường hợp 3.3.2)

Bảng 3 10: Kết quả độ lún theo thời gian nền đường gia cường và không gia cường lớp cát lót và vải địa kỹ thuật (Đơn vị: cm)

Nền đường gia cường cát lót và vải địa

Nền đường không gia cường cát lót và vải địa

Bảng 3 11: Kết quả t nh toán độ lún bản thân đất đ p và độ l n dưới nền đất đ p trong 2 trường hợp thi công nền đường

Hình 3.22 thể hiện mối tương quan giữa độ lún theo thời gian t của nền đường, với độ lún trung bình của nền đường (S t cm), độ lún của đất đắp (S 1-t cm), và độ lún của nền dưới đất đắp (S 2-t cm) Đối với đất đắp gia cường, độ lún trung bình là 38.96 cm, trong khi độ lún của đất đắp là 17.81 cm và độ lún của nền dưới đất đắp là 21.15 cm Ngược lại, đối với đất đắp không gia cường, độ lún trung bình đạt 42.64 cm, độ lún của đất đắp là 20.40 cm và độ lún của nền dưới đất đắp là 22.24 cm.

Kết quả tính toán mô phỏng Plaxis sau 6 tháng

Hình 3 23 Tương quan độ lún theo thời gian t theo tỷ lệ Logarit của nền đường

Kết quả nghiên cứu cho thấy sau 6 tháng chờ lún, nền đường được thiết kế gia cường bằng lớp cát lót có độ lún St = 38.96 cm, thấp hơn khoảng 8.63% so với nền đường không gia cường bằng vải địa kỹ thuật, có độ lún St = 42.64 cm.

3.3.4 Mô phỏng độ ổn định bờ sông khi nạo vét lòng sông

Hình 3 24 Sơ đồ nạo vét sông điển hình, tận dụng đất nạo vét làm nền đường [8]

Hình 3 25 Mô hình mô phỏng độ ổn định bờ sông khi nạo vét lòng sông

Hình 3 26 Kết quả mô phỏng độ ổn bờ sông khi nạo vét lòng sông

Kết quả phân tích cho thấy hệ số ổn định của bờ sông khi nạo vét đạt Msf = 1.1799, cho thấy mức độ an toàn tương đối cao trong quá trình thi công Hệ số này phù hợp với thực tế thi công, như được minh họa trong Hình 3.27.

Hình 3 27 Hình ảnh thi công thực tế [8]

3.3.5 Quan trắc công trình thực tế

Tiến hành theo dõi độ lún của công trình trong thời gian sáu tháng theo phương pháp sau:

- Trong tháng đầu cách 1 tuần ghi nhận độ lún một lần (4 lần)

- Năm tháng tiếp theo cứ 1 tháng ghi nhận độ lún một lần (5 lần)

Để đánh giá độ lún của đất nền đường, việc quan trắc được thực hiện tại ba mặt cắt khác nhau Mỗi mặt cắt sẽ đo độ lún tại ba điểm, bao gồm hai điểm ở lề đường và một điểm tại tim đường Khoảng cách giữa các mặt cắt là 5 mét, và sơ đồ xác định độ lún được minh họa trong hình ảnh dưới đây.

Bảng 3 12: Kết quả độ lún theo thời gian nền đường hông gia cường [8]

Vị tr LẦN 1 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị tr LẦN 2 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị tr LẦN 3 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị tr LẦN 4 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị trí LẦN 5 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị tr LẦN 6 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị tr LẦN 7 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị tr LẦN 8 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị tr TỔNG ĐỘ LÚN St, m

Bảng 3 13: Kết quả độ lún theo thời gian nền đường gia cường vải địa kỹ thuật và đệm cát [8]

Vị tr LẦN 1 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị tr LẦN 2 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị tr LẦN 3 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị tr LẦN 4 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị tr LẦN 5 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

20/05/2017 Vị tr LẦN 6 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị tr LẦN 7 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị tr LẦN 8 ĐỘ LÚN

CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3 CĐ 1 CĐ 2 CĐ 3

Vị tr TỔNG ĐỘ LÚN, St, m

Bảng 3.14 trình bày kết quả quan trắc độ lún của công trình thực tế theo thời gian, liên quan đến nền đường gia cường và hông gia cường lớp cát lót cùng với vải địa kỹ thuật, với đơn vị đo lường là centimet.

Nền đường gia cường cát lót và vải địa

Nền đường không gia cường cát lót và vải địa

Hình 3.29 Tương quan độ lún theo thời gian t theo tỷ lệ thường của nền đường (Kết quả quan tr c thực tế)

Kết quả quan trắc thực tế cho thấy, sau 6 tháng theo dõi độ lún của nền đường thiết kế gia cường bằng lớp cát lót vải địa, giá trị độ lún S t đạt 33.33 cm, nhỏ hơn khoảng 1.2 lần so với nền đường không được gia cường vải địa kỹ thuật, có độ lún S t là 39.23 cm.

Do kết quả quan trắc lún chưa xác định được biến dạng của phần đất đắp, việc tính toán riêng biệt độ lún của nền đất dưới đất đắp và biến dạng đất đắp là cần thiết Biến dạng của đất đắp sẽ được xác định sau 6 tháng, S1-t, dựa trên kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm và dung trọng ướt tại hiện trường.

Trong đó: e t = Hệ số rỗng tại thời điểm t = 6 tháng e 0 = Hệ số rỗng ban đầu

H 0 = Chiều cao đất đ p ban đầu Độ lún của đất nền sau 6 tháng dưới đất đ p, S 2-t (gây ra bởi tải trọng đất đ p được xác định theo [5]: t t t S S

S t = Độ lún trung bình của nền đường

Kết quả tính toán biến dạng bản thân đất đ p, S 1-t và độ lún nền dưới đất đ p,

S 2-t sau 6 tháng được thể hiện trong bảng dưới

Bảng 3 15: Kết quả t nh toán độ lún bản thân đất đ p và độ l n dưới nền đất đ p trong 2 trường hợp thi công nền đường:

Hệ số rỗng ban đầu, e 0

Kết quả tính toán sau 6 tháng Độ lún trung bình nền đường,

Hệ số rỗng, e t Độ lún bản thân đất đắp,

S 1-t cm Độ lún nền dưới đất đắp,

Kết quả nghiên cứu cho thấy sau 6 tháng, độ lún của đất đệm cát và vải địa kỹ thuật (S 1-t = 27.38cm) cao hơn so với trường hợp không gia cường (S 1-t = 25.73cm) Điều này chứng tỏ rằng đệm cát và vải địa kỹ thuật có hiệu quả trong việc tăng cường quá trình thoát nước và gia tăng tốc độ cố kết trong lớp đất đệm.

Khi so sánh độ lún của nền dưới đất đ p trong 2 trường hợp thi công, độ lún sau

Sau 6 tháng, đất nền dưới đất đắp có sự khác biệt rõ rệt giữa trường hợp được gia cường bằng vải địa kỹ thuật và trường hợp không gia cường Cụ thể, độ lún của đất đắp được gia cường (S 2-t 4.62cm) nhỏ hơn đáng kể so với trường hợp không gia cường (S 2-t 10.61cm) Vải địa kỹ thuật và đệm cát giúp thoát nước hiệu quả, cho phép nước chảy ra khỏi đất đắp theo lớp đệm cát ra biên mái taluy đường và phía trên mặt đường, chỉ để lại một lượng nhỏ nước thoát xuống nền dưới đáy đất đắp Ngược lại, trong trường hợp không gia cường, phần lớn nước thoát ra từ đất đắp thấm trực tiếp xuống nền dưới, làm giảm cường độ của lớp đất này và tăng độ lún Quá trình thoát nước này được mô tả chi tiết trong hình ảnh kèm theo.

Kết quả này cho thấy vải địa kỹ thuật và đệm cát gi p tăng cường độ ổn định cho nền ph a dưới đất đ p

Hình 3.31 Hướng thoát nước cố kết đất đ p trong trường hợp (a) đất đ p gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật và (b) đất đ p hông gia cường [8]

So sánh độ lún của nền đường theo thời gian của kết quả mô phỏng so với kết quả

3.4.1 So sánh kết quả trường hợp nền đường gia cường lớp cát lót và lớp vải địa kỹ thuật

Hình 3.32 Tương quan độ lún theo thời gian t theo tỷ lệ thường của nền đường

Hình 3.33 Tương quan độ lún theo thời gian t theo tỷ lệ Logarit của nền đường

Kết quả phân tích Plaxis cho thấy độ lún nền đường sau 06 tháng là 38.96cm, lớn hơn 33.33cm từ kết quả quan trắc thực tế khoảng 14.45%.

3.4.2 So sánh kết quả trường hợp nền đường không gia cường lớp cát lót và lớp vải địa kỹ thuật

Hình 3.34 Tương quan độ lún theo thời gian t theo tỷ lệ thường của nền đường

Hình 3.35 Tương quan độ lún theo thời gian t theo tỷ lệ Logarit của nền đường

Kết quả phân tích Plaxis cho thấy độ lún nền đường sau 6 tháng là 42.64cm, cao hơn khoảng 8% so với kết quả quan trắc thực tế là 39.23cm.