Nghiên cứu ảnh hưởng của bề dày đệm cát và vải địa kỹ thuật đến cường độ nền đất sét đầm chặt ứng dụng trong công tác san lấp mặt bằng tại an giang

Nghiên cứu ảnh hưởng của bề dày đệm cát và vải địa kỹ thuật đến cường độ nền đất sét đầm chặt ứng dụng trong công tác san lấp mặt bằng tại an giang Nghiên cứu ảnh hưởng của bề dày đệm cát và vải địa kỹ thuật đến cường độ nền đất sét đầm chặt ứng dụng trong công tác san lấp mặt bằng tại an giang Nghiên cứu ảnh hưởng của bề dày đệm cát và vải địa kỹ thuật đến cường độ nền đất sét đầm chặt ứng dụng trong công tác san lấp mặt bằng tại an giang

G IỚI THIỆU TỔNG QUÁT

Ngày nay, với sự phát triển kinh tế xã hội, đời sống vật chất và tinh thần của con người ngày càng được nâng cao, dẫn đến nhu cầu về ăn, ở, sinh hoạt, học tập và các hoạt động kinh tế xã hội ngày một gia tăng Điều này tạo ra cơ hội và thách thức cho ngành xây dựng tại tỉnh, yêu cầu các công trình xây dựng phải phát triển và mở rộng tương ứng Do đó, nhu cầu sử dụng nguyên vật liệu san lấp mặt bằng phục vụ xây dựng ngày càng tăng cao, trong khi nguồn vật liệu tự nhiên như cát và sỏi đang ngày càng khan hiếm.

Thực hiện chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ, cần tăng cường quản lý nhà nước đối với hoạt động khai thác và kinh doanh tài nguyên cát, sỏi Việc quản lý cát, sỏi tại các địa phương là cần thiết do nhu cầu sử dụng cao cho xây dựng và san lấp Cần áp dụng các giải pháp sử dụng cát nhân tạo thay thế cát tự nhiên, tiến tới hạn chế hoàn toàn việc sử dụng cát tự nhiên cho mục đích san lấp Hơn nữa, khai thác cát, sỏi lòng sông gây ra nhiều tác hại như sạt lở bờ sông và cạn kiệt tài nguyên, ảnh hưởng đến môi trường và đời sống người dân Để sử dụng hiệu quả nguồn kinh phí đầu tư, giảm thiểu lãng phí ngân sách, việc tìm kiếm vật liệu thay thế cát san lấp là cấp bách và cần thiết.

Bên cạnh đó, theo Quyết định số: 3750/QĐ-UBND ngày 30/12/2016 của UBND tỉnh An Giang về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển vật liệu xây dựng tỉnh

Đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030, An Giang dự báo nhu cầu vật liệu san lấp trung bình hàng năm sẽ đạt từ 7 đến 8 triệu m³ Số liệu này được công bố nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển hạ tầng và xây dựng trong khu vực.

UBND tỉnh An Giang đã công bố danh mục dự án xã hội hóa nạo vét và duy tu, bảo đảm giao thông trên tuyến đường thủy nội địa, với khối lượng thực hiện ước tính khoảng 3,5 triệu m³.

Việc sử dụng bùn đất khai thác từ các lòng sông, lòng kênh để san lấp nền công trình thay vì cát sẽ giúp tận dụng hiệu quả nguồn vật liệu tự nhiên Điều này không chỉ gia tăng độ sâu lòng sông và lưu lượng dòng chảy mà còn đảm bảo an toàn cho giao thông thủy.

Hình 1-1: Sạt lở bờ sông ở xã Mỹ Hội Đông huyện Chợ Mới

Việc khai thác đất lòng sông làm tăng độ sâu và độ dốc của lòng sông, dẫn đến mất ổn định bờ sông Đặc điểm địa chất của khu vực này rất đa dạng, hình thành từ quá trình tranh chấp giữa biển và sông ngòi Theo nghiên cứu của Trường Đại học Cần Thơ năm 2017, tỉnh An Giang chủ yếu có đất phù sa, chiếm 49,91% diện tích tự nhiên, được hình thành từ trầm tích trẻ Eluvi Đất ở đây có nguồn gốc từ tàn tích và vỏ phong hóa của đá gốc, với thành phần chủ yếu là sét, đất loại sét, và các loại đất rời xốp như cát sạn dăm Những loại đất này có hệ số rỗng lớn, tính nén lún cao và sức chống cắt thấp, có thể gây ra nhiều vấn đề về ổn định bờ sông.

12 ra những sự cố nền móng như đất bùn yếu làm công trình bị phá hoại, lún quá mức, lún không đều và lún kéo dài theo thời gian

Bản đồ phân bố các loại đất tỉnh An Giang cho thấy tiềm năng sử dụng đất bùn khai thác từ lòng sông, kênh, rạch làm vật liệu san lấp nền công trình Việc thay thế cát bằng đất bùn không chỉ giúp tận dụng lượng bùn phế thải mà còn giảm chi phí thi công san lấp, mang lại hiệu quả kinh tế cho các dự án xây dựng.

T ỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Phương pháp sử dụng đệm cát để thay thế một phần đất sét nhằm nâng cao khả năng chịu lực của đất nền đã trở nên phổ biến trong các công trình dân dụng và công nghiệp Đệm cát thường được kết hợp với vải địa kỹ thuật để tạo thành lớp lưới lọc, giúp ngăn cách giữa lớp đất sét và đất cát, tạo điều kiện thoát nước cho lớp đất sét, cũng như ngăn chặn hiện tượng rửa trôi đệm cát khi nước ngầm xâm nhập Mặc dù sự gia tăng cường độ của đất nền nhờ vào tương tác giữa đất và vải địa kỹ thuật đã được ghi nhận, nhưng lực căng trong vải vẫn chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ.

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra vai trò quan trọng của vải địa kỹ thuật dạng sợi trong việc gia tăng cường độ của đất sét gia cường, dựa trên thí nghiệm xác định chỉ số cường độ CBR Chegenizadeh và cộng sự (2012) đã sử dụng sợi tự nhiên và sợi plastic để gia cường, cho thấy rằng khi tăng hàm lượng sợi tự nhiên từ 0,1% đến 0,3%, chỉ số CBR tăng lên 50% Giá trị CBR còn tăng gấp đôi khi chiều dài sợi tăng gấp ba cho cả hai loại sợi Đặc biệt, sợi plastic cho kết quả CBR cao hơn so với sợi tự nhiên Nghiên cứu của Sarbaz và cộng sự cũng chỉ ra hiệu quả của sợi cọ tự nhiên khi trộn với đất bùn yếu.

Nghiên cứu năm 2013 cho thấy việc thêm 1% sợi cọ tự nhiên vào đất có thể làm tăng đáng kể chỉ số CBR, trong khi việc thêm 2% không mang lại hiệu quả tương tự Các mẫu đất chứa sợi dài hơn cũng cho chỉ số CBR cao hơn nhờ vào khả năng chịu kéo của sợi.

Nhiều nghiên cứu đã khảo sát ứng xử của đất sét gia cường bằng vải địa kỹ thuật trong điều kiện thí nghiệm xác định chỉ số CBR Choudhary và cộng sự (2012) cho thấy việc gia cường bằng một lớp vải lưới giúp tăng cường chỉ số CBR của đất sét trương nở, với khoảng cách tối ưu từ mặt mẫu đến độ sâu của vải là khoảng 1 lần đường kính của trụ xuyên Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng vải địa kỹ thuật có tác dụng khống chế độ trương nở của đất sét Asha và Latha (2010) đã đề xuất điều chỉnh phương pháp thí nghiệm CBR để khảo sát cường độ của đất gia cường, và kết quả cho thấy hiệu ứng biên ảnh hưởng lớn đến chỉ số CBR, trong khi việc neo vải địa kỹ thuật không mang lại cải thiện đáng kể Rajesh và cộng sự (2016) cũng đã áp dụng vải địa kỹ thuật trong nghiên cứu này.

Nghiên cứu này tiến hành gia cường hai loại đất có hàm lượng hạt mịn khác nhau, với 14 mẫu thí nghiệm được chia thành hai nhóm: ngâm (trong 96 giờ) và không ngâm Phương pháp xác định chỉ số cường độ CBR được thực hiện cả trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường Kết quả cho thấy, đối với mẫu không ngâm, CBR của đất có phần trăm hạt mịn nhỏ hơn thì lại lớn hơn Trong khi đó, đối với mẫu ngâm, khả năng hút nước của đất liên quan đến phần trăm hạt mịn, dẫn đến CBR được cải thiện đáng kể, có thể tăng lên 2,6 lần so với mẫu không gia cường Thêm vào đó, kết quả thí nghiệm ngoài hiện trường cho thấy chỉ số CBR lớn hơn so với trong phòng thí nghiệm với cùng ứng suất nén.

Sử dụng lớp cát mỏng kết hợp với vải địa kỹ thuật để gia cường đất sét đã được nhiều nghiên cứu chứng minh hiệu quả Nghiên cứu của Zhou và cộng sự (2008) cho thấy rằng việc kết hợp vải địa kỹ thuật và đệm cát có thể tăng hệ số nền K30 lên 30 lần, đồng thời giảm độ lún tới 44% và giảm ứng suất tại bề mặt lớp đất yếu so với tình trạng không gia cố.

Yu và cộng sự (2005) đã nghiên cứu cơ chế hoạt động của lớp gia cường (đệm cát và vải địa kỹ thuật) dưới đê chắn sóng trên nền đất yếu thông qua các biện pháp thí nghiệm vật liệu, thử nghiệm mô hình ly tâm và phân tích số (FEM) Trong khi đó, Yang và cộng sự (2015) đã áp dụng thí nghiệm nén 3 trục để khảo sát cường độ của đất sét gia cường với đệm cát và vải địa kỹ thuật theo mô hình xen kẹp kiểu sandwich Ngoài ra, khả năng thoát nước và quá trình cố kết đã được kiểm nghiệm qua thí nghiệm nén cố kết lớp đất bùn sét xen kẹp với vải địa kỹ thuật và lớp xỉ lò (Nguyễn Chí Thuận và cộng sự, 2017; Nguyễn Minh Đức và cộng sự, 2017b).

Nguyễn Tấn Phước (2018) đã thực hiện nghiên cứu về cường độ của bùn đất nạo vét lòng sông, với việc gia cường bằng vải địa kỹ thuật và đệm cát trong điều kiện nén một trục CBR Luận văn thạc sĩ này được hoàn thành tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Lê Hữu Tín (2019) đã thực hiện một nghiên cứu về tác động của năng lượng đầm và độ ẩm đến cường độ và chỉ số CBR của đất sét yếu khi được gia cường bằng vải địa kỹ thuật và đệm cát Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp của tác giả được trình bày tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM.

Mặc dù nhiều nghiên cứu đã đề xuất các biện pháp gia cường đất, nhưng cường độ CBR của đất sét bùn khai thác từ lòng sông tại An Giang, được gia cường bằng vải địa kỹ thuật và đệm cát, vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ Nghiên cứu này đề xuất một mô hình khảo sát chỉ số CBR tại hiện trường cho đất gia cường với đệm cát và vải địa kỹ thuật Vải địa kỹ thuật, với khả năng thấm tốt, giúp tăng cường thoát nước, giảm áp lực nước lỗ rỗng và huy động khả năng chịu kéo, từ đó nâng cao cường độ của đất Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ ra vai trò của vải địa kỹ thuật trong việc gia cường đất bùn nạo vét dưới các điều kiện khác nhau về độ ẩm, loại cát và độ dày của lớp đệm cát.

S Ự CẦN THIẾT TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU

Để đáp ứng nhu cầu xây dựng và giảm thiểu lãng phí vật liệu, việc tìm kiếm nguồn vật liệu thay thế cho cát tự nhiên trong san lấp nền là rất cần thiết và phù hợp với chính sách của nhà nước Việc này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên Sử dụng bùn nhão từ lòng sông có thể gia tăng độ sâu và lưu lượng dòng chảy, nhưng cũng gặp nhiều thách thức kỹ thuật như kéo dài thời gian thi công và nguy cơ lún, biến dạng công trình Do đó, cần áp dụng biện pháp gia cường kết hợp đệm cát và vải địa kỹ thuật để nâng cao tính ổn định và khả năng chịu tải cho nền công trình.

T ÍNH MỚI , TÍNH THỜI SỰ , Ý NGHĨA KHOA HỌC

Tính mới

Nghiên cứu về cường độ CBR của đất bùn sét gia cường bằng cát và vải địa kỹ thuật đã được tiến hành trong phòng thí nghiệm (Lê Hữu Tín, 2019) Tuy nhiên, hiện tại chưa có nhiều nghiên cứu về chỉ số CBR đối với đất bùn sét gia cường theo phương pháp thí nghiệm hiện trường.

Mô hình thí nghiệm CBR hiện trường cho đất bùn sét gia cường bằng hai lớp vải địa kỹ thuật kẹp giữa lớp đệm cát giúp nghiên cứu ứng xử của đất sét một cách chính xác hơn Mẫu thí nghiệm có kích thước lớn hơn và phù hợp với điều kiện thực tế, cho phép đánh giá cường độ đất sát với công trình thực tiễn Đề xuất sử dụng đất bùn sét khai thác từ lòng sông qua quá trình nạo vét để thay thế cát san lấp nền công trình ở An Giang, điều này vẫn chưa được thực hiện Nghiên cứu sẽ gia cường từng lớp vải địa kỹ thuật kết hợp với đệm cát và bùn yếu khai thác trực tiếp từ lòng sông Đất bùn sau khi phơi khô sẽ được đầm chặt cùng với vải địa kỹ thuật và lớp đệm cát, tạo thành hệ chịu lực có khả năng chịu tải trọng cao cho nền công trình trong điều kiện bình thường và ngập nước, đồng thời ngăn chặn sự xâm nhập của đất bùn vào đệm cát.

Nghiên cứu đề xuất cường độ CBR hiện trường của đất bùn yếu được gia cường bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật Mục tiêu là ứng dụng giải pháp này để thay thế cát trong công tác san lấp mặt bằng cho các công trình tại An Giang.

Tính thời sự

Với sự gia tăng lượng bùn thải từ nạo vét sông và tình trạng khan hiếm cát cho san lấp mặt bằng, việc tìm kiếm vật liệu thay thế cát trong xây dựng trở nên cấp thiết Mặc dù đã có nghiên cứu về việc sử dụng lớp gia cường (đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật) để cải tạo và gia cố nền đất yếu, nhưng cường độ CBR của đất bùn gia cường vẫn chưa được kiểm nghiệm, điều này cần được nghiên cứu để đánh giá khả năng chịu tải của đất sau khi gia cường.

Nghiên cứu về cường độ đất yếu gặp 17 thiếu sót, gây cản trở cho việc áp dụng phương pháp đề xuất trong xử lý nền đất yếu Điều này cũng ảnh hưởng đến việc đề xuất các biện pháp thay thế vật liệu cát san lấp hiệu quả.

Nghiên cứu này cung cấp tài liệu tham khảo cho thiết kế lựa chọn vật liệu thay thế cát đen trong công tác san lấp, sử dụng đất bùn yếu gia cường bằng vải địa kỹ thuật và lớp đệm cát Điều này mở ra hướng đi mới trong việc sử dụng vật liệu san lấp thay cho vật liệu truyền thống, giúp giảm chi phí xây dựng cho các công trình tại tỉnh An Giang.

Ý nghĩa khoa học

Chỉ số cường độ CBR là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá khả năng chịu tải của vật liệu nền đường cho các công trình giao thông Việc xác định chỉ số CBR cho các mẫu gia cường giúp đánh giá hiệu quả cải tạo và nâng cao cường độ chịu tải của đất bùn Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về phương pháp gia cường, nhưng cường độ CBR của đất sau cải tạo vẫn chưa được xác định qua thí nghiệm thực địa Thí nghiệm hiện trường với kích thước mẫu lớn hơn và điều kiện thực tế sẽ cung cấp đánh giá chính xác hơn về cường độ chịu tải của vật liệu.

Nghiên cứu sẽ giúp xác định phương pháp gia cường tối ưu (về bề dày lớp gia cường) trong cải tạo đất bùn nạo vét lòng sông.

Ý nghĩa thực tiễn áp dụng

Nghiên cứu cường độ của đất bùn yếu được gia cường bằng vải địa kỹ thuật và lớp đệm cát, thông qua thí nghiệm CBR hiện trường, giúp đánh giá khả năng chịu tải của nền bùn sét yếu sau khi được cải tạo Việc này cho phép hiểu rõ hơn về ứng xử của lớp bùn sau khi được đầm chặt và gia cường, từ đó đưa ra các giải pháp cải thiện nền đất hiệu quả.

Nghiên cứu này giới thiệu một phương pháp mới giúp giảm chi phí đầu tư xây dựng trong san lấp mặt bằng, đồng thời giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do đất bùn thải nạo vét từ lòng sông Phương pháp cũng nhằm giảm thiểu khối lượng cát sử dụng cho các công trình xây dựng tại tỉnh An Giang trong thời gian tới.

M ỤC ĐÍCH VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Mục đích nghiên cứu

Biến đổi khí hậu và khai thác quá mức tài nguyên như cát sông và mực nước ngầm đang gây ra nhiều hệ lụy nghiêm trọng cho môi trường và cuộc sống người dân Mực nước lũ ngày càng cao trong khi đất nền bị lún sụt, làm tăng khối lượng đất đắp khi xây dựng công trình Nhu cầu sử dụng vật liệu san lấp, đặc biệt là cát, ngày càng gia tăng tại tỉnh An Giang, dẫn đến những tác động xấu đến môi trường và ổn định bờ sông Công tác quy hoạch và quản lý của chính quyền địa phương gặp khó khăn, an ninh trật tự tại các khu vực khai thác cát cũng bị ảnh hưởng, cùng với việc giá cát san lấp tăng cao, làm tăng chi phí công trình Nếu không được tận dụng, lượng đất bùn khai thác từ lòng sông sẽ trở thành phế thải, gây ô nhiễm môi trường.

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ứng xử CBR của đất gia cường bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật Mục tiêu là tìm ra phương pháp gia cường tối ưu, nhằm đạt được cường độ cao nhất trong khi giảm thiểu lượng vật liệu sử dụng.

Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào đất bùn sét và lớp gia cường vải địa kỹ thuật kết hợp với đệm cát, đồng thời đề xuất phương pháp thí nghiệm CBR hiện trường cho các mẫu có và không có gia cường Đất bùn sét được khai thác từ lòng rạch Long Xuyên qua quá trình nạo vét và được vận chuyển về bãi thí nghiệm để xác định các đặc tính tự nhiên trước và sau khi gia cường Đất cát sử dụng trong nghiên cứu là cát địa phương tại An Giang, bao gồm cả cát hạt nhỏ và cát hạt to.

N HIỆM VỤ NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

 Thu thập, xác định chỉ tiêu cơ lý của đất bùn sét, cát và vải địa kỹ thuật

 Lập mô hình thí nghiệm CBR hiện trường với các phương pháp gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật

Xác định mối quan hệ giữa chỉ số CBR từ thí nghiệm hiện trường với khoảng cách gia cường, độ dày của lớp đệm cát và điều kiện độ ẩm của đất bùn sét là rất quan trọng Việc này giúp hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của các yếu tố này đến tính chất cơ học của đất, từ đó cải thiện thiết kế và thi công công trình.

Đề xuất bề dày đệm cát là một phương pháp gia cường tối ưu nhằm nâng cao khả năng chịu lực, đồng thời vẫn đảm bảo tiết kiệm chi phí vật liệu và thi công.

Đề tài này tập trung vào việc nghiên cứu vật liệu đất bùn và cát tại An Giang, sử dụng vải địa kỹ thuật không dệt Nghiên cứu thực hiện thí nghiệm hiện trường để xác định mối quan hệ giữa chỉ số CBR và khoảng cách gia cường (vải địa kỹ thuật kết hợp với lớp đệm cát) cũng như điều kiện bão hòa Cường độ của đất, cả có và không có gia cường, được xác định trực tiếp thông qua thí nghiệm CBR hiện trường mà không áp dụng các phương pháp thí nghiệm khác.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ

V ẬT LIỆU

Đất bùn sét

Đất bùn sét được khai thác từ lòng rạch Long Xuyên thông qua quá trình nạo vét và phơi khô Sau khi khai thác, mẫu đại diện được lấy để thử nghiệm nhằm xác định các tính chất cơ học của đất.

Hình 2-1: Nạo vét đất bùn sét thông luồng dòng chảy lòng rạch Long Xuyên

Các tính chất cơ học của mẫu đất, được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2-1: Tính chất cơ học đất bùn nạo vét lòng rạch Long Xuyên tỉnh An Giang

STT Tính chất Giá trị

1 Khối lượng riêng tự nhiên, , g/cm 3 1,611

3 Khối lượng riêng khô, k, g/cm 3 1,073

4 Hệ số rỗng ban đầu, e0 1,44

5 Khối lượng riêng khô lớn nhất, k - max , g/cm 3 1,625

6 Độ ẩm tối ưu, OMC, % 18,30

11 Phân loại đất theo USCS CL

Theo hệ thống phân loại đất của Mỹ (USCS), đất bùn được xác định là loại đất sét dẻo thấp với chỉ số dẻo PI = 26,66 Loại đất này có độ ẩm tự nhiên cao và hệ số rỗng lớn Với B = 1,11 > 1, đất bùn sét thường ở trạng thái nhão trong điều kiện tự nhiên.

Cách xác định các tính chất cơ học của mẫu đất, được thực hiện bằng công thức và các thí nghiệm như sau:

Bảng 2-2: Kết quả thí nghiệm nhão của mẫu đất

Khối lượng lon + đất ướt, (g)

Khối lượng lon + đất khô, (g)

Số lần nén (N) Độ ẩm, % Giới hạn chảy

Giới hạn chảy trung bình, LL 51,33

Bảng 2-3: Kết quả thí nghiệm dẻo của mẫu đất

Khối lượng lon, (g) Đất thí nghiệm, (g)

Khối lượng lon + đất ướt, (g)

Khối lượng lon + đất khô, (g) Độ ẩm, %

Chỉ số dẻo: PI = LL - PL 26,66

Chỉ số độ sệt: B=(W-PL)/PI 1,11

Bảng 2-4: Kết quả thí nghiệm dung trọng khô lớn nhất và độ ẩm tối ưu của mẫu đất sau khi bảo quản

Kết quả thí nghiệm dựa theo 22TCN 333-06 - Quy trình đầm nén đất, đá dăm trong phòng thí nghiệm.

Vải địa kỹ thuật

Lớp gia cường vải địa kỹ thuật kết hợp với đệm cát có khả năng tăng cường sức chịu lực và ngăn chặn hiệu quả sự xâm nhập của lớp sét vào đệm cát, đảm bảo độ chặt lớn nhất cho công trình.

Trọng lượng khuôn + vật liệu ẩm (g) 6052 6095 6168 6214 6104

Trọng lượng vật liệu ẩm (g) 1778 1821 1894 1940 1830

Trọng lượng vật liệu ẩm + bì (g) 58,30 60,28 66,14 70,59 75,49

Trọng lượng vật liệu khô + bì (g) 52,72 52,74 55,53 58,07 59,68

Trọng lượng vật liệu khô (g) 43,05 43,25 46,14 48,56 50,12

D.trọng khô lớn nhất (g/cm 3 )

Tỷ lệ hạt quá cỡ D≥4.75mm

Tỷ trọng khối hạt qúa cỡ:

KẾT QUẢ HIỆU CHUẨN Độ ẩ m t ố i ư u Độ ẩ m t ố i ư u

BIỂU ĐỒ THÍ NGHIỆM PROCTOR

Vải địa kỹ thuật là loại vải không dệt được lựa chọn theo tiêu chuẩn TCVN 9844: 2013, quy định về yêu cầu thiết kế, thi công và nghiệm thu trong xây dựng nền đắp trên đất yếu.

- Điều kiện bền của vải gia cường: max 9

F cp là cường độ chịu kéo cho phép của vải gia cường (kN/m);

F max là cường độ kéo đứt của vải gia cường (kN/m), F max 9(kN/m); k là hệ số an toàn, chọn k=5 vì là vải làm bằng polypropylene

- Điều kiện về lực ma sát cho phép đối với lớp vải gia cường rải trực tiếp

1 l  là chiều dài vải trong phạm vi vùng hoạt động (m)

 d là khối lượng thể tích của đất đắp (kN/m 3 )

0, 45 h i  là chiều cao đắp trên vải gia cường (m)

' f là hệ số ma sát giữa đất đắp và vải gia cường cho phép dùng để tính toán,

 là góc ma sát trong của đất đắp

' 0, 66 k  là hệ số dự trữ về ma sát

Chọn vải địa kỹ thuật dùng gia cố là loại vải địa kỹ thuật không dệt Các tính chất cơ học của vải được thể hiện trong bảng 2-5:

Bảng 2-5: Tính chất cơ học của vải địa kỹ thuật

STT Tính chất Giá trị

2 Cường độ chịu kéo (kN/m) 9

3 Độ giãn dài khi đứt (%) 50

Cát thí nghiệm

Trong thí nghiệm, hai loại cát được sử dụng là cát địa phương ở An Giang, bao gồm cát hạt nhỏ và cát hạt to, với các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng.

Bảng 2-6: Tính chất cơ học của cát

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

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

Hệ số rỗng nhỏ nhất, emin 0,742 0,613

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

Hệ số rỗng lớn nhất, emax 1,004 0,900

Khối lượng thể tích tại độ chặt Dr = 80%, γd (g/cm 3 ) 1,506 1,616

Mẫu cát sẽ được đầm chặt đến độ chặt tương đối Dr = 80% Hệ số rỗng tại độ chặt D80 được tính theo công thức e = emax - Dr×(emax-emin), với Dr được xác định là 80%.

Từ đó, khối lượng thể tích khô của cát tại độ chặt Dr = 80% được tính theo công thức: γk = Gs/(1+e) (7) Trong đó : G s = tỷ trọng hạt của cát

Bên cạnh đó, cát còn được kiểm tra cường độ sức kháng cắt theo thí nghiệm cắt trực tiếp tại độ chặt tương đối 80%

Hình 2-2: Tương quan ứng suất cắt và chuyển vị của (a) cát hạt nhỏ; (b) cát hạt to tương ứng với áp lực nén (50,100,200) kPa tại độ chặt tương đối 80%

(a) Áp lực nén 50 kPa Áp lực nén 100 kPa Áp lực nén 200 kPa

(b) Áp lực nén 50 kPa Áp lực nén 100 kPa Áp lực nén 200 kPa

Hình 2-3: Biểu đồ so sánh kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp của cát hạt nhỏ và cát hạt to tại độ chặt tương đối 80%

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, ở độ chặt tương đối Dr = 80%, cát hạt to có cường độ cao hơn cát hạt nhỏ Bảng dưới đây trình bày kết quả góc ma sát trong của hai loại cát.

Bảng 2-7: Góc ma sát trong của cát hạt nhỏ và cát hạt to tại độ chặt tương đối 80%

Stt Loại cát tang ϕ ϕ (độ)

B IỆN PHÁP THÍ NGHIỆM CBR HIỆN TRƯỜNG

Chỉ số CBR (California Bearing Ratio) là thước đo sức chịu tải của đất và vật liệu, được sử dụng trong thiết kế kết cấu áo đường theo phương pháp AASHTO Chỉ số này phản ánh khả năng chịu lực của vật liệu, đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán và đảm bảo chất lượng công trình.

0 50 100 150 200 250 Ứng suất cắt (kPa) Ứng suất nén (kPa)

Cát hạt nhỏCát hạt toLinear (Cát hạt nhỏ)Linear (Cát hạt to)

28 nhiêu phần trăm so với vật liệu tiêu chuẩn của phòng thí nghiệm đường bộ bang Calliomia Mỹ

Công thức tính giá trị CBR theo tiêu chuẩn 22 TCN 332-06:

- 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/cm 2 )

- 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

Áp lực nén tiêu chuẩn 103 tương ứng với chiều sâu ép lún 5,08 mm (daN/cm²) Nghiên cứu này kết hợp các Tiêu chuẩn Quốc gia như TCVN 8821:2011 về phương pháp xác định chỉ số CBR của nền đất và các lớp móng đường bằng vật liệu rời tại hiện trường, cùng với 22 TCN 333-06 quy trình đầm nén đất, đá dăm trong phòng thí nghiệm của Bộ Giao thông vận tải, và Tiêu chuẩn Mỹ ASTM D4429 về quy trình thí nghiệm CBR tại hiện trường.

Quy trình thí nghiệm được mô tả theo các bước như sau:

Để xác định độ ẩm tối ưu (OMC) và dung trọng khô lớn nhất của các mẫu đất, cần thực hiện thí nghiệm đầm tiêu chuẩn trong điều kiện phòng thí nghiệm.

(2) Chuẩn bị mẫu: Trộn đất, dưỡng ẩm, đầm đất theo độ ẩm tối ưu và dung trọng khô lớn nhất đã thí nghiệm trước

Hình 2-4: Biểu đồ quan hệ giữa CBR và khối lượng thể tích khô theo

(3) Thực hiện thí nghiệm nén CBR theo tiêu chuẩn TCVN 8821:2011 xác định chỉ số CBR của mẫu thí nghiệm

Trong nghiên cứu này, tổng cộng 11 mẫu thí nghiệm CBR đã được thực hiện dưới các điều kiện khác nhau, bao gồm độ dày của lớp cát gia cường, độ ẩm của mẫu, và các điều kiện gia cường Thông tin chi tiết về các mẫu thí nghiệm được trình bày trong bảng 2-6.

T ƯƠNG QUAN GIỮA CHỈ SỐ CBR VÀ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN

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

Để xác định ứng xử của mẫu trong điều kiện thí nghiệm chỉ số CBR hiện trường, mô hình thí nghiệm được đề xuất theo tiêu chuẩn ASTM D4429 Mô hình cho phép tạo mẫu kích thước 90x90cm với độ dày từ 22-35cm Kích thước này cho phép thực hiện thí nghiệm tại 5 vị trí khác nhau trên mỗi mẫu, đảm bảo khoảng cách giữa các vị trí thí nghiệm và từ vị trí thí nghiệm đến mép mẫu không nhỏ hơn 25cm và lớn hơn 17cm, theo quy định của ASTM D4429 Vị trí của 5 điểm thí nghiệm được minh họa trong hình 2-5.

Hình 2-5: Kích thước và vị trí thí nghiệm CBR hiện trường

Chuẩn bị đất thí nghiệm

Đất bùn sét được khai thác từ lòng rạch Long Xuyên, tỉnh An Giang, thông qua quá trình nạo vét và thông luồng dòng chảy Sau khi được đưa lên xe tải chuyên dụng, đất sẽ được chuyển về tập kết tại sân phơi trong khoảng 8 tuần Quá trình này giúp đất thoát nước, giảm độ ẩm và gia tăng độ cố kết, đảm bảo thuận tiện cho việc tiến hành thí nghiệm.

Hình 2-6: Phơi đất thoát nước giảm độ ẩm tại sân phơi

Hình 2-7: Thí nghiệm xác định các tính chất cơ học của mẫu đất ở điều kiện trong phòng thí nghệm

Sau khi thu thập số liệu về các tính chất cơ học của mẫu đất từ các thí nghiệm trong phòng, tiến hành đập nhỏ lượng đất còn lại bằng búa cao su và sàng qua lưới có kích thước mắt lưới 20x20 mm.

Hình 2-8: Quá trình đập nhuyễn và ray đất qua sàn

Sau khi đập nhuyễn, tất cả đất cần được ray qua sàn và bảo quản trong túi nhựa kín trong ít nhất 72 giờ nhằm duy trì độ ẩm ổn định cho các mẫu đất.

Để bảo quản đất, trước tiên, đất được trộn với nước theo tỷ lệ phù hợp nhằm đạt độ ẩm tối ưu là 18,3% Sau khi đạt yêu cầu, đất sẽ được cho vào túi nhựa kín và bảo quản cẩn thận.

34 dưỡng ẩm trong vòng ít nhất 120 giờ nhằm đảm bảo cho độ ẩm của đất trong túi nhựa được đồng nhất trước khi tiến hành thí nghiệm.

Thiết bị thí nghiệm CBR hiện trường

Hình 2-10: Thiết bị và mô hình thí nghiệm CBR hiện trường (TCVN 8821 : 2011)

Khuôn mẫu định hình kích thước dài x rộng (900x900)mm, dày tuần tự (50,100,150)mm

(a) Khuôn mẫu gỗ định hình

Cân bàn lò xo trọng lượng tịnh 100 kg (có kiểm định)

(b) Cân bàn lò xo trọng lượng tịnh 100 kg (có kiểm định) Máy trộn bê tông thể tích 0,5m 3

(c) Máy trộn bê tông thể tích 0,5m 3 Máy đầm bàn

(g) Mhước thủy Nivo Búa cao su

Dàn giáo + hệ đối trọng tải trọng

Dao vòng lấy mẫu đất

Hình 2-11: Dụng cụ phục vụ thí nghiệm CBR hiện trường

Quy trình chuẩn bị mẫu thí nghiệm CBR hiện trường

2.3.4.1 Chuẩn bị mẫu không ngâm

Để xác định khối lượng đất thí nghiệm trong quá trình chuẩn bị mẫu, dung trọng tự nhiên của đất được tính toán dựa trên dung trọng khô lớn nhất và độ ẩm tối ưu từ thí nghiệm đầm tiêu chuẩn Dung trọng ướt của đất sẽ được xác định theo công thức cụ thể.

𝛾 = 𝛾 𝑘−𝑚𝑎𝑥 × (1 + 𝜛) (10) Trong đó γk-max = 1,625 g/cm 3 dung trọng khô của đất thu được từ thí nghiệm đầm tiêu chuẩn; ω = 18,3% độ ẩm tối ưu thu từ thí nghiệm đầm tiêu chuẩn

Dung trọng tự nhiên của mẫu cần chuẩn bị là 1,92 g/cm³ Sau khi bảo quản trong 120 giờ, đất sẽ được đưa vào khuôn với tỷ lệ trọng lượng đất/thể tích khuôn là 1,92 g/cm³ Quá trình đầm nén sẽ được thực hiện theo từng lớp dày 5cm, đã được đo và đánh dấu sẵn trong khuôn.

Quá trình đầm nén bao gồm hai phương pháp: đầm thủ công bằng búa cao su và đầm cơ giới bằng máy đầm cóc Khi lớp đất đạt độ dày tương ứng với mực đánh dấu ban đầu (5cm), tiến hành đổ lớp đất tiếp theo vào khuôn với tỷ lệ 1,92 gam cho mỗi 90x90x5 cm, tương đương 77,8 kg cho mỗi lớp 5cm.

Hình 2-12: Cho đất vào khuôn để đầm mẫu

Cho lượng đất vừa đủ vào khuôn và tiến hành đầm nén bằng cách kết hợp giữa phương pháp thủ công với búa cao su và sử dụng máy đầm cóc để đảm bảo độ chặt của đất.

Tiếp đến cân xác định khối lượng cát cho từng mẫu thí nghiệm khác nhau ứng với tỷ lệ bề dày lớp cát gia cường:

- Cát hạt nhỏ: 1,506 gam/cm 3 ;

- Cát hạt to: 1,674 gam/cm 3

Hình 2-13: Đầm đất bằng tay

Hình 2-14: Đầm đất bằng máy

Hình 2-15: Cho cát đệm vào khuôn đầm

Hình 2-16: Hoàn thành công tác đầm nén chuẩn bị thí nghiệm

2.3.4.2 Ngâm bão hòa mẫu thí nghiệm

Mẫu ngâm bão hòa với các bước như sau:

- Cho khuôn mẫu vào ngâm bão hòa trong khuôn nhựa kín chống mất nước sao cho mực nước trong khuôn luôn cao hơn bề mặt mẫu đất khoản 20mm

Ngâm mẫu liên tục trong 96 giờ, đồng thời theo dõi và bổ sung nước vào khuôn để đảm bảo mực nước luôn cao hơn bề mặt mẫu đất khoảng 20mm.

Hình 2-17: Ngâm bão hòa mẫu thí nghiệm sau khi hoàn thành đầm nén

Quy trình thí nghiệm nén CBR

Để chuẩn bị mặt bằng thí nghiệm, cần dọn sạch bề mặt tại các vị trí thí nghiệm, tạo ra một khoảng trống bằng phẳng có đường kính khoảng 60 cm, đồng thời tránh làm xáo động vật liệu chuẩn bị bên dưới Bề mặt mẫu phải được làm nhẵn và ngang bằng, và cần đánh dấu các vị trí tâm khoảng trống để xác định nơi đầu xuyên sẽ xuyên vào.

- Lắp đặt hệ thống chất tải và thiết bị thí nghiệm theo trình tự sau:

Đặt khối chất tải vào vị trí chính xác để khi lắp thiết bị thí nghiệm, đầu xuyên thẳng đứng nằm ngay trên tâm khoảng trống cần thí nghiệm, cách mặt thí nghiệm khoảng 25 mm Sau đó, lắp giá đỡ kích gia tải vào khối chất tải.

+ Lắp kích gia tải vào giá đỡ kích

+ Lắp đầu nối và vòng đo lực vào kích gia tải

+ Lắp các đoạn cần nối

+ Lắp đầu xuyên vào cần nối dưới cùng

+ Vặn chặt các cần nối và các liên kết Kiểm tra điều chỉnh hệ ống xuyên bằng thước ni vô để đảm bảo thẳng đứng

+ Đặt tấm gia tải hình vành khăn 4,5 kg trên bề mặt thí nghiệm, sao cho lỗ của tấm gia tải nằm tại vị trí đã đánh dấu

Quay kích gia tải để đầu xuyên đi xuống lỗ của tấm gia tải cho đến khi chạm vào bề mặt vật liệu Sau đó, nâng tấm gia tải hình vành khăn lên và trải đều một lớp cát dày từ 3mm đến 6mm lên bề mặt thử nghiệm, rồi đặt tấm gia tải trở lại.

Để đạt trọng lượng gia tải tối thiểu 13,5 kg trong thử nghiệm CBR hiện trường, cần đặt một tấm gia tải hình vành khuyên nặng 9 kg lên trên tấm gia tải hình vành khăn nặng 4,5 kg.

Đặt các tấm gia tải hình vành khuyên lên tấm gia tải hình vành khăn, đảm bảo rằng áp lực từ các tấm gia tải này tương đương với áp lực của các lớp phía trên tác động lên bề mặt lớp thử nghiệm.

+ Lắp đồng hồ đo độ xuyên vào đầu nối và để đầu đo của đồng hồ đo độ xuyên tiếp xúc với thanh đỡ nằm ngang

+ Chỉnh kim đồng hồ của vòng lực và đồng hồ đo độ xuyên về vị trí ‘0’

Để đảm bảo hiệu quả trong quá trình thí nghiệm, cần sử dụng tay quay để điều chỉnh tốc độ gia tải một cách hợp lý, với tốc độ ổn định là 1,27 mm/phút (0,02 mm/giây) khi đầu xuyên vào lớp vật liệu Việc kiểm soát tốc độ gia tải là rất quan trọng, do đó cần theo dõi tốc độ quay của đồng hồ đo độ xuyên sâu kết hợp với đồng hồ đo thời gian để điều chỉnh tốc độ quay của kích gia tải Đồng thời, ghi lại số đọc trên đồng hồ của vòng đo lực để có dữ liệu chính xác cho phân tích sau này.

Hình 2-18: Tến hành thí nghiệm CBR và ghi số liệu

Ngay sau khi thí nghiệm kết thúc, mẫu đất được lấy bằng dao vòng thép để xác định độ ẩm theo TCVN 4196–1995 và dung trọng tự nhiên Kết quả cho thấy độ ẩm và dung trọng khô của mẫu hiện trường không chênh lệch quá 1% so với giá trị dự kiến, với độ ẩm đạt 18.3% và dung trọng khô là 1.625 g/cm³.

- Tiến hành thí nghiệm tuần tự cho 04 (bốn) vị trí còn lại theo quy trình giống quy trình vừa thí nghiệm của vị trí đầu tiên.

Hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm CBR

Do bề mặt lớp đất thí nghiệm CBR không bằng phẳng tại điểm tiếp xúc giữa chùy xuyên và lớp đất, cần điều chỉnh đường cong giữa áp lực nén và chiều sâu xuyên Phương pháp điều chỉnh này được quy định theo TCVN 8821: 2011, như mô tả trong hình 2-19.

Hình 2-19: Mô tả cách hiệu chỉnh biểu đồ CBR hiện trường (TCVN 8821 : 2011)

X ÁC ĐỊNH CHỈ SỐ CBR TỪ CÁC LẦN THÍ NGHIỆM

Quá trình xử lý loại bỏ sai số kết quả thí nghiệm CBR

Quy trình xử lý loại bỏ sai số thí nghiệm CBR như sau:

(1) Sửa lại tương quan áp lực chùy xuyên và dịch chuyển chùy xuyên theophương pháp hiệu chỉnh biểu đồ CBR quy định trong TCVN 8821 : 2011

(2) Xác định chỉ số CBR tương ứng với áp lực nén tại độ dịch chuyển 2.54 (hoặc 5.08mm) của 5 vị trí thí nghiệm

Kiểm tra độ lệch giá trị CBR tại 5 vị trí thí nghiệm so với giá trị CBR trung bình của 5 kết quả thí nghiệm, đồng thời loại bỏ những kết quả có độ lệch vượt quá 5%.

(4) Tính toán đường CBR trung bình từ các kết quả thí nghiệm có độ lệch so với giá trị trung bình nhỏ hơn 5%

Quá trình loại bỏ sai số được minh họa cụ thể đối với mẫu gia cường cát hạt to dày 40mm

Bước 1: Hiệu chỉnh biểu đồ CBR từ 5 kết quả thí nghiệm theo TCVN 8821 :

2011 Kết quả thể hiện trong hình dưới.

Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa áp lực nén và chiều sâu xuyên của mẫu gia cường cát hạt to dày 40mm trước khi tiến hành loại bỏ sai lệch.

Giá trị CBR trung bình của 5 kết quả thí nghiệm là 9.3, tương ứng với lực nén tại chuyển vị 2.54mm, như thể hiện trong bảng 3.1 Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm số 2 và số 4 có độ lệch vượt quá 5%, vì vậy chúng được loại bỏ khỏi tính toán giá trị CBR cuối cùng.

Kết quả tương quan CBR trung bình từ 3 kết quả được chọn thể hiện trong hình 3.2

Nén lần 1Nén lần 2Nén lần 3Nén lần 4Nén lần 5

Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa áp lực nén và chiều sâu xuyên của mẫu gia cường cát hạt to dày 40mm sau khi đã loại bỏ các đường sai lệch.

Quy trình trên được áp dụng cho tất cả các mẫu thí nghiệm còn lại Các kết quả được thể hiện trong hình 3.3

Bảng 3-1: Bảng tổng hợp xử lý loại bỏ sai số kết quả thí nghiệm

Trường hợp mẫu Vị trí nén

Gia cường cát hạt to dày 20

Nén lần 1Nén lần 3Nén lần 5

Trường hợp mẫu Vị trí nén

Gia cường cát hạt nhỏ dày 20

Nén lần 1 Nén lần 3 Nén lần 4 Nén lần 5

(b) gia cường cát hạt nhỏ dày 20mm

Nén lần 1 Nén lần 2 Nén lần 3

(c) gia cường cát hạt to dày 20mm

(d) gia cường cát hạt nhỏ dày 40mm

(g) gia cường cát hạt nhỏ dày 80mm

(h) gia cường cát hạt to dày 80mm

Hình 3-3: Tương quan giữa áp lực nén và chiều sâu xuyên sau khi xác định giá trị lưc nén trung bình

(i) gia cường cát hạt nhỏ dày 150mm

(k) gia cường cát hạt to dày 150mm

Đánh giá sai số trong quá trình xác định chỉ số CBR

Sai số được xác định trong quá trình xác định chỉ số CBR trung bình được tính theo công thức:

%Sai số = (CBR max - CBRtb) /CBRtb × 100% (11)

Giá trị sai số được tính theo công thức %Sai số = (CBR tb - CBRmin) / CBRtb × 100% Trong đó, giá trị sai số lớn nhất từ hai công thức được sử dụng để đánh giá Kết quả cho thấy các giá trị sai số đều nhỏ hơn 5%, chứng tỏ kết quả thí nghiệm là chấp nhận được.

Bảng 3-2: Tổng hợp CBR các mẫu thí nghiệm hiện trường cát hạt nhỏ và cát hạt to

STT Mẫu thí nghiệm CBR 1 Sai số,

1 Mẫu không gia cường 7,35 4,73 7,57 3,08 7,57 Mẫu gia cường cát hạt nhỏ

1 Mẫu gia cường cát dày

Mẫu gia cường cát hạt to

P HÂN TÍCH ỨNG XỬ CBR TRÊN MẪU GIA CƯỜNG VÀ KHÔNG GIA CƯỜNG

Ảnh hưởng quá trình bão hòa đến ứng xử CBR

So với mẫu không bão hòa thì mẫu đất gia cường nhanh chóng mất đi cường độ khi bị ngâm bão hòa (hình 3.7)

Gia cường cát hạt nhỏ dày

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

Hình 3-7: Ảnh hưởng của ngâm bão hòa đến ứng xử CBR của mẫu gia cường với 150mm đệm cát

(a) Mẫu gia cường cát hạt to

Mẫu gia cường cát hạt to dày 150

Mẫu gia cường cát hạt to dày 150 ngâm BH

(b) Mẫu gia cường cát hạt nhỏ

Mẫu gia cường cát hạt nhỏ dày 150

Gia cường cát hạt nhỏ dày 150 ngâm BH

Nghiên cứu cho thấy mẫu gia cường giảm tới 97% sau khi ngâm bão hòa, do bề mặt đất sét tiếp xúc trực tiếp với nước mà không có biện pháp ngăn chặn trương nở Mặc dù có sự kết hợp của vải địa kỹ thuật và lớp đệm cát, quá trình ngâm đã phá hỏng lớp đất bùn, dẫn đến sự chuyển hóa thành bùn yếu trên bề mặt mẫu, làm mất khả năng chịu tải trọng Trong tình huống này, lớp gia cường không còn hiệu quả trong việc tăng cường khả năng chịu tải của đất sét Do đó, cần thiết phải có biện pháp bảo vệ bề mặt lớp đất sét trong quá trình chịu tải, nhằm tránh tình trạng bão hòa và đảm bảo khả năng chịu tải cũng như hiệu quả của đệm cát và vải địa kỹ thuật.

Quá trình ngâm bão hòa có thể làm mất cường độ và hiệu quả của các lớp gia cường, vì vậy cần thiết phải có biện pháp bảo vệ cho công trình đất bùn gia cường bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật khỏi hiện tượng bão hòa do mưa hoặc thấm nước Một trong những phương pháp quan trọng là xây dựng hệ thống thoát nước hiệu quả, đảm bảo thoát nước triệt để và bảo vệ lớp mặt của công trình gia cố.

Bảng 3-3: Ảnh hưởng quá trình bão hòa mẫu đến CBR

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

Mẫu gia cường cát hạt to

150mm, không ngâm bão hòa 10,75 10,69 10,75

97,3 Mẫu gia cường cát hạt to

Mẫu gia cường cát hạt nhỏ

150mm, không ngâm bão hòa 8,74 9,85 9,85

97,0 Mẫu gia cường cát hạt nhỏ

Ảnh hưởng bề dày đệm cát đến ứng xử CBR

Để đánh giá sự gia tăng cường độ của đất sau khi được gia cường bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật, tỷ lệ áp lực nén, ký hiệu là R, được xác định là tỷ số giữa áp lực nén của mẫu gia cường.

60 cường, P gia cường và mẫu không gia cường, P không gia cường tại cùng một giá trị chiều sâu xuyên:

R = Pgia cường/P không gia cường (13)

Tỷ lệ áp lực nén tại các độ dày 2,54mm, 5,08mm và 10mm được phân tích trong bài viết, với biểu đồ cho thấy mẫu cát gia cường dày 40mm đạt hiệu suất chịu tải tốt nhất cho cả cát hạt nhỏ và hạt to Độ dày 40mm là tối ưu để gia cường mẫu đất sét Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng khi chiều sâu xuyên tăng, tỷ lệ áp lực cũng tăng theo Điều này cho thấy vải địa kỹ thuật cần có khả năng biến dạng lớn để phát huy khả năng chịu kéo, từ đó nâng cao cường độ cho mẫu gia cường.

Tỷ lệ áp lực nén, R

Bề dày lớp cát, mm

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

Tỷ lệ áp lực nén của các mẫu gia cường cát hạt nhỏ và cát hạt to được phân tích dựa trên bề dày gia cường (20, 40, 80, 150) mm của mẫu không bão hòa, như thể hiện trong Hình 3-8.

Cường độ CBR của mẫu cát gia cường cho thấy sự tương đồng với xu hướng áp lực nén, trong đó mẫu có bề dày 40mm đạt khả năng chịu tải tối ưu nhất Bề dày này không chỉ tiết kiệm vật liệu mà còn mang lại khả năng chịu lực lớn nhất, tương ứng với tỷ lệ thay thế vật liệu là 16.7% (được tính bằng tỷ lệ bề dày lớp cát so với tổng bề dày mẫu thí nghiệm).

Tỷ lệ áp lực nén, R

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

Hình 3-9: Ảnh hưởng của bề dày cát đến cường độ CBR của mẫu không bão hòa

Hình 3-10: Tương quan tỷ lệ gia tăng CBR với tỷ lệ thay thế vật liệu gia cường trên tổng bề dày mẫu thí nghiệm

Cát hạt nhỏ Cát hạt to

% gia tăng CBR do gia cường

Tỷ lệ % thay thế vật liệu cát/ tổng bề dày mẫu thí nghiệm

Cát hạt nhỏCát hạt to

Ảnh hưởng của loại cát đến cường độ CBR

Theo bảng tỷ lệ gia tăng CBR, cường độ CBR tăng từ 22,93% đến 53,52% khi thay thế vật liệu cát hạt nhỏ, và từ 38,4% đến 65,88% với cát hạt to Mẫu gia cường bằng cát hạt to có cường độ CBR cao hơn so với mẫu cát hạt nhỏ do khả năng chịu cắt của cát hạt to tốt hơn Cụ thể, với cùng một độ chặt tương đối Dr = 80%, cát hạt to mang lại khả năng gia cường hiệu quả hơn cát hạt nhỏ.

Hình 3-11: 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

Khi lớp cát gia cường có độ dày nhỏ hơn 20mm, sự chênh lệch cường độ giữa cát hạt to và cát hạt nhỏ không đáng kể Tuy nhiên, khi độ dày lớp cát gia cường tăng lên 40mm trở lên, sự chênh lệch này trở nên rõ rệt hơn Điều này cho thấy rằng, với độ dày nhỏ, cường độ do cát gây ra không khác biệt nhiều, nhưng khi độ dày lớp cát gia cường tăng, khoảng cách cường độ CBR giữa cát nhỏ và cát to ngày càng lớn.

Khi lớp đệm cát gia cường mỏng, cường độ của cát chưa đóng góp nhiều vào cường độ chung của mẫu Điều này dẫn đến khả năng kháng cắt của cát chưa ảnh hưởng đáng kể đến cường độ của mẫu thí nghiệm, đặc biệt khi chiều dày chỉ đạt 40mm.

Cát hạt nhỏCát hạt to

64 lên, khả năng kháng cắt của cát đóng góp nhiều vào vai trò chịu lực của mẫu thí nghiệm, từ đó, ảnh hưởng lớn đến cường độ của mẫu

Bảng 3-4: Bảng tỷ lệ gia tăng CBR theo % thay thế vật liệu cát trên tổng bề dày mẫu

Stt Loại mẫu thí nghiệm

Bề dày cát / tổng bề dày mẫu (mm)

Tỷ lệ thay thế vật liệu (%)

Tỷ lệ gia tăng CBR (%) Cát hạt nhỏ

2 Mẫu gia cường cát dày 20mm 20/220 9,1 22,93

5 Mẫu gia cường cát dày 150mm 150/350 42,9 30,04 Cát hạt to

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

K ẾT LUẬN

Nghiên cứu về ứng xử của đất bùn sét cho thấy giá trị CBR thay đổi theo cấu tạo gia cường (có và không có gia cường), chiều dày gia cường (20, 40, 80, 150 mm), loại cát gia cường (cát hạt nhỏ và cát hạt to), cũng như điều kiện bão hòa (không ngâm và ngâm bão hòa) của mẫu thí nghiệm Một số kết luận quan trọng đã được rút ra từ nghiên cứu này.

Đất sét bùn yếu có thể được gia cường hiệu quả bằng cách kết hợp vải địa kỹ thuật và lớp đệm cát, nhờ vào sức kháng cắt của cát và khả năng chịu kéo của vải địa kỹ thuật Sự kết hợp này giúp tăng cường đáng kể khả năng chịu lực của mẫu đất, với áp lực nén tăng lên khi biến dạng lớn hơn Kết quả nghiên cứu cho thấy mẫu đất gia cường bằng cát hạt to mang lại hiệu quả tốt nhất.

Chiều dày gia cường ảnh hưởng lớn đến cường độ của mẫu đất, với tỷ lệ gia tăng CBR cao nhất đạt được ở mẫu gia cường dày 40mm, tương ứng với tỷ lệ thay thế vật liệu 16,7% Cường độ CBR tăng từ 22,93% đến 53,52% với cát hạt nhỏ và từ 38,4% đến 65,88% với cát hạt to, đây là bề dày tối ưu giúp nâng cao khả năng chịu lực mà vẫn tiết kiệm vật liệu Ngược lại, nếu lớp gia cường quá mỏng, khả năng chịu lực sẽ không phát huy hiệu quả, trong khi lớp dày quá (≥40mm) sẽ dẫn đến giảm hiệu suất chịu lực và lãng phí vật liệu mà không đạt được cường độ tối ưu.

Trong điều kiện ngâm mẫu đất sét bão hòa nước mà không có biện pháp hạn chế trương nở tự do, mẫu sẽ chuyển sang trạng thái bùn yếu, dẫn đến bề mặt bị phá hoại và mất khả năng chịu lực Lớp gia cường cũng không còn tác dụng trong việc chịu tải trọng Do đó, cần thiết phải có công trình thoát nước bề mặt triệt để để bảo vệ bề mặt lớp đất sét và tránh những rủi ro trong quá trình chịu tải.

66 bị bão hòa lớp đất sét nhằm đảm bảo khả năng chịu tải và khả năng gia cường của đệm cát và vải địa kỹ thuật

Nghiên cứu cho thấy đất bùn sét nạo vét từ lòng sông, rạch ở An Giang có khả năng cải thiện cường độ chịu tải trọng khi được xử lý đúng cách, đặc biệt là khi kết hợp với vải địa kỹ thuật và lớp đệm cát Việc ứng dụng lượng bùn sét yếu này để thay thế cát đen trong san lấp nền cho các công trình xây dựng không chỉ giúp tận dụng bùn thải từ nạo vét mà còn bảo vệ môi trường, đồng thời giảm thiểu sự khai thác cát tự nhiên đang ngày càng khan hiếm, góp phần vào sự phát triển bền vững nguồn cung vật liệu xây dựng tại địa phương.

K IẾN NGHỊ

Một số kiến nghị cho nghiên cứu tiếp theo nhằm cải thiện và hoàn thiện hơn về ứng xử của đất gia cường bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật bao gồm việc thực hiện các thí nghiệm thực địa để thu thập dữ liệu chính xác hơn, áp dụng các mô hình phân tích mới để đánh giá hiệu quả của các phương pháp gia cường, và nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến tính chất cơ học của đất.

Nghiên cứu hiện tại chưa phân tích đầy đủ các hành vi của đất bùn sét theo thời gian và chưa so sánh, đánh giá khả năng thúc đẩy cố kết của đệm cát cùng với vải địa kỹ thuật Do đó, tác giả đề xuất cần thực hiện quan trắc lún và phân tích độ chặt của nền đất theo thời gian để có cái nhìn rõ hơn về sự ổn định và hiệu quả của các giải pháp xây dựng.

Nghiên cứu hiện tại chưa xác định rõ lực kéo đứt của vải trong quá trình chịu tải chung của mẫu Do đó, cần thực hiện thêm các nghiên cứu để xác định cường độ kéo của vải trong quá trình thí nghiệm và chịu tải Từ đó, có thể xác định khả năng chịu lực tối đa của đất bùn gia cường thông qua khả năng chịu kéo đứt của vải địa kỹ thuật.

Nghiên cứu hiện tại chưa xem xét và phân tích độ trương nở cũng như cơ chế phá hủy bề mặt mẫu, điều này làm giảm hiệu quả của lớp gia cường bằng cát và vải địa kỹ thuật, dẫn đến sự suy giảm khả năng chịu lực của mẫu đất Do đó, cần có các biện pháp ngăn chặn sự trương nở tự do nhằm bảo vệ bề mặt và đảm bảo khả năng chịu lực của nền đất.

Luận văn này đề xuất nghiên cứu về tương tác giữa đất bùn, vải và đệm cát, nhằm làm rõ khả năng, nguồn gốc và bản chất của việc gia tăng cường độ của đất gia cường.

Nghiên cứu hiện tại chỉ tập trung vào một số loại vật liệu cụ thể như bùn sét yếu từ lòng sông, cát hạt mịn có cấp phối kém tại An Giang và vải địa kỹ thuật không dệt, do đó chưa có sự so sánh đa dạng về hành vi của mẫu đất được gia cường Để nâng cao chất lượng nghiên cứu, cần mở rộng loại vật liệu sử dụng và thử nghiệm với các mức năng lượng đầm nén khác nhau, nhằm đạt được kết quả so sánh toàn diện hơn về ứng xử của mẫu đất gia cường.

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	6,37 MB