TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 367
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI TẠO ĐẤT ĐỊA PHƯƠNG BẰNG VÔI
KẾT HỢP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT LÀM ĐẤT ĐẮP NỀN ĐƯỜNG
KHU VỰC TỈNH HẬU GIANG
STUDY ON THE APPROACH TO USING LOCAL EARTH REINFORCED
WITH LIME AND GEOTEXTILE FOR ROAD EMBANKMENT
IN HAU GIANG PROVINCE
PGS. TS. Võ Phán, KS. Nguyễn Hữu Trung Tín
Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG TP.HCM
TÓM TẮT
Bài báo trình bày phương pháp sử dụng đất sét yếu địa phương đã được cải tạo
với vôi để đắp nền đường có trải vải địa kỹ thuật. Bằng thí nghiệm cắt trực tiếp và
nén một trục nở hông, nghiên cứu xác định hàm lượng vôi hợp lý nhất về mặt hiệu
quả cải tạo đất, từ đó áp dụng vào nền đất đắp để làm giảm hàm lượng vải địa kỹ
thuật cần sử dụng. Các hàm lượng vôi được xét đến: 0%, 6%, 8%, 10. Ứng dụng
kết quả này vào công trình đường tại Thành phố Vị Thanh - tỉnh Hậu Giang.
ABSTRACT
This paper presents a solution of using local soft clay mixed with lime for road
embankment reinforced with geotextile. By using Direct Shear Test and
Unconfined Compression Test, with different contents of lime: 0%, 6%, 8%, 10%,
the research figures out the optimum content of lime in respect of earth
reinforcement efficiency, apply to road embankment to decrease the content of
geotextile required. In addition, the author considers to apply this result to a road
in Vi Thanh city – Hau Giang province.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, vì nhu cầu khai thác tiềm năng kinh tế và nâng cao đời sống của người
dân khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, hệ thống giao thông trong khu vực này đang
trên đà phát triển nhanh. Trước nhu cầu tăng cao đó, việc tận dụng đất địa phương làm
đất đắp sẽ giúp tiết kiệm đáng kể chi phí và thời gian thi công. Tuy nhiên, do lịch sử
hình thành địa chất ở Đồng bằng Sông Cửu Long là bồi tích nên các lớp đất bề mặt ở
khu vực này thường là đất yếu, việc sử dụng lớp đất mặt để làm đất đắp nền đường cũng
vì thế mà trở nên không khả thi. Vì vậy, nghiên cứu phương pháp gia cường đất ở các
khu vực này trở nên một ngày càng thiết yếu. Trong các phương pháp cải tạo đất hiện
nay, phương pháp cải tạo đất bằng vôi được đánh giá là hiệu quả nhất về mặt chi phí,
đất sau cải tạo sẽ có cường độ cao, tuy nhiên lại có khuyết điểm là sẽ trở thành vật liệu
giòn. Để cải thiện khuyết điểm đó của đất trộn vôi, nghiên cứu này xem xét giải pháp
kết hợp vải địa kỹ thuật làm vật liệu chịu kéo vào đất đã cải tạo bằng vôi trong việc ổn
định đất đắp nền đường.
TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
368 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Thí nghiệm trong phòng: Tiến hành thí nghiệm cắt trực tiếp và nén một trục nở
hông của đất trộn với các hàm lượng vôi 6%, 8%, 10%.
- Tính toán và mô phỏng: Sử dụng phần mềm Geo Slope/W để tính toán chiều
cao mỗi lớp đất đắp có thể đối với nền đường.
3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
3.1 . Nguyên vật liệu chính dùng trong thí nghiệm
Đất dùng cho thí nghiệm thuộc khu vực Thành phố Vị Thanh, tỉnh Hậu Giang
với các thông số cơ lý như sau:
Bảng 1. Các thông số cơ lý của đất tự nhiên
Trọng
lượng riêng
γw
Độ
ẩm
W
Tỷ trọng hạt
Gs
Giới hạn
chảy
WL
Giới hạn
dẻo
WP
Lực dính
c
Góc ma
sát trong
φ
Môđun
nén
E1-2
kN/m3 % % % kPa Độ kPa
16,31 72,32 2,64 76,40 30,9 4,2 3°20' 2.100
Bảng 2. Hàm lượng thành phần hóa học của vôi dùng trong thí nghiệm (%)
CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO
69,67 12,25 7,78 3,82 0,88
3.2 . Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp
3.2.1 Góc ma sát trong ϕ và lực dính c của hỗn hợp đất trộn vôi
Bảng 3. Bảng tổng hợp lực dính c của hỗn hợp đất – vôi (kN/m2)
Vôi (%)
Bảo dưỡng
(ngày)
0 6 8 10
Lực dính c (kN/m2)
14 5,5 21,1 29,0 30,2
21 6,5 26,0 35,2 41,0
28 10,6 32,5 42,1 47,8
Bảng 4. Bảng tổng hợp góc ma sát trong φ của hỗn hợp đất – vôi (độ)
Vôi (%)
Bảo dưỡng
(ngày)
0 6 8 10
Góc ma sát trong φ (o)
14 5o26'25o43' 26o06' 26o32'
21 8o58'26o33' 28o33' 28o44'
28 12o33'27o33' 29o28' 29o58'
TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 369
0
5
10
15
20
25
30
35
10 20 30
Góc ma sát trong (o)
Thời gian bảo dưỡng (ngày)
Hình 1. Biểu đồ quan hệ giữa lực dính c và góc ma sát trong φ
với thời gian bảo dưỡng ở các hàm lượng vôi khác nhau
¾ Khi tăng hàm lượng vôi từ 0% đến 8% thì lực dính tăng nhanh, nhưng khi tăng
vôi từ 8% đến 10% thì tốc độ tăng của lực dính giảm dần. Góc ma sát trong chỉ tăng
mạnh khi tăng hàm lượng vôi từ 0% đến 6%, còn khi tăng hàm lượng vôi từ 6% đến
10% thì tốc độ tăng góc ma sát trong chậm hơn.
¾ Theo thời gian, lực dính c phát triển khá nhanh, còn góc ma sát trong φ thì phát
triển chậm hơn. Đáng chú ý là ở đất với hàm lượng vôi 8% và 10%, sự chênh lệch góc
ma sát trong là không đáng kể (<2%).
3.2.2. Sức chống cắt của hỗn hợp đất trộn vôi
¾ Việc trộn vôi vào đất có tác dụng cải thiện sức chống cắt của đất rất đáng kể.
Đất cải tạo có sức chống cắt cao hơn so với đất tự nhiên từ 460% - 530% ở thời gian
bảo dưỡng 14 ngày, từ 330% - 420% ở thời gian bảo dưỡng 21 ngày, từ 250% - 310% ở
thời gian bảo dưỡng 28 ngày.
¾ Hàm lượng vôi càng lớn thì sức chống cắt càng lớn. Tuy nhiên, trong khi tăng
hàm lượng vôi từ 6% đến 8% sẽ làm sức chống cắt tăng 15,56% thì khi tăng hàm lượng
vôi từ 8% đến 10% chỉ làm tăng sức chống cắt 6,46%. Nói cách khác, khi hàm lượng
vôi sử dụng vượt quá 8%, hiệu quả của việc trộn vôi giảm dần. Vì vậy, hàm lượng vôi
8% có thể được xem là hàm lượng hiệu quả nhất.
Bảng 5. Bảng tổng hợp sức chống cắt tại cấp áp lực 200 kPa
Vôi (%)
Bảo dưỡng
(ngày)
0 6 8 10
Sức chống cắt Su (kN/m2)
14 16,9 78,9 87,8 90,1
21 25,5 86,0 100,5 106,8
28 37,2 95,1 109,9 117,0
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
10 20 30
Lực dính (kN/m2)
Thời gian bảo dưỡng (ngày)
6
%
8
%
TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
370 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
Hình 2. Biểu đồ quan hệ giữa sức chống cắt không thoát nước Su
với thời gian bảo dưỡng ở các hàm lượng vôi khác nhau
3.3 . Kết quả thí nghiệm nén đơn
Bảng 6. Kết quả thí nghiệm nén đơn của mẫu đất trộn vôi
Số hiệu
mẫu
Hàm lượng
vôi
(%)
Thời gian bảo
dưỡng
(ngày)
Độ ẩm khi
nén (%)
Biến dạng
phá hoại
(%)
Cường độ
chịu nén qu
(kN/m2)
E50
(kPa)
N-0007 0 7 68,67 2,92 24 4.900
N-0014 0 14 67,29 2,87 63 6.320
N-0021 0 21 65,72 2,84 92 7.880
N-0028 0 28 64,87 2,79 120 9.210
N-0607 6 7 42,62 2,65 253 13.230
N-0614 6 14 41,02 2,60 312 16.870
N-0621 6 21 39,22 2,54 342 18.920
N-0628 6 28 38,29 2,51 366 20.320
N-0807 8 7 41,23 2,53 390 24.200
N-0814 8 14 39,62 2,48 433 26.220
N-0821 8 21 37,56 2,45 458 27.890
N-0828 8 28 36,21 2,42 473 28.900
N-1007 10 7 39,22 2,51 472 25.310
N-1014 10 14 36,89 2,46 523 27.330
N-1021 10 21 35,24 2,42 563 29.020
N-1028 10 28 34,33 2,37 583 30.210
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
10 20 30
Sức chống cắt (kN/m2)
Thời gian bảo dưỡng (ngày)
6%
8%
TUYE
Å
N TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 371
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
5152535
E50 (kPa)
Thời gian bảo dưỡng
(ngày)
Hình 3. Quan hệ giữa cường độ chịu nén qu và E50 với thời gian bảo dưỡng
ở các hàm lượng vôi khác nhau
¾ Khi hàm lượng vôi tăng lên thì cường độ nén đơn qu cũng tăng theo. Khi tăng
hàm lượng vôi từ 6% lên 8% thì qu tăng mạnh (tăng 137 kN/m2, tức 54.1%). Khi tăng
hàm lượng vôi từ 8% lên 10% thì qu tăng chậm hơn (tăng 82 kN/m2, tức 21.0%). Điều
này cho thấy khi hàm lượng vôi vượt quá 8% thì hiệu quả cải tạo đất của vôi giảm dần.
¾ Module biến dạng E50 của đất trộn vôi hàm lượng 8% gần bằng với hàm lượng
10%. Điều này, một lần nữa, khẳng định thêm cho nhận định 8% là hàm lượng vôi hợp
lý nhất cho việc cải tạo đất.
4. ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO NỀN ĐẤT ĐẮP KHI XỬ LÝ
BẰNG GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG VÔI KẾT HỢP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT
Từ các kết quả thí nghiệm tác giảtiến hành mô phỏng bài toán đắp nền đường
bằng đất có gia cường trên phần Geo Slope/W để phân tích ổn định cho công trình
đường nối Quốc lộ 61B với Trung tâm Hành chính Thành phố Vị Thanh, tỉnh Hậu
Giang. Nền đất đắp đường cao 4 m, đắp nhiều lớp có gia cường bằng vải địa kỹ thuật.
Bảng 7. Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất
Ký hiệu Đơn vị Đất tự nhiên Đất trộn vôi 8% (giá trị thí nghiệm)
γw kN/m3 16,3 17,5
φ o 03o20' 29o46'
c kN/m2 4,2 42,1
qu kN/m2 24 473
0
100
200
300
400
500
600
700
5 152535
Cường độ chịu nén (kN/m2)
Thời gian bảo dưỡng (ngày)
0%
6%
8%
10%