KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - S85 (9/2023)
80
BÀI BÁO KHOA HC
MỘT SỐ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG
GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CẢI THIỆN VẬT LIỆU ĐẤT TRONG LÒNG H
KHU VC BC TRUNG B Đ XÂY DNG CÔNG TRÌNH VT LIU ĐA PHƯƠNG
Mai Lâm Tuấn1, Trần Văn Toản1
Tóm tắt: Các kết quả nghiên cứu khoa học đã chra một số giải pháp kỹ thuật nhằm cải thiện các chỉ
tiêu cơ lý của các loại đất có trong phạm vi vùng lòng hchứa nước thủy lợi, thủy điện để sử dụng làm
vật liệu xây dựng các công trình vật liệu địa phương (đập đất, đê chắn nước, đường giao thông, san nền
công trình htầng,…). Các giải pháp kỹ thuật thường được sử dụng bao gồm các giải pháp về vật
(trộn vật liệu như tro bay, xỉ than từ nhà máy nhiệt điện, S95; bentonite, cát, dăm sạn, vải địa kỹ thuật,
lưới rọ, bao tải, sơ dừa, neoweb,…) và hóa học (trộn vật liệu như xi măng, thủy tinh lỏng, vôi,…). Để
hiệu chỉnh và đánh giá sự phù hợp với thực tế của các kết quả thí nghiệm trong phòng, cần thực hiện thí
nghiệm hiện trường các giải pháp kỹ thuật xử đối với các loại đất trong vùng lòng hchứa nước
thủy lợi. Bài báo giới thiệu một số kết quả thí nghiệm hiện trường về giải pháp kỹ thuật nhằm cải thiện
các chtiêu cơ lý của đất trong phạm vi lòng hđáp ứng nhu cầu cấp thiết về nguồn vật liệu đất để xây
dựng, cải tạo và sửa chữa các công trình vật liệu địa phương trên địa bàn khu vực Bắc Trung Bộ.
Tkhóa: Vật liệu xây dựng, đất trong lòng hồ, cải thiện chỉ tiêu lý của đất, hồ chứa nước thy lợi,
Bắc Trung Bộ.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ *
Khu vực Bắc Trung Bộ là nơi tập trung phần lớn
các h chứa nước thủy lợi trong cả nước (chiếm tới
30%), đa số các hồ thuộc loại vừa và nhỏ. Theo kết
qu khảo sát, đánh giá về trữ lượng đất trong
phm vi khu vực lòng h chứa nước là rất lớn,
thể khai thác và xử lý để góp phần đáp ứng nhu cầu
v vật liệu tại chỗ cho hoạt động y dựng, cải tạo
sửa chữa c công trình vật liệu địa phương (N.
Đ. Dũng, N. C. Thái, N. C. Thắng, 2020).
Đất trong phạm vi lòng hchứa nước thủy lợi
được phân làm 3 loại, gồm: Đất tự nhiên bán ngp
nước, đất t nhiên ngp nước đất bồi lắng lòng
h. Đất tự nhiên bán ngập nước là phần diện tích
đất thuộc vùng lòng hồ chứa nước nhưng không b
ngp nước thường xuyên (nằm phía trên mực
nước dâng bình thường). Đất tự nhiên ngập nước
đất thuộc vùng lòng h chứa nước thường
xuyên ngập trong nước (nằm phía dưới mực nước
dâng bình thường). Đất bồi lắng được hình thành
do ng chảy do a lũ cuốn trôi vào lòng hvà
1 Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi
tích tlại tại đây. Mỗi loại đất này có tính chất cơ
lý khác nhau nên cần được phân loại và xđể
có th sdụng phù hợp với từng loại kết cấu công
trình (Phạm Văn Cơ, 1999).
Kết qu nghiên cứu trong png đã c th
hóa các tnh phần, ch tu lý các gii
pháp ci thiện c chỉ tiêu cơ lý của đt đ
th s dụng c loại đt trong phạm vi lòng h
cha nước cho hoạt đng đầu tư xây dựng các
ng trình vật liệu địa pơng (đập dâng, đê
chn nước, đường giao tng) (N. Đ. Dũng, N.
C. Thái, N. C. Thng, 2020). Đ đánh giá đầy
đủ và hoàn thin quy trình kthut xnhằm
cải thiện c chỉ tiêu cơ lý của các loại đất này
đảm bảo phù hợp với thực tiễn thì công c thí
nghiệm hin trưng là cn thiết.
Nhóm tác gi giới thiệu một số kết quả thí
nghiệm hin trường về giải pháp kỹ thuật nhằm
cải thiện các chỉ tiêu lý của đất trong phạm vi
lòng h đáp ng nhu cầu cấp thiết về nguồn vật
liệu đất để xây dựng, cải tạo và sửa chữa các công
trình vật liệu đa phương trên địa bàn khu vực Bắc
Trung Bộ.
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - S85 (9/2023)
81
2. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM
Kết quả nghiên cứu thuyết và thực hiện t
nghiệm trong phòng đã ch ra c giải pháp k
thuật để cải thiện các chỉ tiêu cơ lý của các loại
đất có trong vùng lòng hồ chứa nước như sau:
- Đối với đất tự nhiên bán ngập nước thường có
kh năng chịu lực tốt nhưng khnăng chống thấm
yếu do có m lượng hạt thô, dăm sạn nhiều, thiếu
thành phn hạt mịn và hạt sét. Giải pháp xử là
pha trộn vật liệu hạt mịn như: tro bay, S95,
bentonite hoặc kể cả xi măng hoặc hỗn hợp các
vật liệu này để tăng khả năng chống thấm;
- Đối với đất tự nhiên ngập nước thường có khả
năng chịu lực yếu nhưng khả năng chống thấm
khá tốt do hàm lượng hạt mịn hoặc hạt t
nhiều, thiếu thành phần hạt thô. Giải pháp xử là
pha trộn vật liệu như: xi măng, xi măng+tro bay,
xi ng+S95, xi măng+bentonite, vôi bột hoặc xi
măng+vôi bột để tạo chất kết dính nhằm tăng khả
năng chịu lực (Nguyễn Trọng Tư, 2016);
- Đối với đất bồi lắng thường có thành phần hạt
ch tiêu lý biến đổi rất nhiều nên cần phân
loại để sử dụng cho phù hợp. Theo dòng chảy của
nước vào hồ, các cỡ hạt được phân bố như sau:
thành phần hạt thô tập trung phía thượng lưu,
gần nguồn nước đvào lòng hồ, tiếp theo là thành
phần hạt mịn và cuối cùng bùn. Thành phần hạt
thô hạt mịn chỉ cần phân loại, khai thác và có
thsử dụng ngay nhưng đối với bùn thì khnăng
chu lực yếu, tính co ngót trương nở lớn nên
giải pháp kỹ thuật xử là pha trộn vật liệu như:
xi măng, xi măng+vôi, xi ng+S95, để tạo
chất kết nh nhằm tăng khả năng chịu lực, hạn
chế tính co ngót trương nở (N. Đ. Dũng, N. C.
Thái, N. C. Thắng, 2020);
Trong phạm vi bài báo này, nhóm tác gigiới
thiệu kết quả t nghiệm hiện trường các giải pháp
kthuật xử điển hình đối với 3 loại đất trong
vùng lòng hcủa Hồ chứa nước Yên Mỹ, huyện
Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa thuộc khu vực Bắc
Trung Bộ, Việt Nam (Hình 1). Thành phần cấp
phối hạt của ba loại đất như Bng 1. Các vật liệu
pha trộn với đất trong vùng lòng hYên Mỹ được
s dụng gồm: Xi măng Nghi n PCB40 (XM),
tro bay của nhà máy nhiệt điện Nghi n 2 (TB),
bentonite Tân Đức (BEN), S95 Hòa Phát (S95).
Cụ thể các nội dung thí nghiệm như Bảng 2.
a) Đất bán ngập b) Đất bồi lắng
Hình 1. Đất có thể khai thác trong lòng hồ Yên Mỹ, tỉnh Thanh Hóa
Bảng 1. Thành phần cấp phối hạt ba loại đất trong lòng hồ Yên M
Phân tích thành phần hạt (Hàm lượng phần trăm nhóm hạt)
Cỡ rây (mm)
Sạn sỏi Cát Bụi Sét
STT
Loại đất
>
40.0
mm
>
20.0
mm
20.0 -
10.0
mm
10.0 -
5.0
mm
5.0
-
2.0
mm
2.0
-
1.0
mm
1.0
-
0.5
mm
0.5
-
0.25
mm
0.25
-
0.1
mm
0.1
-
0.05
mm
0.05
-
0.01
mm
0.01
-0.005
mm
<
0.005
mm
1 Đt bán ngp nưc
0,0 6,6 7,7 21,1 17,1 3,2 1,7 3,4 4,2 7,5 11,4 4,0 11,9
2 Đất ngập nước 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 2,9 3,0 4,7 7,6 23,5 31,0 9,7 17,5
3 Đất bồi lắng 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,5 2,0 40,5 15,6 19,9 6,2 15,4
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - S85 (9/2023)
82
Bảng 2. Thí nghiệm giải pháp cải thiện đất trong lòng hồ Yên M
Loại đất Giải pháp pha trộn
Đất tự nhiên bán ngập nước TB 6%, 9% và 12% XM 3,5%++TB 6%, 9% và 12% BEN 5%, 8% và 11%
Đất tự nhiên ngập nước XM 2%, 3,5% và 5% XM 3,5%+TB 6%, 9% và 12% XM 3,5%+S95 5%, 8% và 11%
Đất bồi lắng lòng h XM 3,5%, 5% và 6,5% XM 3,5%+TB 6%, 9% và 12% XM 3,5%+S95 5%, 8% và 11%
Mi giải pháp đắp 04 mẫu thí nghiệm bằng đầm
cóc, đầm cht K≥0,95; trong đó 03 mu với 3 tỷ
l pha trộn khác nhau, 01 mẫu không pha trộn để so
nh. Đất được lấy t trong vùng lòng h lên bãi thí
nghiệm, thực hiện c biện pháp giảmm, khi độ m
ca đất giảm về gần với độ m tối ưu (sai số ±3%)
mới đưa vào thí nghim để đảm bảo đầm đất đạt
hiệu qucao nhất (Hình 2), trộn đất bằng máy trộn
tông cưỡng bức 200 lít, cân đo đất và vt liệu pha
trn bằng xô nhựa kết hp cân đồng h (Hình 3).
a) Khai thác đất b) Giảm ẩm đất
Hình 2. Công tác chuẩn bị đất thí nghiệm
a) Trộn đất b) Đắp đất
Hình 3. Công tác đắp đất thí nghiệm
Thí nghiệm kiểm tra, đánh ghiệu quả xử
thông qua thí nghiệm hệ số thấm ngang tại hin
trường bằng phương pháp đnước hố khoan đi
với các mẫu đất cần cải thiện hệ số thấm (nh 4);
kiểm tra chỉ tiêu lý của đất bằng lấy mẫu
nguyên dng mang v phòng t nghiệm để t
nghiệm các chỉ tiêu lý của đất sau xử lý. Riêng
đối với c giải pp pha trộn vật liệu xi măng,
sau khi đắp các mẫu thí nghiệm xong sẽ bảo
dưỡng mẫu đến 28 ngày để đánh giá đy đủ hiệu
qu của giải pháp thông qua kết qu thí nghiệm
chỉ tiêu cơ lý của đất.
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - S85 (9/2023)
83
a) Bảo dưỡng đất b) Khoan lấy mẫu và thí nghiệm hệ số thấm
Hình 4. Công tác bảo dưỡng đất thí nghiệm và khoan lấy mẫu đất nguyên dạng
3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Các kết quả thí nghiệm thu được chi tiết đi
với từng loại đất. Các kết quả này được so sánh
với kết quả thí nghiệm trong phòng nhm đánh giá
các yếu tố ảnh hưởng và hiệu chỉnh tlpha trộn
cho phù hợp với thực tế. Cụ thể như sau:
3.1. Đối với đất bán ngập nước
Đất tự nhiên bán ngập nước trong lòng hồ chứa
nước Yên M sức chịu tải CBR lớn n 5 nên
đáp ứng được yêu cầu của nền đường giao thông
độ sâu từ 30cm trở xuống theo TCVN 9436:2012
(Tiêu chun quốc gia, 2012) nhưng hệ sthấm
lớn hơn yêu cầu về vật liệu dùng để đắp đập đất
đồng chất (1.10-4 cm/s) và cũng không đáp ứng
được yêu cầu về vật liệu dùng cho khối chống thấm
của đập đất (1.10-5 cm/s) theo TCVN 8216:2018
(Tiêu chuẩn quốc gia, 2018). Khi trộn đất với 9%
TB thì đáp ứng được yêu cầu của vật liệu dùng đ
đắp khối đồng chất và với 12% TB thì đáp ứng
được yêu cầu của vật liệu dùng cho bphận chống
thấm của đập đất. Tương tự khi trộn đất với 8%
BEN thì đáp ứng được yêu cầu của vật liệu dùng đ
đắp khối đồng chất và với 11% TB thì đáp ứng
được yêu cầu của vật liệu dùng cho bphận chống
thấm của đập đất. Khi trộn đất với hỗn hợp 3,5%
XM 6% TB thì đáp ứng được yêu cầu của vật
liệu dùng để đắp khối đồng chất và với hỗn hợp
3,5% XM và 9% TB thì đáp ứng được yêu cầu của
vt liệu dùng cho b phận chống thấm của đập đất
(Bảng 3 và Hình 5).
Bảng 3. Kết quả thí nghiệm đối với đất tự nhiên bán ngập nước
H s thấm hin tờng/trong phòng (cm/s)
Gii pp x lý và t l pha trộn Kng trn Tlệ 1 T l 2 T lệ 3
Trộn TB 6%, 9% và 12% (6,5÷8,2).10-4
/(3,2÷4,6).10-4
(3,2÷4,5).10-4
/(0,3÷2,2).10-4
(8,2÷9,4).10-5
/(3,4÷5,6).10-5
(8,2÷8,8).10-6
/(7,6÷8,4).10-6
XM 3,5%+TB 6%, 9% và 12% (6,5÷8,2).10-4
/(3,2÷4,6).10-4
(5,6÷7,3).10-5
/(2,9÷5,5).10-5
(6,8÷7,5).10-6
/(6,0÷7,1).10-6
(2,8÷3,4).10-6
/(2,3÷2,6).10-6
BEN 5%, 8% và 11% (6,5÷8,2).10-4
/(3,2÷4,6).10-4
(6,0÷7,8).10-5
/(3,8÷6,8).10-5
(3,7÷5,9).10-5
/(2,9÷4,2).10-5
(5,4÷7,8).10-6
/(4,9÷6,3).10-6
Hình 5. Hệ số thấm sau xử lý đối với đất tự nhiên
bán ngập nước
Kết qu thí nghim hiện trường cho thấy h s
thấm thường lớn hơn thí nghiệm trong phòng,
nguyên nhân do ngoài hiện trường công tác trộn đt
chưa đưc đồng đều so với thí nghim trong phòng.
3.2. Đối với đất ngập nước
Đất tự nhiên ngập nước trong lòng h chứa
nước Yên Mhệ s thấm đáp ứng yêu cầu của
vật liệu dùng cho khối chống thấm của đập đất
(1.10-5 cm/s) theo TCVN 8216:2018 (Tiêu chuẩn
quốc gia, 2018); sức chịu tải CBR đáp ứng
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - S85 (9/2023)
84
được yêu cầu của vật liệu sử dụng cho nền đường
cấp III IV nhưng không đáp ứng được cho nền
đường cấp I và II ở độ sâu từ 150cm trở xuống theo
TCVN 9436:2012 (Tiêu chuẩn quốc gia, 2012).
Khi trộn đất với 3,5% XM thì đáp ứng được yêu
cầu của vật liệu dùng cho nền đường giao thông
cấp III, IV ở độ sâu từ 80cm đến 150cm và cấp I, II
độ u t150cm trở xuống. Khi trộn đất với 5%
xi măng thì đáp ứng được yêu cầu của vật liệu dùng
cho nền đường giao thông cấp III, IV độ sâu t
30cm đến 80cm và cấp I, II đsâu từ 80cm đến
150cm. Tương tự, khi trộn đất với hỗn hợp 3,5% xi
măng và 9% TB thì đáp ứng được yêu cầu của vật
liệu dùng cho nền đường giao thông cấp III, IV
độ sâu từ 80cm đến 150cm và cấp I, II độ sâu t
150cm trở xuống; và với hỗn hợp 3,5% xi măng và
12% TB thì đáp ứng được yêu cầu của vật liệu
dùng cho nền đường giao thông cấp III, IV ở độ u
t30cm đến 80cm và cp I, II độ sâu từ 80cm
đến 150cm.
Khi trộn đất với hỗn hợp 3,5% xi măng và 5%
S95 thì đáp ứng được yêu cầu của vật liệu dùng cho
nn đường giao thông cấp III, IV ở độ sâu từ 80cm
đến 150cm và cấp I, II độ sâu t 150cm tr
xuống; và với hỗn hợp 3,5% xi măng và 8% S95
thì đáp ứng được yêu cầu của vật liệu dùng cho nền
đường giao thông cấp III, IV ở độ sâu từ 30cm đến
80cm cấp I, II độ sâu từ 80cm đến 150cm; và
vi hỗn hợp 3,5% xing và 11% S95 t đáp ứng
được yêu cầu của vật liệu dùng cho nền đường giao
thông cấp I, IIđộ sâu từ 30cm đến 80cm (Bảng 4
Hình 6).
Bảng 4. Kết quả thí nghiệm đối với đất tự nhiên ngập nước
Sức chịu tải CBR hiện trường/trong phòng (%) Giải pháp xử lý và
Tỷ lệ pha trộn Không trộn Tỷ lệ 1 Tỷ lệ 2 Tỷ lệ 3
XM 2%, 3,5% và 5% 2,1÷2,4
/2,2÷2,5
2,2÷2,7
/2,3÷2,7
3,1÷3,5
/3,1÷3,7
4,0÷4,2
/4,1÷4,3
XM 3,5%+TB 6%, 9% và 12% 2,1÷2,4
/2,2÷2,5
2,5÷2,9
/2,6÷2,9
3,1÷3,5
/3,1÷3,6
4,1÷4,3
/4,2÷4,5
XM 3,5%+S95 5%, 8% và 11% 2,1÷2,4
/2,2÷2,5
3,0÷3,2
/3,2÷3,3
4,1÷4,3
/4,2÷4,3
5,1÷5,3
/5,2÷5,4
Hình 6. Sức chịu tải CBR sau xử lý đối với đất
tự nhiên ngập nước
Kết quả t nghiệm hiện trường cho thấy sức
chu tải CBR thường nhỏ n kết quả thu được từ
các tnghiệm trong phòng nhưng không đáng kể
do các điều kiện bảo dưỡng khác nhau.
3.3. Đối với đất bồi lắng lòng h
Đất bồi lắng trong lòng h cha nước Yên M
h số thấm đáp ứng yêu cu của vật liu dùng cho
khối chống thấm của đập đất (1.10-5 cm/s) theo
TCVN 8216:2018 (Tiêu chuẩn quốc gia, 2018); tuy
nhiên sức chịu tải CBR rất nhỏ không đáp ứng đưc
yêu cu của vật liệu sử dụng cho nền đường theo
TCVN 9436:2012 (Tiêu chuẩn quốc gia, 2012). Khi
trộn đất với 5% XM thì đáp ng được yêu cầu của
vật liệu dùng cho nn đường giao thông cấp III,
IV độ sâu từ 150cm trở xuống. Khi trộn đất vi
6,5% xi măng thì đáp ng được yêu cầu của vật
liệu dùng cho nền đường giao thông cấp III, IV
độ sâu từ 80cm đến 150cm và cấp I, II ở độ sâu từ
150cm trxuống. Tương tự, khi trộn đất với hỗn
hp 3,5% xi ng và 9% TB thì đáp ứng được
u cầu của vật liệu dùng cho nền đường giao
thông cấp III, IV ở độ sâu từ 150cm trở xuống; và
với hỗn hợp 3,5% xi măng và 12% TB thì đáp ứng
được yêu cầu của vật liệu dùng cho nền đường
giao thông cấp III, IV đ sâu từ 80cm đến
150cm cấp I, II đsâu từ 150cm trở xuống.