CHƯƠNG 1.1 Giới thiệu tổng quát Với yêu cầu về sự phát triển của cơ sở tầng, ngày càng nhiều công trình giao thông được xây dựng rộng khắp ở đồng bằng sông Cửu Long. Nhằm giảm tối đa chi phí xây dựng công trình đường giao thông nông thôn cấp V, cấp VI, đất khai thác từ lòng kênh, lòng sông thường được sử dụng trực tiếp làm nền đường. Biện pháp này không những tránh làm mất đất canh tác tại địa phương mà còn giúp gia tăng độ sâu lòng sông và đảm bảo cao độ nền đường giao thông chống lại ảnh hưởng mực nước dâng cao do quá trình biến đổi khí hậu toàn cầu. Tuy nhiên, khai thác đất lòng sông gây ra sự tăng lên về độ sâu và độ dốc lòng sông từ đó có thể dẫn đến sự mất ổn định bờ sông (Luo et al., 2007; Đinh et al.
Hơn nữa, với đặc điểm địa chất vùng đồng bằng sông Cửu Long là đất bùn sét thuộc trầm tích Holocen có hệ số rỗng lớn, tính nén lún cao và sức chống cắt thấp có thể gây ra những sự cố nền móng như đất bùn yếu làm công trình bị phá hoại, lún quá mức, lún không đều và lún kéo dài theo thời gian (Đỗ et al. Để tăng khả năng chịu lực cho nền đường yêu cầu áp dụng các biện pháp gia cố đất nền phức tạp, tốn kém và đòi hỏi thời gian thi công dài. Cũng theo TCVN 4054 : 2005, đất bùn không được đề xuất làm đất nền công trình giao thông. Những nguyên nhân kỹ thuật kể trên cản trở việc áp dụng đất bùn yếu trong thi công nền đường nông thôn tại đồng bằng sông Cửu Long.
Trong nghiên cứu này sẽ nghiên cứu về biện pháp đẩy mạnh quá trình cố kết và phương pháp gia cường nền đường bùn, sau đó đưa ra dự đoán về thời gian cố kết của lớp đất sét yếu gia cường vải địa kỹ thuật và lớp đệm cát, dự đoán về sức chịu tải của lớp đất sét sau cố kết được gia cường vải địa kỹ thuật và lớp đệm cát, đánh giá độ chống xâm nhập của lớp sét vào lớp cát khi sử dụng vải địa kỹ thuật. Kết quả thực nghiệm sẽ cho kết quả về phương pháp thi công nền đất nhằm thúc đẩy nhanh quá trình cố kết của đất sét yếu, sau đó sẽ tối ưu thiết kế lớp đệm cát, vải địa kỹ Trang 1 thuật nhằm mục đích tăng khả năng chịu tải, đẩy nhanh quá trình cố kết và hạ giá thành thi công.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu và sự cần thiết tiến hành nghiên cứu 1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Phương pháp bơm bùn lòng sông làm đất đắp cho công trình đã được áp dụng tại nhiều công trình lấn biển (Shang et al., 1998; Wang et al., 2014; Liu and Liu, 2008; Shen et al. Tuy nhiên đặc điểm loại bùn này hàm lượng nước cao, có độ rỗng lớn, khả năng biến dạng lớn và chịu lực kém. Những nền móng này thường chịu biến dạng và có độ lún rất lớn (Huerta and Rodriguez, 1992; Liu and Zhou, 2005).
Khi nghiên cứu về hệ số thấm và phương pháp tính độ lún cho lớp đất bùn yếu (Zhang et al., 2015) cho thấy hệ số rỗng và hàm lượng đất sét ảnh hưởng lớn đến hệ số thấm của loại đất này. Kết quả cho thấy hệ số rỗng của bùn giảm dần theo thời gian. Đất đắp bằng bùn nạo vét cần thời gian vài năm để có thể ổn định và cần có những xử lý, gia cường nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết trong đất bùn loại này. Để xử lý và gia cố lớp bùn yếu dưới nền móng công trình, nhiều nghiên cứu đã cho thấy vải địa kỹ thuật là một giải pháp hữu hiệu.
Palmeira et al., (1998) đã phân tích ngược trường hợp đê trên nền đất yếu được gia cố bằng vải địa kỹ thuật. Nghiên cứu sử dụng phương pháp giải tích để tính toán hệ số an toàn của nền đập được và không được gia cố bằng vải địa kỹ thuật do Jewel, (1996) đề xuất. Nghiên cứu cho thấy đối với hệ số an toàn đối với đê gia cố vải địa kỹ thuật tối thiểu, Fs = 1.2 trong thiết kế thông thường. Zhou et al., 2008 nghiên cứu biện pháp gia cố đệm cát kết hợp với lưới vải địa kỹ thuật Geogrid và túi địa kỹ thuật Geocell.
Kết quả nghiên cứu cho thấy kết cấu liên hợp vải địa kỹ thuật và đệm cát gia tăng khả năng chịu lực cho lớp đất yếu. Hệ kết cấu liên hợp này giúp tăng hệ số nền K0 thêm 30 lần và độ lún giảm 44% và làm giảm ứng suất tại bề mặt lớp đất yếu so với đất yếu khi không được gia cố. Một nghiên cứu khác đề xuất bởi Sitharam et al., 2013 sử dụng Geocell làm nền móng đỡ đập cao 3m trên bùn đỏ - sản phẩm thải ra từ quá trình tuyển quặng nhôm. Nghiên cứu đề xuất phương pháp giải tích nhằm xác định khả năng chịu tải của lớp Trang 2 bùn yếu được gia cường bởi Geocell kết hợp với lưới vải địa kỹ thuật.
Kết quả nghiên cứu cho thấy sự kết hợp này đem lại hiệu quả lớn hơn khi chỉ sử dụng Geocell. Đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật đã được áp dụng làm nền móng cho đê chắn trên nền đất yếu đề xuất trong nghiên cứu của Yu et al. Nghiên cứu cho thấy đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật đóng 2 vai trò: (1) vải địa kỹ thuật ngăn cản biến dạng ngang và tăng tính ổn định cho đê; (2) vải địa kỹ thuật ngăn cản dịch chuyển ngang của đất nền dưới đê. Đất nền càng yếu càng gây ra dịch chuyển ngang lớn và càng làm tăng hiệu quả của vải địa kỹ thuật, đặc biệt khi lớp đệm cát nằm dưới hoặc kẹp giữa lớp đất yếu.
Nghiên cứu thể hiện vải địa kỹ thuật có mô đun đàn hồi và độ rộng càng lớn càng đem lại hiệu quả cao trong ổn định nền đê. Geocell và đệm cát còn được kết hợp với cọc vật liệu rời (đá - sỏi) để gia cố nền đất yếu như được trình bày trong nghiên cứu của Dash et al. Nghiên cứu cho thấy cọc vật liệu rời có chiều dài và mật độ đảm bảo sẽ làm tăng gấp 3 lần khả năng chịu lực cho đất yếu. Vải địakỹ thuật và đệm cát sẽ có thể làm tăng khả năng chịu lực của đất nền lên 7 lần.
Tuy nhiên nếu được kết hợp cả đệm cát, vải địa kỹ thuật Geocell và cọc vật liệu rời, khả năng chịu lực của đất nền có thể gấp 10 lần so với đất nền ban đầu chưa gia cố. Hufenus et al., (2006) nghiên cứu khả năng chịu tải và ứng xử của đất yếu gia cường vải địa kỹ thuật dựa theo thí nghiệm tỷ lệ thực của nền đường. Nghiên cứu chỉ ra sự gia cường cho đất yếu chỉ xảy ra khi sử dụng lớp mỏng cốt liệu thô kẹp giữa vải địa kỹ thuật. Trong trường này, khi vệt lún tạo ra trên nền đường sẽ gây ra biến dạng dài và lực lực kéo trong vải địa kỹ thuật và tạo ra hiệu ứng gia cường cho đất nền.
Các nghiên cứu về kết cấu đất gia cường vải địa kỹ thuật cho thấy việc sử dụng đất sét có tính thấm kém làm đất đắp đòi hỏi áp dụng những công nghệ xây dựng và hệ thống thoát nước phù hợp (Sridharan et al. 1991; Glendinning et al. 2005; Chen and Yu 2011; Taechakumthorn and Rowe 2012; Yang et al. Nghiên cứu của Zornberg and Mitchell (1994) đã khẳng định vai trò thoát nước của vải địa kỹ thuật Trang 3 trong tăng cường sức chịu tải và sự ổn định của công trình đất đắp từ đất sét tính thấm kém.
Lớp cát mỏng kẹp giữa lớp vải địa chất gia cường đất sét và ảnh hưởng của nó đến ứng xử chịu cắt và biến dạng của mẫu đất đã được nghiên cứu và khảo sát sử dụng thí nghiệm cắt đất trực tiếp (Abdi et al. 2009), thí nghiệm kéo tuột vải địa kỹ thuật (Sridharan et al. 1991; Abdi & Arjomand 2011; Abdi & Zandieh 2014) và thí nghiệm nén 3 trục (Unnikrishnan et al. Kết quả nghiên cứu cho thấy lớp cát mỏng này cải thiện tương tác bề mặt (lực ma sát) giữa đất sét và vải địa kỹ thuật từ đó gia tăng cường độ cho đất sét.
Lớp cát cũng đóng vai trò là biên thoát nước nhằm làm giảm áp lực nước lỗ rỗng xuất hiện trong quá trình tải trọng tác dụng lên mẫu. Các nghiên cứu của Unnikrishnan et al. (2002); Abdi et al. (2009); Abdi & Arjomand (2011); Abdi & Zandieh (2014) cũng đã chỉ ra bề dày tối ưu của lớp cát này khoảng từ 8-15mm đối với thí nghiệm không cố kết, không thoát nước (UU) và thí nghiệm cắt đất trực tiếp và thậm chí đến 8cm đối với thí nghiệm kéo tuột vải địa kỹ thuật.
Ngoài ra với vai trò là biên thoát nước, các nghiên cứu của Raisinghani & Viswanadham (2010) và Lin & Yang (2014) đã cho thấy vải địa kỹ thuật còn là đóng vai trò ngăn chặn sự xâm nhập của đất sét vào biên thấm này. Bên cạnh đó, một số công trình nghiên cứu trong nước về công trình trên nền đất yếu. Pierre Lareal và cộng sự, 1989 đã đưa ra những tính toán ổn định và biến dạng nền đường và công trình đắp tương tự trên đất yếu. Bên cạnh đó nghiên cứu đưa ra một số giải pháp xử lý khi xây dựng nền đường đắp trên đất yếu bao gồm phương pháp gia tải, tăng tốc độ cố kết bằng đường thấm đứng, rãnh thấm, phương pháp gia cố bằng cọc vôi, cọc xi măng đất… Lê Bá Vinh và cộng sự, (2003) nghiên cứu giải pháp xử lý nền và tính toán ổn định của công trình đường cấp III trên nền có lớp đất yếu mỏng.
Nghiên cứu tập trung các biện pháp xử lý nền đất yếu bằng đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật và cừ tràm. Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính toán hệ số an toàn chống trượt đối với nền tự nhiên và xét ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật gia cố tăng ổn định của nền đất yếu dưới nền đường. Trang 4 Lê Xuân Roanh, (2014) đề xuất công nghệ xử lý nền và thi công đê, đập chắn sóng trên nền đất yếu.