Nghiên cứu ứng xử và biện pháp thi công đệm cát thúc đẩy quá trình cố kết đất bùn làm nền đường giao thông ven sông cái lớn tỉnh kiên giang

Nghiên cứu ứng xử và biện pháp thi công đệm cát giúp cải thiện quá trình cố kết đất bùn cho nền đường giao thông ven sông Cái Lớn.

• Trường học: Trường Đại Học Kiên Giang
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Biện Pháp Thi Công Đệm Cát Tăng Cường Cố Kết Đất Bùn Cho Nền Đường Giao Thông Tại Kiên Giang
• Loại tài liệu: luận văn
• Địa điểm: Kiên Giang

Mục lục chi tiết

• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu tổng quát
• 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu và sự cần thiết tiến hành nghiên cứu
• 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.2.2. Sự cần thiết tiến hành nghiên cứu
• 1.2.3. Tính mới, tính thời sự, ý nghĩa khoa học
• 1.2.3.1. Tính mới
• 1.2.3.2. Tính thời sự
• 1.2.3.3. Ý nghĩa khoa học
• 1.2.4. Ý nghĩa thực tiễn áp dụng
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN
• 2.1. Tính toán độ lún cố kết của đất theo lý thuyết thấm 1 chiều, Terzaghi
• 2.2. Tính toán độ chặt và chiều cao lớp đất trong đầm chặt đất
• TÀI LIỆU THAM KHẢO NƯỚC NGOÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO TRONG NƯỚC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về biện pháp thi công đệm cát cho nền đường giao thông

Biện pháp thi công đệm cát là một trong những giải pháp hiệu quả nhằm tăng cường cố kết đất bùn cho nền đường giao thông tại Kiên Giang. Đất bùn thường có tính chất yếu, dễ lún và không đảm bảo khả năng chịu tải. Việc áp dụng đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật giúp cải thiện đáng kể độ chặt và khả năng chịu lực của nền đường. Nghiên cứu này sẽ trình bày chi tiết về phương pháp thi công, các thách thức và kết quả đạt được.

1.1. Tình hình nghiên cứu về đệm cát và đất bùn

Nghiên cứu về biện pháp thi công đệm cát đã được thực hiện tại nhiều quốc gia. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật có thể giảm thời gian cố kết của đất bùn, từ đó nâng cao hiệu quả thi công.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng đệm cát trong thi công

Sử dụng đệm cát không chỉ giúp tăng cường độ bền cho nền đường mà còn giảm thiểu chi phí thi công. Đặc biệt, việc này còn giúp bảo vệ môi trường bằng cách tận dụng đất bùn từ lòng sông mà không làm mất đi diện tích đất canh tác.

II. Vấn đề và thách thức trong thi công nền đường bùn

Thi công nền đường từ đất bùn gặp nhiều thách thức do tính chất của loại đất này. Đất bùn có độ rỗng lớn, khả năng chịu lực kém và dễ bị lún. Những vấn đề này cần được giải quyết để đảm bảo an toàn cho công trình giao thông. Việc áp dụng các biện pháp gia cố là cần thiết để tăng cường khả năng chịu tải cho nền đường.

2.1. Đặc điểm của đất bùn tại Kiên Giang

Đất bùn tại Kiên Giang có tính chất cơ học đặc biệt, với độ ẩm cao và khả năng nén lún lớn. Điều này gây khó khăn trong việc thi công và yêu cầu các biện pháp gia cố hiệu quả.

2.2. Những rủi ro khi thi công nền đường từ đất bùn

Rủi ro chính khi thi công nền đường từ đất bùn bao gồm lún không đều, lún kéo dài và mất ổn định. Những vấn đề này có thể dẫn đến hư hỏng công trình và tăng chi phí bảo trì.

III. Phương pháp thi công đệm cát tăng cường cố kết đất bùn

Phương pháp thi công đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật đã được áp dụng để tăng cường cố kết đất bùn. Phương pháp này không chỉ giúp đẩy nhanh quá trình cố kết mà còn cải thiện đáng kể sức chịu tải của nền đường. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng đệm cát có thể giảm thời gian cố kết đến 48 ngày.

3.1. Quy trình thi công đệm cát

Quy trình thi công bao gồm các bước như nạo vét đất bùn, lắp đặt vải địa kỹ thuật và đổ đệm cát. Mỗi bước cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo hiệu quả của phương pháp.

3.2. Kỹ thuật gia cố nền đường bằng vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự xâm nhập của đất bùn vào đệm cát. Kỹ thuật này giúp tăng cường độ bền cho nền đường và giảm thiểu rủi ro lún.

IV. Kết quả nghiên cứu về hiệu quả của biện pháp thi công

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật đã mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc cải thiện độ chặt và khả năng chịu tải của nền đường. Đặc biệt, độ chặt của đất bùn sau 6 tháng thi công cao hơn 2.8% so với đất không được gia cố.

4.1. Đánh giá hiệu quả kinh tế

Mặc dù chi phí thi công đệm cát và vải địa kỹ thuật cao hơn gấp đôi so với thi công không gia cố, nhưng tổng chi phí cho nền đường vẫn thấp hơn do độ bền cao hơn.

4.2. Thời gian cố kết và độ chặt của đất

Thời gian cố kết của đất bùn được giảm xuống còn 132 ngày, cho thấy hiệu quả của phương pháp thi công này trong việc rút ngắn thời gian thi công.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của biện pháp thi công

Biện pháp thi công đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật đã chứng minh được hiệu quả trong việc cải thiện nền đường giao thông tại Kiên Giang. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc sử dụng đất bùn trong thi công nền đường, đồng thời giảm thiểu chi phí và thời gian thi công.

5.1. Tương lai của nghiên cứu về đất bùn

Nghiên cứu sẽ tiếp tục được mở rộng để tìm ra các phương pháp thi công hiệu quả hơn, nhằm tối ưu hóa việc sử dụng đất bùn trong xây dựng cơ sở hạ tầng.

5.2. Khuyến nghị cho các dự án tương lai

Các dự án tương lai nên xem xét áp dụng biện pháp thi công đệm cát và vải địa kỹ thuật để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho nền đường giao thông.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Đồng bằng sông Cửu Long là vùng có nền địa chất phức tạp, đặc trưng bởi lớp đất bùn sét thuộc trầm tích Holocen với hệ số rỗng ban đầu lên đến e₀ = 1,55 và độ ẩm tự nhiên đạt 55,4% — những thông số phản ánh rõ tính nén lún cao và sức chống cắt cực thấp của loại đất này. Trong bối cảnh hạ tầng giao thông nông thôn đang được mở rộng mạnh mẽ, nhu cầu tìm kiếm vật liệu đắp nền đường chi phí thấp ngày càng cấp thiết.

Đất bùn nạo vét từ lòng kênh, lòng sông là nguồn vật liệu dồi dào tại chỗ, mang lại ba lợi ích đồng thời: bảo tồn đất canh tác địa phương, tăng độ sâu lòng sông phục vụ giao thông thủy, và nâng cao trình nền đường chống ngập trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, theo TCVN 4054:2005, đất bùn không được khuyến nghị dùng làm nền công trình giao thông do nguy cơ lún quá mức, lún không đều và mất ổn định kéo dài.

Luận văn này tập trung nghiên cứu hiệu quả của hệ kết cấu đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật không dệt theo nguyên lý Sandwich — lớp đệm cát 5cm được kẹp giữa hai lớp vải địa kỹ thuật — trong việc đẩy nhanh cố kết và nâng cao sức chịu tải cho đất bùn sét yếu. Mô hình thí nghiệm tỷ lệ thực được xây dựng tại tỉnh Kiên Giang, theo dõi trong 6 tháng liên tục từ tháng 2 đến tháng 8 năm 2017. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học định lượng để ứng dụng đất bùn nạo vét làm nền đường nông thôn cấp V, cấp VI một cách an toàn và kinh tế, đồng thời mở ra hướng tiếp cận mới cho bài toán xử lý nền đất yếu tại vùng đồng bằng ven sông.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng của hai lý thuyết cốt lõi trong cơ học đất:

Lý thuyết cố kết thấm một chiều Terzaghi là trụ cột tính toán chính. Theo lý thuyết này, hệ số cố kết theo phương đứng Cv được xác định qua hệ số thấm kv, hệ số nén thể tích mv và dung trọng nước γw. Nhân tố thời gian Tv tỷ lệ thuận với Cv và thời gian t, đồng thời tỷ lệ nghịch với bình phương chiều dài đường thấm h² — điều này lý giải tại sao việc rút ngắn đường thấm bằng đệm cát có tác động đột phá đến tốc độ cố kết. Đối với bài toán tải trọng bản thân đất đắp phân bố theo độ sâu, độ cố kết U(Tv) được xác định theo công thức: U(Tv) = 1 − 1,032e^(−π²Tv/4).

Lý thuyết đầm chặt đất cung cấp khung đánh giá độ chặt K thông qua dung trọng khô lớn nhất γk-max và độ ẩm tối ưu OMC xác định trong phòng thí nghiệm. Bề dày đầm chặt tối ưu không vượt quá 0,5m mỗi lớp; ảnh hưởng của số lượt xe lu đến dung trọng khô tuân theo tương quan phi tuyến đã được D'Appolonia et al. (1969) công bố.

Năm khái niệm chuyên ngành trọng tâm của nghiên cứu bao gồm: cố kết thấm, đường thấm thoát nước, hệ số rỗng, phương pháp Sandwich địa kỹ thuật và độ chặt tiêu chuẩn K. Trong đó, vai trò kép của vải địa kỹ thuật — vừa là biên thoát nước, vừa là rào cản ngăn sét xâm nhập vào cát — là khái niệm lý luận mấu chốt dẫn đến thiết kế hệ kết cấu Sandwich.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu và vật liệu: Đất bùn nạo vét được lấy từ sông Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang. Kết quả phân tích thành phần hạt xác định 82,7% hạt mịn (cỡ hạt < 0,075mm) và 17,3% hạt thô; chỉ số dẻo PI = 46, phân loại USCS là OH-MH (sét bùn dẻo cao). Vải địa kỹ thuật không dệt sử dụng có khối lượng riêng 125 g/m², bề dày 1,5mm, khả năng chịu kéo 9,0 kN/m theo phương dọc, kích thước lỗ O₉₀ = 0,12mm và lưu lượng thấm 170 l/m²/giây ở cột nước 100mm.

Thiết kế mô hình và cỡ mẫu: Thí nghiệm hiện trường tỷ lệ 1:1 được triển khai với hai phương án song song: nền đường không gia cường (PA1) và nền đường gia cường Sandwich (PA2). Mỗi phương án được quan trắc tại 3 mặt cắt ngang, mỗi mặt cắt đo 3 điểm (lề trái, tim đường, lề phải), khoảng cách giữa các mặt cắt là 5m — tổng cộng 9 điểm quan trắc độc lập cho mỗi phương án. Cỡ mẫu này đảm bảo đại diện thống kê cho đặc trưng lún trung bình của toàn tuyến.

Phương pháp phân tích và timeline: Lún được quan trắc theo lịch trình 4 lần/tháng trong tháng đầu và 1 lần/tháng trong 5 tháng tiếp theo — tổng cộng 9 lần đo trong 6 tháng. Lý do chọn tần suất này là nhằm bắt được giai đoạn lún nhanh ban đầu và giai đoạn lún chậm dần về sau. Độ chặt được xác định bằng phương pháp dao vòng theo 22TCN 02-71 trước và sau khi đầm lu bằng xe Kobe 10 tấn. Phân tích kinh tế sử dụng đơn giá của Sở Xây dựng Kiên Giang năm 2017 cho 1km đường.

---

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phát hiện 1 — Gia tốc cố kết rõ rệt: Sau 6 tháng quan trắc, độ lún bản thân đất đắp được gia cường (S₁-t = 27,38cm) cao hơn đất không gia cường (S₁-t = 25,73cm). Tính toán ngược cho thấy đất đắp gia cường chỉ cần 132 ngày để đạt độ lún cố kết tương đương với đất không gia cường trong 180 ngày — tức rút ngắn được 48 ngày thời gian chờ thi công, tương ứng tiết kiệm 26,7% tổng thời gian chờ cố kết. Dữ liệu này có thể được trực quan hóa qua biểu đồ độ lún theo thang logarit thời gian, trong đó hai đường cong phân kỳ rõ ràng từ ngày thứ 14 trở đi.

Phát hiện 2 — Cải thiện độ chặt đất đắp: Vải địa kỹ thuật và đệm cát giúp tăng độ chặt K và dung trọng khô γk của đất đắp lên 2,58% sau 6 tháng cố kết so với trường hợp không gia cường. Sau khi đầm chặt bằng xe 10 tấn, chênh lệch độ chặt mở rộng lên 5%, đất gia cường đạt K = 0,95 trong khi đất không gia cường chỉ đạt K = 0,90.

Phát hiện 3 — Kiểm soát lún tổng thể: Tổng độ lún của nền đường gia cường (51cm) thấp hơn đáng kể so với không gia cường (63cm). Trong đó lún dưới tải trọng đầm nén giảm từ 26cm xuống 19cm — giảm 26,9%. Độ lún nền bên dưới đất đắp (S₂-t) trong trường hợp gia cường chỉ là 4,62cm so với 10,27cm khi không gia cường, phản ánh hiệu quả chuyển hướng thoát nước của hệ Sandwich.

Phát hiện 4 — Hiệu quả kinh tế tổng thể dương: Mặc dù chi phí thi công đất đắp gia cường (PA2 = 557.658 VNĐ/đơn vị) gấp đôi so với không gia cường (PA1 = 282.399 VNĐ/đơn vị), chi phí thi công đường mặt trên nền gia cường thấp hơn đáng kể nhờ nền vững hơn. Kết quả là tổng chi phí PA2 thấp hơn PA1 — chứng minh gia cường Sandwich có lợi thế kinh tế toàn vòng đời.

Thảo luận kết quả

Cơ chế giải thích các phát hiện trên có thể được lý giải qua ba tác dụng đồng thời của hệ Sandwich: (1) lớp đệm cát tạo biên thoát nước ngang, rút ngắn chiều dài đường thấm, từ đó tăng Cv và đẩy nhanh tốc độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng; (2) vải địa kỹ thuật ngăn sét xâm nhập vào cát, duy trì tính thấm của đệm; (3) nước thoát ngang qua mái taluy thay vì thấm xuống nền, bảo toàn cường độ lớp đất bên dưới.

Kết quả này đồng thuận với nghiên cứu của Zhou et al. (2008), trong đó kết cấu vải địa kỹ thuật và đệm cát giúp tăng hệ số nền K₀ thêm 30 lần và giảm độ lún 44% trong điều kiện tương tự. Nghiên cứu của Hufenus et al. (2006) cũng khẳng định hiệu ứng gia cường chỉ phát huy đầy đủ khi sử dụng cốt liệu thô mỏng kẹp giữa vải địa kỹ thuật — đúng với nguyên lý Sandwich được áp dụng ở đây. Bảng so sánh hai phương án có thể trình bày dạng ma trận chỉ tiêu kỹ thuật-kinh tế để làm rõ ưu thế toàn diện của PA2.

---

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai nhân rộng mô hình Sandwich tại vùng ĐBSCL Các Sở Giao thông Vận tải tỉnh Kiên Giang, Cà Mau, Bạc Liêu và An Giang nên ban hành hướng dẫn kỹ thuật địa phương cho phép sử dụng đất bùn nạo vét gia cường Sandwich làm nền đường cấp V, cấp VI trong vòng 12 tháng tới. Mục tiêu: áp dụng cho ít nhất 20km đường nông thôn/tỉnh trong giai đoạn 2026–2028, rút ngắn 26,7% thời gian thi công chờ cố kết so với phương án truyền thống.

2. Bổ sung quan trắc phân lớp trong các dự án tương lai Chủ đầu tư cần lắp đặt điểm quan trắc lún riêng biệt cho từng lớp đất đắp và lớp nền bên dưới ngay từ đầu thi công, không chỉ đo lún tổng. Thời gian quan trắc nên kéo dài đến 12 tháng nhằm xác định thời điểm lún ổn định thực sự, đặc biệt quan trọng với loại đất có chỉ số dẻo PI = 46.

3. Tối ưu hóa thiết kế đệm cát và vải địa kỹ thuật Các nhà thiết kế cần nghiên cứu mối quan hệ giữa chiều dày đệm cát (hiện là 5cm), số lớp Sandwich và hiệu quả cố kết để xây dựng đường cong thiết kế tối ưu. Tham chiếu nghiên cứu của Abdi et al. (2009), chiều dày cát tối ưu cho thí nghiệm cắt đất khoảng 8–15mm, nhưng trong điều kiện thi công thực tế ngoài trời với đất bùn ĐBSCL, thông số này cần hiệu chỉnh qua thực nghiệm hiện trường.

4. Xây dựng đơn giá định mức gia cường địa kỹ thuật Bộ Xây dựng và Bộ Giao thông Vận tải cần cập nhật hệ thống định mức xây dựng nhà nước để bao gồm hạng mục thi công Sandwich vải địa kỹ thuật-đệm cát, tạo cơ sở pháp lý cho lập dự toán. Hiện nay chi phí vật liệu vải địa kỹ thuật 125 g/m² chưa có đơn giá tham chiếu thống nhất trong hệ thống đơn giá địa phương, gây khó khăn cho các dự án nhỏ cấp huyện.

5. Đánh giá ổn định mái taluy theo phương pháp số Các tác giả tiếp theo nên bổ sung phân tích ổn định mái đường bằng phần mềm PLAXIS hoặc GeoStudio, so sánh hệ số an toàn Fs giữa hai phương án thi công. Nghiên cứu Palmeira et al. (1998) cho thấy Fs tối thiểu với đê gia cường vải địa kỹ thuật là 1,2 trong thiết kế thông thường — đây là ngưỡng tham chiếu cần kiểm chứng trong điều kiện ĐBSCL.

---

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Kỹ sư địa kỹ thuật và tư vấn thiết kế hạ tầng nông thôn sẽ tìm thấy trong luận văn một bộ thông số thiết kế đầy đủ: từ tính chất cơ học đất bùn OH-MH (γ = 16,13 kN/m³, e₀ = 1,55, PI = 46) đến quy trình thi công 3 bước Sandwich, biểu đồ quan trắc lún 9 điểm trong 6 tháng, và công thức tính thời gian cố kết. Các số liệu này có thể áp dụng trực tiếp vào thiết kế nền đường cấp thấp tại vùng đất yếu ven sông.

Nhà quản lý dự án và Ban quản lý đầu tư xây dựng tại các tỉnh ĐBSCL sẽ được hỗ trợ ra quyết định lựa chọn phương án thi công thông qua phân tích chi phí-lợi ích định lượng: chi phí đất đắp gia cường tăng gấp đôi nhưng chi phí làm đường giảm đủ để tổng chi phí PA2 thấp hơn PA1, với thời gian thi công rút ngắn 48 ngày.

Cán bộ nghiên cứu và giảng viên ngành Xây dựng Công trình Giao thông, Địa kỹ thuật sẽ sử dụng luận văn như tài liệu tham khảo thực nghiệm tỷ lệ thực hiếm có tại Việt Nam về ứng xử đất bùn sông ĐBSCL gia cường địa kỹ thuật. Đặc biệt, cơ sở dữ liệu quan trắc lún theo thời gian (9 điểm × 9 lần đo) là nguồn dữ liệu gốc có giá trị cho nghiên cứu kiểm chứng mô hình số.

Sinh viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Địa kỹ thuật, Kỹ thuật Xây dựng sẽ tìm thấy hướng nghiên cứu tiếp theo còn bỏ ngỏ: ảnh hưởng của chiều cao đất đắp, số lớp Sandwich, mô đun đàn hồi vải địa kỹ thuật đến ứng xử cố kết — những biến số chưa được kiểm soát trong nghiên cứu này và mang tiềm năng xuất bản quốc tế cao.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đất bùn nạo vét lòng sông lại khó dùng làm nền đường mà không xử lý? Đất bùn sông Cái Lớn có hệ số rỗng ban đầu e₀ = 1,55 và độ ẩm 55,4% — gần gấp 3 lần độ ẩm tối ưu OMC = 19,45%. Điều này đồng nghĩa đất có tính nén lún cực cao, sức chống cắt rất thấp và cần vài năm mới tự ổn định nếu không can thiệp. TCVN 4054:2005 vì vậy không cho phép dùng trực tiếp loại đất này làm nền giao thông.

2. Phương pháp Sandwich hoạt động như thế nào về mặt kỹ thuật? Lớp cát 5cm được kẹp giữa hai lớp vải địa kỹ thuật tạo ra ba hiệu ứng đồng thời: cát đóng vai trò biên thoát nước ngang, rút ngắn chiều dài đường thấm và tăng hệ số cố kết Cv; vải địa kỹ thuật ngăn sét xâm nhập vào cát, duy trì tính thấm; toàn bộ hệ kết cấu chuyển hướng thoát nước ra mái taluy thay vì thấm xuống nền, bảo vệ lớp đất bên dưới và tăng độ ổn định tổng thể.

3. Sau 6 tháng, nền đường gia cường đạt độ chặt bao nhiêu và có đủ cho xe cơ giới không? Sau 6 tháng cố kết và đầm chặt bằng xe Kobe 10 tấn, nền đường gia cường đạt K = 0,95, cao hơn 5% so với K = 0,90 của nền không gia cường. K = 0,95 đáp ứng yêu cầu đường nông thôn cấp V, cấp VI và đủ để xe cơ giới hạng vừa lưu thông ổn định. Đây là điểm khác biệt kỹ thuật quan trọng nhất giữa hai phương án.

4. Chi phí gia cường có làm tăng tổng vốn đầu tư dự án không? Ngược với lo ngại thông thường, tổng chi phí dự án giảm khi gia cường. Chi phí thi công đất đắp PA2 tăng gấp đôi so với PA1 (557.658 so với 282.399 VNĐ/đơn vị), nhưng kết cấu đường mặt trên nền gia cường có thể thiết kế mỏng hơn, tiết kiệm vật liệu đáng kể. Tính toán tổng hợp cho thấy PA2 có tổng chi phí thấp hơn PA1, đặc biệt hiệu quả với các tuyến đường dài.

5. Nghiên cứu này áp dụng được cho tỉnh nào ngoài Kiên Giang? Về nguyên tắc, phương pháp áp dụng được cho toàn bộ vùng ĐBSCL nơi có địa chất tương tự — đất bùn sét Holocen ven sông như ở Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Hậu Giang và An Giang. Điều kiện áp dụng cần kiểm tra: chỉ số dẻo PI > 30, hệ số rỗng e₀ > 1,2 và nguồn cát địa phương có độ thấm đủ tốt. Ở từng địa phương, nên thực hiện thử nghiệm đoạn mẫu ít nhất 100m trước khi nhân rộng toàn tuyến.

---

Kết luận

• Khả thi kỹ thuật được kiểm chứng thực địa: Đất bùn sét OH-MH nạo vét từ lòng sông hoàn toàn có thể làm nền đường nông thôn cấp thấp khi được gia cường đúng kỹ thuật, đạt độ chặt K = 0,95 sau 6 tháng với phương pháp Sandwich.
• Tiết kiệm thời gian thi công 48 ngày (26,7%): Đây là lợi thế cạnh tranh rõ ràng nhất của phương pháp, đặc biệt có giá trị trong điều kiện mùa vụ thi công ngắn tại ĐBSCL.
• Lợi thế kinh tế toàn vòng đời: Mặc dù chi phí đất đắp tăng gấp đôi, tổng chi phí đất đắp cộng thi công đường của PA2 thấp hơn PA1 — đây là luận điểm thuyết phục để tư vấn lựa chọn phương án.
• Đóng góp lý luận mới: Nghiên cứu lần đầu tiên cung cấp dữ liệu thực nghiệm tỷ lệ thực về ứng xử cố kết của đất bùn sông ĐBSCL gia cường Sandwich trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, bổ sung khoảng trống chưa có trong tài liệu khoa học trong nước.
• Lộ trình tiếp theo: Giai đoạn 2026–2027, ưu tiên triển khai quan trắc phân lớp dài hạn (12 tháng), phân tích ổn định mái bằng phương pháp số, và xây dựng thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của chiều cao đất đắp và số lớp Sandwich đến hiệu quả cố kết.

Để tìm hiểu chi tiết về quy trình thiết kế và áp dụng phương pháp Sandwich vào dự án cụ thể, liên hệ nhóm nghiên cứu hoặc tham khảo trực tiếp luận văn tại thư viện Đại học Bách Khoa TP.HCM và Đại học Quốc gia TP.HCM.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.