Đặt vấn đề nghiên cứu 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, cơ sở hạ tầng trong khu vực này đang trên đà phát triển nhanh. Ở vùng ven của các đô thị lớn và vùng sâu vùng xa, việc xây dựng những tuyến đường liên xã, liên huyện rất được chính quyền địa phương chú trọng đầu tư. 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 (NSPT < 5). Vì vậy, nghiên cứu phương pháp gia cường nền đường ở các khu vực này với chi phí thấp trở nên một ngày càng thiết yếu.
Trong số các vấn đề cần nghiên cứu, ổn định nền đường bằng đất đắp là một vấn đề quan trọng cần phải giải quyết để đạt được mục tiêu trên. Có ba phương thức tiếp cận đối với mục tiêu này. Thứ nhất là sử dụng các phương pháp gia tải trước bằng cọc cát, bấc thấm. để tăng độ cố kết của lớp đất đắp.
Các phương pháp này có hiệu quả cao, nhưng thời gian thi công kéo dài và chi phí lớn nên chỉ thích hợp với các công trình đường quốc lộ, đường dẫn vào cầu. Cách tiếp cận thứ hai là sử dụng vải/lưới địa kỹ thuật với nền đất đắp nhiều lớp để giảm khả năng trượt của nền đất đắp. Cuối cùng là cải tạo đất đắp nền đường bằng cách trộn đất với vật liệu gia cường hoặc/và một số chất kết dính để cải thiện các thông số chống cắt như xơ dừa, dây cao su, mạt thép, vôi, xi măng, vôi/ximăng và tro bay,. Trong đó, việc 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 nhưng 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 với đất đã cải tạo bằng vôi trong việc ổn định đất đắp nền đường. Trong đó, nguồn vật liệu dùng để làm đất đắp sẽ được khai 2 thác ở địa phương nhằm giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển, giảm thiểu các tác động xấu đến môi trường. Vì vậy, đề tài "Nghiên cứu cải tạo đất địa phương bằng vôi kết hợp vải địa kỹ thuật làm đất đắp đường khu vực tỉnh Hậu Giang" là một đề tài khoa học có tính thực tiễn cao, giúp đạt được mục tiêu tiết kiệm chi phí. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu này nhằm các mục tiêu sau: - Xác định tỷ lệ vôi thích hợp để trộn với đất yếu địa phương khu vực tỉnh Hậu Giang nhằm mục đích nâng cao các thông số sức chống cắt.
- Xác định chiều dày mỗi lớp đất đắp thích hợp cho một nền đường đất đắp có chiều cao 4 mét. Mục đích là để tìm ra lượng vải địa kỹ thuật cần thiết khi dùng kết hợp với đất đã được cải tạo bằng vôi. Phương pháp nghiên cứu Từ các mục tiêu đã nêu trên, nghiên cứu này sẽ được thực hiện bằng các phương pháp sau: - Phương pháp giải tích: áp dụng các phương pháp tính toán mái dốc đối với đất có vải địa kỹ thuật của Bishop, Fellenius, Janbu… - Thí nghiệm trong phòng: các mẫu đất sẽ được cho trộn với hàm lượng vôi khác nhau. Sử dụng thí nghiệm cắt trực tiếp và nén đơn có nở hông để xác định các thông số sức chống cắt của từng mẫu đất sau khi cải tạo.
- Mô phỏng bằng máy tính: sử dụng phần mềm Geo Slope/W để xây dựng mô hình mái dốc nền đường đắp bằng đất sau khi cải tạo, có sử dụng vải địa kỹ thuật để kiểm tra lại hiệu quả của việc cải tạo đất. Ý nghĩa khoa học của đề tài Xác định tỷ lệ vôi hợp lý nhằm mục đích nâng cao các thông số sức chống cắt của đất yếu địa phương khu vực tỉnh Hậu Giang. Xác định lượng vải địa kỹ thuật cần thiết khi dùng kết hợp với đất đã được cải tạo bằng vôi nhằm mục đích xác định chiều dày mỗi lớp đất đắp thích hợp. Giá trị thực tiễn của đề tài Nghiên cứu này đóng góp thêm một giải pháp mới cho đất đắp nền đường, giúp người thiết kế sau này có thêm nhiều lựa chọn hơn khi thiết kế cho các công trình giao thông tương tự.
Giới hạn và kiến nghị Nghiên cứu này có một số giới hạn sau: - Nghiên cứu này chỉ nghiên cứu phần nền đường bằng đất đắp chứ chưa xét tới khả năng chịu tải, tính biến dạng phần đất nền bên dưới đường. - Nghiên cứu này chỉ làm các thí nghiệm trong phòng với đất trộn vôi rồi mô phỏng loại đất sau cải tạo này với vải địa kỹ thuật trên máy tính chứ chưa tìm được phương án để đưa vải địa kỹ thuật vào mẫu thí nghiệm đất trộn vôi. - Nghiên cứu này cũng chưa xét tới tính cố kết của phần đất đắp nền đường theo thời gian. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG ĐẤT TRỘN VÔI VÀ VẢI ĐỊA KỸ THUẬT 1.
Vải địa kỹ thuật 1. Tổng quan Vải địa kĩ thuật là tấm vải có tính thấm, khi sử dụng lót trong đất nó có khả năng phân cách, lọc, bảo vệ, gia cường và thoát nước. Vải địa kĩ thuật được chế tạo từ những sản phẩm phụ của dầu mỏ, từ một hoặc hai loại polymer (polyamide) như polyester và/hoặc polypropylen. Tùy theo hợp chất và cách cấu tạo, mỗi loại vải địa kĩ thuật có những đặc tính cơ lí hóa như sức chịu kéo, độ dãn dài, độ thấm nước, môi trường thích nghi,.
Vải địa kĩ thuật được chia làm ba nhóm chính dựa theo cấu tạo sợi: dệt, không dệt và vải địa phức hợp. - Nhóm dệt: gồm những sợi được dệt ngang dọc giống như vải may. Vải địa kỹ thuật dệt thường được tạo nên từ các sợi polypropylen (PP) có tính bền xé và bền đứt cao, được dệt theo hai chiều với mật độ sợi 12×12 hoặc 10×10 được điều chỉnh theo khung chuẩn sao cho đảm bảo được tính năng chịu lực, độ dãn dài, khả năng thoát nước và lọc ngược của sản phẩm. Đặc biệt trong quá trình kéo sợi PP cần có chất phụ gia kháng UV, chất tạo màu cho sản phẩm.
Khả năng chịu lực của sợi được kiểm tra bằng máy chuyên dụng trước khi dệt. Khả năng biến dạng của nhóm dệt thường được thí nghiệm theo 2 hướng chính: hướng dọc máy (MD - machine direction) và hướng ngang máy (CD - cross-machine direction). Sức chịu kéo theo hướng dọc máy bao giờ cũng lớn hơn sức chịu kéo theo hướng ngang máy. Vải dệt thường được ứng dụng làm cốt gia cường cho các công tác xử lí nền đất khi có yêu cầu.10 : Vải địa kỹ thuật dệt - Nhóm không dệt: gồm những sợi ngắn và sợi dài liên tục, không theo một hướng nhất định nào, được liên kết với nhau bằng phương pháp hóa (dùng chất dính), hoặc nhiệt (dùng sức nóng) hoặc cơ (dùng kim dùi).11 : Vải kỹ địa thuật không dệt 6 - Nhóm vải phức hợp là loại vải kết hợp giữa vải dệt và không dệt.
Nhà sản xuất may những bó sợi chịu lực (dệt) lên trên nền vải không dệt để tạo ra một sản phẩm có đủ các chức năng của vải dệt và không dệt.1 : So sánh thông số kỹ thuật của vải địa kỹ thuật nhóm dệt và không dệt (Thương hiệu Daejung - Hàn Quốc) 7 Các thương hiệu vải địa kỹ thuật được sử dụng rộng rãi hiện nay là: Vải địa kỹ thuật không dệt: Aritex (ART - Việt Nam), VNT (Hàn Quốc), Haicatex (HD - Đức), Phahatex (PH - Việt Nam), TenCate Geosynthetics (TS - Hà Lan),. Vải địa kỹ thuật dệt: Daejung (DJ, DJL - Hàn Quốc), GET (Việt Nam) Daeyoun (DM, DML - Hàn Quốc), Daehan (GM, GML - Hàn Quốc), PP (Việt Nam), .2 : Giá thành tham khảo của vải địa kỹ thuật ART (tháng 05/2016) STT Tên Khổ (m) Chiều dài cuộn (m) Đơn giá (đ/m2) 1 ART 7 4 250 9. Ứng dụng vải địa kỹ thuật Trong giao thông vải địa kĩ thuật có thể làm tăng độ bền, tính ổn định cho các tuyến đường đi qua những khu vực có nền đất yếu như đất sét mềm, bùn, than bùn. Trong thủy lợi, dùng che chắn bề mặt vách bờ bằng các ống vải địa kĩ thuật độn cát nhằm giảm nhẹ tác động thủy lực của dòng chảy lên bờ sông.
Còn trong xây dựng, dùng để gia cố nền đất yếu ở dạng bấc thấm ứng dụng trong nền móng. Trong các công trình bảo vệ bờ (đê, kè,.) vải địa kỹ thuật được sử dụng thay cho tầng lọc ngược ngược, có tác dụng hạ thấp mực nước ngầm vẫn đảm bảo giữ cốt liệu nền khỏi bị rửa trôi theo dòng thấm. Dựa vào mục công dụng chính, người ta chia vải địa kĩ thuật thành 3 loại: phân cách, gia cường, tiêu thoát và lọc ngược. Chức năng phân cách: các phương pháp thông thường để ổn định hoá lớp đất đắp trên nền đất yếu bão hoà nước là phải tăng thêm chiều dày đất đắp để bù vào lượng đất bị mất do lún chìm vào nền đất yếu trong quá trình thi công.
Mức độ tổn thất có thể hơn 100% đối với đất nền có CBR nhỏ hơn 0,5. Việc sử dụng loại vải địa kĩ thuật thích hợp đặt giữa đất yếu và nền đường sẽ ngăn cản sự trộn lẫn của hai loại đất. Vải địa kĩ thuật phân cách ngăn ngừa tổn thất đất đắp và vì vậy tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng. Ngoài ra, vải địa kĩ thuật còn ngăn chặn không cho 9 đất yếu thâm nhập vào cốt liệu nền đường nhằm bảo toàn các tính chất cơ lí của vật liệu đắp và do đó nền đường có thể hấp thụ và chịu đựng một cách hữu hiệu toàn bộ tải trọng xe.12 : Chức năng phân cách của vải địa kỹ thuật b.
Chức năng gia cường: áp dụng trong trường hợp tăng tính ổn định cho đường đắp cao trên nền đất yếu, sức kháng cắt thấp. Với tính năng cường lực chịu kéo và ứng suất cao, ngăn chặn và triệt tiêu các sụt trượt tiềm năng của phần đắp cao. Đối với đường có chiều cao nhỏ (từ 0,5 đến 1,5m), có giả thiết cho rằng cần phải dùng vải cường độ cao như là một bộ phận chịu lực của kết cấu móng đường. Tuy nhiên, tải trọng xe tác dụng trên móng đường chủ yếu theo phương đứng, trong khi phương chịu kéo của vải địa lại là phương nằm ngang.
Vì vậy, cường độ chịu kéo và độ cứng chịu uốn của vải có ảnh hưởng rất nhỏ trong sự gia tăng khả năng chịu tải của nền dưới tải trọng đứng của bánh xe.
