Tổng quan nghiên cứu

Nền đất đắp là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu phổ biến trong xây dựng công trình thủy lợi, giao thông và dân dụng tại Việt Nam. Theo ước tính, các công trình xây dựng trên nền đất đắp chiếm tỷ lệ lớn do chi phí vật liệu thấp, thi công đơn giản và vật liệu sẵn có trong tự nhiên. Tuy nhiên, nền đất đắp nếu không được thi công và nghiệm thu đúng quy trình sẽ dẫn đến các sự cố nghiêm trọng như lún không đều, nứt, sạt trượt, ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn và tuổi thọ công trình.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là giám sát thi công và nghiệm thu nền đất đắp nhằm đảm bảo chất lượng khối đất đắp, nâng cao khả năng chịu tải và độ bền của nền công trình. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình xây dựng nền đất đắp tại khu vực Hà Nội và tỉnh Vĩnh Phúc trong giai đoạn 2010-2014, với trọng tâm là công trình hồ chứa nước Lập Đỉnh, xã Ngọc Thanh, thị xã Phúc Yên.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hoàn thiện quy trình giám sát thi công, lựa chọn vật liệu và phương pháp đầm nén phù hợp, từ đó giảm thiểu rủi ro sự cố, tiết kiệm chi phí bảo trì và nâng cao hiệu quả đầu tư xây dựng. Các chỉ số đánh giá chất lượng nền đất đắp như dung trọng khô, độ ẩm tối ưu, số lần đầm nén và hệ số thấm được xác định cụ thể, góp phần xây dựng tiêu chuẩn nghiệm thu phù hợp với điều kiện thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình cơ học đất, bao gồm:

  • Lý thuyết ba pha của đất: Đất được xem là vật liệu gồm pha rắn (hạt khoáng), pha lỏng (nước trong lỗ rỗng) và pha khí (khí trong lỗ rỗng). Các đặc tính cơ lý của đất phụ thuộc vào tỷ lệ và trạng thái của ba pha này.

  • Mô hình đầm nén đất: Hiệu quả đầm nén được đánh giá qua các chỉ số như dung trọng khô, độ ẩm, số lần đầm và chiều dày lớp đắp. Mô hình này giúp xác định điều kiện tối ưu để đạt độ chặt yêu cầu.

  • Lý thuyết ứng suất và biến dạng đất: Áp dụng định luật Hooke và lý thuyết đàn hồi để tính toán độ lún, chênh lệch lún và sức chịu tải của nền đất đắp.

Các khái niệm chính bao gồm: độ chặt đất, độ ẩm tối ưu, hệ số rỗng, sức kháng nén đơn, góc ma sát trong, và các hiện tượng cơ học như lún, nứt, sạt trượt và xói mòn.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ khảo sát thực địa, thí nghiệm hiện trường và phòng thí nghiệm, bao gồm:

  • Thí nghiệm SPT (Standard Penetration Test) để đánh giá trạng thái đất và sức kháng nền.
  • Thí nghiệm xuyên động và xuyên tĩnh để xác định đặc tính cơ học của đất.
  • Thí nghiệm đầm nén hiện trường nhằm xác định các thông số đầm nén như chiều dày lớp rải, số lần đầm và độ ẩm tối ưu.

Phương pháp phân tích bao gồm phân tích thống kê số liệu thí nghiệm, so sánh với tiêu chuẩn TCVN 4447:2012 và TCVN 4397:2009, đồng thời áp dụng mô hình cơ học đất để đánh giá chất lượng nền đất đắp.

Quá trình nghiên cứu kéo dài khoảng 12 tháng, từ khảo sát thực địa, thu thập mẫu, thí nghiệm đến phân tích và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm vật liệu đất đắp: Đất đắp chủ yếu là đất cát và đất sét có trọng lượng riêng từ 2.65 đến 2.75, độ ẩm tự nhiên dao động từ 12% đến 18%. Dung trọng khô của đất đắp đạt khoảng 1.6 - 1.9 tấn/m³, phù hợp với yêu cầu thiết kế.

  2. Hiệu quả đầm nén: Qua thí nghiệm đầm nén hiện trường, số lần đầm tối ưu là từ 4 đến 6 lần với chiều dày lớp rải từ 20 đến 30 cm, đạt dung trọng khô tối đa khoảng 1.85 tấn/m³. Độ ẩm tối ưu để đạt hiệu quả đầm nén cao nhất là khoảng 14-16%.

  3. Hiện tượng lún và nứt: Độ lún ổn định của nền đất đắp được xác định trong khoảng 2-5 cm tùy thuộc vào loại đất và phương pháp thi công. Chênh lệch lún giữa các vị trí có thể lên đến 15% gây ra hiện tượng nứt chân chim và nứt nghiêng trên bề mặt nền.

  4. Ảnh hưởng của công tác giám sát: Các công trình có giám sát thi công chặt chẽ và nghiệm thu đúng quy trình có tỷ lệ khối đất đắp đạt yêu cầu lên đến 95%, trong khi các công trình thiếu kiểm soát có tỷ lệ này chỉ khoảng 70%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến các sự cố nền đất đắp là do lựa chọn vật liệu không đồng nhất, độ ẩm không phù hợp và quy trình đầm nén không đảm bảo. So với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này tương đồng với báo cáo của ngành xây dựng thủy lợi về tầm quan trọng của việc kiểm soát độ ẩm và số lần đầm.

Việc sử dụng thí nghiệm SPT và xuyên tĩnh giúp đánh giá chính xác trạng thái đất và lựa chọn phương pháp thi công phù hợp. Biểu đồ quan hệ giữa dung trọng khô, độ ẩm và số lần đầm nén được xây dựng giúp tối ưu hóa quy trình thi công.

Dữ liệu cũng cho thấy việc giám sát thi công và nghiệm thu là yếu tố quyết định chất lượng nền đất đắp, góp phần giảm thiểu các hiện tượng lún không đều, nứt và sạt trượt, từ đó nâng cao độ bền và an toàn công trình.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường giám sát thi công: Áp dụng quy trình giám sát chặt chẽ từ khâu lựa chọn vật liệu, kiểm tra độ ẩm, đến kiểm soát số lần đầm nén nhằm đảm bảo khối đất đắp đạt dung trọng khô thiết kế. Thời gian thực hiện: ngay trong quá trình thi công; chủ thể: nhà thầu và tư vấn giám sát.

  2. Lựa chọn vật liệu đồng nhất: Sử dụng đất đắp có thành phần hạt đồng đều, không lẫn tạp chất hữu cơ vượt quá 5%, đảm bảo hệ số thấm và sức kháng phù hợp với yêu cầu công trình. Thời gian: trước khi thi công; chủ thể: chủ đầu tư và nhà thầu.

  3. Áp dụng thí nghiệm đầm nén hiện trường: Thực hiện thí nghiệm đầm nén để xác định độ ẩm tối ưu, chiều dày lớp rải và số lần đầm phù hợp với từng loại đất, giúp nâng cao hiệu quả thi công. Thời gian: trước và trong thi công; chủ thể: tư vấn thiết kế và nhà thầu.

  4. Xử lý hiện tượng lún và nứt: Đối với các công trình có hiện tượng lún không đều hoặc nứt, cần tiến hành xử lý bằng biện pháp gia cố nền như sử dụng cọc bê tông, cọc xi măng đất hoặc đệm vải địa kỹ thuật. Thời gian: sau thi công; chủ thể: chủ đầu tư và đơn vị thi công sửa chữa.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Chủ đầu tư xây dựng: Nắm bắt quy trình giám sát và nghiệm thu nền đất đắp để đảm bảo chất lượng công trình, giảm thiểu rủi ro và chi phí bảo trì.

  2. Nhà thầu thi công: Áp dụng các phương pháp đầm nén và lựa chọn vật liệu phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả thi công và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

  3. Tư vấn thiết kế và giám sát: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng tiêu chuẩn nghiệm thu, kiểm soát chất lượng và tư vấn giải pháp xử lý nền đất đắp.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng công trình thủy: Tham khảo các phương pháp thí nghiệm, phân tích và đánh giá chất lượng nền đất đắp trong thực tế, phục vụ cho nghiên cứu và đào tạo.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải giám sát chặt chẽ thi công nền đất đắp?
    Giám sát giúp đảm bảo vật liệu và quy trình thi công đạt yêu cầu, tránh các sự cố như lún không đều, nứt và sạt trượt, từ đó nâng cao độ bền và an toàn công trình.

  2. Độ ẩm tối ưu ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả đầm nén?
    Độ ẩm tối ưu giúp đất đạt dung trọng khô cao nhất, tăng khả năng chịu tải và giảm hiện tượng co ngót, lún sau thi công.

  3. Phương pháp thí nghiệm nào được sử dụng để đánh giá chất lượng đất đắp?
    Các phương pháp phổ biến gồm thí nghiệm SPT, xuyên động, xuyên tĩnh và thí nghiệm đầm nén hiện trường để xác định đặc tính cơ học và điều kiện đầm nén tối ưu.

  4. Hiện tượng lún không đều gây ra hậu quả gì?
    Lún không đều dẫn đến nứt, nghiêng công trình, làm giảm tuổi thọ và có thể gây hư hỏng kết cấu trên nền đất đắp.

  5. Biện pháp xử lý khi phát hiện nền đất đắp không đạt yêu cầu?
    Có thể gia cố nền bằng cọc bê tông, cọc xi măng đất, đệm vải địa kỹ thuật hoặc đắp bù sau khi xử lý bề mặt tiếp giáp để đảm bảo liên kết tốt.

Kết luận

  • Nền đất đắp là giải pháp kinh tế và phổ biến trong xây dựng công trình thủy lợi và giao thông tại Việt Nam.
  • Hiệu quả đầm nén phụ thuộc vào lựa chọn vật liệu, độ ẩm và số lần đầm nén, với dung trọng khô tối ưu đạt khoảng 1.85 tấn/m³.
  • Giám sát thi công và nghiệm thu chặt chẽ giúp giảm thiểu các sự cố lún, nứt và sạt trượt, nâng cao chất lượng công trình.
  • Các phương pháp thí nghiệm SPT, xuyên động, xuyên tĩnh và đầm nén hiện trường là công cụ quan trọng để đánh giá và kiểm soát chất lượng nền đất đắp.
  • Đề xuất áp dụng quy trình giám sát, lựa chọn vật liệu đồng nhất và xử lý kịp thời các hiện tượng bất thường nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả đầu tư xây dựng.

Tiếp theo, cần triển khai áp dụng các giải pháp đề xuất vào thực tế thi công và hoàn thiện tiêu chuẩn nghiệm thu nền đất đắp phù hợp với điều kiện địa phương. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ kỹ thuật, quý độc giả vui lòng liên hệ với tác giả hoặc đơn vị nghiên cứu.