LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Minh Đức. Các kết quả trình bày trong cuốn luận văn này chưa từng được sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp nào khác. Theo hiểu biết cá nhân, từ trước tới nay chưa có một tài liệu khoa học nào tương tự được công bố, trừ những thông tin tham khảo được trích dẫn trong luận văn này.
Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019 Đặng Hoàng Đa i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến Thầy hướng dẫn khoa học là Tiến sĩ Nguyễn Minh Đức, người đã đưa ra những gợi ý đầu tiên để hình thành nên ý tưởng của đề tài và chỉ bảo tôi rất nhiều về cách nhận định đúng đắn trong những vấn đề nghiên cứu mà quan trọng nhất là sự trung thực trong làm nghiên cứu khoa học. Thầy cũng đã hướng dẫn tôi cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả cũng như những nguồn tài liệu quý báu. Và với sự hướng dẫn khoa học, nghiêm túc, tận tình đó của thầy đã giúp tôi đạt đến kết quả nghiên cứu cuối cùng. Đồng thời tôi cũng xin gởi lời cảm ơn đến quý thầy cô trường Đại học Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy trong quá trình tôi học tập, nghiên cứu tại đây.
Và cuối cùng tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh động viên, hỗ trợ rất nhiều và tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn! ii TÓM TẮT Nghiên cứu đề xuất mô hình thí nghiệm hiện trường khảo sát chỉ số cường độ California Bearing Ratio (CBR) của đất sét bùn yếu gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật. Mẫu thí nghiệm được đầm chặt tại độ ẩm tối ưu và dung trọng khô lớn nhất thu được từ kết quả thí nghiệm đầm Proctor tiêu chuẩn. Các thông số thí nghiêm thay đổi bao gồm bề dày đệm cát từ 2-15cm, với 2 loại cát hạt to và cát hạt nhỏ.
Ngoài ra, mẫu cũng được xác định trong 2 điều kiện ngâm và không ngâm bão hòa. Kết quả cho thấy bề dày đệm cát tối ưu là 40mm làm gia tăng tối đa CBR là 53,5% và 65,9% lần lượt đối với cát hạt nhỏ và cát hạt to. Quá trình bão hòa mẫu gây phá hỏng bề mặt chịu lực của mẫu (chuyển thành bùn yếu trên bề mặt mẫu) gây ra độ giảm cường độ lên tới 97% so với mẫu sau khi đầm chặt. Kết quả này cho thấy sự cần thiết xây dựng các công trình thoát nước nhằm đảm bảo quá trình thoát nước triệt để, tránh làm bão hòa đất bùn sét gia cường.
Nghiên cứu này làm cơ sở thực hiện những công trình thử nghiệm sử dụng đất bùn gia cường thay thế cát trong các công trình san lấp mặt bằng tại tỉnh An Giang. Từ khóa: CBR hiện trường, đệm cát, vải địa kỹ thuật, đất bùn gia cường. iii ABSTRACT A testing model was proposed to investigate the California Bearing Ratio (CBR) behavior inplace of soft clay reinforced by non-woven geotextile and sand cushion. The variation of tests included the 2-15cm thickness of sand cushion, size of sand particle and soaking condition.
The specimens were compacted with the optimum moisture content and the maximum unit weight obtained from standard Proctor compaction test. Without soaking, the sand cushion and geotextile layers significantly increased the CBR value of reinforced clay. A thickness of 40mm was the optimum thickness of sand to archive the highest CBR value (i. up to 53,5% and 65,9%) of the specimens reinforced by diferent types of sand (fine sand and coarse sand respectively).
After soaking, significant reduction of CBR (up to 97%) was found in the reinforced specimens due to the softing effects of the surface of specimens. This observation illustrates the important role of an effective drainage system to ensure the high bearing capacity of the reinforced clay during rainfall and flooding. The proposed results of clay reinforced by non-woven geotextile and sand cushion would be the fundamental theory for applying the reinforced riverbed clay as the backfil to replace the sand for the construction in An Giang province. Keywords: CBR inplace, sand cushion, non-woven geotextile, reinforced soft clay iv MỤC LỤC TÓM TẮT.
IV DANH SÁCH CÁC HÌNH. VII TỔNG QUAN .1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT .2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .3 SỰ CẦN THIẾT TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU: .4 TÍNH MỚI, TÍNH THỜI SỰ, Ý NGHĨA KHOA HỌC.2 Tính thời sự .3 Ý nghĩa khoa học .4 Ý nghĩa thực tiễn áp dụng .5 MỤC ĐÍCH VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .1 Mục đích nghiên cứu.2 Đối tượng nghiên cứu .6 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI .19 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM .1 Đất bùn sét .2 Vải địa kỹ thuật .2 BIỆN PHÁP THÍ NGHIỆM CBR HIỆN TRƯỜNG .3 TƯƠNG QUAN GIỮA CHỈ SỐ CBR VÀ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN .1 Mô hình thí nghiệm xác định chỉ số cường độ CBR hiện trường .2 Chuẩn bị đất thí nghiệm .3 Thiết bị thí nghiệm CBR hiện trường.4 Quy trình chuẩn bị mẫu thí nghiệm CBR hiện trường.5 Quy trình thí nghiệm nén CBR.6 Hiệu chỉnh kết quả thí nghiệm CBR .43 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .1 XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ CBR TỪ CÁC LẦN THÍ NGHIỆM.1 Quá trình xử lý loại bỏ sai số kết quả thí nghiệm CBR .2 Đánh giá sai số trong quá trình xác định chỉ số CBR .2 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CBR TRÊN MẪU GIA CƯỜNG VÀ KHÔNG GIA CƯỜNG .1 Ảnh hưởng quá trình bão hòa đến ứng xử CBR .2 Ảnh hưởng bề dày đệm cát đến ứng xử CBR .3 Ảnh hưởng của loại cát đến cường độ CBR .63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .66 TÀI LIỆU THAM KHẢO .68 vi DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1-1: Sạt lở bờ sông ở xã Mỹ Hội Đông huyện Chợ Mới .11 Hình 1-2: Bản đồ phân bố các loại đất tỉnh An Giang .12 Hình 2-1: Nạo vét đất bùn sét thông luồng dòng chảy lòng rạch Long Xuyên .20 Hình 2-2: Tương quan ứng suất cắt và chuyển vị của (a) cát hạt nhỏ; (b) cát hạt to tương ứng với áp lực nén (50,100,200) kPa tại độ chặt tương đối 80% .26 Hình 2-3: Biểu đồ so sánh kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp của cát hạt nhỏ và cát hạt to tại độ chặt tương đối 80% .27 Hình 2-4: Biểu đồ quan hệ giữa CBR và khối lượng thể tích khô theo .29 Hình 2-5: Kích thước và vị trí thí nghiệm CBR hiện trường .31 Hình 2-6: Phơi đất thoát nước giảm độ ẩm tại sân phơi .32 Hình 2-7: Thí nghiệm xác định các tính chất cơ học của mẫu đất ở điều kiện trong phòng thí nghệm .32 Hình 2-8: Quá trình đập nhuyễn và ray đất qua sàn .33 Hình 2-9: Bảo quản đất trong túi nhựa đã đập nhuyễn và ray qua sàn .33 Hình 2-10: Thiết bị và mô hình thí nghiệm CBR hiện trường (TCVN 8821 : 2011) .35 Hình 2-11: Dụng cụ phục vụ thí nghiệm CBR hiện trường .37 Hình 2-12: Cho đất vào khuôn để đầm mẫu .38 Hình 2-13: Đầm đất bằng tay .39 Hình 2-14: Đầm đất bằng máy .39 Hình 2-15: Cho cát đệm vào khuôn đầm .40 Hình 2-16: Hoàn thành công tác đầm nén chuẩn bị thí nghiệm .40 Hình 2-17: Ngâm bão hòa mẫu thí nghiệm sau khi hoàn thành đầm nén .41 Hình 2-18: Tến hành thí nghiệm CBR và ghi số liệu .43 Hình 2-19: Mô tả cách hiệu chỉnh biểu đồ CBR hiện trường (TCVN 8821 : 2011) .44 Hình 3-1: Biểu đồ quan hệ giữa áp lực nén và chiều sâu xuyên của mẫu gia cường dày 40mm trước khi tến hành loại bỏ sai lệch .46 vii Hình 3-2: Biểu đồ quan hệ giữa áp lực nén và chiều sâu xuyên của mẫu gia cường dày 40mm sau khi loại bỏ các đường sai lệch.47 Hình 3-3: Tương quan giữa áp lực nén và chiều sâu xuyên sau khi xác định giá trị lưc nén trung bình.52 Hình 3-4: Tổng hợp tương quan giữa áp lực nén và chiều sâu xuyên các mẫu gia cường cát hạt to .55 Hình 3-5: Tổng hợp tương quan giữa áp lực nén và chiều sâu xuyên các mẫu gia cường cát hạt nhỏ .56 Hình 3-6: Tổng hợp tương quan giữa áp lực nén và chiều sâu xuyên các mẫu gia cường sau khi ngâm bão hòa .57 Hình 3-7: Ảnh hưởng của ngâm bão hòa đến ứng xử CBR của mẫu gia cường với 150mm đệm cát .58 Hình 3-8: Tỷ lệ áp lực nén của các mẫu gia cường cát hạt nhỏ và cát hạt to ứng với bề dày gia cường (20, 40, 80, 150)mm của mẫu không bão hòa .61 Hình 3-9: Ảnh hưởng của bề dày cát đến cường độ CBR của mẫu không bão hòa 62 Hình 3-10: Tương quan tỷ lệ gia tăng CBR với tỷ lệ thay thế vật liệu gia cường trên tổng bề dày mẫu thí nghiệm .62 Hình 3-11: Tỷ lệ gia tăng CBR của các mẫu gia cường cát hạt nhỏ và cát hạt to ứng với bề dày gia cường (20, 40, 80, 150)mm .63 viii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2-1: Tính chất cơ học đất bùn nạo vét lòng rạch Long Xuyên tỉnh An Giang .22 Bảng 2-2: Kết quả thí nghiệm nhão của mẫu đất .22 Bảng 2-3: Kết quả thí nghiệm dẻo của mẫu đất .22 Bảng 2-4: Kết quả thí nghiệm dung trọng khô lớn nhất và độ ẩm tối ưu của mẫu đất sau khi bảo quản .23 Bảng 2-5: Tính chất cơ học của vải địa kỹ thuật .25 Bảng 2-6: Tính chất cơ học của cát .25 Bảng 2-7: Góc ma sát trong của cát hạt nhỏ và cát hạt to tại độ chặt tương đối 80% .27 Bảng 2-8: Tổng hợp các công thức liên quan tới chỉ số CBR .30 Bảng 2-9: Tổng hợp các thí nghiệm CBR hiện trường.30 Bảng 3-1: Bảng tổng hợp chọn lọc số liệu thí nghiệm .47 Bảng 3-2: Tổng hợp CBR các mẫu thí nghiệm hiện trường cát hạt nhỏ và cát hạt to .53 Bảng 3-3: Ảnh hưởng quá trình bão hòa mẫu đến CBR .59 Bảng 3-4: Bảng tỷ lệ gia tăng CBR theo % thay thế vật liệu cát trên tổng bề dày mẫu .64 ix TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu tổng quát Ngày nay, cùng với xu thế phát triển kinh tế xã hội chung của cả nước thì đời sống vật chất và tinh thần của con người ngày càng được nâng lên. Trong đó bao gồm các nhu cầu: Ăn, ở, sinh hoạt, học tập, các hoạt động kinh tế xã hội… ngày một lớn, đòi hỏi các công trình xây dựng cũng phải có sự phát triển và mở rộng tương xứng để đáp ứng nhu cầu thực tế trên. Đó là cơ hội đồng thời cũng là thách thức cho sự phát triển của ngành xây dựng trên địa bàn tỉnh, vì vậy nhu cầu sử dụng nguyên vật liệu san lấp mặt bằng phục vụ xây dựng công trình ngày một tăng cao.