ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, nhu cầu phát triển về cơ sở hạ tầng rất lớn và cấp thiết, trong đó nhu cầu phát triển hạ tầng giao thông, đường trên đất yếu bền vững và hiệu quả đòi hỏi phải nghiên cứu, phát triển một số công nghệ mới trong thi công xây dựng công trình giao thông. để kiểm soát được biến dạng lún và ổn định ở một số công trình giao thông quan trọng như đường cao tốc, đường hạ cất cánh của sân bay, đường đầu cầu đắp cao, bãi cảng chứa container hoặc cống hộp băng ngang đường trên nền đất yếu, chúng ta thường sử dụng các giải pháp thông dụng như đệm cát, giếng cát, cọc cát, bấc thấm, sàn giảm tải Bê tông cốt thép trên nền cọc bê tông cốt thép,cọc đất trộn xi măng. Những công nghệ đã sử dùng thường thì thời gian thi công kéo dài, khó kiểm soát được ổn định công trình, hoặc không thể thi công trên diện rộng, kéo dài theo tuyến đường và thường có chi phí tương đối cao. Một giải pháp khác là dùng vật liệu để gia cường vào nền đắp của nền đường.Vật liệu dùng trong công trình cầu đường, mái dốc thì đòi hỏi phải có cường độ cao, sẵn tại địa phương và dẻo dai.Ta thấy đất gia cố sợi tổng hợp thì đắt tiền và ở Việt Nam, nguồn sản xuất cung cấp sợi tổng hợp trong nước rất ít, khi dùng đất với sợi thiên nhiên không dùng thêm chất liên kết hay phụ gia thì kém ổn định với nước.
Nếu đất gia cố bằng các chất kết dính vô cơ như vôi thì sẽ cho cường độ rất cao nhưng vật liệu sẽ giòn.Cho nên việc gia cường đất bằng cách kết hợp trộn sợi tự nhiên và vôi vào đất sét yếu sẽ tạo ra được loại vật liệu cường độ cao, có dẻo dai mà giá lại rẻ hơn nhiều so với sợi tổng hợp.Vì vậy đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp vôi và sợi xơ dừa và vôi đến cường độ chống cắt không thoát nước của đất sét yếu” là một vần đề cấp thiết nhằm góp phần nâng cao hiệu quả đầu tư xây dựng và chọn lựa những giải pháp nền móng hợp lý cho các loại công trình II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI -Xác định hàm lượng vôi tối ưu trong hỗn hợp đất trộn vôi và sợi xơ dừa 2 -Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng và chiều dài của sợi xơ dừa đến cường độ của hỗn hợp đất trộn vôi - xơ dừa đồng thời xác định hàm lượng sợi xơ dừa tối ưu khi trộn vào hỗn hợp -Tính toán ổn định xác định chiều cao đắp tối đa của công trình nền đường khi xử lý bằng giải pháp đất trộn vôi - sợi xơ dừa III.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -Lý thuyết Nghiên cứu cơ sở lý thuyết sức chống cắt không thoát nước và ổn định mái dốc Nghiên cứu vai trò của vôi khi xử lý đất và tương tác giữa sợi và nền khi gia cố -Thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm xác định các thông số cơ lý của loại đất dùng trong thí nghiệm Thí nghiệm xác định độ ẩm tối ưu khi đầm nén ứng với từng hàm lượng vôi sử dụng trong hỗn hợp Tiến hành thí nghiệm nén 1 trục nở hông và thí nghiệm cắt trực tiếp để xác định hàm lượng vôi và sợi tối ưu cho cường độ hỗn hợp cao nhất. -Tính toán và mô phỏng Sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis và Geoslope để tính toán ổn định công trình đắp xử lý bằng giải pháp đất trộn vôi và sợi xơ dừa IV. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI -Qua quá trình tính toán và thí nghiệm sẽ đánh giá được sức kháng cắt không thoát nước của hỗn hợp đất trộn vôi - xơ dừa ứng với loại đất cụ thể - Đưa ra một giải pháp xử lý nền công trình đắp trên nền đất yếu mang lại hiệu quả và giá trị kinh tế cao tiết kiệm chi phí cho nhà đầu tư -Tận dụng được nguồn nguyên liệu của địa phương để xử lý cho nền đất yếu 3 -Làm cơ sở để nghiên cứu ứng dụng trong việc xử lý nền đất yếu bằng cách trộn các loại sợi gia cường khác nhau V.
PHẠM VI GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI -Do giới hạn về thời gian và kinh phí của luận văn nên chỉ nghiên cứu thí nghiệm với tỉ lệ % hàm lượng sợi xơ dừa và chiều dài sợi còn hạn chế -Chỉ áp dụng với loại đất trong vùng nghiên cứu và thí nghiệm chưa nghiên cứu mở rộng sang các loại đất khác của những vùng khác nhau -Chưa nghiên cứu tương tác giữa đất và các loại sợi gia cường khác -Chưa xét đến tính thấm của hỗn hợp đất gia cường sợi xơ dừa và vôi 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CÔNG NGHỆ GIA CƯỜNG SỢI VÀ VÔI 1. Tổng quan xử lý nền đất yếu bằng phương pháp gia cố vôi Từ thời cổ La mã, người ta đã biết sử dụng vôi để làm đường. Người ta đã dùng vôi trộn với đất sét nhằm tăng cường độ và giảm khả năng tan rã của đất sét. Đất gia cố vôi đã được biết đến từ lâu nhưng việc nghiên cứu kỹ lưỡng và có hệ thống về nó mới chỉ vài chục năm trở lại đây.
Đất gia cố vôi được sử dụng để xây dựng các lớp áo đường với quy mô rộng rãi trong khoảng từ cuối những năm 70 ở nhiều nước trên thế giới. Kết quả nghiên cứu của các tác giả như M.v… cho thấy khi gia cố đất bằng vôi các quá trình hình thành cấu trúc thứ sinh đã làm biến đổi cơ bản tính chất của đất, khiến cho đất có thể chịu lực và ổn định nước hơn so với đất không gia cố. Quá trình hình thành cường độ của đất gia cố vôi diễn ra trong khoảng thời gian dài, là tổng hợp các quá trình lý hóa. Hóa học và vật lý, các quá trình này xảy ra đồng thời khi vôi hóa cứng.
Đây là quá trình thủy hóa và tái kết tinh của vôi, tạo thành hydro xilica canxi và cacbonat hóa. Khi gia cố đất vôi tham gia tác dụng tương hỗ lý hóa và hóa học với các hạt mịn trong đất tạo nên chất kết dính “ vôi đất”, chất kết dính này trong quá trình biến cứng lại liên kết các khung cốt liệu của đất lại với nhau và tạo cho hỗn hợp đất-vôi trở nên toàn khối và vững chắc. Các kết quả nghiên cứu tiến hành ở viện nghiên cứu khoa học đường bộ Liên Xô, ở Pháp, Mỹ, CH dân chủ Đức cũ… đã chỉ ra rằng: nếu đất cát và á cát trong khi gia cố với vôi được bổ sung thêm các thành phần phụ gia khác (các loại tro bay hay các chất điện phân) thì có thể cho cường độ cao hơn. Kết quả này cho phép mở rộng diện gia cố vôi với nhiều loại đất khác nhau.
Sự tương tác giữa vôi với các hạt 5 sét mịn phân tán hoặc tro bay sẽ làm cho vôi từ chổ là chất kết dính biến cứng trong không khí trở thành kết dính biến cứng được trong nước và chi biến cứng mạnh trong điều kiện ẩm. Vôi để gia cố đất thường dùng là vôi cục nghiền (chưa tôi), vôi thủy hóa (đã tôi rồi) hoặc vôi chưa tôi kỵ nước. Người ta có thể sử dụng vôi như chất liên kết độc lập hoặc có thể dùng kết hợp với các phụ gia cũng các chất kết dính khác. Cũng có trường hợp vôi được dùng như chất phụ gia cho chất kết dính khác như bitum, xi măng….
Ở Mỹ, cũng có nhiều kinh nghiệm trong sử dụng vôi vào việc gia cố đất. Khi gia cố đất bằng bitum lỏng, nếu cho vôi làm phụ gia thì sẽ tăng cường khả năng kết dính và tăng nhanh quá trình polime hóa bitum trên bề mặt hạt đất. Những nghiên cứu của các nhà khoa học ở các nước khác nhau đã chứng tỏ rằng: vôi có tác dụng làm giảm hẳn hoặc mất tính dẻo của hầu hết các loại đất. Đất á sét ở An Giang gia cố 10% đạt được cường độ nén (28 ngày tuổi) Rn= 12.85 kG/cm2, và cường độ nén khi bão hòa hước là Rbh= 7.27 kG/cm2, vậy hệ số mềm Km = 0.565, thể hiện rằng trong điều kiện ngập nước thì cường độ của đất gia cố vôi sẽ suy giảm nhiều.
Đất sét Tiền Giang gia cố vôi với hàm lượng 6%, 8%, 10% đạt cường độ lần lượt là 8. Và khi nén bão hòa cường độ giảm sút rất nhiều còn 4. Nghĩa là cường độ chỉ còn bằng 0.6 lần so với cường độ vật liệu khi không bão hòa nước. Vào những năm 70, đất gia cố xi măng hoặc vôi đã được sử dụng rộng rãi hơn trong công tác xây dựng thích hợp với việc gia cố riêng rẽ ứng với từng loại vật liệu chất kết dính, người ta đã bổ sung thêm các thành phần phụ gia để việc gia cố đạt hiệu quả hơn.
Ví dụ như: đất gia cố xi măng có các phụ gia như vôi bột, clorua canxi, xilicatnatri, thạch cao, các muối dễ tan hoặc các chất hoạt tính bề mặt… 6 1.2 Tổng quan về phương pháp sử dụng sợi gia cường để xứ lý nền đất yếu Công nghệ sử dụng vật liệu gia cường để trộn vào đất nhằm tăng cường độ kháng cắt cũng như khả năng chịu tải của đất nền đã được nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới Vào những năm 1979 những nghiên cứu ở Pháp về cường độ chống cắt của đất sét kaolin trộn với sợi được thực hiện bởi Andersland, O. Craig (1987) đã nghiên cứu ứng xử của đất-xi măng có thêm sợi so sánh với đất-xi măng không sợi về các chỉ tiêu: cường độ chịu nén, chịu kéo, sức chống cắt, quan hệ ứng suất biến dạng, tính bền khi chịu khu kỳ khô-ẩm. Và kết quả cho thấy sợi thủy tinh có tác dụng gia tăng cường độ nhiều nhất; khả năng chịu kéo tăng 140%, tính dẻo dai của vật liệu tăng vượt trội nhờ sợi. Một số hỗn hợp đất-sợi cho thấy gia tăng cường độ chịu nén.
Thí nghiệm chu kỳ ẩm-khô cũng cho thấy sợi làm tăng tính ổn định của đất-xi măng. Qua những quan sát sự gia tăng đáng kể của cường độ chịu kéo, tính dẻo dai, ứng dụng vật liệu này để làm lớp phủ mái dốc, hồ chứa…ngăn ngừa xói lở bề mặt.H đã có nghiên cứu về ổn định của nền cát được gia cố bằng sợi phân tán một cách ngẫu nhiên vào năm 1990 [1] Đến năm 1994 thì Maher, M. C nghiên cứu về các đặc tính cơ học của đất sét kaolin trộn với sợi tổng hợp Al-Wahab, R.