Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển cơ sở hạ tầng giao thông tại đồng bằng sông Cửu Long, việc sử dụng đất bùn khai thác từ lòng sông làm nền đường giao thông nông thôn ngày càng được quan tâm. Theo báo cáo ngành, đất bùn sét thuộc trầm tích Holocen có hệ số rỗng lớn, tính nén lún cao và sức chống cắt thấp, gây ra nhiều khó khăn trong thi công và đảm bảo ổn định nền đường. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá ứng xử cố kết và biện pháp thi công đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật nhằm thúc đẩy quá trình cố kết đất bùn, gia tăng sức chịu tải và rút ngắn thời gian thi công nền đường ven sông Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang. Nghiên cứu thực hiện trong khoảng thời gian 6 tháng tại hiện trường tỉnh Kiên Giang, tập trung vào đất bùn nạo vét lòng sông và ứng dụng công nghệ gia cố nền đường bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc giảm chi phí xây dựng, tăng độ bền vững nền đường và góp phần bảo vệ đất canh tác, đồng thời thích ứng với biến đổi khí hậu thông qua nâng cao cao độ nền đường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết cố kết thấm một chiều của Terzaghi, trong đó hệ số cố kết theo phương đứng được xác định qua hệ số thấm, hệ số nén thể tích và dung trọng nước. Mô hình gia cố nền đất sử dụng nguyên lý kết hợp đệm cát và vải địa kỹ thuật theo phương pháp gia cố kiểu sandwich, trong đó đệm cát tạo biên thoát nước thúc đẩy quá trình cố kết, còn vải địa kỹ thuật ngăn chặn sự xâm nhập của đất bùn vào lớp cát, đồng thời tăng cường khả năng chịu lực của nền. Các khái niệm chính bao gồm: độ lún cố kết, hệ số rỗng, độ chặt đất đắp, sức chịu tải của nền đất gia cố và hiệu quả kinh tế thi công.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ thí nghiệm hiện trường tại sông Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang, với mẫu đất bùn nạo vét được phân tích tính chất cơ học và phân bố cỡ hạt. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu đất bùn sau khi thi công và phơi đất khoảng 6 tháng để giảm độ ẩm. Mô hình thí nghiệm tỷ lệ thực được xây dựng với hai trường hợp: nền đường không gia cường và nền đường gia cường bằng đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật. Phân tích độ lún cố kết được thực hiện qua quan trắc độ lún nền đường theo thời gian trong 6 tháng, với tần suất ghi nhận độ lún 4 lần trong tháng đầu và 1 lần mỗi tháng trong 5 tháng tiếp theo. Cỡ mẫu gồm 3 mặt cắt, mỗi mặt cắt đo độ lún tại 3 điểm (lề trái, tim đường, lề phải). Phương pháp phân tích sử dụng tính toán độ lún theo lý thuyết Terzaghi kết hợp với dữ liệu thực nghiệm, đồng thời đánh giá hiệu quả kinh tế qua so sánh chi phí thi công giữa hai phương án. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 2 đến tháng 8 năm 2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Độ lún cố kết nền đường không gia cường sau 6 tháng trung bình đạt khoảng 37 cm, trong khi nền đường gia cường bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật có độ lún trung bình thấp hơn, khoảng 31 cm, giảm 16% so với nền không gia cường.

  2. Thời gian cố kết rút ngắn đáng kể: đất đắp gia cường chỉ cần khoảng 132 ngày để đạt độ lún tương đương đất đắp không gia cường sau 180 ngày, tức rút ngắn được 48 ngày (khoảng 27%).

  3. Độ chặt đất gia cường tăng 2.8% so với đất không gia cường sau 6 tháng thi công, cho thấy hiệu quả gia cố của đệm cát và vải địa kỹ thuật trong việc tăng cường độ bền nền đất.

  4. Độ lún nền dưới đất đắp gia cường thấp hơn đáng kể (4.62 cm so với 10 cm trong trường hợp không gia cường), chứng tỏ vải địa kỹ thuật và đệm cát giúp hạn chế áp lực thấm xuống nền dưới, tăng tính ổn định.

  5. Hiệu quả kinh tế: mặc dù chi phí thi công đất gia cường gấp đôi so với không gia cường, nhưng tổng chi phí thi công đất đắp và mặt đường lại thấp hơn do giảm chi phí xử lý mặt đường nhờ nền đất gia cố có sức chịu tải cao hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm độ lún và rút ngắn thời gian cố kết là do đệm cát tạo điều kiện thoát nước nhanh hơn, kết hợp với vải địa kỹ thuật ngăn chặn sự xâm nhập của đất bùn vào lớp cát, từ đó tăng hiệu quả thoát nước và giảm áp lực nước lỗ rỗng. So với các nghiên cứu trước đây về gia cố đất yếu bằng vải địa kỹ thuật và đệm cát, kết quả này phù hợp với xu hướng gia tăng độ bền và giảm biến dạng nền đất. Việc giảm thời gian cố kết 48 ngày có ý nghĩa lớn trong thực tiễn thi công, giúp rút ngắn tiến độ công trình và giảm chi phí gián tiếp. Biểu đồ so sánh độ lún theo thời gian giữa hai phương án thể hiện rõ sự khác biệt về tốc độ cố kết và mức độ biến dạng nền đường. Kết quả cũng khẳng định vai trò quan trọng của vải địa kỹ thuật trong việc phân tách và gia cố đất bùn yếu, đồng thời nâng cao sức chịu tải của nền đường ven sông.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng biện pháp gia cố đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật trong thi công nền đường bùn yếu tại các vùng đồng bằng sông Cửu Long nhằm rút ngắn thời gian cố kết và tăng độ bền nền đường. Thời gian thực hiện: ngay trong giai đoạn chuẩn bị thi công nền.

  2. Tối ưu thiết kế lớp đệm cát dày khoảng 5 cm và sử dụng vải địa kỹ thuật không dệt có khả năng chịu kéo cao để đảm bảo hiệu quả thoát nước và ngăn chặn xâm nhập đất bùn. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và tư vấn thiết kế.

  3. Theo dõi và quan trắc độ lún nền đường định kỳ trong 6 tháng đầu thi công để đánh giá hiệu quả gia cố và điều chỉnh biện pháp thi công phù hợp. Chủ thể thực hiện: đơn vị giám sát công trình.

  4. Đánh giá chi phí tổng thể thi công nền và mặt đường để lựa chọn phương án gia cố phù hợp, ưu tiên các công trình có yêu cầu tiến độ và độ bền cao. Thời gian đánh giá: trước khi triển khai thi công.

  5. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng biện pháp gia cố này cho các công trình giao thông nông thôn ven sông khác nhằm tận dụng nguồn đất bùn khai thác tại chỗ, giảm thiểu tác động môi trường và chi phí vận chuyển.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư xây dựng công trình giao thông: áp dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế và thi công nền đường trên đất bùn yếu, nâng cao hiệu quả và độ bền công trình.

  2. Chuyên gia tư vấn địa kỹ thuật: sử dụng dữ liệu và mô hình nghiên cứu để đánh giá và đề xuất giải pháp gia cố nền đất yếu phù hợp với điều kiện địa phương.

  3. Nhà quản lý dự án và chủ đầu tư: tham khảo để đưa ra quyết định đầu tư hợp lý, cân đối chi phí và tiến độ thi công công trình giao thông nông thôn.

  4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng: làm tài liệu tham khảo về phương pháp gia cố đất bùn yếu bằng đệm cát và vải địa kỹ thuật, đồng thời phát triển nghiên cứu tiếp theo.

Câu hỏi thường gặp

  1. Biện pháp đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật có thể áp dụng cho loại đất bùn nào?
    Biện pháp này phù hợp với đất bùn sét yếu có hàm lượng nước cao và hệ số rỗng lớn, đặc biệt là đất bùn khai thác từ lòng sông như tại Kiên Giang. Ví dụ, đất bùn loại OH-MH theo phân loại USCS.

  2. Thời gian cố kết đất bùn được rút ngắn bao nhiêu khi sử dụng biện pháp gia cố?
    Theo nghiên cứu, thời gian cố kết rút ngắn khoảng 48 ngày so với đất không gia cường, tương đương giảm 27% thời gian chờ cố kết.

  3. Chi phí thi công có tăng nhiều khi áp dụng biện pháp gia cố này không?
    Chi phí thi công đất gia cố tăng gấp đôi so với không gia cố, nhưng tổng chi phí thi công nền và mặt đường lại giảm do nền đất gia cố có sức chịu tải cao hơn, giảm chi phí xử lý mặt đường.

  4. Lớp đệm cát nên có độ dày bao nhiêu để đạt hiệu quả tối ưu?
    Nghiên cứu đề xuất lớp đệm cát dày khoảng 5 cm, kết hợp với lớp vải địa kỹ thuật không dệt có độ bền kéo cao để đảm bảo hiệu quả thoát nước và ngăn chặn xâm nhập đất bùn.

  5. Phương pháp quan trắc độ lún nền đường được thực hiện như thế nào?
    Độ lún được quan trắc tại 3 mặt cắt, mỗi mặt cắt đo 3 điểm (lề trái, tim đường, lề phải), ghi nhận 4 lần trong tháng đầu và 1 lần mỗi tháng trong 5 tháng tiếp theo, giúp đánh giá chính xác quá trình cố kết và biến dạng nền.

Kết luận

  • Đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật thúc đẩy quá trình cố kết đất bùn yếu, giảm độ lún nền đường trung bình 16% sau 6 tháng.
  • Thời gian cố kết rút ngắn khoảng 48 ngày, giúp rút ngắn tiến độ thi công và giảm chi phí gián tiếp.
  • Độ chặt đất gia cố tăng 2.8%, nâng cao sức chịu tải và ổn định nền đường.
  • Mặc dù chi phí thi công gia cố tăng gấp đôi, tổng chi phí thi công nền và mặt đường lại thấp hơn do giảm chi phí xử lý mặt đường.
  • Nghiên cứu mở ra phương pháp thi công nền đường bùn yếu hiệu quả, phù hợp với điều kiện đồng bằng sông Cửu Long, góp phần phát triển giao thông nông thôn bền vững.

Next steps: Áp dụng biện pháp gia cố trong các dự án thực tế, mở rộng nghiên cứu về các loại đất yếu khác và tối ưu thiết kế lớp đệm cát, vải địa kỹ thuật.

Call to action: Các nhà quản lý dự án và kỹ sư xây dựng nên cân nhắc áp dụng biện pháp gia cố này để nâng cao hiệu quả thi công và chất lượng công trình giao thông vùng đồng bằng sông Cửu Long.