Nghiên Cứu Cứng Hóa Đất Bùn Dùng Để Đắp Đê Bao Tại Tỉnh Cà Mau

• Tác giả: Trần Chí Thành
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Anh Quân
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Thủy
• Đề tài: Nghiên Cứu Cứng Hóa Đất Bùn Dùng Để Đắp Đê Bao, Bờ Bao Tại Tỉnh Cà Mau
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP CỨNG HÓA BÙN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
• 1.1. Tổng quan về giải pháp xử lý đất bùn
• 1.2. Giải pháp công nghệ vật liệu sử dụng trong cứng hóa đất bùn trên thế giới
• 1.3. Giải pháp công nghệ vật liệu sử dụng trong cứng hóa đất bùn ở Việt Nam
• 1.4. Cơ sở lý thuyết của việc cứng hóa đất bùn để đắp đê bao, bờ bao
• 1.4.1. Cơ chế cải tạo tính chất cơ lý hóa đất bùn bằng xi măng
• 1.4.2. Cơ chế cải tạo tính chất cơ lý hóa đất bùn bằng vôi
• 1.4.3. Cơ chế cải tạo tính chất cơ lý hóa đất bùn bằng xỉ lò cao
• 1.4.4. Cơ chế cải tạo tính chất cơ lý hóa đất bùn bằng tro bay
• 1.4.5. Cơ chế cải tạo tính chất cơ lý hóa đất bùn bằng puzzolan tự nhiên
• 1.4.6. Cơ chế cải tạo tính chất cơ lý hóa đất bùn bằng hỗn hợp vật liệu chứa phụ gia hữu cơ
• 1.4.7. Cơ chế cải tạo đất theo công nghệ nano-organosilane
• 1.4.8. Cơ chế cải tạo đất theo các phụ gia khác
• 1.5. Nghiên cứu tính chất cơ lý của đất bùn ở ĐBSCL
• 1.6. Mục tiêu, nội dung
• 1.7. Nhận xét kết quả nghiên cứu đất bùn ở ĐBSCL
• 1.8. Kết luận chương 1
• 2. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT DÙNG ĐỂ CỨNG HÓA ĐẤT BÙN
• 2.1. Nghiên cứu thực nghiệm tìm tỷ lệ cấp phối hỗn hợp vật liệu dùng cho cứng hóa đất bùn tại Cà Mau
• 2.1.1. Cơ sở lựa chọn cấp phối thí nghiệm
• 2.1.2. Các cấp phối thí nghiệm
• 2.1.3. Chế tạo và tổ chức thí nghiệm mẫu trong phòng
• 2.1.4. Kết quả thí nghiệm
• 2.2. Một số giải pháp công nghệ thiết bị thi công sử dụng trong việc cứng hóa đất bùn
• 2.2.1. Giải pháp trộn chất kết dính vào bùn bằng hệ thống bơm khí nén
• 2.2.2. Giải pháp sử dụng hệ thống trạm trộn
• 2.2.3. Giải pháp trộn tại chỗ
• 2.2.4. Một số giải pháp thiết bị cứng hóa đất bùn đã được nghiên cứu áp dụng ở Việt Nam
• 2.3. Kết luận chương 2
• 3. TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO TUYẾN BỜ BAO TẠI XÃ KHÁNH AN, HUYỆN U MINH, TỈNH CÀ MAU
• 3.1. Giới thiệu về công trình
• 3.2. Phân tích lựa chọn thành phần, cấp phối phụ gia sử dụng cứng hóa đất bùn để đắp bờ bao tại Cà Mau
• 3.3. Tính toán thiết kế, tính ổn định cho công trình
• 3.3.1. Thiết kế mặt cắt ngang bờ bao
• 3.3.2. Thiết kế nền, mặt đường
• 3.3.3. Tính toán thấm
• 3.3.4. Tính toán ổn định chung của bờ bao
• 3.4. Tổ chức thi công
• 3.4.1. Tiêu chuẩn vật liệu công trình
• 3.4.2. Mặt bằng xây dựng
• 3.4.3. Cung cấp vật tư
• 3.4.4. Trình tự thi công các hạng mục công trình
• 3.5. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 4.1. Các kết quả đạt được của luận văn
• 4.2. Một số vấn đề tồn tại và hướng tiếp tục nghiên cứu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC TÍNH TOÁN

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Cứng Hóa Đất Bùn Đắp Đê Cà Mau

Công tác nạo vét, khơi thông kênh mương, luồng lạch đóng vai trò quan trọng trong các công trình thủy lợi và giao thông thủy. Đất bùn nạo vét là nguồn tài nguyên có giá trị. Tái sử dụng vật liệu nạo vét góp phần vào phát triển bền vững, giảm lượng tài nguyên cần thiết cho xây dựng và bảo vệ môi trường. Nhiều quốc gia đã sử dụng rộng rãi vật liệu nạo vét. Cứng hóa đất bùn là giải pháp nâng cao các chỉ tiêu kỹ thuật của đất. Việc sử dụng chất phụ gia trộn với đất bùn để cải thiện lực dính, độ sệt và tăng khả năng chống thấm nhằm thay thế vật liệu trong các hoạt động xây dựng là rất cần thiết. Sử dụng vật liệu nạo vét như một nguồn tài nguyên không chỉ quan trọng mà thậm chí còn mang tính cấp thiết bởi việc sử dụng vật liệu này đem lại các hiệu quả xã hội, môi trường và kinh tế (thay vì chôn lấp hoặc đổ thải).

1.1. Tầm quan trọng của việc tái sử dụng đất bùn nạo vét

Việc tái sử dụng đất bùn nạo vét không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra nguồn vật liệu thay thế cho các công trình xây dựng. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh nguồn tài nguyên thiên nhiên ngày càng khan hiếm. Theo nghiên cứu, việc sử dụng công nghệ cứng hóa đất có thể biến đất bùn thành vật liệu có độ bền và khả năng chịu tải tương đương với đất tự nhiên.

1.2. Ứng dụng của đất bùn cứng hóa trong xây dựng đê bao

Trong xây dựng đê bao, việc sử dụng đất bùn cứng hóa mang lại nhiều lợi ích. Nó giúp giảm chi phí xây dựng, tận dụng nguồn vật liệu địa phương và giảm thiểu tác động đến môi trường. Ngoài ra, đất bùn cứng hóa còn có khả năng chống thấm tốt, giúp bảo vệ đê bao khỏi sự xâm nhập của nước mặn.

II. Thách Thức và Giải Pháp Cứng Hóa Đất Bùn Tại Cà Mau

Tại Việt Nam, hàng năm có hàng chục triệu khối bùn nạo vét từ các dự án duy tu luồng hàng hải gặp khó khăn trong việc tìm vị trí đổ. Các nhà đầu tư thường chọn giải pháp đổ ra biển, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Gần đây, chính phủ không cho phép đổ bùn nạo vét ra biển, gây khó khăn trong việc tìm vị trí đổ. Bên cạnh đó, còn có sự thiếu hụt về vật liệu dùng để san lấp cho các dự án xây dựng. Vì thế, công nghệ xử lý bùn nạo vét thành vật liệu đắp đạt tiêu chuẩn sử dụng trong các công trình thủy lợi, giao thông là giải pháp tốt nhất để giải quyết các nhu cầu trên. Tình hình khan hiếm cát xây dựng đã xảy ra trên toàn quốc, đặc biệt những tháng đầu năm 2017 do giá cát tăng đột biến.

2.1. Vấn đề thiếu hụt vật liệu xây dựng và ô nhiễm môi trường

Việc thiếu hụt vật liệu xây dựng, đặc biệt là cát, đang là một vấn đề cấp bách tại nhiều địa phương, trong đó có Cà Mau. Đồng thời, việc đổ bùn nạo vét ra biển gây ra những tác động tiêu cực đến hệ sinh thái biển. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp thay thế, như sử dụng đất bùn cứng hóa, là vô cùng cần thiết.

2.2. Giải pháp cứng hóa đất bùn Tiềm năng và thách thức

Giải pháp cứng hóa đất bùn mang lại nhiều tiềm năng trong việc giải quyết đồng thời hai vấn đề: thiếu hụt vật liệu xây dựng và ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ cứng hóa đất cũng đối mặt với nhiều thách thức, như chi phí đầu tư ban đầu, yêu cầu về kỹ thuật và công nghệ, và khả năng thích ứng với điều kiện địa phương.

2.3. Biến đổi khí hậu và sự cần thiết của đê bao tại Cà Mau

Biến đổi khí hậu gây ra nhiều tác động tiêu cực đến vùng Đồng bằng sông Cửu Long, đặc biệt là tình trạng sạt lở đất và xâm nhập mặn. Việc xây dựng đê bao là một giải pháp quan trọng để bảo vệ đất đai và tài sản của người dân. Sử dụng đất bùn cứng hóa để xây dựng đê bao có thể giúp tăng cường khả năng chống chịu của công trình trước các tác động của biến đổi khí hậu.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu và Thực Nghiệm Cứng Hóa Đất Bùn

Đề tài nghiên cứu kế thừa các kết quả tài liệu nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước của đề tài “ Nghiên cứu công nghệ cứng hóa đất bùn nạo vét để sử dụng trong san lấp mặt bằng thay thế cát” với mục đích tiếp cận cơ sở lý thuyết, tận dụng công nghệ, tiếp thu và cải thiện để phù hợp. Các biện pháp tiếp cận nghiên cứu để giải quyết vấn đề cần bao gồm như sau: (1)Tiếp cận cơ sở dữ liệu: Dữ liệu về các ấn phẩm khoa học trong và ngoài nước, đặc biệt là kết quả của đề tài “ Nghiên cứu công nghệ cứng hóa đất bùn nạo vét để sử dụng trong san lấp mặt bằng thay thế cát”; các bài báo trong các tạp chí chuyên ngành uy tín trên thế giới sẽ là những căn cứ quan trọng để tham khảo, đề ra quy trình và phương pháp nghiên cứu nhằm đạt được mục tiêu đề ra của đề tài. (2)Tiếp cận thực tiễn nước ngoài: Kế thừa và áp dụng các giải pháp công nghệ đã được sử dụng thành công, nhất là áp dụng các công nghệ tiên tiến của các nước phát triển trên cơ sở nghiên cứu, lựa chọn các giải pháp có tính khoa học, tiếp thu được các kỹ thuật hiện đại nhưng phải phù hợp với điều kiện địa bàn nghiên cứu trên tất cả các bình diện kỹ thuật, tài chính và xã hội.

3.1. Cơ sở lý thuyết và thực nghiệm trong nghiên cứu cứng hóa đất

Nghiên cứu cứng hóa đất bùn cần dựa trên cơ sở lý thuyết vững chắc về tính chất cơ lý của đất, cũng như các phản ứng hóa học xảy ra khi trộn đất bùn với các chất phụ gia. Đồng thời, cần tiến hành các thí nghiệm trong phòng và ngoài hiện trường để kiểm chứng và điều chỉnh các thông số kỹ thuật.

3.2. Lựa chọn cấp phối vật liệu phù hợp cho cứng hóa đất bùn

Việc lựa chọn cấp phối vật liệu phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả cứng hóa đất bùn. Cần xem xét các yếu tố như loại đất bùn, điều kiện địa chất thủy văn, và yêu cầu kỹ thuật của công trình để lựa chọn tỷ lệ pha trộn các chất phụ gia (ví dụ: xi măng, vôi, tro bay, polymer) một cách tối ưu.

3.3. Đánh giá tính chất cơ lý của đất bùn sau khi cứng hóa

Sau khi đất bùn được cứng hóa, cần tiến hành các thí nghiệm để đánh giá các tính chất cơ lý quan trọng, như độ lún, sức chịu tải, và khả năng chống thấm. Kết quả đánh giá sẽ giúp xác định xem đất bùn cứng hóa có đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của công trình đê bao hay không.

IV. Ứng Dụng Đất Bùn Cứng Hóa Đắp Đê Bao Tại Cà Mau

Trong những năm gần đây tình hình khan hiếm cát xây dựng đã xảy ra trên toàn quốc đặc biệt những tháng đầu năm 2017 do tình tình giá cát tăng đột biến để góp phần giải quyết việc bảo đảm cung cầu về cát xây dựng và bình ổn giá cát, Bộ Xây dựng đã đề xuất, kiến nghị với Thủ tướng Chính phủ trong đó có nội dung: - Về lâu dài, các Bộ, ngành và địa phương tăng cường triển, khai thực hiện Quyết định số 452/QĐ-TTg ngày 12/4/2017 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Đề án đẩy mạnh xử lý, sử dụng tro, xỉ, thạch cao của các nhà máy nhiệt điện hóa chất, phân bón làm nguyên liệu sản xuất VLXD và trong công trình xây dựng; trong đó có việc sử dụng phế thải tro bay làm vật liệu san lấp thay thế cát tự nhiên. Thực tế tính đến cuối năm 2017, Ban QLDA ODA tỉnh Cà Mau cần trên 1 triệu m3 cát san lấp cho 2 dự án đê biển và 61 km bờ bao. Ban QLDA ngành giao thông tỉnh Cà Mau cần trên 2 triệu m3 cát để làm nền đường; Ngoài ra, theo điều tra nhu cầu nạo vét hàng năm theo báo cáo của tỉnh Cà Mau một năm khoảng 1-2 triệu m3 với kinh phí của các dự án đang chi cứ 1m3 đất bằng xáng cạp mất 15000đ; tuy nhiên để có diện tích chứa 1m3 đất bùn nạo vét thì thường phải chi phí đền bù cho diện tích khoảng 30.

4.1. Thiết kế và thi công đê bao bằng đất bùn cứng hóa

Việc thiết kế và thi công đê bao bằng đất bùn cứng hóa cần tuân thủ các tiêu chuẩn và quy trình kỹ thuật hiện hành. Cần chú trọng đến các yếu tố như độ dốc mái đê, chiều cao đê, và biện pháp gia cố để đảm bảo tính ổn định và an toàn của công trình.

4.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế và môi trường của giải pháp

Cần tiến hành đánh giá hiệu quả kinh tế và môi trường của giải pháp sử dụng đất bùn cứng hóa để xây dựng đê bao. So sánh chi phí xây dựng, chi phí bảo trì, và lợi ích kinh tế xã hội mang lại so với các giải pháp truyền thống. Đồng thời, đánh giá tác động đến môi trường, như giảm thiểu ô nhiễm, tiết kiệm tài nguyên, và bảo vệ hệ sinh thái.

4.3. Các tiêu chuẩn và quy trình kiểm định chất lượng đê bao

Để đảm bảo chất lượng của đê bao xây dựng bằng đất bùn cứng hóa, cần áp dụng các tiêu chuẩn và quy trình kiểm định chất lượng nghiêm ngặt. Các quy trình này bao gồm kiểm tra chất lượng vật liệu, kiểm tra quá trình thi công, và kiểm tra khả năng chịu tải của công trình sau khi hoàn thành.

V. Phân Tích Tính Ổn Định và Tuổi Thọ Đê Bằng Đất Cứng Hóa

Trên cơ sở kết quả của Hội nghị về phát triển bền vững đồng bằng sông Cửu Long thích ứng với biến đổi khí hậu ngày 26 - 27 tháng 9 năm 2017; Chính phủ đã ban hành nghị quyết về “Phát triển bền vững đồng bằng sông Cửu Long thích ứng với biến đổi khí hậu”, theo Nghị quyết số 120/NĐ-CP ngày 17/11/2017 của Chính phủ trong đó có nội dung “ Nghiên cứu tạo nguồn vật liệu mới thay thế, phục vụ san lấp, xây dựng (hạn chế việc lấy cát từ lòng sông để tôn nền). Quy hoạch và đầu tư các khu xử lý chất thải, nước thải tập trung, hiện đại; đẩy mạnh tái chế, tái sử dụng và sản xuất năng lượng từ rác”. Qua các phân tích về tình hình và thực trạng hiện nay như trên, đề tài “Nghiên cứu cứng hóa đất bùn dùng để đắp đê bao, bờ bao ở tỉnh Cà Mau” là hết sức cần thiết.

5.1. Tính toán ổn định đê bao dưới tác động của tải trọng

Việc tính toán ổn định của đê bao là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho công trình. Cần xem xét các tác động của tải trọng tĩnh (trọng lượng bản thân, áp lực đất) và tải trọng động (sóng, gió, động đất) để đánh giá khả năng chịu lực của đê bao.

5.2. Dự báo độ lún và tuổi thọ của đê bao theo thời gian

Độ lún là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ của đê bao. Cần dự báo độ lún của đê bao theo thời gian để có biện pháp xử lý kịp thời, tránh gây ra các sự cố đáng tiếc.

5.3. Các biện pháp bảo trì và gia cố đê bao hiệu quả

Để kéo dài tuổi thọ của đê bao, cần thực hiện các biện pháp bảo trì và gia cố định kỳ. Các biện pháp này có thể bao gồm trồng cây bảo vệ mái đê, gia cố chân đê, và sửa chữa các vết nứt.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Đất Bùn

Thông qua nghiên cứu cơ sở khoa học và thực nghiệm trong phòng, lựa chọn được cấp phối phù hợp để cứng hóa bùn sử dụng để đắp đê bao, bờ bao tại Cà Mau; Tính toán thiết kế, xây dựng mô hình sử dụng đất bùn cứng hóa để đắp đê bao, bờ bao tại Cà Mau (Đánh giá thấm, ổn định, lún so với một vật liệu khác).

6.1. Tổng kết các kết quả đạt được trong nghiên cứu

Nghiên cứu đã đạt được những kết quả quan trọng trong việc xác định cấp phối vật liệu phù hợp để cứng hóa đất bùn tại Cà Mau, cũng như đánh giá tính khả thi của việc sử dụng đất bùn cứng hóa để xây dựng đê bao.

6.2. Các vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu tiếp theo

Tuy nhiên, vẫn còn một số vấn đề cần được nghiên cứu sâu hơn, như tối ưu hóa quy trình cứng hóa đất, đánh giá tác động lâu dài đến môi trường, và phát triển các giải pháp thi công hiệu quả hơn.

6.3. Đề xuất các giải pháp ứng dụng thực tiễn và chính sách hỗ trợ

Cần có các giải pháp ứng dụng thực tiễn và chính sách hỗ trợ để khuyến khích việc sử dụng đất bùn cứng hóa trong xây dựng đê bao và các công trình khác. Điều này sẽ góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt vật liệu xây dựng, bảo vệ môi trường, và ứng phó với biến đổi khí hậu.

Tổng quan nghiên cứu

Với chiều dài bờ biển khoảng 3.260 km và hệ thống sông ngòi phức tạp tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), công tác nạo vét luồng lạch, cửa sông, cửa biển và cảng biển đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế vùng. Mỗi năm, Việt Nam phải xử lý hàng chục triệu m3 bùn nạo vét, trong đó tỉnh Cà Mau cần khoảng 1-2 triệu m3 bùn để duy tu, bảo trì các tuyến đê bao, bờ bao và giao thông thủy. Tuy nhiên, việc đổ bùn ra biển bị hạn chế nghiêm ngặt nhằm bảo vệ môi trường, đồng thời nguồn vật liệu san lấp truyền thống như cát đang ngày càng khan hiếm và giá thành tăng cao. Theo báo cáo, Ban Quản lý dự án ODA tỉnh Cà Mau cần trên 1 triệu m3 cát san lấp cho các dự án đê biển và bờ bao, trong khi giá thành vận chuyển và đền bù mặt bằng cho bùn nạo vét cũng rất lớn.

Trước thực trạng này, việc nghiên cứu công nghệ cứng hóa đất bùn nhằm tái sử dụng bùn nạo vét làm vật liệu đắp đê bao, bờ bao tại Cà Mau là cấp thiết. Mục tiêu chính của luận văn là lựa chọn cấp phối phụ gia phù hợp để cứng hóa đất bùn, đảm bảo các chỉ tiêu cơ lý theo tiêu chuẩn TCVN 8217:2009, đồng thời tính toán thiết kế và mô hình hóa ứng dụng đất bùn cứng hóa trong công trình đê bao tại xã Khánh An, huyện U Minh, tỉnh Cà Mau. Nghiên cứu góp phần giảm khai thác cát tự nhiên, bảo vệ môi trường, tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên địa phương trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển bền vững vùng ĐBSCL.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về cứng hóa đất bùn bằng các chất kết dính vô cơ như xi măng, vôi, tro bay, xỉ lò cao và các phụ gia hữu cơ/polyme. Các khái niệm chính bao gồm:

• Cơ chế phản ứng hóa lý của xi măng và vôi trong đất bùn: Xi măng hydrat hóa tạo gel C-S-H và Ca(OH)2, làm tăng cường độ và giảm độ dẻo của đất. Vôi tác động qua phản ứng trao đổi ion và phản ứng pozzolanic, cải thiện tính chất cơ lý và giảm độ ẩm đất bùn.
• Tác dụng của tro bay và xỉ lò cao: Các vật liệu này có tính pozzolanic, kích hoạt bởi môi trường kiềm do xi măng hoặc vôi tạo ra, giúp tăng cường độ và giảm tính thấm của đất bùn cứng hóa.
• Ảnh hưởng của phụ gia hữu cơ và polyme: Polyme ổn định đất bằng cách tương tác với các hạt đất sét, tăng sức chống cắt và giảm xói mòn, đồng thời giảm lượng phụ gia vô cơ cần thiết.
• Mô hình hóa và tính toán kết cấu nền đê bao: Sử dụng phần mềm Geoslope và Plaxis để phân tích ổn định, tính thấm và độ lún của bờ bao khi sử dụng đất bùn cứng hóa thay thế cát.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu từ các nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước, đặc biệt là kết quả đề tài cấp nhà nước về công nghệ cứng hóa đất bùn nạo vét; dữ liệu thực nghiệm tại phòng thí nghiệm và khảo sát thực địa tại tỉnh Cà Mau.
• Phương pháp thực nghiệm trong phòng: Thí nghiệm phân tích chỉ tiêu cơ lý hóa của đất bùn và các phụ gia (xi măng, vôi, tro bay, xỉ lò cao), thử nghiệm các cấp phối khác nhau để xác định tỷ lệ phụ gia tối ưu. Cỡ mẫu thí nghiệm khoảng vài chục mẫu, được bảo dưỡng và kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN.
• Phương pháp mô hình số: Mô phỏng tính toán ổn định, thấm và lún của bờ bao tại xã Khánh An bằng phần mềm chuyên dụng Geoslope và Plaxis, so sánh hiệu quả giữa vật liệu đắp là cát và đất bùn cứng hóa.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu thực nghiệm và thu thập dữ liệu trong 12 tháng, mô hình hóa và phân tích trong 6 tháng tiếp theo, hoàn thiện luận văn trong năm 2021.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Lựa chọn cấp phối phụ gia phù hợp: Qua thí nghiệm, cấp phối gồm 91% bùn nạo vét, 6% vôi, 3% xi măng và 6% tro bay cho kết quả tốt nhất, đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 8217:2009 với chỉ số dẻo IL từ 0,25 đến 0,5, lực dính c từ 0,32 đến 0,57 kG/cm² và góc ma sát φ từ 11° đến 18°.
2. Cường độ và tính thấm cải thiện rõ rệt: Đất bùn cứng hóa có cường độ nén nở hông tăng trung bình 45% so với đất bùn tự nhiên, hệ số thấm giảm khoảng 30%, giúp tăng khả năng chịu tải và giảm nguy cơ thấm nước gây sạt lở.
3. Ổn định bờ bao được nâng cao: Mô phỏng bằng phần mềm Geoslope cho thấy hệ số an toàn ổn định mái bờ bao đắp bằng đất bùn cứng hóa tăng từ 1,1 lên 1,4 so với đắp bằng cát, giảm nguy cơ sạt lở và lún không đều.
4. Giảm độ lún và tăng tuổi thọ công trình: Biểu đồ lún theo thời gian cho thấy bờ bao đắp bằng đất bùn cứng hóa có độ lún giảm khoảng 20% so với bờ bao đắp cát, giúp duy trì ổn định mặt bằng và giảm chi phí bảo trì.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về cứng hóa đất bùn bằng hỗn hợp xi măng, vôi và tro bay, đồng thời khẳng định tính khả thi của việc sử dụng vật liệu địa phương tại Cà Mau. Việc giảm độ thấm và tăng cường độ giúp đất bùn cứng hóa có thể thay thế cát trong các công trình đê bao, góp phần giảm khai thác cát tự nhiên, bảo vệ môi trường. So với các nghiên cứu trước đây tập trung vào vật liệu polyme hữu cơ có chi phí cao, giải pháp sử dụng phụ gia vô cơ kết hợp tro bay và xỉ lò cao mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao hơn, phù hợp điều kiện Việt Nam. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh cường độ, hệ số thấm và biểu đồ lún theo thời gian để minh họa sự cải thiện rõ rệt của đất bùn cứng hóa.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai áp dụng công nghệ cứng hóa đất bùn tại các dự án đê bao, bờ bao ở Cà Mau trong vòng 2 năm tới nhằm giảm sử dụng cát san lấp, tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường. Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý dự án tỉnh, các nhà thầu xây dựng.
2. Xây dựng quy trình chuẩn và hướng dẫn kỹ thuật thi công cứng hóa đất bùn dựa trên cấp phối đã nghiên cứu, đảm bảo chất lượng và hiệu quả công trình. Chủ thể thực hiện: Viện nghiên cứu thủy lợi, Sở Xây dựng.
3. Đầu tư trang thiết bị trộn và thi công hiện đại như hệ thống bơm khí nén, trạm trộn tự động để nâng cao năng suất và chất lượng cứng hóa đất bùn. Chủ thể thực hiện: Các nhà thầu thi công, doanh nghiệp vật liệu xây dựng.
4. Tăng cường đào tạo, tập huấn kỹ thuật cho cán bộ kỹ thuật và công nhân thi công nhằm nâng cao năng lực vận hành công nghệ mới. Chủ thể thực hiện: Trường đại học Thủy lợi, các trung tâm đào tạo nghề.
5. Khuyến khích nghiên cứu tiếp tục cải tiến vật liệu phụ gia, giảm chi phí và tăng tính bền vững trong 3-5 năm tới, mở rộng ứng dụng ra các vùng đồng bằng khác. Chủ thể thực hiện: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Bộ Khoa học và Công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý dự án và cơ quan quản lý nhà nước trong lĩnh vực thủy lợi, giao thông thủy tại ĐBSCL, giúp hoạch định chính sách sử dụng vật liệu xây dựng bền vững, giảm khai thác cát tự nhiên.
2. Các nhà thầu xây dựng và kỹ sư công trình thủy lợi, đê bao để áp dụng công nghệ cứng hóa đất bùn, nâng cao chất lượng công trình, giảm chi phí vận chuyển vật liệu.
3. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình thủy trong việc phát triển nghiên cứu, đào tạo kỹ thuật mới về xử lý đất yếu và vật liệu xây dựng thay thế.
4. Các nhà hoạch định chính sách môi trường và phát triển bền vững nhằm tìm kiếm giải pháp xử lý bùn nạo vét thân thiện môi trường, giảm ô nhiễm và tận dụng tài nguyên địa phương hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. Cứng hóa đất bùn là gì và tại sao cần thiết?
   Cứng hóa đất bùn là quá trình trộn đất bùn với các phụ gia như xi măng, vôi, tro bay để cải thiện tính chất cơ lý, tăng cường độ và giảm độ thấm. Việc này giúp tái sử dụng bùn nạo vét làm vật liệu xây dựng, giảm khai thác cát và bảo vệ môi trường.

2. Phụ gia nào được sử dụng phổ biến trong cứng hóa đất bùn?
   Xi măng Portland, vôi tôi, tro bay và xỉ lò cao là các phụ gia vô cơ phổ biến, có tính pozzolanic giúp tăng cường độ và giảm độ thấm. Ngoài ra, polyme và các phụ gia hữu cơ cũng được nghiên cứu để cải thiện tính chất đất.

3. Cấp phối phụ gia như thế nào để đạt hiệu quả tốt nhất?
   Nghiên cứu tại Cà Mau cho thấy cấp phối gồm khoảng 91% bùn, 6% vôi, 3% xi măng và 6% tro bay đạt các chỉ tiêu cơ lý theo tiêu chuẩn, đảm bảo cường độ và độ bền cần thiết cho đê bao.

4. Cứng hóa đất bùn có thể thay thế hoàn toàn cát trong xây dựng không?
   Đất bùn cứng hóa có thể thay thế một phần lớn cát trong các công trình đê bao, bờ bao, giúp giảm khai thác cát tự nhiên. Tuy nhiên, cần tính toán kỹ lưỡng về thiết kế và điều kiện thi công để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

5. Làm thế nào để kiểm soát chất lượng đất bùn cứng hóa tại công trường?
   Cần áp dụng quy trình thí nghiệm mẫu trong phòng, kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý như cường độ nén, độ thấm, chỉ số dẻo, đồng thời sử dụng thiết bị trộn và thi công hiện đại để đảm bảo tỷ lệ phụ gia và độ đồng đều của hỗn hợp.

Kết luận

• Đã xác định được cấp phối phụ gia tối ưu gồm bùn, vôi, xi măng và tro bay để cứng hóa đất bùn tại Cà Mau, đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng.
• Đất bùn cứng hóa cải thiện đáng kể cường độ, giảm độ thấm và độ lún, nâng cao ổn định bờ bao so với vật liệu cát truyền thống.
• Mô hình số cho thấy ứng dụng đất bùn cứng hóa giúp tăng hệ số an toàn và giảm chi phí bảo trì công trình đê bao.
• Giải pháp góp phần giảm khai thác cát tự nhiên, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững vùng ĐBSCL.
• Khuyến nghị triển khai áp dụng công nghệ trong 2 năm tới, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cải tiến vật liệu và quy trình thi công.

Next steps: Thực hiện thí điểm công nghệ tại các dự án đê bao ở Cà Mau, hoàn thiện quy trình kỹ thuật và đào tạo nhân lực.

Call to action: Các cơ quan quản lý, nhà thầu và viện nghiên cứu cần phối hợp để đưa công nghệ cứng hóa đất bùn vào ứng dụng rộng rãi, góp phần phát triển hạ tầng bền vững và bảo vệ môi trường vùng ĐBSCL.