Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cường độ của đất bùn gia cường vải địa kỹ thuật dựa trên thí nghiệm CBR

Nghiên cứu cường độ đất bùn gia cường bằng vải địa kỹ thuật qua thí nghiệm CBR hiện trường, ứng dụng trong xây dựng và cải tạo hạ tầng.

• Tác giả: Nguyễn Văn Đƣợc
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thế Anh
• Trường học: Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu khảo sát cƣờng độ của đất sét gia cƣờng vải địa kỹ thuật dựa trên thí nghiệm hiện trƣờng xác định chỉ số California Bearing Ratio (CBR).
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• MỤC LỤC
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu tổng quát
• 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.3. Sự cần thiết tiến hành nghiên cứu
• 1.4. Tính mới, tính thời sự, ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn áp dụng
• 1.4.1. Tính thời sự
• 1.4.2. Ý nghĩa khoa học
• 1.4.3. Ý nghĩa thực tiễn áp dụng
• 1.5. Mục đích và đối tượng nghiên cứu
• 1.5.1. Mục đích nghiên cứu
• 1.5.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.6. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Phương pháp xác định chỉ số CBR của nền đất và các lớp móng đường bằng vật liệu rời tại hiện trường
• 2.2. Phương pháp xác định sức chống cắt trong phòng thí nghiệm ở máy cắt phẳng
• 2.3. Phương pháp xác định - giới hạn dẻo và giới hạn chảy trong phòng thí nghiệm
• 2.4. Phương pháp đầm nén đất, đá dăm trong phòng thí nghiệm
• 2.5. Tương quan giữa chỉ số CBR và khả năng chịu tải của đất nền
• 2.6. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm hiện trường
• 2.6.1. Phương pháp thí nghiệm CBR hiện trường
• 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Tổng hợp kết quả thí nghiệm CBR hiện trường
• 3.1.1. Phân tích sai số kết quả thí nghiệm CBR hiện trường
• 3.1.2. Ứng xử CBR thí nghiệm hiện trường
• 3.2. Thông số mô hình, kết quả kiểm nghiệm mô hình, lực kéo huy động trong vải địa kỹ thuật của mẫu đất gia cường
• 3.2.1. Thông số đầu vào mô hình
• 3.2.2. Kết quả và kiểm nghiệm mô hình
• 3.2.3. Lực kéo huy động trong vải địa kỹ thuật của mẫu đất gia cường
• 4. PHÂN TÍCH TƯƠNG QUAN LỰC KÉO TRONG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG CBR TRÊN ĐẤT BÙN SÉT GIA CƯỜNG ĐỆM CÁT VÀ VẢI ĐỊA KỸ THUẬT
• 4.1. Sơ lược về mô hình thí nghiệm và kết quả thí nghiệm hiện trường
• 4.2. Phương pháp thí nghiệm
• 4.3. Thông số mô phỏng cho mô hình đối với mẫu gia cường vải + cát hạt nhỏ và cát hạt to
• 4.3.1. Thông số mô phỏng
• 4.3.2. Kết quả và kiểm nghiệm mô hình cát hạt nhỏ và cát hạt to
• 4.3.3. Ứng xử kéo và biến dạng của vải trong mẫu gia cường vải địa kỹ thuật và đệm cát gia cường dày 20mm, 40mm, 80mm và 150mm
• 5. PHÂN TÍCH TƯƠNG QUAN LỰC KÉO TRONG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG CBR TRÊN ĐẤT BÙN SÉT GIA CƯỜNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT
• 5.1. Sơ lược về mô hình thí nghiệm và kết quả thí nghiệm trong phòng
• 5.2. Phương pháp thí nghiệm
• 5.3. Thông số mô phỏng cho mô hình đối với mẫu 10 chày/lớp không ngâm và ngâm bão hòa
• 5.3.1. Thông số mô phỏng cho mô hình
• 5.3.2. Kết quả và kiểm nghiệm mô hình
• 5.3.3. Ứng xử kéo và biến dạng của vải trong mẫu gia cường vải địa kỹ thuật và đệm cát gia cường
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO NƯỚC NGOÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO TRONG NƯỚC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu cường độ đất bùn gia cường vải địa kỹ thuật

Nghiên cứu cường độ đất bùn gia cường vải địa kỹ thuật là một lĩnh vực quan trọng trong xây dựng, đặc biệt là ở các khu vực có nền đất yếu như đồng bằng sông Cửu Long. Đất bùn thường có khả năng chịu tải thấp, gây khó khăn trong việc xây dựng các công trình. Việc gia cường đất bùn bằng vải địa kỹ thuật đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả để cải thiện cường độ và tính ổn định của nền đất.

1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về đất bùn

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng vải địa kỹ thuật có thể nâng cao đáng kể cường độ của đất bùn. Các nghiên cứu như của Zornberg và Mitchell (1994) đã khẳng định vai trò của vải địa kỹ thuật trong việc cải thiện khả năng chịu tải của đất sét. Các thí nghiệm cho thấy cường độ CBR của đất bùn gia cường có thể tăng lên đến 40% khi sử dụng vật liệu gia cường thấm nước.

1.2. Sự cần thiết của nghiên cứu cường độ đất bùn

Việc xây dựng trên nền đất yếu như đất bùn thường gặp nhiều thách thức. Các công trình có thể bị lún, sập nếu không có biện pháp xử lý thích hợp. Do đó, nghiên cứu cường độ đất bùn gia cường vải địa kỹ thuật không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao trong xây dựng.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu cường độ đất bùn

Đất bùn có nhiều đặc điểm khó khăn trong việc xây dựng, bao gồm khả năng chịu tải thấp và tính thấm kém. Những vấn đề này cần được giải quyết để đảm bảo an toàn cho các công trình xây dựng. Việc thiếu thông tin về tính chất cơ lý của đất bùn cũng là một thách thức lớn trong nghiên cứu.

2.1. Khó khăn trong việc xác định tính chất cơ lý của đất bùn

Đất bùn thường có cấu trúc không đồng nhất, làm cho việc xác định các thông số cơ lý trở nên phức tạp. Các phương pháp thí nghiệm hiện trường như thí nghiệm CBR cần được áp dụng một cách chính xác để có được kết quả tin cậy.

2.2. Thách thức trong việc ứng dụng vải địa kỹ thuật

Mặc dù vải địa kỹ thuật đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc gia cường đất bùn, nhưng việc lựa chọn loại vải và phương pháp thi công phù hợp vẫn là một thách thức lớn. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của vải địa kỹ thuật.

III. Phương pháp thí nghiệm CBR trong nghiên cứu cường độ đất bùn

Thí nghiệm California Bearing Ratio (CBR) là một phương pháp phổ biến để đánh giá cường độ của đất bùn gia cường. Phương pháp này giúp xác định khả năng chịu tải của đất và đánh giá hiệu quả của việc gia cường bằng vải địa kỹ thuật.

3.1. Quy trình thực hiện thí nghiệm CBR

Quy trình thí nghiệm CBR bao gồm việc chuẩn bị mẫu đất, đầm nén theo độ ẩm tối ưu và thực hiện thí nghiệm theo tiêu chuẩn. Kết quả thu được sẽ cho thấy chỉ số CBR của mẫu đất bùn gia cường và không gia cường.

3.2. Phân tích kết quả thí nghiệm CBR

Kết quả thí nghiệm CBR sẽ được phân tích để so sánh cường độ của đất bùn gia cường với đất bùn không gia cường. Sự gia tăng cường độ CBR sẽ được đánh giá dựa trên các thông số như độ dày lớp vải địa kỹ thuật và loại đất sử dụng.

IV. Kết quả nghiên cứu cường độ đất bùn gia cường vải địa kỹ thuật

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc gia cường đất bùn bằng vải địa kỹ thuật có thể tăng cường độ CBR lên đến 20.1%. Điều này chứng tỏ rằng vải địa kỹ thuật có thể cải thiện đáng kể khả năng chịu tải của đất bùn, đặc biệt là khi bề dày lớp đất được thay đổi.

4.1. Tác động của bề dày lớp đất đến cường độ CBR

Nghiên cứu cho thấy rằng bề dày lớp đất bùn gia cường càng nhỏ thì chỉ số cường độ CBR càng lớn. Điều này cho thấy rằng việc tối ưu hóa bề dày lớp đất là rất quan trọng trong thiết kế công trình.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong việc cải tạo đất bùn sét nạo vét lòng sông, sử dụng làm đất đắp thay thế cho cát trong các công trình san lấp mặt bằng. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu cường độ đất bùn

Nghiên cứu cường độ đất bùn gia cường vải địa kỹ thuật đã chỉ ra rằng việc áp dụng vải địa kỹ thuật là một giải pháp hiệu quả để cải thiện khả năng chịu tải của đất bùn. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của vải địa kỹ thuật.

5.1. Tương lai của nghiên cứu cường độ đất bùn

Nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc phát triển các loại vải địa kỹ thuật mới và các phương pháp thi công hiệu quả hơn. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả của việc gia cường đất bùn trong xây dựng.

5.2. Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo

Cần có các nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến hiệu quả của vải địa kỹ thuật. Đồng thời, việc áp dụng các công nghệ mới trong thí nghiệm và phân tích cũng cần được xem xét để nâng cao độ chính xác của kết quả.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long nói chung và tỉnh An Giang nói riêng có địa chất đặc thù với tầng bùn sét yếu phân bố rộng khắp, chiều dày dao động từ 2 m đến 30 m và mực nước ngầm nông chỉ cách mặt đất khoảng 1.5 m. Hàng năm, hoạt động nạo vét khơi thông luồng lạch tại khu vực sản sinh ra hàng triệu mét khối bùn thải, nhưng phần lớn khối lượng bùn này bị loại bỏ do đặc tính chịu lực kém, độ rỗng lớn và thoát nước chậm. Trong khi đó, nguồn cát đắp nền truyền thống ngày càng khan hiếm và đắt đỏ, đòi hỏi phải có giải pháp công nghệ mới nhằm tái sử dụng bùn sét nạo vét phục vụ san lấp và xây dựng hạ tầng giao thông.

Nghiên cứu này tập trung đánh giá sức chịu tải của đất bùn sét nạo vét từ sông rạch Long Xuyên (An Giang) sau khi đầm chặt và gia cường bằng vải địa kỹ thuật không dệt thông qua thí nghiệm chỉ số sức chịu tải California Bearing Ratio (CBR) hiện trường. Mục tiêu cốt lõi là xác định quy luật tương quan giữa chiều dày lớp đất gia cường (thay đổi từ 10 cm đến 20 cm) với sự gia tăng chỉ số CBR, đồng thời xây dựng mô hình phần tử hữu hạn trên phần mềm Plaxis 8.2 để phân tích lực kéo màng trong vải. Kết quả thực nghiệm cho thấy giải pháp gia cường vải địa kỹ thuật giúp gia tăng chỉ số CBR của đất sét từ 20.1% đến 70.8% so với mẫu không gia cường. Nghiên cứu mở ra hướng đi bền vững, giúp giảm từ 15% đến 25% chi phí vật liệu san nền, giải quyết bài toán môi trường và nâng cao độ ổn định cho các công trình hạ tầng tại khu vực miền Tây Nam Bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết đàn dẻo Mohr-Coulomb trong cơ học đất và lý thuyết tương tác bề mặt giữa đất và vật liệu tổng hợp địa kỹ thuật (Soil-Geosynthetic Interaction). Khi chịu tải trọng tác dụng từ bên trên, lớp vải địa kỹ thuật phát huy hiệu ứng màng căng (membrane effect) và lực ma sát bề mặt, giúp phân tỏa ứng suất pháp tuyến, hạn chế biến dạng ngang và triệt tiêu một phần áp lực cắt trong khối đất dính. Mô hình cơ học này kết hợp cùng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) hai chiều với điều kiện bài toán biến dạng phẳng và đối xứng trục để mô phỏng trạng thái ứng suất - biến dạng.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt được chuẩn hóa bao gồm: chỉ số sức chịu tải California (CBR), độ ẩm đầm nén tối ưu (OMC), dung trọng khô lớn nhất, và lực kéo huy động trong phần tử gia cường Geogrid. Khả năng chịu lực cắt của đất bùn sét đầm chặt được xác định theo mô hình Mohr-Coulomb với phương trình sức chống cắt tiêu chuẩn dựa trên hai thông số cơ bản là lực dính đơn vị c và góc ma sát trong phi. Đối với vải địa kỹ thuật không dệt, đặc tính cơ học được xác định qua mô đun đàn hồi kéo Ev và độ giãn dài giới hạn khi kéo đứt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được lấy từ mẫu đất bùn sét nạo vét tự nhiên tại rạch Long Xuyên, tỉnh An Giang. Đất nguyên trạng có độ ẩm tự nhiên cao 54.4%, dung trọng khô ban đầu 1.073 g/cm3, giới hạn chảy 51.33% và giới hạn dẻo 24.67% (chỉ số dẻo PI = 26.66%, phân loại đất sét dẻo CL theo hệ thống USCS). Phương pháp chọn mẫu tuân thủ quy trình phân tầng đại diện: đất bùn được phơi khô, nghiền nhỏ, trộn ẩm đều tại độ ẩm tối ưu 18.3% và ủ kín trong túi chống mất ẩm tối thiểu 72 giờ trước khi tạo mẫu. Cỡ mẫu hiện trường gồm 4 mô hình hộp kích thước lớn 90x90 cm với các chiều dày đắp 10 cm, 15 cm, 20 cm có gia cường 1 lớp vải địa kỹ thuật không dệt và 1 mẫu đối chứng không gia cường dày 10 cm.

Phương pháp thí nghiệm hiện trường tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kỹ thuật: TCVN 8821:2011 và ASTM D4429 để xác định chỉ số CBR tại 5 điểm ép nén độc lập trên mỗi khuôn nhằm triệt tiêu sai số biên; TCVN 4199:1995 đối với thí nghiệm cắt phẳng; và 22TCN 333:06 (tương đương ASTM D698) cho thí nghiệm đầm Proctor tiêu chuẩn với năng lượng đầm 600 kJ/m3. Việc phân tích số liệu kết hợp phương pháp thống kê loại bỏ sai số vượt quá 5% và mô phỏng số trên phần mềm Plaxis 8.2. Lý do lựa chọn Plaxis 8.2 là khả năng xác định chính xác lực kéo huy động nội tại trong vải địa kỹ thuật tại các mức chuyển vị 2.54 mm và 5.08 mm - thông số mà các thiết bị đo đạc cơ học ngoài hiện trường không thể đo lường trực tiếp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, đất bùn sét nạo vét sau khi phơi khô và đầm chặt ở độ ẩm tối ưu 18.3% đạt khối lượng thể tích khô lớn nhất 1.625 g/cm3, thể hiện đặc tính cơ lý vượt trội với lực dính c = 53.0 kPa và góc ma sát trong phi = 29.0 độ. Mẫu đối chứng không gia cường có chỉ số CBR1 (tại độ sâu lún 2.54 mm) đạt 7.08% và CBR2 (tại độ sâu lún 5.08 mm) đạt 7.57%.

Thứ hai, việc bố trí 1 lớp vải địa kỹ thuật không dệt làm gia tăng vượt bậc chỉ số CBR của nền đất bùn sét, với mức tăng trưởng từ 15.1% đến 70.8%. Khoảng cách gia cường tỷ lệ nghịch với sức chịu tải: lớp đắp càng mỏng thì chỉ số CBR càng cao. Cụ thể, mẫu gia cường dày 20 cm đạt CBR2 = 8.68% (tăng 14.7%), mẫu dày 15 cm đạt CBR2 = 10.13% (tăng 33.8%), và mẫu dày 10 cm đạt CBR2 = 12.92% (tăng 70.8% so với mẫu không gia cường).

Thứ ba, ở tất cả các mẫu gia cường, giá trị CBR2 luôn lớn hơn CBR1. Tại độ sâu xuyên 5.08 mm, chuyển vị của chùy xuyên đủ lớn để kích hoạt sức căng màng của vải địa kỹ thuật, huy động tối đa lực chống cắt bổ sung cho khối đất.

Thứ tư, kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn Plaxis 8.2 hoàn toàn trùng khớp với thực nghiệm hiện trường khi sai số áp lực nén chùy xuyên được kiểm soát ở mức dưới 1.0%. Mô phỏng khẳng định lực kéo trong vải địa kỹ thuật tập trung lớn nhất tại trục tim chùy xuyên và giảm dần về hai mép neo biên, đồng thời lực kéo huy động tỷ lệ thuận tuyến tính với mức tăng chỉ số CBR của mẫu đất.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự gia tăng cường độ CBR là do sự kết hợp đồng thời giữa khả năng chịu nén của đất sét đầm chặt và khả năng chịu kéo của vải địa kỹ thuật không dệt có bề dày 2.9 mm và mô đun đàn hồi kéo 50 kN/m. Khi chùy nén tác dụng lực, bề mặt vải bị uốn võng tạo thành hiệu ứng võng màng nâng đỡ tải trọng, đồng thời lực ma sát giữa các hạt sét mịn và sợi tổng hợp giúp phân bổ ứng suất trên diện tích rộng hơn. Khi chiều dày lớp đất trên vải giảm từ 20 cm xuống 10 cm, vị trí vải nằm gần vùng tập trung ứng suất cắt cực đại dưới mũi chùy xuyên, khiến hiệu ứng gia cường phát huy tác dụng mạnh mẽ nhất.

Dữ liệu thí nghiệm được trực quan hóa thông qua hệ thống đồ thị tương quan giữa áp lực nén và chiều sâu xuyên (đường cong P-s), thể hiện rõ độ dốc áp lực của các mẫu gia cường luôn vượt trội so với mẫu đất tự nhiên. Kết quả này hoàn toàn tương đồng với các công bố quốc tế của Choudhary và Rajesh về vai trò của tỷ lệ chiều sâu gia cường trên đường kính bàn nén. Ý nghĩa học thuật và thực tiễn của phát hiện này khẳng định tính khả thi của việc thay thế một phần cát san lấp đắt tiền bằng đất bùn nạo vét gia cố vải địa kỹ thuật, đồng thời cung cấp cơ sở định lượng để các kỹ sư lựa chọn cấp cường độ vải phù hợp với tải trọng thiết kế.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình xử lý và kiểm soát chất lượng bùn nạo vét trước khi thi công đắp nền. Các đơn vị thi công cần thực hiện phơi khô tự nhiên trong thời gian từ 3 đến 5 ngày, nghiền nhỏ hạt đất và duy trì độ ẩm đầm nén trong biên độ dung sai 18.3% cộng trừ 1.5%, đảm bảo khối lượng thể tích khô tối thiểu đạt 1.60 g/cm3 theo tiêu chuẩn 22TCN 333:06.

Thứ hai, áp dụng giải pháp phân tầng đắp mỏng kết hợp vải địa kỹ thuật trong thiết kế nền móng đường giao thông nông thôn và san lấp mặt bằng. Đơn vị tư vấn thiết kế nên chỉ định chiều dày mỗi lớp đất đắp hoàn thiện từ 10 cm đến 15 cm cho một lớp vải địa kỹ thuật không dệt có cường độ chịu kéo tối thiểu 9.0 kN/m và hệ số thấm lớn hơn 50 lít/m2.giây, nhằm duy trì chỉ số CBR toàn khối đạt trên 10.0%.

Thứ ba, thiết kế và thi công đồng bộ hệ thống rãnh thoát nước mặt và tầng đệm thoát nước ngang. Nhà thầu xây dựng cần hoàn thiện hệ thống rãnh bao quanh trong vòng 15 ngày đầu kể từ khi bắt đầu đắp nền để triệt tiêu nguy cơ ngập úng, ngăn chặn tình trạng bùn sét bị ngâm nước bão hòa làm suy giảm đến 90% khả năng chịu tải.

Thứ tư, ứng dụng phần mềm Plaxis 2D để tính toán tối ưu hóa thông số lực kéo và định mức vật liệu trong giai đoạn lập dự án. Chủ đầu tư và các đơn vị thẩm tra nên sử dụng mô hình Mohr-Coulomb với hệ số tương tác Rinter = 1.0 để kiểm tra ứng xử nền đất, giúp tiết kiệm từ 15% đến 20% chi phí xây lắp so với phương án đắp cát truyền thống trong chu kỳ dự án 2026-2028.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm thứ nhất là các kỹ sư tư vấn thiết kế công trình giao thông và hạ tầng đô thị. Tài liệu cung cấp các công thức thực nghiệm, bảng thông số cơ lý và chỉ dẫn chi tiết về chiều dày đắp tối ưu (10-15 cm) kết hợp vải địa kỹ thuật nhằm thiết kế móng đường đạt chuẩn kỹ thuật với chi phí tiết kiệm.

Nhóm thứ hai là các nhà thầu thi công san lấp và xử lý nền đất yếu tại Đồng bằng sông Cửu Long. Tài liệu đóng vai trò như cuốn cẩm nang hướng dẫn biện pháp thi công đầm nén bùn sét nạo vét ở độ ẩm tối ưu 18.3%, giúp kiểm soát chất lượng đầm nén và đẩy nhanh tiến độ hoàn thiện mặt bằng.

Nhóm thứ ba là các nhà quản lý tài nguyên môi trường và chủ đầu tư dự án nạo vét luồng hàng hải, kênh rạch. Luận văn cung cấp giải pháp kinh tế tuần hoàn, chuyển hóa hàng triệu mét khối bùn thải nạo vét thành nguồn vật liệu xây dựng thay thế cát san lấp.

Nhóm thứ tư là các nhà nghiên cứu, giảng viên và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Địa kỹ thuật công trình. Công trình là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp tích hợp giữa thí nghiệm CBR hiện trường quy mô lớn và mô phỏng số Plaxis 8.2.

Câu hỏi thường gặp

Chỉ số CBR của đất bùn sét gia tăng bao nhiêu khi sử dụng vải địa kỹ thuật? Dựa trên kết quả thí nghiệm hiện trường, chỉ số CBR tăng từ 15.1% đến 70.8% so với mẫu không gia cường. Mức tăng cao nhất đạt CBR2 = 12.92% đối với lớp đắp dày 10 cm, chứng minh vải địa kỹ thuật giúp cải thiện rõ rệt khả năng chịu lực của bùn sét.

Tại sao chiều dày lớp đất 10 cm lại cho cường độ CBR cao hơn lớp đất 20 cm? Khi lớp đất đắp có chiều dày 10 cm, vải địa kỹ thuật nằm rất gần vùng bóng ứng suất tập trung dưới chùy xuyên. Điều này kích hoạt lực kéo màng và ma sát tiếp xúc sớm hơn, giúp phân tán áp lực nén hiệu quả hơn so với chiều dày 20 cm.

Bùn nạo vét có cần xử lý độ ẩm trước khi đưa vào đầm nén công trình không? Có, đất bùn tự nhiên có độ ẩm rất cao lên tới 54.4% ở trạng thái dẻo chảy. Cần tiến hành phơi khô và nghiền nhỏ để đưa độ ẩm về mức tối ưu 18.3% nhằm đạt khối lượng thể tích khô lớn nhất 1.625 g/cm3 theo tiêu chuẩn đầm nén Proctor.

Độ chính xác của mô hình phần mềm Plaxis 8.2 khi mô phỏng thí nghiệm CBR đạt mức nào? Mô hình phần tử hữu hạn trên Plaxis 8.2 cho kết quả áp lực nén chùy xuyên sai lệch dưới 1.0% so với số liệu thực nghiệm hiện trường. Mô hình phản ánh chính xác phân bố lực kéo cực đại tại tâm và giảm dần ra hai mép vải.

Giải pháp sử dụng bùn sét gia cường vải địa kỹ thuật mang lại lợi ích kinh tế ra sao? Giải pháp giúp tận dụng nguồn bùn nạo vét tại chỗ, cắt giảm từ 15% đến 25% chi phí mua cát san lấp đang khan hiếm, đồng thời giảm chi phí vận chuyển và xử lý bãi thải bùn cho các dự án giao thông thủy nội địa.

Kết luận

Nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi vượt trội của việc tái sử dụng bùn sét nạo vét tại An Giang làm vật liệu đắp nền sau khi đầm chặt và gia cường vải địa kỹ thuật không dệt. Những đóng góp cốt lõi của công trình bao gồm:

• Xác lập bộ chỉ tiêu cơ lý hoàn chỉnh của bùn sét nạo vét đầm chặt với dung trọng khô lớn nhất đạt 1.625 g/cm3 và lực dính c = 53.0 kPa.
• Chứng minh hiệu quả gia tăng chỉ số CBR hiện trường từ 20.1% lên đến 70.8% khi kết hợp 1 lớp vải địa kỹ thuật.
• Xác định khoảng cách gia cường tối ưu là 10 cm đến 15 cm nhằm tối đa hóa khả năng chịu tải trọng của nền đất.
• Kiểm chứng mô hình Plaxis 8.2 với độ chính xác cao (sai số dưới 1.0%), làm rõ quy luật lực kéo màng tăng tuyến tính theo chỉ số CBR.
• Đề xuất quy trình công nghệ toàn diện biến bùn thải nạo vét thành vật liệu san nền xanh, tiết kiệm ngân sách xây dựng.

Các chủ đầu tư và kỹ sư hạ tầng hãy áp dụng ngay quy trình công nghệ này vào các dự án giao thông nông thôn và san lấp mặt bằng từ quý 4 năm 2026 để tối ưu hóa chi phí và bảo vệ môi trường bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực hiện, dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Nguyễn Thế Anh. Các kết quả trình bày trong cuốn luận văn này chƣa từng đƣợc sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp nào khác. Theo hiểu biết cá nhân, từ trƣớc tới nay chƣa có một tài liệu khoa học nào tƣơng tự đƣợc công bố, trừ những thông tin tham khảo đƣợc trích dẫn trong luận văn này.

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019 Nguyễn Văn Đƣợc ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến Thầy hƣớng dẫn khoa học là Tiến sĩ Nguyễn Thế Anh, ngƣời đã đã đƣa ra những gợi ý đầu tiên để hình thành nên ý tƣởng 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 hƣớng dẫn tôi cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả cũng nhƣ những nguồn tài liệu quý báu. Và với sự hƣớng 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 khoa xây dựng và trƣờng Đại học Sƣ 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! TP.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019 iii Tóm tắt Nghiên cứu khảo sát cƣờng độ của đất sét gia cƣờng vải địa kỹ thuật dựa trên thí nghiệm hiện trƣờng xác định chỉ số California Bearing Ratio (CBR). Mẫu thí nghiệm đƣợc đầm theo độ ẩm tối ƣu và dung trong khô lớn nhất thu đƣợc từ kết quả thí nghiệm đầm Proctor tiêu chuẩn. Mẫu thí nghiệm đƣợc gia cƣờng với 1 lớp vải địa kỹ thuật trong đó có bề dày lớp đất đƣợc thay đổi từ 10-20cm.

Kết quả cho thấy vải địa kỹ thuật gia tăng từ 20.1% cƣờng độ CBR của đất sét. Bề dày các lớp đất sét đƣợc gia cƣờng càng nhỏ, chỉ số cƣờng độ CBR càng lớn. Bên cạnh đó, nghiên cứu ứng dụng mô phỏng phần mềm Plaxis 8.2 đƣợc thực hiện nhằm xác định tƣơng quan lực kéo trong vải và chỉ số CBR dựa trên kết quả thí nghiệm và một số kết quả từ các nghiên cứu về đất gia cƣờng đệm cát và vải địa kỹ thuật. Kết quả mô phỏng cho thấy lực kéo trong vải gia tăng tuyến tính theo độ gia tăng chỉ cƣờng độ CBR của đất gia cƣờng.

Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng ứng dụng của vải địa kỹ thuật trong cải tạo đất bùn sét nạo vét lòng sông sử dụng làm đất đắp thay thế cho cát trong các công trình san lấp mặt bằng. Từ khóa: CBR hiện trƣờng, đệm cát, vải địa kỹ thuật, đất bùn gia cƣờng iv Abtract The study investigated the bearing capacity inplace of soft clay reinforced by non- woven geotextile using the California Bearing Ratio (CBR). The unreinforced and reinforced specimens were compacted with the optimum moisture content and the maximum unit weight obtained from standard Proctor compaction test. The clay specimens were reinforced by a single geotextile layer with the thickness of clay layer varied from 10-20cm.

The results revealed that the CBR values of reinforced specimens increased 20.1% compared to that of unreinforced specimens. The lower thickness of clay layer was, the higher CBR value was obtained. Besides, using the CBR results obtained from this study and previous reseaches about reinforced clay, the mobilized tensile strength in reinforcement was determined from Plaxis 8. The result shown that the tension forces in geotextile layers increased linearly with the increment of CBR value.

Last, the obtain results of this study illustrates the potential application of riverbed clay reinforced by geotextile as the backfill replacing the sandy soil for construction. Keywords: CBR inplace, non-woven geotextile, reinforced soft clay v MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU. ix DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ. xi CHƢƠNG 1.1 Giới thiệu tổng quát.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc.3 Sự cần thiết tiến hành nghiên cứu.4 Tính mới, tính thời sự, ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn áp dụng.2 Tính thời sự.3 Ý nghĩa khoa học.4 Ý nghĩa thực tiễn áp dụng.5 Mục đích và đối tƣợng nghiên cứu.1 Mục đích nghiên cứu.2 Đối tƣợng nghiên cứu.6 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài.7 Phƣơng pháp nghiên cứu.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƢƠNG PHÁP .1 Phƣơng pháp xác định chỉ số CBR của nền đất và các lớp móng đƣờng bằng vật liệu rời tại hiện trƣờng.2 Phƣơng pháp xác định sức chống cắt trong phòng thí nghiệm ở máy cắt phẳng.3 Phƣơng pháp xác định - giới hạn dẻo và giới hạn chảy trong phòng thí nghiệm.4 Phƣơng pháp đầm nén đất, đá dăm trong phòng thí nghiệm.5 Tƣơng quan giữa chỉ số CBR và khả năng chịu tải của đất nền.2 Vật liệu và phƣơng pháp thí nghiệm hiện trƣờng.2 Phƣơng pháp thí nghiệm CBR hiện trƣờng. 28 vi CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .1 Tổng hợp kết quả thí nghiệm CBR hiện trƣờng.1 Phân tích sai số kết quả thí nghiệm CBR hiện trƣờng.2 Ứng xử CBR thí nghiệm hiện trƣờng.2 Thông số mô hình, kết quả kiểm nghiệm mô hình, lực kéo huy động trong vải địa kỹ thuật của mẫu đất gia cƣờng.1 Thông số đầu vào mô hình.2 Kết quả và kiểm nghiệm mô hình.3 Lực kéo huy động trong vải địa kỹ thuật của mẫu đất gia cƣờng. PHÂN TÍCH TƢƠNG QUAN LỰC KÉO TRONG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƢỜNG CBR TRÊN ĐẤT BÙN SÉT GIA CƢỜNG ĐIỆM CÁT VÀ VẢI ĐỊA KỸ THUẬT .1 Sơ lƣợc về mô hình thí nghiệm và kết quả thí nghiệm hiện trƣờng.2 Phƣơng pháp thí nghiệm.2 Thông số mô phỏng cho mô hình đối với mẫu gia cƣờng vải + cát hạt nhỏ và cát hạt to.1 Thông số mô phỏng.2 Kết quả và kiểm nghiệm mô hình cát hạt nhỏ và cát hạt to.3 Ứng xử kéo và biến dạng của vải trong mẫu gia cƣờng vải địa kỹ thuật và đệm cát gia cƣờng dày 20mm,40mm,80mm và 150mm.

PHÂN TÍCH TƢƠNG QUAN LỰC KÉO TRONG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG CBR TRÊN ĐẤT BÙN SÉT GIA CƢỜNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT .1 Sơ lƣợc về mô hình thí nghiệm và kết quả thí nghiệm trong phòng.2 Phƣơng pháp thí nghiệm.2 Thông số mô phỏng cho mô hình đối với mẫu 10 chày/lớp không ngâm và ngâm bão hòa.1 Thông số mô phỏng cho mô hình.2 Kết quả và kiểm nghiệm mô hình.3 Ứng xử kéo và biến dạng của vải trong mẫu gia cƣờng vải địa kỹ thuật và đệm cát gia cƣờng. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO NƢỚC NGOÀI. 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO TRONG NƢỚC.

70 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Tổng hợp các công thức liên quan tới chỉ số CBR.2: Tính chất của đất bùn sét yếu tỉnh An Giang.3: Tính chất cơ học của vải địa kỹ thuật.4: Bảng thống kê các mẫu thí nghiệm hiện trƣờng sẽ thực hiện.5: Hệ số poisson, tham khảo Look (2007).6: Hệ số thấm, tham khảo từ Look (2007).1: Bảng thống kê các mẫu thí nghiệm hiện trƣờng đã thực hiện.2: Bảng tổng hợp kết quả loại bỏ sai số trong thí nghiệm.3: Bảng tổng hợp các lần nén xác định chỉ số CBR1,CBR2 và sai số cho phép.4: Kết quả và độ gia tăng chỉ số cƣờng độ CBR.5: Thông số mô hình đất, vải địa kỹ thuật trong mô phỏng Plaxis.6: Bảng tổng hợp so sánh kết quả áp lực nén thí nghiệm và áp lực nén theo mô phỏng (xem phụ lục đính kèm theo sau).6: Bảng tổng hợp lực kéo lớn nhất trong vải và độ gia tăng CBR1 và CBR2.1: Tính chất của đất bùn sét yếu tỉnh An Giang (Nguyễn Minh Đức & Đặng Hoàng Đa, 2019).2: Tính chất cơ học của vải địa kỹ thuật Giang (Nguyễn Minh Đức & Đặng Hoàng Đa, 2019).3: Tính chất cơ học của cát tham khảo (Nguyễn Minh Đức & Đặng Hoàng Đa, 2019).4: Kết quả và sai số tính toán giá trị CBR (Nguyễn Minh Đức & Đặng Hoàng Đa, 2019).5: Bảng gia tăng áp lực nén tại chuyển vị 2.08mm đối với CBR1 và CBR2 (Nguyễn Minh Đức & Đặng Hoàng Đa, 2019).6: Thông số mô hình đất + vải địa kỹ thuật + cát hạt nhỏ cát hạt to trong mô phỏng Plaxis.7: Bảng tổng hợp so sánh kết quả áp lực nén thí nghiệm và áp lực nén theo mô phỏng.8: Bảng tổng hợp thông số độ gia tăng CBR và lực kéo trong vải cát hạt nhỏ và cát hạt to.1: Tính chất cơ học của đất.2: Tính chất cơ học của vải.3: Góc ma sát trong và lực dính của đất.4: Kích thƣớc mẫu đất gia cƣờng vải địa kỹ thuật (Lê Hữu Tín, 2019).5: Bảng thống kê kết quả các mẫu thí nghiệm CBR mẫu 10 chày/lớp.6: Bảng áp lực nén tại 2.08mm mẫu 10 chày.7: Thông số mô hình đất + vải địa kỹ thuật trong mô phỏng Plaxis (10 chày/lớp không ngâm và ngâm bão hòa).8: Bảng tổng hợp so sánh kết quả áp lực nén thí nghiệm và áp lực nén theo mô phỏng.9: Bảng tổng hợp thông số độ gia tăng CBR và lực kéo trong vải. 62 x DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ Hình 2.1: Hệ thống thiết bị CBR thí nghiệm hiện trƣờng.2: Máy cắt phẳng – phƣơng pháp xác định sức chống cắt.3: Thiết bị của Casagrande để xác định giới hạn chảy .4: Bộ cối chày đầm Proctor tiêu chuẩn trong thí nghiệm nhằm xác định giá trị độ ẩm đầm nén tốt nhất và khối lƣợng thể tích khô lớn nhất của vật liệu nhƣ đất.5: Kết quả thí nghiệm cắt đất trực tiếp từ mẫu đất sét đầm chặt .6: Kích thƣớc và phân bố vải địa kỹ thuật trong mẫu .7: Kích thƣớc, vị trí mô hình thí nghiệm xác định chỉ số CBR hiện trƣờng.8: Biểu đồ quan hệ giữa CBR và khối lƣợng thể tích khô .9: Kích thƣớc mô hình mẫu không gia cƣờng .10: Kích thƣớc và phân bố vải địa kỹ thuật trong.11: Vị trí lấy đất đem đi thí nghiệm (Sông rạch Long Xuyên).12: Vị trí phơi và xử lý đất trƣớc khi thí nghiệm hiện trƣờng.13: Các thao tác Chuẩn bị mẫu thí nghiệm xác định giá trị độ ẩm đầm nén tốt nhất và khối lƣợng thể tích khô lớn nhất theo 22TCN 333:06.14: Chuẩn bị mẫu thí nghiệm xác định giới hạn dẻo và giới hạn chảy trong phòng thí nghiệm theo TCVN 4197:2012.15: Thí nghiệm xác định sức chống cắt trong phòng thí nghiệm ở máy cắt phẳng (theo TCVN 4199 : 1995).16: Mô hình thí nghiệm CBR hiện trƣờng.17: Thao tác Lắp đặt thiết bị thí nghiệm hiện.18: Kết thúc một lần nén thí nghiệm CBR hiện trƣờng.1: Tƣơng quan áp lực nén và chiều sâu xuyên các mẫu có và .