CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GIA CỐ ĐẤT ĐỂ LÀM MÓNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN 1. Khái niệm và phân loại 1. Khái niệm Gia cố đất là việc gia cố cứng đất được thực hiện bằng cách dùng một số chất phụ gia đưa vào đất làm biến đổi tính đất khi đó đất sẽ mất đi tính chất đặc trưng của nó là tính trương nở của thành phần sét trong đất, đồng thời chất phụ gia cũng làm cho tính chất cơ lý của đất thay đổi khi đó đất trở nên có độ cứng cao hơn bình thường và có khả năng liên kết chặt với các loại chất kết dính vô cơ để tạo nên một kết cấu khối bằng đất hoàn toàn cứng nhắc và ổn định trong nước. Phân loại Có nhiều phương pháp để gia cố đất tùy thuộc vào tình trạng, tính chất của đất, của chất liên kết và nguyên tắc áp dụng các chất liên kết đó với đất: 1.Gia cố đất bằng các chất liên kết vô cơ: Là quá trình sử dụng các loại chất kết dính như Xi măng pooclăng, xi măng pooclăng- xỉ, xi măng pooclăng + tro bay hay natrisilicat, vôi sống, vôi tôi, vôi + tro bay hoặc natrisilicat.
để gia cố các loại đất á cát, á sét, sét, cát, đất đá dăm và đất sỏi sạn.Gia cố đất bằng các chất liên kết hữu cơ: Là sử dụng nhũ tương nhựa, nhựa lỏng và hắc ín có độ đông đặc chậm và vừa, nhựa pha dầu.để gia cố các loại đất á cát, cát bột, cát lẫn sỏi sạn, á sét nhẹ, đất đá dăm và đất sỏi sạn.Gia cố đất bằng các chất keo trùng hợp cao phân tử: Là việc sử dụng các chất kết dính là các loại keo như furfurolanilin, acrila CH2:CHCOOR, keo cacbamit. để gia cố các loại cát bột, á cát, á sét đất đá dăm và đất sỏi sạn.Gia cố đất bằng phương pháp tổng hợp: Là việc sử dụng các chất kết dính như xi măng pooclăng hoặc vôi có thêm các chất điện ly, xi măng hoặc vôi có thêm các chất cao phân tử có hoạt tính bề mặt, nhũ tương nhựa hoặc nhựa lỏng có thêm các chất phụ gia hoạt tính bề mặt hoặc các chất trùng hợp 6 cao phân tử. để gia cố các loại đất á cát, cát bột, á sét, đất đá dăm và đất sỏi sạn cấp phối tốt nhất.Gia cố đất bằng phương pháp nhiệt: Dùng năng lượng điện, hơi đốt, nhiên liệu lỏng, củi nhằm tạo nên cấu trúc kết tinh bền vững trong đất, phương pháp phù này phù hợp với đất á sét, đất sét không chức cacbonat.Gia cố đất bằng phương pháp điện hóa: Dùng dòng điện một chiều tác dụng lâu dài, hình thành nên cấu trúc đông tụ bền vững trong đất, phù hợp với đất á cát, cát, sét.Gia cố đất bằng các loại muối: Sử dụng các loại muối để giữ cho thành phần sét – keo trong đất luôn có độ ẩm tốt nhất, hoặc để làm với các hạt keo thành hợp chất không hòa tan dể gia cố đất sét, á sét và á cát.Phương pháp cơ học: hay còn gọi là phương pháp nén chặt nhằm nâng cao môđun biến dạng và sức chống cắt của đất, làm giảm tính thấm nước, nâng cao tính ổn định làm giảm chiều cao nước mao dẫn khi tăng độ chặt cho đất.Phương pháp vi sinh học: Dùng các chủng vi sinh vật hoặc enzymes làm tăng khả năng kết dính của đất loại sét. Ngày nay, phương pháp gia cố đất bằng các chất liên kết vô cơ đã được nghiên cứu và ứng dụng thành công tại nhiều địa phương ở Việt Nam.
Phương pháp này cho thấy nhiều ưu điểm về tính kinh tế và kỹ thuật. Tổng quan về đất gia cố xi măng trên thế giới Hiện nay ở nhiều nước trên thế giới đang áp dụng các phương pháp gia cố đất tổng hợp. Phương pháp này có ưu điểm là áp dụng được cho mọi nguồn đất có thể khai thác gần nơi thi công nhất. Việc sử dụng keo polime tổng hợp làm chất liên kết trong xây dựng đường gần đây cũng chú ý tới, biện pháp này có nhiều ưu điểm nhưng giá thành vẫn còn quá đắt.
Đất gia cố vôi đã được biết đến từ lâu nhưng việc nghiên cứu kỹ lưỡng và có hệ thống về nó mới chỉ được vài chục năm trở lại đây. 7 Nước ứng dụng công nghệ XM đất nhiều nhất là Nhật Bản và các nước vùng Scandinaver. Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 80-96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3. Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia cố bằng XM ở Nhật vào khoảng 23,6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng 300 dự án, hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m3; Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, tổng khối lượng xử lý bằng cọc đất gia cố XM ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m3.
Tại Châu Âu, nghiên cứu và ứng dụng ở Thụy Điển và Phần Lan bắt đầu từ năm 1967. Năm 1974, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu báo cáo phương pháp trộn vôi dưới sâu đã được bắt đầu ứng dụng toàn diện tại Nhật Bản. Những nghiên cứu của các nhà khoa học ở các nước khác nhau đã chứng minh rằng: Xi măng có tác dụng làm giảm hẳn hoặc mất hết tính dẻo của hầu hết các loại đất. Các kết quả nghiên cứu nhiều nước đã cho kết luận là xi măng thủy hóa cũng hiệu quả với hầu hết với tất cả các loại đất sét phân tán mịn, tuy rằng cường độ không cao như với các loại hỗn hợp đất á cát hay á sét.
Khi làm móng đường làm tỷ lệ xi măng khoảng 4 – 12 %, còn dùng các lớp đệm chỉ cần dùng 2 – 4 % vôi .Các quá trình hình thành cấu trúc thứ sinh đã biến đổi cơ bản tính chất của đất, khiến cho đất có thể chịu lực và ổn định nước, phân tán đất tạo nên các khung cốt liệu làm cho hỗn hợp XM - Đ trở nên toàn khối và vững chắc. Có thể dùng xi măng kết hợp với các loại chất phụ gia khác để tăng hiệu quả của việc gia cố đất. Ví dụ như dùng tro bay làm chất kết dính của XM khi gia cố đất có thể mang lại hiệu quả tăng cường độ. Ở Mỹ và Ấn Độ biện pháp này đã được sử dụng rộng rãi.
8 Tóm lại công việc nghiên cứu thử nghiệm và thi công các công trình có sử dụng vật liệu gia cố đã trải qua rất nhiều thập kỷ và hiện nay đã được phát triển một cách toàn diện và rộng rãi trên thế giới. Tổng quan về đất gia cố xi măng ở Việt Nam Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và sử dụng đất gia cố trong xây dựng đường được Bộ môn Đường trường Đại học Bách Khoa tiến hành từ những năm 1961 – 1962. Về sau, các cơ quan nghiên cứu khác như Viện Kỹ thuật giao thông, Viện Thiết kế giao Viện Quy hoạch thành phố thuộc Bộ kiến trúc, trường đại học Giao thông, trường Đại học Xây dựng… đã tiến hành các nghiên cứu với quy mô ngày càng được mở rộng. Sau này đề tài “Đất gia cố" đã được Ủy Ban Khoa Học và Kỹ Thuật Nhà nước coi là đề tài quan trọng.
Viện Khoa Học Công Nghệ GTVT và phân viện KHCN GTVT phía Nam kết hợp với các đơn vị địa phương đã xây dựng thí điểm nhiều đoạn đường bằng vật liệu đất gia cố vôi, đất gia cố xi măng ở nhiều địa phương khác nhau như: Hà Nam Ninh cũ, Vĩnh Phú, Hà Bắc, Long An, Trà Vinh, Vĩnh Long, Đồng Tháp… và gần đây là Hà Nội, Tây Ninh, Tiền Giang với công nghệ hiện đại.Trong những năm qua ở phía Bắc, các loại đất được nghiên cứu gia cố bao trùm từ đồng bằng, trung du đến miền núi, ở một số đoạn trên dãy Trường Sơn. Ở phía Nam đã tiến hành với các loại đất đỏ bazan ở Tây Nguyên và Đông Nam Bộ và một số loại đất bùn sét ở miền Tây. Biện pháp được nghiên cứu gia cố nhiều nhất cho đến nay là sử dụng chất liên kết vô cơ (vôi và xi măng), trong đó vôi và xỉ vôi vẫn phổ biến nhất. Một số công trình thử nghiệm đất gia cố chất liên kết vô cơ ở Việt Nam: Thí điểm đất gia cố vôi trên đường Trần Hưng Đạo, Hà Nội năm 1963.
Đoạn thí điểm phần mở rộng đường Hàng Bột cũ do trường đại học Xây dựng kết hợp với Công ty Xây dựng Cầu đường Hà Nội làm năm 1974 mặt đường làm việc tốt trong điều kiện lưu lượng xe cao. 9 Đoạn đường đê bao thành phố Nam Định do Bộ kiến trúc làm năm 1967. Mặt đường ổn định. Trước đây Viện kỹ thuật giao thông (nay là Viện KHCN GTVT) đã có những thí điểm đất gia cố vôi ở Xuân Đỉnh – Từ Liêm – Hà Nội, thị xã Hưng Yên, Dốc Má – Kép trên Quốc lộ 1A, bến than Nam Định… các thí điểm đều cho kết quả tốt.
Năm 1994, viện KHCN GTVT đã phối hợp với sở GTVT Lâm Đồng tiến hành thí điểm gia cố đất đồi bằng vôi bột trên QL 27. Kết cấu mặt đường mới chỉ có một lớp đất gia cố vôi 8 % dày hơn 20cm. Mặc dù vậy, mặt đường vẫn được khai thác bình thường trong thời gian 1 năm. Năm 1995 Viện đã kết hợp với Sở GTVT Hà Tây ứng dụng thí điểm đất gia cố vôi trên Tỉnh lộ 21 (nay là Tỉnh lộ (TL) 80) thuộc địa bàn Hà Tây bằng thiết bị phay trộn đất chuyên dùng BOMAG.
Khi đo độ võng đàn hồi đặc trưng dưới bánh xe có tải trọng trục 10 tấn đạt 0,86mm; Edh = 1318 daN/cm2 (kết quả đo ngày 17/6/1995). Đoạn thí điểm trên Quốc lộ 62 – Long An do Phân viện KHCN GTVT Phía Nam kết hợp với tổng công ty Xây dựng công trình 8 Chi nhánh phía Nam thực hiện máy phay chuyên dùng CS – 12. Cho đến nay mặt đường làm việc tốt trong điều kiện lưu lượng xe cao. Tại Hà nội, Hầm đường bộ Kim Liên được xây dựng trong khu vực địa chất yếu, nhất là khu vực phía đuờng Đào Duy Anh, chính vì vậy nền đất dưới hầm đã được cải tạo bằng phương pháp cọc đất gia cố XM với chiều dày khoảng 1.
Hồ Chí Minh, cọc đất gia cố XM được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây, một số cao tốc như Saigon Times Square. Ngoài ra Đất gia cố chất liên kết vô cơ còn được Phân Viện KHCN GTVT phía Nam thực hiện trên một số dự án lớn nhỏ như: 10 Tại tỉnh Đồng Tháp thí điểm ở đường GTNT xã Mỹ Đông huyện Tháp Mười có chiều dài 2000m, rộng 2,5m. và đường GTNT xã Bình Hàng Tây huyện Cao Lãnh dài 2000m, rộng 2,5m.