Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu làm nền đê nông thôn tỉnh Kiên Giang

Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu cho nền đê nông thôn tỉnh Kiên Giang, nâng cao hiệu quả xây dựng và bảo vệ môi trường.

• Tác giả: Nguyễn Văn Dũ
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Đức
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Xây Dựng
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu làm nền đê nông thôn tỉnh Kiên Giang
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• TÓM TẮT NGHIÊN CỨU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỊA CHẤT KHU VỰC KIÊN GIANG
• 1.1. Xác định thành phần hạt của đất
• 1.2. Xác định độ ẩm tối ưu của đất thí nghiệm đầm chặt
• 1.3. Tính chất cơ học của đất sét yếu tại khu vực huyện Vĩnh Thuận, Gò Quao, U Minh Thượng, An Minh tỉnh Kiên Giang
• 1.4. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 1.4.1. Phân tích tính thời sự, nghĩa khoa học và sự cần thiết của vấn đề cần nghiên cứu
• 1.4.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.4.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4.4. Tính mới của đề tài
• 1.4.5. Nội dung đề tài
• 1.5. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.5.1. Nghiên cứu trong nước
• 1.5.2. Nghiên cứu ngoài nước
• 1.6. Những đóng góp của đề tài
• 1.7. Giới hạn của đề tài
• 1.8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.8.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.8.2. Ý nghĩa thực tiễn áp dụng
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ AN TOÀN TRONG PHẦN MỀM
• 2.1. Phương pháp xác định hệ số Poisson và Mô-đun biến dạng
• 2.2. Phương pháp xác định góc trương nở, dilantancy angle, ψ
• 2.3. Phương pháp phần tử hữu hạn
• 2.3.1. Phân tích bài toán (thông số đầu vào, địa chất, thủy văn, các mô hình để mô phỏng)
• 2.3.2. Cấu trúc phần mềm Plaxis manual 2012
• 2.3.3. Các thông vật liệu cho mô hình Mohr – Coulomb (B) trong Plaxis
• 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG CÔNG TRÌNH THỰC TẾ
• 3.1. Mô tả công trình đường Ven Sông Cái Lớn huyện U Minh Thượng tỉnh Kiên Giang
• 3.2. Mô tả trình tự thi công
• 3.3. Vật liệu thi công (Sau khi thí nghiệm và đưa vào mô hình Plaxis)
• 3.4. Vải địa kỹ thuật công
• 3.5. Thông số và mô hình
• 3.5.1. Các thông số cơ bản trong Plaxis 2D
• 3.5.2. Dung trọng bão hòa và dung trọng không bão hòa
• 3.5.3. Hệ số thấm
• 3.5.4. Thông số độ cứng của đất nền
• 3.5.5. Thông số sức kháng cắt của đất nền
• 3.5.6. Mô hình mô phỏng phần mềm Plaxis 2D
• 3.6. Mô phỏng nền đất đệm bị lún khi gia cường chiều dày lớp cát và vải địa kỹ thuật khác nhau
• 3.7. Mô phỏng lớp gia cường lớp cát lót dày 5cm và vải địa kỹ thuật
• 3.8. Mô phỏng không thiết kế lớp gia cường lớp cát lót dày 5cm và vải địa kỹ thuật (Tương tự như trường hợp 3)
• 3.9. Mô phỏng độ ổn định bờ sông khi nạo vét lòng sông
• 3.10. Quan trắc công trình thực tế
• 3.11. So sánh độ lún của nền đường theo thời gian của kết quả mô phỏng so với kết quả quan trắc công trình thực tế
• 4. MÔ PHỎNG CÔNG TRÌNH CÁC KHU VỰC ĐẤT YẾU TRÊN ĐỊA BÀN KIÊN GIANG BẰNG PHẦN MỀM PLASIX 2D
• 4.1. Thông số địa chất đầu vào cho mô hình
• 4.2. Mô phỏng trường hợp lớp đất đệm có chiều cao H (m) không có gia tải
• 4.2.1. Trường hợp 1: Mô phỏng lớp đất đệm nền đường không có gia tải với chiều cao lớp đất đệm H = 3.0m có gia cường lớp cát lót và vải địa kỹ thuật
• 4.2.2. Trường hợp 2: Mô phỏng lớp đất đệm nền đường không có gia tải với chiều cao lớp đất đệm H = 3.0m không gia cường lớp cát lót và vải địa kỹ thuật
• 4.3. Mô phỏng trường hợp lớp đất đệm có chiều cao H (m) có gia tải
• 4.3.1. Trường hợp 1: Mô phỏng lớp đất đệm nền đường có gia tải với chiều cao lớp đất đệm H = 3.0m có gia cường lớp cát lót và vải địa kỹ thuật
• 4.3.2. Trường hợp 2: Mô phỏng lớp đất đệm nền đường có gia tải với chiều cao lớp đất đệm H = 3.0m không gia cường lớp cát lót và vải địa kỹ thuật
• 4.4. Kết quả mô phỏng trường hợp lớp đất đệm nền đường có gia tải và không có gia tải
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét

Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường cho nền bùn sét tại Kiên Giang là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực xây dựng và địa chất công trình. Đặc biệt, với tình hình địa chất phức tạp tại khu vực này, việc tìm ra giải pháp hiệu quả để cải thiện nền đất yếu là rất cần thiết. Nền đất tại Kiên Giang chủ yếu là đất sét yếu, có độ lún lớn và khả năng chịu tải thấp. Việc ứng dụng đệm cát không chỉ giúp tăng cường độ ổn định cho nền mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công và sử dụng công trình.

1.1. Đặc điểm địa chất khu vực Kiên Giang

Kiên Giang có địa chất chủ yếu là các loại đất sét yếu, bùn và cát. Các lớp đất này thường có độ dày không đồng đều và chứa nhiều tạp chất hữu cơ. Đặc điểm này gây khó khăn trong việc xây dựng và bảo trì các công trình hạ tầng. Việc khảo sát và phân tích tính chất của các lớp đất này là rất quan trọng để đưa ra giải pháp gia cường hiệu quả.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu ứng dụng đệm cát

Nghiên cứu này không chỉ mang lại giá trị thực tiễn cho việc xây dựng các công trình nông thôn mà còn góp phần nâng cao hiểu biết về ứng xử của nền đất yếu. Việc ứng dụng đệm cát gia cường giúp cải thiện đáng kể hệ số an toàn và giảm độ lún cho nền đường, từ đó đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

II. Vấn đề và thách thức trong xây dựng nền bùn sét tại Kiên Giang

Việc xây dựng trên nền bùn sét tại Kiên Giang gặp nhiều thách thức do tính chất của đất. Đất sét yếu có khả năng chịu tải thấp, dễ bị lún và trượt. Những vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng công trình mà còn gây ra rủi ro cho người sử dụng. Các hiện tượng như sạt lở, lún không đều thường xuyên xảy ra, đặc biệt trong mùa mưa. Do đó, việc tìm kiếm giải pháp gia cường nền đất là rất cần thiết.

2.1. Các hiện tượng lún và sạt lở

Nền đất yếu tại Kiên Giang thường xuyên gặp phải hiện tượng lún và sạt lở, đặc biệt là trong các công trình giao thông. Những hiện tượng này không chỉ gây thiệt hại về kinh tế mà còn ảnh hưởng đến an toàn của người dân. Việc nghiên cứu và ứng dụng các biện pháp gia cường là cần thiết để giảm thiểu rủi ro này.

2.2. Nguyên nhân gây ra vấn đề nền đất yếu

Nguyên nhân chính gây ra vấn đề nền đất yếu tại Kiên Giang bao gồm sự phân bố không đồng đều của các lớp đất, độ ẩm cao và hàm lượng hữu cơ lớn. Những yếu tố này làm giảm khả năng chịu tải của nền đất, dẫn đến hiện tượng lún và sạt lở. Việc phân tích các nguyên nhân này sẽ giúp tìm ra giải pháp khắc phục hiệu quả.

III. Phương pháp nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường

Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường cho nền bùn sét tại Kiên Giang được thực hiện thông qua phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis 2D). Phương pháp này cho phép mô phỏng và phân tích ứng xử của nền đất dưới tác động của tải trọng. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc gia cường bằng đệm cát giúp tăng cường độ ổn định và giảm độ lún cho nền đường.

3.1. Phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis 2D

Phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis 2D) được sử dụng để mô phỏng ứng xử của nền đất dưới tác động của tải trọng. Phương pháp này cho phép phân tích chi tiết các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định của nền đất, từ đó đưa ra các giải pháp gia cường hiệu quả.

3.2. Kết quả mô phỏng và phân tích

Kết quả mô phỏng cho thấy việc sử dụng đệm cát gia cường giúp tăng hệ số an toàn và giảm độ lún cho nền đường. Nghiên cứu đề xuất chiều dày đất đệm không nên vượt quá 2.5m để đảm bảo độ lún nhỏ hơn 7cm và hệ số an toàn lớn hơn 1.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu tại Kiên Giang

Kết quả nghiên cứu về ứng dụng đệm cát gia cường đã được kiểm nghiệm và áp dụng trong thực tế tại Kiên Giang. Các công trình được xây dựng với phương pháp này đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc cải thiện độ ổn định của nền đất. Việc áp dụng các giải pháp này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao chất lượng công trình.

4.1. Các công trình thực tế áp dụng đệm cát

Nhiều công trình giao thông nông thôn tại Kiên Giang đã áp dụng thành công phương pháp đệm cát gia cường. Các công trình này không chỉ đảm bảo an toàn mà còn giảm thiểu chi phí bảo trì trong quá trình sử dụng.

4.2. Đánh giá hiệu quả ứng dụng

Đánh giá hiệu quả ứng dụng cho thấy việc sử dụng đệm cát đã giúp giảm độ lún và tăng cường độ ổn định cho nền đường. Kết quả này đã được xác nhận qua các cuộc khảo sát thực tế và phân tích số liệu.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường cho nền bùn sét tại Kiên Giang đã mở ra hướng đi mới cho việc cải thiện nền đất yếu. Kết quả nghiên cứu cho thấy tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này trong việc nâng cao độ ổn định cho các công trình xây dựng. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp gia cường khác để đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày càng cao.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp gia cường mới, đồng thời đánh giá hiệu quả lâu dài của các giải pháp đã áp dụng. Việc này sẽ giúp nâng cao chất lượng công trình và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

5.2. Hướng phát triển bền vững trong xây dựng

Hướng phát triển bền vững trong xây dựng cần được chú trọng, đặc biệt là trong việc ứng dụng các công nghệ mới và vật liệu thân thiện với môi trường. Điều này không chỉ giúp cải thiện chất lượng công trình mà còn bảo vệ môi trường sống.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long nói chung và tỉnh Kiên Giang nói riêng sở hữu hệ thống trầm tích châu thổ kỷ đệ tứ có chiều dày lớp sét yếu bão hòa nước dao động phổ biến từ 10 m đến 23 m, cá biệt một số vùng trũng ven biển lên tới 30 m. Đặc tính cơ lý bất lợi với độ nén lún cao, cường độ chống cắt thấp và hàm lượng hữu cơ từ 2% đến 5% đã gây ra hàng loạt sự cố công trình nghiêm trọng. Điển hình trên tuyến đường Tỉnh lộ 965 (đê bao ngoài Vườn Quốc gia U Minh Thượng) đã ghi nhận 11 điểm sạt lở nghiêm trọng với tổng chiều dài 345 m, ăn sâu vào nền đường đến 2 m và phá hủy hoàn toàn 11 căn nhà dân sinh lân cận. Trong khi đó, nhu cầu nâng cấp mạng lưới giao thông nông thôn kết hợp đê bao ngăn mặn đối mặt với rào cản lớn do chi phí vật liệu đắp truyền thống tăng cao và nguồn tài nguyên cát đắp ngày càng cạn kiệt.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là làm thế nào để tận dụng trực tiếp khối lượng đất bùn nạo vét lòng sông nhằm đắp nền đường đê nông thôn nhưng vẫn phải đảm bảo ổn định chống trượt và kiểm soát độ lún trong giới hạn cho phép. Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu ứng xử cơ học của nền bùn sét yếu gia cường bằng tầng đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật, từ đó xác lập chiều cao đắp tối ưu và dự báo diễn biến độ lún theo thời gian. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vùng địa chất đặc trưng tại các huyện Vĩnh Thuận, Gò Quao, An Minh và U Minh Thượng thuộc tỉnh Kiên Giang, với dữ liệu kiểm chứng trực tiếp trên tuyến đường ven sông Cái Lớn. Ý nghĩa của đề tài được thể hiện qua các chỉ số mục tiêu: khống chế chiều cao đất đắp không vượt quá 2.5 m, đảm bảo độ lún tổng cộng nhỏ hơn 7 cm, duy trì hệ số an toàn chống trượt lớn hơn 1.0, đồng thời cắt giảm từ 30% đến 40% chi phí vận chuyển vật liệu đắp cho ngân sách địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết cố kết thấm một chiều và đa chiều của Terzaghi kết hợp mô hình thoát nước ngang của Barron, nhằm phân tích sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư khi bố trí tầng đệm cát thoát nước. Để đánh giá trạng thái giới hạn bền và biến dạng của khối đất đắp, mô hình vật liệu đàn dẻo Mohr - Coulomb được thiết lập với tiêu chuẩn phá hoại dựa trên lực dính hiệu quả và góc ma sát trong. Phương pháp giảm thông số cường độ được tích hợp để xác định hệ số an toàn ổn định tổng thể của mái dốc và nền đê, trong đó sức kháng cắt thực tế được suy giảm tỉ lệ cho đến khi xuất hiện mặt trượt phá hoại.

Ba khái niệm học thuật then chốt xuyên suốt đề tài bao gồm:

• Sức kháng cắt không thoát nước của bùn sét yếu: Đại lượng quyết định khả năng chịu tải tức thời của nền đê dưới tác động của tải trọng đắp và tải trọng phương tiện lưu thông.
• Độ lún cố kết theo thời gian: Biến dạng thể tích phát sinh do quá trình ép nước lỗ rỗng thoát ra các biên thấm trong chu kỳ 6 tháng đến 12 tháng.
• Tương tác tiếp xúc giữa vải địa kỹ thuật và đệm cát: Cơ chế chịu kéo tiếp tuyến giúp phân bổ đều áp lực thẳng đứng, ngăn chặn hiện tượng biến dạng trượt ngang của khối bùn nhão vào lớp đệm cát.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ chiến dịch khảo sát địa chất chuyên sâu tại 4 huyện trọng điểm gồm Vĩnh Thuận, Gò Quao, U Minh Thượng và An Minh. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 12 hố khoan khảo sát địa chất công trình sâu 30 m cùng các mẫu bùn nạo vét nguyên dạng và không nguyên dạng được lấy trực tiếp tại bờ kênh Cái Lớn. Phương pháp chọn mẫu áp dụng là lấy mẫu tầng mặt và lấy mẫu theo độ sâu phân lớp địa chất theo tiêu chuẩn hiện hành, nhằm phản ánh chính xác trạng thái bùn sét béo có độ sệt cao.

Phương pháp phân tích chủ đạo là mô phỏng số phần tử hữu hạn 2D thông qua phần mềm chuyên ngành Plaxis 2D. Lý do lựa chọn phương pháp phần tử hữu hạn với phần tử tam giác 15 nút là vì công cụ này có khả năng mô phỏng chân thực bài toán tương tác đất - nước - kết cấu địa kỹ thuật phức tạp, giải quyết chính xác sự gia tăng ứng suất hữu hiệu và biến dạng dẻo trong từng pha thi công. Timeline nghiên cứu được triển khai chặt chẽ: giai đoạn 1 tiến hành thí nghiệm cơ lý mẫu đất và vải địa kỹ thuật trong phòng (tháng 1 đến tháng 3/2018); giai đoạn 2 thiết lập mô hình tính toán số và mô phỏng 3 giai đoạn đắp tương ứng với 6 tháng cố kết (tháng 4 đến tháng 7/2018); giai đoạn 3 đo đạc quan trắc độ lún tại công trình thực tế ven sông Cái Lớn để hiệu chỉnh mô hình (tháng 8 đến tháng 10/2018).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, kết quả thí nghiệm trong phòng chỉ ra đất bùn nạo vét lòng sông tại Kiên Giang thuộc nhóm sét vô cơ dẻo cao (sét béo CH). Các chỉ tiêu vật lý ghi nhận hàm lượng hạt mịn lọt qua sàng số 200 đạt 96.99%, chỉ số dẻo ở mức 50.3%, giới hạn chảy 79.6%, độ ẩm tự nhiên từ 46.06% đến 55.4% và lực dính ban đầu chỉ đạt 4.09 kPa. Thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn xác định độ ẩm tối ưu của đất bùn nạo vét đạt 24.3% tương ứng dung trọng khô lớn nhất là 1.45 g/cm³ (đối với mẫu thử nghiệm hiện trường đạt 15.11 kN/m³ tại độ ẩm tối ưu 19.45%).

Thứ hai, việc bố trí tầng đệm cát dày 5 cm bọc vải địa kỹ thuật không dệt (khối lượng 125 g/m² đến 200 g/m², cường độ chịu kéo đứt từ 7.08 kN/m đến 9.28 kN/m) đã cải thiện vượt bậc hệ số an toàn của nền đê. Trong điều kiện đắp 3 lớp có gia tải, mô phỏng cho thấy hệ số an toàn ổn định tăng từ 0.85 (trường hợp không gia cường - mất ổn định trượt) lên mức 1.18 đến 1.32 sau 6 tháng cố kết, tương đương mức tăng trưởng độ ổn định trên 38%.

Thứ ba, giải pháp gia cường đệm cát kết hợp vải địa giúp suy giảm độ lún tổng thể của nền đê nông thôn từ 35% đến 42% so với giải pháp đắp thông thường không có biên thoát nước. Cụ thể, khi khống chế chiều cao đất đắp ở mức 2.5 m, độ lún cố kết sau 180 ngày được kiểm soát ổn định ở mức 6.4 cm đến 6.8 cm, thỏa mãn điều kiện độ lún cho phép dưới 7 cm của đường giao thông nông thôn cấp IV.

Thứ tư, nghiên cứu phát hiện mối quan hệ phi tuyến tính rõ rệt giữa chiều cao đắp và độ lún. Khi chiều cao đắp vượt quá ngưỡng 2.5 m lên mức 3.0 m trong điều kiện có gia tải xe chạy, độ lún nền tăng vọt lên trên 14.5 cm và hệ số an toàn tụt dốc xuống dưới 0.95, dẫn đến sự phá hoại trượt cung tròn tại sườn bờ đê tiếp giáp mép nước.

Thảo luận kết quả

Cơ chế gia cường được làm sáng tỏ dựa trên hai tác động song hành: lớp đệm cát dày 5 cm đóng vai trò là hành lang thoát nước phương ngang cự ly ngắn, thúc đẩy quá trình tiêu tán áp lực nước kẽ rỗng nhanh gấp 3 đến 4 lần so với để bùn tự cố kết; đồng thời vải địa kỹ thuật ngăn cách hoàn toàn sự xâm thực của các hạt sét mịn vào đệm cát, giữ cho tầng thoát nước không bị nghẹt tắc. So sánh với các nghiên cứu trước đây tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, giải pháp này giải quyết triệt để nhược điểm thi công kéo dài và giảm thiểu khối lượng đào bỏ đất yếu.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan thông qua đồ thị quan hệ giữa hệ số an toàn và chiều cao đắp, cùng biểu đồ logarit độ lún theo thời gian từ ngày thứ 1 đến ngày thứ 180. Các bảng số liệu so sánh giữa kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn và số liệu quan trắc lún mốc thực địa trên tuyến đường ven sông Cái Lớn cho thấy mức độ sai lệch chỉ dao động từ 5% đến 8.5%. Sự tương thích cao này chứng minh mô hình số phản ánh chính xác động thái cơ học của nền đê, khẳng định tính khả thi vượt trội của phương án đệm cát 5 cm trong việc thay thế các giải pháp xử lý móng cọc tốn kém.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả tính toán và kiểm chứng hiện trường, 4 khuyến nghị kỹ thuật trọng tâm được đề xuất cho công tác xây dựng đê giao thông nông thôn tại Kiên Giang:

1. Khống chế nghiêm ngặt chiều cao nền đắp: Giới hạn chiều cao đắp tối đa không được vượt quá 2.5 m cho toàn bộ các tuyến đường đê nông thôn ven sông rạch đắp bằng bùn nạo vét. Mục tiêu là duy trì hệ số an toàn lớn hơn 1.15 và độ lún dư dưới 7 cm. Đơn vị tư vấn thiết kế và các Ban Quản lý dự án cấp huyện cần áp dụng thông số này ngay từ bước lập báo cáo kinh tế kỹ thuật từ năm 2024.

2. Chuẩn hóa quy trình thi công phân lớp 3 chu kỳ: Triển khai thi công đắp đất bùn theo 3 lớp cao trình (+1.05 m, +1.65 m và +2.90 m), mỗi lớp cách nhau 15 ngày đầm lèn và bố trí thời gian chờ cố kết tối thiểu 6 tháng (180 ngày) trước khi thi công kết cấu áo đường cứng. Nhà thầu xây lắp và đơn vị tư vấn giám sát chịu trách nhiệm tuân thủ chu kỳ này nhằm đạt độ chặt đầm nén trên 90%.

3. Quy chuẩn hóa vật liệu đệm cát và vải địa kỹ thuật: Áp dụng lớp đệm cát hạt trung dày 5 cm được bọc kín bởi vải địa kỹ thuật không dệt có cường độ kéo đứt tối thiểu 9.0 kN/m, độ dày từ 1.5 mm đến 1.78 mm và lưu lượng thấm nước đạt 170 l/m²/s dưới cột nước 100 mm. Các kỹ sư hiện trường cần nghiệm thu chặt chẽ chất lượng vật liệu trước khi trải lớp đất đắp tiếp theo.

4. Thiết lập mạng lưới quan trắc lún định kỳ: Bố trí hệ thống cọc mốc quan trắc chuyển vị lún và chuyển vị ngang với tần suất đo đạc 15 ngày/lần trong 6 tháng đầu và 30 ngày/lần trong 6 tháng tiếp theo. Cơ quan quản lý hạ tầng giao thông địa phương cần theo dõi sát sao để phát hiện sớm các dấu hiệu dịch chuyển bất thường, đảm bảo sai số giữa thực tế và tính toán dưới 5%.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang giá trị ứng dụng thực tiễn cao đối với 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

1. Kỹ sư thiết kế và chuyên gia địa kỹ thuật công trình giao thông - thủy lợi: Nắm bắt phương pháp luận thiết lập mô hình Plaxis 2D cho đất sét béo CH, khai thác bảng thông số vật liệu Mohr - Coulomb chuẩn hóa và ứng dụng kỹ thuật mô phỏng đệm cát thoát nước ngang.

2. Cán bộ quản lý tại Sở Giao thông Vận tải và Sở Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn tỉnh Kiên Giang: Sử dụng kết quả nghiên cứu làm cơ sở khoa học để ban hành hướng dẫn kỹ thuật tận dụng bùn nạo vét lòng sông làm đê bao kết hợp đường giao thông, giúp tiết kiệm hàng chục tỷ đồng ngân sách vật liệu mỗi năm.

3. Doanh nghiệp và nhà thầu thi công hạ tầng nông thôn vùng Tây Nam Bộ: Tiếp cận quy trình thi công phân lớp thực tế, phương pháp trải vải địa kỹ thuật và kỹ thuật đầm nén đất bùn nạo vét đạt chuẩn, hạn chế tối đa rủi ro sạt trượt mái đê trong mùa mưa lũ.

4. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Xây dựng Công trình Thủy / Cầu đường: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuyên khảo về giải pháp gia cường nền đất yếu, kết hợp giữa mô phỏng phần tử hữu hạn và đối chứng dữ liệu quan trắc hiện trường quy mô đầy đủ.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần khống chế chiều cao nền đất đắp ở mức tối đa 2.5 m? Theo kết quả mô phỏng số Plaxis 2D và quan trắc thực địa tại sông Cái Lớn, chiều cao đắp dưới 2.5 m đảm bảo hệ số an toàn ổn định đạt trên 1.18 và độ lún tổng thể dưới 7 cm. Khi đắp vượt ngưỡng 2.5 m lên mức 3.0 m, ứng suất cắt vượt quá sức chịu tải của nền bùn, khiến hệ số an toàn giảm xuống dưới 1.0 và làm tăng nguy cơ trượt lở mái đê.

Lớp đệm cát dày 5 cm đóng vai trò kỹ thuật gì trong kết cấu đê gia cường? Lớp đệm cát 5 cm hoạt động như một tầng thoát nước ngang liên tục, rút ngắn đáng kể quãng đường thấm của nước lỗ rỗng trong khối bùn sét có độ ẩm 55.4%. Nhờ đó, áp lực nước kẽ rỗng được giải tỏa nhanh chóng, đẩy nhanh tốc độ cố kết của đất bùn và nâng cao độ ổn định tổng thể cho thân đê.

Đất bùn nạo vét tại Kiên Giang có đặc tính cơ lý nổi bật nào cần lưu ý? Mẫu đất bùn thí nghiệm tại các huyện Vĩnh Thuận, Gò Quao và U Minh Thượng có hàm lượng hạt mịn đạt 96.99%, chỉ số dẻo 50.3% và lực dính tự nhiên rất thấp chỉ 4.09 kPa. Đất thuộc nhóm sét béo vô cơ CH có tính nén lún rất lớn và sức kháng cắt yếu, bắt buộc phải xử lý thoát nước gia cường trước khi làm nền đường.

Loại vải địa kỹ thuật nào được khuyến nghị kết hợp với lớp đệm cát? Luận văn đề xuất sử dụng vải địa kỹ thuật không dệt có khối lượng riêng từ 125 g/m² đến 200 g/m², chiều dày khoảng 1.5 mm đến 1.78 mm và khả năng chịu kéo đứt từ 7.08 kN/m đến 9.28 kN/m. Loại vải này vừa giữ hạt mịn không làm tắc nghẽn tầng cát, vừa chịu ứng suất kéo phát sinh dưới đáy đê.

Thời gian chờ cố kết tối thiểu bao lâu để đảm bảo nền đường ổn định? Thời gian chờ cố kết tiêu chuẩn được xác lập là 6 tháng (khoảng 180 ngày) sau khi hoàn thành 3 lớp đắp đất bùn. Dữ liệu quan trắc cho thấy sau 180 ngày, độ cố kết của nền đất đạt trên 85%, độ lún theo thời gian tiệm cận trạng thái ổn định, cho phép tiến hành thảm mặt đường mà không lo sụt lún phá hoại.

Kết luận

• Xác lập bộ chỉ tiêu cơ lý hoàn chỉnh của bùn sét yếu tại Kiên Giang với 96.99% hạt mịn và chỉ số dẻo 50.3%, phân loại chính xác thuộc nhóm sét béo vô cơ CH dẻo cao.
• Đề xuất thành công giải pháp kết cấu đệm cát dày 5 cm kết hợp vải địa kỹ thuật không dệt cường độ kéo trên 9.0 kN/m nhằm tạo tầng thoát nước ngang gia cường cho nền đê.
• Khẳng định ngưỡng chiều cao đắp tối ưu là 2.5 m, giúp kiểm soát độ lún công trình dưới 7 cm và duy trì hệ số an toàn ổn định chống trượt trên 1.15.
• Chứng minh độ tin cậy của mô hình phần tử hữu hạn Plaxis 2D với mức sai số chuyển vị lún chỉ từ 5% đến 8.5% so với quan trắc thực tế tại sông Cái Lớn.
• Mở ra hướng đi mới bền vững trong việc tận dụng 100% bùn nạo vét tại chỗ làm đường giao thông nông thôn, giải quyết triệt để bài toán khan hiếm cát đắp và bảo vệ môi trường.

Về kế hoạch tiếp theo, giải pháp công nghệ này cần được nhân rộng thí điểm trên 100% các tuyến đê bao kết hợp giao thông nông thôn tại các vùng trũng phèn Tây Nam Bộ trong giai đoạn 2024 - 2026. Quý kỹ sư, nhà quản lý dự án và các đơn vị tư vấn hãy khai thác toàn văn luận văn thạc sĩ để áp dụng trọn bộ thông số thiết kế Plaxis 2D và quy trình thi công tối ưu cho các công trình hạ tầng địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề: Việc nâng cấp và xây dựng mạng lưới đường giao thông trên địa bàn tỉnh Kiên Giang còn gặp rất nhiều hó hăn. Nguyên nhân do nguồn gốc của vùng đất này đều là các loại trầm tích châu thổ (sông, bãi bồi, tam giác châu), trầm tích bờ, vùng vịnh thuộc trầm tích kỷ thứ tư. Trầm tích nằm ngay trên bề mặt địa hình, đa phần là đất loại sét yếu, có chiều dày tương đối lớn, thường bị nhiễm muối, phèn và có chứa hữu cơ với mức độ khác nhau. Chiều dày lớp đất sét yếu này phân bố hông đồng đều, khu vực có lớp đất yếu dày từ 1÷30 m là các vùng ph a tây Đồng Tháp Mười, rìa quanh vùng Bảy Núi, cho tới vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá; khu vực thuộc các tỉnh Bến Tre, Trà Vinh, … cho đến Cà Mau có chiều sâu lớp đất yếu từ 15÷30 m.

Cường độ chống c t nhỏ, độ nén lún lớn, hàm lượng hữu cơ từ 2÷5%. Tại Kiên Giang qua khảo sát tại một số công trình thực tế (xem Hình 1.1) cho thấy lớp đất sét màu xám, trạng thái chảy có chiều dày từ 10÷23 m, lớp đất sét kế tiếp màu xám vàng, trạng thái nửa cứng có chiều dày hông xác định. Với địa chất như vậy nên gây nhiều hó hăn trong việc xử lý khi xây dựng công trình nằm trên. Mặt c t địa chất tại huyện Vĩnh Thuận tỉnh Kiên Giang [1] 2 Hình 1.

Mặt c t địa chất tại huyện An Biên tỉnh Kiên Giang [1] 3 Hình 1. Mặt c t địa chất tại huyện Gò Quao tỉnh Kiên Giang [1] Nếu chưa xử l chưa ổn thỏa nền đường có thể dẫn đến bị sụp lún hoặc trượt làm hư hỏng rất nhanh kết cấu mặt đường nằm trên đó. Trên địa bàn tỉnh Kiên Giang cũng đ xảy ra hiện tượng vừa nêu, trên đường Tỉnh lộ 965 (tuyến đê bao ngoài rừng Quốc gia U Minh Thượng), toàn tuyến có 11 điểm sạt lở nghiêm trọng với tổng chiều 4 dài 345 m, nhiều chỗ ăn sâu đến 2 m, đặc biệt trong các vụ sạt lở đ làm 11 căn nhà cấp 4 của người dân bị hư hỏng hoàn toàn [27]. Bờ sông bị sạt lở trên địa bàn huyện U Minh Thượng [29] Nguyên nhân có thể là sức chịu tải của nền đất yếu hông đủ hoặc độ lún của nền đường diễn biến quá chậm thì cần áp dụng các biện pháp xử l để tăng độ ổn định và tăng nhanh thời gian lún của nền đ p trên đất yếu.

Có khá nhiều biện pháp xử lý, có thể chia thành 3 nhóm biện pháp xử lý sau: - Thay đổi, sửa chữa đồ án thiết kế (như giảm chiều cao nền đ p hoặc di chuyển vị trí tuyến đến khu vực có chiều dày lớp đất yếu mỏng). - Các biện pháp liên quan đến việc bố trí thời gian (xây dựng theo giai đoạn), các giải pháp về vật liệu (bệ phản áp, đ p bằng vật liệu nhẹ, đào bỏ một phần phần yếu.) hoặc các biện pháp liên quan đến cả hai giải pháp trên (gia tải tạm thời). - Các biện pháp xử lý bản thân nền đất yếu (như cọc cát, cột balát, cột đất gia cố vôi, nền cọc, v. Nhóm biện pháp này đòi hỏi phải có các thiết bị chuyên dụng và do các đơn vị chuyên nghiệp thi công.

Nói chung mỗi trường hợp cụ thể đều có thể 5 có một hoặc nhiều biện pháp xử lý thích hợp, chọn biện pháp nào cần phải phân tích đầy đủ theo các nhân tố sau: Tính chất và tầm quan trọng của công trình; Thời gian; Tính chất và chiều dày của lớp đất yếu; Giá thành xây dựng. Nhưng nhân tố giá thành xây dựng là quan trọng vì đa phần inh ph làm đường nông thôn thường là do nhà nước và nhân dân cùng đầu tư vào. Để giải quyết được các vấn đề trên, mặc dù đ có những nghiên cứu về địa chất công trình nền đất ở các tỉnh ven biển Đồng bằng sông Cửu Long nói chung, tỉnh Kiên giang nói riêng nhưng vẫn chưa đề cập đầy đủ, toàn diện bản chất các đặc tính địa chất công trình của đất yếu và có rất nhiều phương pháp để ổn định nền đất yếu, tăng nhanh sức chịu tải của đất yếu dưới tải trọng của công trình theo thời gian nhưng vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi do hạn chế về kinh phí. Với mục tiêu là làm sáng tỏ đặc t nh địa chất công trình của đất loại sét yếu để phục vụ và nâng cao hiệu quả xử lý nền đường, tìm ra phương pháp để giải quyết vấn đề ổn định nền đất, tăng độ bền vững công trình, tiết kiệm và phù hợp với trình độ thi công nhằm đạt được phương án tối ưu có giá thành nhỏ nhất trong điều kiện ở tỉnh Kiên Giang, vì vậy việc “Nghiên cứu ứng dụng đệm cát gia cường nền bùn sét yếu làm nền đê nông thôn tỉnh Kiên Giang” mang t nh cấp thiết cao và có nghĩa thực tiễn.

Tổng quan về địa chất khu vực Kiên Giang. Kiên Giang được bao phủ bởi lớp trầm tích trẻ khá dày, mà thành phần cấu tạo của nó phổ biến là loại đất yếu: sét yếu, cát chảy, bùn v.v…  Đặt trƣng cơ lý của nền đất sét yếu bão hòa nƣớc ở Kiên Giang: Tầng trầm tích mới thuộc Kiên Giang là đối tượng nghiên cứu chủ yếu về mặt địa chất công trình. Các lớp đất ch nh thường gặp là những loại đất sét hữu cơ và sét không hữu cơ có trạng thái độ sệt khác nhau. Ngoài ra, còn có các lớp cát, sét bùn lẫn vỏ sò và sạn Laterit.

Ngay trong lớp đất sét còn có các vệt cát mỏng. Dựa theo hình trụ hố khoan trong phạm vi độ sâu khoảng 30m trở lại của những công trình thuộc các huyện Vĩnh Thuận, Tân Hiệp, U Minh Thượng, Gò Quao, Giồng Riềng … có thể phân chia các lớp đất nền như sau: 6 + Lớp đất trên mặt, dày khoảng 0,5÷1,5m gồm những loại đất sét hạt bụi đến sét cát, có màu xám nhạt đến xám vàng. Có nơi là bùn sét hữu cơ có màu xám đen. Lớp này có nơi nằm trên mực nước ngầm, có nơi nằm dưới mực nước ngầm (vùng sình lầy).

+ Lớp sét hữu cơ: Nằm dưới lớp mặt là lớp sét hữu cơ, có chiều dày thay đổi từ 3m÷4m (ở Mỹ Đức thuộc Hà Tiên), 9m÷18m (vùng Giồng Riềng) đến 18m÷20m (vùng U Minh Thượng). Chiều cao lớp này tăng dần về phía biển. Với các lớp gần mặt đất còn có những khối hữu cơ dạng than bùn. Đất rất ẩm thường quá bão hòa nước.

+ Nói chung, lớp đất này thường gặp ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy đến chảy. Đất chưa được nén chặt, hệ số rỗng tự nhiên lớn, dung trọng nhỏ, sức chống c t thấp, góc ma sát trong < 100 , lực dính C < 12 kN/m2, trong thực tế thường gặp được gọi là “Sét bùn hữu cơ”. + Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn Laterit và vỏ sò hoặc lớp cát: lớp này dày khoảng 3m ÷ 5m, thường nằm chuyển tiếp giữa lớp sét hữu cơ với lớp đất sét không hữu cơ (như ở Hà Tiên, Giang Thành). Cũng có nơi như Giồng Riềng, lớp cát lại nằm giữa lớp sét.

Lớp này thường nằm không liên tục trên toàn tỉnh Kiên Giang. + Một số tài liệu thu được ở Phú Quốc cho biết: Lớp cát có độ ẩm tự nhiên W = 32% ÷ 35%, dung trọng tự nhiên bằng γ = 16. + Lớp đất sét không lẫn hữu cơ: Lớp đất sét khá dày ở những độ sâu khác nhau. Một số hố khoan ở Hà Tiên cho thấy lớp đất sét tương đối chặt nằm cách mặt đất 3m ÷ 4m.

Ở những nơi hác, lớp đất sét tương tự nằm cách mặt đất khoảng 9m÷10m (Giồng Riềng), 15m÷16m (Tân Hiệp), 25m÷26m (U Minh Thượng), càng nằm ven biển lớp đất sét nằm càng sâu cách mặt đất tự nhiên. Lớp đất sét có màu xám vàng hoặc vàng nhạt, hoàn toàn b o hòa nước, ở trạng thái dẻo cứng đến dẻo chảy, tương đối ch t, khả năng chịu tải tốt hơn lớp sét hữu cơ, có các đặc trưng chống c t (góc ma sát trong đạt 170, C = 28 kN/m2). 7  Đặc trƣng cơ lý đất bùn ở một số huyện ở Kiên Giang: Bề mặt ĐBSCL được bao phủ chủ yếu là tầng trầm tích Holoxen gồm các loại đất dính: sét, á sét, á cát ở trạng thái nửa cứng đến dẻo chảy và các loại bùn sét, bùn á sét. Góc ma sát trong thay đổi từ υ = 40 ÷ 90, lực d nh thay đổi từ C = 6÷15 kN/m2.

Ở điều kiện tự nhiên sức chống c t của các lớp bùn (theo sơ đồ c t nhanh không nén cố kết) đạt giá trị cao nhất ở lớp bùn á cát υ = 8030’; C = 10 N/m2. Giá trị thấp nhất υ = 50; C = 6 kN/m2. Xác định thành phần hạt của đất Bảng 1. Kết quả thí nghiệm xác định thành phần hạt đất sét bùn yếu lòng sông huyện Vĩnh Thuận, Gò Quao, U Minh Thượng, An Minh tỉnh Kiên Giang.

size Soil + sieve Sieve Soil on Sieve Size Passing (mm) (g) (g) (g) (%) (%) 4 4.09% 8 + Kết quả thí nghiệm: Hình 1. Kết quả thí nghiệm xác định thành phần của đất [8] Bảng 1. Hệ số hông đồng nhất Cu và hệ số cấp phối Cg D10 D30 D60 Cu Cg 0. Xác định độ ẩm tối ƣu của đất thí nghiệm đầm chặt Hình 1.

Biểu đồ tương quan hệ giữa độ ẩm với dung trọng và đường bảo hòa [8] 9 Nhìn vào Hình 1.6 xác định được độ ẩm tối ưu và đường dung trọng khô lớn nhất của đất là: - Độ ẩm tối ưu WOMC = 24,3 % - Dung trọng ẩm của đất lớn nhất: wmax = 1,5 (g/cm3) dmax = 1,45 (g/cm3) Bảng 1. Tổng hợp tính chất vật lý của đất sét yếu khu vực lòng sông huyện Vĩnh Thuận, Gò Quao, U Minh Thượng, An Minh tỉnh Kiên Giang. STT THÍ NGHIỆM GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ 1 Giới hạn nh o LL 79.6 % 2 Giới hạn dẻo PL 29.25 % 3 Chỉ số dẻo PI 50.3 % 4 Dung trọng tự nhiên của đất w 16.15 kN/m3 5 Độ ẩm tự nhiên của đất 46.06 % 6 Thành phần hạt của đất. Phần trăm hạt mịn lọt sàn 200 96.99 % 7 Thành phần hạt của đất.

Phần trăm hạt thô trên sàn 200 3.01 % 8 Góc ma sát trong của đất tại 80, độ ẩm 24,3 % 7.38 độ 9 Lực d nh C tại 80, độ ẩm 24,3 % 4.09 kPa Như vậy theo kết quả thí nghiệm trên và bảng phân loại đất sét ta kết luận đất khu vực huyện Vĩnh Thuận, Gò Quao, U Minh Thượng, An Minh tỉnh Kiên Giang thuộc loại sét vô cơ dẻo cao, sét béo CH (Clay High).