Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Đồng Tháp, nằm trong vùng đồng bằng sông Cửu Long với diện tích tự nhiên khoảng 3.374,2 km², có địa hình bằng phẳng, độ cao phổ biến từ 1 đến 2 mét so với mực nước biển, chịu ảnh hưởng mạnh của thủy văn mùa lũ và có nhiều vùng đất yếu với chiều dày lớp đất yếu từ 15m đến 300m. Đặc điểm địa chất chủ yếu là trầm tích phù sa mới và cổ, đất sét mềm, bùn sét, than bùn với hệ số rỗng lớn và mô đun biến dạng thấp, gây khó khăn lớn trong xây dựng nền đường giao thông. Hệ thống giao thông đường bộ tỉnh Đồng Tháp đã phát triển đáng kể sau 40 năm, với tổng chiều dài các tuyến đường quốc lộ, tỉnh lộ, huyện lộ và đường giao thông nông thôn lên đến hàng chục nghìn km, tuy nhiên nền đất yếu vẫn là thách thức lớn trong thi công và duy trì chất lượng công trình.

Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng vải địa kỹ thuật và cừ tràm trong xây dựng nền đường đắp trên đất yếu tại dự án đường ĐT 852B, tỉnh Đồng Tháp. Mục tiêu chính là đánh giá khả năng gia cố nền đất yếu bằng hai vật liệu này nhằm tăng cường độ ổn định, giảm độ lún và tiết kiệm chi phí xây dựng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát điều kiện tự nhiên, địa chất khu vực dự án, phân tích các phương pháp xử lý nền đất yếu hiện có, và kiểm toán, đánh giá hiệu quả sử dụng vải địa kỹ thuật cùng cừ tràm qua mô phỏng phần mềm chuyên dụng.

Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong bối cảnh Đồng Tháp còn nhiều khó khăn về kinh tế và tài nguyên, đồng thời góp phần làm rõ cơ chế làm việc của cừ tràm và vải địa kỹ thuật trong gia cố nền đất yếu, từ đó đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp, tiết kiệm và thân thiện môi trường cho các công trình giao thông tại vùng đồng bằng sông Cửu Long.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết cơ bản về cơ học đất và kỹ thuật xây dựng nền đường trên đất yếu, trong đó có:

  • Lý thuyết cố kết đất của Terzaghi: Giải thích quá trình thoát nước và giảm áp lực nước lỗ rỗng trong đất yếu, từ đó xác định độ lún và thời gian cố kết của nền đất.
  • Mô hình gia cố nền đất bằng cọc ma sát và vải địa kỹ thuật: Phân tích sự phối hợp giữa lực ma sát đất-cọc và lực ma sát giữa đất đắp và vải địa kỹ thuật để tăng cường độ ổn định nền đường.
  • Khái niệm đất yếu: Đất có khả năng chịu tải thấp (khoảng 0,5 - 1,0 daN/cm²), hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến dạng thấp (E₀ < 50 daN/cm²), dễ bị biến dạng và lún lớn.
  • Mô hình tính toán ổn định nền đường theo phương pháp mặt trượt tròn: Đánh giá khả năng chống trượt và lún của nền đường khi gia cố bằng các biện pháp kỹ thuật.
  • Khái niệm và đặc điểm vải địa kỹ thuật và cừ tràm: Vải địa kỹ thuật tạo lực ma sát giữ khối trượt, cừ tràm làm tăng sức chịu tải tổng hợp của nền đất yếu thông qua cơ chế nén chặt và ma sát đất-cọc.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp lý thuyết, khảo sát thực địa và mô phỏng kỹ thuật:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu địa chất, thủy văn, khí hậu và điều kiện tự nhiên khu vực dự án ĐT 852B; số liệu thí nghiệm nén tĩnh cừ tràm và vải địa kỹ thuật; tài liệu tham khảo từ các công trình nghiên cứu và quy chuẩn kỹ thuật xây dựng.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm GEOSLOPE/W để mô phỏng tính toán độ lún và ổn định nền đường khi sử dụng vải địa kỹ thuật và cừ tràm gia cố; áp dụng các công thức tính toán cố kết đất, sức chịu tải của nền gia cố, và phân tích mặt trượt tròn.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Khảo sát các lớp đất yếu tại hiện trường với chiều dày từ 17 đến 20m, lấy mẫu đất sét, bùn sét và than bùn để thí nghiệm cơ lý; khảo sát mật độ đóng cừ tràm từ 16 đến 25 cây/m².
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện trong năm 2017, bao gồm giai đoạn khảo sát hiện trường, thu thập số liệu, phân tích mô phỏng và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả gia cố nền đất yếu bằng cừ tràm: Thí nghiệm nén tĩnh cho thấy mật độ đóng cừ tràm 16 cây/m² làm tăng sức chịu tải nền lên khoảng 1,5 lần so với nền đất yếu chưa gia cố, mật độ 25 cây/m² tăng lên gần 2,5 lần. Điều này chứng tỏ cừ tràm có khả năng nâng cao sức chịu tải tổng hợp của nền đất yếu rõ rệt.

  2. Tác dụng của vải địa kỹ thuật trong gia cố nền đường: Việc bố trí vải địa kỹ thuật giữa lớp đất yếu và lớp đất đắp tạo ra lực ma sát giữ khối trượt, làm tăng hệ số ổn định nền đường, giảm nguy cơ trượt sâu và lún lệch. Sử dụng nhiều lớp vải xen kẽ với lớp đắp dày 15-30 cm giúp phân bố lại ứng suất hiệu quả hơn.

  3. Kết quả mô phỏng độ lún và ổn định nền đường: Qua phần mềm GEOSLOPE/W, nền đường gia cố bằng vải địa kỹ thuật và cừ tràm có độ lún giảm khoảng 20-30% so với nền không gia cố, đồng thời hệ số ổn định tăng từ mức dưới 1,0 (không đảm bảo) lên trên 1,2, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

  4. So sánh chi phí và thời gian thi công: Giải pháp sử dụng vải địa kỹ thuật và cừ tràm có chi phí thấp hơn nhiều so với các công nghệ hiện đại như cọc xi măng đất hay bơm hút chân không, đồng thời tận dụng vật liệu tại chỗ, giảm thiểu khai thác cát tự nhiên, góp phần bảo vệ môi trường.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả gia cố là do cừ tràm đóng vai trò như cọc ma sát chịu nén, làm tăng sức chịu tải tổng hợp của nền đất yếu thông qua cơ chế tăng lực ma sát đất-cọc và nén chặt đất nền. Vải địa kỹ thuật tạo lực giữ khối trượt, phân bố lại ứng suất trong nền đắp, hạn chế biến dạng lệch và trượt sâu. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu trước đây về gia cố nền đất yếu bằng vật liệu tự nhiên và vật liệu địa kỹ thuật.

So với các giải pháp truyền thống như thay đất hoặc đắp bệ phản áp, giải pháp này giảm thiểu khối lượng đào đắp, tiết kiệm thời gian thi công và chi phí. Đồng thời, việc hạn chế khai thác cát góp phần giảm thiểu sạt lở bờ sông và bảo vệ môi trường sinh thái địa phương. Tuy nhiên, giải pháp này phù hợp với nền đất yếu có chiều cao đắp từ 2 đến 4,5 m và không thay thế hoàn toàn các công nghệ xử lý nền phức tạp cho các công trình tải trọng lớn hoặc nền đất có đặc tính phức tạp hơn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh sức chịu tải nền đất trước và sau gia cố, bảng tổng hợp kết quả mô phỏng độ lún và hệ số ổn định, cũng như sơ đồ bố trí vải địa kỹ thuật và cừ tràm trong nền đường.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng rộng rãi giải pháp vải địa kỹ thuật và cừ tràm cho các dự án nền đường trên đất yếu tại Đồng Tháp: Động từ hành động là "triển khai", mục tiêu giảm độ lún và tăng độ ổn định nền đường, thời gian áp dụng trong vòng 2-3 năm, chủ thể thực hiện là các đơn vị thi công và quản lý dự án giao thông tỉnh.

  2. Tăng cường nghiên cứu và phát triển kỹ thuật đóng cừ tràm phù hợp với điều kiện địa phương: Động từ "nâng cao", mục tiêu cải thiện chất lượng và hiệu quả gia cố, thời gian 1-2 năm, chủ thể là các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành xây dựng.

  3. Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng thi công vải địa kỹ thuật và cừ tràm: Động từ "xây dựng", mục tiêu đảm bảo hiệu quả gia cố và độ bền công trình, thời gian 1 năm, chủ thể là cơ quan quản lý xây dựng và các nhà thầu.

  4. Khuyến khích sử dụng vật liệu tại chỗ và hạn chế khai thác cát tự nhiên trong xây dựng nền đường: Động từ "khuyến khích", mục tiêu bảo vệ môi trường và giảm chi phí, thời gian liên tục, chủ thể là chính quyền địa phương và các nhà đầu tư.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và nhà quản lý dự án giao thông: Giúp hiểu rõ về giải pháp gia cố nền đất yếu bằng vật liệu địa phương, từ đó lựa chọn phương án thi công phù hợp, tiết kiệm chi phí và thời gian.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về cơ chế làm việc của vải địa kỹ thuật và cừ tràm, phương pháp mô phỏng và đánh giá hiệu quả gia cố nền đất yếu.

  3. Các cơ quan quản lý nhà nước về xây dựng và giao thông vận tải: Hỗ trợ trong việc xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và hướng dẫn thi công các công trình giao thông trên nền đất yếu tại vùng đồng bằng sông Cửu Long.

  4. Các nhà thầu và doanh nghiệp thi công xây dựng: Nắm bắt công nghệ thi công đơn giản, hiệu quả, tận dụng vật liệu tại chỗ, giảm thiểu tác động môi trường và chi phí đầu tư.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vải địa kỹ thuật có tác dụng gì trong gia cố nền đất yếu?
    Vải địa kỹ thuật tạo lực ma sát giữ khối trượt giữa lớp đất đắp và nền đất yếu, giúp tăng hệ số ổn định nền đường, giảm nguy cơ trượt sâu và lún lệch. Ví dụ, sử dụng nhiều lớp vải xen kẽ với lớp đắp dày 15-30 cm làm tăng hiệu quả phân bố ứng suất.

  2. Cừ tràm gia cố nền đất yếu hoạt động như thế nào?
    Cừ tràm đóng vào nền đất yếu làm tăng sức chịu tải tổng hợp thông qua cơ chế nén chặt đất và lực ma sát giữa đất và cọc. Thí nghiệm cho thấy mật độ 25 cây/m² có thể tăng sức chịu tải nền lên gần 2,5 lần so với nền chưa gia cố.

  3. Giải pháp này có phù hợp với các công trình tải trọng lớn không?
    Giải pháp phù hợp với nền đất yếu có chiều cao đắp từ 2 đến 4,5 m và các công trình giao thông cấp IV đồng bằng. Với công trình tải trọng lớn hoặc nền đất phức tạp hơn, cần kết hợp hoặc sử dụng các công nghệ xử lý nền khác như cọc xi măng đất.

  4. Chi phí và thời gian thi công giải pháp này so với các công nghệ khác ra sao?
    Sử dụng vải địa kỹ thuật và cừ tràm có chi phí thấp hơn nhiều so với các công nghệ hiện đại như bơm hút chân không hay cọc xi măng đất, đồng thời thi công đơn giản, tận dụng vật liệu tại chỗ, giảm thời gian chờ cố kết.

  5. Có những lưu ý gì khi thi công nền đường sử dụng cừ tràm và vải địa kỹ thuật?
    Cần đảm bảo mật độ đóng cừ tràm phù hợp (khoảng 16-25 cây/m²), bố trí vải địa kỹ thuật đúng kỹ thuật để tạo lực ma sát hiệu quả, đồng thời theo dõi độ lún và ổn định trong quá trình thi công để điều chỉnh kịp thời.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả rõ rệt của việc sử dụng vải địa kỹ thuật và cừ tràm trong gia cố nền đường đắp trên đất yếu tại tỉnh Đồng Tháp, với khả năng tăng sức chịu tải nền lên đến 2,5 lần và giảm độ lún khoảng 20-30%.
  • Giải pháp tận dụng vật liệu tại chỗ, chi phí thấp, công nghệ thi công đơn giản, phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội của vùng đồng bằng sông Cửu Long.
  • Mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng GEOSLOPE/W cho thấy nền đường gia cố đạt hệ số ổn định trên 1,2, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.
  • Đề xuất triển khai áp dụng rộng rãi giải pháp này cho các dự án giao thông cấp IV đồng bằng, đồng thời nâng cao nghiên cứu và kiểm soát chất lượng thi công.
  • Các bước tiếp theo bao gồm hoàn thiện quy trình thi công, đào tạo nhân lực và mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các loại công trình khác.

Hành động ngay hôm nay: Các đơn vị thi công và quản lý dự án nên xem xét áp dụng giải pháp này trong các dự án xây dựng nền đường trên đất yếu để tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường, đồng thời phối hợp với các viện nghiên cứu để nâng cao hiệu quả và chất lượng công trình.