CHƯƠNG 1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Hiện nay, tại Việt Nam, đã có nhiều nghiên cứu đề xuất các giải pháp xử lý nền và tính toán ổn định cho các công trình trên nền đất yếu. Lê Bá Vinh và cộng sự (2003) nghiên cứu giải pháp xử lý nền và tính toán ổn định của công trình đường cấp III trên nền có lớp đất yếu mỏng. Nghiên cứu tập trung các biện pháp xử lý nền đất yếu bằng đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật và cừ tràm. Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính toán hệ số an toàn chống trượt đối với nền tự nhiên và xét ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật gia cố tăng ổn định của nền đất yếu dưới nền đường.
Lê Xuân Roanh (2014) đề xuất công nghệ xử lý nền và thi công đê, đập chắn sóng trên nền đất yếu. Nghiên cứu phân tích một số công nghệ xử lý nền đất sét yếu bao gồm (1) xử lý nền đê bằng đệm cát đóng vai trò lớp chịu lực và lớp thoát nước cho nền đê, (2) xử lý nền bằng bấc thấm làm tăng khả năng thoát nước trong nền qua hệ thống thoát nước đứng, (3) xử lý nền bằng giếng cát vừa đóng vai trò là biên thấm đứng, vừa đóng vai trò chịu tải trọng, tăng cường sức chịu tải cho nền, (4) ứng dụng vải địa kỹ thuật gia cố nền phân cách nền đê và thân đê, phân bố đều áp lực đất đắp, tăng độ bền chống trượt của khối đất đắp, giảm mặt cắt ngang đê, (5) xử lý nền bằng bè cây, (6) xử lý nền bằng cọc đệm cát và (7) gia cố bằng cọc xi măng đất. Nghiên cứu cho thấy phương pháp sử dụng vật liệu như cát hoặc cọc vật liệu rời giúp rút ngắn khoảng cách thoát nước bằng cách bố trí các hành lang thoát nước theo phương thẳng đứng và phương ngang, đồng thời trên bề mặt đất nền lại phủ lớp cát thoát nước và lớp gia tải nhằm đẩy nhanh cố kết. Nguyễn Chí Thuận và cộng sự (2017) đề xuất giải pháp nghiên cứu ứng xử đất bùn yếu gia cường xỉ lò và vải địa kỹ thuật.
Nghiên cứu cho thấy vải địa kỹ thuật kết hợp với xỉ lò cao giúp tạo biên thoát nước, đẩy nhanh quá trình cố kết trong đất bùn sét, từ đó gia tăng cường độ của đất sét, giảm thời gian cố kết của đất sét. Trang 0 Luan van Nghiên cứu này rất quan trọng và là tiền đề cho nghiên cứu sử dụng đệm cát và vải địa kỹ thuật. Với đặc tính thấm tốt, nguồn vật liệu phong phú, đệm cát có thể thay thế xỉ lò nhằm tạo ra biên thấm ngang đẩy nhanh quá trình thoát nước trong đất sét. Mặc dù rất nhiều nghiên cứu đưa ra nhiều biện pháp và ứng xử của đất gia cường bằng vải địa kỹ thuật kết hợp với đệm cát, tuy nhiên, những ứng xử cố kết đất sét bùn khai thác từ lòng sông ĐBSCL được gia cường bởi vải địa kỹ thuật và đệm cát chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ, chưa có phương pháp thi công và ứng dụng thực tế.
Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu đề xuất nghiên cứu ứng xử vải địa kỹ thuật kết hợp đệm cát cải tạo đất bùn nhão lòng sông ứng dụng cho công tác san lấp mặt bằng khu vực lấn biển tại tỉnh Kiên Giang.2 Tình hình nghiên cứu nước ngoài Phương pháp bơm bùn lòng sông làm đất đắp cho công trình đã được áp dụng tại nhiều công trình lấn biển (Shang và cộng sự, 1998; Wang và cộng sự, 2014; Liu và Liu, 2008; Shen và cộng sự, 2006)). Tuy nhiên đặc điểm loại bùn này hàm lượng nước cao, có độ rỗng lớn, khả năng biến dạng lớn và chịu lực kém. Những nền móng này thường chịu biến dạng và có độ lún rất lớn (Huerta và Rodriguez, 1992; Liu và Zhou, 2005). Khi nghiên cứu về hệ số thấm và phương pháp tính độ lún cho lớp đất bùn yếu, Zhang và cộng sự (2015) cho thấy hệ số rỗng và hàm lượng đất sét ảnh hưởng lớn đến hệ số thấm của loại đất này.
Kết quả cho thấy hệ số rỗng của bùn giảm dần theo thời gian. Đất đắp bằng bùn nạo vét cần thời gian vài năm để có thể ổn định và cần có những xử lý, gia cường nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết trong đất bùn loại này. Để xử lý và gia cố lớp bùn yếu dưới nền móng công trình, nhiều nghiên cứu đã cho thấy vải địa kỹ thuật là một giải pháp hữu hiệu. Palmeira và cộng sự (1998) đã phân tích ngược trường hợp đê trên nền đất yếu được gia cố bằng vải địa kỹ thuật.
Nghiên cứu sử dụng phương pháp giải tích để tính toán hệ số an toàn của nền đập được và không được gia cố bằng vải địa kỹ thuật do Jewel (1996) đề xuất. Nghiên Trang 1 Luan van cứu cho thấy đối với hệ số an toàn đối với đê gia cố vải địa kỹ thuật tối thiểu, Fs 1.2 trong thiết kế thông thường. Zhou và cộng sự (2008) nghiên cứu biện pháp gia cố đệm cát kết hợp với lưới vải địa kỹ thuật Geogrid và túi địa kỹ thuật Geocell. Kết quả nghiên cứu cho thấy kết cấu liên hợp vải địa kỹ thuật và đệm cát gia tăng khả năng chịu lực cho lớp đất yếu.
Hệ kết cấu liên hợp này giúp tăng hệ số nền K0 thêm 30 lần và độ lún giảm 44% và làm giảm ứng suất tại bề mặt lớp đất yếu so với đất yếu khi không được gia cố. Một nghiên cứu khác đề xuất bởi Sitharam và cộng sự (2013) sử dụng Geocell làm nền móng đỡ đập cao 3m trên bùn đỏ - sản phẩm thải ra từ quá trình tuyển quặng nhôm. Nghiên cứu đề xuất phương pháp giải tích nhằm xác định khả năng chịu tải của lớp bùn yếu được gia cường bởi Geocell kết hợp với lưới vải địa kỹ thuật. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự kết hợp này đem lại hiệu quả lớn hơn khi chỉ sử dụng Geocell.
Đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật đã được áp dụng làm nền móng cho đê chắn trên nền đất yếu đề xuất trong nghiên cứu của Yu và cộng sự (2005). Nghiên cứu cho thấy đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật đóng 2 vai trò: (1) vải địa kỹ thuật ngăn cản biến dạng ngang và tăng tính ổn định cho đê; (2) vải địa kỹ thuật ngăn cản dịch chuyển ngang của đất nền dưới đê. Đất nền càng yếu càng gây ra dịch chuyển ngang lớn và càng làm tăng hiệu quả của vải địa kỹ thuật, đặc biệt khi lớp đệm cát nằm dưới hoặc kẹp giữa lớp đất yếu. Nghiên cứu thể hiện vải địa kỹ thuật có mô đun đàn hồi và độ rộng càng lớn càng đem lại hiệu quả cao trong ổn định nền đê.
Geocell và đệm cát còn được kết hợp với cọc vật liệu rời (đá - sỏi) để gia cố nền đất yếu như được trình bày trong nghiên cứu của Dash và cộng sự (2013). Nghiên cứu cho thấy cọc vật liệu rời có chiều dài và mật độ đảm bảo sẽ làm tăng gấp 3 lần khả năng chịu lực cho đất yếu. Vải địakỹ thuật và đệm cát sẽ có thể làm tăng khả năng chịu lực của đất nền lên 7 lần. Tuy nhiên nếu được kết hợp cả đệm cát, vải địa kỹ thuật Geocell và cọc vật liệu rời, khả năng chịu lực của đất nền có thể gấp 10 lần so với đất nền ban đầu chưa gia cố.
Trang 2 Luan van Hufenus và cộng sự (2006) nghiên cứu khả năng chịu tải và ứng xử của đất yếu gia cường vải địa kỹ thuật dựa theo thí nghiệm tỷ lệ thực của nền đường. Nghiên cứu chỉ ra sự gia cường cho đất yếu chỉ xảy ra khi sử dụng lớp mỏng cốt liệu thô kẹp giữa vải địa kỹ thuật. Trong trường này, khi vệt lún tạo ra trên nền đường sẽ gây ra biến dạng dài và lực lực kéo trong vải địa kỹ thuật và tạo ra hiệu ứng gia cường cho đất nền. Các nghiên cứu về kết cấu đất gia cường vải địa kỹ thuật cho thấy việc sử dụng đất sét có tính thấm kém làm đất đắp đòi hỏi áp dụng những công nghệ xây dựng và hệ thống thoát nước phù hợp (Sridharan và cộng sự, 1991; Glendinning và cộng sự, 2005; Chen và Yu, 2011; Taechakumthorn và Rowe, 2012; Yang và cộng sự, 2015).
Nghiên cứu của Zornberg và Mitchell (1994) và Mitchell và Zornberg (1995) đã khẳng định vai trò thoát nước của vải địa kỹ thuật trong tăng cường sức chịu tải và sự ổn định của công trình đất đắp từ đất sét tính thấm kém. Các thí nghiệm nén 3 trục được sử dụng rộng rãi nhằm xác định ứng xử của đất sét gia cường vải địa kỹ thuật trong các điều kiện thoát nước khác nhau (Ingold 1983; Ingold và Miller, 1982, 1983; Fabian và Foure, 1986; Fourier và Fabian, 1987; Al-Omari và cộng sự, 1989; Indraratna và cộng sự, 1991; Unnikrishnan và cộng sự, 2002; Noorzad và Mirmoradi, 2010; Jamei và cộng sự, 2013; Mirzababaei và cộng sự, 2013; Yang và cộng sự, 2015). Ingold và Miller (1982) tiến hành thí nghiệm không thoát nước với đất cao lanh gia cường bằng nhôm không thấm nước và chất bọt nhựa dẻo thấm nước. Kết quả cho thấy vật liệu gia cường thấm nước cho cường độ kháng cắt cao hơn so với vật liệu gia cường không thấm nước.
Sử dụng thí nghiệm nén 3 trục không cố kết, không thoát nước, Fabian và Fourie (1986) khảo sát sự ảnh hưởng của khả năng dẫn nước của vật liệu gia cường đối với tính kháng cắt không thoát nước của đất sét. Kết quả cho thấy vật liệu gia cường thấm nước gia tăng cường độ cho đất sét khoảng 40% trong khi vật liệu gia cường không thấm nước làm giảm cường độ của đất sét với giá trị tương tự. Al- Omari và cộng sự (1989) tiến hành thí nghiệm nén 3 trục cố kết thoát nước và cố kết không thoát nước đối với đất sét gia cường lưới vải địa kỹ thuật. Kết quả cho Trang 3 Luan van thấy sự phá hoại của mẫu đất sét gia cường là do sự trượt tương đối của đất sét và lớp vải địa kỹ thuật gia cường.
Noorzad và Mirmoradi (2010), Mirzababaei và cộng sự (2013), và Yang và cộng sự (2015) tiến hành thí nghiệm nén 3 trục không cố kết, không thoát nước đối với đất sét gia cường vải địa kỹ thuật. Kết quả cho thấy vải địa kỹ thuật thấm nước gia tăng khả năng chống cắt lớn nhất, giảm sự mất mát khả năng chống cắt với biến dạng lớn.