Giải pháp gia cố đất bằng xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật để đắp đường

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ ĐẤT BẰNG XI MĂNG KẾT HỢP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT ĐỂ ĐẮP ĐƯỜNG

RESEARCH ON THE METHOD OF SOFT SOIL IMPROVEMENT FOR ROAD EMBANKMENT WITH CEMENT AND GEOTEXTILE

PGS. TS. Võ Phán và KS. Nguyễn Tấn Thành
Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP. HCM

Giới thiệu giải pháp gia cố đất bằng xi măng

Nội dung bài báo nghiên cứu khả năng cải tạo đất yếu khu vực tỉnh Trà Vinh bằng xi măng có gia cường vải địa kỹ thuật để đắp đường. Bằng thí nghiệm cắt trực tiếp và nén một trục nở hông với các hàm lượng xi măng thích hợp. Xi măng sử dụng loại PCB40, các hàm lượng xi măng được xét đến: 6%, 8%, 10%. Ứng dụng của hỗn hợp vật liệu này vào đắp đường có gia cường vải địa kỹ thuật tại Khu kinh tế Định An – Huyện Duyên Hải – Trà Vinh.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, nhu cầu phát triển về cơ sở hạ tầng rất lớn và cấp thiết. Phần lớn các công trình được xây  dựng trên nền đất hình thành một cách tự nhiên trong những môi trường khác nhau.

Do nền đất tự nhiên một số khu vực chưa đáp ứng được yêu cầu chịu tải, biến dạng lún và ổn định của các công trình nhưng việc thay thế đất yếu đó bằng loại đất thích hợp thì lại rất tốn kém.

Vì vậy, để tiết kiệm chi phí, các giải pháp gia cường cho đất tự nhiên cần được quan tâm. Tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, các công trình giao thông đường bộ đều được đắp bằng đất địa phương, do không đủ thời gian cố kết nên rất dễ bị trượt, lở do tải trọng bản thân, mưa lũ.

Do đó, gia cố xi măng kết hợp vải địa kỹ để đắp đường nhằm tăng cường độ của đất và tăng tính ổn định của nền đường; đáp ứng yêu cầu kinh tế kỹ thuật.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thực hiện các thí nghiệm trong phòng: nén đơn, cắt trực tiếp với các hàm lượng xi măng: 6%, 8%, 10%, và đất. Sử dụng xi măng Pooclăng đa dụng Holcim PCB40. Tính toán và mô phỏng: Sử dụng phần mềm Geo Slope/W và Plaxis để tính toán ổn định nền đường.

THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

Nguyên vật liệu dùng trong thí nghiệm

Đất dùng trong thí nghiệm

Đất dùng cho thí nghiệm thuộc khu vực huyện Duyên Hải – tỉnh Trà Vinh với các thông số cơ lý như sau:

Bảng 1. Các thông số cơ lý của đất yếu xác định trong phòng thí nghiệm.3.1.2. Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp

Bảng 2. Bảng tổng hợp của hỗn hợp đất – xi măng.

Thí nghiệm nén đơn (ASTM D2166)

Kết quả thí nghiệm nén đơn
Bảng 3. Bảng tổng hợp của hỗn hợp đất – xi măng.

ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP SAU KHI GIA CỐ XI MĂNG KẾT HỢP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

Số liệu địa chất

Tính toán ổn định cho công trình đắp bằng đất tự nhiên

 Phân tích bằng phần mềm SLOPE/W
Phần mềm sử dụng để tính toán là Geo Studio 2007 – Slope/W. Hệ số ổn định cho phép [FS] = 1,4.

Gia cố đất bằng xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật

Mô hình bài toán đắp bằng đất sau khi gia cố xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật trong Geo Slope.

Mô hình bài toán đắp bằng đất sau khi gia cố xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật trong Geo Slope

Phân tích bằng phần mềm Plaxis 8.5 Nhằm tìm ra chiều cao đắp tối đa, chịu được tải trọng xe 19 kN/m2 mà không bị trượt nếu sử dụng đất gia cường xi măng 10%. Sử dụng phương pháp phân tích Plastic Analysic và Phi/c reduction. [FS] = 1,4

Gia cố đất bằng xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật

Mô hình Plaxis khi đắp bằng đất gia cường xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật 

Kết quả Plaxis khi đắp bằng đất gia cường xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận giải pháp gia cố đất bằng xi măng

Như vậy, bằng các thí nghiệm trong phòng và thử nghiệm trên mô hình, có thể rút ra một số kết luận về đất yếu khu vực huyện Duyên Hải – tỉnh Trà Vinh khi gia cường với xi măng, như sau:

1. Hàm lượng xi măng 10% khi gia cường vào đất có hiệu quả tăng sức kháng cắt cao nhất: C tăng 1.795 % ( từ 5,5 kPa lên 98,779 kPa), φ tăng 526% (từ 4058’lên 24011’).

2. Hàm lượng xi măng 10% khi gia cường vào đất có hiệu quả tăng sức kháng nén đơn qu cao nhất: 501 % (từ 169,3 kN/m2 lên 849,2 kN/m2).

3. Hàm lượng xi măng 10% khi gia cường vào đất có hiệu quả tăng module E50 nhiều nhất: 963 % (từ 12,7 kPa lên 122,36 kPa).

4. Sau khi đắp đường tường lớp với các lớp đất trộn xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật thì nền đường đắp ổn định.

Kiến nghị

Trong quá trình nghiên cứu, có một số vấn đề cần lưu ý khi áp dụng thi công thực tế:
1. Độ ẩm đầm chặt tốt nhất khi thi công.

2. Hệ số an toàn là 1.42 với các điều kiện thí nghiệm trong phòng là lý tưởng Nhưng ngoài thực tế công trình còn ảnh hưởng nhiều yếu tố môi trường, điều kiện thi công,… Vì thế chỉ nên đắp tối đa là 2,5 m cho công trình áp dụng loại vật liệu này thì mới đảm bảo tính ổn định cho nền đắp đường.

3. Các kết quả trong nghiên cứu chỉ nên được sử dụng ở vùng Duyên Hải – Trà Vinh hoặc các vùng địa chất tương tự.