LUẬN văn THẠC sĩ HAY nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt đến môđun đàn hồi của đất dùng đắp nền đường lâm nghiệp khu vực lương sơn hòa bình
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.2 MB, 70 trang )
bộ giáo dục & đào tạo
bộ nông nghiệp & PTNT
Trường đại học lâm nghiệp
đặng văn thanh
nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt
đến mô đun đàn hồi của đất dùng đắp nền đường
lâm nghiệp khu vực lương sơn - hoà bình
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Hà Tây, năm 2007
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
bộ giáo dục & đào tạo
bộ nông nghiệp & PTNT
Trường đại học lâm nghiệp
đặng văn thanh
nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt
đến mô đun đàn hồi của đất dùng đắp nền đường
lâm nghiệp khu vực lương sơn - hoà bình
Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp
MÃ số: 60 52 14
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Cán bộ hướng dẫn:
1. TS. Lê tấn quỳnh
2. ts. nguyễn văn bỉ
Hà Tây, năm 2007
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
1
Đặt vấn đề
thc hin c c gii hoỏ - hiện đại hoá trong sản xuất lâm nghiệp,
cũng như để đảm bảo duy trì và thúc đẩy các hoạt động sản xuất lâm nghiệp
thì xây dựng mạng lưới đường là công việc cần phải làm trước. Đặc biệt trong
thực tế hiện nay, sản xuất lâm nghiệp luôn gắn liền với việc phát triển nơng
thơn miền núi thì mạng lưới đường lâm nghiệp khơng chỉ có ý nghĩa trong sản
xuất lâm nghiệp và cịn có ý nghĩa rất lớn trong việc phát triển kinh tế - xã hội
ở nông thôn miền núi.
Trong xây dựng đường nói chung và đường lâm nghiệp nói riêng, cơng
tác đất là khâu cơng việc được đặc biệt lưu ý; bất kể cơng trình đường nào,
dù là lớn hay nhỏ đều sử dụng đất với các công dụng như: làm nền, làm lớp
móng và đơi khi cả lớp mặt của kết cấu áo đường. Nói cách khác, nền đất là
nơi xây dựng công trình, nền đất có vững thì công trình mới bền lâu. Do ú
cú những giải pháp đúng đắn về công tác đất trong thiết kế, xây dựng cơng
trình thì việc nghiên cứu các tính chất cơ lý của đất là thực sự cần thiết.
Khi tính tốn thiết kế kết cấu mặt đường theo lý thuyết hệ đàn hồi
nhiều lớp thì trị số mơ đun đàn hồi của đất nền là một thông số tính tốn
khơng thể thiếu. Trị số này được quy định với từng loại áo đường dựa trên cơ
sở đảm bảo cho kết cấu áo đường đạt được yêu cầu cường độ và độ ổn định
cao nhất. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trị số mô đun đàn hồi của một loại
đất, trong đó phải kể đến các yếu tố chính như độ ẩm và độ chặt của đất. Để
xác định được mô đun đàn hồi của đất ta phải làm thí nghiệm tương đối phức
tạp, tốn nhiều thời gian với các thiết bị đắt tiền mà không phải cơ quan đơn vị
nào cũng có đủ điều kiện; trong khi đó độ ẩm và độ chặt cũng là những thơng
số cơ bản và cần phải xác định để phục vụ cho việc thiết kế, xây dựng và đánh
giá chất lượng nền mặt đường nhưng việc xác định chúng có phần nhanh hơn
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
2
với các dụng cụ và thiết bị đơn giản hơn. Vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra mối
quan hệ giữa độ ẩm, độ chặt với mô đun đàn hồi của một loại đất nào đó sẽ
giúp chúng ta khơng cần làm thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi mà có thể
suy ra từ các thơng số dễ xác định hơn như độ chặt và độ ẩm.
Với đường lâm nghiệp thì đất là vật liệu xây dựng được sử dụng chủ
yếu (thường chiếm trên 60% tổng chi phí xây dựng đường). Với đặc điểm địa
hình lâm nghiệp, việc vận chuyển đất và các vật liệu xây dựng đường từ nơi
khác đến là rất hạn chế nên để giảm giá thành thì vấn đề sử dụng đất tại chỗ
trong xây dựng đường lâm nghiệp là yêu cầu đặc biệt quan trọng.
Lâm trường Lương Sơn – Hồ Bình hiện nay đang trong thời kỳ phát
triển, hệ thống cơ sở hạ tầng nói chung và đường lâm nghiệp nói riêng chưa
được đầu tư xây dựng thích đáng. Hơn nữa, do địa hình khu vực bị chia cắt
nhiều nên hầu hết các tuyến đường thường có độ dốc lớn và hay bị hư hỏng
khi có mưa lũ, do vậy việc cải tạo, nâng cấp mạng lưới đường là công việc
phải làm thường xuyên nhằm đáp ứng nhu cầu đi lại của người lao động và
vận chuyển sản phẩm nông, lâm nghiệp của Lâm trường cũng như của nhân
dân trong khu vực.
Xuất phát từ yêu cầu và thực trạng đó, nhằm tìm ra mối quan hệ giữa
độ ẩm, độ chặt và mô đun đàn hồi của đất, góp phần tạo điều kiện thuận lợi
cho việc khai thác và sử dụng đất tại chỗ để xây dựng đường lâm nghiệp nói
riêng và cơ sở hạ tầng trong khu vực Lâm trường Lương Sơn – Hồ Bình nói
chung tơi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt đến
mô đun đàn hồi của đất dùng đắp nền đường lâm nghiệp khu vực Lương
Sơn - Hịa Bình”.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
3
Chng 1
tổng quan về vấn đề nghiên cứu
1.1. Phng phỏp xác định mô đun đàn hồi của đất nền đường
Để xác định mô đun đàn hồi E của đất nền đường có thể dùng thí
nghiệm nén mẫu hình trụ trong phịng thí nghiệm hoặc nén tấm ép ngồi hiện
trường.
- Ở các nước XHCN và Liên Xơ cũng như Quy trình thiết kế áo đường
mềm của Việt Nam quy định phải xác định mô đun đàn hồi của đất nền bằng
cách đo ép tại hiện trường hoặc tại các máng thí nghiệm với tấm ép lớn trong
thời kỳ bất lợi (đường kính tấm ép từ 30 – 34cm). Tại hiện trường, sau khi lắp
đặt thiết bị xong thì tiến hành gia tải đến tải trọng P lớn nhất (từ 2 2,5daN/cm2) và giữ tải trọng đó trong 2 phút rồi dỡ tải trọng cho đến khi biến
dạng phục hồi hết (đây là bước gia tải chuẩn bị). Bước vào thí nghiệm chính
thức, việc gia tải được thực hiện với 3 – 4 cấp cho đến tải trọng P là cấp cuối
cùng. Khi gia tải ở mỗi cấp cấp đợi biến dạng ổn định ta dỡ tải và đợi biến
dạng phục hồi ổn định thì ghi số đọc ở chuyển vị kế để tính ra trị số biến dạng
đàn hồi tương ứng với các tải trọng đó. Sau đó tiếp tục gia tải và dỡ tải cấp
tiếp theo. Bước tiếp theo là vẽ đường quan hệ giữa biến dạng phục hồi và tải
trọng. Trị số mơ đun đàn hồi thí nghiệm được tính bằng cơng thức (1.1) [14]:
E
P.D.(1 2 )
.
, daN/cm2
4
(1.1)
Trong đó:
λ - biến dạng đàn hồi đo được khi thực nghiệm tương ứng với
cấp tải trọng P (P = 2 – 2,5daN/cm2), cm;
D- đường kính tấm ép, cm;
μ - hệ số Poisson (hệ số tính đến đặc điểm của đất và điều kiện
thí nghiệm), với đất nhỏ hạt, nén mẫu nở hông hạn hạn chế μ = 0,35.
Trong trường hợp không thể đo ép tại hiện trường được thì có thể xác
định trị số mơ đun đàn hồi của đất nền theo kết quả thí nghiệm trong phịng
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
4
bằng phương pháp nén một trục nở hông tự do. Đặc biệt, khi không đo ép vào
thời kỳ bất lợi nhất được thì có thể chế bị mẫu ở độ ẩm bất lợi tính tốn để thí
nghiệm. Trong phịng thí nghiệm, dùng mẫu hình trụ trịn có kích thước
đường kính bằng chiều cao và bằng 5cm, mẫu có thể lấy nguyên trạng tại nền
đường vừa thi công xong hoặc tại nền đường cũ (trường hợp thiết kế tăng
cường áo đường cũ) tương ứng với thời gian bất lợi về độ ẩm; mẫu cũng có
thể chế bị trong phịng bằng đất dùng để xây dựng nền đường hoặc bằng đất
lấy ở nền đường cũ về sao cho có độ chặt bằng độ chặt thực tế khi nền làm
việc và có độ ẩm tính tốn. Mẫu được ép trên máy nén với bản ép có đường
kính bằng đường kính mẫu và khơng có khn (nén một trục cho nở hơng tự
do). Tăng tải một cấp cho đến trị số 2 – 2,5daN/cm2, sau đó dỡ tải và đo biến
dạng đàn hồi λ. Khi gia và dỡ tải đều đợi đến lúc biến dạng ổn định (biến
dạng không quá 0,01mm/5phút) mới đọc và ghi trị số biến dạng. Tính trị số
mơ đun đàn hồi thí nghiệm ETN theo cơng thức (1.2) [15]:
ETN
Trong đó:
P.H
, daN/cm2
(1.2)
P – áp lực tác dụng lên mẫu khi nén, P = 2 – 2,5daN/cm2;
H - chiều cao mẫu, cm;
λ - biến dạng đàn hồi tương ứng với áp lực P, cm.
- Cũng theo quy trình của Việt Nam, trị số mơ đun đàn hồi thí nghiệm
của đất nền có thể được xác định theo phương pháp nén lún có hạn chế nở
hơng bằng máy nén địn bẩy, nhất là trong trường hợp đất kém dính, khơng
đúc được mẫu để ép theo cách nở hông tự do như trên. Theo phương pháp
này, mẫu được chế bị và khi thí nghiệm mẫu được đặt trong khn hình trụ có
đường kính không nhỏ hơn 4 lần và chiều cao không nhỏ hơn 3 lần so với
đường kính tấm ép (đường kính tấm ép thường dùng từ 4 – 5cm). Tải trọng
được truyền qua tấm ép đặt ở trung tâm mẫu và chất tải theo theo từng cấp (từ
3 – 4 cấp) cho đến cấp lớn nhất là P = 2 – 2,5daN/cm2. Cứ mỗi cấp, đợi cho
biến dạng ổn định lại dỡ tải và cũng đợi cho biến dạng phục hồi sau mỗi cấp.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
5
Trị số mơ đun đàn hồi thí nghiệm của mẫu đất được xác định theo công
thức (1.3) [15]:
ETN
P.D.(1 2 )
.
, daN/cm2
4
(1.3)
Trong đó:
λ - biến dạng đàn hồi đo được tương ứng với cấp tải trọng P, cm;
D- đường kính tấm ép, cm;
μ - hệ số Poisson, được lấy bằng 0,35.
Mơ đun đàn hồi tính tốn của đất nền được điều chỉnh theo công thức:
E = Kđc . ETN, daN/cm2
(1.4)
Trong đó:
ETN – trị số mơ đun đàn hồi thí nghiệm trong phịng, daN/cm2;
Kđc - hệ số điều chỉnh xác định theo toán đồ đã cho.
- Ở Mỹ, để tính tốn kết cấu áo đường người ta sử dụng chỉ tiêu Mô
đun đàn hồi hữu hiệu MR (Resilient Modulus) của đất nền. Việc xác định Mô
đun đàn hồi hữu hiệu MR của đất phải thơng qua thí nghiệm, theo hướng dẫn
của AASHTO T274 – 82 có thể tóm tắt như sau: một hiệu ứng suất dọc trục
gây nên bởi tải trọng lặp lại có độ lớn, chu kỳ và tần số cố định được đặt lên
một mẫu thí nghiệm hình trụ. Trong khi và giữa các lần đặt tải, mẫu thí
nghiệm chịu một ứng suất tĩnh xung quanh được tạo bởi một buồng nén 3
trục. Biến dạng dọc trục (phục hồi được) của mẫu sẽ được đo đạc và dùng để
tính tốn mơ đun đàn hồi phụ thuộc ứng suất động. Thí nghiệm mơ đun đàn
hồi động cho ta một phương tiện nhằm đánh giá đất nền đường trong những
điều kiện môi trường và trạng thái ứng suất mô phỏng gần giống như thật các
điều kiện làm việc của đường khi chịu tải trọng xe chạy [5].
- Ở Châu Âu, trong thí nghiệm nén tấm ép tại hiện trường người ta xây
dựng được đường cong quan hệ áp lực - độ lún. Khi đó có nhiều quan điểm
khác nhau về việc lựa chọn mô đun biến dạng theo theo đường cong ép lún
của lần chất tải thứ nhất Ev1 hay của lần thứ hai Ev2 để đánh giá khả năng chịu
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
6
tải của đất nền. Ở đường cong chất tải lần đầu khó lựa chọn phạm vi đường
cong để tính Ev1, bởi vì đường cong chất tải lần đầu có rất nhiều dạng khác
nhau, đường cong này rất cong hoặc theo dạng chữ S và thường khơng có
đoạn thẳng.
Tại Thụy Sỹ, ngồi tấm ép đường kính 30cm người ta cịn dùng tấm ép
đường kính 15cm, đại lượng đặc trưng quan trọng là mô đun nén tổng cộng
Mz xác định theo công thức (1.5) [10]:
Mz
D.P
S
(1.5)
Mô đun nén tổng cộng Mz xác định bằng đường cong đầm nén thứ nhất.
Mô đun biến dạng Ev theo lý thuyết khi thí nghiệm với các tấm nén đường
kính khác nhau phải ln ln có giá trị như nhau. Nhưng điều đó chỉ xảy ra
khi đất đem thí nghiệm hồn tồn đàn hồi (ví dụ chất tải lặp lại nhiều lần), còn
khi chất tải lần đầu (Ev1) ngồi biến dạng đàn hồi cịn có biến dạng do nén
chặt và biến dạng chảy dẻo cũng xuất hiện đồng thời. Do vậy, đề nghị dùng
tấm ép có đường kính 60cm (đặc biệt là đối với đất yếu) nhằm mục đích san
bằng hay triệt giảm hưởng của những yếu tố khơng có quy luật. Ảnh hưởng
của độ lớn tấm ép đến mô đun biến dạng đặc biệt rõ nếu nền không đồng nhất,
trong trường hợp này chiều sâu tác dụng của tấm ép (thường bằng khoảng 1,5
đến 2 lần đường kính tấm ép) có vai trị quan trọng, độ lún của tấm ép lớn
chịu ảnh hưởng bởi các lớp đất nằm phía dưới. Trong tính tốn mặt đường ơ
tơ Ev2 phải dùng tấm ép có chiều sâu tác dụng tương đương chiều dày kết cấu
áo đường.
Về vấn đề này, ở Pháp người ta sử dụng tấm ép có đường kính 60cm và
tiến hành thí nghiệm theo trình tự sau: Chu kỳ đặt tải đầu tiên, tải trọng được
chất lên tấm ép với tốc độ 80daN/s cho tới khi thu được một áp lực trung bình
dưới tấm ép là 2,5bars (tương ứng với một tải trọng tổng cộng 7065daN); khi
đạt được áp lực này thì đợi cho độ biến dạng ổn định, sau đó dỡ tải trong vịng
2 – 3 giây. Ở chu kỳ đặt tải thứ 2, cũng giống như chu kỳ đầu: đặt tải lên tấm
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
7
ép với tốc độ 80 daN/s cho tới khi thu được một áp lực trung bình dưới tấm ép
là 2,0bars (tương ứng với một tải trọng tổng cộng 5650daN), chờ khi độ lún
ổn định thì tiến hành dỡ tải. Sau mỗi chu kỳ đều ghi giá trị độ lún W1 (chu kỳ
đầu) và W2 (chu kỳ sau).
Từ các kết quả đo được, ta tính tốn mơ đun của một trong hai chu kỳ
đặt tải theo cơng thức chung tính độ lún tổng cộng trên bề mặt của mỗi khối
vô hạn, đồng nhất và đàn hồi chịu một tải trọng trên một tấm trịn cứng [10]:
W
1,5.Q.a
.(1 2 )
Ev
(1.6)
Trong đó:
W - độ lún của khối đất ở dưới tấm ép, mm;
Ev – mô đun biến dạng của đất dưới tấm ép, bars;
Q – áp lực nén gây biến dạng của đất dưới tấm ép, bars;
μ - hệ số Poisson bằng 0,35.
Xét tới các giá trị của áp lực trung bình thu được và coi biểu thức (1 – μ2) = 1
thì các mơ đun biến dạng trong lần đầu tiên và lần thứ 2 được tính theo (1.7):
Ev1
1125
W1
Ev 2
900
W2
(1.7)
1.2. Một số yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi của đất
- Khi nghiên cứu về ảnh hưởng của các nhân tố như loại đất, độ ẩm, độ
chặt đến các đặc trưng về cường độ của đất, các nhà khoa học Nga dựa vào
các kết quả thực nghiệm đã biểu diễn gần đúng sự phụ thuộc bằng đa thức có
dạng như (1.8) [3]:
E.c.tg0 = A.W3+ B.W2 + C.W + D
(1.8)
Trong đó:
A,B,C,D – các thơng số của phương trình phụ thuộc vào loại đất, độ
chặt của đất (được xác định trên cơ sở thực nghiệm), tra bảng 1.1;
E – mô đun đàn hồi của đất, daN/cm2;
c – cường độ lực dính kết của đất, daN/cm2;
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
8
0 – góc nội ma sát của đất, độ;
W – độ ẩm của đất, %.
Bảng 1.1: Các thông số cho phương trình (1.8)
Loại đất
Các đặc trưng
Hệ số đầm
của đất
nén
A
B
C
D
Cát
C
0,9 – 0,95
0
0
0
0
Á cát
tg0
0,9 – 0,95
-1,5968
3,3713
-2,555
1,2244
0,9
-
4479,5
-7247
2999,1
0,95
-
4996,7
-8246,4
3499,0
E
Các thơng số của phương trình
Á sét
C
0,9 – 0,95
-6,4680
15,139
-11,968
3,2577
Sét
tg0
0,9 – 0,95
0,79272
-0,92334
-0,00557
0,69454
0,9
-
500,25
-800,38
535,14
0,95
-
1992,7
-3100,0
1475,1
E
- Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Trung Quốc cũng cho thấy
rằng: giữa mô đun đàn hồi của nền đất với tính chất và trạng thái của đất có
tồn tại một quan hệ thực nghiệm như cơng thức (1.9) [11]:
E = A.Ka.Wx-b
(1.9)
Trong đó:
K - hệ số độ chặt của đất;
Wx - độ ẩm tương đối của đất;
A, a, b – các thơng số thí nghiệm thay đổi tuỳ theo vùng và loại
đất. Dựa trên sự phân chia khu vực của Trung Quốc và qua cơng tác thực đo,
phân tích một số lượng lớn các số liệu của các địa phương khác nhau, người
ta đã thiết lập được mối quan hệ cụ thể giữa E ~ K ~ Wx và tạo lập thành
bảng tra sẵn.
- Ở Việt Nam, trong đề tài cấp Nhà nước KC 10 – 05 “Công nghệ mới
trong xây dựng và sửa chữa đường ô tô” – 1994, do GS. TS Dương Học Hải
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
9
chủ trì lần đầu tiên đã đưa ra các kết quả nghiên cứu về giá trị đặc trưng cho
độ bền và độ biến dạng của các loại đất phụ thuộc vào độ chặt K và độ ẩm
tương đối Wx; các thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi theo phương pháp nén
nở hơng tự do. Do kết quả thí nghiệm còn phân tán nên đề tài chỉ khuyến cáo
dùng để tham khảo khi tính tốn cường độ kết cấu áo đường mềm trong giai
đoạn lập luận chứng kinh tế - kỹ thuật hoặc lập dự án tiền khả thi [14].
- Đối với khu vực Lương Sơn – Hồ Bình, cho đến thời điểm hiện tại
vẫn chưa có đề tài nghiên cứu nào về đất xây dựng được công bố. Do đó, để
có cơ sở dữ liệu khoa học và tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác và sử
dụng đất tại chỗ để xây dựng đường lâm nghiệp nói riêng và cơ sở hạ tầng
trong khu vực Lâm trường Lương Sơn – huyện Lương Sơn - tỉnh Hồ Bình
nói chung chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm, độ
chặt đến mô đun đàn hồi của đất dùng đắp nền đường lâm nghiệp khu vực
Lương Sơn - Hịa Bình”.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
10
Chng 2
mục tiêu, đối tượng, phạm vi, nội dung
và phương pháp nghiên cứu
2.1. Mc tiờu nghiờn cu
ti c thc hiện nhằm xác định được ảnh hưởng của độ ẩm, độ
chặt đến mô đun đàn hồi (được thể hiện bằng mối quan hệ toán học giữa độ
ẩm, độ chặt và mô đun đàn hồi) của đất dùng đắp nền đường lâm nghiệp trong
khu vực Lâm trường Lương Sơn - Hoà Bình; đồng thời, đề tài cũng nhằm xác
định một số tính chất cơ bản như: thành phần hạt, độ ẩm tự nhiên, giới hạn
dẻo, giới hạn chảy và độ chặt tiêu chuẩn của đất.
Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần xây dựng cơ sở lý luận khoa học, thực
tiễn và tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác và sử dụng đất xây dựng
đường lâm nghiệp cũng như xây dựng các cơng trình cơ sở hạ tầng khác trong
khu vực; đồng thời kết quả nghiên cứu sẽ là tài liệu tham khảo tốt cho công
tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học của cán bộ, giáo viên và sinh viên về
lĩnh vực đất xây dựng.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là đất xây dựng trong khu vực Lâm
trường Lương Sơn - huyện Lương Sơn - tỉnh Hồ Bình.
2.3. Phạm vi nghiên cứu
Do hạn chế về quy mô đề tài và thời gian quy định làm luận văn tốt
nghiệp, đề tài chỉ nghiên cứu thành phần hạt, độ ẩm tự nhiên, giới hạn dẻo,
giới hạn chảy và ảnh hưởng của độ chặt, độ ẩm đến mô đun đàn hồi của một
số mẫu đất đặc trưng trong khu vực Lâm trường Lương Sơn – Hịa Bình bằng
các thí nghiệm trong phịng; việc xác định trị số mô đun đàn hồi của đất được
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
11
thực hiện bằng phương pháp nén một trục nở hông tự do các mẫu đất ở các
trạng thái độ ẩm và độ chặt dự kiến; quá trình nghiên cứu các mẫu đất được
tiến hành trong điều kiện Phịng thí nghiệm Bộ mơn Cơng trình Lâm nghiệp –
Khoa Cơng nghiệp Phát triển nông thôn - Trường Đại học Lâm nghiệp.
2.4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu đặc điểm chung của khu vực Lâm trường Lương Sơn Hồ Bình.
- Lựa chọn các vị trí lấy mẫu đất và phương pháp lấy mẫu đất.
- Nghiên cứu một số tính chất cơ bản của đất trong khu vực: thành phần
hạt, độ ẩm tự nhiên, giới hạn dẻo, giới hạn chảy và độ chặt tiêu chuẩn của đất.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm và độ chặt đến mô đun đàn hồi của
đất trong khu vực.
2.5. Phương pháp nghiên cứu
2.5.1. Các phương pháp được đề tài sử dụng
Để đạt được mục tiêu, đề tài sẽ sử dụng một số phương pháp nghiên
cứu như sau:
- Phương pháp thực nghiệm khoa học: Đây là phương pháp nghiên cứu
được sử dụng nhiều nhất và xuyên suốt đề tài. Phương pháp này được sử dụng
trong phân tích các mẫu đất thí nghiệm để xác định một số tính chất cơ bản và
tìm ra quan hệ giữa các yếu tố: độ chặt, độ ẩm và mô đun đàn hồi.
- Phương pháp thừa kế tư liệu: sử dụng các kết quả nghiên cứu trên thế
giới và trong nước về các tính chất cơ bản, về mơ đun đàn hồi và các yếu tố
ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi của đất xây dựng nền đường; về điều kiện của
khu vực nghiên cứu; …
- Phương pháp đánh giá nhanh: nhằm giảm bớt khối lượng cơng việc và
chi phí thực hiện đề tài, phương pháp đánh giá nhanh sử dụng trong việc khảo
sát, đánh giá sơ bộ đặc điểm đất xây dựng trong khu vực, từ đó xác định loại
đất đại diện, xác định số lượng và các vị trí lấy mẫu đất.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
12
- Phương pháp chuyên gia: sử dụng trong việc xây dựng các phương án
lấy mẫu, các phương án thí nghiệm và phân tích kết quả nghiên cứu.
2.5.2. Nội dung phương pháp quy hoạch thực nghiệm
Một phương pháp thường được sử dụng hiện nay trong nghiên cứu thực
nghiệm là phương pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN) [1].
Phương pháp này dựa trên cơ sở lý thuyết về kế hoạch hố các thí
nghiệm. Đây là một khoa học về chiến lược tổ chức thí nghiệm đã được
R.Fisher đề xướng từ những năm 20 của thế kỷ XX. Sau đó được các nhà
khoa học trong nhiều lĩnh vực khác nhau hoàn thiện và sử dụng rất hiệu quả
trong nghiên cứu khoa học.
Quy hoạch thực nghiệm đã trở thành một khoa học về cách thức tổ
chức thí nghiệm sao cho nhận được một lượng thơng tin đầy đủ nhất, chính
xác nhất với một chi phí ít nhất về thời gian, vật liệu và công sức. Như vậy
mục tiêu quan trọng nhất của QHTN là giảm chi phí của q trình nghiên cứu.
Để đạt được mục tiêu này, người nghiên cứu phải xét tất cả các yếu tố ảnh
hưởng đến chi phí trong q trình thực nghiệm từ việc chọn đại lượng nghiên
cứu, các tham số ảnh hưởng (cả về số lượng và giá trị của chúng), đến cách
tiến hành, bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu.
Như đã biết, để có thể lập được hàm tương quan theo phương pháp cổ
điển ta phải cho mỗi yếu tố ảnh hưởng nhận khơng ít hơn 5 mức, số mức càng
lớn thì kết quả tương quan càng chính xác. Nhưng nếu biết trước dạng hàm
tương quan thì chỉ cần xác định một số ít điểm quan sát cũng có thể lập được.
Ví dụ, nếu hàm f(x) là hàm bậc nhất (tuyến tính) chỉ cần 2 điểm; f(x) là hàm
bậc hai - cần 3 điểm cũng đủ lập được hàm tương quan. Nghĩa là để rút gọn số
lượng thí nghiệm cần biết trước dạng hàm tương quan, nên trong QHTN trước
hết phải xác định dạng hàm f(x), rồi chủ động chọn 2, 3 hay 5 mức thí nghiệm
cần thiết là vừa đủ. Phương pháp này gọi là phương pháp thực nghiệm chủ
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
13
động (chủ động định trước dạng hàm tương quan f(x), nên QHTN còn được
gọi là thực nghiệm chủ động – Active).
Để thực hiện việc nghiên cứu bằng phương pháp QHTN cần phải tiến
hành các bước công việc như sau:
- Xây dựng thực nghiệm;
- Chọn kế hoạch thực nghiệm;
- Tổ chức thí nghiệm;
- Xử lý số liệu – tìm tương quan;
- Phân tích và đánh giá kết quả.
Qúa trình xử lý số liệu, tìm phương trình tương quan, phân tích và đánh
giá kết quả đề tài sử dụng phần mềm QHTN của TS. Đậu Thế Nhu - Viện Cơ
điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch Hà Nội (gọi tắt là phần mềm
QHTN) kết hợp với sự trợ giúp tính toán của phần mềm Microsoft Office
Excel 2003 (gọi tắt là phần mềm Excel 2003) .
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
14
Chng 3
đặc điểm chung của khu vực
và lựa chọn đất nghiªn cøu
3.1. Đặc điểm chung của khu vực nghiên cứu
- Lâm trường Lương Sơn nằm ở phía Tây Bắc của huyện Lương Sơn,
tỉnh Hồ Bình.
+ Phía Bắc giáp xã Đơng Xuân, huyện Lương Sơn.
+ Phía Nam giáp xã Trường Sơn, xã Tân Vinh, huyện Lương Sơn.
+ Phía Đơng giáp xã Lâm Sơn, huyện Lương Sơn.
+ Phía Tây giáp xã Dân Hồ, huyện Kỳ Sơn.
- Địa hình, địa thế: chủ yếu là địa hình đồi núi thấp, độ cao trung bình
là 250 m, cá biệt có một đỉnh thuộc hệ dơng núi của đỉnh Viên Nam cao trên
800m (nằm ở phía Bắc lâm trường).
- Khí hậu, thuỷ văn:
+ Khu vực Lương Sơn - Hồ Bình nằm ở vùng khí hậu nhiệt đới gió
mùa, một năm chia làm 2 mùa rõ rệt. Mùa mưa (nóng, ẩm) kéo dài từ tháng 4
đến tháng 10 với lượng mưa bình quân từ 1.700 – 1.800 mm, chiếm gần 90%
tổng lượng mưa cả năm. Mùa khô (hanh, khô) kéo dài từ tháng 11 năm nay
đến tháng 3 năm sau với lượng mưa trung bình khoảng 100 – 200 mm, chiếm
hơn 10% tổng lượng mưa cả năm.
+ Lượng mưa trung bình năm là 2000 mm.
+ Nhiệt độ khơng khí bình qn năm là 23,6oC, cao nhất là 37,6oC vào
các tháng 6 – 7, thấp nhất là 5oC vào tháng 12 và tháng 1 năm sau. Độ ẩm
không khí trung bình là 85%, cao nhất trên 90%, thấp nhất là 70% vào các
tháng 11 và 12.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
15
+ Chế độ gió: Mùa hè gió Đơng Nam là chủ yếu. Gió Lào một năm
xuất hiện một vài đợt nhưng không thường xuyên, mỗi đợt 3 – 4 ngày. Mùa
đơng có gió Đơng Bắc thường tập trung vào tháng 11, 12 và tháng 1 năm sau.
- Địa hình, địa chất:
+ Địa hình khu vực lâm trường Lương Sơn bị chia cắt bởi nhiều khe
suối, các suối chính chảy quanh năm, các khe nhỏ và vừa về mùa đông cạn
nước.
+ Theo các kết quả nghiên cứu trong nông nghiệp, đất đai trong khu
vực chủ yếu là đất Feranit phát triển trên phiến thạch sét, Poocpirit và đá vơi,
một số ít đất ruộng nước phát triển trên phù sa cổ với độ dày tầng đất trung
bình là 40 – 50 cm.
- Tình hình dân sinh – kinh tế - xã hội:
Khu vực Lâm trường hiện có khoảng 150 cán bộ, cơng nhân viên định
cư (bao gồm cả những người đang làm việc và đã nghỉ hưu) và một số hộ dân
địa phương cư trú. Tồn thể cán bộ, cơng nhân viên cũng như nhân dân trong
khu vực khơng có đất nơng nghiệp để sản xuất, thiếu việc làm, đời sống kinh
tế gặp nhiều khó khăn, cơng việc chủ yếu là làm kinh tế vườn, làm nương rẫy
và chăn ni gia đình (trong đó chủ yếu là trồng chè, cây ăn quả).
- Điều kiện giao thông: Giao thông trong khu vực Lâm trường chủ yếu
bằng đường bộ: Quốc lộ 6A chạy qua với tổng chiều dài khoảng 5km, còn lại
là hệ thống đường lâm nghiệp dẫn đến các đội sản xuất và các khu vực trong
Lâm trường với tổng chiều dài khoảng 15km. Nhìn chung do địa hình bị
nhiều chia cắt bởi khe, suối và kinh phí đầu tư xây dựng cịn hạn chế nên
đường lâm nghiệp trong khu vực thường có độ dốc lớn, cấp đường thấp, mức
độ kiên cố chưa cao (chủ yếu là áo đường bằng đất tại chỗ) nên đường thường
xuyên phải tu sửa và xây dựng lại. Chính vì vậy, việc giao thơng đi lại của
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
16
dân địa phương, của người lao động và việc vận chuyển lâm sản cịn gặp
nhiều khó khăn, đặc biệt là về mùa mưa lũ.
Trong thời gian tới việc quy hoạch và cải tạo, nâng cấp, xây dựng hệ
thống cơ sở hạ tầng, đặc biệt là đường lâm nghiệp là công việc phải làm nhằm
tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển sản xuất và giao thơng trong khu vực,
góp phần thực hiện mục tiêu phát triển bền vững tài nguyên rừng và đất rừng,
nâng cao đời sống của cán bộ, cơng nhân viên của Lâm trường và dân địa
phương. Vì thế, việc nghiên cứu về đất xây dựng đường lâm nghiệp trong khu
vực là rất cần thiết.
3.2. Lựa chọn các vị trí lấy mẫu đất
3.2.1. Yêu cầu kỹ thuật của đất sử dụng đắp nền đường
Yêu cầu cơ bản đối với nền đường là phải có đủ cường độ và độ ổn
định. Chất lượng sử dụng của mặt đường phụ thuộc rất lớn vào cường độ và
độ ổn định của nền đường. Nền đường là do đất tạo nên (hay đất là vật liệu
chủ yếu để xây dựng nền đường), vì thế kết cấu của nền đường, mặt đường và
các cơng trình khác phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của đất. Sự lựa chọn
máy, năng suất máy, phương pháp thi cơng cũng phụ thuộc vào tính chất của
đất và mức độ khó khăn khi làm đất.
Cường độ của đất phụ thuộc vào các nhân tố chủ yếu như: thành phần
hạt, độ ẩm và độ chặt. Tuy đất là vật liệu chủ yếu để làm nền đường, nhưng
không thể tiêu chuẩn hoá được như phần lớn các vật liệu dùng khi xây dựng
cơng trình. Trong nhiều vùng tính chất của đất thay đổi trên từng đoạn tuyến
ngắn. Trên cùng một vùng địa lý nhất định, các điều kiện tự nhiên khi đắp nền
đường và khi sử dụng nền đường cũng thay đổi trên từng đoạn tương đối
ngắn.
Yêu cầu cơ bản đối với đất nền đường là cường độ và độ ổn định chịu
nước. Độ ổn định chịu nước là sức kháng của đất không cho nước thấm sâu
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
17
vào hay khơng cho nước xói mịn đất. Độ ổn định chịu nước cịn được hiểu là
tính chất khơng thay đổi cường độ của đất khi độ ẩm thay đổi trong một phạm
vi lớn.
Về mặt lý thuyết, tất cả các loại đất đều có thể dùng để đắp nền đường,
tuy nhiên phải sử dụng các kết cấu và các biện pháp kỹ thuật khác nhau.
Một số loại đất thường gặp dùng trong việc đắp nền đường như sau:
- Đất lẫn đá: Đất lẫn đá bao gồm các hạt đá có kích thước lớn hay nhỏ
lẫn với cát và sét. Vì các tảng đá rời đó khi di chuyển khỏi các vị trí tự nhiên
của nó đã chịu tác dụng của nước và các nhân tố phong hoá khác, nên phần
lớn các trường hợp đá trong đất lẫn đá đều có đủ cường độ và không bị mềm
trong nước. Đất lẫn đá nếu có thêm thành phần cát và sét hợp lý sẽ là loại vật
liệu rất tốt để đắp nền đường và đảm bảo nền đường ổn định.
- Đất cát: Đất cát là một loại đất vụn, rời rạc, ít dính, kích thước hạt nhỏ
hơn 2mm, nước thấm qua dễ và có chiều cao dâng nước mao dẫn thấp. Thơng
thường khi bị no nước cường độ của nó ít bị thay đổi. Vì vậy cát là một loại
vật liệu tốt để đắp nền đường, đặc biệt là ở các chỗ có điều kiện thuỷ văn bất
lợi như ở các nơi có mức nước ngầm cao, nước đọng thường xuyên, bãi lầy và
nhất là làm nền đường ven bãi sông (khi nước lũ rút đi nền đường rất nhanh
khô). Tuy vậy, do độ dính nhỏ, nên đất cát dễ bị xói lở và bào mịn do tác
dụng của nước và gió.
- Đất cát bột: Loại này chứa 15 – 50% hạt bột, ít dính, khi no nước độ
ổn định giảm đi rất nhiều và ta luy có thể bị lở, ở những nơi có độ ẩm cao
khơng dùng được loại đất này để làm nền đường.
- Đất á cát: Loại đất này có hàm lượng các hạt sét vừa đủ để giữ được
tính dính trong lúc khơ. Lúc bị ướt, loại này vẫn duy trì được sức chịu đựng
tải trọng, đảm bảo nền đường được ổn định. Nền đường được đắp bằng loại
đất này rất tốt, có thể dùng ở vùng khô ráo cũng như ở vùng ẩm ướt.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
18
- Đất á cát nhỏ hạt: Loại này chứa trên 50% những hạt có đường kính
nhỏ hơn 0,25mm và kém ổn định ở trạng thái quá ướt (bão hoà nước) và có
khuynh hướng bị nở ra. Nền đường đắp bằng loại đất này phải có biện pháp
tránh cho đất khơng bị bão hoà nước.
- Đất bột: Đất bột chứa rất nhiều những hạt từ 0,005 – 0,1mm, khi nước
thấm vào thì bị nhão ra. Trên ta luy nền đường với loại đất này rất dễ bị xói
lở, nền đường có mặt đường cấp hạng cao không đắp bằng loại đất này.
- Đất á sét: Đất này là loại vật liệu xây dựng đường tốt, có sức chống
xói lở rất lớn và làm cho ta luy được ổn định.
- Đất á sét nặng: So với các loại đất trên thì loại đất này có hàm lượng
sét cao, tính thấm nhỏ, khả năng dính và dẻo hơn đất á sét. Loại này chỉ thích
hợp dùng để đắp nền đường trong điều kiện có biện pháp giữ đất khơng bị q
ẩm.
- Đất á sét bột: Chứa nhiều thành phần hạt bột hơn đất cát. Đây là một
loại đất dính, kém thấm nước. Loại đất này khi bị ẩm ướt sẽ mất ổn định nên
chỉ có thể dùng đắp nến đường ở những nơi khơ ráo.
- Đất sét: Là loại đất có sức dính kết lớn và thấm nước rất kém, do đó
nó lâu bão hồ nước và cũng lâu khơ. Loại đất này dùng làm nền đường ở
vùng khô ráo và ở vùng chỉ ẩm ướt trong thời gian ngắn. Ở trạng thái quá ẩm
đất sét sẽ trở thành mềm nhão và không nén chặt được.
- Đất hữu cơ: Bùn và than bùn khi độ ẩm thay đổi thì thay đổi thể tích
nhiều. Lúc ướt thì mất sức dính kết và tan rã ra. Than bùn có thể làm nền
đường đắp thấp, cao dưới 3m với điều kiện phủ lên trên nó một lớp đất ổn
định khơng mỏng hơn 1m.
Ngồi các u cầu về kỹ thuật như trên, đất xây dựng đường lâm
nghiệp phải đảm bảo một yêu cầu quan trọng nhằm làm giảm chi phí xây
dựng đường đó là: “sử dụng đất tại chỗ”, nghĩa là cự ly điều vận đất phải
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
19
ngắn, mà tốt hơn hết là dùng đất phần nền đào đắp cho phần nền đắp. Do đó
việc nghiên cứu nên lựa chọn các mẫu đất được lấy tại các vị trí liền kề và
phân bố liên tục trên từng tuyến đường.
3.2.2. Những vị trí lấy mẫu đất và phương pháp lấy mẫu đất
3.3.2.1. Các vị trí lấy mẫu
Như đã phân tích ở trên, mỗi địa phương, mỗi khu vực địa lý khác nhau
có những loại đất xây dựng nền đường khác nhau. Đặc biệt, đối với đường
lâm nghiệp do đặc điểm nằm trong địa hình rừng núi, việc vận chuyển đất và
vật liệu xây dựng đường từ nơi khác đến là rất khó khăn, tốn kém. Thực tế
đường lâm nghiệp với đặc điểm cơ bản là cấp đường thấp, nên trong quá trình
thiết kế xây dựng đường lâm nghiệp luôn gắn liền với việc sử dụng đất và vật
liệu tại chỗ nhằm giảm giá thành xây dựng, góp phần nâng cao hiệu quả sản
xuất của các lâm trường. Xuất phát từ mục tiêu đó, đề tài lựa chọn các mẫu
đất nghiên cứu sao cho khác nhau về thành phần hạt và phải mang tính đại
diện cho đất xây dựng trong khu vực. Đồng thời các vị trí lấy mẫu đất này
phải nằm dọc theo các tuyến đường trong các đội sản xuất của Lâm trường để
đảm bảo cự li vận chuyển đất nhỏ nhất và khi thi công đường có thể lấy ngay
đất phần nền đào để đắp sang phần nền đắp. Tuy nhiên, do điều kiện thời gian
và điều kiện thí nghiệm cũng như quy mơ, mức độ cho phép của đề tài, số
lượng các vị trí lấy mẫu đất sẽ bị hạn chế và chỉ tập trung nghiên cứu các loại
đất sét pha và cát pha được lấy tại các tuyến trục chính. Các loại đất lớn hạt
thường có các tính chất cơ lý tốt hơn nên đề tài chưa nghiên cứu.
Kết quả khảo sát thực tế và tham khảo ý kiến của cán bộ Lâm trường
Lương Sơn về tình hình đất đai trong khu vực, cho thấy hầu hết các loại đất
đều có thể sử dụng cho việc đắp nền đường lâm nghiệp, thành phần hạt và
một số chỉ tiêu cơ bản không khác nhau nhiều. Do vậy để đề tài có thể nghiên
cứu tập trung, trong khuôn khổ đề tài này chỉ nghiên cứu một số mẫu đất
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
20
mang tính đại diện được lấy tại 3 tuyến đường trục chính thuộc 3 đội sản xuất
khác nhau của Lâm trường Lương Sơn – Hồ Bình. Vị trí các tuyến đường lấy
mẫu đất nghiên cứu được thể hiện trên hình 3.1.
3
B
Đội Ao Hà
3
KỲ SƠN
1
Đội 1
1
2
Đội 2
QL 6
2
Hình 3.1: Vị trí các tuyến đường lấy mẫu đất nghiên cứu
(1) - tuyến 1 (đất Đội 1); (2) - tuyến 2 (đất Đội 2); (3) - tuyến 3 (đất Đội Ao Hà).
- Tuyến số 1 (Đất Đội 1): Tuyến này thuộc khu vực Đội 1, đoạn khảo
sát lấy mẫu có chiều dài khoảng 3.5 km.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
21
- Tuyến số 2 (Đất Đội 2): Đây là tuyến đường trục chính thuộc khu vực
Đội 2, đoạn khảo sát lấy mẫu có chiều dài khoảng 2.5 km.
- Tuyến số 3 (Đất Đội Ao Hà): Đây là tuyến đường trục chính thuộc
khu vực Đội Ao Hà, đoạn khảo sát lấy mẫu có chiều dài khoảng 4 km.
Sơ bộ nhận xét đất tại các tuyến đường này có thành phần hạt khác
nhau và đều có thể đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật đối với đất đắp nền đường
lâm nghiệp cũng như đắp nền các cơng trình xây dựng nói chung.
Về nguyên tắc chúng ta phải lấy mẫu đất dọc theo tuyến với mật độ
càng cao càng tốt, nhưng do điều kiện thời gian hạn chế, trên mỗi tuyến
đường chúng tôi chỉ lựa chọn 5 vị trí lấy mẫu, các vị trí cách nhau khoảng 500
– 700m tuỳ theo điều kiện cụ thể của địa hình và đặc điểm địa chất nơi tuyến
đi qua, đồng thời phải đảm bảo mẫu mang tính đại diện cho đất xây dựng của
tuyến đường đó.
3.3.2.2. Phương pháp lấy mẫu
Việc lấy mẫu được thực hiện như sau: Tại mỗi vị trí dự định lấy mẫu
đất tiến hành mở luống đào, chiều sâu luống đào khoảng 2 – 3m và rộng 0,5m
tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất cụ thể. Tại mỗi luống, sau khi loại
bỏ lớp đất trên mặt rời rạc và khô, trải một lớp vải mưa dày ở chân bờ dốc
(chân taluy) và tiến hành đào từ trên mặt đất xuống để cho đất rơi vào tấm vải
mưa, sau đó đổ vào các bao đựng có ký hiệu mẫu sẵn và gói lại đưa về, lượng
đất lấy đủ để làm thí nghiệm. Nếu đất có sự phân lớp rõ ràng thì phải đào và
để đất riêng của từng lớp vào các bao khác nhau. Thực tế tại các vị trí lấy
mẫu, do độ sâu đào khơng lớn nên khơng thấy có sự phân lớp rõ rệt, vì thế có
thể coi đất tại các luống là đồng nhất. Ở mỗi vị trí lấy mẫu lấy khoảng 3 kg
đất ở 3 độ sâu khác nhau cho vào 3 túi nilong buộc chặt để giữ nguyên độ ẩm
tự nhiên của đất.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
22
Việc lấy mẫu, bao gói, vận chuyển và bảo quản mẫu đất được thực hiện
theo đúng yêu cầu của Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2683 - 91.
Hình 3.2: Mơ tả quá trình và phương pháp lấy mẫu đất
Do hạn chế về thời gian và điều kiện thí nghiệm nên đề tài không thể
nghiên cứu chi tiết từng mẫu đất riêng lẻ, mà chỉ nghiên cứu với các mẫu tổng
hợp. Cụ thể: tại phịng thí nghiệm, các mẫu đất lấy từ các luống đào của cùng
tuyến được trộn đều để tạo thành một mẫu tổng hợp đại diện cho đất xây dựng
của từng tuyến. Quá trình nghiên cứu của đề tài được thực hiện với các mẫu
đại diện.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
