Nghiên cứu cơ sở khoa học đề xuất kết cấu mặt đê đảm bảo chống lũ và kết hợp giao thông (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐẶNG CÔNG HƯỞNG

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỀ XUẤT KẾT CẤU
MẶT ĐÊ ĐẢM BẢO CHỐNG LŨ VÀ KẾT HỢP GIAO THÔNG

Chuyên ngành

: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số

: 62580202

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2017


Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Nguyễn Hữu Huế
Người hướng dẫn khoa học 2: GS.TS. Lê Kim Truyền

Phản biện 1: PGS.TSKH. Bạch Đình Thiên
Phản biện 2: GS.TS. Nguyễn Chiến

Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Thanh Bằng

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại ..............................,
Trường Đại học Thủy lợi và lúc ... giờ, ngày ... tháng ... năm 2018.

Có thể tìm hiểu Luận án tại:
- Thư viện Quốc gia
- Thư viện Trường Đại học Thủy lợi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hệ thống đê sông Việt Nam có lịch sử hình thành và phát triển lâu đời qua các
thời kỳ, đặc điểm của các tuyến đê sông là: thân đê được đắp bằng nhiều loại
đất khác nhau, không đảm bảo tính đồng nhất; nền đê không được xử lý theo
quy định trước khi đắp. Ngày nay, trước nhu cầu phát triển của kinh tế, xã hội
đã có nhiều tuyến đê sông được quy hoạch sử dụng làm đường giao thông, đây
là xu thế tất yếu. Trước thực tế đó, cần có những nghiên cứu tìm ra giải pháp
tăng cường khả năng chịu lực của thân đê hiện hữu nhằm vừa đảm bảo an toàn
chống lũ đồng thời đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của một tuyến đường giao
thông là thực sự cần thiết. Mặt khác, tro bay tuy là phế thải của ngành điện
nhưng sử dụng được trong nhiều lĩnh vực sản xuất vật liệu khác nhau. Trước
đây, đã có những nghiên cứu sử dụng tro bay để sản xuất vật liệu xây dựng, chủ
yếu trong xi măng đã góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đem lại hiệu
quả kinh tế nhất định. Ở Việt Nam và trên thế giới chưa có nghiên cứu cụ thể
nào về việc sử dụng lại lớp đất thân đê yếu để xử lý đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
của lớp nền thượng khi kết hợp giao thông. Trong đề tài này, tác giả tập trung
nghiên cứu giải pháp tăng cường độ ổn định của đất thân đê đóng vai trò là lớp
nền thượng trong phạm vi chịu tác dụng của tải trọng giao thông trên đỉnh đê
và nghiên cứu giải pháp gia cố lớp móng trong kết cấu áo mặt đường đê khi kết

hợp giao thông. Từ đó đề xuất kết cấu mặt đường đê thích hợp đảm bảo chống
lũ và kết hợp giao thông.
2. Mục đích nghiên cứu
- Xây dựng được cơ sở khoa học để lựa chọn kết cấu mặt đê đảm bảo chống lũ
và kết hợp giao thông;
- Xây dựng cơ sở khoa học để gia cố đất thân đê hiện trạng, cấp phối đá dăm
với chất kết dính để tăng cường độ và độ ổn định.

1


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Các tuyến đê sông, trọng tâm là tuyến đê sông có kết hợp giao thông của tỉnh
Bắc Ninh;
- Chất thải công nghiệp cụ thể là tro bay của các nhà máy nhiệt điện.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Lớp đất thân đê khi kết hợp giao thông (chiều sâu 0,9÷1,3m) từ mặt đê trở
xuống;
- Áp dụng cho hệ thống đê sông tỉnh Bắc Ninh và thử nghiệm cho đê hữu Đuống.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
4.1. Cách tiếp cận
- Tiếp cận từ thực tế khi đầu tư xây dựng, cải tạo, nâng cấp các tuyến đê sông;
- Tiếp cận các lý thuyết, thực nghiệm về nâng cao khả năng chịu lực của vật
liệu đất và cấp phối đá dăm.
4.2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết;
- Phương pháp khảo sát, điều tra;
- Phương pháp sử dụng các lý thuyết toán học thống kê xác xuất;
- Phương pháp thực nghiệm trong phòng và hiện trường.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án
- Ý nghĩa khoa học: Luận án đã đóng góp mới về cơ sở khoa học để xây dựng
kết cấu mặt đê bảo đảm yêu cầu kết hợp giao thông, bổ sung phát triển khoa học
trong lĩnh vực xây dựng hạ tầng.
- Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài đã đề xuất được kết cấu mặt đê vừa đảm bảo chống
lũ, vừa đáp ứng tiêu chuẩn đường giao thông cấp III.
6. Cấu trúc luận án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm có 4 chương:
2


Chương 1: Tổng quan về hệ thống đê sông kết hợp giao thông
Chương 2: Cơ sở khoa học để cải thiện đất thân đê đảm bảo yêu cầu chống lũ
và kết hợp giao thông
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm xác định các giải pháp gia cố đê kết hợp
làm đường giao thông
Chương 4: Ứng dụng kết quả nghiên cứu cho đê hữu Đuống, tỉnh Bắc Ninh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÊ SÔNG KẾT HỢP GIAO
THÔNG
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống đê sông
Trên thế giới, những tuyến đê đầu tiên được hình thành từ rất xa xưa. Mục đích
chính của các tuyến đê nhân tạo là tạo nên một phòng tuyến ngăn chặn lũ lụt
bảo vệ các vùng dân cư hoặc đồng ruộng trũng. Tại Hà Lan, do đa số lãnh thổ
của đất nước này thấp hơn mực nước biển, những con đê được xây dựng sớm
nhất vào khoảng thế kỷ 11 và ngày càng được mở rộng. Ở Mỹ, hệ thống đê nổi
tiếng được xây dựng dọc theo sông Mississippi và Sacramento. Ở Nhật Bản,
các dự án siêu đê được xây dựng từ những năm 1987 dọc theo các con sông lớn
ở Kyoto và Osaka như Tonegawa, Edogawa, Arakawa, Tamagawa, Yodogawa
và Yamatogawa.

Trong những buổi đầu sơ khai của tổ tiên ta, người Việt cổ đã bắt đầu nghĩ đến
việc đắp bờ khoanh vùng giữ nước và chống ngập trong mùa lũ. Dần dần, những
bờ vùng được mở rộng và đắp cao thêm, từ đây những con đê đầu tiên được
hình thành. Theo thời gian cùng với kinh nghiệm chống lũ tích lũy trong quá
trình sản xuất, các tuyến đê ngày càng được tôn cao, mở rộng, nối dài thêm.
Hiện tại, tổng số chiều dài hệ thống đê sông trong vùng đồng bằng sông Hồng
là 3.000km, gồm 2.417km đê thuộc Bắc Bộ, và 420km ở các sông vùng Thanh
- Nghệ. Hệ thống sông Hồng có 1.667km đê và 750km đê thuộc hệ thống sông
Thái Bình.
3


1.2 Hệ thống đê sông tỉnh Bắc Ninh
1.2.1 Quy định về tiêu chuẩn phòng lũ đối với các tuyến đê sông tỉnh Bắc
Ninh
Tiêu chuẩn phòng lũ cho các tuyến đê thuộc tỉnh Bắc Ninh được quy định tại
Quyết định số 257/QĐ-TTg ngày 18/02/2016 của Thủ tướng chính phủ về việc
Phê duyệt Quy hoạch phòng chống lũ và quy hoạch đê điều hệ thống sông Hồng,
sông Thái Bình. Theo đó, tần suất đảm bảo chống lũ thiết kế cho tuyến đê sông
Đuống và sông Thái Bình thuộc địa bàn Bắc Ninh (nằm ngoài khu vực đô thị
trung tâm Hà Nội) là P = 0,33% tương ứng với chu kỳ 300 năm. Các tuyến đê
khác như đê sông Cầu và sông Cà Lồ có tần suất bảo đảm chống lũ thiết kế P =
2%, tương ứng chu kỳ 50 năm.
1.2.2 Quy hoạch hệ thống đê sông kết hợp làm đường giao thông tỉnh Bắc
Ninh
Một số tuyến đê trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh đã được quy hoạch (một phần hoặc
toàn bộ chiều dài) làm đường giao thông và thực tế đã gánh vác nhiệm vụ giao
thông trong nhiều năm qua như tuyến đê: hữu sông Đuống, tả sông Đuống, hữu
sông Thái Bình, hữu sông Cầu,… Cụ thể, các tuyến đường liên tỉnh như ĐT276;
ĐT283; ĐT291; ĐT280 thuộc tuyến đê tả và hữu sông Đuống đã được quy

hoạch giao thông tương ứng với quy mô đường cấp IV đồng bằng.
1.3 Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước về đê kết hợp giao thông
1.3.1 Nghiên cứu ở trong nước
Tác giả Phan Khánh đã chỉ ra một số giai đoạn chính trong đó có thể kể đến giai
đoạn gắn với các triều đại phong kiến, giai đoạn chiến tranh và giai đoạn sau
đổi mới. Ngày 25/06/1962, Phủ Thủ tướng Nước Việt Nam Dân Chủ Cộng Hòa
đã ban hành Thông tư số 68-TTg về việc Phối hợp công tác giữa hai ngành giao
thông và thủy lợi. Nghiên cứu về đê đa mục tiêu đầu tiên được tiến hành bài bản
là của V.M.Bezruk và A.X.Elenovits, việc nghiên cứu khai thác tổng thể dòng
sông Hồng qua địa phận Hà Nội với mục đích phát triển bền vững, khai thác tối
đa quỹ đất ven sông cũng như các yêu cầu về an toàn của công trình đê đã được
4


đề cập. Nghiên cứu về đặc điểm địa chất công trình nền đê sông Hồng của tác
giả Trần Văn Tư.
1.3.2 Nghiên cứu của nước ngoài
Việc nghiên cứu đê để sử dụng cho mục đích làm đường giao thông không được
đề cập riêng rẽ trong nhiều nghiên cứu. Trong hướng dẫn thiết kế đê sông do
Bộ Giao thông, Công chính và Thủy lợi Hà Lan phát hành năm 1991 có ghi rõ
“việc tính đến phương tiện di chuyển trên đỉnh đê là cần thiết kể cả trong tình
huống nước tràn đỉnh đê”. Đê sử dụng nhiều mục đích khác nhau đã có từ hàng
trăm năm theo lịch sử phát triển của hệ thống các công trình phòng lũ và xã hội
loài người. Về chủ đề này hiện đang được tập hợp một cách hệ thống ở các nước
phát triển như Mỹ, Hà Lan, Đức, Nhật cũng như ở các nước đang phát triển như
Trung Quốc, Việt Nam. Đây là khoa học giao thoa giữa lĩnh vực thủy lợi và
giao thông đòi hỏi phải nghiên cứu thận trọng, hệ thống và có tính kế thừa.
1.4 Sử dụng chất kết dính để gia cố đất trên thế giới và Việt Nam
1.4.1 Nghiên cứu, sử dụng xi măng gia cố đất trên thế giới
Khối lượng xi măng trong hỗn hợp gồm đất và xi măng được tính theo tỷ lệ

phần trăm của khối lượng đất khô. Đã có nhiều công trình nghiên cứu trên thế
giới về tỷ lệ xi măng hợp lý trong gia cố đất, điển hình là nghiên cứu của các
tác giả sau: Lan Wang; Shiells và các cộng sự (2003); Mitchell và Freitag
(1959); Viện kĩ thuật Châu Á, Law (1989); Hisaa Aboshi và Nashahiko
Kuwabara; DOH and JICA (1998);...
1.4.2 Nghiên cứu, sử dụng xi măng gia cố đất ở Việt Nam
Ở Việt Nam, việc sử dụng XM và vôi để gia cố đất xuất hiện từ những năm đầu
của thập niên 80 với công nghệ cọc đất vôi - xi măng của Thụy Điển. Giải pháp
này đã được áp dụng khá phổ biến ở các công trình xây dựng dân dụng và thủy
lợi để xử lý nền đất yếu, chống thấm, chống nứt,... Những năm gần đây, công
nghệ cọc XM đất của Nhật Bản được du nhập vào Việt Nam đã phát huy hiệu
quả trong việc xử lý nền đất yếu và được áp dụng rộng rãi ở các công trình giao
thông, thủy lợi,... Đến nay đã có một số đề tài nghiên cứu của các trường đại
5


học, viện khoa học như: Thủy lợi, Xây dựng, Kiến trúc, Giao thông,… Điển
hình là các nghiên cứu của các tác giả sau đây: Nguyễn Quốc Đạt; Nguyễn Việt
Hùng; Thái Hồng Sơn và nnk; Mai Anh Phương và nnk;... Việc sử dụng giải
pháp gia cố đất bằng XM làm tăng nhanh quá trình cố kết, làm thay đổi tính
chất cơ học, vật lý và cải thiện cường độ của đất gia cố.
1.5 Những vấn đề đặt ra cho nghiên cứu đê kết hợp giao thông
Đê kết hợp với giao thông thì ảnh hưởng như thế nào đến sự ổn định của đê, đê
không bị nứt ngang, nứt dọc, trượt mái? Để giải quyết nội dung trên cần phải
tính toán sức chịu tải của đê cho các mặt cắt ngang đại diện tuyến giao thông.
Trong quá trình làm việc của đê qua các mùa khô, mùa lũ, tuyến đê đi qua các
vùng địa hình, địa chất khác nhau nên cần nghiên cứu khi nào, đoạn nào không
cần gia cố và đoạn nào cần gia cố. Biện pháp gia cố như thế nào để đảm bảo kỹ
thuật, kinh tế, phù hợp với điều kiện địa phương? Sau khi nghiên cứu xác định
được giải pháp kỹ thuật, cần nghiên cứu ứng dụng một đoạn đê cụ thể để chứng

tỏ giải pháp có khả thi và cũng là thiết kế mẫu cho việc áp dụng sau này vào
thực tế.
1.6 Kết luận chương 1
Hệ thống đê sông được hình thành qua các thời kỳ khác nhau, đất đắp đê không
đồng nhất và được tôn tạo nhiều giai đoạn với yêu cầu phòng, chống lũ. Do đó,
khi có phương tiện giao thông đi lại trên đê được cứng hóa bề mặt sẽ dẫn đến
mặt đê và thân đê bị nứt gãy, lún. Đê kết hợp giao thông là yêu cầu tất yếu trong
giai đoạn hiện nay nhằm tạo kết nối mạng lưới giao thông hoàn chỉnh để thúc
đẩy phát triển kinh tế - xã hội và phục vụ nhân dân ngày càng tốt hơn;
Đã có nhiều nghiên cứu về giải pháp kỹ thuật để tăng cường khả năng chịu lực,
độ ổn định của đê sông nhưng việc nghiên cứu giải pháp sử dụng đất tại chỗ và
chất kết dính là tro bay và xi măng chưa được đề cập và chưa có nghiên cứu cụ
thể nào. Do vậy, tác giả chọn vấn đề trên là mục tiêu nghiên cứu và được trình
bày trong chương 2.

6


CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỂ CẢI THIỆN ĐẤT THÂN ĐÊ ĐẢM
BẢO YÊU CẦU CHỐNG LŨ VÀ KẾT HỢP GIAO THÔNG
2.1 Các giải pháp gia cố đất hiện nay
Gia cố đất nhằm: tăng sức chịu tải của đất; cải thiện một số tính chất cơ lý của
nền đất yếu (như: giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số
modul biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất,...). Các giải pháp gia cố như
giải pháp thay thế nền; các giải pháp cơ học; các giải pháp hóa học; các phương
pháp vật lý; các giải pháp thủy lực học;...
2.2 Cơ sở khoa học lựa chọn cấp phối và vật liệu gia cố đất thân đê
2.2.1 Lý thuyết đường cong cấp phối
Một số lý thuyết cơ sở về thành phần hạt được đưa ra như: Lý thuyết của FullerThomson, Caquot và Faury, Papovic-Anderson, B.B. Okhotina và N.N. Ivanov,
Talbot, Weymouth đối với hỗn hợp cốt liệu hạt rời rạc. Đường cong cấp phối

Fuller cho độ đặc tối ưu do nhiều cỡ hạt dễ chèn lấp lẫn nhau nhưng thường dẫn
tới khả năng khó thi công làm chặt cho hỗn hợp hạt đó, tuy nhiên do hiệu ứng “bi
lăn” của tro bay nên sẽ giảm bớt các cản trở lực ma sát giữa các hạt. Đường cong
cấp phối Fuller là dạng parabol hay một phần của parabol ở tỷ lệ tự nhiên của nó.
2.2.2 Phương pháp lấy mẫu và đánh giá chất lượng mẫu gia cố
Trong nghiên cứu của Luận án xác định theo phương pháp số lượng mẫu thông
qua sai số tương đối. Mối quan hệ độ tin cậy  và số lượng phép đo n, khi chưa
biết sai lệch bình phương trung bình lý thuyết σ. Để đảm bảo xác suất đảm bảo
là  = 0,97 số lượng mẫu cho một chỉ tiêu nghiên cứu được chọn là 6 lần đo.
2.2.3 Nghiên cứu sử dụng xi măng kết hợp tro bay để gia cố đất
Trong hơn 5 thập niên qua, tro bay được ứng dụng vào thực tiễn của ngành xây
dựng một cách rộng rãi và đã có những công trình lớn trên thế giới sử dụng sản
phẩm này như là một phụ gia không thể thiếu. Các công trình tiêu biểu đã sử
dụng tro bay làm phụ gia là: đập Tomisato cao 111m ở Nhật Bản được xây dựng
từ năm 1950 sử dụng 60% tro bay thay thế xi măng; Trung Quốc đưa tro bay vào
công trình xây dựng đập thủy điện từ những năm 1980; công trình Azure hoàn
7


thành năm 2005 sử dụng 35% tro bay thay thế xi măng; đập thủy điện Sơn La,
đập thủy điện Định Bình,… của Việt Nam là một trong những công trình lớn sử
dụng tro bay và đã mang lại hiệu quả cao.
Đối với đất của thân đê hiện trạng đa phần là đất á sét, thậm chí còn là đất sét thì
việc có thêm các hạt mịn như tro bay làm giảm đáng kể lỗ rỗng trong nền đất.
Ngoài ra, tro bay là hạt có dạng hình cầu đã tạo ra hiệu ứng ổ bi lăn (Ball Bearing
Effect) của hỗn hợp đất làm cho công đầm giảm đi và tăng độ chặt cho đất đắp.
Kết quả nghiên cứu nhiều năm đều chỉ ra rằng không nên xem đất gia cố bằng
các chất liên kết khác nhau là các hạt cốt liệu trơ hoặc môi trường bị động.
2.3 Kết luận chương 2
Với mục tiêu nghiên cứu đề ra, tác giả đã phân tích và lựa chọn được giải pháp

và phương pháp nghiên cứu lý thuyết trong xây dựng thành phần cấp phối hạt,
sự tương tác của thành phần hạt đất, tro bay và xi măng gồm:
- Lựa chọn giải pháp (đất hiện trạng + tro bay) + xi măng để gia cố đất thân đê
hiện trạng đảm bảo yêu cầu chống lũ và kết hợp giao thông;
- Sử dụng lý thuyết thành phần hạt của Fuller để nghiên cứu và xây dựng thành
phần cấp phối hạt với kích cỡ hạt nhỏ từ 1μm đến 12.500μm rất phù hợp với
loại đất hiện trạng của đê sông;
- Xác định được cơ chế hình thành cường độ khi gia cố (đất + tro bay) + xi măng
từ sự tương tác giữa hỗn hợp các chất kết dính, cũng như phản ứng hóa học để
chuyển từ trạng thái rời rạc sang trạng thái rắn (đất hóa bê tông);
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết như vậy, tác giả đã xây dựng và hệ thống được
vấn đề nghiên cứu chính là tiền đề cho nghiên cứu tiếp theo ở chương 3.
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC GIẢI
PHÁP GIA CỐ ĐÊ KẾT HỢP LÀM ĐƯỜNG GIAO THÔNG
3.1 Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng
3.1.1 Vật liệu và thành phần của lớp đất thân đê gia cố
Đất được dùng để làm thí nghiệm trong phòng được chọn là đất hiện trạng từ
đê hữu Đuống, tỉnh Bắc Ninh (ĐHĐ). Tro bay được sử dụng kết hợp với xi
8


măng để gia cố đất thân đê là tro bay Đông Triều và tro bay Cẩm Phả. Sử dụng
loại xi măng Nghi Sơn PCB40. Sau khi lựa chọn theo các giá trị tương đối tối
ưu thì tỷ lệ tro bay được chọn để thiết kế so với khối lượng của đất dùng để gia
cố tối ưu đối với đất đê ĐHĐ là 15%, tương tự đối với tro bay Cẩm Phả cũng
chọn ra được tỷ lệ thay thế tương tự.

Hình 3.3 Lượng lọt sàng của hỗn hợp đất ĐHĐ và 15% tro bay
3.1.2 Kết quả thí nghiệm trong phòng và phân tích lớp đất thân đê gia cố

Hình 3.6 Biểu đồ so sánh giữa cường độ chịu nén bão hòa và cường độ chịu nén
không bão hòa của các loại hỗn hợp đất gia cố ở tuổi 14 ngày

Hình 3.7 Biểu đồ so sánh giữa cường độ chịu

Hình 3.8 Biểu đồ so sánh giữa modul đàn

ép chẻ và loại đất gia cố theo tuổi 14 ngày

hồi và loại đất gia cố theo tuổi 14 ngày

9


Qua kết quả thí nghiệm có thể đưa ra kết luận như sau:
- Cường độ chịu nén bão hòa đạt khoảng từ 83,0÷85,6% cường độ chịu nén
không bão hòa. Cường độ chịu nén bão hòa các hỗn hợp gia cố đều lớn hơn so
với quy định của TCVN 8858:2011 (Rn ≥ 1,5MPa).
- Cường độ ép chẻ đất gia cố của các hỗn hợp từ 0,27÷0,31MPa ở tuổi 14
ngày, tỷ số giữa cường độ ép chẻ so với cường độ chịu nén mẫu bão hòa từ
7,24÷7,81 lần.
- Modul đàn hồi của lớp vật liệu gia cố với các tỷ lệ chọn tối ưu đạt được từ
962MPa đến 1048MPa, modul đàn hồi của vật liệu này khá cao, đây là cơ sở tốt
cho vật liệu sử dụng các kết cấu áo đường trong xây dựng công trình giao thông.
3.1.3 Vật liệu và thành phần của cấp phối đá dăm gia cố

Hình 3.9 Biểu đồ thành phần hạt cấp phối đá dăm
3.1.4 Kết quả thực nghiệm trong phòng và phân tích cấp phối đá dăm gia cố
Cấp phối đá dăm được gia cố xi măng với TB với tỷ lệ TB thay thế xi măng
đóng vai trò CKD lần lượt là 0%, 10%, 20%, 30%. Hai loại TB được sử dụng

trong nghiên cứu là TB của nhà máy nhiệt điện Đông Triều và Cẩm Phả.
Từ kết quả thí nghiệm một số nhận xét được đưa ra như sau:
- Gia cố tro bay để thay thế một phần XM trong CPĐD gia cố CKD làm cho các
giá trị cường độ chịu nén (Rn), cường độ ép chẻ (Rkc), modul đàn hồi (Eđh) của
CPĐD gia cố tăng lên một cách đáng kể.
10


- Cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ, modul đàn hồi của CPĐD gia cố CKD
sử dụng TB của nhà máy nhiệt điện Đông Triều cao hơn so với sử dụng TB của
nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả.
- Giá trị cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ, modul đàn hồi tăng dần từ 0%,
10%, 20% TB so với khối lượng CKD và đến 30% thì giảm xuống, như vậy sử
dụng 20% TB đem lại kết quả cao nhất cho việc nghiên cứu.
3.2 Thực nghiệm ngoài hiện trường
3.2.1 Nghiên cứu thực nghiệm gia cố lớp đất thân đê
Vật liệu để gia cố thân đê là đất tại chỗ (đào lên từ thân đê cũ); tro bay Đông
Triều; xi măng Nghi Sơn PCB40; nước thi công được lấy nước sạch.

Hình 3.15 Giá trị sức chịu tải CBR thân đê hiện trạng sau khi đào đến cao
trình gia cố

Hình 3.16 Modul đàn hồi của thân đê hiện trạng sau khi đào đến cao trình
gia cố
11


Hình 3.19 Độ chặt của nền đất ở các vị trí gia cố lớp 1 với các đợt lu lèn

Hình 3.20 Modul đàn hồi của lớp đất sau khi rải các lớp đất gia cố (lớp 1)

Hình 3.21 CBR của các điểm đo trên các tấm lớp đất gia cố (lớp 1)
12


Hình 3.29 Độ chặt của nền đất ở các vị trí gia cố lớp 2 với các đợt lu lèn

Hình 3.30 Cường độ chịu nén của mẫu đất gia cố tro bay và xi măng theo
các ngày tuổi

Hình 3.31 Khả năng chịu tải CBR của mẫu đất gia cố tro bay và xi măng
theo các ngày tuổi
13


Hình 3.32 Modul đàn hồi của lớp đất thân đê gia cố được đo ở hiện trường

Hình 3.35 Khả năng chịu tải đất thân đê hiện trường đo trên lớp thứ 2
Kết quả đo ở Hình 3.35 cho thấy rằng sau khi gia cố tro bay và xi măng ở nền
lớp 2 thì CBR đều tăng rõ rệt và tăng đến ở mức > 30% với mức này có thể coi
đạt yêu cầu làm lớp CPĐD loại 2 của nền đường theo TCVN 8858:2011. Vậy,
nghiên cứu này đề nghị bỏ lớp Subbase và lớp đất gia cố này thay được nhiệm
vụ là lớp CPĐD của kết cấu mặt đê và chỉ cần lớp cấp phối đá dăm gia cố tro
bay và xi măng trên lớp đất đã gia cố.
3.2.2 Thực nghiệm hiện trường xác định hệ số thấm
Ở hiện trường được thí nghiệm sau 28 ngày tuổi với các độ sâu thí nghiệm khác
nhau trong lớp đất gia cố. Từ kết quả thí nghiệm của 05 mẫu trong phòng và 03
thí nghiệm hiện trường cho thấy:
14

- Vật liệu gia cố có tính thấm nhỏ, hệ số thấm trong phòng giảm dần theo thời
gian, từ 1,1.10-6cm/s đến ~10-8cm/s;
- Hệ số thấm hiện trường phụ thuộc vào độ sâu thí nghiệm và mức độ đồng nhất
của vật liệu gia cố, hệ số thấm trung bình là 1,605.10-6cm/s.
3.2.3 Đánh giá tác động của hỗn hợp đất gia cố đối với môi trường
Qua kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa học của dung dịch nước sau khi ngâm và
đun hồi lưu của hai mẫu đất cho thấy hỗn hợp đất gia cố trong quá trình khai
thác sử dụng sẽ không làm ảnh hưởng đến môi trường.
3.2.4 Kết quả thực nghiệm hiện trường lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng

Hình 3.50 Quan hệ cường độ chịu nén của mẫu đúc và mẫu khoan theo thời gian

Hình 3.51 Quan hệ cường độ ép chẻ của mẫu đúc và mẫu khoan theo thời gian

15


Hình 3.52 Quan hệ modul đàn hồi E theo thời gian
Với kết quả thực nghiệm hiện trường trên cơ sở các chỉ tiêu kỹ thuật, tác giả đề
xuất kết cấu áo mặt đường đê bao gồm các tầng, lớp đảm bảo yêu cầu chống lũ
và kết hợp giao thông được thể hiện trong Hình 3.53 dưới đây.

Hình 3.53 Kết cấu áo mặt đường đê đề xuất sau nghiên cứu
3.3 Kết luận chương 3
Qua nghiên cứu từ thí nghiệm trong phòng đến thực nghiệm ngoài hiện trường,
tác giả đã xác định được tỷ lệ cấp phối tối ưu để gia cố và các chỉ tiêu kỹ thuật
đạt được kết quả là:
- Xác định được tỷ lệ (85% đất + 15% tro bay)+ 10% xi măng là tỷ lệ tốt nhất
để gia cố lớp đất thân đê đạt được yêu cầu khi kết hợp giao thông;

- Xác định được tỷ lệ 96%CPĐD + 4%CKD (80% là xi măng + 20% là tro bay)
là tỷ lệ tốt nhất để gia cố CPĐD làm móng mặt đê;
- Lớp đất gia cố (ĐHĐ + TB) + XM đạt K ≥ 0,98 với số lần đầm bằng 70% theo
TCVN 10379:2014 (là 20÷25 lần đầm);
16


- Cấp phối đá dăm gia cố CKD dễ đầm chặt, làm giảm số lần đầm lu lèn của
hỗn hợp cấp phối đá dăm.
- Cấp phối đá dăm gia cố 4% CKD đạt cường độ nén ở tuổi 7 ngày RnénCKD =
11,2MPa so với CPĐD gia cố 5% XM có RnénXM = 5,26MPa, có thể chọn làm căn
cứ thiết kế và quản lý thi công để cải thiện kết cấu mặt đê khi kết hợp giao thông;
Đề xuất được kết cấu mặt đê mới đảm bảo chống lũ và kết hợp giao thông gồm
các tầng, lớp: lớp mặt bê tông xi măng M300; lớp móng CPĐD gia cố 4% CKD;
lớp (đất gia cố + tro bay) + xi măng.
CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO ĐÊ HỮU
ĐUỐNG, TỈNH BẮC NINH
4.1 Giới thiệu đoạn đê hữu Đuống từ Km21+600÷Km31+500
Đê hữu Đuống đoạn từ Km21+600÷Km31+500 có cao trình mặt đê cao hơn từ
0,80÷1,00m so với mực nước thiết kế tại Thượng Cát (+12,80m); tại Bến Hồ
(+10,10m). Đỉnh đê được cứng hóa bằng bê tông, trải qua hơn 10 năm khai thác
và sử dụng, nhiều đoạn đã bị nứt, gãy. Cấu tạo địa chất được thể hiện trong mặt
cắt đại diện Hình 4.1.
phÝa s«ng

phÝa ®ång

14.0

14.0

TD038

12.0

12.0
0.0-2.8

10.0

TD037

TD039

(D1-1)

10.0

2.5-2.7: U1

2.8-5.0

8.0

(D1-3)

0.0-3.3

0.0-2.0

8.0

2.0-6.1

6.0

4.8-5.0: U2

5.0-9.8

6.0

4.0

3.3-6.5

(D1-6)

4.0

5.0-5.2: U2
8.8-9.0: U4

2.0

0.0

2.0

6.1-8.0

6.5-8.0

(D1-8)
7.8-8.0: U3

9.8-10.5

(D1-9)

10.5-12.0 11.0-11.2:
D5

6.8-7.0: U3

0.0

(D1-10)
-2.0

-2.0
0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

Hình 4.1 Mặt cắt địa chất điển hình đê hữu Đuống đoạn từ
Km21+600÷Km31+500
17


4.2 Áp dụng kết quả nghiên cứu cho đê hữu Đuống, Bắc Ninh
Kết cấu mặt đường trong Hình 4.2 là kết cấu mặt đường đề xuất của tác giả có
được từ kết quả nghiên cứu của chương 3. Kết cấu mặt đường Hình 4.3 là kết
cấu mặt đường theo tiêu chuẩn ngành giao thông, cụ thể là Quyết định 3230/QĐBGTVT.

Hình 4.2 Kết cấu mặt đường đê đề xuất khi kết hợp giao thông
Trong đó:
- Lớp 1: Bê tông xi măng M300 có chiều dày 25cm, cao độ mặt đê 11,65m;
- Lớp 2: Lớp CPĐD loại 1 gia cố chất kết dính 4%, chiều dày 18cm;
- Lớp 3: Lớp đất hiện trạng của thân đê được gia cố bằng 15% tro bay và 10%
xi măng, chiều dày 50cm;
- Lớp đất nền phía dưới lớp 3: các lớp đất hiện trạng của đê.
So sánh với kết cấu mặt đường truyền thống gồm các lớp được thể hiện ở Hình
4.3 và mô tả dưới đây.

Hình 4.3. Kết cấu mặt đường đê theo tiêu chuẩn ngành giao thông (truyền thống)

- Lớp 1: Bê tông M300 có chiều dày 30cm;
- Lớp 2: Lớp đá dăm loại 1, chiều dày 15cm;
18


- Lớp 3: Lớp đá dăm loại 2, chiều dày 15cm;
- Lớp 4: Lớp đất tốt được đầm chặt K ≥ 0,98 và CBR ≥ 6, chiều dày 30cm;
- Lớp 5: Lớp đất được đầm chặt K ≥ 0,95 và CBR ≥ 4, chiều dày 50cm;

- Lớp đất nền phía dưới lớp 5: Là các lớp đất nguyện trạng của đê.
4.3 Kiểm toán lại sự phù hợp của kết cấu đề xuất theo quyết định
3230/QĐ-BGTVT
Theo quyết định số 3230/QĐ-BGTVT, các giá trị dùng để tính toán kiểm toán
lại sự phù hợp của kết cấu nền áo đường đề xuất gồm: Modul đàn hồi chung Et
của nền đất và của móng dưới bằng vật liệu hạt; độ cứng tương đối chung của
cả kết cấu Rg; ứng suất do tải trọng trục xe gây ra; ứng suất kéo uốn do gradient
nhiệt độ gây ra.
- Theo điều kiện (8-1): γ r (σ pr  σ tr )  f r hay 4,105MPa < 5,00MPa
- Theo điều kiện (8-2): γ r (σ pmax  σ tmax )  f r hay 4,283MPa < 5,00MPa
- Theo điều kiện (8-3): γ r .σ bpr  f br hay 0,071MPa < 4,00MPa
Qua kết quả kiểm toán kết cấu áo mặt đường đê đề xuất với cho thấy kết cấu áo
mặt đường đê BTXM dự kiến gồm 3 lớp đã đề xuất đã thỏa mãn được các điều
kiện giới hạn cho phép.
4.4 Phân tích ổn định của đê với kết cấu mặt đường đề xuất so với kết cấu
mặt đường theo yêu cầu của ngành giao thông
4.4.1 Phân tích ổn định đê với kết cấu truyền thống
4.4.1.1 Ổn định thấm
Trường hợp tính toán là đê làm việc trong trường hợp bất lợi nhất khi mực nước
phía sông là mực nước thiết kế MNLTK=+10,2m, hạ lưu không có nước; trên
đỉnh đê vẫn cho phép xe lưu thông bình thường với tải trọng trục lớn nhất
Pmax=18T.
Kết quả tính toán cho thấy rằng gradient J=0,25  [Jk]=0,45; nền đê không bị
xói ngầm.

19


4.4.1.2 Ổn định mái đê
Kết quả phân tích ổn định mái đê với mái đê phía đồng và phía sông cho hệ số

ổn định nhỏ nhất của mái đê lần lượt là 1,650 và 2,703 đều lớn hơn hệ số ổn
định cho phép [Kn] = 1,15.
4.4.2 Phân tích ổn định đê với kết cấu đề xuất
4.4.2.1 Ổn định thấm
Trường hợp tính toán lấy như tính toán ổn định thấm và trượt mái của kết cấu
đê truyền thống. Kết quả tính toán cho thấy rằng gradient J=0,35  [Jk]=0,45
nên nền đê không bị xói ngầm .
4.4.2.2 Ổn định mái đê
Kết quả phân tích ổn định mái đê với mái đê phía đồng và phía sông cho hệ số
ổn định nhỏ nhất của mái đê lần lượt là 1,632 và 2,647 đều lớn hơn hệ số ổn
định cho phép [Kn] = 1,15.
4.5 So sánh giá thành xây dựng giữa hai phương án
Để so sánh giá thành xây dựng giữa hai phương án, tiến hành tính toán khối
lượng và lập dự toán xây dựng công trình ứng với hai mặt cắt đê truyền thống
và mặt cắt đê đề xuất với chiều dài tuyến là 1km. Giá thành xây dựng cho 1km
đê làm theo hai phương án được tổng hợp trong Bảng 4.7.
Bảng 4.7 Chi phí xây dựng cho 1km đê của hai phương án
TT

Phương án

Chi phí (VNĐ)

1

Phương án truyền thống ngành giao thông

7.470.467.000

2

Phương án đề xuất

7.152.085.000

(Giá vật liệu xây dựng được lấy theo báo giá của tỉnh Bắc Ninh)
Kết quả tính toán giá thành xây dựng cho thấy chi phí xây dựng mặt đường đê
theo kết cấu đề xuất đạt được lợi ích về kinh tế tốt hơn so với kết cấu mặt đường
truyền thống. Kết hợp với các kết quả tính toán, kiểm toán kết cấu mặt đê giữa
hai phương án, khẳng định rằng phương án xây dựng mặt đường đê theo kết cấu
20


đề xuất đạt được hiệu quả cao hơn phương án xây dựng mặt đường đê theo kết
cấu truyền thống.
4.6 Công tác tổ chức thi công lớp đất thân đê gia cố làm nền thượng trong
kết cấu áo mặt đường đê
Thi công lớp nền thượng là đất gia cố dày 50cm được chia làm 2 lớp, lớp 1 dày
30cm, lớp 2 dày 20cm.
Trình tự thi công
- Xác định vị trí tuyến thi công (lên ga, cắm cọc);
- Tiến hành đào bỏ lớp áo đường cũ đã hư hỏng (bóc bỏ phong hóa) và đào sâu
tới cao trình gia cố;
- Cày xới, lu lèn lại 30cm đất đạt độ chặt K ≥ 0,97 tính từ cao trình gia cố trở
xuống để giảm thiểu tác động của tải trọng máy thi công đất gia cố đến thân đê
phía dưới;
- Tiến hành dùng máy phay để phay nhỏ đất D < 5mm;
- Dùng máy xúc kết hợp máy trộn tự hành và thủ công tiến hành trộn hỗn hợp
đất gia cố xi măng tro bay theo tỷ lệ tính toán của mỗi mẻ trộn; khi máy quay
tự hành trộn hỗn hợp đất, tro bay, xi măng đều, tiến hành cho tập kết tại công

trường thi công đến khi đủ khối lượng để thi công lớp đã tính toán.
- San gạt hỗn hợp đất gia cố đến cao độ tính toán, san gạt bằng máy san kết hợp
thủ công;
- Tiến hành lu lèn theo trình tự như sau:
+ Lu tĩnh 9T lu 3 lượt/điểm vận tốc lu 2÷3km/h, xác định độ chặt K, γk;
+ Lu rung 21T lu 6 lượt/ điểm vận tốc lu 2÷3km/h, xác định độ chặt K, γk;
- Thi công lớp 1 xong, sau 7 ngày tiến thành thi công lớp 2.
4.6.1 Nghiệm thu lớp đất gia cố
Khi thi công với chiều dài tuyến trên 1000m thì việc nghiệm thu lớp đất gia cố
cần tuân thủ theo TCVN 10379:2014, cụ thể như sau:
- Cứ 1000m dài phần xe chạy 1 làn xe phải khoan 6 mẫu (3 mẫu để thử nén, 3
mẫu để thử ép chẻ) không cùng trên một mặt cắt mà phân bố đều trên 1000m
21


dài tuyến đường để kiểm tra cường độ như quy định đồng thời để kiểm tra chiều
dày và khối lượng thể tích khô của mẫu. Nếu kết quả có lỗ khoan và mẫu không
đạt yêu cầu quy định thì lân cận vùng đó phải khoan thêm 2 mẫu nữa để kiểm
tra cho chắc chắn. Sai số cho phép về cường độ cục bộ là 5% nhỏ hơn so với
yêu cầu ở Bảng 1 (hoặc yêu cầu quy định trong đồ án thiết kế nhưng trung bình
trên 1000m dài đường không được nhỏ hơn yêu cầu).
- Đối với các yếu tố hình học khác của lớp đất gia cố, cứ 1000m dài đường kiểm
tra tối thiểu trên 5 mặt cắt ngang.
4.7 Kết luận chương 4
Qua kiểm tra tính toán ổn định (thấm, trượt mái) với kết cấu đê đề xuất và kết
cấu đê truyền thống cho đoạn đê hữu Đuống, tỉnh Bắc Ninh, tác giả thấy các giá
trị xấp xỉ nhau và đều đảm bảo điều kiện ổn định trượt.
Với kết cấu đê đề xuất, tác giả cũng đã kiểm toán theo Quyết định 3230/QĐBGTVT, các kết quả tính về modul đàn hồi E, độ cứng Rg; các ứng suất kéo uốn
lớn nhất; các điều kiện giới hạn đều đảm bảo và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của
ngành giao thông;

Chi phí và giá thành xây dựng của kết cấu đê đề xuất thấp hơn kết cấu đê truyền
thống 318 triệu/1km;
Xây dựng được trình tự thi công của kết cấu mặt đê từ công tác chuẩn bị đến hoàn
thiện, đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật (vật liệu, trộn, đầm, thí nghiệm mẫu,...).

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. Kết quả đạt được của Luận án
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đạt được, Luận án đưa ra một số kết luận sau:
- Đất thân đê là có khả năng chịu tải thay đổi từ CBR từ 4÷10% và không đều
trên toàn tuyến đê hữu Đuống. Nếu như không được cải thiện thì đất này khó

22


có thể đầm chặt được và đạt khả năng chịu tải theo yêu cầu, thường là > 30%
đối với các lớp đất nền thượng trong xây dựng công trình giao thông.
- Tỷ lệ thành phần lựa chọn thích hợp là với 15% tro bay Đông Triều và 85%
đất khô, sau đó có 10% xi măng để kích hoạt khả năng làm việc của tro bay
trong hỗn hợp.
- Thực nghiệm hiện trường trên cơ sở tỷ lệ chọn trong phòng với các tỷ lệ xi măng
khác nhau từ 5÷10% đều cho thấy lớp đất thân đê gia cố cải thiện được khả năng
chịu tải, CBR tăng lên giá trị > 100% có thể dùng làm lớp CPĐD mặt đường.
Thực nghiệm đã đánh giá modul đàn hồi cùng như hệ số thấm của lớp đất được
gia cố, đều đạt yêu cầu cao so với mức khả năng chịu tải xe trên đường đê, cũng
như khả năng chống thấm (hệ số thấm cho lớp đất thân đê theo yêu cầu).
- Thực nghiệm hiện trường đưa ra cơ sở để chọn được công nghệ thi công hợp
lý đối với lớp đất khi có tro bay làm thành phần vi cốt liệu (hạt mịn trong đất)
thi công lu lèn chặt ít hơn so với tiêu chuẩn quy định TCVN 13079:2014;
Phát triển cường độ chịu nén và ép chẻ của mẫu đất đúc tại hiện trường và mẫu
đất khoan cho thấy tương đồng và nên lấy cường độ 7 ngày để làm căn cứ thiết

kế, thi công các lớp tiếp theo.
- Thử nghiệm trong phòng lớp CPĐD gia cố tro bay và xi măng đã chọn ra tỷ lệ
hợp lý là tro bay chiếm 20% chất kết dính. Thử nghiệm hiện trường cũng đã
đánh giá công nghệ thi công hợp lý đối với lớp vật liệu CPĐD gia cố tro bay và
xi măng, đảm bảo thời gian kết thúc lu lèn tính từ khi trộn hỗn thời gian nhỏ
hơn 120 phút.
- Cường độ và modul của lớp CPĐD gia cố xi măng đạt đều cao. Cường độ chịu
nén mẫu đúc hiện trường đạt từ 11,2÷18,34MPa, cường độ ép chẻ đạt từ
0,41÷1,02MPa ở tuổi 7 ngày. Cường độ chịu nén mẫu khoan hiện trường từ
6,25÷10,02MPa có sự tương đồng với mẫu đúc. Modul đàn hồi đạt từ
435÷715MPa đều thỏa mãn yêu cầu đối với lớp Base cho mặt đường cấp cao.

23