Nghiên cứu sử dụng vật liệu nhẹ Geo Foam giảm lún nền đường đầu cầu đắp cao trên đất yếu và tính toán ứng dụng cho cầu Đăk Xa đường Hồ Chí Minh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA




NGUYỄN ĐỨC TÀI

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU NHẸ GEO FOAM
GIẢM LÚN NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU ĐẮP CAO TRÊN
ĐẤT YẾU VÀ TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG CHO CẦU
ĐĂK XA ĐƯỜNG HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông
Mã số: 8580.205

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐỖ HỮU ĐẠO

Phản biện 1: TS. TRẦN TRUNG VIỆT

Phản biện 2: TS. NGUYỄN VĂN CHÂU

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt

nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách Khoa vào ngày
21 tháng 12 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học ĐàNẵng tại trường Đại Học
Bách Khoa
- Thư viện Khoa ............., Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, đường HCM từ lý trình Km1354+686m đến
Km1407+209m có trên 25 điểm lún nền đường đầu Cầu. Tuyến đường này
đã được đưa vào sử dụng hơn 10 năm, dưới tác dụng của tải trọng nền đắp
cao cũng như tải trọng xe chạy đã làm cho tuyến bị lún và nứt. Đặc biệt là
tại các đoạn Cầu Đăk Xa thuộc xã Phước Đức, đoạn đầu Cầu Kà Tôi 1, Kà
Tôi 2...ở xã Phước Năng, nền đường tại lý trình Km1351+452m...thuộc
huyện Phước Sơn, Tỉnh Quảng Nam. Sự cố kết xảy ra khá nhanh với đất có
thành phần hạt như cát và sỏi sạn.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Khảo sát, hệ thống đầy đủ thực trạng, phân tích nguyên nhân, cơ
chế gây ra lún, nứt mặt đường đầu Cầu và sạt lở trên tuyến đường HCM
đoạn qua huyện Phước Sơn.
- Đề xuất và tính toán kết cấu giải pháp nền đường bằng vật liệu
nhẹ Geo Foam để giảm độ lún và tăng ổn định nền đường đầu Cầu đắp
cao trên đất yếu, tại điểm vị trí lún và nứt trên nền đường đầu Cầu Đăk
Xa mà tác giả đang nghiên cứu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:
Vật liệu nhẹ Geo Foam cho nền đường đắp cao trên đất yếu của
tuyến đường Hồ Chí Minh từ Km1354+686m đến Km1407+209m
(L=53,9Km) thuộc địa phận Huyện Phước Sơn-Tỉnh Quảng Nam.
- Phạm vi nghiên cứu:
Nền đường hai đầu Cầu Đăk Xa tại lý trình: Km308+597,08m của
xã Phước Đức-Huyện Phước Sơn-Tỉnh Quảng Nam và tuyến đường
HCM đoạn qua Khâm Đức-Đăk Zôn.
4. Phương pháp nghiên cứu
Khảo sát hiện trạng và phân tích đánh giá nguyên nhân lún của nền
đường đầu Cầu tại các công trình Cầu mà tuyến đi qua.


2

Thu thập các tài liệu liên quan đến vật liệu nhẹ Geo Foam cũng,
thu thập các số liệu địa chất khu vực xây dựng công trình, tài liệu về Cầu
Đăk Xa, tính toán và áp dụng vật liệu nhẹ Geo Foam để đưa ra giải pháp
xử lý phù hợp cho nền đường Đầu Cầu.
Luận văn kết hợp giữa phân tích lý thuyết cùng với phương pháp
tính toán mô phỏng trên phần mềm Plaxis để đưa ra biện pháp xử lý hiệu
quả nền đắp cao đường đầu Cầu Đăk Xa.
5. Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của đề tài
Nội dung của luận văn bao gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về lún của nền đường đầu Cầu.
Chương 2: Đánh giá hiện trạng lún đường đầu Cầu đoạn Khâm
Đức-Đăk Zôn, đường HCM và đề xuất các giải pháp.
Chương 3: Thí nghiệm một số tính chất cơ lý của vật liệu Geo Foam.
Chương 4: Tính toán ứng dụng giải pháp vật liệu nhẹ Geo Foam
cho nền đường đầu Cầu Đăk Xa.

Kết luận và kiến nghị.
Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ LÚN CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU
1.1. Các dạng lún của đường đầu Cầu
+ Lún vệt bánh xe:
+ Lún lõm cục bộ:
- Đối với mặt đường Bê Tông Xi Măng (BTXM) thì lún thường là
cập kênh, chênh lệch cao độ giữa các tấm, uốn vồng tấm...
1.2. Các giải pháp xử lý nền đường đầu Cầu đắp cao trên đất yếu
Có rất nhiều giải pháp xử lý nền đường đầu Cầu đắp cao trên đất
yếu và đã được áp dụng vào thực tế như:
- Đắp theo giai đoạn;
- Làm bệ phản áp;
- Phương pháp gia tải trước;
- Phương pháp giảm tải trọng nền đắp;
- Dùng vải hoặc lưới địa kỹ thuật;


3

1.3. Đặc điểm của nền đường đắp cao và và lún khu vực miền núi
+ Đặc điểm của nền đường đắp cao là dễ mất ổn định tính toàn
khối, tức là dễ bị phá hoại hay biến dạng.
+ Nền đường đắp cao thường không đảm bảo có đủ cường độ, tức
là không đủ độ bền khi chịu cắt trượt và bị biến dạng dưới dạng tích lũy
khi chịu tác dụng của tải trọng xe chạy và kết cấu áo đường dễ bị phá
hoại.
+ Nền đường đắp cao thường không đảm bảo ổn định về cường độ,
cường độ dễ thay đổi theo thời gian, khí hậu, thời tiết bất lợi.
+ Không đủ độ bền khi chịu cắt trượt và dễ bị biến dạng dưới tác dụng
của tải trọng xe chạy hoặc trọng lượng của bản thân nền đắp.

1.4. Giải pháp công nghệ vật liệu nhẹ Geo Foam
1.4.1. Định nghĩa
Vật liệu Geo Foam là thuật ngữ chung được sử dụng để mô tả các sản
phẩm trong địa kỹ thuật được làm bằng vật liệu nhẹ, bọt xốp, nó được sử dụng
ít nhất từ những năm 1960, thuật ngữ này tương đối mới, là loại vật liệu nhẹ
có tỷ trọng nhỏ, trọng lượng thể tích không lớn, bao gồm tổng hợp nhiều cốt
liệu, trong đó chất tạo bọt là thành phần cốt liệu chính.
1.4.2. Sơ lược về sự hình thành và phát triển
+ Việc nghiên cứu về Geo Foam – Bê Tông Nhẹ ở Việt Nam đã được
nhiều nhà khoa học quan tâm. Viện vật liệu xây dựng có nghiên cứu của
Nguyễn Văn Chánh, Nguyễn Hoàng Đạt, Nguyễn Tuấn Nam .Các nghiên
cứu về Bê Tông Nhẹ trên thế giới đã được thực hiện từ lâu, một số kết quả
nghiên cứu được đưa trong các tài liệu.
+ Vật liệu Geo Foam được áp dụng trong mái đập, đê kè, trong ổn
định mái dốc như nghiên cứu của Tymothy D.Stark. Cũng như đưa ra
phân tích tính toán của Arellano và Stark (2009). Vì vậy để giảm lún cho
nền đường đắp cao cũng như giảm tải trọng đắp tác giả đã nghiên cứu
thực nghiệm về cho Bê Tông Nhẹ này.


4

Hình 1.2. Hình ảnh khối Bê Tông Nhẹ Geo Foam
+ Năm 1996 Miki đã tóm tắt công trình ban đầu của mình về liên
quan đến bọt xốp EPSblock được sản xuất bởi Hashimoto năm 1994. Để sử
dụng xây dựng công viên Kiba ở Tokyo, Nhật Bản. Geo Foam đã được sử
dụng thành công trên toàn thế giới và phải kể đến các nước Na Uy, Hà Lan,
Hoa Kỳ, Nhật Bản, Đức và Malaysia. Ở Na Uy được sử dụng đầu tiên vào
năm 1965 vào các dự án đường bộ và kè năm 1972 (Frydenlund and Aaboe
2001). Ở Hà Lan được bắt đầu vào năm 1970 (Van Dorp 1988). Ở Malaysia

được dùng đầu tiên năm 1992 (Mohamad 1996).
1.5. Các phương pháp tính toán ổn định cường độ của nền đắp
trên đất yếu
1.5.1. Phương pháp cân bằng giới hạn
+ Các giả thuyết tính toán:
Để lập phương trình cân bằng giới hạn của khối đất trượt các tác
giả như: K.E. Peteecxơn, W.Fellenius, Bishop, Sokolovski, K.Terzaghi
đều dựa vào công thức của A.C.Coulomb (Định luật Mohr-Coulomb) để
xác định ứng suất cắt.
S=C+𝜎𝑛 .tgφ (1.1)

hoặc

S=C+(𝜎𝑛 -u).tgφ (1.2)

Phương trình CBGH được xác định dựa trên các giả thuyết:
+ Đất được xem như vật liệu tuân theo định luật Mohr-Coulomb.
+ Hệ số ổn định (hệ số an toàn) như nhau cho tất cả các điểm trên
mặt trượt


5

+ Trạng thái CBGH chỉ xảy ra trên mặt trượt.
a. Phương pháp phân mảnh cổ điển:
Phương pháp phân mảnh cổ điển được tính theo sơ đồ ở bên dưới và
hệ số ổn định 𝐾𝑖 (Bỏ qua động đất) ứng với một mặt trượt có tâm 𝑂𝑖 được
xác định theo công thức:
O

r
5

1

f

2
q

4

3

Hình 1.3. Sơ đồ phân mảnh với mặt trượt tròn
Chú dẫn:
1. Nền đắp
2. Lớp 1
3. Lớp 2 (đất yếu)
4. Cung trượt
5. Mảnh i
𝐾𝑖 =

∑𝑛
𝑖=1(𝑐𝑖 𝑙𝑖 +𝑄𝑖.cos 𝛼𝑖 .tan 𝜑𝑖 +𝐹(𝑌/𝑅𝑖 ) )

(1.3)

∑𝑛
𝑖=1(𝑄𝑖 .sin 𝛼𝑖 )

b. Phương pháp Bishop:
h

3

g
a

b
j

e
m
1

d

2

c

Hình 1.4. Sơ đồ xác định tâm trượt nguy hiểm


6

Tính toán theo phương pháp Bishop thì hệ số ổn định 𝐾𝑖 ứng với
một mặt trượt tròn trung tâm 𝑂𝑖 được xác định theo công thức:
Chú dẫn:

1: Nền đắp
2: Nền đất yếu
3: Vùng tâm trượt nguy hiểm.
𝐾𝑖 =

𝑄𝑖 .tan 𝜑
∑𝑛
].𝑚𝑖 +𝐹(𝑌/𝑅𝑖 )
𝑖=1[𝐶𝑖 𝑙𝑖 +
cos 𝛼𝑖

1
𝐾𝑖

∑𝑛
𝑖=1 𝑄𝑖 .sin 𝛼𝑖

(1.4)

Với 𝑚𝑖 =(1+ tan 𝜑𝑖 . tan 𝛼𝑖 )-1
1.5.2. Phương pháp phần tử hữu hạn
+ Phương pháp PTHH là một công cụ hữu ích cho việc mô phỏng
các bài toán địa kỹ thuật.
+ Plaxis là phần mềm trên cơ sở PTHH, dùng để phân tích các
bài toán địa kỹ thuật như chuyển vị, ổn định, dòng thấm. Plaxis được
sử dụng rộng rãi trong tính toán các công trình thực tế vì nó sử dụng
đơn giản, thân thiện với người dùng và kết quả đáng tin cậy.
Kết luận: Tác giả lựa chọn dùng phần mềm Plaxis để tính
toán và nghiên cứu luận văn.
1.6. Kết luận chương 01

- Trong nội dung chương 01, tác giả đã giới thiệu tổng quan về lún
của nền đường đầu Cầu, cũng như đưa ra các giải pháp xử lý lún nền
đường đầu Cầu đắp cao trên đất yếu. Và các phương pháp tính toán ổn
định nền đường đắp trên đất yếu, đây sẽ là cơ sở để tính toán ổn định và
xử lý lún nền đường đầu Cầu đắp cao trên đất yếu trên tuyến đường HCM
đoạn qua huyện Phước Sơn, tỉnh Quảng Nam.
Chương 2 - ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU
ĐOẠN KHÂM ĐỨC-ĐĂK ZÔN, ĐƯỜNG HCM VÀ ĐỀ XUẤT
CÁC GIẢI PHÁP
2.1. Giới thiệu về tuyến và các đặc điểm kinh tế, xã hội, giao thông
2.1.1. Điều kiện tự nhiên và địa hình


7

2.1.2. Điều kiện địa chất và thủy văn
2.1.3. Các đặc điểm kinh tế, xã hội và Giao Thông
2.2. Đánh giá thực trạng lún đường đầu Cầu Đăk Xa
- Những nơi hay xảy ra lún, nứt...tác giả nhận thấy thường là ở
những nơi có đường cong, nơi có nền đường đắp cao, hai bên đường đầu
Cầu, những nơi nằm trong vùng hoạt động của chế độ thủy nhiệt, sông,
suối, ao hồ, ruộng vườn...
- Trên tuyến đường này hiện nay có trên 30 điểm lún và nứt trên
các đoạn nền đường, mà đặc biệt là tại các nơi đường cong nằm, các nơi
đầu cầu, nơi có nền đắp cao ≥6m ….Trong đó, có nhiều nơi bị lún, nứt
khá nghiêm trọng ở nền đường đầu Cầu như cầu Kà Tôi 1, Kà Tôi 2 (xã
Phước năng, huyện Phước Sơn), nền đường đầu Cầu Đăk Xa (Xã Phước
Đức, huyện Phước Sơn), nền đường tại lý trình Km1351+452m (Tại xã
Phước Xuân, huyện Phước Sơn), Cầu Đăk Mun và nền đường tại lý trình
Km1394+545m (Xã Phước Mỹ, huyện Phước Sơn), nền đường tại lý

trình Km1387+00… sau dây là một số hình ảnh mà tác giả đã khảo sát
và ghi lại được:

Hình 2.2. Vị trí lún nền đường đầu Cầu Đăk Xa và tại lý trình:
Km1351+452m
- Hơn nữa nền đường nơi đây đắp quá cao trên nền đất yếu, nên
dưới tác dụng của tải trọng đắp cũng là một nguyên nhân gây ra lún và
nứt tuyến đường.
2.3. Đề xuất nhóm giải pháp xử lý


8

2.4. Cấu tạo giải pháp sử dụng vật liệu nhẹ Geo Foam
- Giải pháp hiệu quả xây dựng nền đường và công trình đắp cao
trên nền đất yếu là sử dụng vật liệu đắp siêu nhẹ. Geo Foam chủ yếu là
xốp nhựa tổng hợp, là vật liệu siêu nhẹ được ứng dụng phổ biến nhất trên
thế giới và được đánh giá là giải pháp đem lại hiệu quả tốt nhất về Kinh
Tế và Xã Hội.
2.4.1. Hình dạng và kích thước bản
Kích thước cơ bản: Kích thước phải đảm bảo theo 9029-2017
2.4.2. Nguyên lý sử dụng vật liệu nhẹ làm nền đường
- Khi nền đường được đắp cao trên nền thiên nhiên với chiều cao
𝐻đ , áp lực gây lún do đất đắp nền đường gây ra là:
𝜎𝑧 =p=𝛾đ .𝐻đ

(2.1)

Áp lực ngang của đất tác dụng lên tường mố có thể tính gần
đúng: (TCN272-05)

E=

𝛾đ .𝐻 2
.K.B
2

(2.2)

Trong đó: B là bề rộng tường mố
K: Hệ số áp lực ngang
𝐻đ : Chiều cao đất đắp và H: Chiều cao tường mố
𝛾đ : Dung trọng đất đắp
- Điểm đặt lực E nằm cách chân mố 1 đoạn là

𝐻
3

song để tương

đương với phân bố phi tuyến thực tế khi tính Mô Men có một số nhà
nghiên cứu như Terzaghi (1934), Clausen và Johansen (1972) và Sherif
(1982)...đã đưa ra là điểm đặt lực nên đặt 0,4H.
2.4.3. Yêu cầu về kỹ thuật
Geo Foam khi sử dụng phải đáp ứng các quy định dưới đây:
- Sai lệch kích thước:
- Khuyết tật ngoại quan:
2.4.4. Phạm vi sử dụng vật liệu nhẹ Geo Foam


9

Geo Foam có rất nhiều ứng dụng trong thực tế, sau đây là một số ứng
dụng của nó:
+ Làm gạch xây nhà, tường, lấp các hào rãnh, lấp các lỗ hổng.
+ Xây dựng đường hầm, làm sàn nhà, thi công nền đường, xây bể
bơi, lấn biển, xây cảng.
2.5. Xây dựng trình tự tính toán khối đắp có xử lý bằng Geo Foam
2.5.1. Tính toán trên lý thuyết
a. Quy đổi tải trọng xe chạy sang chiều cao đất đắp
Theo 22TCN262-2000 thì tải trọng xe cộ được xem là tải trọng có
số xe nặng tối đa cùng lúc có thể đỗ kín khắp bề rộng nền đường phân bố
trên 1m chiều dài đường. Tải trọng này được quy đổi tương đương thành
một lớp đất đắp có chiều cao là ℎ𝑥 xác định theo công thức sau.
𝑛.𝐺
ℎ𝑥 =𝛾.𝐵.𝑙

(2.3)

Trong đó: G- Trọng lượng của một xe (chọn xe nặng nhất), T
n- Số xe tối đa có thể xếp trên bề rộng nền đường
γ- Dung trọng trung bình của đất đắp nền đường và vật
liệu Geo Foam.
l- Phạm vi phân bố xe theo hướng dọc, m
Có thể lấy l=4,2m với xe có G=13T, l=6,6m với xe có G=30T,
l=4,5m với xe bánh xích có G=80T.

b

Hình 2.5. Sơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ tác dụng lên
nền đất yếu

B- Bề rộng phân bố của các xe (m) được xác định như sau


10

B= n.b+(n-1).d+e (m)
b. Tính toán độ lún của nền đắp đường đầu Cầu khi có sử dụng
vật liệu nhẹ Geo Foam
Độ lún tổng cộng S gồm hai phần:
S=𝑆𝑖 +𝑆𝑐

(2.4)

Trong đó: 𝑆𝑖 =(m-1).𝑆𝑐 Là độ lún tức thời do đất yếu dưới tác dụng
của tải trọng nền đắp bằng Geo Foam bị nở hông, gây ra biến dạng ngang
không thoát nước.
+ m=1,1-1,4
𝑆𝑐 là độ lún cố kết. Là độ lún do nước lỗ rỗng thoát ra và đất yếu
bị nén chặt lại dưới tác dụng của tải trọng đắp Geo Foam.
𝑆 = 0,2𝑆
Thông thường:
(2.5)
{ 𝑖
𝑆𝑐 = 0,8𝑆
Theo phương pháp phân tầng lấy tổng (có xét đến hai giai đoạn
lún khác nhau)
®¾p

h

nÒn ®¾p geo foam

h
-

+

bÒ dµy líp ®Êt yÕu chÞu nÐn

cÊu t¹o ®Þa chÊt

vzi

zi

hi
2

1

vz
z

z

Hình 2.6. Sơ đồ tính lún theo phương pháp phân tầng lấy tổng
1. Đường phân bố ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất yếu
2. Đường phân bố ứng suất do tải trọng nền đắp Geo Foam
Tính toán độ lún cố kết:
Độ lún cố kết 𝑆𝑐 được tính theo phương pháp phân tầng lấy tổng với

công thức sau:
ℎ

𝑆𝑐 =∑𝑛1 1+𝑒𝑖 .[𝐶𝑟𝑖 . 𝑙𝑔 (
0𝑖

𝑖
𝜎𝑝𝑧
𝑖
𝜎𝑣𝑧

𝑖
𝜎𝑧𝑖 +𝜎𝑣𝑧

) + 𝐶𝑐𝑖 . 𝑙𝑔 (

𝑖
𝜎𝑝𝑧

)]

(2.6)

c. Tính độ lún theo thời gian St của nền đắp Geo Foam trên đất yếu.


11

Độ lún cố kết của nền đắp Geo Foam sau thời gian t: 𝑆𝑡 =𝑠𝑐 .𝑈𝑣
Độ cố kết đứng được tính theo công thức: 𝑈𝑣 =f(𝑇𝑣 )

𝑇𝑣 : Yếu tố thời gian và được tính theo công thức
𝐶
𝑇𝑣 =𝐻𝑣2 .t

(2.7)

𝐶𝑣 : Là hệ số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng trong phạm
vi lớp đất chịu nén được tính theo công thức
𝐶𝑣 =

𝐻2
2

𝐻𝑖
(∑𝑛
)
𝑖=1

(2.8)

𝐶𝑣𝑖

d. Kiểm tra sự ổn định của nền đường đầu Cầu đắp cao trên đất
yếu bằng vật liệu nhẹ Geo Foam
Ta tính hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin và nếu Kmin>[K] thì nền đường
đắp ổn định và ngược lại nếu Kmin<[K] thì nền đường không ổn định.
Hệ số ổn định cho phép nền đường [K] được lấy theo 22TCN2622000 “Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu” ngày
15 tháng 06 năm 2000.
2.5.2. Tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn trên mô
hình phần mềm Plaxis 8.5

- Sự phát triển của phần mềm Plaxis được từ năm 1987 tại đại học
công nghệ Deelf-Hà Lan. Phiên bản Plaxis V.2 ban đầu lập nhằm mục đích
phân tích các bài toán ổn định đê biển và đê sông tại các vùng bờ biển thấp
tại Hà Lan. Làm cầu nối giữa các kỹ sư địa kỹ thuật và các chuyên gia lý
thuyết do GS.R.B.J Brinkgreve và P.A Vermeer khởi xướng.
Do đó, học viên áp dụng phần mềm Plaxis tính toán ổn định nền
đường đắp trên đất yếu bằng vật liệu nhẹ Geo Foam.
2.6. Kết luận chương 2:
Trong nội dung của chương 02, tác giả đã phân tích hiện trạng
lún của nền đường đầu Cầu đoạn Khâm Đức-Đăk Zôn, đường HCM.
Đồng thời phân tích nguyên nhân gây ra lún nền đường đầu Cầu cho


12

tuyến đường này. Và tác giả đã đề xuất đến cấu tạo giải pháp Geo Foam
cho việc xử lý trên
Chương 3 - THÍ NGHIỆM MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA
VẬT LIỆU GEO FOAM
Mục đích: Tìm ra các thông số và chỉ tiêu của vật liệu Geo Foam và
từ đó đưa vào tính toán ổn định cho nền đường đắp cao trên đất yếu.
3.1. Thiết kế thành phần Cấp Phối
Bảng 3.1. Bảng thiết kế thành phần Cấp Phối D800 (Cấp phối 1-CP1)
Trọng lượng riêng Bê Tông khi khô
800
Cát (Kg)
400
Xi măng (Kg)
320
Nước dùng trộn vữa (l)

120
Lượng bọt(L)
630
Tiêu hao bọt(L)
1,2
Bảng 3.2. Bảng thiết kế cho thành phần cấp phối D1100 (Cấp phối 2-CP2)
Trọng lượng riêng Bê Tông khi khô
1100
Cát (Kg)
663
Xi măng (Kg)
350
Nước dùng trộn vữa (l)
135
Lượng bọt(L)
503
Tiêu hao bọt(L)
1
3.2. Thí nghiệm xác định cường độ nén

Hình 3.1. Chế tạo bọt cho BTN và thí nghiệm nén mẫu
- Cường độ nén R của viên mẫu thử, được tính bằng MPa theo
công thức sau:

𝐹

R=α.𝐴

(3.1)

13

Trong đó: F là tải trọng lớn nhất khi mẫu bị phá hủy, tính bằng N
(New ton)
A: Diện tích bề mặt chịu nén của mẫu, tính bằng mm2

Hình 3.2. Cân mẫu và đọc giá trị phá hủy mẫu
α: Hệ số điều chỉnh theo độ ẩm của mẫu thử
3.3. Thí nghiệm xác định cường độ uốn

Hình 3.3. Khuôn và cách chế tạo mẫu trong khuôn
- Lực tối đa đạt được khi thử uốn là tải trọng uốn gãy mẫu.
Cường độ uốn được xác định theo công thức dưới đây:
𝑃.𝑙

𝑅𝑘𝑢 = γ. 𝑎.𝑏2

Hình 3.4. Thí nghiệm mẫu xác định cường độ uốn
3.4. Thí nghiệm xác định độ co khô

(3.2)


14

Độ co khô (ɛ ) của viên mẫu, tính bằng % theo công thức:
ɛ =ɛ6 -ɛ𝑏đ

(3.3)

Hình 3.5. Thí nghiệm xác định độ co ngót trong tủ khí hậu độ ẩm 6%
3.5. Kết quả thí nghiệm
3.5.1. Kết quả cường độ nén của BTN D800 (CP1)
Tuổi
Lực nén
Thứ tự
𝑹𝒏
Stt
mẫu
mẫu
mẫu
(MPa)
(ngày)
(kN)
M1
58,6
2,72
1
M2
7
54
2,51
M3
59,6
2,77
M4
70,8
3,29
2

M5
14
68,6
3,19
M6
72,5
3,37
M7
87,9
4,08
3
M8
28
85,2
3,96
M9
84,7
3,93
M10
90
4,18
4
M11
56
100,8
4,68
M12
91,5
4,25

𝑹𝒏 trung
bình
(MPa)
2,67

3,28

3,99

4,37

3.5.2. Kết quả thí nghiệm cường độ nén của BTN D1100 (CP2)
Tuổi
Lực nén
𝑹𝒏 trung
Thứ tự
𝑹𝒏
Stt
mẫu
mẫu
bình
mẫu
(MPa)
(ngày)
(kN)
(MPa)
1
N1
7
81,2

3,77
3,71


15

2

3

4

N2
N3
N4
N5
N6
N7
N8
N9
N10
N11
N12

14

28

56

64,2
94,3
141,9
124,4
135,4
152,4
174,8
178,5
169,7
183,4
186,2

2,98
4,38
6,59
5,78
6,29
7,08
8,12
8,29
7,88
8,52
8,65

6,22

7,83

8,35

3.5.3. Kết quả thí nghiệm cường độ uốn của D800 (CP1)
Tuổi
Lực uốn
𝑹𝒖 trung
Thứ tự
𝑹𝒖
Stt
mẫu
mẫu
bình
mẫu
(MPa)
(ngày)
(kN)
(MPa)
P1
0,8
0,95
1
P2
7
0,72
0,85
0,94
P3
0,87
1,03
P4
1,6
1,9

2
P5
14
1,43
1,69
1,78
P6
1,48
1,75
P7
1,95
2,31
3
P8
28
2,38
2,82
2,73
P9
2,59
3,07
P10
2,4
2,85
4
P11
56
2,45
2,9
2,92

P12
2,54
3,01
3.5.4. Kết quả thí nghiệm cường độ uốn của D1100 (CP2)
Tuổi
Lực uốn
𝑹𝒖 trung
Thứ tự
𝑹𝒖
Stt
mẫu
mẫu
bình
mẫu
(MPa)
(ngày)
(Kn)
(MPa)
Q1
0,97
1,15
1
Q2
7
1,52
1,80
1,32
Q3
0,85
1,01

Q4
1,83
2,17
2
14
2,34
Q5
2,14
2,54


16

3

4

Q6
Q7
Q8
Q9
Q10
Q11
Q12

28

56

1,95

2,51
3,05
3,12
2,84
3,03
3,29

2,31
2,97
3,62
3,70
3,37
3,59
3,90

3.5.5. Kết quả thí ngiệm độ co ngót D800 (CP1)
Stt
Kích thước
Tiết diện
Độ co ngót
(mm)
(mm2)
của từng
viên (mm)
1
0,18
2
40x40x160
1600
0,31

3
0,20
3.5.6. Kết quả thí ngiệm độ co ngót D1100 (CP2)
Stt
Kích thước
Tiết diện
Độ co ngót
(mm)
(mm2)
của từng
viên (mm)
1
0,19
2
40x40x160
1600
0,08
3
0,15

3,43

3,62

Độ co ngót
trung bình
(mm)
0,23

Độ co ngót

trung bình
(mm)
0,14

3.6. Biểu đồ và phân tích kết quả

Hình 3.6. Biểu đồ cường độ nén của D800 và D1100
- Hình 3.6 cho thấy, cường độ nén tuổi 28 ngày của tất cả các mẫu
đều đạt cường độ nén yêu cầu trong TCVN 9029:2017. Sau tuổi 28 ngày,


17

cường độ nén Bê Tông Nhẹ vẫn tiếp tục phát triển. Nhưng tốc độ phát
triển cường độ có xu hướng chậm dần.
- Cường độ nén phát triển rất nhanh trước 28 ngày tuổi, nếu được
quan tâm về cải thiện cường độ nén như dùng tro bay, thép sợi thì cường
độ nén sẽ tăng lên.
- Từ biểu đồ hình 3.6 cho thấy, việc thay đổi dung trọng khô từ
D800 đến D1100 chỉ ảnh hưởng mạnh mẽ đến việc tăng cường độ nén
của BTN như ta thấy (𝑅𝑛𝐷1100=1,96𝑅𝑛𝐷800) và độ co ngót. Ngược lại nó
ảnh hưởng không đáng kể đến cường độ uốn như ta thấy
(𝑅𝑛𝐷1100 =1,26𝑅𝑛𝐷800) của vật liệu Geo Foam.
- Từ biểu đồ thấy, chênh lệch cường độ nén rất lớn giữa khối lượng
thể tích D800 và D1100, khối lượng thể tích gấp 1,38 lần nhưng cường
độ nén tuổi 28 ngày tăng 1,96 lần và gần gấp đôi. Cũng từ hình 13 cho
thấy, cường độ nén tuổi 28 ngày của tất cả các mẫu đều đạt cường độ nén
yêu cầu trong TCVN 9029:2017.

Hình 3.7. Biểu đồ cường độ uốn của Geo Foam D800 và D1100

- Nhìn vào hình 3.7 ta nhận thấy, tính chất phát triển cường độ uốn
cũng giống như tính chất phát triển cường độ nén. Giá trị cường độ uốn
tương đối nhỏ hơn nhiều so với giá trị cường độ nén. Tổ hợp vật liệu đã
có tác dụng rõ rệt trong việc làm tăng cường độ uốn.


18

Hình 3.8. Biểu đồ độ co khô và biểu đồ tổng cường độ nén
- Theo TCVN 9029:2011, quy định độ co khô của Bê Tông Nhẹ
D800 đến D1200 không vượt quá 3mm/m (0,3%). Bê Tông Nhẹ có độ co
khô lớn hơn rất nhiều so với Bê Tông khí chưng áp (AAC), trong TCVN
7959:2011 quy định chỉ tiêu này của AAC là 0,2mm/m. Ta thấy, đảm bảo
theo yêu cầu của tiêu chuẩnTCVN9029:2011.
Từ hình 3.8 ta nhận thấy, qua kết quả nghiên cứu cho thấy Bê
Tông Bọt có khối lượng thể tích thấp, thì có độ co khô lớn và ngược lại
với Bê Tông Nhẹ có khối lượng thể tích lớn. Ta thấy với D800 thì độ co
khô đạt 0,23mm và D1100 là 0,14mm.

Hình 3.9. Biểu đồ tổng cường độ uốn của Geo Foam D800 và D1100
Nhìn vào hình 3.8 và 3.9 ta thấy, ở cùng một thời điểm (ngày tuổi)
thì cường độ nén của D1100 tăng nhanh hơn rất nhiều so với D800 và
trong khi cường độ uốn cũng tăng nhưng có xu hướng chậm và không
phát triển bằng cường độ nén.
Khi xem xét hệ số cường độ nén trong cùng một ngày tuổi của
D800 và D1100, ở tuổi 7 ngày hệ số này là: 3,71/2,67=1,4. Tuổi 14 ngày


19

1,89. Tuổi 28 ngày 1,96. Tuổi 56 ngày 1,91.
3.6. Kết luận chương 3
Chương 3 trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm về vật liệu nhẹ Geo
Foam và từ đó tìm ra các thông số, chỉ tiêu cơ lý của chúng như sau:
Qua các kết quả thực nghiệm, từ đó áp dụng vào loại vật liệu
Geo Foam này thay thế vật liệu đắp nền đường thông thường như cát, đất
chọn lọc là giải pháp nhằm giảm tải trọng gây lún cho nền đắp cao ở khu
vực miền núi..
Chương 4 - TÍNH TOÁN ÁP DỤNG GIẢI PHÁP VẬT LIỆU NHẸ
GEO FOAM CHO NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU ĐĂK XA
4.1. Đặt vấn đề
4.2. Số liệu tính toán
4.3. Tính toán sử dụng vật liệu nhẹ Geo Foam cho nền đường
đầu Cầu Đăk Xa
Ta có độ lún tổng cộng: S=𝑠𝐼 +𝑠𝑐
Trong đó: 𝑠𝐶 =0,827m là độ lún cố kết được tính ở bảng
𝑆𝑖 =(m-1)𝑆𝐶 =(1,2-1)0,827=0,165 (m) là độ lún tức thời do
đất yếu dưới tác dụng của tải trọng nền đắp bằng Geo Foam bị nở hông.
Vậy độ lún tổng cộng là: S=0,827+0,165=0,992 (m)
Tính hoàn toàn tương tự cho nền đắp là cấp phối đất đồi K95 và ta
được S=1,27m.
- Tính toán và bố trí các tấm Geo Foam vào trong thân nền đường
đầu Cầu đắp cao cho Cầu Đăk Xa.
- Để đảm bảo ổn định trượt dọc và hạn chế độ lún nền đường, tạo
êm thuận trong khai thác đối với đoạn chuyển tiếp từ đường vào Cầu ta
lấy theo Quyết Định số 3095/QĐ-BGTVT ngày 07/10/2013 về việc “Ban
hành Quy định tạm thời về các giải pháp kỹ thuật công nghệ đối với đoạn
chuyển tiếp giữa đường và Cầu (cống) trên đường ô tô”
- Đoạn chuyển tiếp giữa đường và Cầu Đăk Xa cần xử lý Bê Tông
Nhẹ Geo Foam được xác định từ mép về phía đường của tường đỉnh mố

20

Cầu về phía mỗi nền đường được tính theo công thức:
𝐿𝑐𝑡 ≥ 𝐿1 + 𝐿2
(4.1)
Trong đó:
+ 𝐿𝑐𝑡 : Chiều dài đoạn chuyển tiếp giữa đường và Cầu.
+ 𝐿1 : Chiều dài đoạn đường gần mố Cầu.
+ 𝐿2 : Chiều dài đoạn đường từ cuối đoạn gần mố đến đoạn
đường thông thường.

Hình 4.1. Quy định về độ bằng phẳng theo phương dọc tim đường
của đoạn chuyển tiếp giữa đường và Cầu
Chiều cao cần xử lý Geo Foam là H=6m. Chiều dài theo mặt cắt
dọc trên đỉnh và dưới đáy cần xử lý bằng nền đắp bằng Geo Foam lần
lượt là: 𝐿1 =30m và L2=13m.
l1=3h+(3

5)M

l2

PH¹M VI §¾P §O¹N TIÕP GI¸P

TH¢N Mè CÇU

h

NÒN §¾P §ÇU CÇU

l=h+(3

5)M

2h

Hình 4.2. Phạm vi đắp đoạn chuyển tiếp lấy theo TCVN 9436:2012
Khối lượng đất cần đào để bố trí vật liệu nhẹ Geo Foam:
6
17 9+24
V= (9+24)2.13+6. 2 . ( 2 )=2.167,5 (m3)
Đây cũng chính là khối lượng vật liệu nhẹ Geo Foam cần thi công


21

x lý nn p cao trờn t yu.
Ta cú: Tm Geo Foam cú kớch thc HxBxL=0,6x1,2x1,9 (m)
Khi lng mi tm Geo Foam:1 =0,6x1,2x1,9=1,368 (m3)
Vy s lng tm Geo Foam cn lp ghộp l:


= =
1

2.167,5
1,368

= 1.585 (Tm)

B trớ v sp xp tm Geo Foam trờn mt ct ngang v ct dc:
+ Nguyờn lý sp xp:
Khi sp xp cỏc khi tm Geo Foam ny cn lu ý l 2 lp k
nhau khụng trựng mch theo c phng dc v phng ngang Cu.
kết cấu áo đ-ờng

520

kết cấu áo đ-ờng

bê tông nhẹ geo foam

bê tông nhẹ geo foam

tấm hdpe
tấm hdpe

cát đệm dày 50cm
bản quá độ

cát đệm dày 50cm

3000 (phạm vi xử lý đ-ờng đầu cầu bằng bê tông nhẹ geo foam dài 30m)

600

600

900

vật liệu geo foam

1300

2400

Hỡnh 4.3. Mt ct ngang nn ng u Cu k Xa sau khi x lý
bng vt liu nh Geo Foam
4.4. Kt qu tớnh toỏn v kim toỏn

Hỡnh 4.4. Kt qu lỳn v n nh khi trng t p l Geo
Foam bng phn mm Plaxis8.5
Kim toỏn:
+ Kim toỏn lỳn:
lỳn c kt cũn li ti trc tim ca nn ng sau thi gian khai


22

thác của nền đường xây dựng trên nền đất yếu phải được thỏa mãn với
22TCN262-2000:
Ta có độ cố kết của nền đất khi nước thấm 2 phía theo phương
thẳng đứng
U=1-(1-𝑈𝑉 )(1-𝑈ℎ )
(4.2)
Trong đó:
𝑈ℎ =0: Là độ cố kết theo phương ngang
𝑈𝑉 =90% là độ cố kết theo phương đứng tương ứng với nhân tố

thời gian 𝑇𝑣 =0,1
Theo (2.10) ta có ∆S=(1-U)𝑆𝑐 =(1-0,9).0,83=0,083 (m)=8,3 (cm)
Độ lún cho phép còn lại sau 30 năm khai thác là [∆S]=20 (cm)
Ta nhận thấy rằng: ∆S=8,3 (cm) < [∆S]= 20 (cm) -> Đảm bảo về
độ lún
+ Kiểm toán độ ổn định:
Khi áp dụng theo phương pháp Bishhop để kiểm toán ổn định thì
hệ số ổn định nhỏ nhất [ 𝐾𝑚𝑖𝑛 ]=1,4.
Ta nhận thấy rằng khi sử dụng vật liệu nhẹ Geo Foam để xử lý nền
đường đắp cao cho Cầu Đăk Xa thì 𝐾𝑚𝑖𝑛 =1,46 > [𝐾𝑚𝑖𝑛 ]=1,4 -> Đảm bảo
về độ ổn định.
4.5. Xây dựng quy trình công nghệ thi công
- Chuẩn bị cấu kiện Geo Foam và vận chuyển Geo Foam đến công
trường.
- Thi công và vệ sinh hố móng nền đường đầu Cầu, chuẩn bị vị trí
lắp các tấm Geo Foam.
- Lắp đặt các tấm Geo Foam, cố định và điều chỉnh vào vị trí.
- Cố định vĩnh viễn và xử lý các mối nối. Hoàn thiện và đắp đất
hai bên ta luy mái, xây gia cố chân khay mái ta luy và sau đó tiến hành
thi công kết cấu áo đường.


23

Hình 4.5. Thi công lắp ghép Geo Foam và nền đường đầu Cầu
Đak Xa
4.6. Kết luận chương 04
- Trong quá trình tính toán và mô phỏng bằng phần mềm Plaxis
cho giải pháp đề xuất và so sánh khi sử dụng vật liệu nhẹ Geo Foam và
không sử dụng vật liệu nhẹ Geo Foam, thì nhận thấy rằng giải pháp đề

xuất là phù hợp. Đảm bảo ổn định nền đường và xử lý lún cho nền đắp
cao trên đất yếu.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Trên cơ sở đánh giá, phân tích nguyên nhân lún ở nền đường đầu
Cầu đắp cao trên đất yếu. Và đề xuất giải pháp sử dụng vật liệu nhẹ Geo
Foam để xử lý nền đường đầu Cầu Đăk Xa đoạn đường HCM có thể rút
ra một số kết luận và kiến nghị chủ yếu như sau :
- Đề tài đã giới thiệu tổng quan về lún của nền đường đầu Cầu đắp
cao trên đất yếu, khảo sát đánh giá hiện trạng cũng như phân tích các
nguyên nhân của nền đường đầu Cầu Đăk Xa đường HCM.
- Tác giả đã thực hiện và đưa ra bức tranh thí nghiệm về vật liệu nhẹ
Geo Foam và từ đó tìm ra các thông số, chỉ tiêu cơ lý của chúng như :
+ Thí nghiệm nén và tìm ra cường độ nén của Geo Foam D800 và
D1100.
𝑹𝑫𝟖𝟎𝟎
=3,99 (Mpa) và 𝑹𝑫𝟏𝟏𝟎𝟎
=7,83 (Mpa)
𝒏
𝒏