Nghiên cứu giải pháp cải tạo đất địa phương bằng vôi kết hợp vải địa kỹ thuật làm đất đắp nền đường khu vực tỉnh Hậu Giang

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢI TẠO ĐẤT ĐỊA PHƯƠNG BẰNG VƠI
KẾT HỢP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT LÀM ĐẤT ĐẮP NỀN ĐƯỜNG
KHU VỰC TỈNH HẬU GIANG
STUDY ON THE APPROACH TO USING LOCAL EARTH REINFORCED
WITH LIME AND GEOTEXTILE FOR ROAD EMBANKMENT
IN HAU GIANG PROVINCE
PGS. TS. Võ Phán, KS. Nguyễn Hữu Trung Tín
Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG TP.HCM
TĨM TẮT
Bài báo trình bày phương pháp sử dụng đất sét yếu địa phương đã được cải tạo
với vơi để đắp nền đường có trải vải địa kỹ thuật. Bằng thí nghiệm cắt trực tiếp và
nén một trục nở hơng, nghiên cứu xác định hàm lượng vơi hợp lý nhất về mặt hiệu
quả cải tạo đất, từ đó áp dụng vào nền đất đắp để làm giảm hàm lượng vải địa kỹ
thuật cần sử dụng. Các hàm lượng vơi được xét đến: 0%, 6%, 8%, 10. Ứng dụng
kết quả này vào cơng trình đường tại Thành phố Vị Thanh - tỉnh Hậu Giang.

ABSTRACT
This paper presents a solution of using local soft clay mixed with lime for road
embankment reinforced with geotextile. By using Direct Shear Test and
Unconfined Compression Test, with different contents of lime: 0%, 6%, 8%, 10%,
the research figures out the optimum content of lime in respect of earth
reinforcement efficiency, apply to road embankment to decrease the content of
geotextile required. In addition, the author considers to apply this result to a road
in Vi Thanh city – Hau Giang province.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, vì nhu cầu khai thác tiềm năng kinh tế và nâng cao đời sống của người
dân khu vực Đồng bằng sơng Cửu Long, hệ thống giao thơng trong khu vực này đang
trên đà phát triển nhanh. Trước nhu cầu tăng cao đó, việc tận dụng đất địa phương làm

đất đắp sẽ giúp tiết kiệm đáng kể chi phí và thời gian thi cơng. Tuy nhiên, do lịch sử
hình thành địa chất ở Đồng bằng Sơng Cửu Long là bồi tích nên các lớp đất bề mặt ở
khu vực này thường là đất yếu, việc sử dụng lớp đất mặt để làm đất đắp nền đường cũng
vì thế mà trở nên khơng khả thi. Vì vậy, nghiên cứu phương pháp gia cường đất ở các
khu vực này trở nên một ngày càng thiết yếu. Trong các phương pháp cải tạo đất hiện
nay, phương pháp cải tạo đất bằng vơi được đánh giá là hiệu quả nhất về mặt chi phí,
đất sau cải tạo sẽ có cường độ cao, tuy nhiên lại có khuyết điểm là sẽ trở thành vật liệu
giòn. Để cải thiện khuyết điểm đó của đất trộn vơi, nghiên cứu này xem xét giải pháp
kết hợp vải địa kỹ thuật làm vật liệu chịu kéo vào đất đã cải tạo bằng vơi trong việc ổn
định đất đắp nền đường.
VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

367


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Thí nghiệm trong phòng: Tiến hành thí nghiệm cắt trực tiếp và nén một trục nở
hơng của đất trộn với các hàm lượng vơi 6%, 8%, 10%.
- Tính tốn và mơ phỏng: Sử dụng phần mềm Geo Slope/W để tính tốn chiều
cao mỗi lớp đất đắp có thể đối với nền đường.
3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
3.1 . Ngun vật liệu chính dùng trong thí nghiệm
Đất dùng cho thí nghiệm thuộc khu vực Thành phố Vị Thanh, tỉnh Hậu Giang
với các thơng số cơ lý như sau:
Bảng 1. Các thơng số cơ lý của đất tự nhiên
Trọng
Giới hạn
Độ

Tỷ trọng hạt
lượng riêng ẩm
chảy
Gs
WL
W
γw
kN/m3
%
%
16,31
72,32
2,64
76,40

Góc ma
Giới hạn
Lực dính
sát trong
dẻo
c
φ
WP
%
kPa
Độ
30,9
4,2
3°20'

Mơđun
nén
E1-2
kPa
2.100

Bảng 2. Hàm lượng thành phần hóa học của vơi dùng trong thí nghiệm (%)
CaO
69,67

SiO2
12,25

Al2O3
7,78

Fe2O3
3,82

MgO
0,88

3.2 . Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp
3.2.1 Góc ma sát trong ϕ và lực dính c của hỗn hợp đất trộn vơi
Bảng 3. Bảng tổng hợp lực dính c của hỗn hợp đất – vơi (kN/m2)
Vơi (%)

0

6

8

Bảo dưỡng
(ngày)

10
2

Lực dính c (kN/m )
5,5
6,5
10,6

14
21
28

21,1
26,0
32,5

29,0
35,2
42,1

30,2
41,0
47,8

Bảng 4. Bảng tổng hợp góc ma sát trong φ của hỗn hợp đất – vơi (độ)
Vơi (%)
Bảo dưỡng
(ngày)
14
21
28

368

0

6

8

10

Góc ma sát trong φ (o)
5o26' 
8o58' 

25o43'
26o33'

26o06'
28o33'

26o32' 
28o44' 

12o33' 

27o33'

29o28'

29o58' 

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016
60.00

Góc ma sát trong (o)

35

Lực dính (kN/m2)

50.00
6
%

40.00
30.00

8
%

20.00
10.00
0.00

30
25
20
15
10
5
0

10

20

30

10

Thời gian bảo dưỡng (ngày)

20

30

Thời gian bảo dưỡng (ngày)

Hình 1. Biểu đồ quan hệ giữa lực dính c và góc ma sát trong φ

với thời gian bảo dưỡng ở các hàm lượng vơi khác nhau
¾ Khi tăng hàm lượng vơi từ 0% đến 8% thì lực dính tăng nhanh, nhưng khi tăng
vơi từ 8% đến 10% thì tốc độ tăng của lực dính giảm dần. Góc ma sát trong chỉ tăng
mạnh khi tăng hàm lượng vơi từ 0% đến 6%, còn khi tăng hàm lượng vơi từ 6% đến
10% thì tốc độ tăng góc ma sát trong chậm hơn.
¾ Theo thời gian, lực dính c phát triển khá nhanh, còn góc ma sát trong φ thì phát
triển chậm hơn. Đáng chú ý là ở đất với hàm lượng vơi 8% và 10%, sự chênh lệch góc
ma sát trong là khơng đáng kể (<2%).
3.2.2. Sức chống cắt của hỗn hợp đất trộn vơi
¾ Việc trộn vơi vào đất có tác dụng cải thiện sức chống cắt của đất rất đáng kể.
Đất cải tạo có sức chống cắt cao hơn so với đất tự nhiên từ 460% - 530% ở thời gian
bảo dưỡng 14 ngày, từ 330% - 420% ở thời gian bảo dưỡng 21 ngày, từ 250% - 310% ở
thời gian bảo dưỡng 28 ngày.
¾ Hàm lượng vơi càng lớn thì sức chống cắt càng lớn. Tuy nhiên, trong khi tăng
hàm lượng vơi từ 6% đến 8% sẽ làm sức chống cắt tăng 15,56% thì khi tăng hàm lượng
vơi từ 8% đến 10% chỉ làm tăng sức chống cắt 6,46%. Nói cách khác, khi hàm lượng
vơi sử dụng vượt q 8%, hiệu quả của việc trộn vơi giảm dần. Vì vậy, hàm lượng vơi
8% có thể được xem là hàm lượng hiệu quả nhất.
Bảng 5. Bảng tổng hợp sức chống cắt tại cấp áp lực 200 kPa
Vơi (%)
Bảo dưỡng
(ngày)
14
21
28

0

6

8

10

Sức chống cắt Su (kN/m2)
16,9
25,5
37,2

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

78,9
86,0
95,1

87,8
100,5
109,9

90,1
106,8
117,0

369


Sức chống cắt (kN/m2)

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016
140.000

120.000
100.000
6%

80.000
60.000

8%

40.000
20.000
0.000
10

20

30

Thời gian bảo dưỡng (ngày)
Hình 2. Biểu đồ quan hệ giữa sức chống cắt khơng thốt nước Su
với thời gian bảo dưỡng ở các hàm lượng vơi khác nhau
3.3 . Kết quả thí nghiệm nén đơn
Bảng 6. Kết quả thí nghiệm nén đơn của mẫu đất trộn vơi
Số hiệu
mẫu

Hàm lượng
vơi
(%)

Thời gian bảo
dưỡng
(ngày)

Độ ẩm khi
nén (%)

Biến dạng
phá hoại
(%)

Cường độ
chịu nén qu
(kN/m2)

E50
(kPa)

N-0007

0

7

68,67

2,92

24

4.900

N-0014

0

14

67,29

2,87

63

6.320

N-0021

0

21

65,72

2,84

92

7.880

N-0028

0

28

64,87

2,79

120

9.210

N-0607

6

7

42,62

2,65

253

13.230

N-0614

6

14

41,02

2,60

312

16.870

N-0621

6

21

39,22

2,54

342

18.920

N-0628

6

28

38,29

2,51

366

20.320

N-0807

8

7

41,23

2,53

390

24.200

N-0814

8

14

39,62

2,48

433

26.220

N-0821

8

21

37,56

2,45

458

27.890

N-0828

8

28

36,21

2,42

473

28.900

N-1007

10

7

39,22

2,51

472

25.310

N-1014

10

14

36,89

2,46

523

27.330

N-1021

10

21

35,24

2,42

563

29.020

N-1028

10

28

34,33

2,37

583

30.210

370

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM


700

35000

600

30000

500

25000

E50 (kPa)

Cường độ chịu nén (kN/m2)

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016

20000

400

0%

300

6%

200

8%

10000

10%

5000

100

15000

0
5

0
5

15

25

15

25

35

35

Thời gian bảo dưỡng
(ngày)

Thời gian bảo dưỡng (ngày)

Hình 3. Quan hệ giữa cường độ chịu nén qu và E50 với thời gian bảo dưỡng
ở các hàm lượng vơi khác nhau
¾ Khi hàm lượng vơi tăng lên thì cường độ nén đơn qu cũng tăng theo. Khi tăng
hàm lượng vơi từ 6% lên 8% thì qu tăng mạnh (tăng 137 kN/m2, tức 54.1%). Khi tăng
hàm lượng vơi từ 8% lên 10% thì qu tăng chậm hơn (tăng 82 kN/m2, tức 21.0%). Điều
này cho thấy khi hàm lượng vơi vượt q 8% thì hiệu quả cải tạo đất của vơi giảm dần.
¾ Module biến dạng E50 của đất trộn vơi hàm lượng 8% gần bằng với hàm lượng
10%. Điều này, một lần nữa, khẳng định thêm cho nhận định 8% là hàm lượng vơi hợp
lý nhất cho việc cải tạo đất.
4. ỨNG DỤNG TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CHO NỀN ĐẤT ĐẮP KHI XỬ LÝ
BẰNG GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG VƠI KẾT HỢP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT
Từ các kết quả thí nghiệm tác giảtiến hành mơ phỏng bài tốn đắp nền đường
bằng đất có gia cường trên phần Geo Slope/W để phân tích ổn định cho cơng trình
đường nối Quốc lộ 61B với Trung tâm Hành chính Thành phố Vị Thanh, tỉnh Hậu
Giang. Nền đất đắp đường cao 4 m, đắp nhiều lớp có gia cường bằng vải địa kỹ thuật.
Bảng 7. Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất
Ký hiệu

Đơn vị

Đất tự nhiên

Đất trộn vơi 8% (giá trị thí nghiệm)

16,3

17,5

03o20'

29o46'

γw

kN/m3

φ

o

c

kN/m2

4,2

42,1

qu

kN/m2

24

473

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

371


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016

Hình 4. Kết quả tính tốn ổn định bằng phần mềm Slope/W
Bảng 8. Bảng tổng hợp hệ số an tồn với các chiều cao đắp khác nhau
Bề dày một lớp (m)

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

FS (đất tự nhiên)

1,124

1,180

1,254

1,357

1,462

FS (đất trộn vơi 8%)

1,365

1,427

1,498

1,593

1,702

¾ Để FS > [FS] = 1.4 (Bishop), nếu sử dụng đất tự nhiên có vải địa kỹ thuật thì
chiều dày mỗi lớp đất đắp khơng được q 0,4 m. Tức để đắp nền đường cao 4 m, ta cần
10 lớp đất đắp, sử dụng 8 lớp vải địa kỹ thuật.
¾ Trong khi đó, nếu sử dụng đất đã được cải tạo với hàm lượng vơi bột là 8% thì
chiều cao mỗi lớp đất đắp có thể là 0,7 m. Tức để đắp nền đường cao 4 m, ta cần 6 lớp
đất đắp, chỉ sử dụng 4 lớp vải địa kỹ thuật.
5. KẾT LUẬN

1. Qua q trình thí nghiệm và mơ phỏng đối với loại đất yếu bề mặt ở khu vực
thành phố Vị Thanh, tỉnh Hậu Giang thì hàm lượng vơi thích hợp để làm tăng
cường độ của đất là 8%.

2. Đất được cải tạo với hàm lượng vơi 8% gia tăng sức kháng cắt đáng kể: lực dính c

tăng 401% (từ 10,5 kN/m2 lên 42,1 kN/m2), góc nội ma sát φ tăng 234% (từ
12,54o lên 29,47o).

3. Đất cải tạo vơi 8% cũng gia tăng cường độ chịu nén đơn: qu tăng 394% (từ 120
kN/m2 lên 473 kN/m2).

4. Khi đắp nền đường cao 4 m có kết hợp vải địa kỹ thuật, để đạt được hệ số an tồn
FS > [FS] = 1,4 (theo Bishop), mỗi lớp đất dắp chỉ dày tối đa 0,4 m đối với đất tự
nhiên, hoặc mỗi lớp đất đắp dày 0,7 m đối với đất đã được cải tạo bằng vơi 8%.

372

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Võ Phán, Phan Lưu Minh Phượng. Cơ học đất. Nhà xuất bản Xây dựng, 2011.
2. Châu Ngọc Ẩn. Cơ học đất. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
3. 22 TCN – 211 - 06, “ Áo đường mềm – Các u cầu và chỉ dẫn thiết kế.”
4. Locat J., Bérubé M., Choquet M. "Laboratory investigations on the lime stabilization of
sensitive clays: shear strength development". Groupe de recherche en géologie de

I'ingénieur, Département de géologie, Université Laval, Sainte-Foy (Qbec), 1989.
5. Kaur, P., & Singh, G. "Soil improvement with lime". IOSR Journal of Mechanical and Civil
Engineering (IOSRJMCE), 2012.
6. Negi, A. S., Faizan, M., Siddharth, D. P., & Singh, R. (2013). "Soil stabilization using lime".
International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology ,
vol.2, no.2, 2013.
7. Bergado, D. T., Anderson, L. R., Miura, N., and Balasubramaniam, A. S.. Soft ground
improvement, ASCE Press, 1996.

Người phản biện: GS. TSKH. Nguyễn Văn Thơ

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

373