Nghiên cứu cải tạo đất yếu tại chỗ để đắp đường bằng vật liệu xi măng và lưới nông nghiệp ở đồng tháp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------o0o---------

TRẦN HÙNG CƯỜNG

NGHIÊN CỨU CẢI TẠO ĐẤT YẾU TẠI CHỖ ĐỂ ĐẮP
ĐƯỜNG BẰNG VẬT LIỆU XI MĂNG VÀ LƯỚI
NÔNG NGHIỆP Ở ĐỒNG THÁP

Chuyên ngành

: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã số ngành

: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2013


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: TRẦN HÙNG CƯỜNG

.... MSHV: 11094270

Ngày, tháng, năm sinh: 15-10-1987

Nơi sinh: Đồng Tháp

Chuyên ngành: Địa Kỹ thuật Xây dựng

Mã số : 60.58.60

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CẢI TẠO ĐẤT YẾU TẠI CHỖ ĐỂ ĐẮP

ĐƯỜNG BẰNG VẬT LIỆU XI MĂNG VÀ LƯỚI NÔNG NGHIỆP Ở
ĐỒNG THÁP
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Mở đầu
Chương 1 : Tổng quan các vấn đề nghiên cứu cải tạo đất yếu tại chỗ dùng làm vật
liệu đắp ở Đồng Tháp
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết về thí nghiệm đất trong phịng và tính tốn ổn định
nền đường
Chương 3 : Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên và đất được
gia cường bằng xi măng và lưới
Chương 4 : Ứng dụng tính tốn đường đê bao ở Đồng Tháp
Kết luận và kiến nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21-01-2013
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21-06-2013
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS. TS VÕ PHÁN – TS ĐỖ THANH HẢI

Tp. HCM, ngày 21 tháng 06 năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS VÕ PHÁN

TS. ĐỖ THANH HẢI

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS VÕ PHÁN

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC THỰC HIỆN TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS VÕ PHÁN – TS ĐỖ THANH HẢI

Cán bộ chấm nhận xét 1:……………………………………………………………

Cán bộ chấm nhận xét 2:……………………………………………………………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC
SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …. tháng …. năm 2013
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm :
1. ………………………………………………………………………………..
2. ………………………………………………………………………………..
3. ………………………………………………………………………………..
4. ……………………………………………………………………………….

5………………………………………………………………………………….

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


LỜI CAM ĐOAN

- Tác giả đề tài xin cam đoan luận văn thạc sỹ này là trung thực, được thực
hiện trên cơ sở tổng hợp các lý thuyết, kết hợp thực nghiệm dưới sự hướng dẫn
khoa học của Pgs.Ts Võ Phán và Ts. Đỗ Thanh Hải.
- Các q trình thí nghiệm được thực hiện đầy đủ và đáng tin cậy tại bộ mơn
Địa cơ nền móng của nhà trường.
- Các số liệu mơ hình tính tốn đều được chú thích và trích dẫn đầy đủ nguồn
gốc tài liệu một cách khách quan và chính xác
Một lần nữa tơi xin khẳng định sự trung thực của đề tài và hoàn toàn chịu
trách nhiệm với những lời cam kết ở trên.


KÝ HIỆU
b

(m)

Chiều rộng

c

(kg/cm2)

Lực dính đơn vị của đất

cu

(kg/cm2)

Lực dính của đất trong thí nghiệm UU

Eo

(kg/cm2)

Module đàn hồi Young

E50

(kg/cm2)

Module đàn hồi cát tuyến

FS

Hệ số ổn định

g

(m/s2)

Gia tốc trọng trường

k

(cm/s)

Hệ số thấm

u

(kg/cm2)

Áp lực nước lỗ rỗng

R

(m)

Bán kính cung trượt

N

(kg/cm2)

Phản lực

qu

(kg/cm2)

Cường độ nén đơn

T

(kg/cm2)

Lực chống cắt



(kg/cm2)

Ứng suất cắt

V

(m3)

Thể tích

W

(kN/m3)

Trọng lượng khối đất

W

(%)

Độ ẩm

xXM-yL

(%)

Hàm lượng x% xi măng, y% lưới theo trọng lượng
đất trộn





(kg/cm3)

Trọng lượng riêng



độ)

Góc ma sát trong của đất

u

độ)

Góc ma sát trong của đất thí nghiệm UU


LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cơ ở bộ mơn địa cơ nền móng, q
Thầy Cơ đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học.
Những kiến thức ấy thật sự rất hữu ích cho em trong q trình làm luận văn và q
trình cơng tác sau này.
Em xin chân thành cám ơn Thầy PGS. TS. Võ Phán và Thầy TS. Đỗ Thanh
Hải đã tận tình hướng dẫn, giúp em đưa ra hướng nghiên cứu cụ thể, hỗ trợ nhiều
tài liệu, kiến thức quý báu trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Em xin chân thành cám ơn các Thầy PGS. TS. Châu Ngọc Ẩn, TS.Bùi
Trường Sơn, TS. Nguyễn Minh Tâm, TS. Trần Xuân Thọ, TS. Trần Tuấn Anh, TS.
Lê Bá Vinh, TS. Lê Trọng Nghĩa và các thầy cô trong bộ mơn đầy nhiệt huyết và
lịng u nghề, đã tạo điều kiện tốt nhất cho em học tập và nghiên cứu khoa học,
luôn tận tâm giảng dạy và cung cấp cho em nhiều kiến thức, tài liệu quý báo.
Xin chân thành cám ơn các Ban Chủ Nhiệm khoa Kỹ Thuật Xây Dựng,
Phịng Đào tạo Sau Đại học, Bộ mơn Vật liệu xây dựng đã giúp đỡ và tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và làm đề luận văn.
Cuối cùng xin cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ để luận
văn được hoàn thành.
Một lần nữa xin gửi đến Q Thầy, Cơ và Gia đình lịng biết ơn sâu sắc.

TP. Hồ Chí Minh, 21 tháng 06 năm 2013
Học viên

TRẦN HÙNG CƯỜNG


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên đề tài :
NGHIÊN CỨU CẢI TẠO ĐẤT YẾU TẠI CHỖ ĐỂ ĐẮP ĐƯỜNG BẰNG
VẬT LIỆU XI MĂNG VÀ LƯỚI NƠNG NGHIỆP Ở ĐỒNG THÁP
Tóm tắt :

Thời gian gần đây, vấn đề sạt lở những cơng trình đường giao thông ngày
càng trở nên nghiêm trọng ở đồng bằng sơng Cửu Long nói chung và tỉnh Đồng
Tháp nói riêng. Mái dốc của nền đường luôn ở trạng thái cân bằng giới hạn và sẽ
xảy ra trượt khi các điều kiện ổn định thay đổi. Nguyên nhân gây hư hỏng các tuyến
đường chủ yếu do ảnh hưởng của tải trọng, mưa lũ và do bản thân của đất dùng để
đắp đường có cường độ sức chống cắt khá yếu. Trong luận văn này, tác giả sẽ
nghiên cứu giải pháp cải tạo đất yếu bằng xi măng và vụn lưới nông nghiệp phế thải
tại địa phương dùng làm vật liệu đắp đường. Qua quá trình nghiên cứu, kết quả cho
thấy hàm lượng lưới phối trộn vào hỗn hợp xi măng đất tối ưu ở 0.5% theo trọng
lượng đất, và mẫu trộn ở hàm lượng 12% xi măng/đất có thêm 0.5% lưới/đất thì
cường độ nén đơn gần bằng mẫu 15% xi măng/đất khơng gia cường lưới.
Q trình nghiên cứu sẽ sử dụng phần mềm mô phỏng Geo Slope và Geo
Seep để tính tốn cho cơng trình thực tế xã Thường Phước 1, huyện Hồng Ngự, tỉnh
Đồng Tháp. Kết quả cho thấy giải pháp có tính khả thi tại tỉnh Đồng Tháp và từ đó
có thể nghiên cứu áp dụng rộng rãi cho vùng đồng bằng sông Cửu Long, nâng cao
hiệu quả các tuyến đường kiêm nhiệm đê bao chắn lũ và xử lý vấn đề rác thải nông
nghiệp của địa phương.


SUMMARY OF THESIS
TITLE:
Research to improve soft soil to construct a road in-site by using mixture
cement and waste agricultural net in Dong Thap province
ABSTRACT:
Nowadays, sliding of construction along the road and Mekong delta in
general and Dong Thap province in particular on soft ground has become a serious.
Banks in this area are often in a state of limit equilibrium and slip will occur when
the stability conditions change. Mechanism causes landslides are load, torrential
rain and the properties of soft soil. In this thesis, the author will study the way to
iprove the soft soil in-site by using mixture cement and waste agricultural net to

construct a road. Over the course of the study, the results showed that the net
content add to the mixing cement- soil mixture optimally is 0.5% by weight in the
soil and the samples mixed in the cement content of 12% and the net content of
0.5% by the weight of the soil to reach the compressive strength of nearly the
samples mixed in the cement content of 15% by the weight of the soil without
reinforced the net.
Research process will use simulation software Geo Slope and Geo Seep to
calculate the actual work in the landslide area Thuong Phuoc 1 Village, Hong Ngu
Town, Dong Thap Province. The results show that the solution is feasible in the
studying location and this research can also widely applied for other positions in
Mekong delta, which brings high effects for preventing the road that flood control
dike and reduce the volume of the waste agricultural net in local.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Đặt vấn đề nghiên cứu ......................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 1
3. Phương pháp nghiên cứu của đề tài: .................................................................... 1
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài: ............................................................................... 2
5. Giá trị thực tiễn: .................................................................................................. 2
6. Phạm vi và giới hạn của đề tài: ............................................................................ 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CẢI TẠO ĐẤT YẾU
TẠI CHỖ DÙNG LÀM VẬT LIỆU ĐẮP Ở ĐỒNG THÁP ................................... 3
1.1 Đặc điểm chung về khu vực đất yếu tỉnh Đồng Tháp: ....................................... 3
1.2 Cơ chế phản ứng đất trộn xi măng ..................................................................... 5
1.3 Đặc tính của xi măng-đất................................................................................... 7
1.3.1 Các nghiên cứu trên thế giới .......................................................................... 7
1.3.2 Các nghiên cứu trong nước ............................................................................ 7
1.4

Lựa chọn tỷ lệ xi măng/đất hợp lý.................................................................. 8

1.5

Ứng xử cơ học của xi măng – đất có gia cường sợi lưới............................... 11

1.5.1 Tổng quan về sợi lưới: ................................................................................. 11
1.5.2 Sự làm việc đồng thời của khối xi măng – đất – lưới ................................... 11
1.5.3 Sự gia tăng cường độ của xi măng đất được gia cường sợi lưới ................... 13
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ....... 15
2.1 Cơ sở phân loại và xác định các trạng thái của đất: .......................................... 15
2.2 Tính tốn ổn định mái dốc: .............................................................................. 15
2.2.1 Khái niệm: .................................................................................................... 15
2.2.2 Các thuyết bền: .............................................................................................. 17
2.2.2.2 Thuyết cân bằng theo Mohr – Rankine ........................................................ 18
2.2.3 Phân tích ổn định mái dốc theo mặt trượt ...................................................... 25
2.2.3.1 Phân tích ứng suất tổng-ổn định khơng thoát nước ..................................... 25
2.2.3.2 Ổn định thoát nước – phân tích ứng suất hiệu quả ...................................... 26
2.3 Tải trọng giới hạn của nền cơng trình trên đỉnh dốc ......................................... 30


CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT TỰ
NHIÊN VÀ ĐẤT ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG XI MĂNG VÀ LƯỚI ................. 32
3.1 Các bước thực hiện thí nghiệm: ....................................................................... 32
3.2 Thực hiện thí nghiệm: ..................................................................................... 32
3.2.1 Cơng đoạn lấy mẫu: ...................................................................................... 32
3.2.2 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên: ............................... 35
3.2.2.1 Thí nghiệm xác định trọng lượng riêng (ɣ) của đất tự nhiên: ..................... 35
3.2.2.2 Thí nghiệm xác định độ ẩm (W) của đất tự nhiên ....................................... 36

3.2.2.3 Thí nghiệm xác định giới hạn nhão (IL) và giới hạn dẻo (IP) của đất tự nhiên .
................................................................................................................. 37
3.2.2.4 Thí nghiệm cắt trực tiếp đất tự nhiên.......................................................... 39
3.2.3 Thí nghiệm xác định cường độ đất trộn xi măng có gia cường sợi lưới ......... 42
3.2.3.1 Tạo mẫu đất trộn xi măng có gia cường sợi lưới ........................................ 42
3.2.3.2 Thí nghiệm nén mẫu đất trộn xi măng có gia cường sợi lưới ...................... 46
3.2.4 Thí nghiệm chụp hiển vi điện tử (SEM-Scanning Electron Microscope) ....... 53
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TẠI CHỖ CÓ GIA CƯỜNG ĐỂ GIA CỐ
ĐƯỜNG Ở ĐỒNG THÁP ..................................................................................... 56
4.1 Đặt vấn đề ....................................................................................................... 56
4.2 Giải pháp xử lý ............................................................................................... 57
4.3 Tính tốn cơng trình thực tế ............................................................................ 57
4.3.1 Giới thiệu cơng trình: .................................................................................. 57
4.3.2 Địa chất khu vực xây dựng cơng trình:......................................................... 58
4.3.3 Tính tốn ổn định mái dốc .......................................................................... 60
4.3.3.1 Phương pháp Fellenius ............................................................................. 60
4.3.3.2 Mơ hình kiểm tra ổn định cơng trình bằng Geo Slope và Geo Seep .......... 72
4.3.3.3 So sánh giữa các phương pháp.................................................................. 75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 76
I. Kết luận: ........................................................................................................... 76
II. Kiến nghị: ......................................................................................................... 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 78


MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1: Mặt cắt địa chất Đồng Tháp ..................................................................... 3
Hình 1.2: Một tuyến đường ở Đồng Tháp ................................................................ 5
Hình 1.3: Quan hệ sức kháng nén đơn qu theo hàm lượng xi măng.......................... 8
Hình 1.4: Biểu đồ quan hệ ứng suất-biến dạng của đất trộn xi măng sau 28 ngày bão
dưỡng ................................................................................................................... 10

Hình 1.5: Lưới nơng nghiệp ................................................................................... 11
Hình 1.6: Cấu tạo khối xi măng đất và lưới............................................................ 12
Hình 1.7: Sự làm việc của khối đất gia cường ........................................................ 12
Hình 1.8: Quan hệ cường độ nén đơn qu theo hàm lượng xi măng ......................... 13
Hình 1.9: Cường độ nén đơn qu theo hàm lượng lưới và thời gian bảo dưỡng ....... 13
Hình 1.10: Quan hệ cường độ nén đơn qu và biến dạng theo hàm lượng lưới ........ 14
Hình 2.1: Các dạng trượt mái dốc .......................................................................... 16
Hình 2.2: Sơ đồ thí nghiệm nén đất một trục và vịng trịn Mohr tương ứng .......... 17
Hình 2.3: Các dạng đường sức chống cắt theo các loại đất..................................... 18
Hình 2.4: Các lực tác dụng lên điểm M trong nền đất ............................................ 19
Hình 2.5: Vịng trịn ứng suất Mohr ........................................................................ 19
Hình 2.6: Cách vẽ vịng trịn Mohr ........................................................................ 20
Hình 2.7: Vịng trịn Mohr và đường bao sức chống cắt ......................................... 21
Hình 2.8: Vịng trịn Mohr của đất rời.................................................................... 22
Hình 2.9: Vịng trịn Mohr của đất dính ................................................................. 22
Hình 2.10: Ứng suất của một điểm trong đất nền ................................................... 23
Hình 2.11: Sự trượt của khối đất trên mái dốc ....................................................... 25
Hình 2.12: Sự trượt mái dốc có xét đến khe nứt ..................................................... 26
Hình 2.13: Ổn định mái dốc theo ứng suất hiệu quả............................................... 27
Hình 2.14: Mảnh đơn giản hóa của Bishop ............................................................ 29
Hình 2.15: Sức chịu tải giới hạn trên đỉnh dốc ....................................................... 30
Hình 3.1: Vị trí khu vực lấy mẫu ........................................................................... 33
Hình 3.2: Công tác lấy mẫu đất tại hiện trường ...................................................... 33


Hình 3.3: Mẫu đất được bảo quản để làm các thí nghiệm trong phịng ................... 34
Hình 3.4: Xi măng dùng để gia cường đất.............................................................. 34
Hình 3.5: Mẫu lưới trộn đã được cắt nhỏ cỡ 2x2 cm .............................................. 35
Hình 3.6: Dùng dao vịng lấy mẫu đất.................................................................... 36
Hình 3.7: Đất trong đĩa khép lại một đoạn dài 12.7mm (1/2 inch) .......................... 38

Hình 3.8: Mẫu đất trong đĩa khum ......................................................................... 38
Hình 3.9: Máy cắt ứng lực ..................................................................................... 39
Hình 3.10: Hộp cắt và mẫu đất sau khi cắt ............................................................. 41
Hình 3.11: Cối trộn................................................................................................ 42
Hình 3.12: Các ống tạo mẫu đất ............................................................................. 43
Hình 3.13: Trộn mẫu xi măng đất gia cường lưới .................................................. 44
Hình 3.14: Cối đất sau khi trộn .............................................................................. 45
Hình 3.15: Dưỡng hộ mẫu sau khi trộn .................................................................. 46
Hình 3.16: Thí nghiệm nén mẫu đất ....................................................................... 47
Hình 3.17: Sự phá hoại mẫu xi măng đất a) khơng lưới, b) có lưới ........................ 47
Hình 3.18: Bề mặt mẫu xi măng đất có gia cường sợi lưới sau khi nén .................. 47
Hình 3.19: Biểu đồ so sánh cường độ mẫu theo hàm lượng xi măng sau 28 ngày .. 48
Hình 3.20: Biểu đồ sự gia tăng cường độ theo hàm lượng xi măng sau 7 ngày....... 49
Hình 3.21: Biểu đồ sự gia tăng cường độ theo hàm lượng xi măng sau 28 ngày ..... 49
Hình 3.22: Biểu đồ so sánh cường độ xi măng đất ở 12% xi măng/đất theo hàm
lượng lưới sau 7 ngày ............................................................................................ 50
Hình 3.23: Biểu đồ so sánh cường độ nén đơn theo hàm lượng lưới sau 7 ngày ..... 51
Hình 3.24: Biểu đồ so sánh cường độ mẫu theo hàm lượng xi măng và lưới .......... 52
Hình 3.25: Biểu đồ quan hệ E50 và qu tại 50% giá trị phá hoại của mẫu khơng lưới
.............................................................................................................................. 52
Hình 3.26: Biểu đồ quan hệ giữa moodule E50 và qu tại 50% giá trị phá hoại của
mẫu có lưới ........................................................................................................... 53
Hình 3.27: Hình chụp hiển vi điện tử mẫu đất tự nhiên .......................................... 53
Hình 3.28: Hình chụp hiển vi điện tử mẫu xi măng - đất ........................................ 53
Hình 4.1: Gia cố đường vào mùa lũ ....................................................................... 56


Hình 4.2: Một đoạn đường bị sạt lở do lũ .............................................................. 56
Hình 4.3: Mặt bằng tổng thể cơng trình ................................................................. 57
Hình 4.4: Mặt cắt ngang nền đường ....................................................................... 58

Hình 4.5: Mặt cắt địa chất cơng trình thực tế ......................................................... 58
Hình 4. 6: Mặt cắt xử lý nền đường ....................................................................... 60
Hình 4.7: Xác định sơ bộ tâm cung trượt ............................................................... 61
Hình 4.8: Xác định dịng thấm qua nền đường ....................................................... 62
Hình 4.9: Phân mảnh cung trượt ............................................................................ 63
Hình 4.10: Phân mảnh cung trượt với R=9.8m....................................................... 65
Hình 4.11: Cung trượt với R=8.4m ........................................................................ 66
Hình 4.12: Phân mảnh cung trượt đất gia cường .................................................... 67
Hình 4.13: Cung trượt với R=9.1 m với đất đắp được gia cường............................ 68
Hình 4.14: Cung trượt với R=9.8 m với đất đắp được gia cường............................ 70
Hình 4.15: Cung trượt với R=8.4 m với đất đắp được gia cường............................ 71
Hình 4.16: Xác định dịng thấm nền đường............................................................ 72
Hình 4.17: Kết quả mơ hình phân tích dịng thấm .................................................. 73
Hình 4.18: Kết quả mơ phỏng phân tích ổn định .................................................... 73
Hình 4.19: Kết quả theo các phương pháp ............................................................. 73
Hình 4.20: Kết quả phân tích ổn định với đất đắp có gia cường ............................. 74
Hình 4.21: Hệ số ổn định theo các phương pháp đối với đất đắp được gia cường .. 74


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1. 1: Tính chất cơ lý của đất ở Đồng Tháp ...................................................... 4
Bảng 1.2: Bảng tổng hợp các nghiên cứu về sự gia tăng cường độ xi măng đất so
với đất tự nhiên........................................................................................................ 8
Bảng 1.3: Cường độ đất trộn xi măng theo hàm lượng ............................................ 9
Bảng 1.4: Thơng số tính chất cơ lý của đất sét ..................................................... 10
Bảng 2. 1: Tổng hợp các tiêu chuẩn thí nghiệm ..................................................... 15
Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp đất tự nhiên ......................................... 41
Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp đất trộn xi măng và lưới hàm lượng 12%
xi măng/đất và 0.5% lưới/đất sau 7 ngày ............................................................... 41
Bảng 3.3: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đất tự nhiên ................................................ 41

Bảng 3.4: Thống kê số lượng mẫu ......................................................................... 45
Bảng 3.5: Kết quả nén mẫu sau 7 ngày bảo dưỡng ................................................. 48
Bảng 3.6: Kết quả nén mẫu sau 14 ngày bảo dưỡng ............................................... 48
Bảng 3.7: Kết quả nén mẫu sau 28 ngày bảo dưỡng ............................................... 48
Bảng 3.8: Kết quả so sánh cường độ theo hàm lượng lưới sau 7 ngày .................... 50


-1-

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề nghiên cứu
Trong nhiều năm qua, việc xây dựng các tuyến đường liên huyện, liên xã,
vừa là các tuyến đường giao thông quan trọng, vừa làm nhiệm các tuyến đê ngăn lũ
mỗi khi lũ về hằng năm của các xã huyện vùng sâu, vùng xa của khu vực Đồng
Tháp Mười, mà đặc biệt là ở các tỉnh đầu nguồn như An Giang, Đồng Tháp là vô
cùng cần thiết và cấp bách.
Một yếu điểm của các công trình đường giao thơng ở khu vực này là đường
được đắp từ đất yếu do khơng có đủ thời gian để cố kết nên rất dễ bị trượt lở do tải
trọng bản thân, mưa lũ hằng năm… nên cần phải duy tu bảo dưỡng thường xuyên.
Bên cạnh đó, ở khu vực này thì vấn đề rác thải từ nơng nghiệp gia tăng theo
từng năm nên việc nghiên cứu xử lý đất đắp nền đường sao cho có thể xử lý các vấn
đề về mơi trường và nhanh chóng đưa vào sử dụng với giá thành hợp lý mà vẫn đảm
bảo độ bền cơng trình, hạn chế được các hư hỏng của nền đường do các yếu tố trên
là rất cần thiết và đó là lý do tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu cải tạo đất yếu tại chỗ
để đắp đường bằng vật liệu xi măng và lưới nông nghiệp ở Đồng Tháp”
2. Mục tiêu nghiên cứu:
- Nghiên cứu đánh giá tính ổn định của đất yếu dùng làm vật liệu đắp đường ở
trạng thái tự nhiên
- Nghiên cứu tìm ra một tỷ lệ phối trộn vào đất các thành phần xi măng, nước,
lưới nhằm làm tăng tối đa khả năng chống cắt của đất.

- Tìm tương quan giữa thơng số module E50 và sức kháng nén đơn qu của đất
đã gia cường xi măng và lưới
- So sánh đánh giá tính ổn định của nền được đắp bằng đất đã gia cường so với
đất tự nhiên.
3. Phương pháp nghiên cứu của đề tài:
- Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên.


-2- Tiến hành thí nghiệm phối trộn vào đất yếu các vật liệu xi măng, nước và
lưới ở nhiều tỷ lệ khác nhau và tiến hành các thí nghiệm nén đơn xác định sức
kháng nén đơn của đất sau khi phối trộn.
- Xử lý các số liệu thu nhận được và lập các tương quan về sự sức chống cắt
của đất trước và sau khi trộn và ảnh hưởng các tỷ lệ trộn khác nhau đến sự gia tăng
cường độ của đất.
- Sử dụng phần mềm Geo Slope và Geo Seep để mô phỏng một nền đường
được đắp bằng vật liệu đất tự nhiên và đất được xử lý để so sánh đánh giá tính ổn
định của nền đường.
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Nghiên cứu tìm ta tỷ lệ phối trộn hợp lý nhằm cải tạo đất yếu tại địa phương
bằng xi măng kết hợp vụn lưới nông nghiệp phế thải để dùng làm vật liệu đắp
đường nhằm gia tăng tính ổn định, và tính kinh tế cho các tuyến đường giao thông ở
địa phương.
5. Giá trị thực tiễn:
Xử lý tốt các vấn đề mất ổn định cũng như xói lở các tuyến đường giao thơng
trong mùa mưa lũ cũng như giải quyết tốt vấn đề rác thải nhằm nâng cao hiệu quả
kinh tế của địa phương.
6. Phạm vi và giới hạn của đề tài:
- Vật liệu chỉ là vụn lưới phế thải, chưa có sự so sánh cụ thể các loại vật liệu
khác như sơ dừa, rơm rạ …
- Chưa xét đến ảnh hưởng của dòng chảy trong mùa mưa lũ gây xói mịn đối

với nền đường.
- Tính tốn và đánh giá cơng trình ở một khu vực của tỉnh Đồng Tháp chưa
kiểm tra được ở các khu vực khác ở vùng đồng bằng sông Cửu Long.


-3CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CẢI TẠO ĐẤT
YẾU TẠI CHỖ DÙNG LÀM VẬT LIỆU ĐẮP Ở ĐỒNG THÁP

1.1 Đặc điểm chung về khu vực đất yếu tỉnh Đồng Tháp:
Đồng Tháp là một trong 13 tỉnh của vùng đồng bằng sông Cửu Long, nằm ở
đầu nguồn sông Tiền, có đường biên giới quốc gia giáp với Campuchia. Địa hình
Đồng tháp tương đối bằng phẳng với độ cao phổ biến 1–2 mét so với mặt biển.
Đồng Tháp nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, đồng nhất trên địa giới tồn tỉnh, khí
hậu ở đây được chia làm 2 mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô.
Đất đai của Đồng Tháp có kết cấu mặt bằng kém bền vững lại tương đối thấp,
có thể chia làm 4 nhóm đất chính là nhóm đất phù sa (chiếm 59,06% diện tích đất tự
nhiên), nhóm đất phèn (chiếm 25,99% diện tích tự nhiên), đất xám (chiếm 8,67%
diện tích tự nhiên), nhóm đất cát (chiếm 0,04% diện tích tự nhiên).

Hình 1.1: Mặt cắt địa chất Đồng Tháp


-4Bảng 1. 1: Tính chất cơ lý của đất ở Đồng Tháp
TÊN CHỈ TIÊU
Lớp 1

Lớp 2

Lớp 3

Lớp 4

Cát bụi (0.1÷0.05)

3

8

66

15

Cỡ hạt (mm) Bụi to (0.05÷0.01)

30

27

9

22

Bụi nhỏ (0.01÷0.005)

7

7

3

5

Hạt sét <0.005

59

54

6

40

77

29.7

22.5

24.8

Dung trọng tự nhiên γtn (g/cm3)

1.51

1.88

1.935

1.94

Dung trọng khô γk (g/cm3)

0.85

1.50

1.58

1.55

Dung trọng đẩy nổi γđn (g/cm3)

0.52

0.91

0.99

0.98

Tỷ trọng Gs

2.60

2.70

2.67

2.70

Hệ số rỗng e0

2.06

0.86

0.69

0.73

Giới hạn chảy Wl (%)

61.5

42.2

-

36.5

Giới hạn dẻo Wp (%)

31.1

21.4

-

18.5

Chỉ số dẻo Ip

30.4

20.8

-

18.0

Độ sệt B

1.51

0.4

-

0.35

Lực dính c (Kg/cm2)

0.068

0.295

0.037

0.255

Góc nội ma sát φ (độ)

40 45'

150 50'

250 40'

160 25'

P1= 0.00 - 0.50

0.524

0.104

0.080

0.084

Cấp tải trọng P2= 0.50 - 1.00

0.328

0.064

0.040

0.040

P3= 1.00 - 2.00

0.192

0.032

0.020

0.021

P4= 2.00 - 4.00

0.100

0.016

0.010

0.011

Thành phần

%

Độ ẩm tự nhiên W (%)

Cắt trực tiếp

Hệ số nén lún a (cm2/Kg)

(Kg/cm2)


-5-

Hình 1.2: Một tuyến đường ở Đồng Tháp
1.2 Cơ chế phản ứng đất trộn xi măng:[1]
Hạt xi măng Porland là một chất khơng đồng nhất, nó bao gồm tricalcium
silicate (3CaO.SiO2, C3S), dicalcium silicate (2CaO.SiO2, C2S), tricalcium
aluminate (3CaO.Al2O3, C3A) và một số chất rắn hòa tan là tetracalcium alumino
ferrite (4CaO.Al2O3.Fe2O3, C4AF). Bốn chất trên là những chất chính tạo ra cường
độ. Khi nước trong lỗ rỗng gặp xi măng thì hiện tượng thủy hợp xảy ra nhanh
chóng và tạo ra hydrated calcium silicate (C2SHx, C3S2Hx), hydrated aluminate và
vôi tôi Ca(OH)2. Hai chất đầu là hai sản phẩm chủ yếu do xi măng tạo ra và vôi tôi
được kết tụ riêng rẽ ở dạng tinh thể. Trong q trình đơng cứng, các hạt xi măng
dính kết với nhau tạo nên một khung kết cấu hạt bao quanh các hạt sét. Các pha
silicate và aluminate trộn lẫn với nhau nên khơng có pha nào ở dạng tinh thể hồn
tồn. Một phần Ca(OH)2 có thể trộn với những pha khác háo nước cũng chỉ cho sản
phẩm một phần ở dạng tinh thể. Ngoài ra tính háo nước của xi măng đã làm cho
nước trong lỗ rỗng có độ pH cao hơn vì phản ứng đã cho ra vơi tơi. Các bazo mạnh
đã hịa tan silica và alumina có trong khống sét và trong các tạp chất trên bề mặt
hạt khống. Sự hịa tan này giống như phản ứng giữa một acid yếu với một bazo
mạnh. Các thành phần khoáng silica và alumina ngậm nước dần dần phản ứng với
những ion calcium được phóng thích từ sự thủy phân của xi măng để tạo ra những
hợp chất khơng hịa tan (sản phẩm xi măng thứ cấp). Các hợp chất khơng hịa tan


-6này sẽ đơng cứng trong q trình bảo dưỡng và chính chúng làm tăng độ bền chắc
của đất nền. Phản ứng thứ cấp ở trên chính là phản ứng pozzolan.
Sản phẩm kết dính sơ cấp được tạo ra do phản ứng hidrat giữa xi măng và

nước.

2(3CaO.SiO2 )  4 H 2O  3CaO.2SiO2 .3H 2O  3Ca (OH ) 2
2(2CaO.SiO2 )  4 H 2O  3CaO.2SiO2 .3H 2O  Ca (OH ) 2
4CaO. Al2O3 .Fe2O 3 10 H 2O  2Ca(OH ) 2  6CaO. Al2O3 .Fe2O 3 .12 H 2O
3CaO. Al2O3  12 H 2O  2Ca(OH ) 2  3CaO. Al2O3 .Ca(OH ) 2 .12 H 2O
3CaO. Al2O3  10 H 2O  CaSO4 .2 H 2O  3CaO. Al2O3 .CaSO4 .12 H 2O
Hai phản ứng đầu cho thấy sự thủy hợp của hai loại calcium silicate tạo ra
những hợp chất mới đó là vơi và tobermorite gel. Hợp chất tobermorite gel giữ vai
trò quan trọng đối với độ bền của xi măng vì nó chi phối trực tiếp đến sự thay đổi
liên kết, cường độ và thể tích của xi măng khi gặp nước. Phản ứng giữa xi măng và
đất được trình bày dưới đây, tuy nhiên chỉ có phản ứng giữa tricalcium silicate và
đất được trình bày vì chúng là những thành phần quan trọng nhất của xi măng
porland.

C3 S  H 2O  C3 S2 H x (hydratedgel )  Ca(OH )2
Ca(OH ) 2  Ca 2  2(OH ) 
Ca 2  2(OH )  SiO2  CSH
Ca 2  2(OH )  Al2O3  CAH
Khi pH <12.6 thì phản ứng sau đây xảy ra:

C3 S2 H x  CSH  Ca(OH )2
Nguyên lý cơ bản của việc gia cố xi măng-đất sau khi trộn là một loạt các
phản ứng xảy ra tạo ra các chất kết dính liên kết rồi dần đóng rắn lại. Các phản ứng
chủ yếu là:
 Phản ứng thủy hóa xi măng
 Tác dụng của các hạt đất đối với các chất thủy hóa của xi măng
 Tác dụng cacbonat hóa

-7Qua đó có thể thấy việc các phản ứng hóa học xảy ra đầy đủ và các hạt đất
tiếp xúc với các chất thủy hóa tồn diện nghĩa là việc trộn xi măng đất kỹ lưỡng với
các khối đất càng vỡ nhỏ thì cường độ đất sẽ đồng nhất và tăng cao.
1.3 Đặc tính của xi măng-đất:[1]
Ở nước ta và trên thế giới, việc nghiên cứu và ứng dụng các nghiên cứu vào
việc cải tạo xử lý đất yếu bằng các loại vật liệu trộn đã và đang được thực hiện một
cách liên tục và đạt được nhiều thành tựu.
1.3.1 Các nghiên cứu trên thế giới:[2] [3]
Theo nghiên cứu của Law (Viện Kỹ Thuật Châu Á-1989), nghiên cứu đối
với đất sét yếu ở Băng Cốc, sau khi trộn 10% xi măng theo trọng lượng đất gia cố
thì cường độ nén nở hông xi măng-đất tăng lên 10 lần so với đất mềm tự nhiên.
Theo Miura (1987), thí nghiệm bằng cách trộn 100 kg xi măng pooclan /m3
đất sét ở phòng thí nghiệm và bão dưỡng 28 ngày thì độ bền nén nở hơng có giá trị
tăng gấp 20 lần ban đầu.
1.3.2 Các nghiên cứu trong nước: [1]
Theo nghiên cứu đối với đất yếu trộn với hàm lượng xi măng từ 150-250
kg/m3 đất gia cố nghĩa là từ 7-15% trọng lượng đất gia cố thì cường độ nén nở
hơng của xi măng – đất lớn hơn gấp mấy chục cho đến hàng trăm lần đất mềm tự
nhiên. Vài thông số cơ bản trong quá trình nghiên cứu của đất trộn xi măng:
 Cường độ nén nở hơng qu = 4.08÷40.8 kG/cm2
 Cường độ chịu kéo σt = (0.15÷0.25)qu
 Lực dính C = (0.2÷0.3)qu
 Góc ma sát trong φ = 20÷300
 Mơ đun biến dạng khi ứng suất xi măng-đất đạt 50% giá trị phá hoại :
E50 = (120÷150)qu
 Hệ số thấm k = 10-7 ÷10-6 cm/s
Qua các kết quả nén đơn nở hông cho thấy các mẫu xi măng đất sau khi đạt
70-80% cường độ giới hạn thì quan hệ ứng suất-biến dạng khơng cịn tuyến tính nữa
và mẫu xi măng-đất thường bị phá hoại giòn khi biến dạng dọc trục trong khoảng
0.8÷1.2%.

-8Theo nghiên cứu xử lý đất sét yếu bằng xi măng với hàm lượng từ 5÷20%
trọng lượng đất gia cố thì cường độ xi măng-đất tăng từ 20-125 lần so với cường độ
ban đầu đất tự nhiên.
Bảng 1.2: Bảng tổng hợp các nghiên cứu về sự gia tăng cường độ xi măng đất so
với đất tự nhiên
SỰ GIA TĂNG CƯỜNG ĐỘ ĐẤT TRỘN XI MĂNG qu SO VỚI ĐẤT TỰ NHIÊN
NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI

NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

Law (1989)

Miura (1987)

Đậu Văn Ngọ (2009)

Nguyễn Minh Tâm

Tăng 10 lần

Tăng 20 lần

Tăng 10-100 lần

Tăng 20-125 lần

1.4 Lựa chọn tỷ lệ xi măng/đất hợp lý:[1]
Việc lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất (aw) ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của

hỗn hợp vật liệu xi măng đất và giá thành cơng trình. Vì vậy cần xác định đúng hàm
lượng của xi măng trộn vào đất để đạt cường độ như yêu cầu và vấn đề này là yếu tố
tiên quyết khi thực hiện giải pháp xử lý đất yếu bằng xi măng
- Một số nghiên cứu xử lý đất yếu trộn xi măng trên thế giới:
 Theo nghiên cứu của Lin (2000) cho thấy việc xử lý đất bằng cách
trộn xi măng cho ra kết quả đất trộn tăng dần tỷ lệ thuận theo lượng tăng hàm lượng
xi măng:

Hình 1.3: Quan hệ sức kháng nén đơn qu theo hàm lượng xi măng [4]


-9Qua hình trên, cho ta thấy hàm lượng xi măng xử lý đất yếu phụ thuộc vào
từng loại đất và đối với các loại đất có tính dẻo cao chứa nhiều thành phần là hạt sét
thì hàm lượng xi măng dùng để trộn là cao từ 10% trở lên theo khối lượng đất, và
với các loại đất có chứa thành phần cát, sỏi sạn cao thì hàm lượng xi măng thấp
hơn, chỉ từ 5-10%.
-

Một số nghiên cứu về đất trộn xi măng trong nước:[4] [5]
 Một tác giả đã nghiên cứu cường độ kháng nén của đất trộn xi măng

theo các hàm lượng khác nhau từ 6÷17%, có kết quả như sau:
Bảng 1.3: Cường độ đất trộn xi măng theo hàm lượng [4]
Tỷ lệ xi măng với đất, aw (%)
Cường độ kháng nén 28 ngày, qu28 ngày
(kG/cm2)
Cường độ kháng nén 90 ngày, qu90 ngày
(kG/cm2)

6

7

6,02 6,18

9
9,13

12

17

15,56 17,51

8,13 8,35 12,33 21,01 23,65

 Kết quả nghiên cứu với một loại đất sét yếu, kết quả cho thấy cường
độ của đất sau khi trộn tăng lên đáng kể, phụ thuộc vào hàm lượng xi măng và với
hàm lượng xi măng càng cao thì tính giòn của đất trộn cũng tăng theo.


-10Bảng 1.4: Thơng số tính chất cơ lý của đất sét [5]

Hình 1.4: Biểu đồ quan hệ ứng suất-biến dạng của đất trộn xi măng sau 28 ngày bão
dưỡng [5]
Qua đó ta thấy cường độ đất sau khi được trộn xi măng tăng đáng kể so với
ban đầu và tăng theo hàm lượng xi măng. Trong thực tế, người ta hay chọn hàm
lượng xi măng từ 12-15% theo trọng lượng đất khô.

-11Tóm lại, phương pháp xử lý bằng đất trộn xi măng sẽ làm tăng đáng kể
cường độ của đất, là một phương pháp phù hợp để xử lý hầu hết các loại đất yếu,
đặc biệt với các loại bùn sét và việc lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất nên dựa trên cơ
sở các kinh nghiệm đề xuất trong nhiều cơng trình nghiên cứu trước đây. Sau đó,
tiến hành thí nghiệm trong phịng xác định sức kháng nén của mẫu xi măng-đất.
Cuối cùng, chọn ra tỷ lệ xi măng với đất thích hợp.
1.5 Ứng xử cơ học của xi măng – đất có gia cường sợi lưới:[6]
1.5.1 Tổng quan về sợi lưới:
Sợi lưới là sợi polyetylen được lấy từ các phế phẩm lưới nơng nghiệp, các
phế phẩm này có từ các hoạt động nông nghiệp như như trồng cây ăn trái, sản xuất
và thu hoạch lúa, phơi sấy và bảo quản nơng sản.

Hình 1.5: Lưới nơng nghiệp
1.5.2 Sự làm việc đồng thời của khối xi măng – đất – lưới:
Khi đất được trộn xi măng thì các hạt xi măng sẽ len lỏi vào các lỗ rỗng của
đất, các phản ứng thủy hóa xảy ra giữa xi măng và nước trong đất tạo thành các liên
kết giữa các hạt đất làm cho khung đất chặt hơn. Bên cạnh đó, lưới được gia cường
vào đất sẽ giữ các hạt đất dựa vào lực ma sát của đất và bề mặt lưới, tăng tính chống
cắt cho đất.