Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2017 ISBN: 978-604-82-2274-1 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NHẰM GIA CƯỜNG VẬT LIỆU ĐẮP ĐẬP TẠI CHỖ CĨ TÍNH CƠ LÝ ĐẶC BIỆT Ở TÂY NGUYÊN Mai Thị Hồng1, Phạm Huy Dũng2, Nguyễn Trọng Tư2 Trường Đại học Hồng Đức, email: maithihong@hdu.edu.vn Trường Đại học Thủy lợi GIỚI THIỆU CHUNG lượng riêng, giới hạn chảy, giới hạn dẻo, đặc trưng đầm nén, tính kháng cắt, tính nén lún, tính thấm tính chất đặc biệt tính co ngót, trương nở tan rã đất xác định nghiên cứu Tây Nguyên có khoảng gần 56 tỷ m3 nước năm, tổng nhu cầu dùng nước cho phát triển kinh tế, xã hội môi trường toàn vùng Tây Nguyên vào khoảng 11 tỷ m3/năm 2015 tăng lên khoảng 12 tỷ m3/năm vào năm 2030 Hiện nhu cầu dùng nước Tây Nguyên, chiếm 23% lượng nước có hàng năm khu vực [1] Tuy vậy, tình trạng thiếu nước vào mùa khô xảy gay gắt, mùa mưa lại gây lũ lụt Vì vậy, cần phải có giải pháp tích trữ nước mặt cho Tây Nguyên biện pháp xây dựng hồ chứa nước nhỏ với yêu cầu xây dựng tiết kiệm, vốn đầu tư nhỏ [2] Để đáp ứng yêu cầu trên, việc cải tạo, nâng cấp cơng trình thủy lợi có xây dựng cơng trình sử dụng vật liệu chỗ giảm chi phí đẩy nhanh tiến độ thi cơng Tuy nhiên, đặc điểm cấu tạo địa chất nên đất khu vực Tây Ngun thường có tính chất lý đặc biệt [3] co ngót, trương nở, tan rã tính thấm lớn Bài viết trình bày kết nghiên cứu số giải pháp nhằm gia cường vật liệu chỗ để sử dụng làm đất đắp đập Tây Nguyên Các kết thí nghiệm xác định tiêu vật lý mẫu đất trình bày bảng bảng Kết phân tích hạt cho thấy vật liệu sử dụng đắp đập Eamlô đập Buôn Sa đất sét pha chứa sạn sỏi, có đường kính cỡ hạt sau: D60 = 0,8 - 1,0mm; D30 = 0,02 - 0,1mm; D10 = 0,003 - 0,004mm đất đắp đập Eamlô D60 = 5,0 - 6,0mm; D30 = 0,03 0,06mm; D10 = 0,004 - 0,005mm đất đắp đập Buôn Sa Hệ số đồng hạt loại đất Cu = 250 - 266; Cu = 1200 -1250 hệ số cấp phối Cc = 0,2 - 2,5; Cc = 0,1 - 0,15 Như vậy, theo TCVN 82172009 đất có chất lượng cấp phối tương đối tốt thỏa mãn hệ số đồng hạt chưa hoàn toàn thỏa mãn hệ số cấp phối PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Bảng Thành phần hạt đất thí nghiệm Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm thí nghiệm phòng tiến hành vật liệu đắp đập Eamlô Buôn Sa Tây Nguyên Các tiêu lý đất thành phần hạt, độ ẩm, khối 61 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Các tiêu lý đất Nhóm hạt (%) Sạn sỏi Cát Bụi Sét Đập Eamlô 33,36 33,65 17,33 15,65 Đập Buôn Sa 48,16 20,08 18,11 13,65 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2017 ISBN: 978-604-82-2274-1 Bảng Tính co ngót, tính trương nở độ tan rã đất Bảng Các tiêu học đất thí nghiệm Loại đất Wo (%) Gs WL (%) Wp (%) IP Đập 23,58 2,73 38,56 25,98 12,58 Eamla Đập 23,73 2,72 38,40 24,87 13,53 Buôn Sa Loại đất Tính co ngót Tính trương nở Tính tan rã Ghi chú: Wo: Độ ẩm; Gs: khối lượng riêng hạt; WL: Giới hạn chảy; WP: Giới hạn dẻo; IP: số dẻo Các tiêu học tính chất đặc biệt đất thí nghiệm trình bày bảng bảng Kết thí nghiệm tiêu học cho thấy đất đắp đập Eamlơ có sức chịu tải tính biến dạng trung bình (mơ đun biến dạng E = 93,56 kG/cm2, tính kháng cắt trung bình với góc ma sát ϕ = 25o5’, lực dính C = 0,185 kG/cm2 xác định theo phương pháp cắt nhanh, tính thấm tương đối nhỏ với hệ số thấm trung bình K = 5,69x10-5cm/s Kết phân tích tính chất đặc biệt cho thấy đất đắp đập Eamlơ có tính trương nở co ngót nhỏ, thời gian tan rã ngắn, sau 500s mẫu thí nghiệm tan rã hồn tồn Đối với đất đắp đập Bn Sa u cầu sức chịu tải, tính kháng cắt, biến dạng, co ngót, trương nở tan rã đảm bảo, nhiên hàm lượng sạn sỏi cao nên khơng đảm bảo u cầu tính thấm với hệ số thấm K = 2,02×10-4cm/s (cm/s) Bảng Các tiêu học mẫu đất thí nghiệm Loại đất Wop (%) Tính đầm nén γcmax (g/cm3) Tính kháng cắt Tính nén lún Tính thấm ϕ (độ) C (kG/cm2) a (cm2/kG) Eo (kG/cm2) K (cm/s) Đập Eamlô 19,69 1,80 Đập Buôn Sa 12,38 1,94 2505’ 0,185 0,020 93,56 5,69x10-5 21014’ 0,247 0,028 93,13 2,02x10-4 Ghi chú: Wop: độ ẩm tối ưu, γcmax: khối lượng riêng khô lớn nhất, ϕ: góc ma sát trong, C: lực dính đơn vị, a: hệ số nén lún, Eo: modul biến dạng, K: hệ số thấm Các kết tương ứng với độ chặt K = 0,95 Dc.ng (%) Wc.ng (%) Dtr.n (%) Wtr.n (%) Ptr.n (kPa) Dtr% T (s) Đập Eamla 2,90 2,44 4,15 34,97 100 500 Đập Buôn Sa 4,5 2,99 4,20 32,13 65 86400 Ghi chú: Dc.ng: độ co ngót thể tích, Wc.ng: độ ẩm giới hạn co ngót, Dtr.n: độ trương nở thể tích, Wtr.n: độ ẩm trương nở, Ptr.n: áp lực trương nở, Dtr: độ co tan rã, t: thời gian tan rã 3.2 Đề xuất giải pháp nhằm cải tạo đất Tây Nguyên 3.2.1 Đối với đất đắp đập Eamlô Vật liệu đất đắp đập Eamlơ có tính chất học sức chịu tải, tính biến dạng, tính kháng cắt trung bình tính thấm tương đối nhỏ Tuy nhiên thời gian tan rã mẫu vật liệu nhanh, thời gian 8,3 phút mẫu thí nghiệm tan rã hồn tồn mơi trường nước Chính vậy, mái thượng hạ lưu đập thường có tượng xói lở, rửa trơi bề mặt gây an tồn cho cơng trình Vì đề xuất sử dụng phụ gia xi măng có tính kết dính nhằm kéo dài thời gian tan rã đất Hàm lượng xi măng sử dụng nghiên cứu là: 0%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% so với tổng khối lượng khô đất phụ gia Loại xi măng sử dụng nghiên cứu xi măng Vicem Hồng Thạch PCB30 Hình mơ tả quan hệ hàm lượng xi măng X(%) với thời gian tan rã đất t (phút) Khi tăng hàm lượng xi măng, thời gian tan rã đất tăng lên đáng kể, trộn hàm lượng xi măng 1% thời gian tan rã tăng 1,5 lần, với hàm lượng xi măng 3% thời gian tan rã tăng 4,3 lần Căn vào ảnh hưởng hàm lượng xi măng đến tính tan rã đất, đề xuất sử dụng hàm lượng phụ gia xi măng với tỷ lệ tối ưu cho đất đắp đập Eamlô 5% Thí nghiệm kiểm chứng tính chất học đất sau 62 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2017 ISBN: 978-604-82-2274-1 trộn 5% xi măng thể qua Bảng 5, kết thí nghiệm cho thấy tiêu thấm, kháng cắt biến dạng đảm bảo Hình Ảnh hưởng hàm lượng xi măng 2% lượng vôi với hệ số thấm 10 Hình Ảnh hưởng hàm lượng xi măng đến thời gian tan rã đất Bảng 5: Thí nghiệm tiêu học đất trộn phụ gia xi măng 5% Tính Tỷ lệ Tính kháng cắt Tính nén lún thấm xi a Eo K C măng ϕ (độ) (kG/cm2) (cm2/kG) (kG/cm2) (cm/s) 5% 20041’ 0,204 0,020 146,32 1,26x10-5 3.2.2 Đối với đất đắp đập Buôn Sa Vật liệu đất đắp nghiên cứu có tính thấm lớn, với hệ số thấm K = 2,02x10-4 (cm/s), tính chất biến dạng, kháng cắt tính chất đặc biệt đảm bảo (Bảng 3) Do kiến nghị giải pháp sử dụng chất phụ gia hạt mịn nhằm giảm tính thấm đất Nhóm nghiên cứu tiến hành sử dụng các phụ gia riêng biệt Bentonite, vôi xi măng hiệu không cao Tuy nhiên sử dụng đồng thời phụ gia vơi xi măng khơng làm giảm tính thấm mà tính chất học khác đảm bảo Trong nghiên cứu, hàm lượng xi măng vôi sử dụng là: 0%, 1%, 2%, 3%, 5%, 7% so với tổng khối lượng khô đất phụ gia Hình Hình mô tả quan hệ hệ số thấm (K) với hàm lượng xi măng (X) kết hợp với 2% hàm lượng vôi hệ số thấm (K) với hàm lượng vôi (V) kết hợp với 2% hàm lượng xi măng Kết thí nghiệm cho thấy hệ số thấm giảm tăng hàm lượng xi măng vôi, đồng thời phụ gia vơi có hiệu giảm thấm tốt so với xi măng Do vậy, đề xuất sử dụng hàm lượng phụ gia vôi 3% xi măng 2% 63 Kx10-5(cm/s) y = 13.37e-0.52x R² = 0.966 0 V(%) Hình Ảnh hưởng hàm lượng vơi 2% lượng xi măng với hệ số thấm KẾT LUẬN Bài báo trình bày kết nghiên cứu tính chất lý đặc biệt số loại đất Tây Nguyên, từ đề số giải pháp nhằm sử dụng chúng làm vật liệu đắp đập Một số kết luận rút từ thí nghiệm nghiên cứu sau: Đối với đất Tây Nguyên, trước sử dụng để làm vật liệu đắp đập, cần thí nghiệm tiêu lý, tính chất đặc biệt để có biện pháp xử lý phù hợp Đối với đất có tính tan rã lớn áp dụng biện pháp trộn phụ gia xi măng để giảm tính tan rã đất Đối với loại đất có tính thấm lớn áp dụng biện pháp trộn phụ gia xi măng vôi với tỷ lệ thích hợp để giảm tính thấm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dự án quy hoạch thủy lợi tổng thể vùng Tây Nguyên - Viện Quy hoạch Thủy lợi 2014 [2] Hội thảo an ninh nguồn nước Tây Nguyên diễn Gia Lai vào tháng 7-2016 [3] Đề tài cấp Bộ: Nghiên cứu giải pháp sử dụng đất chỗ để xây dựng, sửa chữa nâng cấp đập đất vừa nhỏ Tây Nguyên