Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ứng xử đất An Giang trộn xi măng bằng công nghệ trộn khô - nông để xây dựng mặt đường giao thông nông thôn ở An Giang

NHIỆM V UẬN VĂN Luận văn nhằm nghi n cứu công nghệ đất trộn ximăng trộn khô và nông Soil Cement Shallow mixing - SCSM, ph n tích số liệu thu thập được từ thí nghiệm trong phòng để đánh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LƯƠNG THỊ BÍCH

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ ĐẤT AN GIANG TRỘN XIMĂNG BẰNG CÔNG NGHỆ TRỘN KHÔ - NÔNG ĐỂ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN Ở AN GIANG

Chuyên ngành: Xây dựng đường ôtô và đường thành phố Mã số ngành: 60.58.30

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 8 NĂM 2013

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS TRẦN NGUYỄN HOÀNG HÙNG

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS NGUYỄN MINH TÂM

4 TS LÊ TRỌNG NGHĨA 5 TS VĂN HỒNG TẤN

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc ậ – T d – H c

 

NHIỆM V UẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và t n học vi n: LƯƠNG THỊ BÍCH MSHV: 11010299 Ngày tháng năm sinh: 15/09/1982 Nơi sinh: Phú Yên Chuy n ngành: X y dựng đường ôtô và đường thành phố M số: 60.58.30

I T N ĐỀ T I: Ng iê Cứu Ứ g Xử Đất A Gia g Trộ Ximă g bằ g Cô g Ng ệ Trộ K ô - Nô g để Xây D g Mặt Đườ g Gia T ô g Nô g T ô ở A Giang

II NHIỆM V UẬN VĂN

Luận văn nhằm nghi n cứu công nghệ đất trộn ximăng trộn khô và nông (Soil Cement Shallow mixing - SCSM), ph n tích số liệu thu thập được từ thí nghiệm trong phòng để đánh giá chất lượng đất – xi măng trộn khô – nông, tr n cơ sở đó tiến hành thiết kế mặt đường giao thông nông thôn (GTNT) bằng đất trộn ximăng chịu tải 2,5 tấn cho đất ở An Giang Nhiệm vụ cụ thể:

1 Nghi n cứu tổng quan về công nghệ đất trộn ximăng 2 Nghi n cứu thí nghiệm trong phòng tr n các mẫu đất lấy ở An Giang trộn với xi măng khô để khảo sát ứng xử của các mẫu đất-ximăng như hàm lượng ximăng, thời gian bảo dưỡng, độ ẩm, và loại đất

3 Ph n tích và tổng hợp các kết quả thí nghiệm trong phòng 4 Thiết kế kỹ thuật kết cấu mặt đường GTNT chịu tải trọng nhẹ 2,5 tấn ứng dụng công nghệ đất trộn ximăng khô ở An Giang

IV NG Y HO N TH NH NHIỆM V : Ngày 21 tháng 06 năm 2013

ỜI CẢM ƠN

Lời đầu ti n, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn s u sắc đến Thầy TS Trần Nguyễn Hoàng Hùng đ tận tình hướng dẫn, cung cấp những tài liệu cần thiết, truyền đạt những kiến thức quí báu và đóng góp ý kiến để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo của trường Đại học Bách Khoa TP HCM đ truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập tại trường

Tôi xin ch n thành cảm ơn AUN/SEED-NET (thuộc JICA) cung cấp kinh phí nghi n cứu chính cho dự án CRI 1201, trường Đại học Bách Khoa TP HCM, các Sở Ban Ngành và người d n địa phương ở phường Mỹ Hòa - An Giang, giáo sư Masaki Kitazume - Học viện Kỹ Thuật Tokyo & giáo sư Jun Otani - Đại học Kumamoto, và Tập đoàn Tenox Kyusyu (Nhật) đ hỗ trợ cả kinh phí, kỹ thuật, và nỗ lực trong suốt quá trình thực hiện dự án này Nhờ được tham gia dự án, tôi có được những số liệu thực nghiệm chính để thực hiện luận văn

Cảm ơn tất cả các bạn bè đ chia sẻ kinh nghiệm, các bạn học cùng lớp đ nhiệt tình giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin cảm ơn l nh đạo, bạn bè đồng nghiệp trường Đại học X y dựng Miền Trung nơi tôi đang công tác đ tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học này

Cuối cùng là lời cảm ơn th n thương nhất tôi xin gởi đến gia đình, nguồn động vi n to lớn giúp tôi hoàn thành luận văn

TÓM TẮT UẬN VĂN

Đề tài NGHI N CỨU ỨNG XỬ ĐẤT AN GIANG TRỘN XIMĂNG BẰNG CÔNG NGHỆ TRỘN KHÔ - NÔNG ĐỂ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG GIAO THÔNG

NÔNG THÔN Ở AN GIANG

GTNT ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) cần có giải pháp cải tạo, n ng cấp phù hợp, và nhanh chóng giúp d n địa phương lưu thông an toàn Giải pháp đất trộn ximăng khô - nông dùng để làm mặt đường GTNT đ được nghi n cứu Công nghệ thi công SCSM là trộn đất mặt tại chỗ với ximăng khô, lu lèn, bảo dưỡng và cho phép xe tải nhỏ lưu thông an toàn Công nghệ SCSM đ phát triển và ứng dụng phổ biến tr n thế giới, có những ưu điểm nổi bậc như thi công nhanh, đơn giản, tận dụng nguồn vật liệu tại chỗ (đất), và vật liệu th m vào chỉ là ximăng Ở Việt Nam, công nghệ SCSM đ được nghi n cứu nhưng chưa hoàn chỉnh và chưa mang tính ứng dụng Mục ti u đề tài là nghi n cứu ứng dụng công nghệ SCSM để x y dựng kết cấu mặt đường GTNT ở ĐBSCL, mục ti u cụ thể là nghi n cứu ứng xử đất An Giang trộn với ximăng khô trong phòng; thiết kế kết cấu mặt đường hợp lý bằng đất trộn ximăng Hơn 200 mẫu đất trộn ximăng (soilcrete) đ được tạo ra,

thí nghiệm nén nở hông tự do các mẫu soilcrete cho thấy: cường độ, qu, và môđun

biến dạng, E50, của soilcrete đất sét và cát đều tăng đáng kể theo hàm lượng ximăng sau 21 ngày tuổi và tiếp tục tăng theo thời gian bảo dưỡng theo quy luật hàm lũy

thừa qu trung bình cao hơn đất tự nhi n khoảng 15 lần và E50 đạt khoảng 100 MPa

sau 21 ngày tuổi ứng với hàm lượng ximăng >= 10% qu của soilcrete từ đất cát

giảm khi độ ẩm tăng và ngược lại cho đất sét qu của soilcrete từ đất cát cao hơn đối đất sét có cùng hàm lượng ximăng Kết quả nghi n cứu trong phòng về đất trộn ximăng cho thấy hoàn toàn có thể ứng dụng công nghệ SCSM để x y dựng mặt đường GTNT chịu tải nhẹ 2,5 tấn Hai phương án kết cấu mặt đường được đưa ra theo 22TCN 211-06 như sau: phương án đất sét hiện hữu trộn ximăng: chiều dày

mặt đường tốt nhất là H = 0,5 m, hàm lượng ximăng hợp lý trong khoảng 10% - 15%; phương án đất cát đen san lấp trộn ximăng: chiều dày mặt đường tốt nhất là H

= 0,5 m, hàm lượng ximăng hợp lý trong khoảng 10% - 12,5%

SUMMARY OF THESIS

Topic BEHAVIOR OF CEMENT MIXING WITH AN GIANG SOILS USING SOIL CEMENT SHALLOW MIXING TECHNOLOGY TO CONSTRUCT RURAL

ROADS IN AN GIANG

Rural roads in the Mekong Delta need to be upgraded using appropriate techniques to help local people travel safely Soil cement shallow mixing technology (SCSM) has been investigating The SCSM employs the local in situ soils to mix with dry cement, to compact, and to cure serving light weight trucks to travel safely The SCSM has various advantages such as fast construction, simplity, and local materials utilized suitably due to only cement added The SCSM was also studied but still limit successful field trials that are ready for practical applications This thesis attempts to investigate the SCSM technology in the laboratory and to use the laboratory results to design rural road’s pavement using the SCSM for An Giang province More than 200 soil – cement mixed (soilcrete) specimens were made in the laboratory with different cement contents and water cements, and cured at various curing time Unconfined compression strength (UCS) tests were conducted

to determine UCS, qu, and secant elasticity modulus, E50, of the soilcrete specimens

qu and E50 of the soilcrete specimens made from local clay and sand increases with increasing in cement content at 21-day age, and the strength keeps increasing by the

power rule qu of the soilcrete is higher 15 times than that of the in situ soil, and E50

is about 100 MPa at a curing time of 21 days and cement content of 10% or more

qu of the soilcrete samples made from sand decreases with increasing in water

content and vice versa for those of samples made from clay qu of the soilcrete made from sand is higher than that of samples made from clay The laboratoty result indicates that the SCSM has high potential application for rural roads serving light weight trucks (e.g., <= 2.5 Tons) The two solutions of rural road’s pavements were proposed and designed using the SCSM by following the 22 TCN 211-06 code The designed thickness is 0,5 m for the both suggested solutions that a cement content of 10% - 15% was applied for the An Giang clay, and a cement content of 10% - 12,5% was proposed for the An Giang sand

ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ: “NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ ĐẤT AN GIANG TRỘN XIMĂNG BẰNG CÔNG NGHỆ TRỘN KHÔ - NÔNG ĐỂ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN Ở AN GIANG” là đề tài do chính cá nh n tôi thực hiện Đề tài được thực hiện theo đúng nhiệm vụ luận văn thạc sĩ, không phải sao chép của cá nh n nào, các số liệu trong luận văn là số liệu trung thực

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung của luận văn này

TP HCM, ngày 21 tháng 06 năm 2013

ƯƠNG THỊ BÍCH

Học vi n cao học khóa 2011 Chuy n ngành: X y Dựng Đường Ôtô và Đường Thành Phố

Trường Đại học Bách Khoa TP HCM

2 TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 4

2.1 Tổng quan về công nghệ đất trộn ximăng 5

2.2 Các đặc điểm của đường GTNT 6

2.3 Các điều kiện đặc thù của ĐBSCL 7

2.4 Giao thông nông thôn ĐBSCL 8

3 ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU 9

4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 9

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10

6 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 10

7 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 10

8 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 11

9 TỔ CHỨC LUẬN VĂN 11

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

1.1 LÝ THUYẾT VỀ THÍ NGHIỆM MẪU ĐẤT-XIMĂNG TRONG PHÕNG 12

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ ĐẤT AN GIANG KHI TRỘN VỚI

XIMĂNG KHÔ TRONG PHÕNG 20

1 TÓM TẮT VÀ KẾT LUẬN 56

2 KIẾN NGHỊ 57

3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

DANH M C KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

A = diện tích Ac = Hàm lượng ximăng

C = lực dính d = đường kính mẫu D = đường kính vệt bánh xe E50 = mô đun cát tuyến tại ứng suất bằng 50% cường độ

E = mô đun đàn hồi e = hệ số rỗng

= biến dạng dọc tương đối

g= gia tốc trọng trường Gs = tỉ trọng

h = chiều cao mẫu H = chiều dày kết cấu mặt đường IP = chỉ số dẻo

IL = chỉ số chảy

Kcddv= hệ số độ võng về cường độ

LL = Giới hạn chảy lcp = độ võng đàn hồi cho phép

M = khối lượng p = áp suất bánh xe P = lực nén

qu = cường độ nén nở hông tự do UCS = thí nghiệm nén nở hông tự do (Unconfined Compressive Strength Test)

V = thể tích w = độ ẩm

BTXM = b tông ximăng

SCSM = công nghệ đất trộn ximăng trộn nông (soil cement shallow mixing) DMM = phương pháp trộn s u (deep mixing method)

SMM = phương pháp trộn nông (shallow mixing method) Soilcrete = đất trộn ximăng

Hình 2-2: Bảo dưỡng mẫu sau khi đúc trong phòng thí nghiệm 27

Hình 2-3: Mẫu sau khi đ gia công làm nhẵn chuẩn bị nén 27

Hình 2-4: Mẫu soilcrete đặt tr n bàn nén chuẩn bị nén 28

Hình 2-5: Các dạng phá hoại của mẫu soilcrete sau khi nén 29

Hình 2-6: Một đường quan hệ ứng suất biến dạng từ thí nghiệm nén nở hông tự do 30

Hình 2-7: Sức kháng nén, qu, của các mẫu soilcrete theo ngày bảo dưỡng (Trần Nguyễn Hoàng Hùng et al 2013) 33

Hình 2-8: Môđun biến dạng, E50, của các mẫu soilcrete theo thời gian với hàm lượng ximăng khác nhau (Trần Nguyễn Hoàng Hùng et al 2013) 35

Hình 2-9: Quan hệ giữa môđun biến dạng E50 và sức kháng nén qu của các mẫu soilcrete được tạo với Ac =10%; 12.5%; 15% (Trần Nguyễn Hoàng Hùng et al 2013) 36

Hình 2-10: Sức kháng nén, qu, của các mẫu soilcrete theo hàm lượng ximăng (Trần Nguyễn Hoàng Hùng et al 2013) 38

Hình 2-11: Sức kháng nén và hàm lượng ximăng của các mẫu sét ở các độ ẩm khác nhau (Trần Nguyễn Hoàng Hùng et al 2013) 39

Hình 2-12: Sức kháng nén và ngày bảo dưỡng của các loại đất khác nhau (Trần Nguyễn Hoàng Hùng et al 2013) 39

Hình 3-1: Công tác khoan điều tra địa chất tại hiện trường đường Rạch Cạn 47

Hình 3-2: Biểu đồ quan hệ giữa Ech –E1 và bề dày lớp soilcrete 49

Hình 3-3: Biểu đồ quan hệ giữa môđun biến dạng của các loại đất trộn ximăng với hàm lượng ximăng 51

Hình 3-4: Hình dạng gầu trộn thiết kế ri ng cho công nghệ đất trộn ximăng trộn

khô-nông do Tập đoàn Tenox Kyusyu cung cấp (Trần Nguyễn Hoàng Hùng 2011) 54

DANH M C BẢNG BIỂU

Bảng 1-1: Xác định hệ số cường độ về độ võng phụ thuộc độ tin cậy 19Bảng 2-1: Các chỉ ti u cơ lý của lớp đất sét mặt và cát đen san lấp (LAS XD 475-

2011) 21Bảng 2-2: Các chỉ ti u cơ lý đặc trưng của ximăng (TCVN 6260:2009) 21

Bảng 2-3: So sánh mối quan hệ giữa E50 và qu với các kết quả nghi n cứu trước 43Bảng 3-1: Các đặc trưng của xe tải trọng trục 2,5 tấn 46Bảng 3-2: Môđun biến dạng của các mẫu đất nền đường hiện trạng 46

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

ĐBSCL nằm ở hạ lưu sông Mê Kông với tổng diện tích tự nhi n là 3,96 triệu ha, chiếm khoảng 12% diện tích tự nhi n cả nước [54] ĐBSCL có lớp đất yếu dày và ph n bố phức tạp (Nguyễn Văn Thơ và Trần Thị Thanh 2002) ĐBSCL có hệ thống sông rạch chằng chịt [54] g y khó khăn cho việc phát triển giao thông đường bộ đặc biệt là GTNT Trong những năm gần đ y, nhà nước có nhiều chính sách hỗ trợ đầu tư x y dựng nông thôn mới trong đó chú trọng đến việc phát triển GTNT vùng ĐBSCL [41], nhưng với nguồn vốn hạn hẹp, hệ thống GTNT ở đ y chưa được đầu tư đúng mức, chưa được phủ kín, và chưa có sự kết nối li n hoàn từ hệ thống đường tỉnh, đường huyện xuống nông thôn nhất là đối với vùng s u, vùng xa, chưa đồng bộ và chưa đạt y u cầu về an toàn [53] Toàn vùng chỉ có 28% tổng chiều dài đường GTNT là đường b tông hoặc nhựa, còn lại là đường cấp phối đá dăm, đường đất, mặt đường nhỏ hẹp thường chỉ rộng nhỏ hơn 5 m, chất lượng xấu, chỉ có xe hai bánh và xe tải nhỏ lưu thông với tốc độ chậm [52] Phần lớn các đường GTNT ở ĐBSCL được x y dựng dọc theo sông rạch (Hình 1), thường xuy n bị ngập nước vào mùa lũ, và hầu như đều bị hư hỏng nặng sau mùa lũ Người d n phải tự đầu tư tiền của để khắc phục các hư hỏng này hàng năm, các sửa chữa thì theo kiểu chắp vá rất nguy hiểm đến tính mạng người d n, và mất mỹ quan Ri ng ở An Giang, có khoảng 3.365 km đường GTNT, trong đó khoảng 1.853 km đường GTNT cần phải sớm n ng cấp để đảm bảo lưu thông an toàn cho người d n [46] Trong toàn vùng ĐBSCL, hàng chục ngàn km đường GTNT cũng đang nằm trong nhu cầu cấp bách phải n ng cấp sửa chữa [56]

Hình 1: Các dạng đường GTNT ở ĐBSCL (Trần Nguyễn Hoàng Hùng 2011)

ĐBSCL Là một trong những khu vực phát triển năng động nhất của đất nước, có nhiều tiềm năng cần khai thác, mỗi năm toàn vùng sản xuất hơn 50% sản lượng lúa, đóng góp 90% lượng gạo xuất khẩu, cung cấp 70% lượng trái c y, 52% sản lượng thủy sản, đóng góp khoảng 60% kim ngạch xuất khẩu thủy sản của cả nước [50] GTNT thông suốt là điều kiện để thúc đẩy phát triển kinh tế cho khu vực, b n cạnh đó sẽ n ng cao đời sống nh n d n nông thôn và tạo bộ mặt đẹp cho nông thôn thời đại mới

ĐBSCL có lớp đất yếu ph n bố rộng, nằm gần tr n bề mặt và chiều dày lớn, có thể nói bề mặt ĐBSCL được bao phủ chủ yếu là các loại đất dính: sét, á sét, á cát ở trạng thái nửa cứng đến dẻo chảy và các loại bùn sét, bùn á sét, ở điều kiện tự nhi n sức chịu tải của chúng rất yếu (Nguyễn Văn Thơ và Trần Thị Thanh 2002)

Do đó, đường đắp tr n đất yếu tại đ y chiếm tỷ trọng lớn và đòi hỏi phải có biện pháp xử lý nền Đối với công trình giao thông, các giải pháp xử lý đất yếu phổ biến được quy định trong 22TCN 262 – 2000 bao gồm biện pháp thay đất yếu, làm bệ phản áp, thoát nước cố kết thẳng đứng, sử dụng vải địa kỹ thuật Biện pháp thay đất thích hợp bề dày lớp đất yếu mỏng từ 2 đến 3 m Bệ phản áp chiếm dụng diện tích Làm bệ phản áp, dùng bấc thấm, giếng cát đều phải tăng khối lượng đất để gia tải và cần thời gian chờ cố kết (22TCN 262-2000)

Với nguồn vốn đầu tư x y dựng GTNT hạn hẹp, nếu sử dụng các giải pháp tr n thì kinh phí x y dựng lớn không phù hợp Hiện tại, GTNT ở ĐBSCL cũng đ sử dụng các giải pháp kết cấu mặt đường như b tông ximăng (BTXM), cán đá láng nhựa, và đường cấp phối Tuy nhi n, nguồn vật liệu (đá, cát, nhựa, hay thép, v.v.) cho các loại mặt đường tr n tại khu vực này ngày càng khan hiếm.Toàn vùng chỉ có ba địa phương có mỏ đá là An Giang, Ki n Giang, và Cà Mau, nhưng việc khai thác và vận chuyển rất tốn kém, sản lượng cũng rất hạn chế [48] Cát sông chủ yếu là cát đen san lấp không đạt chuẩn đổ b tông, chỉ có cát vàng ở T n Ch u (An Giang) trữ lượng thấp và hiện địa phương cũng cấm không cho khai thác vì làm thay đổi dòng chảy g y xói lở bờ sông [48] Do đó, phần lớn nguồn vật liệu x y dựng mặt đường đều phải mua từ nơi khác đến n n chi phí x y dựng cao Với nguồn vốn hạn hẹp giành cho GTNT, không thể triển khai đồng bộ các loại mặt đường tr n cho toàn bộ

mạng lưới GTNT Vì vậy, việc nghi n cứu tìm giải pháp mới để khắc phục các nhược điểm của các phương pháp mặt đường tr n là điều cần thiết

Phương pháp gia cố đất yếu bằng ximăng đ gia nhập vào Việt Nam hơn một thập ni n qua, bắt đầu ứng dụng từ năm 2001 (Phùng Vĩnh An 2008), phương pháp này đ phát triển và ứng dụng ở nhiều nước tr n thế giới, có nhiều ưu điểm như thi công nhanh, tận dụng vật liệu tại chỗ, không cần đào lớp đất yếu bỏ đi ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, nguồn vật liệu dùng để xử lý chỉ là ximăng Ở Việt Nam, giải pháp này cũng đ có nhiều nghi n cứu về sự phù hợp với điều kiện địa chất ở Việt Nam và cũng đ áp dụng cho nhiều công trình nhưng chủ yếu là cọc ximăng đất công nghệ trộn s u Hiện tại công nghệ này đang tiếp tục được nghi n cứu để phát triển và ứng dụng rộng rãi bởi các ưu điểm về môi trường, tốc độ xử lý và tính thỏa m n y u cầu kỹ thuật Như vậy, với những ưu điểm nổi bậc của giải pháp đất trộn ximăng, công nghệ trộn khô - nông để áp dụng x y dựng kết cấu áo đường GTNT ở ĐBSCL có tiềm năng ứng dụng lớn So với công nghệ trộn sâu, công nghệ trộn khô - nông có phương pháp thi công đơn giản hơn nhiều, đất gia cố ximăng sẽ ổn định khối vừa đảm bảo cường độ, độ ổn định và vừa là mặt đường đảm bảo độ bằng phẳng Giải pháp này sẽ giải quyết bài toán GTNT, khắc phục được các khuyết điểm mà các phương pháp gia cố khác không đáp ứng được, mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao Đề tài tập trung nghi n cứu ứng dụng công nghệ đất trộn ximăng trộn khô - nông để x y dựng kết cấu mặt đường GTNT phục vụ tải trọng nhẹ (<= 2,5 tấn) ở tỉnh An Giang

2 TÓM TẮT NGHI N CỨU TỔNG QUAN

Nghi n cứu tổng quan về công nghệ đất trộn ximăng nhằm cung cấp các hiểu biết cơ bản về công nghệ đ được nghi n cứu trong và ngoài nước Vì vậy, nghi n cứu tổng quan là nổ lực xem xét toàn diện các khía cạnh li n quan đến công nghệ B n cạnh việc nghi n cứu tổng quan về đất trộn ximăng thì nghi n cứu những đặc điểm đặc thù về vùng ĐBSCL, GTNT nói chung, tình hình GTNT ở ĐBSCL nói ri ng là cần thiết để phục vụ cho nghi n cứu trong đề tài này Các tổng hợp các

nghi n cứu tổng quan được trình bày chi tiết ở P ụ ục A Các điểm chính rút ra từ

các nghi n cứu tổng quan được trình bày tóm tắt trong phần mở đầu này

2.1 Tổ g qua về cô g g ệ đất trộ ximă g

- Ý tưởng dùng xi măng làm chất gia cường lần đầu ti n được nghi n cứu và phát minh vào năm 1954 tại Mỹ, sau đó được nghi n cứu chuy n s u và ứng dụng tại Nhật và Thụy Điển vào thập ni n 70 và hiện đang phổ biến ở nhiều nước tr n thế giới nhiều nhất là Nhật Bản và các nước vùng Bắc Âu

- Công nghệ đất trộn ximăng được ứng dụng cho nhiều mục đích như: tường ngăn nước, ổn định vách hố đào, xử lý nền đất yếu, ổn định nền đường, chống hóa lo ng đất nền do chấn động, xử lý môi trường, v.v, bởi nhiều ưu điểm nổi bậc: phạm vi áp dụng rộng, thời gian thi công nhanh, tận dụng vật liệu tại chỗ

- Đất trộn ximăng được chia làm 2 phương pháp chính: phương pháp trộn s u (Deep mixing method: DMM) và phương pháp trộn nông (Shallow mixing method: SMM) Tùy theo vật liệu trộn ph n thành kiểu trộn ướt (chất kết dính dạng vữa) và kiểu trộn khô (chất kết dính dạng bột)

- Công nghệ trộn nông được sử dụng để gia cường khối đất lớn có chiều dày nhỏ hơn 10 m Nguy n lý làm việc của phương pháp SMM là dùng các gầu trộn hoặc cần trộn có đường kính lớn trộn lẫn đất tại chỗ với một hàm lượng vữa hoặc chất dính kết dạng khô để đảm bảo ổn định thể tích của khối gia cố, thường dùng để ổn định khối than bùn hay trầm tích hữu cơ, làm nền đường

- Công nghệ trộn s u là công nghệ trộn ximăng với đất tại chỗ dưới s u tạo cọc ximăng đất, chiều s u l n đến 40 m Phương pháp trộn là dùng các khoan guồng xoắn để cắt và trộn đất (trộn cơ học) hoặc dùng áp lực nước và khí để cắt và trộn đất (jet grouting) Trường hợp sử dụng chất kết dính ở trạng thái khô thường xử lý cho đất yếu ở trạng thái nh o, các ứng dụng điển hình như nền đường cao tốc, đường sắt, ổn định mái dốc, ổn định hố đào s u, nền nhà

- Nguy n lý làm việc của đất trộn ximăng là dựa vào hàng loạt các phản ứng hóa học xảy ra giữa ximăng với nước và thành phần khoáng trong đất Vì vậy, cường độ đất trộn ximăng phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

+ Loại ximăng: với một điều kiện nhất định, các loại chất kết dính có thành phần hóa học khác nhau thì cho kết quả khác nhau Nhiều nghi n cứu tr n thế giới cho thấy sử dụng xi măng portland (PC) làm chất gia cường thì cường độ soilcrete cao hơn so với việc sử dụng vôi, tro bay, v.v

+ Hàm lượng ximăng: hàm lượng ximăng tăng thì cường độ soilcrete tăng + Thời gian bảo dưỡng: cường độ soilcrete tăng theo thời gian bảo dưỡng, phát triển mạnh trong vòng 28 ngày tuổi, sau đó tiếp tục tăng nhưng với tốc độ chậm hơn

+ Loại đất: đất cát trộn ximăng đạt cường độ cao hơn và hao tốn lượng ximăng ít hơn so với đất sét và sỏi

+ Độ ẩm: cường độ soilcrete giảm khi độ ẩm vượt quá giá trị tối ưu + Độ pH: độ pH của đất thấp thì cường độ soilcrete thấp, để cường độ soilcrete phát triển thì độ pH trong đất phải lớn hơn 5

+ Hàm lượng hữu cơ: hàm lượng hữu cơ càng cao thì cường độ soilcrete càng giảm

+ Điều kiện thi công khối đất ximăng: cường độ khối ximăng đất phụ thuộc vào điều kiện thi công thực tế

- Cường độ ximăng đất ngoài hiện trường khác so với các mẫu chế tạo trong phòng Thi công thí điểm và thí nghiệm kiểm tra, so sánh với kết quả thí nghiệm trong phòng là bắt buộc, qua đó đánh giá lại các chỉ ti u cần thiết, điều chỉnh thiết kế mới tiến hành thi công đại trà

2.2 Các đặc điểm của đườ g GTNT

- Đường GTNT có 4 cấp thiết kế [8] + Đường cấp AH: là đường nối trung t m hành chính của huyện với trung

t m hành chính của x , cụm x hoặc trung t m hành chính của huyện l n cận; đường có vị trí quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - x hội của huyện Ti u chuẩn thiết kế cấp đường này tương đương với đường cấp IV trong ti u chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN 4054-2005, tải trọng trục tiêu chuẩn thiết kế là 10 tấn/trục

+ Đường cấp A: là đường nối từ x đến thôn, liên thôn, và từ thôn ra cánh đồng chủ yếu phục vụ cho các phương tiện giao thông cơ giới loại trung, tải trọng trục ti u chuẩn thiết kế là 6 tấn/trục

+ Đường cấp B, C: là đường liên thôn, nối từ thôn đến xóm, li n xóm, từ xóm ra ruộng đồng, đường nối các cánh đồng, chủ yếu phục vụ các phương tiện giao thông thô sơ (xe súc vật kéo hoặc xe cơ giới nhẹ) có tải trọng trục ti u chuẩn để thiết kế là 2,5 tấn/trục

- Kết cấu mặt đường: Việc lựa chọn kết cấu mặt đường GTNT phải căn cứ vào lượng xe chạy và tình hình địa chất của tuyến, đồng thời phải đảm bảo giá thành hạ tr n nguy n tắc n n tận dụng tối đa vật liệu tại chỗ Mặt đường GTNT cần thỏa m n các y u cầu sau [4]:

+ Phải chắc chắn ổn định, dưới tác dụng của xe cộ và các nh n tố thi n nhi n không bị phá hoại

+ Phải bằng phẳng + Có đủ độ nhám, khi xe chạy nhanh không bị trơn trượt + Ít bụi

2.3 Các điều kiệ đặc t ù của ĐBSC

ĐBSCL là vùng ch u thổ nằm ở hạ lưu sông M Kông, được giới hạn bởi phía Bắc là khu vực bi n giới Việt Nam - Campuchia, T y Ninh và Thành phố Hồ Chí Minh, Phía Nam và Đông là biển Đông, phía T y là Vịnh Thái Lan [54] Đ y là vị trí thuận lợi trong việc phát triển kinh tế biển, khai thác và nuôi trồng thủy sản phục vụ cho nhu cầu sản xuất, ti u dùng trong nước và xuất khẩu ĐBSCL có địa hình khá bằng phẳng, mạng lưới sông ngòi, k nh rạch chằng chịt, thuận lợi cho phát triển giao thông đường thủy Có một nền nhiệt độ cao, ổn định trong toàn vùng, trung bình là 280C, đất đai màu mỡ rất thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp, đặc biệt cho sản xuất lúa gạo [54]

ĐBSCL có lớp đất yếu ph n bố rộng, nằm gần tr n bề mặt địa hình tự nhi n và chiều dày lớn Theo chiều s u từ tr n xuống trong phạm vi 30 m, ta có thể gặp lớp mặt tr n cùng dày khoảng 0,5 – 1,5 m là đất sét hạt bụi đến sét cát, có màu xám nhạt

đến xám vàng, có nơi ở vùng sình lầy là sét hữu cơ màu xám đen Dưới lớp mặt là lớp sét hữu cơ, dày khoảng 3 – 20 m tùy từng vùng và có xu hướng dày dần về phía biển Lớp này có hàm lượng sét 40 - 70%, hàm lượng hữu cơ 2 – 8%, màu xám đen, trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy Dưới nữa là lớp đất sét không lẫn hữu cơ, cách mặt đất khoảng 3 – 26 m, có xu hướng s u dần về phía biển Lớp này có màu xám vàng, vàng nhạt, b o hòa nước, trạng thái dẻo cứng đến dẻo chảy, tương đối chặt, khả năng chịu tải tốt hơn sét hữu cơ Ở một số vùng còn có lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn laterit và vỏ sò hoặc lớp cát nằm chuyển tiếp giữa lớp sét hữu cơ và lớp đất sét không lẫn hữu cơ Lớp này không li n tục trong vùng (Nguyễn Văn Thơ và Trần Thị Thanh 2002)

2.4 Gia t ô g ô g t ô ĐBSC

ĐBSCL là vùng trọng điểm sản xuất lúa gạo và có tiềm năng lớn về nuôi trồng thủy sản Nhưng GTNT ở đ y còn rất lạc hậu, đường đất, đường sỏi đỏ chiếm đến 90% so với tổng số 30.438 km đường x ấp, chất lượng mặt đường GTNT còn rất thấp, nhiều tuyến đường bị xuống cấp, hư hỏng trầm trọng thậm chí bị biến mất sau mỗi mùa lũ [56] Ðặc biệt, hiện còn có 46 x cù lao ở vùng ĐBSCL không thể tiếp cận được bằng đường bộ, vẫn còn 290 x chưa có đường đến trung t m x , nhiều x chỉ tiếp cận được trong mùa khô [55] Trong những năm qua ĐBSCL đ và đang chứng tỏ một vùng kinh tế trọng điểm của quốc gia với năng lực sản xuất nông nghiệp lớn nhất cả nước Vì vậy, GTNT ở khu vực ĐBSCL cần có sự quan t m đúng mức và phát triển trong giai đoạn hiện nay, làm tiền đề cho sự phát triển kinh tế của vùng góp phần quan trọng cho sự phát triển kinh tế x hội của đất nước trong giai đoạn tiếp theo

Việc thi công GTNT ở ĐBSCL có những thuận lợi và khó khăn nhất định, về mặt thuận lợi: địa hình bằng phẳng, công trình nhỏ, nguồn nh n lực địa phương dồi dào Về mặt khó khăn: Địa chất chủ yếu là đất yếu, phải xử lý nền tốn kém, nguồn vật liệu cho x y dựng mặt đường như cát đổ b tông, đá cấp phối thì ngày càng cạn kiệt, hệ thống sông rạch chằng chịt, việc vận chuyển vật liệu, máy móc thiết bị đến công trường khó khăn

3 ĐỘNG ỰC NGHI N CỨU

ĐBSCL là một trong những vùng kinh tế phát triển năng động nhất cả nước, nhưng hệ thống GTNT còn rất thô sơ, hầu như bị hư hỏng nặng sau mùa lũ, người d n đ mất nhiều tiền của và công sức để sửa chữa hằng năm Hiện tại, cũng có nhiều tuyến đường đ được cứng hóa bằng mặt đường BTXM hoặc mặt đường cán đá láng nhựa, đường cấp phối Với giải pháp mặt đường BTXM có tuổi thọ cao nhưng chi phí x y dựng lớn, mặt đường láng nhựa, cấp phối thì nguồn vật liệu đá dăm cho mặt đường tại khu vực ngày càng khan hiếm, dễ bị bong bật vào mùa lũ Với nguồn vốn hạn hẹp giành cho GTNT, không thể triển khai đồng bộ các loại mặt đường tr n cho toàn bộ mạng lưới GTNT

Việc tìm kiếm nguồn vật liệu mới, phương pháp x y dựng mới đường GTNT cho khu vực địa chất yếu ĐBSCL là cần thiết, để n ng cao đời sống nhân dân nông thôn, tạo bộ mặt đẹp nông thôn thời đại mới Từ những nghi n cứu tổng quan về đất trộn ximăng có thể thấy: tiềm năng ứng dụng công nghệ đất trộn ximăng trộn nông - khô cho x y dựng mặt đường GTNT khu vực ĐBSCL là rất lớn Công nghệ này có nhiều ưu điểm như thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh, giá thành hạ vì tận dụng đất tại chỗ, chỉ sử dụng th m một vật liệu là ximăng thì đang rất dồi dào ở nước ta Với những ưu điểm nổi bậc như tr n nhưng đến thời điểm hiện tại công nghệ SCSM chưa được ứng dụng thực tế ở Việt Nam, điều này chứng tỏ công nghệ này chưa được nghi n cứu nhiều ở Việt Nam Vì vậy, việc nghi n cứu để ph n tích sự phù hợp của công nghệ đối với đất ở An Giang nói ri ng và ĐBSCL nói chung, x y dựng một quy trình hướng dẫn thiết kế, thi công, nghiệm thu sản phẩm, v.v, và nhanh chóng đưa công nghệ được ứng dụng rỗng r i ở Việt Nam là cấp thiết

4 M C TIÊU NGHIÊN CỨU Mục tiêu tổ g quát

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đất trộn ximăng trộn khô và nông cho xây dựng kết cấu mặt đường GTNT ở ĐBSCL

Mục tiêu cụ t ể

(1) Nghiên cứu ứng xử các loại đất An Giang trộn ximăng khô như hàm lượng ximăng, thời gian bảo dưỡng, độ ẩm, và loại đất

(2) Thiết kế kỹ thuật kết cấu mặt đường GTNT bằng đất trộn ximăng trộn khô - nông chịu tải 2,5 tấn ở An Giang, cụ thể:

+ Xác định hàm lượng ximăng hợp lý để trộn với đất tại chỗ ở An Giang + Xác định bề dày kết cấu mặt đường GTNT bằng đất trộn ximăng hợp lý để

phục vụ xe tải nhẹ 2,5 tấn

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghi n cứu của đề tài là thí nghiệm trong phòng các loại đất An Giang trộn bằng tay với nhiều hàm lượng ximăng khô khác nhau Bảo dưỡng các mẫu soilcrete theo thời gian và thí nghiệm nén một trục nở hông tư do Ph n tích ứng xử đất An Giang trộn với ximăng khô về hàm lượng ximăng, độ tuổi, độ ẩm, và loại đất Tr n cơ sở đó kết hợp với lý thuyết tính toán kết cấu áo đường theo ti u chuẩn hiện hành thiết kế kết cấu mặt đường GTNT bằng đất trộn ximăng có hàm lượng ximăng và chiều dày hợp lý

6 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài chỉ tập trung vào việc nghi n cứu các thí nghiệm trong phòng về đất An Giang trộn ximăng Với khoảng 200 mẫu soilcrete được tạo ra, ph n tích kết quả thí nghiệm, xác định các tính chất cơ lý của đất sau gia cố, tr n cơ sở đó tính toán thiết kế kết cấu mặt đường GTNT bằng đất trộn ximăng tại tỉnh An Giang

7 KẾT QUẢ NGHI N CỨU

- Báo cáo kỹ thuật về ứng xử của đất An Giang trộn với ximăng khô như hàm lượng ximăng, thời gian bảo dưỡng, độ ẩm, và loại đất

- Hồ sơ thiết kế kết cấu mặt đường GTNT bằng đất trộn ximăng chịu tải nhẹ 2,5 tấn tại tỉnh An Giang

8 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Ý nghĩa khoa học: đề tài tìm ra phương án mới trong x y dựng kết cấu mặt đường GTNT bằng cách sử dụng nguồn vật liệu tại chỗ trộn với ximăng làm mặt đường, mở ra một hướng đi mới trong lĩnh vực nghi n cứu gia cố đất, cũng như x y dựng đường GTNT cho ngành x y dựng Việt Nam, làm động lực để tiếp tục nghi n cứu mở rộng áp dụng cho nhiều loại đất không chỉ ở An Giang mà cho các tỉnh thành khác trong cả nước

Ý nghĩa thực tiễn: nếu kết quả nghi n cứu thành công thì đề tài có tính ứng dụng cao vì công nghệ thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh, tận dụng được nguồn vật liệu tại chỗ (đất) và vật liệu th m vào chỉ là ximăng thì đang rất dồi dào nước ta Qua đó giúp tỉnh sớm cải tạo n ng cấp nhanh chóng mạng lưới GTNT tr n địa bàn tỉnh với kinh phí đầu tư hợp lý Như vậy, bộ mặt nông thôn ở tỉnh sẽ sớm hiện đại hóa, môi trường nông thôn được cải thiện

9 TỔ CHỨC UẬN VĂN

Để đạt mục ti u nghi n cứu đ đề ra, luận văn được tổ chức gồm ba chương chính và ba phụ lục Mở đầu luận văn là giới thiệu các vấn đề li n quan về đề tài nghi n cứu, mục ti u nghi n cứu, phương pháp nghi n cứu, kết quả nghi n cứu Chương 1 (cơ sở lý thuyết): trình bày các cơ sở lý thuyết phục vụ cho quá trình nghi n cứu Quá trình thí nghiệm đất trộn ximăng trong phòng và ph n tích ứng xử của đất-ximăng về hàm lượng ximăng, độ ẩm, thời gian bảo dưỡng và loại đất được trình bày chương 2 Chương 3 là thiết kế kỹ thuật kết cấu mặt đường bằng đất trộn ximăng trộn khô – nông cho đường GTNT chịu tải nhẹ 2,5 tấn ở An Giang Phần Kết luận đưa ra những kết luận chính từ quá trình nghi n cứu, một số kiến nghị, và hướng nghi n cứu tiếp theo

Phần phụ lục trình bày kết quả tìm hiểu tổng quan về công nghệ đất trộn ximăng, đặc điểm đặc thù vùng ĐBSCL, và đặc điểm GTNT (Phụ lục A) Số liệu thí nghiệm nén nở hông tự do của các mẫu đất trộn ximăng khô trong phòng (Phụ lục B) và tính toán kết cấu mặt đường (Phụ lục C)

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Nội dung chương 1 trình bày những lý thuyết làm cơ sở, định hướng cho quá trình nghi n cứu từ việc thí nghiệm xác định các chỉ ti u cơ lý của đất trước và sau gia cố ximăng, kết hợp lý thuyết về thiết kế kết cấu mặt đường để thiết kế kết cấu mặt đường GTNT bằng đất trộn ximăng trộn khô - nông chịu tải nhẹ 2,5 tấn

1.1 LÝ THUYẾT VỀ THÍ NGHIỆM M U ĐẤT-XIMĂNG TRONG PHÒNG 1.1.1 T í g iệm độ ẩm

Thí nghiệm xác định độ ẩm của đất được tiến hành theo ti u chuẩn ASTM D2216, nhằm xác định độ ẩm của khối đất tự nhi n Mẫu đất tự nhi n được sấy ở nhiệt độ 110  5oC đến khối lượng không đổi Hàm lượng nước trong đất được xác định là lượng nước mất đi do đ được sấy khô Độ ẩm được tính bằng tỷ số giữa lượng nước và khối lượng đất khô và được xác định bởi công thức (1.1)

100

w

d

Mw

m

V

trong đó: m - khối lượng thể tích ướt của mẫu đất (kg/m3); Mt - khối lượng của mẫu

đất và khuôn đầm (kg); Mmd - khối lượng của khuôn đầm (kg); V - thể tích khuôn

đầm (m3

) - Khối lượng thể tích khô xác định theo công thức (1.3)

1 0,01

md

w



trong đó: d - khối lượng thể tích khô của mẫu đất (kg/m3); w - độ ẩm mẫu đất (%)

- Dung trọng khô được xác định theo công thức (1.4)

Tham khảo TCVN 385 – 2006, phụ lục D, mẫu được chế bị trong phòng thí

nghiệm có khuôn trụ tròn bằng ống nhựa cứng, có đường kính trong d = 50 mm, chiều cao h = 100 mm, kích thước này cũng tu n theo các ti u chuẩn ASTM D1633; ASTM D2166: h = (2÷2,5)d

Để đúc một mẫu đất trộn ximăng có kích thước như tr n với khối lượng đất

Msp1(g), độ ẩm tăng l n w1(%) từ vật liệu có độ ẩm tự nhi n wo(%), cần chuẩn bị

Mspo(g) đất tự nhi n và Mw(g) nước th m vào được xác định theo công thức (1.5), (1.6) (Trần Nguyễn Hoàng Hùng 2005)

1

11

trong đó: wo - độ ẩm tự nhi n của đất (%); w1 - độ ẩm của mẫu đất sau khi th m

lượng Mw(g) nước; Msp1 - khối lượng của mẫu đất ở độ ẩm w1 (g); Mspo - khối lượng

đất tự nhi n (g); Mw - khối lượng nước th m vào (g), lượng nước này sẽ được quy đổi theo thể tích tương ứng trong phòng thí nghiệm, bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt độ, ta lấy 1 ml= 1 g

Khối lượng đất khô được xác định theo công thức (1.7) (ASTM D4718) và lượng ximăng được tính theo phần trăm tr n lượng đất khô theo công thức (1.8)

1

spod

o

MM

w



ccdM  A M

trong đó: n1 - số lớp đầm; n2 - số lần đầm mỗi lớp; m - khối lượng búa (kg); g - gia

tốc trọng trường (m/s2); h - chiều cao rơi của búa (m); V - thể tích khuôn đầm (m3)

Với mẫu đất ximăng được chế bị bằng khuôn trụ tròn có đường kính d = 50 mm nhỏ hơn đường kính qui định của cối Proctor ti u chuẩn (d = 101,6 ± 0,41mm),

n n trong thí nghiệm sử dụng chày đầm bằng thép có đường kính và khối lượng phù hợp để đầm nén mẫu Quá trình đầm nén tu n thủ theo qui trình qui định là chia làm 3 lớp đầm, mỗi lớp đầm 25 lần (22TCN 333-2006) và để đạt công đầm là 600 kJ/m3

như qui định thì chiều cao rơi của chày được tính lại tương ứng với khối lượng chày và thể tích khuôn theo công thức (1.10) được suy ra từ (1.9)

AVh



1.1.5 T í g iệm é một trục ở ô g t d

Thí nghiệm nén một trục nở hông tự do được tiến hành theo ti u chuẩn ASTM

D2166, nhằm xác định sức kháng nén không hạn chế nở hông của mẫu đất cố kết qu

Tr n cơ sở đó xác định môđun biến dạng E50

- Biến dạng dọc trục tương đối:

LL

 

(1.13) trong đó: c - Ứng suất nén (kN/m2); P - lực nén (kN); P = (số đọc x hệ số vòng lực

của thiết bị) Từ các cặp giá trị tương ứng  - ε ta vẽ được biểu đồ quan hệ giữa  - ε, xác

định được giá trị ứng suất nén lớn nhất hoặc giá trị ứng suất nén ứng với biến dạng

dọc trục tương đối ε ở 15% Giá trị nào xuất hiện trước thì đó là sức kháng nén nở hông qumax

Mođun biến dạng E50 được xác định bằng độ dốc của đường cong ứng suất biến dạng trong vùng biến dạng như (Hình 1-1) theo công thức (1.14)

-5050

50

uqE



với: qu50 = 0,5qumax; 50 - biến dạng dọc tương đối tương ứng với giá trị ứng suất nén

là qu50

1.2 Ý THUYẾT TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG

Mặt đường là một bộ phận chịu tác dụng trực tiếp của bánh xe của các phương tiện giao thông, cũng như chịu ảnh hưởng trực tiếp của thời tiết khí hậu (mưa, nắng, nhiệt độ, gió, v.v.) Vì vậy, để cho các phương tiện giao thông đi lại dễ dàng, mặt đường cần thỏa m n các điều kiện là phải đủ cường độ và ít thay đổi cường độ dưới tác dụng của tải trọng cũng như tác dụng của thời tiết khí hậu, phải đủ độ bằng phẳng để xe đi lại m thuận và mặt đường không bị đọng nước Xuất phát từ những y u cầu này, nguy n lý chung tính toán kết cấu áo đường mềm chính là tính toán, kiểm tra 3 ti u chuẩn cường độ: tính toán độ võng đàn hồi của cả kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng xe g y ra và khống chế không cho nó vượt qua độ võng đàn hồi cho phép; tính toán ứng suất kéo uốn phát sinh ở đáy các lớp vật liệu liền khối nhằm khống chế không cho phép xảy ra hiện tượng nứt; tính toán theo ứng suất cắt ở trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết xem nó có vượt qua giá trị cho phép hay không (22TCN 211 - 06) Tuy nhiên, với giải pháp kết cấu mặt đường trong nghi n cứu này là đất trộn ximăng trộn khô - nông, kết cấu 2 lớp gồm lớp mặt là đất trộn ximăng và nền đất chỉ tính theo ti u chuẩn độ võng đàn hồi theo công thức (1.15) (22TCN 211 - 06)

dv

trong đó: Ech - môđun đàn hồi chung quy đổi của kết cấu mặt đường (MPa); Eyc -

môđun đàn hồi y u cầu của mặt đường (MPa); Kdv

cd - Hệ số cường độ về độ võng được chọn tuỳ thuộc vào độ tin cậy thiết kế tra theo Bảng 1-1 (22TCN 211 - 06)

Môđun đàn hồi y u cầu mặt đường được xác định tùy thuộc vào tải trọng trục thiết kế theo công thức (1.16)

l



trong đó: p - áp suất của bánh xe tính toán tr n mặt đường (kgf/m2); D - đường kính

của vòng tròn tương đương diện tích vệt bánh xe tr n mặt đường (m);  - hệ số

possion lấy bằng 0,3; lcp - độ võng đàn hồi cho phép (mm)

Môđun đàn hồi chung mặt đường được xác định phụ thuộc tỉ số H/D và

Eo/E1 theo hai trường hợp sau: + Trường hợp H

1

1

1, 051

1 4

och

o

o

oEE

E

EE

EE

trong đó: H - chiều dày lớp kết cấu mặt đường (m); D - đường kính vệt bánh xe (m);

Eo - môđun đàn hồi của nền đất (MPa); E1 - môđun đàn hồi của vật liệu làm mặt đường (MPa)

Trong cả hai trường hợp tr n để tính Ech phải biết trước H và E1, trong khi đó

H, E1 là hai thông số cần tìm Vì vậy, bài toán phải thực hiện theo kiểu bài toán giả

định, lần lượt giả định H và E1 đến khi nào giá trị Ech tính ra được thỏa m n điều kiện ti u chuẩn độ võng đàn hồi cho phép theo công thức (1.15) Các thông số giả định đ thỏa m n điều kiện (1.15) tiếp tục được ph n tích để chọn giá trị hợp lý nhất thỏa m n điều kiện thuận lợi trong công tác thi công, khả năng đáp ứng cường độ của vật liệu

Bảng 1-1: Xác định hệ số cường độ về độ võng phụ thuộc độ tin cậy

Độ tin cậy 0,98 0,95 0,90 0,85 0,80

Hệ số cường độ K

dvcd

1,29 1,17 1,10 1,06 1,02

Hình 1-2: Toán đồ xác định môđun đàn hồi chung mặt đường của hệ 2 lớp (22TCN

211 - 06)

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ ĐẤT AN GIANG KHI TRỘN VỚI

XIMĂNG KHÔ TRONG PHÒNG

Chương 2 mô tả quá trình thí nghiệm đất trộn ximăng trong phòng gồm: chuẩn bị vật liệu thí nghiệm, thiết bị thí nghiệm, quá trình tạo mẫu đất trộn ximăng, và thí nghiệm nén mẫu một trục nở hông tự do Các mẫu đất thí nghiệm được tạo với nhiều hàm lượng ximăng, độ ẩm, và thời gian bảo dưỡng khác nhau Qua đó, ứng xử của các loại đất An Giang khi trộn với ximăng khô được phân tích Kết quả cho thấy cường độ của soilcrete tăng trung bình 15 lần so với đất tự nhi n và môđun biến dạng đạt trung bình 100 MPa sau 21 ngày tuổi

2.1 VẬT IỆU THÍ NGHIỆM 2.1.1 Mẫu đất t í g iệm

Các mẫu đất dùng cho nghi n cứu này được lấy dọc theo tuyến đường nông thôn ở phường Mỹ Hòa, thành phố Long Xuy n, tỉnh An Giang Các mẫu đất gồm có 2 loại đó là đất sét mặt hiện hữu và cát đen san lấp thường dùng để tôn cao nền đường vượt lũ Đ y là hai loại đất chủ yếu dùng để x y dựng đường GTNT ở An Giang Các mẫu đất sét mặt được lấy ở độ sâu 0,1 – 0,6 m ở gần tim đường và dọc theo chiều dài tuyến Cát đen được thu thập ở các nhà cung cấp vật liệu lớn ở An Giang Các mẫu đất được bảo quản trong bao nhựa giữ độ ẩm tự nhi n cho đến khi thí nghiệm Các chỉ ti u cơ lý của đất sét và cát được trình bày trong Bảng 2-1

2.1.2 Ximă g

Trong nghiên cứu sử dụng Ximăng PCB40 (ximăng portland hỗn hợp) được sản xuất trong nước đáp ứng y u cầu kỹ thuật theo TCVN 6260:2009, với các chỉ ti u cơ lý được thể hiện ở Bảng 2-2

Bảng 2-1: Các chỉ ti u cơ lý của lớp đất sét mặt và cát đen san lấp (LAS XD

Hàm lượng cát (d < 2 mm) Hàm lượng bụi (d < 0.075 mm) Hàm lượng sét (d < 0.002 mm)

Tỉ trọng Giới hạn chảy Chỉ số dẻo Độ ẩm Trọng lượng tự nhi n Trọng lượng khô Hệ số rỗng Lực dính Góc ma sát Khả năng nén nở hông tự do Môđun biến dạng

Hàm lượng hữu cơ Độ pH

Gs LL PI

W

w ’ eo C



qu E50

% % %

% % % kN/m3kN/m3

kN/m2độ kN/m2MPa %

7,3 47,6 44,1 2,69 45 22,4 34,5 17,7 13,2 1,04 20,1 12032

68 2 4,5 6,05

39,8 60

- 2,69

- - 9% 15,2 14,1 0,87

- 21041

- 11,43

- -

Bảng 2-2: Các chỉ ti u cơ lý đặc trưng của ximăng (TCVN 6260:2009)

Cường độ nén, (MPa)

Thời gian đông kết,

(giờ) Độ mịn

* (%)

Độ ổn định thể tích (mm)

Hàm lượng SO3 (%) 3 ngày 7 ngày Bắt đầu Kết thúc

* Xác định theo phần còn lại trên sàn lỗ không lớn hơn 0,09 mm

2.1.3 Nước

Dùng nước sạch sinh hoạt tuân thủ theo yêu cầu kỹ thuật TCXDVN 324-2004

2.2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 2.2.1 Dụ g cụ c ế t mẫu

Các vật dụng cần thiết cho quá trình đúc mẫu gồm: Khuôn đúc mẫu làm bằng ống nhựa đường kính 55 mm, chiều cao 120 mm, và được kẹp bằng 2 - 3 vòng kẹp kim loại Khay trộn phải chứa đủ hỗn hợp để đúc ít nhất 3 mẫu cho mỗi hàm lượng Chày đầm bằng thép khối lượng 2.270,2 g Cào trộn có răng bằng thép hình dạng như bàn tay, đầu răng được làm nhọn để dễ trộn, đồng thời giữa các răng có khe hở trung bình khoảng 1,8 cm để hỗn hợp đất-ximăng có thể lọt qua được khi trộn Cân điện tử với độ chính xác 0,1 g Plastic bảo dưỡng mẫu, dao gạt, thiết bị đo nhiệt độ hỗn hợp và nhiệt độ phòng, độ ẩm trong phòng, và các thiết bị an toàn lao động khác đảm bảo cho quá trình trộn an toàn và không có sai sót

2.2.2 T iết bị é mẫu

Thiết bị nén mẫu là máy TSZ30-2.0 của công ty Nanjing T-Bota Scietech Instruments & Equipment, Trung Quốc (Hình 2-1) Máy đảm bảo các y u cầu của ti u chuẩn ASTM D1633 Theo ti u chuẩn, thiết bị nén mẫu là những máy có tốc độ dịch chuyển đầu xấp xỉ 1 mm/phút khi chạy không tải nếu truyền lực bằng trục vít hoặc tốc độ gia tải trong khoảng 70 - 210 kPa/gi y nếu là máy thủy lực Lực tác dụng li n tục và không tăng đột ngột Máy có hai đế thép với mặt tiếp xúc mẫu phẳng được tôi cứng Mặt đế dưới lớn hơn mặt mẫu nhưng mặt đế phía tr n không rộng hơn mặt mẫu đáng kể Đế phía tr n tựa vào đầu dạng cầu, có thể xoay tự do trong một góc nhỏ Thiết bị nén trong thí nghiệm này sẽ xác định sức kháng nén của mẫu đất hình trụ có chiều cao bằng 2 lần đường kính Lực nén dọc trục là lực duy nhất tác dụng l n mẫu cho đến khi mẫu bị phá hoại trong thời gian đủ ngắn để đảm bảo nước không thể vào hoặc ra khỏi mẫu Máy nén một trục có tốc độ 0.9 mm/phút, gồm có đồng hồ đo áp lực nén và đồng hồ đo biến dạng

Hình 2-1: Máy nén TSZ30-2.0