CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.3 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
1.3.1 Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước
Phương pháp bơm bùn lịng sơng làm đất đắp cho cơng trình đã được áp dụng tại nhiều cơng trình lấn biển (Shang et al., 1998; Wang et al., 2014; Liu and Liu, 2008;
Shen et al., 2006)). Tuy nhiên đặc điểm loại bùn này hàm lượng nước cao, có độ rỗng
lớn, khả năng biến dạng lớn và chịu lực kém. Những nền móng này thường chịu biến dạng và có độ lún rất lớn (Huerta and Rodriguez, 1992; Liu and Zhou, 2005). Khi nghiên cứu về hệ số thấm và phương pháp tính độ lún cho lớp đất bùn yếu, Zhang et
al., 2015 cho thấy hệ số rỗng và hàm lượng đất sét ảnh hưởng lớn đến hệ số thấm của
loại đất này. Kết quả cho thấy hệ số rỗng của bùn giảm dần theo thời gian. Đất đắp bằng bùn nạo vét cần thời gian vài năm để có thể ổn định và cần có những xử lý, gia cường nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết trong đất bùn loại này.
Để xử lý và gia cố lớp bùn yếu dưới nền móng cơng trình, nhiều nghiên cứu đã cho thấy vải địa kỹ thuật là một giải pháp hữu hiệu. Palmeira et al., 1998 đã phân tích ngược trường hợp đê trên nền đất yếu được gia cố bằng vải địa kỹ thuật. Nghiên cứu sử dụng phương pháp giải tích để tính tốn hệ số an tồn của nền đập được và không được gia cố bằng vải địa kỹ thuật do Jewel, 1996 đề xuất. Nghiên cứu cho thấy
20
đối với hệ số an toàn đối với đê gia cố vải địa kỹ thuật tối thiểu, Fs 1.2 trong thiết kế thông thường.
Zhou et al., 2008 nghiên cứu biện pháp gia cố đệm cát kết hợp với lưới vải địa
kỹ thuật Geogrid và túi địa kỹ thuật Geocell. Kết quả nghiên cứu cho thấy kết cấu liên hợp vải địa kỹ thuật và đệm cát gia tăng khả năng chịu lực cho lớp đất yếu. Hệ kết cấu liên hợp này giúp tăng hệ số nền K0 thêm 30 lần và độ lún giảm 44% và làm giảm ứng suất tại bề mặt lớp đất yếu so với đất yếu khi không được gia cố.
Một nghiên cứu khác đề xuất bởi Sitharam et al., 2013 sử dụng Geocell làm nền móng đỡ đập cao 3m trên bùn đỏ - sản phẩm thải ra từ q trình tuyển quặng nhơm. Nghiên cứu đề xuất phương pháp giải tích nhằm xác định khả năng chịu tải của lớp bùn yếu được gia cường bởi Geocell kết hợp với lưới vải địa kỹ thuật. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự kết hợp này đem lại hiệu quả lớn hơn khi chỉ sử dụng Geocell.
Đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật đã được áp dụng làm nền móng cho đê chắn trên nền đất yếu đề xuất trong nghiên cứu của Yu et al., 2005. Nghiên cứu cho thấy đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật đóng 2 vai trị: vải địa kỹ thuật ngăn cản biến dạng ngang và tăng tính ổn định cho đê; vải địa kỹ thuật ngăn cản dịch chuyển ngang của đất nền dưới đê. Đất nền càng yếu càng gây ra dịch chuyển ngang lớn và càng làm tăng hiệu quả của vải địa kỹ thuật, đặc biệt khi lớp đệm cát nằm dưới hoặc kẹp giữa lớp đất yếu. Nghiên cứu thể hiện vải địa kỹ thuật có mơ đun đàn hồi và độ rộng càng lớn càng đem lại hiệu quả cao trong ổn định nền đê.
Geocell và đệm cát còn được kết hợp với cọc vật liệu rời (đá - sỏi) để gia cố nền đất yếu như được trình bày trong nghiên cứu của Dash et al., 2013. Nghiên cứu cho thấy cọc vật liệu rời có chiều dài và mật độ đảm bảo sẽ làm tăng gấp 3 lần khả năng chịu lực cho đất yếu. Vải địakỹ thuật và đệm cát sẽ có thể làm tăng khả năng chịu lực của đất nền lên 7 lần. Tuy nhiên nếu được kết hợp cả đệm cát, vải địa kỹ thuật Geocell và cọc vật liệu rời, khả năng chịu lực của đất nền có thể gấp 10 lần so với đất nền ban đầu chưa gia cố.
21
Hufenus et al. 2006 nghiên cứu khả năng chịu tải và ứng xử của đất yếu gia
cường vải địa kỹ thuật dựa theo thí nghiệm tỷ lệ thực của nền đường. Nghiên cứu chỉ ra sự gia cường cho đất yếu chỉ xảy ra khi sử dụng lớp mỏng cốt liệu thô kẹp giữa vải địa kỹ thuật. Trong trường hợp này, khi vệt lún tạo ra trên nền đường sẽ gây ra biến dạng dài và lực kéo trong vải địa kỹ thuật và tạo ra hiệu ứng gia cường cho đất nền.
Các nghiên cứu về kết cấu đất gia cường vải địa kỹ thuật cho thấy việc sử dụng đất sét có tính thấm kém làm đất đắp địi hỏi áp dụng những công nghệ xây dựng và hệ thống thóat nước phù hợp (Sridharan et al. 1991; Glendinning et al. 2005; Chen
and Yu 2011; Taechakumthorn and Rowe 2012; Yang et al. 2015). Nghiên cứu
của Zornberg and Mitchell (1994) v Mitchell and Zornberg (1995) đã khẳng định vai trị thốt nước của vải địa kỹ thuật trong tăng cường sức chịu tải và sự ổn định của cơng trình đất đắp từ đất sét tính thấm kém.
Các thí nghiệm nén 3 trục được sử dụng rộng rải nhằm xác định ứng xử của đất sét gia cường vải địa kỹ thuật trong các điều kiện thoát nước khác nhau (Ingold 1983;
Ingold v Miller 1982, 1983; Fabian v Foure 1986; Fourier v Fabian 1987; Al- Omari et al. 1989; Indraratna et al. 1991; Unnikrishnan et al. 2002; Noorzad v Mirmoradi 2010; Jamei et al. 2013; Mirzababaei et al. 2013; Yang et al. 2015). Ingold v Miller (1982) tiến hành thí nghiệm khơng thốt nước với đất cao lanh gia
cường bằng nhôm không thấm nước và chất bọt nhựa dẻo thấm nước. Kết quả cho thấy vật liệu gia cường thấm nước cho cường độ kháng cắt cao hơn so với vật liệu gia cường khơng thấm nước. Sử dụng thí nghiệm nén 3 trục khơng cố kết, khơng thốt nước, Fabian v Fourie (1986) khảo sát sự ảnh hưởng của khả năng dẫn nước của vật liệu gia cường đối với tính kháng cắt khơng thốt nước của đất sét. Kết quả cho thấy vật liệu gia cường thấm nước gia tăng cường độ cho đất sét khoảng 40% trong khi vật liệu gia cường không thấm nước làm giảm cường độ của đất sét với giá trị tương tự. Al-Omari et al. (1989) tiến hành thí nghiệm nén 3 trục cố kết thốt nước và cố kết khơng thốt nước đối với đất sét gia cường lưới vải địa kỹ thuật. Kết quả cho thấy sự phá hoại của mẫu đất sét gia cường là do sự trượt tương đối của đất sét và lớp vải địa kỹ thuật gia cường. Noorzad v Mirmoradi (2010), Mirzababaei et al. (2013), v
22
Yang et al. (2015) tiến hành thí nghiệm nén 3 trục khơng cố kết, khơng thốt nước
đối với đất sét gia cường vải địa kỹ thuật. Kết quả cho thấy vải địa kỹ thuật thấm nước gia tăng khả năng chống cắt lớn nhất, giảm sự mất mát khả năng chống cắt với biến dạng lớn.
Lớp cát mỏng kẹp giữa lớp vải địa chất gia cường đất sét và ảnh hưởng của nó đến ứng xử chịu cắt và biến dạng của mẫu đất đã được nghiên cứu và khảo sát sử dụng thí nghiệm cắt đất trực tiếp (Abdi et al. 2009), thí nghiệm kéo tuột vải địa kỹ thuật (Sridharan et al. 1991; Abdi & Arjomand 2011; Abdi & Zandieh 2014) và thí nghiệm nén 3 trục (Unnikrishnan et al. 2002). Kết quả nghiên cứu cho thấy lớp cát mỏng này cải thiện tương tác bề mặt (lực ma sát) giữa đất sét và vải địa kỹ thuật từ đó gia tăng cường độ cho đất sét. Lớp cát cũng đóng vai trị là biên thóat nước nhằm làm giảm áp lực nước lỗ rỗng xuất hiện trong quá trình tải trọng tác dụng lên mẫu. Các nghiên cứu của Unnikrishnan et al. (2002); Abdi et al. (2009); Abdi &
Arjomand (2011); Abdi & Zandieh (2014) cũng đã chỉ ra bề dày tối ưu của lớp cát
này khoảng từ 8-15mm đối với thí nghiệm khơng cố kết, khơng thốt nước (UU) và thí nghiệm cắt đất trực tiếp và thậm chí đến 8cm đối với thí nghiệm kéo tuột vải địa kỹ thuật. Ngồi ra với vai trị là biên thóat nước, các nghiên cứu của Raisinghani &
Viswanadham (2010) v Lin & Yang (2014) đã cho thấy vải địa kỹ thuật cịn đóng
vai trò ngăn chặn sự xâm nhập của đất sét vào biên thấm này.
Bên cạnh đó, một số cơng trình nghiên cứu trong nước về cơng trình trên nền đất yếu. Pierre Lareal và cộng sự, 1989 đã đưa ra những tính tốn ổn định và biến dạng nền đường và cơng trình đắp tương tự trên đất yếu. Bên cạnh đó nghiên cứu đưa ra một số giải pháp xử lý khi xây dựng nền đường đắp trên đất yếu bao gồm phương pháp gia tải, tăng tốc độ cố kết bằng đường thấm đứng, rãnh thấm, phương pháp gia cố bằng cọc vôi, cọc xi măng đất…
Lê Bá Vinh và cộng sự, 2003 nghiên cứu giải pháp xử lý nền và tính tốn ổn định
của cơng trình đường cấp III trên nền có lớp đất yếu mỏng. Nghiên cứu tập trung các biện pháp xử lý nền đất yếu bằng đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật và cừ tràm. Nghiên
23
cứu đề xuất phương pháp tính tốn hệ số an tồn chống trượt đối với nền tự nhiên và xét ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật gia cố tăng ổn định của nền đất yếu dưới nền đường.
Lê Xuân Roanh, 2014 đề xuất công nghệ xử lý nền và thi công đê, đập chắn
sóng trên nền đất yếu. Nghiên cứu phân tích một số cơng nghệ xử lý nền đất sét yếu bao gồm (1) xử lý nền đê bằng đệm cát đóng vai trị lớp chịu lực và lớp thốt nước cho nền đê, (2) xử lý nền bằng bấc thấm làm tăng khả năng thoát nước trong nền qua hệ thống thoát nước đứng, (3) xử lý nền bằng giếng cát vừa đóng vai trị là biên thấm đứng, vừa đóng vai trị chịu tải trọng, tăng cường sức chịu tải cho nền, (4) ứng dụng vải địa kỹ thuật gia cố nền phân cách nền đê và thân đê, phân bố đều áp lực đất đắp, tăng độ bền chống trượt của khối đất đắp, giảm mặt cắt ngang đê, (5) xử lý nền bằng bè cây, (6) xử lý nền bằng cọc đệm cát và (7) gia cố bằng cọc xi măng đất. Nghiên cứu cho thấy phương pháp sử dụng vật liệu như cát hoặc cọc vật liệu rời giúp rút ngắn khoảng cách thốt nước bằng cách bố trí các hành lang thốt nước theo phương thẳng đứng và phương ngang, đồng thời trên bề mặt đất nền lại phủ lớp cát thoát nước và lớp gia tải nhằm đẩy nhanh cố kết.
Các nghiên cứu ứng xử của đất cát gia cường vải địa kỹ thuật sử dụng thí nghiệm nén 3 trục được báo cáo chi tiết trong nghiên cứu Nguyen et al. 2010, Yang et al.
2011, Nguyen et al. 2011, Zhang et al. 2013 v Nguyen et al. 2013. Những nghiên
cứu về ứng xử của đất cát gia cường vải địa kỹ thuật được phát triển trong điều kiện ứng suất phẳng sử dụng thiết bị thí nghiệm nén phẳng được trình bày trong nghiên cứu Liu et al. 2014a v Liu et al. 2014b. Bên cạnh đó, nghiên cứu về ứng xử của đất sét gia cường bằng vải địa kỹ thuật có hoặc khơng có đệm cát được trình bày trong nghiên cứu Nguyen 2014, Yang et al. 2015, Yang et al. 2016 về đất sét gia cường vải địa kỹ thuật. Những nghiên cứu trên đã cho thấy vải địa kỹ thuật khi kết hợp với đệm cát sẽ không những gia tăng sức kháng cắt cho đất sét gia cường mà còn làm giảm áp lực nước lỗ rỗng trong lòng đất sét bão hòa. Đây là những kết quả tạo tiền đề cho phát triển đề tài ứng dụng gia cường đất sét bùn yếu bằng xỉ lị, có hoặc khơng có vải địa kỹ thuật làm nền đường giao thơng nông thôn.
24
Mặc dù rất nhiều nghiên cứu đưa ra nhiều biện pháp và ứng xử của đất yếu được gia cường, tuy nhiên những ứng xử cố kết và ứng xử cắt của đất sét bùn yếu khu vực ĐBSCL được gia cường bởi xỉ lị có hoặc khơng có vải địa kỹ thuật chưa được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng. Chính vì vậy, luận văn này tập trung vào nghiên cứu ứng xử của đất sét bùn yếu gia cường xỉ lò dưới điều kiện nén 3 trục từ đó đưa ra phương án tối ưu để ứng dụng xỉ lị gia cố nền đường giao thơng nơng thơn khu vực ĐBSCL.