Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜ G ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----

----

GUYỄ THN THU TRÀ

GHIÊ CỨU Ứ G DỤ G GIA CỐ ĐẤT CỐT SỢI
TRO G Ổ ĐN H BỀ MẶT MÁI DỐC

CHUYÊ

GÀ H: XÂY DỰ G ĐƯỜ G ÔTÔ VÀ
ĐƯỜ G THÀ H PHỐ
MÃ GÀ H: 60.58.30

LUẬ VĂ THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MI H, tháng 12 năm 2008.


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

PGS.TS. NGUYỄN VĂN CHÁNH

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 2008.


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : NGUYỄN THỊ THU TRÀ

Phái : Nữ

Sinh ngày : 03/07/1982

Nơi sinh : Hải Phòng

Chuyên ngành : Xây dựng đường ô tô và đường thành phố
Mã số ngành : 60.58.30
I. TÊN ĐỀ TÀI

Khoá: 2006


Mã số học viên: 00106021

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIA CỐ ĐẤT CỐT SỢI TRONG ỔN ĐỊNH BỀ
MẶT MÁI DỐC.
II. NHIỆM VỤ
1. Tổng quan những nghiên cứu và ứng dụng đất gia cố trên thế giới và trong nước .
2. Xây dựng cơ sở lí luận khoa học liên quan đến đề tài.
3. Thực nghiệm các giải pháp gia cố đất laterite.
4. Phân tích các yếu tố chính ảnh hưởng đến tính chất kĩ thuật của đất laterite đã gia cố.
5. Trên cơ sở tính chất đất đạt được của đất laterite đã gia cố , ứng dụng thiết kế ổn
định bề mặt mái dốc.
6. Kết luận và kiến nghị.
IV. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ 15/06/2008
V. NGÀY HOÀN THÀNH

30/11/2008

VI. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
PGS.TS Nguyễn Văn Chánh
Cán bộ hướng dẫn

Chủ nhiệm bộ môn quản lý
chuyên ngành

PGS.TS. Nguyễn Văn Chánh

TS. Lê Bá Khánh

Nội dung và đề cương Luận án Cao học đã được thông qua Hội đồng Chuyên ngành

Tp. HCM, ngày tháng
TRƯỞNG PHÒNG ĐT SĐH

năm 200

TRƯỞNG KHOA QUẢN LÍ NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng gia cố đất cốt sợi trong ổn định bề mặt mái
dốc” được thực hiện từ tháng 15/06/2008 đến tháng 30/11/2008 với mục đích
nghiên cứu ứng dụng đất laterite cốt sợi đay có chất kết dính vơi,xi măng, polime vơ
cơ làm lớp phủ chống xói lở mái dốc nền đắp
Tơi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS. Nguyễn Văn Chánh đã giúp đỡ,
tận tình hướng dẫn và cung cấp các thơng tin cần thiết để tơi hồn thành luận văn
này.
Tơi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các Thầy Cô giáo trong Bộ môn
Cầu Đường và Khoa Sau Đại học của Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ
Chí Minh đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn.
Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên khơng tránh khỏi những hạn chế
và thiếu sót. Tơi rất mong được sự đóng góp của q Thầy Cô giáo và bạn bè đồng
nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn.

Nguyễn Thị Thu Trà


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài nghiên cứu này do học viên Nguyễn Thị Thu Trà trực tiếp thực hiện
tại Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh dưới sự hướng dẫn của

PGS. TS Nguyễn Văn Chánh theo quyết định số 252/QĐ-ĐHBK-SĐH của Trường
Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh về việc giao đề tài luận văn thạc sĩ

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả
nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất
kỳ cơng trình nào khác trừ những trích dẫn được ghi rõ nguồn gốc và tác giả.

Học viên

Nguyễn Thị Thu Trà


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn thạc sĩ được thực hiện với tên tiêu đề là “ Nghiên cứu ứng dụng gia cố đất
cốt sợi trong ổn định bề mặt mái dốc” . Luận văn được tiến hành trên cơ sở nghiên
cứu lí luận về lí thuyết, thực nghiệm rút ra được những thông số cần thiết nhằm
phục vụ cho công tác xây dựng mái dốc nền đường đắp vùng dễ bị xói lở.
Nội dung
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
Kết cấu đường ô tô ổn định tổng thể phải dựa trên kết cấu nền ổn định, sự ổn
định của nền được đảm bảo nhờ ổn định bề mặt mái taluy. Có nhiều hình thức gia
cố mái taluy trong đó có hình thức gia cố đất làm lớp phủ bảo vệ bề mặt chống xói
lở.
Đã có nhiều nghiên cứu về đất gia cố sợi nhưng khơng đảm bảo ổn định
nước vì đất nhạy cảm với nước. Có những nghiên cứu gia cố đất với vơi, xi măng,
các hóa chất làm vật liệu ổn định nước rất tốt nhưng ứng xử giòn. Kết hợp hai cách
gia cố này sẽ có được loại vật liệu ổn định nước, cường độ cao, và dẻo dai.
CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ KHOA HỌC
Phân tích đặc tính đất laterite
Cơ chế gia cố đất bằng vôi

Cơ chế gia cố đất bằng xi măng
Cơ chế gia cố đất bằng polime vô cơ
Cơ chế ứng xử của đất cốt sợi
Cơ chế xói lở bề mặt mái dốc và cơ sở thiết kế lớp phủ bề mặt.
CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT
LATERITE GIA CỐ TỔNG HỢP VÔI+XI MĂNG+ POLIME VÔ CƠ + SỢI
PHÂN TÁN
Tiến hành các thí nghiệm trong phịng : nén, ép chẻ, đo module đàn hồi vật
liệu, đo độ hút nước , hệ số mềm vật liệu. Qua các kết quả thực nghiệm xác định


hàm lượng các chất gia cố tối ưu : 8% vơi, 8% xi măng, 8ml Hóa chất /100gr đất và
0,75% sợi đay.
CHƯƠNG 4 : TÍNH TỐN ĐỀ XUẤT KẾT CẤU LỚP PHỦ CHỐNG XÓI
LỞ MÁI DỐC NỀN ĐƯỜNG BẰNG VẬT LIỆU ĐẤT CPSĐ GIA CỐ TỔNG
HỢP
Đề xuất và tính tốn lớp phủ gia cố bề mặt mái dốc đảm bảo khơng xói lở
bằng vật liệu nghiên cứu.
Tính tốn và kiến nghị mở rộng phạm vi áp dụng vật liệu nghiên cứu vào kết
cấu áo đường vì cường độ kéo cao, module đàn hồi cao, bền nước, chịu biến dạng
lớn và dẻo dai.
CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ
Đất laterite sau khi gia cố vôi+ xi măng+ polime vô cơ+ sợi trở thành hệ vật
liệu có cường độ rất cao, hình thành cường độ cao ngay từ ngày đầu, nâng cao khả
năng bền nước lên vượt trội, đồng thời cảo thiện khả năng chịu kéo và rất dẻo dai.
Vật liệu này thể hiện sự thích hợp cho những ứng dụng trong cơng trình mái dốc và
mặt đường.


SUMMARY

The name of the thesis is “ A applied research on fiber reinforced soil to control
slope surfical erosion “. The thesis was carried out based on theory research
asscociated with experiment to definite parameters to design a liner to protect slope
from surficial erosion.
Chapter 1 : Over view
The general stability of road is based on the stability of embankment, and surficial
slope stability plays an important role to ensure the stability of embankment from
erosion. One of the solutions to protect surficial slope is using soil stabilization in
veneer.
There were many studies in natural fiber reinfored soil bui the material’s strength
decreases in soak condition due to the sensitive of the soil. Besides, there were
many research on soil stabilization with lime, cement, additives, etc , this makes the
material maintain the strength even in soak condition, and this also makes the
material is stiffer and brittle. Combination two above stabilization methods, we can
obtain the material with high strength, and toughness behavior.
Chapter 2: Scientific fundament
Properties of lateritic soil.
Soil stabilization mechanism with lime
Soil stabilization mechanism with cement
Soil stabilization mechanism with inorganic polymer
Ductile behavior of fiber composites.
Surficial slope erosion mechanism and stability design of veneer for
maximum allowable velocity method.
Chapter 3: Experiments on properties of soil-cement-inorganic polymer-fiber
reinforced lateritic soil.


The laboratory unsaturated and saturated unconfined compression tests,
indirect tensile strength tests, relisient module tests, water absorption tests were
carried out to definite the reasonable content of lime, cement, inorganic polymer

and fiber to improve mechanical characteristics of lateritc soil. Optimum lime
content is 8 weitght %, cement content is 8 weitght %, inorganic poymer content is
8ml per 100 gr dry soil. And optimum fiber dosage is 0,75 % dry soil weight with
fiber length of 20mm.
Chapter 4: Design slope liner to prevent from surficial erosion.
Apply lime-cement-inorganic polymer-fiber reinforced lateritic soil to make
a liner of slope to protect embankment from erosion. This liner is designed by
maximum permissible velocity method.
Suggest to extend the application of this material for pavements because of
its properties such as: high density, high tensile strength, high relisient module,
water stability , high strain, and ductility.
Chapter 5: Conclusion and petition
Jute fiber- Lateritic soil stabilized with lime, cement, inorganic polymer
showed properties which are appropriate to construct veneer structure to protect
slope from erosion and pavement.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT GIA CỐ
TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC................................................................1
1.1. Đặt vấn đề...............................................................................................1
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước về đất gia cố chất liên kết
vô cơ với sợi phân tán và giải pháp gia cố chống xói lở bề mặt mái dốc nền đắp
................................................................................................................................2
1.2.1. Các nghiên cứu về đất + sợi thiên nhiên ............................................2
1.2.2. Các nghiên cứu về đất + chất kết dính vơ cơ......................................4
1.2.3. Các nghiên cứu về đất + sợi tổng hợp ................................................7
1.2.4. Các ứng dụng của vật liệu đất cốt sợi.................................................8
1.2.5. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................ 11
1.2.6. Nội dung nghiên cứu ....................................................................... 11

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
.............................................................................................................................. 12
2.1. Hệ nguyên vật liệu................................................................................ 12
2.1.1. Đất laterite (CPSĐ): ........................................................................ 12
2.1.1.1. Nguồn gốc hình thành............................................................... 12
2.1.1.2. Thành phần khống vật- hóa học .............................................. 14
2.1.1.3. Cấu trúc đất laterit .................................................................... 16
2.1.1.4. Tính chất kĩ thuật của đất laterite .............................................. 20
2.1.2. Vật liệu vôi dùng trong gia cố:......................................................... 22
2.1.3. Vật liệu xi măng dùng trong gia cố .................................................. 22
2.1.4. Hợp chất polime vô cơ..................................................................... 23
2.1.5. Sợi phân tán..................................................................................... 23


2.2. Cơ chế hình thành cường độ khi gia cố đất với vơi............................. 25
2.3. Cơ chế hình thành cường độ khi gia cố đất với Xi măng: .................. 27
2.3.1.1. Sự hydrat hóa các khống C3S: ................................................. 27
2.3.1.2. Sự hydrat hóa khống C2S: ....................................................... 27
2.3.1.3. Sự hydrat hóa của khống Aluminat Canxi: .............................. 28
2.3.1.4. Sự hydrat hóa của khống alumoferit – tetracalcite C4AF ......... 28
2.4. Cơ chế gia cố đất bằng polime vô cơ ................................................... 28
2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ và độ ổn định của CPSĐ gia cố
với vơi+ximăng+hợp chất polime vơ cơ .............................................................. 29
2.6. Tính chất của vật liệu composite đất cốt sợi ....................................... 31
2.6.1. Tương tác giữa sợi và nền................................................................ 31
2.6.1.5. Tương tác giữa sợi và nền đồng nhất không nứt........................ 31
2.6.1.6. Tương tác giữa sợi và nền bị nứt............................................... 34
2.6.2. Ứng xử chịu kéo .............................................................................. 35
2.6.2.7. Hoạt động của sợi trong nền vật liệu giòn ................................. 35
2.6.2.8. Ứng xử chịu kéo của vật liệu cốt sợi ......................................... 37

2.6.3. Ứng xử chịu uốn.............................................................................. 39
2.6.3.9. Cơ chế đóng góp của sợi khi chịu uốn....................................... 39
2.6.3.10. Tính dẻo dai............................................................................ 41
2.7. Cơ chế xói lở bề mặt đất (mái dốc) ...................................................... 46
2.7.1. Cơ chế ............................................................................................. 46
2.7.2. Các dạng xói do nước ...................................................................... 48
2.7.3. Giải pháp kiểm sốt xói lở bề mặt.................................................... 50
2.7.4. Quan điểm thiết kế dựa trên vận tốc cho phép khơng xói ................. 50


CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT CỦA
ĐẤT LATERITE GIA CỐ TỔNG HỢP VÔI+XI MĂNG+ POLIME VÔ CƠ +
SỢI PHÂN TÁN .................................................................................................. 56
3.1. Hệ nguyên vật liệu trong thí nghiệm ................................................... 56
3.1.1. Đất laterit ........................................................................................ 56
3.1.2. Vơi .................................................................................................. 58
3.1.3. ......................................................................................................... 58
3.1.4. Xi măng........................................................................................... 59
3.1.5. Hợp chất polime vô cơ..................................................................... 60
3.1.6. Sợi đay ............................................................................................ 60
3.2. Mục tiêu của nghiên cứu thực nghiệm ................................................ 60
3.3. Tiêu chuẩn thí nghiệm ......................................................................... 60
3.4. Tiến hành thí nghiệm ........................................................................... 60
3.4.1. Cấp phối sỏi đỏ gia cố vơi ............................................................... 60
3.4.1.1. Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn để tìm dung trọng tối đa và độ
ẩm tối thuận ứng với các tỉ lệ gia cố như sau.................................................. 60
3.4.1.2. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của CPSĐ gia cố hàm
lượng vôi khác nhau ...................................................................................... 62
3.4.1.3. Nhận xét và kiến nghị ............................................................... 63
3.4.2. Cấp phối sỏi đỏ gia cố vơi – xi măng ............................................... 64

3.4.2.4. Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn để tìm dung trọng và độ ẩm tối
thuận của đất gia cố 8% vôi ứng với các tỉ lệ xi măng khác nhau ................... 64
3.4.2.5. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của CPSĐ gia cố 8% vôi
ứng với các tỉ lệ xi măng khác nhau ............................................................... 66
3.4.2.6. Thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ của CPSĐ gia cố 8% vôi
ứng với các tỉ lệ xi măng khác nhau ............................................................... 67


3.4.2.7. Thí nghiệm xác định module đàn hồi của CPSĐ gia cố 8% vôi
ứng với các tỉ lệ xi măng khác nhau ............................................................... 68
3.4.2.8. Kết luận- kiến nghị ................................................................... 69
3.4.3. Cấp phối sỏi đỏ gia cố vôi – xi măng- polime vơ cơ ........................ 70
3.4.3.1. Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn để tìm dung trọng và độ ẩm tối
thuận của đất gia cố 8% vôi ,8% xi măng ứng với các tỉ lệ hóa chất khác nhau
...................................................................................................................... 70
3.4.3.2. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của CPSĐ gia cố 8% vơi
,8% xi măng ứng với các tỉ lệ hóa chất khác nhau .......................................... 72
3.4.3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng hóa chất đến cường độ nén bão hịa
hỗn hợp CPSĐ gia cố 8% vôi ,8% xi măng .................................................... 74
3.4.3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng hóa chất đến độ hút nước của hỗn hợp
CPSĐ gia cố 8% vôi ,8% xi măng.................................................................. 75
3.4.3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng hóa chất đến hệ số mềm của hỗn hợp
CPSĐ gia cố 8% vôi ,8% xi măng.................................................................. 76
3.4.3.6. Kết luận- kiến nghị ................................................................... 77
3.4.4. Cấp phối sỏi đỏ gia cố vôi – xi măng- polime vơ cơ- sợi phân tán ... 78
3.4.4.1. Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn tìm γkmax dung trọng và wopt của
đất gia cố 8% vôi ,8% xi măng, 8ml HC/100gr đất ứng với các hàm lượng sợi
khác nhau ...................................................................................................... 78
3.4.4.2. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén (Rn) của CPSĐ gia cố
8% vôi ,8% xi măng, 8ml HC/100gr đất ứng với các hàm lượng sợi khác nhau

...................................................................................................................... 81
3.4.4.3. Thí nghiệm xác định cường độ kháng kéo (Rec) của CPSĐ gia cố
8% vôi ,8% xi măng, 8ml HC/100gr đất ứng với các hàm lượng sợi khác nhau
...................................................................................................................... 82
3.4.4.4. Thí nghiệm xác định độ hút nước Hp(%) của CPSĐ gia cố 8%
vôi ,8% xi măng, 8ml HC/100gr đất ứng với các hàm lượng sợi khác nhau.... 84


3.4.4.5. Thí nghiệm xác định cường độ kháng nén bão hòa (Rnbh) và hệ
số mềm Km của CPSĐ gia cố 8% vôi ,8% xi măng, 8ml HC/100gr đất ứng với
các hàm lượng sợi khác nhau ......................................................................... 85
3.4.4.6. Thí nghiệm xác định Hệ số mềm (Km) của CPSĐ gia cố 8% vôi
+8% xi măng+ 8ml HC/100gr + sợi đất ứng với các hàm lượng sợi khác nhau
...................................................................................................................... 86
3.4.4.7. Thí nghiệm xác định module đàn hồi của CPSĐ gia cố 8% vôi
,8% xi măng, 8ml HC/100gr + sợi đất ứng với các hàm lượng sợi khác nhau. 87
3.4.4.8. Đường cong quan hệ ứng suất-biến dạng nén nở hông tự do ..... 88
3.4.4.9. Kết luận- kiến nghị ................................................................... 91
CHƯƠNG 4 TÍNH TỐN ĐỀ XUẤT KẾT CẤU LỚP PHỦ CHỐNG XÓI
LỞ MÁI DỐC NỀN ĐƯỜNG BẰNG VẬT LIỆU ĐẤT CPSĐ GIA CỐ TỔNG
HỢP...................................................................................................................... 93
4.1. Tính tốn giải pháp lớp phủ bề mặt taluy nền đắp............................. 93
4.1.1. Sơ đồ kết cấu ................................................................................... 93
4.1.2. Các thông số tính tốn ..................................................................... 93
4.1.3. Kiểm tra điều kiện chống xói lở bề mặt cho mái dốc nền đắp khơng
gia cố................................................................................................................. 94
4.1.4. Gỉai pháp chống xói mịn bề mặt ..................................................... 94
4.1.5. Hình thức xây dựng mái taluy gia cố ............................................... 95
4.1.5.1. Xây dựng nền đường trước, mái taluy sau :............................... 95
4.1.5.2. Xây dựng mái taluy đồng thời với đắp đất thân nền đường : ..... 96

4.1.5.3. Đề xuất qui trình công nghệ chế tạo đất gia cố tổng hợp : ......... 97
4.2. Kiến nghị mở rộng phạm vi áp dụng vật liệu nghiên cứu cho kết cấu
áo đường .............................................................................................................. 98
4.2.1. Kết cấu hệ hai lớp............................................................................ 99
4.2.1.4. Trường hợp dùng CPSĐ không gia cố ...................................... 99


4.2.1.5. Trường hợp dùng CPSĐ gia cố ............................................... 100
4.2.2. Kết cấu hệ ba lớp........................................................................... 101
4.2.2.1. Trường hợp tầng móng là vật liệu CPSĐ không gia cố............ 101
4.2.2.2. Trường hợp tầng móng là vật liệu CPSĐ gia cố ...................... 102
4.2.3. Kết cấu hệ bốn lớp......................................................................... 103
4.2.3.1. Trường hợp tầng móng là vật liệu CPSĐ ................................ 103
4.2.3.2. Trường hợp tầng móng là vật liệu CPSĐ gia cố ...................... 104
4.2.4. Nhận xét........................................................................................ 105
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ.............................. 106
5.1. Kết luận – kiến nghị ........................................................................... 106
5.2. Hạn chế của đề tài .............................................................................. 107


HÌNH ẢNH
Hình 1-1 Kết quả thí nghiệm nén, kéo, sức chống cắt của đất laterite + sợi đay
(Kumar, 2001) .........................................................................................................3
Hình 1-2 Kết quả thí nghiệm nén và CBR của Marandi (2008) ......................4
Hình 1-3 Cách gia cố hai chiều song song bề mặt mái dốc bằng lưới địa kĩ
thuật ........................................................................................................................9
Hình 1-4 Đường và sân bay quân sự bằng đất gia cố sợi tổng hợp................. 10
Hình 1-5 Sợi kiểm sốt vết nứt trong đất dính: (a) 0.3% sợi , (b) 0% sợi .Sau 1
chu kì ẩm -khơ....................................................................................................... 10
Hình 2-1 Màu đỏ nâu của đất laterite là do oxit sắt goethite và hematite ....... 13

Hình 2-2 : Cấu trúc hạt keo ........................................................................... 18
Hình 2-3 Tương tác sợi- nền, nền không nứt : (a) khơng tải, (b) chịu kéo, (c)
chịu nén................................................................................................................. 32
Hình 2-4 Sợi và nền bám dính hồn tồn đàn hồi (a) và sợi – nền mất bám
dính một phần (b) .................................................................................................. 35
Hình 2-5 : Đường quan hệ ứng suất kéo- biến dạng của vật liệu composite sợi
trong nền giòn : (a) tỉ lệ thể tích sợi thấp, (b) tỉ lệ thể tích sợi trung bình, (c) tỉ lệ thể
tích sợi rất cao. ...................................................................................................... 37
Hình 2-6: Ba vùng trong quan hệ ứng suất kéo- biến dạng của vật liệu
composite có tỉ lệ thể tích sợi cao. ......................................................................... 37
Hình 2-7 : Đường cong điển hình tải trọng – độ võng của vật liệu composite
cốt sợi.................................................................................................................... 40
Hình 2-8 : Mặt cắt ngang dầm, phân bố biến dạng và ứng suất...................... 40
Hình 2-9 : Quan hệ ứng suất - chuyển vị của vật liệu giịn............................. 42
Hình 2-10 : Chỉ số dẻo dai tính theo ASTM .................................................. 44
Hình 2-11 : Đường cong tải trọng – biến dạng của vật liệu đàn hồi- dẻo lí
tưởng..................................................................................................................... 45
Hình 2-12 Xói mịn và vận chuyển vật liệu xói bằng dịng chảy .................... 46
Hình 2-13 Hạt mưa rơi va đập vào bề mặt đất ( Springer 1976)..................... 47


Hình 2-14 Sơ đồ mơ tả lực tác dụng của dịng chảy mặt lên phần tử hạt ........ 47
Hình 2-15 Xói theo lớp mỏng trên tồn bề mặt.............................................. 48
Hình 2-16 Rãnh xói trên taluy nền đường đào ............................................... 49
Hình 2-17 Dạng xói hình thành mương xói ................................................... 50
Hình 2-18 Đổ đá bảo vệ mái dốc ................................................................... 50
Hình 2-19 Vận tốc cơ sở theo kích cỡ hạt..................................................... 53
Hình 2-20 Hệ số B ........................................................................................ 54
Hình 2-21 Hệ số A ....................................................................................... 54
Hình 2-22 Hệ số F........................................................................................ 54

Hình 2-23 Hệ số D ........................................................................................ 55
Hình 2-24 Hệ số Ce ....................................................................................... 55
Hình 3-1 Đất laterite thí nghiệm................................................................... 56
Hình 3-2 Đường cong cấp phối hạt của đất laterite tự nhiên ......................... 57
Hình 3-3 Kết quả đầm nén đất laterite nghiên cứu........................................ 58
Hình 3-4 Kết quả đầm nén Đất+4% vơi......................................................... 61
Hình 3-5 Kết quả đầm nén Đất + 6% vơi....................................................... 61
Hình 3-6 Kết quả đầm nén Đất+8 % vơi........................................................ 61
Hình 3-7 Kết quả đầm nén Đất+10% vơi....................................................... 62
Hình 3-8 Quan hệ giữa cường độ kháng nén (Rn) với hàm lượng vơi ở 28 ngày
tuổi ........................................................................................................................ 63
Hình 3-9 Kết quả thí nghiệm đầm nén Đất+8% vơi+ 4% xi măng ................. 64
Hình 3-10 Kết quả thí nghiệm đầm nén Đất+8% vơi+ 6% xi măng ............... 65
Hình 3-11 Kết quả thí nghiệm đầm nén Đất+8% vơi+ 8% xi măng ............... 65
Hình 3-12 Kết quả thí nghiệm đầm nén Đất+8% vơi+ 4% xi măng .............. 65
Hình 3-13 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ kháng nén của
đất+8% vôi+ xi măng ............................................................................................ 67
Hình 3-14 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ kháng kéo của
đất+8% vôi ............................................................................................................ 68


Hình 3-15 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến module đàn hồi của
đất+8% vơi. ........................................................................................................... 69
Hình 3-16 Sự phát triển cường độ của đất+8%vôi+8% xi măng theo thời gian
.............................................................................................................................. 70
Hình 3-17 Kết quả thí nghiệm đầm nén Đất+8% vơi+ 8% xi măng+ 4ml
HC/100gr đất......................................................................................................... 71
Hình 3-18 Kết quả thí nghiệm đầm nén Đất+8% vôi+ 8% xi măng+ 6ml
HC/100gr đất......................................................................................................... 71
Hình 3-19 Kết quả thí nghiệm đầm nén Đất+8% vơi+ 8% xi măng+ 8ml

HC/100gr đất......................................................................................................... 72
Hình 3-20 Kết quả thí nghiệm đầm nén Đất+8% vôi+ 8% xi măng+ 10ml
HC/100gr đất......................................................................................................... 72
Hình 3-21 Cường độ chịu nén của CPSĐ gia cố 8% vơi ,8% xi măng ứng với
các tỉ lệ hóa chất khác nhau ở 1 và 28 ngày tuối. ................................................... 73
Hình 3-22 Cường độ chịu nén bão hịa của CPSĐ gia cố 8% vôi ,8% xi măng
ứng với các tỉ lệ hóa chất khác nhau ...................................................................... 74
Hình 3-23 Độ hút nước của CPSĐ gia cố 8% vôi ,8% xi măng ứng với các tỉ lệ
hóa chất khác nhau ................................................................................................ 75
Hình 3-24 Hệ số mềm của CPSĐ gia cố 8% vôi ,8% xi măng ứng với các tỉ lệ
hóa chất khác nhau ................................................................................................ 76
Hình 3-25 Kết quả thí nghiệm đầm nén Đất+8% vôi+ 8% xi măng+ 8ml
HC/100gr đất+ 0,25% sợi ...................................................................................... 79
Hình 3-26 Kết quả thí nghiệm đầm nén Đất+8% vơi+ 8% xi măng+ 8ml
HC/100gr đất+ 0,5% sợi ........................................................................................ 79
Hình 3-27 Kết quả thí nghiệm đầm nén Đất+8% vơi+ 8% xi măng+ 8ml
HC/100gr đất+ 0,75% sợi ...................................................................................... 80
Hình 3-28 Kết quả thí nghiệm đầm nén Đất+8% vơi+ 8% xi măng+ 8ml
HC/100gr đất+ 1% sợi........................................................................................... 80


Hình 3-29 Cường độ chịu nén (Rn) của CPSĐ gia cố 8% vôi ,8% xi măng,
8ml HC/100gr đất + sợi ứng với các hàm lượng sợi khác nhau ............................. 81
Hình 3-30 Cường độ kháng kéo (Rec) của CPSĐ gia cố 8% vôi ,8% xi măng,
8ml HC/100gr đất + sợi ứng với các hàm lượng sợi khác nhau ............................. 83
Hình 3-31 Độ hút nước của CPSĐ gia cố 8% vôi ,8% xi măng, 8ml HC/100gr
đất + sợi ứng với các hàm lượng sợi khác nhau .................................................... 84
Hình 3-32 Cường độ nén bão hịa của CPSĐ gia cố 8% vơi ,8% xi măng, 8ml
HC/100gr đất + sợi ứng với các hàm lượng sợi khác nhau .................................... 85
Hình 3-33 Hệ số mềm của CPSĐ gia cố 8% vôi ,8% xi măng, 8ml HC/100gr

đất + sợi ứng với các hàm lượng sợi khác nhau .................................................... 86
Hình 3-34 Module đàn hồi của CPSĐ gia cố 8% vôi ,8% xi măng, 8ml
HC/100gr đất + sợi ứng với các hàm lượng sợi khác nhau .................................... 87
Hình 3-35 Quan hệ lực nén- biến dạng thẳng đứng của CPSĐ gia cố 8% vôi
,8% xi măng, 8ml HC/100gr đất + sợi ứng với các hàm lượng sợi khác nhau ....... 89
Hình 3-36 Quan hệ ứng suất- biến dạng tương đối của CPSĐ gia cố 8% vôi
,8% xi măng, 8ml HC/100gr đất + sợi ứng với các hàm lượng sợi khác nhau ....... 89


BẢNG BIỂU
Bảng 2-1 Phần trăm thành phần khoáng vật của 2 nhóm đá cùng với laterite
của nó tương ứng................................................................................................... 15
Bảng 2-2 Tính chất một số sợi thiên nhiên .................................................... 23
Bảng 2-3 Vận tốc cho phép của một số vật liệu [11]..................................... 51
Bảng 2-4 Vận tốc cho phép khơng xói của một số vật liệu , theo USDA.[ 11]
.............................................................................................................................. 51
Bảng 3-1 Tổng hợp kết quả thí nghiệm thành phần hạt đất laterite tự nhiên... 56
Bảng 3-2 Thành phần hạt của vôi dùng gia cố ............................................... 58
Bảng 3-3 Các chỉ tiêu của xi măng PCB 40 dùng gia cố................................ 59
Bảng 3-4 Tổng hợp dung trọng khô tối đa và độ ẩm tối ưu khi đầm nén đất với
các hàm lượng vôi khác nhau ................................................................................ 62
Bảng 3-5 Tổng hợp cường độ nén Rn của đất+ vôi theo các hàm lượng vôi
khác nhau. ............................................................................................................. 63
Bảng 3-6 Tổng hợp γkmax và Wopt của đất+ 8%vôi + xi măng theo các hàm
lượng xi măng khác nhau....................................................................................... 66
Bảng 3-7 Tổng hợp cường độ nén Rn của đất+ 8% vôi+ xi măng theo các hàm
lượng xi măng khác nhau....................................................................................... 66
Bảng 3-8 Tổng hợp cường độ ép chẻ Rec của đất+ 8% vôi+ xi măng theo các
hàm lượng xi măng khác nhau. .............................................................................. 67
Bảng 3-9 Tổng hợp cường độ ép chẻ Rec của đất+ 8% vôi+ xi măng theo các

hàm lượng xi măng khác nhau. .............................................................................. 68
Bảng 3-10 Tổng hợp cường độ nén của đất +8%vôi+8%xi măng theo thời gian
.............................................................................................................................. 69
Bảng 3-11 Tổng hợp γkmax và Wopt của đất+ 8%vôi + 8% xi măng + HC
polime vô cơ theo các hàm lượng HC khác nhau. .................................................. 72
Bảng 3-12 Tổng hợp Rn của đất+ 8%vôi + 8% xi măng + HC polime vô cơ
theo các hàm lượng HC khác nhau. ở 28 ngày tuổi ................................................ 72


Bảng 3-13 Tổng hợp Rn của đất+ 8%vôi + 8% xi măng + HC polime vô cơ
theo các hàm lượng HC khác nhau. ở 1 ngày tuổi .................................................. 73
Bảng 3-14 Tổng hợp Rn(bh) của đất+ 8%vôi + 8% xi măng + HC polime vô
cơ theo các hàm lượng HC khác nhau.................................................................... 74
Bảng 3-15 Tổng hợp Hp(%) của đất+ 8%vôi + 8% xi măng + HC polime vô
cơ theo các hàm lượng HC khác nhau.................................................................... 75
Bảng 3-16 Tổng hợp Km của đất+ 8%vôi + 8% xi măng + HC polime vô cơ
theo các hàm lượng HC khác nhau ........................................................................ 76
Bảng 3-17 Tổng hợp cường độ nén của đất +8%vôi+8%xi măng+ 8ml
HC/100gr đất theo thời gian .................................................................................. 77
Bảng 3-18 Tổng hợp γkmax và Wopt của đất+ 8%vôi + 8%xi măng+8ml
HC/100gr đất + sợi theo các hàm lượng sợi khác nhau. ......................................... 80
Bảng 3-19 Tổng hợp Rn của đất+ 8%vôi + 8% xi măng + 8ml HC/100gr đất
+sợi theo các hàm lượng sợi khác nhau. ................................................................ 81
Bảng 3-20 Tổng hợp Rec của đất+ 8%vôi + 8% xi măng + 8ml HC/100gr đất
+sợi theo các hàm lượng sợi khác nhau. ................................................................ 82
Bảng 3-21 Tổng hợp Hp(%) của đất+ 8%vôi + 8% xi măng + 8ml HC/100gr
đất +sợi theo các hàm lượng sợi khác nhau............................................................ 84
Bảng 3-22 Tổng hợp Rn(bh) của đất+ 8%vôi + 8% xi măng + 8ml HC/100gr
đất +sợi theo các hàm lượng sợi khác nhau............................................................ 85
Bảng 3-23 Tổng hợp hệ số mềm Km của đất+ 8%vôi + 8% xi măng + 8ml

HC/100gr đất +sợi theo các hàm lượng sợi khác nhau. .......................................... 86
Bảng 3-24 Tổng hợp E của đất+ 8%vôi + 8% xi măng + 8ml HC/100gr đất
+sợi theo các hàm lượng sợi khác nhau. ................................................................ 87
Bảng 3-25 Biến dạng khi phá hoại của đất+8%vôi+8%xi măng+ 8ml
HC/100gr đất + sợi theo hàm lượng sợi. ............................................................... 90
Bảng 3-26 Chỉ số dẻo dai của vật liệu đất+8%vôi+8%xi măng+ 8ml HC/100gr
đất+ sợi theo hàm lượng sợi.................................................................................. 91


Bảng 4-1 Kết quả tính tốn Ech của tồn bộ kết cấu hệ 2 lớp dùng vật liệu
CPSĐ .................................................................................................................. 100
Bảng 4-2 Kết quả tính tốn Ech1 kết cấu hệ 2 lớp dùng vật liệu CPSĐ gia cố
............................................................................................................................ 100
Bảng 4-3 Kết quả tính Ech cho hệ 3 lớp mặt BTN thơ 5cm, móng CPSĐ.... 101
Bảng 4-4 Kết quả tính tốn Ech2 kết cấu hệ 3 lớp, mặt BTN thơ 5cm, móng
CPSĐ gia cố ........................................................................................................ 102
Bảng 4-5 Kết quả tính tốn Ech3 kết cấu hệ 4 lớp, mặt BTN mịn 3cm, BTN
trung 4cm, móng CPSĐ....................................................................................... 103
Bảng 4-6 Kết quả tính tốn Echm toàn bộ kết cấu hệ 4 lớp, mặt BTN mịn 3cm,
BTN trung 4cm, móng CPSĐ gia cố.................................................................... 104



Trang 1

Chương 1 TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT GIA CỐ
TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC
1.1. Đặt vấn đề
Đường ô tô là một kết cấu có hai bộ phận chính là kết cấu mặt và kết cấu nền,
chất lượng phục vụ của kết cấu mặt đường phụ thuộc nhiều vào sự ổn định của kết

cấu nền. Kết cầu nền đường thường là đất địa phương nhất là ở một số vùng địa
chất như Khánh Hịa, Lâm Đồng ... thì phổ biến là đẩt rời rất dễ bị xói lở. Cộng
thêm điều kiện công nghệ- vật liệu xây dựng đường và điều kiện môi trường khắc
nghiệt ở Việt Nam, rất nhiều cơng trình đường có các bộ phận kết cấu là đất bị sạt
lở, xói mịn. Ngun nhân chủ yếu là do mái dốc không được bảo vệ chống lại các
tác động của mơi trường nhất là dịng chảy mặt, lâu ngày sự bóc dần các hạt đất trên
bề mặt dẫn đến mất đất với khối lượng lớn, kết cấu đất bề mặt bị giảm yếu tạo thành
các khe xói, rãnh xói tạo điều kiện cho nước thấm sâu vào thân nền đường gây sạt
lở toàn khối.
Muốn ngăn chặn hiện tưởng sạt lở, phải ngăn chặn sự phá hoại ngay từ bề mặt
của kết cấu nghĩa là trước tiên phải đảm bảo bề mặt mái dốc khơng bị xói mịn bằng
cách tạo ra lớp phủ bề mặt có cường độ cao ngay cả khi ngập nước, đặc chắc ( giảm
sự thấm của nước vào nền đường), tính tồn khối cao ( không phát sinh vết nứt để
nước xâm nhập).
Yêu cầu này có thể thực hiện được nhờ biện pháp gia cố đất tại chỗ làm lớp
phủ mái dốc. Đất có thể được gia cố bằng giải pháp hóa học với việc đưa thêm xi
măng, vôi, các phụ gia vào đất làm cho đất có cường độ vượt trội hơn, bền nước,
đặc chắc nhưng bên cạnh đó làm cho đất ứng xử như vật liệu giòn và dễ phát sinh
vết nứt, giảm tính tồn khối, nước dễ xâm nhập và phá hủy.
Ta đã biết lớp phủ mái dốc thường xuyên chịu chu kì khơ ẩm, đất sẽ co ngót
và phát sinh vết nứt. Trong khi tác dụng gia cường chủ yếu của sợi là nâng cao tính
dẻo dai và chống nứt và cường độ kéo uốn cũng được tăng cao.


Trang 2

Kết hợp các giải pháp trên với nhau : kết hợp giải pháp thêm các chất hóa
học và giải pháp dùng thêm sợi phân tán : sợi thiên nhiên, tổng hợp, phế thải trong
công nghiệp …, sẽ tạo ra một giải pháp tổng hợp để cải thiện các tính chất cơ lý
của bản thân đất tại chỗ, đáp ứng được các u cầu kĩ thuật của cơng trình và tận

dụng vật liệu địa phương, giảm chi phí trong xây dựng đường. Trên thế giới đã có
nhiều nghiên cứu dùng sợi tổng hợp ( poly propylene, polymeric, nylon…), tuy
nhiên sợi này có giá thành rất cao, trong khi cơng trình đường có tính chất tuyến
(kéo dài) nên khối lượng gia cố lớn dẫn đến giá thành sẽ rất cao. Trong khi sợi thiên
nhiên như sợi đay lại sẵn có ở nước ta, sản lượng dồi dào, giá thành rất rẻ. .
Do vậy để tận dụng tài nguyên đất laterite phân bố rộng khắp cả nước, tránh
lãng phí, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng gia cố đất cốt sợi trong ổn định bề mặt mái
dốc “ nhằm mục đích cải biến các tính chất của đất laterite được tốt hơn nhằm xây
dựng những cơng trình đường rộng khắp phục vụ đời sống kinh tế xã hội của nhân
dân.

1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về đất gia cố chất liên kết vô cơ
với sợi phân tán và giải pháp gia cố chống xói lở bề mặt mái dốc nền đắp
1.2.1. Các nghiên cứu về đất + sợi thiên nhiên

Để ổn định mái dốc nền đào và làm kết cấu áo đường Kumar (2001) đã dùng
đất laterit gia cố sợi đay chiều dài 20mm và 30mm với các hàm lượng 0%, 0.2%,
0.4%, 0.6%. Kết quả thí nghiệm cho thấy khi tăng hàm lượng sợi thì lực dính C của
đất tăng lên , góc ma sát trong  giảm xuống, cường độ chịu kéo cũng tăng rất đáng
kể ( lên đến 34KN/m2 với 0.6% sợi). Riêng lực nén nở hơng thì đạt cực đại khi tăng
hàm lượng sợi đến 0.4% , khi thêm sợi đến 0.6% thì cường độ nén lại giảm nên kiến
nghị hàm lượng sợi hợp lý là 0,4%. Tỉ lệ hình dạng sợi l/d càng cao thì càng làm
tăng các chỉ tiêu cường độ nén , kéo, sức chống cắt(C,  ).
Tuy nhiên nghiên cứu này không xác định được độ bền nước của đất laterite+
sợi nên không thể kết luận vật liệu có ổn định cường độ khi chịu ẩm ướt không.
Trong khi đất laterite trong thành phần có hạt sét khá nhạy cảm với nước.