Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu này so sánh giá trị thí nghiệm CBR và giá trị CIV hiện trường với cùng điều kiện thí nghiệm để tìm được tương quan giữa giá trị CBR và CIV của nền đường giao thông trên đất Bazan trên địa bàn tỉnh Đắk Nông.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TƯƠNG QUAN GIỮA CHỈ SỐ CBR VÀ CIV TRONG XÁC ĐỊNH SỨC CHỊ U TẢI NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT BAZAN KHU VỰC TÂY NGUYÊN Nguyễn Huy Vượng, Vũ Bá Thao, Đinh Văn Thức Viện Thủy công Tóm tắt: Thí nghiệm California Bearing Ratio (CBR) dùng để đánh giá sức chịu tải đường vật liệu làm đường Thí nghiệm CBR trường sử dụng phổ biến Việt Nam giới, kinh phí thời gian thực thí nghiệm tương đối cao Vì thí nghiệm Clegg Impact Soil Tester (CIV) có thiết bị gọn nhẹ, quy trình thực đơn giản, tiết kiệm kinh phí, đảm bảo độ xác, đề xuất để thay thí nghiệm CBR số quốc gia Khi áp dụng thí nghiệm CIV khu vực mới, để đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn thiết kế nghiệm thu đường giao thông, cần phải tìm mối tương quan trị số CBR CIV Nghiên cứu so sánh giá trị thí nghiệm CBR giá trị CIV trường với điều kiện thí nghiệm để tìm tương quan giá trị CBR CIV đường giao thông đất Bazan địa bàn tỉnh Đắk Nông, CBR=2,024e0,085CIV Tương quan áp dụng cho địa phương có điều kiện địa chất tương tự Từ khóa: Thí nghiệm CBR, thí nghiệm Clegg Impact Soil Tester CI V, đất Bazan, Tây Nguyên Summary:The California Bearing Ratio (CBR) test is used to evaluate the capacity bearing of road pavement CBR test has been widely used in Vietnam and in the world as well However, this test requires relatively high cost and time-consuming Thus, Clegg Impact Soil Tester (CIV) which is simple and lightweight structure, cost-effective, time-saving, and high accuracy, has been developed to replace the CBR test in some countries In order to meet the requirements of design and inspection standards of the road, it is necessary to find a correlation between the CBR and CIV indexes In this study, both CBR and CIV tests are carried out on the road base in Dak Nong province under the same experimental conditions By comparing the test results, a correlation between the CBR and CIV values is proposed, CBR=2,024e0,085CIV This correlation could be considered to apply for similar geological conditions Key words:CBR test, Clegg Impact Soil Tester, Basalt Soil, Central Highlands ĐẶT VẤN ĐỀ* Giá trị sức chịu tải California Bearing Ratio (CBR) dùng để đánh giá sức chịu tải, đặc trưng biến dạng đất vật liệu làm đường Hiện nay, phương pháp thí nghiệm CBR trường sử dụng phổ biến Việt Nam nhiên để tiến hành thí nghiệm đòi hỏi phải có thiết bị kèm tương đối cồng kềnh, đặc biệt thiết bị gia tải Ngày nhận bài: 21/12/2017 Ngày thông qua phản biện: 27/01/2018 Ngày duyệt đăng: 08/02/2018 Phương pháp thí nghiệm Clegg Impact Soil Tester (còn gọi Clegg Impact Value, gọi tắt CIV) nghiên cứu áp dụng rộng rãi giới để thay thí nghiệm CBR với chi phí thấp thời gian thí nghiệm nhanh chóng [2-11] Ở Việt Nam, phương pháp chưa áp dụng phổ biến, chưa có nghiên cứu sâu sắc đầy đủ mối tương quan kết thí nghiệm CIV CBR điều kiện địa chất Việt Nam Trong viết này, sở so sánh kết thí nghiệm trường CBR CIV đường đất bazan tỉnh Đắk TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 42 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Nơng để đưa quan hệ giá trị CBR CIV Quan hệ có giá trị tham khảo đánh giá chất lượng đường vỏ phong hóa Bazan PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM CIV 2.1 Lịch sử thí nghiệm CIV Phương pháp thí nghiệm CIV phát triển Tiến sĩ Baden Clegg khoa kỹ thuật xây dựng Đại học Western Australia năm 1970 Ý tưởng ban đầu xuất ông cho thiết bị búa đầm chặt phòng thí nghiệm cho tham số liên quan đến độ chặt độ cứng đất vật liệu tương tự đất Tên thí nghiệm thơng số thí nghiệm đặt theo tên ông để ghi nhận công lao sáng tạo ông [5] Từ phương pháp thí nghiệm CIV đời, Mỹ ban hành tiêu chuẩn ASTM D 5874-95 [2] hướng dẫn xác định giá trị giới có nhiều cơng trình nghiên cứu, Đại học Western-Australia, Newzelan, Anh, Saudi Arabia để thiết lập mối tương quan trị số CIV CBR [5-9] (a) Thí nghiệm trước thi cơng 2.2 Thiết bị thí nghiệm CIV Phòng nghiên cứu Địa kỹ thuật, Viện Thủy công, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam sở hữu thiết bị CIV hãng SD Insttumrntation (UK) sản xuất (Hình 1) Thiết bị áp dụng Cơng trình đường giao thơng nơng thôn xã Lương Tài tỉnh Hưng Yên tháng năm 2016 (Hình 2a, b), Cơng trình cứng hóa mặt đê sông Nhuệ xã Tân Dân huyện Phú Xuyên thành phố Hà Nội tháng năm 2017, thuộc nội dung đề tài độc lập cấp nhà nước “Nghiên cứu công nghệ phát sớm nguy cố đê sông, đập đất, đập đá, đập bê tông trọng lực đề xuất giải pháp xử lý” (Hình 2c) Hình Thiết bị thí nghiệm CIV/882 Viện Thủy cơng (1) Búa đầm, (2) Vạch định vị chiều cao búa rơi, (3) Tay cầm, (4) Ống dẫn hướng, (5) Hộp đọc liệu, (6) Dây dẫn (b) T hí nghiệm kiểm định sau thi cơng (c) Thí nghiệm trước thi cơng Hình Sử dụng thiết bị CIV tại: (a) đê sông Nhuệ Hà Nội; (b, c) đường giao thông xã Lương Tài tỉnh Hưng Yên trước sau thi cơng [13, 14] 2.3 Phương pháp thí nghiệm CIV Dựa nguyên tắc cho búa rơi tự lên bề mặt đất bề mặt vật liệu từ độ cao cố định 45cm, đo vận tốc búa nảy trở lại tức đo sức kháng đất nền, yếu tố liên quan đến cường độ, mật độ độ cứng đất hay vật liệu [4] Để đạt giá trị CIV (hay gọi Impact Value - IV) có đủ tin cậy, vị trí thí nghiệm phải tiến hành lần búa rơi Đối với loại đất nền, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 42 - 2018 KHOA HỌC trình tự thí nghiệm tuân thủ theo bước sau: i Chọn vị trí thí nghiệm nơi mà ống dẫn hướng (số Hình 1) tự đứng ổn định Loại bỏ lớp đất tơi xốp mặt đảm bảo ống dẫn không đặt cục viên đá có kích thước lớn kích thước trung bình viên đá quan sát mặt đường ii Kiểm tra mức độ thẳng đứng ổn định ống dẫn Đứng hai chân mặt bích đáy, chân lại đặt mặt bích giữ ổn định ống dẫn mặt bên chân Tháo chốt khóa giữ búa ống dẫn mở kẹp đồng hồ Ấn nút đồng hồ kiểm tra số hình IV số đếm Nếu cần thiết, nhả ấn nút số đọc lên, sau giữ nút ấn suốt q trình thí nghiệm iii Nâng búa tay vòng đánh dấu màu trắng (số Hình 1) ngang với đỉnh ống dẫn Để dây dẫn (số 6) chùng tự không chạm vào búa lúc búa rơi; sau cho búa rơi tự Theo dõi số đọc đồng hồ iv Không di chuyển ống dẫn thả nút ấn đồng hồ, lặp lại bước iii thêm lần để đạt tổng cộng số đọc vị trí thí nghiệm v Đánh giá số đọc Hai ba lần búa rơi bị ảnh hưởng lớp đất bề mặt vật liêu rời nằm búa, nên giá trị số đọc tăng dần Lần búa rơi thứ 3, thứ thứ đạt đến giá trị ổn định tính độ cứng lớp đất nén chặt vi Giá trị số đọc thứ (ví dụ đồng hồ hiển thị là: 15 IV) số đọc quan trọng; thể mức độ đầm chặt đo vii.Nếu số đọc nhỏ IV so với lần đọc trước số đọc thứ lớn số đọc thứ IV, giá trị đo khơng đáng tin cậy hủy thí nghiệm vị trí viii Đời máy CIST/882/TREND tự động ghi lại xu hướng giá trị số đọc qua lần búa rơi thông báo cho người vận hành biết số đọc nằm ngồi phạm vi mơ tả phần vii M àn hình hiển thị “ABORT!” trường hợp này, nên dừng thí nghiệm để làm bù thí CÔNG NGHỆ nghiệm khác cách chỗ cũ khoảng 300 mm ix Sau hồn thành thí nghiệm, nhấc ống dẫn bên quan sát vết hằn mặt đất búa Vật liệu cứng vết hằn nông Độ sâu vết hằn vật liệu đắp dạng hạt thường nằm khoảng 20 mm đường 10 IV đến mm 30 IV Giá trị nằm phạm vi thường có vấn đề Nếu vết hằn sâu 20 mm vật liệu đắp dạng hạt mm đá dăm cuội vật liệu khơ, thí nghiệm vị trí xem thất bại với số đọc IV x Ngun nhân dẫn đến thí nghiệm thất bại độ ẩm cao, cường độ vật liệu thấp độ chặt không đảm bảo 2.4 Quan hệ CBR CIV số tác giả giới Theo Clegg (1980), sở thành lập phương trình tương quan số CBR CIV dựa kết thí nghiệm phòng trường Thơng qua thí nghiệm phân tích xác định tham số: thành phần hạt, độ ẩm giới hạn chảy, giới hạn dẻo, số deo, thí nghiệm đầm nện tiêu chuẩn Tiến hành thí nghiệm đồng thời phương pháp CBR CIV loại vật liệu độ chặt, độ ẩm Thống kê, phân tích số liệu lập phương trình hồi quy Hình giới thiệu kết nghiên cứu thực nghiệm cho mẫu đất East Cape, New Zealand [5] Hình Tương quan CBR CIV đất vùng East Cape, New Zealand [5] Các nghiên cứu nước cho thấy quan hệ trị số CBR CIV phụ thuộc nhiều TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 42 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ vào loại đất, độ ẩm, độ chặt đường Việc tìm quan hệ quan trọng khu vực nghiên cứu M ột số công thức thực nghiệm tương quan giá trị CBR CIV áp dụng phổ biến giới liệt kê sau: Clegg (1980): CBR= 0,07(CIV)2,0, R2=0,788 M athur & Coghlans (1987): CBR= 0,1085(CIV)1.863, R2=0,787 Al-Amoudi (2002 ): CBR= 0,161(CIV)1.695 (3), R2=0,85 Tiêu chuẩn Châu Âu: CBR= (0,24(CIV)+1)2 SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM CIV VÀ CBR TẠI TỈNH ĐẮK NƠNG 3.1 Thiết kế thí nghiệm M ục tiêu thí nghiệm CIV CBR xác định sức chịu tải đường hữu để làm sở thiết kế cơng trình đường thử nghiệm cấp phối đất chỗ gia cố puzolan tự nhiên chất kết dính Thiết bị thí nghiệm CIV chưa ứng dụng phổ biến nước ta, hai thí nghiệm CIV CBR thực điều kiện địa chất, nhằm tìm tương quan hai số để áp dụng rộng rãi sau kết thúc đề tài Đây nội dung nghiên cứu thuộc đề tài độc lập cấp quốc gia “Nghiên cứu sử dụng puzolan tự nhiên xây dựng bảo trì cơng trình giao thông nông thôn, thủy lợi địa bàn tỉnh Đắk Nông”, mã số: ĐTĐL.CN55/16, Bộ Khoa học Công nghệ giao Viện Thủy Cơng chủ trì thực Đất bazan loại đất chiếm phần lớn lên lãnh thổ Tây Ngun phân bố nhiều cơng trình hạ tầng đặc biệt hệ thống giao thơng nơng thơn chúng tơi chọn loại đường phân bố đất bazan để tiến hành thí nghiệm Hiện trạng đoạn đường thí nghiệm thể Hình Hình Hiện trạng đoạn đường thí nghiệm Đường thí nghiệm thuộc thị xã Gia Nghĩa, tỉnh Đắk Nơng Tổng chiều dài đoạn đường 2,2 km Vị trí thí nghiệm bố trí tim đường, khoảng 150 đến 200m tiến hành bố trí 01 tổ hợp thí nghiệm gồm 01 thí nghiệm CBR 01 thí nghiệm CIV Thí nghiệm tiến hành độ sâu từ 25 -30cm Hình ảnh thí nghiệm CBR CIV trường thể Hình Hình Có thể thấy rằng, thí nghiệm CBR phải sử dụng xe tải làm đối trọng thí nghiệm CIV nhỏ gọn, cần người vận hành TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 42 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Hình Hình ảnh thí nghiệm CBR trường Hình Hình ảnh thí nghiệm CBR CIV trường 3.2 Kết thí nghiệm M ục tiêu cơng tác thí nghiệm ngồi việc xác định sức chịu tải CBR đường phục vụ công tác thiết kế thành lập quan hệ CBR CIV Để đạt mục tiêu công việc này, từ kết thí nghiệm (Bảng 1) thành lập biểu đồ tương quan giá trị CBR kết thí nghiệm CIV (Hình 7) Trục tung tiêu CBR, trục hoành giá trị CIV Bảng Kết thí nghiệm CBR CIV STT 10 11 12 Tên điểm đo C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 Trung bình Giá trị thí nghiệm CBR % CIV 3,60 4,76 4,90 4,20 3,29 3,15 6,36 3,50 6,05 5,60 4,20 7,14 4,75 8 11 13 12 11 15 9,58 Giá trị CBR quy đổi từ CIV theo công thức Mục 2.4 Tiêu chuẩn Clegg Mathur and Al-Amoudi châu Âu (1980) Coghlans (1987) (2002) 7,18 3,43 4,07 4,36 9,99 5,67 6,50 6,67 8,53 4,48 5,22 5,46 8,53 4,48 5,22 5,46 7,18 3,43 4,07 4,36 5,95 2,52 3,06 3,36 13,25 8,47 9,45 9,38 8,53 4,48 5,22 5,46 16,97 11,83 12,90 12,44 15,05 10,08 11,12 10,87 13,25 8,47 9,45 9,38 21,16 15,75 16,85 15,86 11,30 6,92 7,76 7,75 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 42 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ thí nghiệm thí nghiệm CBR đường giao thông đất Bazan địa bàn tỉnh Đắk Nơng Kết thí nghiệm rút kết luận sau: Hình Tương quan CBR số CIV đường đất bazan Kết thí nghiệm CBR cho thấy tự nhiên vỏ phong hóa Bazan khu vực Tây Nguyên có giá trị CBR thay đổi từ 3,15% đến 7,14% trung bình 4,75 % ; đáp ứng yêu cầu xây dựng đường giao thông nông thôn theo tiêu chuấn 22TCN 211-06 "Áo đường mềm Các yêu cầu dẫn thiết kế” Quan hệ số CBR CIV có dạng đường cong theo phương trình sau: 2,024 với R2 =0,780 KẾT LUẬN Bài báo giới thiệu thiết bị, ngun lý, trình tự thí nghiệm CIV, đồng thời trình bày kết Thí nghiệm CIV phương pháp thí nghiệm nhanh, đơn giản, có độ tin cậy cao để xác định trị số CBR đường Có thể thực thí nghiệm với mật độ dầy, chi phí thấp, thời gian nhanh nhiều so với thí nghiệm CBR Tương quan giá trị CBR CIV đường giao thông đất bazan địa bàn tỉnh Đắk Nông là: CBR=2,024e0,085CIV Tương quan áp dụng cho địa phương có điều kiện địa chất tương tự Nghiên cứu hạn chế số lượng điểm thí nghiệm thử nghiệm loại đất bazan Các nghiên cứu nên áp dụng thử nghiệm với nhiều loại đất khác để tìm tương quan giá trị CBR CIV LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu thuộc nội dung Đề tài độc lập cấp quốc gia “Nghiên cứu sử dụng puzolan tự nhiên xây dựng bảo trì cơng trình giao thơng nơng thơn, thủy lợi địa bàn tỉnh Đắk Nông”, mã số: ĐTĐL.CN-55/16, Bộ Khoa học Công nghệ giao Viện Thủy Công chủ trì thực TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 22 TCN 211-6, Áo đường mềm- yêu cầu dẫn thiết kế, giao thông vận tải, 2006 [2] ASTM D5874 - 95, Standard Test Method for Determination of the Impact Value (IV) of a Soil [3] Applications for the Clegg Impact Soil Tester, Technical Note 05, 1988 [4] Clegg impact soil tester 4,5kg Standard Hammer, operators manual, 2003 [5] Clegg, B An impact soil tester as an alternative to California bearing ratio Proc., 3rd Australian-New Zealand (ANZ) Geomechanics Conf., Wellington, New Zealand, 1, 225– 230, 1980 [6] Omar Saeed Baghabra Al-Amoudi, Ibrahim M ohammed Asi, Hamad I Al-Abdul Wahhab, and Ziauddin A Khan Clegg Hammer-California-Bearing Ratio Correlations, Journal of M aterials in Civil Engineering/December 2002 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 42 - 2018 CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ [7] Khalid Farrag M odification of the Clegg hammer as an alternative to nuclear density gauge to determine soil compaction, U.S Environmental protection agency radiation protection division, 2006 [8] M athur, T S., and Coghlans, G T The use of the Clegg impact tester in managing and th designing aggregate-surfaced roads Transportation Research Board, Int Conf on LowVolume Roads, 1, Washington, D.C., 232–236, 1987 [9] Simon Fairbrother, Robert M cGregor and Ivan Aleksandrov Development of a Correlation Equation between Clegg Impact Values and California Bearing Ratio for In-Field Strength rd Assessment of Forest Road Subgrades Proceeding of the 33 Annual M eeting of the Council on Forest Engineering: Fueling the Future, 2010 [10] http://www.sdinst.com/catalog [11] http://www.turf-tec.com/Clegg.html [12] http://www.lafayetteclegg.com [13] Vũ Bá Thao, Trần Văn Quang Báo cáo khảo sát địa chất Cơng trình cứng hóa mặt đê sơng Nhuệ xã Tân Dân huyện Phú Xuyên thành phố Hà Nội tháng năm 2017 Phòng Nghiên cứu Địa kỹ thuật, Viện Thủy công [14] Vũ Bá Thao, N guyễn Quốc Dũng, N gô Thị Thanh Hương (2017) N ghiên cứu ứng dụn g phụ gia RoadCem xây dựng đường giao thông nông thôn Tuyển tập Hội thảo toàn quốc lần thứ 30 Kết cấu Cơng nghệ xây dựng, 15/12/2017 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 42 - 2018 ... CBR trường Hình Hình ảnh thí nghiệm CBR CIV trường 3.2 Kết thí nghiệm M ục tiêu cơng tác thí nghiệm ngồi việc xác định sức chịu tải CBR đường phục vụ cơng tác thiết kế thành lập quan hệ CBR CIV. .. ẩm, độ chặt đường Việc tìm quan hệ quan trọng khu vực nghiên cứu M ột số công thức thực nghiệm tương quan giá trị CBR CIV áp dụng phổ biến giới liệt kê sau: Clegg (1980): CBR= 0,07 (CIV) 2,0, R2=0,788... HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 42 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ thí nghiệm thí nghiệm CBR đường giao thông đất Bazan địa bàn tỉnh Đắk Nơng Kết thí nghiệm rút kết luận sau: Hình Tương quan CBR số CIV đường