Tiêu chuẩn Đo Độ Chặt K: Yếu Tố Then Chốt Cho Nền Móng Công Trình Địa Kỹ Thuật Môi Trường

Trong lĩnh vực địa kỹ thuật môi trường, việc đảm bảo nền đất có độ chặt đạt yêu cầu là yếu tố tối quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ và hiệu quả hoạt động của các công trình như bãi chôn lấp chất thải, hồ xử lý nước thải hay các ao hồ nuôi trồng thủy sản có sử dụng màng chống thấm HDPE. Thí nghiệm xác định độ chặt tiêu chuẩn K của đất tại hiện trường đóng vai trò như một thước đo định lượng, giúp các chuyên gia đánh giá chất lượng thi công đầm chặt, từ đó đảm bảo sự ổn định và an toàn cho toàn bộ hệ thống. Bài viết này sẽ đi sâu vào các phương pháp, tiêu chuẩn áp dụng và ý nghĩa của thí nghiệm độ chặt K, đồng thời nhấn mạnh vai trò của nó trong việc xây dựng các công trình môi trường bền vững.

Thí nghiệm độ chặt tiêu chuẩn K của đất tại hiện trường được áp dụng rộng rãi cho nhiều loại đất khác nhau, từ đất hạt mịn không chứa hoặc có chứa sạn sỏi, đến đất rời loại cát và sỏi sạn. Các tiêu chuẩn quốc gia như TCVN 8217:2009, TCVN 8728:2012 và TCVN 8729:2012 là cơ sở để phân loại, xác định độ ẩm, khối lượng thể tích và độ chặt của đất, đảm bảo tính chính xác và đồng bộ trong quá trình kiểm tra. Việc đạt được độ chặt tối ưu cho nền đất không chỉ giúp công trình chịu tải tốt mà còn ngăn ngừa hiện tượng lún sụt, bảo vệ lớp màng địa kỹ thuật môi trường như bạt nhựa HDPE khỏi bị hư hại, từ đó kéo dài vòng đời dự án. Để hiểu rõ hơn về các yêu cầu chất lượng trong ngành, bạn có thể tham khảo thêm về quy trình quản lý môi trường ISO 14001:2015.

Thí nghiệm Độ Chặt K của Đất tại Hiện Trường: Tổng Quan và Phương Pháp

Phương pháp xác định độ chặt K của đất tại hiện trường thường được sử dụng phổ biến là phương pháp đào hố dùng cát tiêu chuẩn để thế chỗ và phương pháp dao vòng lấy mẫu. Cả hai phương pháp này đều nhằm mục đích định lượng khối lượng thể tích khô của đất đã được đầm nén, so sánh với khối lượng thể tích khô lớn nhất có thể đạt được trong phòng thí nghiệm để đưa ra hệ số đầm nén K.

Thí nghiệm xác định độ chặt tiêu chuẩn K của nền đất tại công trường

1. Phương pháp Hố đào, dùng cát tiêu chuẩn thế chỗ

Đây là phương pháp linh hoạt, phù hợp với nhiều loại đất và thường được áp dụng cho các lớp đất đắp có chiều dày lớn.

a. Phạm vi áp dụng cho đất:

• Các loại đất hạt mịn và đất cát pha (hoặc lẫn) sét và bụi, có chứa hơn 30% sỏi sạn cỡ hạt từ 2 mm đến 40 mm nhưng không quá 10% cỡ hạt lớn hơn 20 mm.
• Đất sạn sỏi hạt nhỏ đến hạt trung pha (hoặc lẫn) bụi và sét, có không quá 10% vật liệu hạt cỡ từ 20 mm đến 40 mm.
• Các loại đất hạt mịn và đất cát pha (hoặc lẫn) sét và bụi, có chứa hơn 30% sỏi sạn hạt nhỏ đến hạt to, nhưng không quá 10% cỡ hạt lớn hơn 20 mm đến 40 mm.
• Đất sạn sỏi hạt nhỏ đến hạt to pha (hoặc lẫn) bụi và sét, có không quá 10% vật liệu hạt cỡ từ 40 mm đến 80 mm.

Đối với các dự án địa kỹ thuật môi trường như bãi chôn lấp hoặc hồ chứa chất thải, việc kiểm soát độ chặt của các loại đất nền này là cực kỳ quan trọng để đảm bảo khả năng chịu tải và chống thấm của công trình. Đặc biệt, khi thi công các khu vực cần tuân thủ tiêu chuẩn quốc gia về xử lý rác thải, thí nghiệm độ chặt K sẽ giúp đánh giá chất lượng nền móng trước khi lắp đặt các lớp bảo vệ.

b. Các bước tiến hành:

1. Bước 1: Đổ cát chuẩn vào trong bình chứa cát. Cân xác định khối lượng tổng cộng ban đầu của bộ phễu có chứa cát (ký hiệu là mct).
2. Bước 2: Làm phẳng bề mặt cần thí nghiệm, định vị khuôn thí nghiệm.
3. Bước 3: Đào một hố có đường kính khoảng 15cm qua lỗ thủng của đế định vị. Chiều sâu của hố đào phải bằng chiều dày của lớp vật liệu được lu lèn.
4. Bước 4: Lau sạch miệng lỗ thủng của đế định vị, úp miệng phễu của bộ chứa cát tiêu chuẩn vào lỗ thủng của đế định vị. Mở van hoàn toàn cho cát chảy vào hố đào. Khi cát dừng chảy, đóng van lại, nhấc toàn bộ phễu rót cát ra.
5. Bước 5: Cân xác định khối lượng của bộ phễu và cát còn lại (ký hiệu là mcs).
6. Bước 6: Cân xác định khối lượng vật liệu lấy trong hố đào (ký hiệu là mw).
7. Bước 7: Lấy mẫu vừa đào lên đem đi sấy khô.
8. Bước 8: Cân mẫu vừa sấy khô (ký hiệu là mk).
9. Bước 9: Lập công thức và tính toán dựa trên số liệu vừa có để xác định khối lượng thể tích khô tại hiện trường (ght).

c. Tính toán số liệu:

• Thể tích của hố đào:

  Công thức tính thể tích hố đào trong thí nghiệm độ chặt đất

• Khối lượng thể tích của mẫu ban đầu được đào lên:

  Công thức xác định khối lượng thể tích của mẫu đất ban đầu

• Độ ẩm của mẫu ban đầu được đào lên:

  Công thức tính độ ẩm của mẫu đất tự nhiên

• Khối lượng thể tích khô của mẫu ban đầu được đào lên:

  Công thức xác định khối lượng thể tích khô của đất tại hiện trường

d. Ý nghĩa và các yếu tố ảnh hưởng đến độ chặt K tại hiện trường (ght)

Từ các thí nghiệm trên, chúng ta có thể xác định được:

• Dung trọng khối lượng thể tích khô trong phòng thí nghiệm (gmax).
• Dung trọng khối lượng thể tích khô tại hiện trường (ght).

Xác định độ chặt tiêu chuẩn K:
Hệ số đầm nén (hay độ chặt tiêu chuẩn K) tại hiện trường có ý nghĩa rất lớn. Nếu hệ số này gần bằng 1, chứng tỏ nền đang thí nghiệm được thi công tốt và kết cấu của nền rất ổn định. Hầu như các thành phần cấp phối của nền đã được lèn chặt vào nhau, không còn khoảng trống đáng kể. Điều này đặc biệt quan trọng khi chuẩn bị bề mặt để trải bạt lót ao hồ hoặc màng chống thấm HDPE, bởi một nền đất không đủ chặt có thể gây lún cục bộ, dẫn đến căng thẳng và hư hại cho lớp màng.

Nhưng nếu hệ số K hiện trường > 1, có thể có nhiều nguyên nhân:

• Kết quả tính toán (ght) của phòng thí nghiệm bị sai, ở trường hợp này (gmax) nhỏ dẫn đến K>1.
• Kết quả tính toán (ght) của hiện trường không đúng số liệu dẫn đến (ght) hiện trường lớn, gây ra K>1.
• Vật liệu thi công mà mẫu mang thí nghiệm ở phòng thí nghiệm là không đồng nhất, cũng có thể dẫn đến K>1.
• Ảnh hưởng của công đầm nén tại công trường đã sử dụng công đầm lớn hơn công đầm ở phòng thí nghiệm khi tính toán, dẫn đến K>1.
• Sự ảnh hưởng thành phần % lượng hạt cốt liệu nhỏ cũng là một yếu tố có thể gây ra K>1.

Hiểu rõ các yếu tố này giúp kỹ sư đưa ra quyết định điều chỉnh kịp thời, đảm bảo chất lượng nền đất tối ưu trước khi triển khai các bước tiếp theo, ví dụ như lắp đặt màng chống thấm.

2. Phương pháp Dao vòng lấy mẫu

Phương pháp dao vòng lấy mẫu là một kỹ thuật trực tiếp và hiệu quả để đánh giá độ chặt của đất, đặc biệt phù hợp với các loại đất hạt mịn.

a. Phạm vi áp dụng cho đất:

• Các loại đất hạt mịn và đất cát pha (hoặc lẫn) sét và bụi, có lượng chứa không quá 10% sỏi sạn có cỡ hạt từ 2 mm đến 5 mm.
• Các loại đất hạt mịn và đất cát pha (hoặc lẫn) sét và bụi, có lượng chứa không quá 20% sỏi sạn có cỡ hạt từ 2 mm đến 10 mm, trong đó không quá 10% vật liệu hạt cỡ từ 5 mm đến 10 mm.
• Các loại đất hạt mịn và đất cát pha (hoặc lẫn) sét và bụi, có chứa không quá 30% sỏi sạn có cỡ hạt từ 2 mm đến 20 mm, trong đó không quá 10% vật liệu hạt cỡ từ 10 mm đến 20 mm.

Những loại đất này thường được sử dụng làm lớp nền hoặc lớp đệm bảo vệ cho màng chống thấm HDPE trong các công trình như hồ chứa nước, bãi chôn lấp rác hoặc các dự án về xử lý nước thải. Việc kiểm tra độ chặt bằng phương pháp dao vòng giúp đảm bảo nền đất có khả năng chịu lực đồng đều, giảm thiểu nguy cơ hư hỏng màng do lún không đều. Các tiêu chuẩn ISO về môi trường cũng khuyến nghị áp dụng các quy trình kiểm soát chất lượng chặt chẽ này.

b. Tiến hành thí nghiệm:

1. Tập hợp thông tin: Thu thập thông tin về vật liệu đắp (mỏ vật liệu, loại đất, khối lượng thể tích khô lớn nhất, độ ẩm đầm nén tốt nhất, khu vực đắp, độ chặt yêu cầu, khoảng độ ẩm đầm nén thích hợp, các thông tin khác có liên quan).
2. Kiểm tra hiện trường và bố trí mẫu: Lập sơ đồ bố trí các vị trí các điểm lấy mẫu thí nghiệm theo yêu cầu kỹ thuật quy định; đặt số hiệu cho các điểm lấy mẫu thí nghiệm theo trật tự quy ước thống nhất.
3. Lấy mẫu khẩn trương: Khi dự đoán lớp đất đã đạt độ chặt yêu cầu hoặc sau khi đã đầm đủ số lượt quy định sơ bộ, cần khẩn trương tiến hành lấy mẫu để thí nghiệm xác định khối lượng thể tích đơn vị đất ẩm và độ ẩm của đất tại các vị trí đã bố trí.
4. Xác định khối lượng thể tích đơn vị đất ẩm: Thực hiện theo TCVN 8729:2012.
5. Xác định độ ẩm của đất: Thực hiện theo TCVN 8728:2012.
6. Lấp hố cẩn thận: Sau khi đào lấy mẫu thí nghiệm xong, lấp hố cẩn thận và đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

c. Tính kết quả:

Theo phương pháp thí nghiệm đã áp dụng, tính kết quả thí nghiệm ngay sau khi thí nghiệm xong đối với từng mẫu theo trình tự:

• Tính khối lượng thể tích đơn vị đất ẩm, gW (g/cm3).

• Tính độ ẩm của đất, W (%).

• Tính khối lượng thể tích đơn vị đất khô, gc (g/cm3), theo công thức sau:

  Công thức tính độ chặt tiêu chuẩn K của đất bằng phương pháp dao vòng

Tổng hợp khoảng biến thiên độ ẩm của đất đắp đối với các mẫu đạt độ chặt yêu cầu và các mẫu không đạt độ chặt yêu cầu và so sánh chúng với khoảng độ ẩm đầm nén thích hợp của đất. Việc tuân thủ các quy định về khung hệ thống quản lý môi trường ISO 14000 cũng sẽ góp phần nâng cao chất lượng tổng thể của quá trình kiểm tra.

d. Báo cáo kết quả thí nghiệm:

Báo cáo kết quả xác định độ chặt của lớp đất đắp tại hiện trường cần bao gồm các thông tin chi tiết sau:

• Tên công trình, hạng mục công trình, loại thiết bị đầm nén.
• Khu vực đắp, chiều dày lớp rải và cao độ mặt lớp sau khi đầm chặt.
• Mô tả mẫu đất: (thành phần, trạng thái, màu sắc, kết cấu…).
• Khối lượng thể tích đơn vị đất khô lớn nhất, gc.max (g/cm3), độ ẩm đầm nén tốt nhất Wtư (%), độ chặt yêu cầu (Kyc).
• Vị trí lấy mẫu: số hiệu mẫu đất, cao độ lấy mẫu.
• Phương pháp thí nghiệm áp dụng.
• Kết quả thí nghiệm:
  • Tổng số mẫu thí nghiệm.
  • Số % mẫu thử đạt độ chặt yêu cầu và khoảng dao động độ ẩm của đất (từ …% đến …%).
  • Số % mẫu thử không đạt độ chặt yêu cầu và khoảng chênh lệch (nhỏ thua) về khối lượng thể tích đơn vị đất khô so với khối lượng thể tích đơn vị đất khô yêu cầu và khoảng dao động độ ẩm của đất.
• Nhận xét chung về chất lượng đầm chặt của lớp đất.
• Sơ đồ vị trí lấy mẫu thí nghiệm và bảng ghi chép kết quả thí nghiệm.

Dựa vào kết quả thí nghiệm và căn cứ vào yêu cầu chất lượng đầm chặt đối với đất đắp, đơn vị kiểm tra sẽ đưa ra nhận xét và thông báo ngay kết quả cho đơn vị thi công và các đơn vị liên quan khác biết để tiến hành đầm thêm hay cho nghiệm thu lớp đầm. Việc này giúp đảm bảo rằng mọi yếu tố đều đạt chuẩn, tương tự như việc áp dụng các tiêu chuẩn thang máy chữa cháy TCVN trong ngành xây dựng, nơi sự chính xác và tuân thủ là tối quan trọng.

Kết luận

Thí nghiệm độ chặt tiêu chuẩn K là một công cụ không thể thiếu trong địa kỹ thuật, đặc biệt đối với các dự án xây dựng hạ tầng môi trường. Việc nắm vững và áp dụng đúng các phương pháp xác định độ chặt giúp đảm bảo chất lượng nền đất, tạo tiền đề vững chắc cho việc lắp đặt màng chống thấm HDPE và các hệ thống ngăn chặn chất thải. Một nền đất được đầm nén đạt chuẩn K không chỉ tăng cường ổn định kết cấu, giảm thiểu rủi ro lún sụt mà còn tối ưu hóa hiệu quả của lớp màng chống thấm, kéo dài tuổi thọ công trình và bảo vệ môi trường một cách hiệu quả nhất.

Là chuyên gia trong lĩnh vực bạt lót ao hồ, màng chống thấm HDPE và máy hàn nhựa, chúng tôi hiểu rõ tầm quan trọng của mọi bước trong quy trình thi công, từ khâu chuẩn bị nền đất đến hàn nối các tấm bạt. Một nền móng chất lượng cao sẽ là yếu tố quyết định sự thành công và độ bền vững của các hệ thống xử lý chất thải, bãi chôn lấp rác, hay hồ chứa nước. Để tìm hiểu thêm về các giải pháp màng chống thấm HDPE, bạt nhựa HDPE hoặc máy hàn bạt HDPE phục vụ cho các dự án địa kỹ thuật môi trường của bạn, đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi để được tư vấn chuyên sâu.

Tài liệu tham khảo

• TCVN 8217:2009: Đất xây dựng công trình thủy lợi – Phương pháp xác định độ chặt tiêu chuẩn tại hiện trường.
• TCVN 8728:2012: Đất xây dựng công trình thủy lợi – Phương pháp xác định độ ẩm.
• TCVN 8729:2012: Đất xây dựng công trình thủy lợi – Phương pháp xác định khối lượng thể tích và khối lượng thể tích khô của đất tại hiện trường bằng dao vòng.