Thí nghiệm rót cát và thí nghiệm dao vòng đều đo khối lượng thể tích khô của đất hoặc cấp phối ngay trên lớp vừa lu, rồi chia cho dung trọng khô lớn nhất từ thí nghiệm đầm nén trong phòng để ra hệ số độ chặt K. Dao vòng nhanh, gọn nhưng chỉ dùng cho đất hạt mịn, không lẫn sỏi; rót cát chậm hơn nhưng dùng được cho cả đất lẫn sỏi và cấp phối đá dăm, nên là phép thử chính khi nghiệm thu lớp móng đường.
Bài này đi vào kỹ thuật của hai phép đo trên công trường đường: các bước, chỗ hay sai số, cách đọc kết quả khi K vừa chạm ngưỡng, và vì sao một con số K đạt chưa chắc nói lên lớp móng tốt. Quy trình nghiệm thu chung và cách lập biên bản không nhắc lại ở đây.
Hệ số độ chặt K được tính từ đâu
Hệ số độ chặt là tỷ số giữa khối lượng thể tích khô đo được tại hiện trường và dung trọng khô lớn nhất của chính vật liệu đó trong thí nghiệm đầm nén. Nếu lớp cấp phối đá dăm ngoài hiện trường đạt khối lượng thể tích khô bằng 98% giá trị lớn nhất trong phòng thì K = 0,98, thường được gọi tắt là K98.
Muốn tính được K ngoài hiện trường cần hai thứ: thể tích của một khối vật liệu lấy ra và khối lượng khô của khối đó. Khối lượng thì cân được, độ ẩm thì sấy được; cái khó là đo thể tích của một cái hố đào trong lớp đá dăm lởm chởm. Rót cát và dao vòng là hai cách giải bài toán thể tích đó.
Ngưỡng K yêu cầu cho từng lớp do hồ sơ thiết kế và chỉ dẫn kỹ thuật quy định. Thường gặp là lớp càng gần mặt đường thì yêu cầu càng cao, vì ứng suất do bánh xe truyền xuống giảm dần theo chiều sâu: phần trên của nền và các lớp móng thường yêu cầu cao hơn phần nền bên dưới.
Thí nghiệm rót cát từng bước
Dụng cụ gồm một bình chứa cát gắn phễu có van, một tấm đế có lỗ tròn, cát chuẩn khô sạch đều hạt đã biết khối lượng thể tích, dụng cụ đào, hộp kín đựng vật liệu đào ra và cân. Trình tự nguyên lý như sau:
- Hiệu chuẩn trước: xác định khối lượng thể tích của cát chuẩn và khối lượng cát nằm lại trong phễu khi rót trên mặt phẳng. Hai con số này phải làm lại khi đổi lô cát hay đổi bộ phễu.
- Chọn điểm thử theo sơ đồ đã định (lý trình, vị trí ngang), gạt phẳng mặt lớp, đặt tấm đế lên và giữ cố định.
- Đào hố qua lỗ tấm đế đến hết chiều dày lớp cần kiểm, thành hố thẳng, không làm vỡ thành. Toàn bộ vật liệu đào ra cho ngay vào hộp kín để không mất nước.
- Cân vật liệu đào ra; lấy mẫu đại diện để xác định độ ẩm bằng sấy (hoặc phương pháp nhanh được chỉ dẫn cho phép, kèm đối chiếu sấy).
- Đặt bình cát lên tấm đế, mở van cho cát chảy đầy hố và phễu rồi đóng van, cân lại bình để biết lượng cát đã chảy ra.
- Tính thể tích hố từ lượng cát chảy vào hố chia cho khối lượng thể tích cát chuẩn; tính khối lượng thể tích ướt, khối lượng thể tích khô, rồi chia cho dung trọng khô lớn nhất để ra K.
- Thu hồi cát, lấp hố bằng chính vật liệu đó và đầm lại cẩn thận; ghi vị trí, chiều sâu hố, thời điểm thử vào sổ gốc.
Mỗi bước đều có thể sinh sai số, nhưng hai bước nhạy nhất là đào hố và rót cát. Hố đào lệch, thành hố sụt hay có hòn đá lớn lồi ra làm thể tích không đúng; bình cát bị rung khi đang rót (máy lu chạy gần, xe tải đi qua) làm cát chặt hơn lúc hiệu chuẩn, thể tích tính ra nhỏ hơn thật và K đẹp hơn thật.
Thí nghiệm dao vòng: nhanh nhưng có giới hạn
Dao vòng là một ống thép thành mỏng, mép dưới vát sắc, đã biết thể tích chính xác. Người làm thí nghiệm ấn hoặc đóng dao vòng thẳng đứng vào lớp đất qua một đầu đệm, sau đó đào xung quanh, lấy dao ra, gọt phẳng hai đầu ngang miệng dao và cân. Khối lượng đất trong dao chia cho thể tích dao, kết hợp độ ẩm, cho ra khối lượng thể tích khô.
Ưu điểm là nhanh, ít dụng cụ, một người làm được nhiều điểm trong một buổi. Nhưng dao vòng chỉ hợp với đất hạt mịn, dính vừa phải, không lẫn sỏi sạn lớn. Gặp hòn sỏi, dao bị lệch, đất trong dao bị nén thêm hoặc vỡ vụn, thể tích không còn đúng. Với cấp phối đá dăm, đất lẫn sỏi, đất đồi nhiều sạn laterit, dao vòng gần như không dùng được và chỉ dẫn kỹ thuật thường bắt buộc rót cát.
Một hạn chế khác: dao vòng chỉ lấy được phần đất trong chiều cao của dao, thường là phần trên của lớp. Lớp đắp dày, lu chưa tới đáy, thì phần trên chặt mà phần dưới xốp, dao vòng không thấy. Rót cát đào hết chiều dày lớp nên phản ánh cả lớp tốt hơn.
So sánh các cách đo độ chặt ngoài hiện trường
Ngoài rót cát và dao vòng, công trường lớn có thể dùng thiết bị đo bằng nguồn phóng xạ. Bảng so sánh ở mức nguyên lý:
| Phương pháp | Hợp với vật liệu | Ưu điểm | Hạn chế |
|---|---|---|---|
| Rót cát | Đất, đất lẫn sỏi, cấp phối đá dăm | Dùng rộng, đo hết chiều dày lớp, là phép tham chiếu | Chậm, nhạy với rung động và tay nghề đào hố |
| Dao vòng | Đất hạt mịn, không sỏi sạn | Nhanh, rẻ, ít dụng cụ | Không dùng cho vật liệu hạt thô, chỉ lấy phần trên lớp |
| Thiết bị đo phóng xạ (hạt nhân) | Đất, cấp phối, có cả chế độ cho bê tông nhựa | Rất nhanh, không phải đào nhiều | Cần giấy phép an toàn bức xạ, người vận hành được đào tạo, phải hiệu chỉnh đối chiếu rót cát |
| Khoan lấy lõi (cho lớp gia cố, bê tông nhựa) | Lớp đã liên kết | Đo trực tiếp mẫu nguyên | Không dùng cho vật liệu rời |
Thiết bị đo phóng xạ cho kết quả trong vài phút nên tiện kiểm soát trong lúc lu, nhưng khi nghiệm thu hay khi có tranh chấp người ta thường quay về rót cát. Dù dùng thiết bị nào, dung trọng khô lớn nhất làm mẫu số vẫn phải đúng với vật liệu đang thử.
Đọc kết quả: khi nào con số K đáng tin
Kiểm mẫu số trước. Mở phiếu ra, xem dung trọng khô lớn nhất dùng để tính K lấy từ phiếu đầm nén nào, của mỏ nào, ngày nào. Vật liệu đã đổi mà mẫu số không đổi thì mọi con số K phía sau đều đáng ngờ.
Nhìn độ ẩm. Độ ẩm hiện trường của lớp vừa lu nên nằm gần độ ẩm tốt nhất. Độ ẩm thấp hơn nhiều mà K vẫn rất cao là chuyện lạ, vì vật liệu khô rất khó lu chặt; độ ẩm cao hơn nhiều thì lớp dễ bị lò xo dù K tính ra đạt.
Nhìn độ phân tán. Các điểm trên cùng một lớp, cùng một ca lu thường dao động quanh một giá trị chứ không bằng nhau tuyệt đối. Một dãy kết quả K giống hệt nhau tới chữ số thứ ba là điều hiếm gặp trong thực tế và đáng để hỏi lại sổ gốc.
K vượt 1,00. Hiện trường có thể đạt K lớn hơn 1 nếu máy lu nặng hơn công đầm trong phòng, nhất là khi so với đầm nén tiêu chuẩn. Nhưng K vượt nhiều cũng có thể là dấu hiệu dùng sai mẫu số, hoặc cát bị rung làm thể tích hố nhỏ đi.
Một điểm không đạt. Không đạt ở một điểm chưa có nghĩa phải đào cả đoạn. Cách làm thường gặp là lu bổ sung khu vực quanh điểm đó, thử lại ở điểm lân cận, và nếu vẫn không đạt thì mở rộng phạm vi kiểm tra để khoanh vùng.
Độ chặt đạt chưa phải là tất cả
Hệ số K chỉ nói lớp vật liệu đã chặt so với khả năng của chính nó. Nó không nói vật liệu có đúng loại không, lớp có đủ dày không, mặt lớp có đúng cao độ và độ dốc ngang không. Một lớp cấp phối đá dăm lẫn nhiều đất vẫn có thể đạt K, nhưng ngấm nước sẽ yếu đi nhanh. Vì vậy độ chặt luôn đi cùng thành phần hạt, chỉ số dẻo của phần hạt mịn, chiều dày và cao độ.
Khi tới lớp trên cùng của móng, người ta thường đo thêm mô-đun đàn hồi hoặc độ võng để kiểm sức chịu tải của cả kết cấu bên dưới. Độ chặt từng lớp đạt mà độ võng lớn bất thường là dấu hiệu có lớp nào đó bên dưới yếu, thường là nền bị ngấm nước hoặc đất yếu chưa xử lý xong.
Với người đi thuê làm đường nhỏ, điều đáng nhớ là đòi xem kết quả độ chặt từng lớp trước khi cho rải lớp tiếp theo, và có mặt ít nhất ở vài lần đào hố rót cát. Đứng xem một lần là đủ hiểu vì sao phép thử này cần thời gian, và đủ để nhận ra lúc nào nó bị làm vội.
Chọn vị trí điểm thử: chỗ dễ đạt và chỗ cần thử
Sơ đồ điểm thử thường được lập trước theo lý trình, xen kẽ trái, tim, phải, để mỗi đoạn và mỗi phần của bề rộng đường đều có điểm đại diện. Nhưng trên thực tế, những chỗ đáng lo nhất về độ chặt lại hay nằm ngoài sơ đồ: mép đường sát vai, nơi máy lu không dám chạy sát vì sợ lật; vị trí đắp trả quanh cống ngang; chỗ tiếp giáp giữa hai đoạn thi công khác ngày; phần mở rộng ghép vào đường cũ; khu vực quanh hố ga, cột điện mà máy lu lớn không vào được.
Ở những chỗ đó, vật liệu thường chỉ được đầm bằng máy đầm cóc hoặc lu nhỏ, độ chặt khó đồng đều. Một phòng thí nghiệm làm việc có trách nhiệm sẽ đề xuất thêm điểm thử ở các vị trí này thay vì chỉ thử giữa làn, nơi lu chạy nhiều lượt nhất và gần như luôn đạt. Người giám sát cũng có quyền chỉ định ngẫu nhiên vị trí điểm thử ngay lúc ra hiện trường, thay vì để bên thi công chọn trước.
Hư hỏng của đường mới làm thường bắt đầu từ đúng những chỗ đó: lún dọc mép đường, lún võng trên cống ngang, nứt dọc ở vệt ghép mở rộng. Khi thấy các hiện tượng này xuất hiện sớm, việc đầu tiên nên làm là xem lại hồ sơ độ chặt có điểm nào ở vị trí ấy hay không.
Câu hỏi thường gặp
Cát dùng cho thí nghiệm rót cát có phải cát xây dựng thông thường không?
Không. Phải là cát khô, sạch, đều hạt trong một khoảng cỡ hạt quy định, được hiệu chuẩn khối lượng thể tích trước khi dùng. Cát ẩm hay lẫn hạt mịn chảy không đều, khối lượng thể tích thay đổi, làm thể tích hố tính sai. Cát thu hồi phải sàng, sấy lại mới dùng tiếp.
Đo độ ẩm bằng cách đốt cồn ngoài hiện trường có được không?
Một số chỉ dẫn kỹ thuật cho phép phương pháp nhanh như đốt cồn để có kết quả sơ bộ, nhưng phải đối chiếu định kỳ với phương pháp sấy chuẩn. Đốt cồn không hợp với đất có hữu cơ hoặc vật liệu chứa thạch cao, và dễ làm khô không đều. Kết quả nghiệm thu nên dựa trên sấy.
Một hố rót cát nên sâu bao nhiêu?
Hố đào hết chiều dày lớp đang kiểm, không đào sang lớp dưới. Nếu lớp dày vượt khả năng của bộ phễu thì phải làm theo hướng dẫn của tiêu chuẩn phương pháp, thường là chia lớp khi thi công. Ghi chiều sâu hố vào sổ để đối chiếu với chiều dày thiết kế.
Máy đo độ chặt phóng xạ có nguy hiểm không?
Thiết bị chứa nguồn phóng xạ kín, an toàn khi dùng đúng quy trình, nhưng thuộc diện quản lý an toàn bức xạ: phải có giấy phép, người vận hành được đào tạo, bảo quản và vận chuyển theo quy định. Người không phận sự không nên đứng sát thiết bị khi đo, và tuyệt đối không tự tháo vỏ.
Vì sao lu nhiều lượt mà độ chặt vẫn không tăng?
Thường do độ ẩm sai: vật liệu quá khô thì hạt không xếp lại được, quá ướt thì nước chiếm chỗ và lớp bị nhún. Cũng có thể lớp rải quá dày so với khả năng của máy lu, nền bên dưới yếu, hoặc vật liệu cấp phối kém. Lu thêm lượt khi chưa xử lý nguyên nhân chỉ làm vỡ hạt đá.
Ai được ký vào kết quả độ chặt hiện trường?
Người trực tiếp thí nghiệm và người phụ trách phòng thí nghiệm ký phiếu kết quả; giám sát chứng kiến ký biên bản lấy mẫu hoặc sổ hiện trường theo quy định của dự án. Kết quả có giá trị khi phép thử nằm trong danh mục được công nhận của phòng thí nghiệm.