Nghiên cứu gia cố đất bằng các phụ gia vô cơ để xây dựng công trình

Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật việt nam Tổng hội địa chất việt nam Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ đề tài Nghiên cứu gia cố đất bằng các phụ gia vô cơ để xây dựng công trình Chủ nhiệm đề tài: ThS. Lê Huy Cứ Cơ quan chủ trì: Tổng hội địa chất việt nam 6376 15/5/2007 Hà Nội, 2007 1 Mục lục * Mở đầu Chơng I: Tổng quan điều kiện địa chất công trình Nam Bộ. Chơng II: Một số kết quả áp dụng các phơng pháp gia cố đất và triển vọng áp dụng phơng pháp gia cố đất bằng các phụ gia vô cơ (vôi, tro trấu, tro rơm, tro mía) để xây dựng công trình ở ĐBSCL. Chơng III: Nghiên cứu gia cố đất bằng các phụ gia vô cơ ở tỉnh Long An và Đồng Tháp ĐBSCL. * Kết luận và kiến nghị * Tài liệu tham khảo Phụ lục: Phụ lục 1: Đặc điểm phân khu địa chất Công trình Nam Bộ Phụ lục 2: Một số biểu đồ thí nghiệm cờng độ của đất gia cố theo các phơng án. Phụ lục 3: Bản đồ hành chính tỉnh Long An với điểm chốt nghiên cứu là huyện Tân Trụ. Phụ lục 4: Bản đồ hành chính tỉnh Đồng Tháp với điểm chốt nghiên cứu là huyện Cao Lãnh. Phụ lục 5: Quy trình công nghệ và các phơng pháp KHCN thi công đờng GTNT bằng đất gia cố vô cơ. Phụ lục 6: Quy trình công nghệ và các giải pháp KHCN thi công đê bao bằng đất gia cố vô cơ. Phụ lục 7: Thiết kế và quy trình công nghệ sản xuất gạch bằng đất gia cố vô cơ trên máy liên hoàn. Phụ lục 8: Dự toán thi công đờng GTNT và đê bao 200m dài bằng đất gia cố vơ cơ. 2 Lời nói đầu Xử lý đất yếu ở đồng bằng sông Cửu Long nói chung và ở 2 tỉnh Long An và Đồng Tháp nói riêng là việc làm vô cùng khó khăn và phức tạp. Từ nhiều năm nay ngay từ hồi Miền Nam còn dới chế độ Mỹ Nguỵ cho đến nay nhiều nhà khoa học trong và ngoài nớc nghiên cứu bằng nhiều phơng pháp xử lý đất yếu ở đồng bằng sông cửu long nhng cũng cha có giải pháp nào đạt kết quả mỹ mãn. Hiện nay có các doanh nghiệp Mỹ, Nhật và Pháp có các hoá chất bán cho ta để trộn vào đất yếu ở đồng bằng sông cửu long, đất sẽ đợc cứng hoá, nhng vì hóa chất đắt đỏ? có ảnh hởng đến môi trờng không? đất yếu có cứng hoá lâu dài trong nớc không? cần phải nghiên cứu ứng dựng rồi kiểm tra và áp dụng. Đề tài của tác giả là nghiên cứu gia cố đất bằng các phụ gia vô cơ để xây dựng công trình . Trong 2 năm 2005 2006 chủ nhiệm đề tài và các cộng tác viên đi sâu nghiên cứu xử lý đất yếu ở 2 tỉnh Long An và Đồng Tháp. Cụ thể là gia cố đất bùn sét, bùn sét pha có hàm lợng hữu cơ cao 10% 20% là trầm tích sông biển đầm lầy hỗn hợp bằng các phụ gia vô cơ là vôi, tro trấu vật liệu có sẵn ở đồng bằng sông Cửu Long. Tro trấu là nguồn phụ gia rất dồi dào ở miền Nam, bà con dùng trấu nung gạch, hàm lợng SiO 2 vô định hình còn lại trong tro trấu rất cao 75% - 90% rất cần cho gia cố vô cơ. Sau 2 năm nghiêncứu đề tài đã thành công tốt đẹp, tác giả đã đa ra 3 giải pháp xử lý đất yếu với các mức độ khác nhau phù hợp cho từng đối tợng phục vụ ( xem chơng kết của báo cáo ). Tác giả đã áp dụng toán Quy hoạch thực nghiệm để nghiên cứu cho việc chọn phụ gia, mối quan hệ giữa các phụ gia với nhau và với đất, cuối cùng đã xác định đợc mối quan hệ đó để cho cờng độ đất tối u ( cao nhất ). Cuối cùng tác giả mong muốn có sự cộng tác hơn nữa của các đồng nghiệp trong và ngoài nớc, mong muốn có sự ủng hộ hơn nữa về vật chất và tinh thần của các cơ quan liên quan đến đề tài để đề tài sớm đợc đa vào xây dựng các công trình thực nghiệm đờng Giao thông nông thôn ở Đồng Tháp, đê bao ở Long An, 3 sau đó có thể sử dụng công nghệ này để xử lý đất yếu ở đồng bằng sông Cửu Long đặng góp phần đẩy nhanh phát triển kinh tế ở đồng bằng sông Cửu Long. 4 Lời cảm ơn Đề tài gia cố đất yếu ở đồng bằng sông cửu long bằng phụ gia vôi và tro trấu sau 2 năm nghiên cứu đề tài đã có kết quả rất khả quan. Có đợc kết quả đó ngoài sự say sa nhiệt tình của Chủ nhiệm đề tài, Ban Chủ nhiệm đề tài ngoài ra còn có sự đóng góp đáng kể của Phòng Thí nghiệm địa kỹ thuật Viện Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải, Phòng Thí nghiệm địa kỹ thuật Trờng Đại học Dân lập Phơng Đông. Chủ nhiệm đề tài thay mặt cho Ban Chủ nhiệm đề tài vô cùng cảm ơn Ban lãnh đạo Phòng Thí nghiệm địa kỹ thuật Viện Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải. Trong đó có các đồng chí Trởng phòng Thạc sỹ Huỳnh Đăng Vinh, Phó trởng phòng Thạc sỹ Dơng Đăng Khoa và các nhân viên trong phòng không quản khó khăn bận bụi luôn luôn ủng hộ Chủ nhiệm đề tài tạo mọi điều kiện cơ sở vật chất nh phòng thí nghiệm hiện đại phục vụ cho nghiên cứu. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Tổng hội Địa chất Việt Nam, các đồng chí Phó Giáo s Tiến sỹ Nguyễn Khắc Vinh, Nguyễn Chí Thành đã hết lòng giúp đỡ về mọi thủ tục hành chính và đóng góp nhiều ý kiến hay để đề tài tiến hành xuôn sẻ. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo liên hiệp các Hội Khoa học Kỹ thuật Việt Nam, đặc biệt là các đồng chí Phó Giáo s Tiến sỹ Nguyễn Mạnh Đôn, Phó Giáo s Tiến sỹ Hồ Uy Liêm, Phó Giáo s Tiến sỹ Phạm Văn Trân, Thạc sỹ Nguyễn Thuần Khiết và các cán bộ trong Ban Khoa học và Kinh tế, Ban Tài chính kế toán các liên hiệp hội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để đề tài trên hoàn thành kịp thời tốt đẹp. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học đã đóng góp nhiều ý kiến hay để đề tài thực hiện tốt đẹp. Đặc biệt là các Giáo s Viện sỹ Đặng Hữu nguyên Bộ trởng Bộ Khoa học Công nghệ, Giáo s Tiến sỹ khoa học Phạm Xuân, Giáo s Tiến sỹ khoa học Nguyễn Tài, Giáo s Tiến sỹ khoa học Nguyễn Xuân Trục, Giáo s Tiến sỹ khoa học Nguyễn Minh Tuyển, Giáo s Tiến sỹ khoa học Vũ Cao Thành, Phó Giáo s Tiến sỹ Đỗ Minh Toàn, Phó Giáo s Tiến sỹ Phạm Hữu Hanh và nhiều nhà khoa học khác thuộc nhiều lĩnh vực về xây dựng, cầu đờng, thuỷ lợi, 5 vật liệu xây dựng, hoá đã có nhiều ý kiến hay từ khi đề tài còn đang phôi thai cho đến khi đề tài đợc thực hiện và kết thúc giai đoạn nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Hy vọng đề tài sẽ sớm đợc đa vào nghiêncứu ứng dụng. Xây dựng đê bao ngăn lũ, xây dựng nền đờng Giao thông nông thôn, xây nền nhà vợt lũ ở đồng bằng sông cửu long bằng công nghệ này, và sẽ sớm đợc áp dụng cho xử lý nền đất yếu ở đồng bằng sông cửu long, đặng góp phần đẩy nhanh tiến độ công nghiệp hoá hiện đại hoá nớc nhà, và làm phong phú thêm tạo cơ sở lý luận đất gia cố vô cơ. Xin chân thành cảm ơn! Thay mặt Ban chủ nhiệm đề tài Chủ nhiệm đề tài Thạc sỹ Lê Huy Cứ 6 Mở Đầu Hiện nay trên thế giới đã và đang áp dụng nhiều giải pháp gia cố đất để xây dựng nền đờng: - Gia cố đất bằng các phụ gia vô cơ. - Gia cố đất bằng các phụ gia hữu cơ. - Gia cố đất bằng phơng pháp nhiệt. - Gia cố đất bằng các hoá chất. - Gia cố đất bằng phơng pháp điện hoá Mục đích cuối cùng của gia cố đất là biến đất tại chỗ cứng lên và cho cờng độ đất gia cố đạt yêu cầu kỹ thuật cho từng loại công trình và đảm bảo ổn định nớc lâu dài, cho giá thành rẻ. Trong gần 20 năm gần đây những vấn đề lý thuyết về gia cố đất đã đợc nghiên cứu và có những kết luận quan trọng là: + Các quá trình xẩy ra trong gia cố đất. - Quá trình hoá học là quá trình hyđrát hoá các hạt xi măng, quá trình trao đổi ion giữa các ion của lớp điện kép của sét và ion trong môi trờng làm cho đất sét trở nên cứng có cấu trúc kết tinh, phơng trình phản ứng nh sau: SiO 2 + xCa(OH) 2 + nH 2 O xCaOSiO 2 (n + 1)H 2 O. Al 2 O 3 + x(CaOH) 2 + nH 2 O xCaOAl 2 O 3 (n + 1)H 2 O. Quá trình silicat canxi hoá, aluminát canxi hoá bên trên là quá trình rất quan trọng trong gia cố đất để tạo kiến trúc kết tinh của đất và nó còn có tác dụng liên kết các hạt trong đất rất tốt. Các quá trình này xẩy ra từ từ trong đất gia cố cho nên đất gia cố vôi và tro phải đợc nén chặt và giữ độ ẩm tốt nhất trong một thời gian. - Quá trình hoá lý là quá trình trao đổi ion giữa sét và ion trong môi trờng là sự hấp thụ phân tử các chất từ trong các dung dịch trên bề mặt phân cách các pha, sự động tụ các hạt sét và hạt keo tạo nên đất gia cố vững bền hơn. - Quá trình lý hoá và cơ học: Việc làm tơi nhỏ đất tạo nên cấp phối tốt cho đất cho lẫn xi măng vôi và tro vào trong đất hỗn hợp đợc nén chặt với độ ẩm tốt nhất sẽ thích hợp cho việc cứng hoá đất gia cố. 7 Đối với nớc ta việc nghiên cứu gia cố đất mới đợc áp dụng trong vòng 15 năm gần đây. Trong những năm chống Mỹ cứu nớc Bộ môn Đờng Trờng ĐHXD, Viện KHCN GTVT đã áp dụng gia cố đất bằng phụ gia vôi, xi măng, tro bay để xây dựng nền đờng cho một số đờng ở miền Bắc nh Hà Bắc, Lạng Sơn, Hà Nội. Sau đó lại bị gián đoạn. Những năm gần đây Bộ GTVT đang nghiên cứu đất bằng phụ gia vôi, xi măng cộng với hoá chất đã thí nghiệm xây dựng một số đoạn đờng ở ĐBSCL. Việc nghiên cứu gia cố đất với phụ gia vôi và tro bay đã đợc nhiều ngời nghiên cứu có kết quả tốt cho đất ở miền Bắc. Việc nghiên cứu gia cố đất yếu ở ĐBSCL với phụ gia vôi và tro trấu, tro rơm, tro mía là việc làm mới và đang có kết quả nghiên cứu tốt. Trong tro trấu, tro rơm, tro mía cũng có các thành phần hoá học nh SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CaO, Na 2 O, K 2 O ở dạng vô định hình giống nh trong tro bay (xem kết quả nghiên cứu chơng III). cho nên các ion ở các loại tro này cũng có tác dụng trao đổi ion với ion của lớp điện kép của sét và cũng có tác dụng hoá cứng đất tạo kiến trúc kết tinh cho đất gia cố. Ngoài ra nó còn có tác dụng ngăn cản CO 2 tự do từ không khí chui vào đất gia cố gây nên quá trình cacbonat hoá trong đất gia cố, các loại tro làm cho quá trình này không xẩy ra trong đất gia cố. Việc gia cố đất yếu ở ĐBSCL với tro trấu, tro rơm, tro mía và vôi đề tài đợc nghiên cứu đã có kết quả tốt đẹp mở ra khả năng mới, gia cố đất bằng các phụ gia vô cơ rất phổ biến và rất rẻ tiền ở Việt nam. Đặc biệt ở ĐBSCL, nơi vựa lúa của đất nớc sẵn các loại tro này. 8 Chơng I Tổng quan điều kiện địa chất công trình nam bộ Đ1. Đặc điểm dân c kinh tế, khí hậu nam bộ I. Dân c. Đồng bằng Nam Bộ có khoảng 24 triệu dân chiếm gần 38% dân số cả nớc. ở thành thị số dân có 6 ữ 7 triệu còn lại ở nông thôn. Dân c Nam Bộ phân bố không đều, phần lớn tập trung ở thành thị và ven quốc lộ. Hiện nay các khu công nghiệp phát triển nhanh kéo theo dân số phát triển nhanh. Mật độ dân c đang dần dần phân bố lại. Mật độ dân số trung bình 325 ngời/km 2 Nam Bộ, nơi có nhiều anh em dân tộc khác nhau sinh sống nh Khơ me, Chàm, Thái, Nùng v.v Kinh chiếm 85%, ngời Hoa chiếm 14% còn lại các dân tộc khác 1,3%. II. KInh tế. Đồng Bằng Nam Bộ đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế toàn quốc, nơi xuất khẩu thóc lớn nhất cả nớc. Hiện Nam Bộ có nền kinh tế đang phát triển rất năng động toàn diện mạnh mẽ. 1. Nông nghiệp. Kinh tế nông nghiệp Nam Bộ phát triển mạnh chủ yếu là lúa gạo, sản lợng hàng năm đạt 12 triệu tấn lơng thực. Cây công nghiệp phát triển mạnh ở Đông Nam Bộ, chủ yếu là cao su, cà phe, mía đờng, đậu nành. Các cây ăn quả ở Nam Bộ cũng rất phong phú nh: cam, xoài, sầu riêng, măng cụt v.v Kinh tế thuỷ sản ở Nam Bộ cũng phát triển rất mạnh mẽ, nuôn tôm cá, và chế biến tôm cá xuất khẩu ngày càng nhiều. Nền kinh tế nông nghiệp ở Nam Bộ đang hoàn thiện dần dần hiện đại phù hợp với yêu cầu phát triển chung trong khu vực và quốc tế, đã và đang xây dựng các thơng hiệu riêng cho mọi mặt hàng để giữ uy tín, chống cạnh tranh không lành mạnh và phá giá. 9 2. Công nghiệp. Hiện nay thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Cần Thơ, Bình Dơng v.v phát triển các khu công nghiệp rất mạnh mẽ thu hút đợc nhiều vốn đầu t nớc ngoài. Các ngành chế biến hải sản, điện tử, dầu khí và kinh tế du lịch đã và đang phát triển với tốc độ cao. III. Đặc điểm khí hậu Nam Bộ. Khí hậu Nam Bộ chia làm 2 miền rõ rệt trong năm, là mùa ma và mùa khô. Mùa ma từ tháng 5 đến tháng 10. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4. Lợng ma trung bình hàng năm là: - Đông Nam Bộ 2100mm. - Trung Nam Bộ 1328mm - Tây Nam Bộ: Ranh giới Hà Tiên 1604mm. Sóc Trăng, Cà Mau 1976mm. Nhiệt độ trung bình hàng năm 25 ữ 27 o C. [...]... ứng dụng công nghệ đất gia cố 16 Ngoài đờng xá ra, hệ thống đê bao chống lũ ở Đồng bằng Sông Cửu Long cũng đang đợc xây dựng và phát triển Hệ thống đê bao tỉnh Đồng Nai, tỉnh Đồng Tháp, tỉnh Long An rất lớn cũng chỉ xây dựng bằng đất địa phơng Đất đắp đê ở các tỉnh này hầu hết là sét, sét pha, cát pha có rất nhiều hữu cơ nguồn gốc trầm tích sông biển đầm lầy, do đó ổn định kém Kinh phí tái xây dựng lại... tái xây dựng lại hàng năm rất nhiều, thay vì đất địa phơng tự nhiên bằng đất gia cố vô cơ với phụ gia vôi, tro trấu, tro rơm.v.v hy vọng sẽ cứng hoá hệ thống đê bao, nền đờng, nền nhà vợt lũ lâu dài 17 Đ4 TRầm tích đệ tứ ở Nam Bộ Trầm tích đệ tứ ở Nam Bộ đa dạng và phức tạp có nhiều nguồn gốc, mỗi một loại có các đặc điểm riêng và đa đến công nghệ gia cố vô cơ với từng loại có khác nhau Có 16 loại trầm... là cát, cuội sỏi thạch anh ở tây Nam Bộ các trầm tích này phần lớn chủ yếu giữa sông Tiền Giang và sông Hậu Giang (dạng bãi bồi), thành phần chủ yếu là sét, sét pha, cát pha và cát đất rời, đất có hệ số rỗng > 0,9 nén lún cao, trạng thái đất từ cứng đến chảy, cờng độ chịu nén quy ớc 1,5 ữ 4kg/cm2 Đất này đang khai thác làm vật liệu xây dựng Các chỉ tiêu có lý đất xem Bảng N01 II Trầm tích sông Pleistoxen... Trong nội địa Đồng bằng Sông Cửu Long đờng hàng không phát triển còn lại hạn chế Nhận xét chung: Đờng bộ ở đồng bằng Sông Cửu Long phát triển rất mạnh mẽ, nh ổn định nền móng còn rất kém Chủ yếu quốc lộ số 1 nhà nớc đã và đang xây dựng quy mô hiện đại, còn hầu hết các đờng liên huyện, đờng liên xã thì sau các cơn lũ hàng năm đều bị phá hoại, nhân dân lại phải khắc phục củng cố lại bằng vật liệu tại... sét pha, cát pha, đất rời, đất loại sét bị laterit hoá Độ dày 10 - 20m Các chỉ tiêu có lý của đất này xem Bảng N02 III Trầm tích sông Pleistoxen giữa muộn (aQII - III) Trầm tích này phân bố ở Đông Nam Bộ với thành phần chủ yếu là sét, sét pha, đất loại sét chứa sỏi sạn là lớp đất bị lá laterít hoá Độ sâu phân bố 2 - 8m Trạng thái rất cứng Ro = 14,0kg/cm2 Các chỉ tiêu có lý của lớp đất này xem Bảng N03... mặt đất độ sâu 15 ữ 20m hoặc nằm dới lớp sét chặt cát pha của aQII - III Thành phần chủ yếu của aQ1 là sét pha cát, sét, đất loại sét bị laterít hoá và đất rời Loại sét pha cho Ro = 5,036kg/cm2 loại cát pha cho Ro = 6,129kg/cm2 Đất loại sét chứa sỏi sạn cho Ro = 11,7kg/cm2, đất rời cho Ro = 5kg/cm2 22 Giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của trầm tích aQII - III - Bảng N04 Sét Sét pha Cát pha Đất. .. đính kết kg/cm2 0.138 0.139 d < 0,005mm 14 Hệ số nén lún a, cm2/kg tơng ứng với cấp tải trọng 25 Các chỉ tiêu cơ lý trung bình của trầm tích amQIII - Bảng N06 Tên đất Sét Các chỉ tiêu cơ lý Đất loại Sét pha Cát pha sét chứa Đất rời sỏi sạn 1 Thành phần hạt % với d > 10mm 0.10 d = 10 ữ 5mm 0.13 17.45 9.74 Đất loại Sét Cát pha sét chứa sỏi sạn 0.11 16.95 d = 5 ữ 2mm 0.05 0.40 0.23 6.81 0.52 18.95 d =... kg/cm2- Các chỉ tiêu cơ lý của đất ambQI-III, xem Bảng N07 VIII Trầm tích sông lũ (pleistoxen muộn - holoxen apQIII-iV) Các trầm tích sông lũ phân bố không liên tục ở dọc sông suối ở Đông Nam Bộ, quanh khu vực 7 núi An Giang Thành phần chủ yếu của trâm tích là sét pha lẫn ít sỏi cạn, cát nhỏ Đất có độ ẩm tự nhiên thấp, kết cấu chặt trung bình, trạng thái cứng nén lún cao Rotb = 4 kg/cm2 Các chỉ tiêu cơ. .. 0,389 0,411 0,333 13 Độ sệt 2 14 Hệ số nén lún a, cm /kg tơng ứng với cấp tải trọng Lực đính kết kg/cm 2 1,794 20 Giá trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của trầm tích aQII - III - Bảng N03 Cát pha Đất loại sét chứa sỏi sạn Đất rời 0,11 23,72 4,04 Tên đất Sét Các chỉ tiêu cơ lý Sét pha 1 Thành phần hạt % với d > 10mm d = 10 ữ 5mm 0,14 0,44 7,20 1,46 d = 5 ữ 2mm 1,01 1,98 6,52 5,15 d = 2 ữ 1mm 0,38 0,80... 4,1kg/cm2 Đất loại sét bị latezít hoá có RO = 3,5kg/cm3 Các loại đất rời phân bổ ở Bắc Đồng Tháp Mời bờ trái sông Vàm Cỏ Đông có RO = 3,8kg/cm2 Các chỉ tiêu có lý của trầm tích này xem Bảng N06 VII Trầm tích sông biển đầm lầy hỗn hợp Holoxen (ambQI - III) Thành phần chủ yếu của trầm tích này là đất đặc biệt (bùn sét, bùn sét pha, bùn cát pha) Độ dày của lớp đất không ổn định, phân bố không liên tục Đất này . pháp gia cố đất để xây dựng nền đờng: - Gia cố đất bằng các phụ gia vô cơ. - Gia cố đất bằng các phụ gia hữu cơ. - Gia cố đất bằng phơng pháp nhiệt. - Gia cố đất bằng các hoá chất. - Gia cố. dụng các phơng pháp gia cố đất và triển vọng áp dụng phơng pháp gia cố đất bằng các phụ gia vô cơ (vôi, tro trấu, tro rơm, tro mía) để xây dựng công trình ở ĐBSCL. Chơng III: Nghiên cứu gia cố. Lãnh. Phụ lục 5: Quy trình công nghệ và các phơng pháp KHCN thi công đờng GTNT bằng đất gia cố vô cơ. Phụ lục 6: Quy trình công nghệ và các giải pháp KHCN thi công đê bao bằng đất gia cố vô cơ.