Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Gia cố nền đất yếu bằng phương pháp ổn định toàn khối

Ôn định toàn khối là một phương pháp sử dụng chất liên kết trộn với đất yếu,dé cải thiện các đặc trưng cơ lý cho đất yếu nhằm chuyển đổi các lớp đất nàythành một lớp đất tốt đồng nhất đế

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

i 2K oi of SIs 3k 2 ok :k ois ok os ok :k :k ok

TRAN HOANG GIANG

GIA CO NEN DAT YEU BANG PHUONG PHAP

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dan khoa học:

Cán bộ hướng dẫn: TS BO THANH HAI

3/ Ủy viên phản biện 1: GS.TS Trần Thị Thanh4/ Ủy viên phản biện 2: TS Nguyễn Mạnh Tuần5/ Ủy viên hội đồng =: PGS.TS Võ Phan

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HOC QUOC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHọ và tên học viên: TRAN HOÀNG GIANG MSHV: 1570703

Ngày, thang, năm sinh: 08/08/1989 Nơi sinh: Kiên Giang

Chuyên ngành: Pia kỹ thuật xây dựng Mã số: 60580211I TEN DE TÀI: GIA CO NEN DAT YEU BẰNG PHƯƠNG PHAP ON ĐỊNHTOAN KHOI

Il NHIEM VU VA NOI DUNG1 Nghiên cứu các biện pháp gia cô nên, đặc biệt là biện pháp 6n định toàn khối.2 Sử dụng Plaxis 2D mô phỏng ứng xử đất, độ bên, chuyển vị mặt đất khi gia

cô nên và không gia cô đề đánh giá vai trò của biện pháp gia cô nên.

3 Tiến hành tính toán bài toán lựa chọn biện pháp gia cô nền cho khu vực đất yếudưới nền đường bằng phương pháp trộn nông với chiều dày 2m, 4m và 6m

HI NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :15/09 /2018

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :03/12 /2018

V CAN BO HUONG DAN: TS DO THANH HAI

Tp HCM, ngay 03 thang 12 nam 2018

CAN BO HUONG DAN CHU NHIIỆM BO MÔN

TS DO THANH HAI PGS.TS LE BA VINH

TRUONG KHOA KY THUAT XAY DUNG

LOI CAM ON

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sac tới thay TS Đỗ Thanh Hải đã tận tình hướng danvà động viên em trong suốt quá trình thực hiện Với sự hỗ trợ rất lớn ngay từ khi bắtđầu em đã có được những định hướng rõ ràng để hoàn thành tốt luận văn này

Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn các Thây (Cô) trong bộ môn Dia Nền Móng nói riêng và khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Dai học Bách Khoa TP.HCM nói chung Trong hơn 2 năm học tập tại trường, các thay cô đã trang bị choem những kiến thức, kỹ năng quý báu cũng như là động lực để thực hiện Luận văn.Đó chính là hành trang tốt nhất và là nền tảng vững chắc dé bước vào con đườngsự nghiệp nhiều thử thách

Cơ-Ban than đã cô găng nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này tuy nhiên với kiên

thức hiện tại thì luận văn không tránh khỏi một sô thiêu sót Em kính mong nhận

được sự đóng góp ý kiên từ phía thây cô và các bạn đê luận văn của em được hoàn

thiện hơn và kết quả nghiên cứu có thé được ứng dụng trong thực tế.Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !

Tp.HCM, ngày 03 tháng 12 năm 2018

Học viên thực hiện

Trần Hoàng Giang

TOM TAT

Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều thành phố và thị trần quan trọng được hìnhthành và phát triển trên nền đất yếu Một trong những phương pháp gia có nên datyếu mới được đưa vào ứng dụng ở Việt Nam là công nghệ thi công xử lý nền đất yếubang phương pháp ồn định toàn khối Công nghệ này sẽ góp phân cải tạo, biến doi

nên đất bùn, đất yếu thành nền đất có cường độ cao, khắc phục được hiện tượng sụt

lún.

Trong nghiên cứu này, học viên sẽ tổng hợp, phân tích số liệu dựa trên kết quảcủa các nghiên cứu có sẵn về đất trộn xi măng nhằm đưa ra các thông số về chỉ tiêu

cơ lý phu hop cho công trình ở khu đô thị Phú Mỹ Hưng, Quận 7 Từ đó đưa ra sự so

sánh về tính lún của nền công trình bằng phương pháp giải tích và phương pháp phầntử hữu hạn Kết quả cho thay đất nền được gia cố trộn nông có thé bat đầu từ độ sâu

2m trở lên thì đạt yêu cau cao về ôn định.

Từ khóa: Dat trộn xi măng, trộn nông, modun biên dạng, nén nở hông tự do, ôn

định toàn khối

Vietnam is known for having many important cities and towns formed and

developed on soft soil layers One of the new ground improvement methods for soft

soil layers introduced in Vietnam is mass stabilization technology This technology

will contribute to the improvement and conversion of mud and soft soil into

high-intensity soils and overcome the subsidence phenomenon.

In this study, student will synthesize and analyze the data based on the results of

the available studies on soil - cement mix to provide the appropriate mechanical

parameters for the urban area Phu My Hung, District 7 This gives a comparison of

the displacement of the building by analytical methods and FEM It is concluded that

the depth of over 2m was suitable for mass stabilization mixing.

Keywords: Soilcrete, shallow mixing, secant modulus of elasticity, unconfined

compressive strength, mass stabilisation.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dân của

thay TS Đỗ Thanh Hải.Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH G-G- + E1 519191 8 E111 1 51111 1e crei ivDANH MỤC BANG BIÊU G2 E311 E3 E191 8 E3 gi viiMỞ DAU _ cà HH He viii1 Tính cấp thiết của dé tai cccccccccccscsscsssescsesessssesessssesesseseseesesessseesesen viii

2 Mục đích nghiên CỨU G Ăn Vill

3 Nội dung nghiên CỨU - G0 ngờ Vill

4 Phuong pháp nghién CỨU - s10 119930 1 ng re IX

5 Y nghĩa khoa học và thực tiễn của để tầi con nt vn ng ng ng re 1X

6 Gidi han phạm vi nghiÊn CỨU 55 6 3 1E 99993305111 kg v4 1X

CHUONG 1: TONG QUAN VỀ PHƯƠNG PHAP ON ĐỊNH TOAN KHOI 11.1 Giới thiệu về phương pháp 6n định toàn khối 2-2 2 2555: |

LLL Khái Quất - 9.0 re l

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƯỚC - «555555 << ss2 3

1.2 Chất liên kết dé gia cỗ nền đất - + 252252 22+ £2EvEvxrverxrxrrrseee 7

[.2.] XI măng - - - G110 nọ re 8

1.2.2 Các sản phẩm VOL eececcceccssesessssesessssessesssesscsesessesssesscsesesssssscseeseseseeseses 81.2.3 Các chất liên kết khác c:-5c+cxsreEktertrrirrrrrrrrrrrerrrrre 101.3 Loi ích của phương pháp 6n định toàn khối -. eeseeeeeees 111.4 Các yếu tố của đất anh hưởng đến cường độ dat trộn xi mang 131.5 Thiết bị và công nghệ thi công cccccccccccsessesesessssessssesesecssseessesesessseeeess 181.6 Các ứng dụng của phương pháp ôn định toàn khối -. 211.6.1 Ung dụng địa kỹ thuật + 2 5S S213 3S 2E EEEEeErrkrrkred 21

1.6.3 DUONG Sat sẽ ‹ -31-1 241.6.4 Hạ tầng kỹ thuật đô thine + 65c E11 3 E1 1212111 xe ckrkd 25

1.6.5 Cảng và kênh đàO 1S 1 TH 0 1 re 26

1.6.6 Khu vực trồng cây xanh, cảnh quan 2-5 + 2 sex: 291.6.7 Khu vực thé thao ngoài trời ¿5 - 2 s+++S+cxcxeEzxrxerererrees 31CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET XỬ LÝ NEN ĐẤT YEU BẰNG PHƯƠNG

PHAP ON ĐỊNH TOAN KHÔI - 2 - 5s cscsesesxe: 322.1 Nguyên lý của đất trộn xỉ măng ¿+ + + s2 2xcxeErxrrerererreee 322.2 Đặc tinh của đất trộn xi ¡5011 352.3 Thiết kế trộn dé gia cố nền đất yếu - + 255252 +e+x+Ecevrerererreee 352.3.1 Số liệu đầu vàO -¿- 5c Set 3 1 1911112121111211111 1111111111111 352.3.2 Xác định các thông số thiết KẾ - + 2 + 25222 £e+E+Ezzxerered 372.4 Ôn định tông thé - 5: 6E 22123 19151115 21E15115 1111111111111 392.4.1 Trình tự thiẾt kẾ - s11 1119191 3 51118151 1 111261 reo 392.4.2 Tính toán ôn định ¿+ + 2 2E+ESE E32 E3 EEEEEEEEEEerrkrrerrred 402.5 Tính toán độ lún đất được gia CỐ ¿+ + 252cc 2xcteErxrrerererreee 41

2.5.1 Các giai đoạn TÚn - << < Hee 4

2.5.2 Tính toán độ lún C2236 31%%111111110 1111111111111 1 11 cu 43

2.6 Tính toán chuyến vị nền đất theo phương pháp PTHH 452.6.1 Tổng quát về phương pháp PTHH - 2 2 5s+£+££z£s+<zS+2 452.6.2 Phần mém PTHH Plaxis 2D - 2 2552 S22E+E2££+E+E£ezxerered 46CHƯƠNG 3: PHAN TÍCH VA UNG DUNG GIA CO NÊN DAT YEU BANG

PHƯƠNG PHAP ÔN ĐỊNH TOAN KHOI CHO KHU VUCPHU MY HƯNGG - - 22+ + E SE E3 ES2EE2EE+eEEEEzEEseEssecseersera 52

3.1 Giới thiệu công frÌnhh - - «s00 Họ nọ kh 52

3.2 Giới thiệu về địa chiấtt - - sksk1 1v 511121211 5111019111 191 1g ng ngu 533.3 Tổng hợp số liệu dé tìm giá trị về chỉ tiêu co lý phù hợp 6l3.4 Xác định độ lún của đất nên trước khi gia CO -. - - 55x55: 66

3.4.1 Trường hop 1| : Tai trong tác dụng lên đất nền chỉ có lớp dat đắp 66

3.4.2 Trường hợp 2 : Tải trọng tác dụng lên đất nền gồm lớp đất đắp + tảitrọng làm đường + tải trON X - -G Gv rre 68

3.5 Xác định độ lún của đất nên sau khi Xử lý - + + s+cscscsccee 70

3.5.1 Trường hop | : Tải trọng tác dụng lên đất nền chỉ có lớp đất đắp 70

3.5.2 Trường hợp 2 : Tải trọng tác dụng lên đất nền gồm lớp đất đắp + tải

trọng làm đường + tải trON X - -G Gv rre 74

3.6 Tính toán độ lún nên theo phần mềm Plaxis 2 5 2 s55: 77

3.6.1 Thông số đầu VàO - ¿+ < z1 3 11121111 21115111 1111111111111 1xx 77

3.6.2 Thiết lập mô hình băng Plaxis 2D — V8.5 -. ¿-555©c+cscs¿ 78

3.6.3 Kết quả phân tích độ lún nền đường bằng phan mém Plaxis 2D 79

KẾT LUẬN VÀ KIEN NGHỊ, - -G- + SE EE SE Sex gvgv egerkei 9]

Tài liệu tham KIO Ă cc c3 130.1111090 1110 11110 10000 1100 6 vớ 92

DANH MỤC HINH ANHHình 1-1 Nguyên tắc của phương pháp 6n định toàn khối và thiết bị 3Hình 1-2 Anh hưởng của tuổi đến cường độ - 25-5252 cs+cscszsccee 17Hình 1-3 Thiết bị co bản ôn định toàn khối ¿s5 6s s£sesxzezecxe 19Hình 1-4 Trong xoay của thiết bị trOM ceccccecccssesscsesessesesessesesesseseseeseseseesesen 19Hình 1-5 Hệ thông kiểm soát quá trình trộn - ¿2-2-5 + 2£s+s+s+£z£zscs¿ 20Hình 1-6 Các dạng ôn định toàn khối + + 255 £2£z+E£eseerrered 22Hình 1-7 Ôn định toàn khối cho nền đường đi qua khu vực dam lây 23Hình 1-8 Các trường hợp áp dụng 6n định toàn khối trong các dự án đường sắt

Hình 1-9 Dự án đường sắt ở Thụy Điển năm 1996 ¿-2-5- c2 cscscs¿ 25Hình 1-10 Xử lý gia cố nông và tái sử dụng bùn đất nạo vét từ biển khi xây

dựng CẢI - cọ nọ nọ re 27

Hình 1-11 Lưu vực 6n định toàn khối - + se £EsEseseseseree 28Hình 1-12 Ô nhiễm do NAO 200001117 lÔÔÔÔ - 28Hình 1-13 Cảng Vuosaari: khu vực đất ngập nước - sex: 29

Hình 1-14 Công viên Ida Aalberg ở Helsinki ««««5ss<<<<<2 30

Hình 1-15 Công tác san nền kết hợp với xử lý nền bang phương pháp 6n định

i8 TM 30Hình 2-1 Mối quan hệ giữa cường độ tính toán tại hiện trường và trong phòng

thí nghiỆm - << 9.00 nọ ke 39

Hình 2-2 Các giai đoạn lún của đất được gia cô và biểu dé lún theo thời gian

Hình 2-3 Mối quan hệ ứng suất - biến dạng của mô hình đàn dẻo lý tưởng 48Hình 2-4 Xác định Eref từ thí nghiệm nén ba trục cô kết thoát nước 49

Hình 2-5 Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết - + +52 255552 50

Hình 3-1 VỊ trí công frÌnhh - <5 + 000111900 ngờ 52

Hình 3-2 Mặt bằng tong thể công trình - ¿55+ 2 2s+x+cecszeerersrreee 53Hình 3-3 Mặt băng vị trí hố khoan - ¿2-6 S2 2 SE2E£E#ESEEEEEErEeErkrkrered 54Hình 3-4 Kết quả thí nghiệm nén cô kết mẫu đất có độ sâu 13.5 -14m 66Hình 3-5 Kết quả thi nghiệm nén cô kết mẫu đất có độ sâu 17.5 -18m 67Hình 3-6 Mặt cat ngang của mô hình eeceeesccssessesesessesesessesesesseseseeseseseesesen 80Hình 3-7 Ứng suất hữu hiệu của nen cececcscscsssessesssessesesessesesessesesesssseseesesee 81Hình 3-8 Các điểm tính lún ccccccccccsessesesessesessssssessesesesesesessesesesseseseseesesen 82Hình 3-9 Độ lún của điểm A sau khi hoàn thành các giai đoạn thi công 82Hình 3-10 Độ lún của điểm A sau khi cố kết được 15 năm -s- 82Hình 3-11 Độ lún điểm B sau khi hoàn thành các giai đoạn thi công 83Hình 3-12 Độ lún điểm B sau khi c6 kết 15 năm - 2 2s s£s£sxzxe: 83

Hình 3-13 Độ lún chênh lệch tại vi trí A, B và C khi chịu tai trọng tác dụng trên

nên tự nhiên sau khi hoàn thành các giai đoạn thi công 84

Hình 3-14 Độ lún chênh lệch tai vi trí A, B và C khi chịu tai trong tác dung trên

nên tự nhiên sau khi cố kết 15 năm - 5s xxx +e£s£sxd 84

Hình 3-15 Độ lún chênh lệch tai vi trí A, B và C khi chịu tai trong tác dung trên

nên cải tạo sâu 2m sau khi hoan thành các giai đoạn thi công 85

Hình 3-16 Độ lún chênh lệch tai vi trí A, B va C khi chịu tai trong tác dung trên

nên cải tạo sâu 2m sau khi cố kết 15 năm ¿55s cscss2 S5

Hình 3-17 Độ lún chênh lệch tại vi trí A, B và C khi chịu tai trọng tác dụng trên

nên cải tao sâu 4m sau khi hoan thành các giai đoạn thi công 86

Hình 3-18 Độ lún chênh lệch tai vi trí A, B và C khi chịu tai trong tác dung trên

Hình 3-19 Độ lún chênh lệch tại vi trí A, B và C khi chịu tai trọng tác dụng trên

nên cải tạo sâu 6m sau khi hoan thành các giai đoạn thi công 87

Hình 3-20 Độ lún chênh lệch tai vi trí A, B va C khi chịu tai trọng tác dung trên

nên cải tạo sâu 6m sau khi cố kết 15 năm 5 +scscss2 87Hình 3-21 Hệ số an toàn của nên đất tự nhiên oo eeseeececeseeseceseseeeeeeeees 88Hình 3-22 Hệ số an toàn của nền đất được gia Am 88

loại Unified ( Mitchell and Freitag , [959 ) ««««<«2 16

3-1 Chỉ Tiêu Cơ Lý Của Các Lớp ĐẤ ¿ - - 25252 csccsesrscsred 573-2 Bảng tính lún của nền khi chỉ có tải đất đắp - 673-3 Tinh tai tác dụng lên đất nên wows cs esesesessseesesescseeeeeeeeeens 683-4 Bảng tính lún của nền khi có tải xe và tải kết cầu áo đường 693-5 Tổng hợp độ lún trước và sau khi cải tạo đất khi chỉ có tải đất đắp733-6 Tong hợp độ lún trước và sau khi cải tạo đất khi có đủ tải tác dụng

¬ 76

3-7 Thông số đầu vàO ¿+ 5+ SE +x+EEE2EEE2EE23121 21111121211 ck 783-8 Tổng hợp các phase tính toán ¿+ 52 22+ e+tvErerrerered 803-9 Tổng hop kết quả tinh todn cecccccccsesccsesessesesessesessssssessessseeeseseees 89

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Thành phố Hỗ Chí Minh là thành phố lớn nhất cả nước với dân số khoảng8 triệu người, có ty lệ tăng trưởng đô thị hàng năm trên 3% (Cục Thống Kê,2013) Nhằm đáp ứng nhu cầu về nhà ở, căn hộ chung cư ngày càng cao củangười dân đòi hỏi phải phát triển các công nghệ tiên tiễn và thích hợp để xửly nên đất yếu phục vụ việc xây dựng công trình ở những khu vực như Quận

7, Nhà Be

Nội dung của dé tài là “ Gia có nền đất yếu bằng phương pháp on địnhtoàn khối”, nghiên cứu các van dé do nên đất yếu đặt ra và giải pháp xử lýnên đất yếu băng phương pháp 6n định toàn khối tại khu vực Phú Mỹ Hung,Quận 7, Tp HCM nhằm giảm được độ lún lệch của các hạng mục phụ chịutải trọng nhỏ với phần xây dựng chính của công trình, nâng cao tinh 6n định

và giảm nhẹ nguy cơ sụp đô.

- Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu các biện pháp gia cô nên, lựa chọn phương pháp phù hợp với điềukiện địa chất khu Phú Mỹ Hưng, Quận 7

Sử dụng Plaxis 2D mô phỏng ứng xử đất, độ biến dạng, chuyển vị mặt đất khi

gia cô nên và không gia cô đê đánh giá vai trò của biện pháp gia cô nên.

Noi dung nghiên cứu

Câu trúc của luận văn được chi thành 03 chương:Chương 1 : Tổng quan về phương pháp 6n định toàn khốiChương 2 : Cơ sở lý thuyết về phương pháp xử lý nền đất yếu băng phươngpháp ồn định toàn khối

Chương 3 : Phân tích và ứng dụng biện pháp gia cỗ nền đất yếu băng phươngpháp ồn định toàn khối cho vực Phú Mỹ Hung

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp lý thuyết: sử dụng các cơ sở lý thuyết về co học dé tính toánthay đổi khả năng chịu lực của đất khi được gia cô

Phương pháp mô phỏng: sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng bài toándùng biện pháp gia cố nền va không gia cố từ đó có cơ sở dé đánh giá và so

sánh lựa chọn biện pháp hop lý.

Y nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tàiCác kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm tài liệu nghiên cứu, tham khảocho chuyên ngành địa kỹ thuật xây dựng khi lựa chọn biện pháp gia cô nên

với diện tích rộng.

Đề tài phù hợp với thực tế ngành xây dựng Việt Nam, đặc biệt là tại thànhphố Hỗ Chi Minh Trên cơ sở đó, kết quả của dé tài có thé áp dụng sơ bộ cho

các công trình tương tự, từ đó lựa chọn được giải pháp thi công phù hợp cũng

như có kinh tê cao.

Giới hạn phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi nghiên cứu đề tài chỉ sử dụng số liệu địa chất tại 1 hỗ khoanmanh tính chất cục bộ, vì vậy cần mở rộng nghiên cứu, xem xét tong quat honvới số liệu địa chất toàn bộ khu vực Phú Mỹ Hung

Đề tài chỉ tong hợp kết quả của các nghiên cứu có số liệu địa chất tương tự màkhông làm thí nghiệm trực tiếp với địa chất của công trình

Trong thực tế, có nhiều biện pháp gia cố nền phù hợp với từng điều kiện cụ thénhưng dé tài chỉ tập trung nghiên cứu gia có nên bang biện pháp 6n định toànkhối

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE PHƯƠNG PHÁP ÔN ĐỊNH

hiệu quả môi trường Đối với đất yếu, việc áp dụng các kỹ thuật ôn định toàn

khối cho phép thay đổi các thuộc tính kỹ thuật và môi trường dé có thé dé xâydựng trực tiếp công trình trên nền đất đã xử lý, hoặc sử dụng như vật liệu sanlap hoặc vật liệu xây dựng Nhờ sự phát triển toàn diện của các loại chất liênkết, rất nhiều loại đất yếu có thé được xử ly 6n định tiết kiệm và hiệu quả

Tat cả các dự án áp dụng phương pháp 6n định toàn khối đều sử dụng liên kếtở dang chat liên kết hoặc chất ôn định có phản ứng hóa học với khối dat làmthay đối thuộc tính của nó Khối lượng và chất lượng của chất liên kết được tốiưu hóa để đạt được mục tiêu đề ra thông qua kết quả khảo sát hiện trường và thínghiệm trong phòng Việc kết hợp sử dụng các chất liên kết thương mại và cácchất liên kết có nguồn gốc từ các phụ phẩm công nghiệp (xi lò cao, tro bay )đem lại hiệu quả cao về kinh tế và môi trường của phương pháp ồn định toànkhối

Ôn định toàn khối là một phương pháp sử dụng chất liên kết trộn với đất yếu,dé cải thiện các đặc trưng cơ lý cho đất yếu nhằm chuyển đổi các lớp đất nàythành một lớp đất tốt đồng nhất đến độ sâu thiết kế Từ đó, hạn chế được độ lúncủa kết cau trong quá trình xây dựng và khai thác, nâng cao tính 6n định củacông trình và giảm nhẹ nguy cơ sụp đô

Ôn định toàn khối có thể được sử dụng kết hợp với các phương pháp cải tiếnđất nên khác Đặc biệt, khi vực cần xử lý có cau tạo địa chất gồm có các lớp trêncùng là than bùn (hoặc đất rất yêu khác) được đặt trên lớp đất sét Khi đó, lớp

đất yếu phía trên sẽ được xử lý băng phương pháp ôn định toàn khối, trong khicác lớp đất sét được xử lý bằng phương pháp khác, như cọc xi măng đất, cọc

cứng.

Tùy nhiệm vụ, phạm vi xử lý và điều kiện địa chất, có thể sử dụng máy trộnchuyên biệt hoặc máy trộn thông thường để trộn lẫn chất liên kết dạng bột vớiđất yếu cần xử ly theo phương pháp 6n định toàn khối

Nguyên tắc chung của phương pháp được trình bày trong Hình 1-1 Thiết bịtrộn được gan voi mot may dao cho phép thuc hién tốt công tác xử lý tới độ sâu7m đến 8m Chất liên kết được đưa vào đất thông qua hệ thống máy bơm áp lựcvà hệ thông vòi phun tại dau các thiết bị trộn Trống quay có tác dụng trộn đềuchất liên kết và đất Quá trình trộn được thực hiện theo sơ dé di chuyển trồngquay từ trên xuống dưới, từ sau ra trước theo hướng di chuyển của máy thi công.Công suất của một máy trộn sẽ quyết định tiễn độ công tác xử lý nên bangbiện pháp gia cô nông Các khu vực can xử lý có kích thước lớn thường đượcchia thành các khu vực nhỏ hơn, có kích thước từ 3m? đến 5 m2 Công tác xử lý,khi đó, được thực hiện riêng rẽ, triệt dé từ khối này tới khối khác Mỗi khối nềnsau khi xử lý sẽ có cường độ và độ 6n định cao hon, cho phép máy thi công dichuyền phía trên Trong quá trình phát triển cường độ của khối đất được gia có,có thể kết hợp với công tác đắp gia tải đặc biệt là ở các khu vực chứa than bùnvà các chất hữu cơ Hỗn hợp đất gia cô thường đạt được cường độ yêu câu saukhoảng thời gian từ 1 đến 3 tháng

Để tăng hiệu quả của công tác thi công nạo vét đất yếu, cũng có thể áp dụngphương pháp ồn định toàn khối dé xử lý sơ bộ khối đất cần đào bỏ Phương phápnày còn được sử dụng để cô đặc, chuyển các chất ô nhiễm về dạng khối, ít hòatan khi xử lý đất bị ô nhiễm hoặc trầm tích

Trong nhiều trường hợp, đặc biệt là ở khu vực khan hiếm vật liệu dap, có thédùng công nghệ gia có nông dé xử lý vật liệu đất yếu rồi tái sử dụng chúng ngaytại công trường dé làm lớp nên cải thiện, hoặc làm vật liệu san lap hay cao cấphon là vật liệu xây dựng Điều này cho phép tiết kiệm chi phí mua vật liệu mới,

3-5 meters Preloading embankment Geotextile

(reinforcement)

Hình 1-1 Nguyên tac của phương pháp ôn định toàn khối và thiết bị.Các chất liên kết thông dụng nhất bao gdm xi mang, vôi, hoặc một hỗn hợp củacả hai Ngoài ra, có thé bổ sung một số loại khác như bột xỉ lò, tro bay hoặc thạchcao Việc lựa chọn loại chất liên kết hoặc hỗn hợp chất liên kết phụ thuộc vào tínhchất cơ ly của đất Khối lượng chat liên kết được tối ưu hóa qua kết quả thí nghiệm

trong phòng và hiện trường.

1.1.2 Tình hình nghién cứu trong và ngoài nước

1.1.2.1 Tình hình nghiên Cứu rong nước

Từ năm 2004 đến nay hàng loạt công nghệ xử lý nền đất yếu được áp dụng tạiViệt Nam Nhu cầu nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý nên đất yếu ngày cànggia tăng Thách thức chính là điều kiện đất nền phức tạp và sự hạn chế về máy mócthiết bi của nước ta Trong những năm tới công nghệ xử lý nền đất chắc chắn sẽkhông ngừng phát triển nhăm đáp ứng việc xây dựng đường, cảng biến, lan biển vacông trình hạ tầng cơ sở khác Hiện tại các công trình xây dựng trên vùng đất yếuthường bị hư hỏng bởi nguyên nhân từ nền móng là do người thiết kế lựa chọn saigiải pháp xử lý nền dat và thiết kế móng

Trước đây, phương pháp thông dụng để xử lý nền đất yếu ở Việt Nam là dùng cừ

trọng tương đối nhỏ Do sự giới hạn của chiều dài cọc, nên khả năng áp dụng thực tếcũng bị hạn chế Cần thiết đánh giá sức chịu tai và độ lún của nền được gia cố bangcọc ngăn Các giải pháp này chỉ có tác dụng cho công trình nhà ở độc lập (Theo điềukiện thực tế của từng địa phương, được các nhà khoa học tin tưởng và xử dụng hiệu

quả).

Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử lý nềnđất yếu Trong một số trường hợp phương pháp chat tải trước không dùng giếng thoátnước thăng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nên cho phép Tảitrọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tương lai.Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc Lớp đất đắp để gia tảiđược dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra Phương pháp gia tải trước đượcdùng dé xử lý nền móng của Rạp xiếc Trung ương (Hà Nội) , Viện nhi Thuy Điền

(Hà Nội), Trường Đại học Hàng Hải (Hải Phòng) và một loạt công trình tại phía

Nam.

Gia tải trước là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất nền mộtcách chỉ tiết Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định băng các phương phápthông thường Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đông thờikhoan lẫy mẫu liên tục Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn, thiếu độquan trac và đánh giá day đủ, nên sau khi xây dựng công trình, đất nên tiếp tục bị lún

Ngày 28/11/2015, tại Hà Nội, Bộ Xây dựng tổ chức hội thảo về “Xây dựng Tiêuchuẩn xử lý nén đất yếu - Phương pháp xử lý nông và giới thiệu công nghệ xử lý nền

cô toàn khối, xử lý nên đất yếu theo phương pháp 6n định toàn khối từ Phan Lan dé

áp dụng tại Việt Nam.”

Thuận tiện thi công, thân thiện môi trường, phát triển bền vững: -: phù hợp áp dụngrộng rãi ở Việt Nam là những ưu điểm nỗi bật của công nghệ xử lý nền đất yếu toànkhối , được các chuyên gia trong lĩnh vực xây dựng ghi nhận khi tham gia thực nghiệmthực tế tại hiện trường

Tran Dinh Hà, Giới thiệu phương pháp xử lý nông và công nghệ xử lý nền đất yếutheo phương pháp ôn định toàn khối Nêu ý kiến của PGS TS Nguyễn Bá Kế, nguyênViện trưởng Viện Khoa học công nghệ Xây dựng Nghiên cứu, đất sau khi trộn vớichất kết dính, dưới tác dụng của các phản ứng hóa học thì hỗn hợp này sẽ cứng chắcdan và cường độ đất gia cố sẽ phát triển theo thời gian để cuối cùng trở thành mộtloại bê tông mác thấp; có thé gia tải dé tăng hiệu quả làm chặt đất gia có

Việt Nam nên lựa chọn và áp dụng công nghệ trên vì nhu cầu đang rất lớn dé ápdụng cho công trình đường bộ ở nông thôn qua vùng sinh lay, xử lý những vị trí điqua nên dat than bùn, khu nhà vượt lũ ở đồng bằng sông Cửu Long, đê biển hoặc kèphòng giảm thiệt hại do biến đối khí hậu, kè chống sát lở bờ sông, nhà thấp tầng trênvùng đất yếu, quây giữ chồng 6 nhiễm các bãi thải rác, khu nghĩa trang:

1.1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước.

Theo Makusa, G.P [15] FM5-410 Soil Stabilization for Road and Airfield,

2012 Dang trên Tap chi Dai hoc Công nghệ Lulea, Thụy Điền năm 2012 Thôngqua viéc ôn định đất, các vật liệu không dính có thé được 6n định bang vật liệuXi măng (xi măng, vôi, tro bay, bitum hoặc kết hợp).Vật liệu đất ôn định có độbền cao, khả năng thắm thấp và độ nén thấp hơn đất tự nhiên (Keller bronchure32-01E) Phương pháp có thé đạt được theo hai cách, cụ thé là : (1) 6n định tạichỗ và (2) 6n định tại trạm

Sự 6n định này được xem như là một biến hóa mà nhờ đó mọi thuộc tính đấtcó thé được cải thiện tốt hơn (Ingles va Metcalf, 1972) Quyết định sử dụngcông nghệ phụ thuộc vào tính chat của dat cần được biến đối Các tính chatchính của đất mà các kỹ sư quan tâm là tính ôn định thể tích, độ bên, tính nén,

độ thâm và độ ôn định (Ingles va Metcalf, 1972, Sherwood, 1993, EuroSoilStab,

2002).

Dé 6n định thành công, cần phải có một bai kiểm tra trong phòng thí nghiệm,sau đó là các kiểm tra thực địa để xác định các tính chất kỹ thuật và môi trường.Các xét nghiệm trong phòng thí nghiệm mặc dù có thể tạo ra cường độ cao hơn

vật liệu tương ứng từ thực địa, nhưng sẽ giúp đánh giá hiệu quả của các vật liệu

6n định trong đất Kết quả từ các bài kiểm tra trong phòng thí nghiệm sẽ nângcao hiểu biết về sự lựa chọn chất kết dính và lượng (EuroSoilStab, 2002)

Sự 6n định toàn khối là một phương pháp ôn định nông đến 6n định sâu trong đótoàn bộ khối lượng của đất mềm có thé được ồn định ở độ sâu quy định Kỹ thuậtnày tương đối mới và rất thích hợp cho việc ôn định hàm lượng âm cao như đất sét,bùn cát, đất hữu cơ và các trầm tích bid nhiém (EuroSoilStab, 2002; Hayward Baker

Inc).

On định toàn khối là một giải pháp hiệu quả chi phi để cải tạo mặt đất trong việc

khắc phục tình trạng đất yếu đặc biệt với một lượng lớn các chất gây ô nhiễm và hàm

lượng nước cao Xử lý phần lớn trầm tích bị nạo vét cát, đất hữu cơ và bùn thảithường sử dụng phương pháp ốn định toàn khối (Keller, 32-01E) Phương pháp nàycung cấp một phương pháp thay thé cho phương pháp cải tiễn đất truyền thong nhưloại bỏ và thay thế kỹ thuật

Việc trộn lân khôi lượng dat có thê đạt được băng cach sử dụng máy trộn công cụ

excavator với các cân xích độc đáo truyên khí nén cho dau trộn của công cụ trộn va

vào khu trộn hoặc bằng cách tự phun chất kết dính vào một máy quayĐầu khoan hoặc dau trộn và đất Máy trộn xoay và đồng thời di chuyển theo chiềudọc và chiều ngang trong khi trộn khối đất Đường kính của dụng cụ trộn thườngnăm giữa 600 mm đến 800 mm, với tốc độ quay giữa 80 và 100 vòng / phút Thôngthường, đất được 6n định theo một day khối được định nghĩa là phạm vi hoạt động

của máy.

mềm 6n định trên mỗi ca Lượng chất kết dính thường ở khoảng từ 200 đến 400 kg/

m3 (EuroSoilStab, 2002).

Ở các nước Bắc Âu, lượng chất kết dính nam trong khoảng 150 và 250 kg /m3, vàcường độ cắt mục tiêu là 50 kPa (Massarsch và Topolnicki, 2005) Phương pháp nàyđã được tiễn hành bao gồm việc sử dụng xi măng nhanh làm chất kết dính dé ốn địnhvật liệu nạo vét nhiễm ban tai Port Hamina va bờ biển Helsinki, Phần Lan, nơi cácvật liệu nạo vét nhiễm ban bị kẹt giữa các kè tạo ra các vùng mới (Andersson et al,2001) Theo EuroSoilStab (2002), phương pháp 6n định sâu hơn so với các phươngpháp 6n định khác có những ưu điểm chính sau:

- Kinh tế và linh hoạt- Tiết kiệm vật liệu và năng lượng- Nhanh chóng cải thiện tính chất kỹ thuật của đất- Có thể được linh hoạt liên kết với các cấu trúc khác và với môi trường xung

quanh.

1.2 Chat liên kết dé gia cố nền đấtCác chất liên kết pho biến nhất dùng trong Ôn định toàn khối là xi mang, vôi Bêncạnh đó, nhiều loại sản phẩm được hình thành từ quá trình sản xuất công nghiệp cũngđược sử dụng như là 1 thành phân của hỗn hợp chất liên kết Việc sử dụng các loạisản phẩm này làm cho quá trình 6n định toàn khối đảm bảo được yêu cau kỹ thuậtvà/hoặc môi trường tốt hon, và giảm tổng chi phí của chất liên kết

Những nhân t6 chính ảnh hưởng đến quá trình lựa chọn chat liên kết là cường độyêu cau, chi phí và khả năng cung ứng của chúng Bên cạnh đó, cũng phải xem xétthêm một số nội dung sau:

- Phời gian đóng ran, đặc tính ứng suất — biến dạng, đặc tính lọc và thấm

- Dac điêm của máy móc thi công, kha năng cung cap chat liên kêt tôi đa và sô

lượng các chất liên kết.- Dạng chất liên kết sử dụng (khô hay ướt)

L.2.1 Xi mang

Xi măng là loại chất liên kết phố biến nhất trong biện pháp xử ly đất yêu bang6n định toàn khối Ưu điểm của xi măng so với các chất liên kết khác là khanăng đóng răn nhanh trong đất được 6n định toàn khối (phát triển cường độnhanh) Ngược lại, đặc điểm đóng răn trong thời gian dài cua xi măng thườngkém hơn các chất liên kết khác Sản phẩm điền hình khi sử dụng chất liên kết ximăng mặc dù có độ cứng cao, nhưng giòn, dễ gãy Tuy vậy, đối với phươngpháp 6n định toàn khối, hạn chế này được khắc phục bởi kết cấu cuối cùngthường là các tắm dây và các lớp liền khối

Trong xi măng, khả năng di chuyển của ion Canxi (khuếch tán) trong cấp phốivật liệu là rất thap.Vi vậy nếu chỉ sử dụng xi măng làm chất liên kết trong cấpphối vật liệu thì dễ xảy ra hiện tượng không đồng nhất trong cấp phối vật liệu.Vì lý do này, nếu chất liên kết đá vôi cùng được sử dụng với xi măng thì sẽ làmcho chất lượng của công tác thi công 6n định toàn khối sẽ cao hơn rất nhiêu

Theo tiêu chuẩn EN197, sản phẩm xi măng được sử dụng trong quá trình 6nđịnh toàn khối bao gồm:

Xi măng Póoc lăng với cường độ (CEM II / BM (S-LL*) 42.5N)

Xi măng Póoc lăng với đá vôi với cường độ phát triển sớm (CEM II, A-LL 42.5

R)

Xi măng Póoc lăng với cường độ cao (CEM I 52.5R), và xi măng SR (CEM I

42,5 n-SR3).

Đôi với loại dat được gia cô toàn khôi có hàm lượng sun phat cao, sử dụng xi

măng SR có sức bên với sun phát là phù hợp nhất.1.2.2 Các sản phẩm vôi

Vôi cung cấp một cách tiết kiệm dé ồn định đất Sự tham gia của vôi làm giatăng cường độ mang lại bởi dung lượng trao đổi chất chứ không phải là hiệuimg xi măng mang lại bởi phan ứng pozzolanic Trong quá trình biến đổi dat,

ung với vôi trong nước có thé tạo ra các hợp chất xi mang Tác dụng có thểmang lại bởi vôi sống, CaO hoặc vôi hydrat, Ca (OH)2 Vôi bùn cũng có théđược sử dụng trong điều kiện đất khô có thể yêu cầu nước dé đạt được đầm chathiệu quả Vôi sống là vôi được sử dụng phổ biến nhất Những điều sau đây lànhững lợi ích của việc vôi lâu ngày đối với vôi hydrat hóa :

- Hàm lượng vôi tự do cao hơn trên một đơn vi khối lượng- Mật độ dày hơn vôi hydrat hóa (cần ít dung tích) và ít bụi- Tạo ra nhiệt độ làm tăng cường độ tăng cường và giảm độ 4m theo phương trình

phản ứng dưới đây.

CaO + H20 — Ca (OH); + Nhiệt (65kJ / mol).

Vôi sống khi trộn với đất ướt, ngay lập tức chiếm đến 32% trọng lượng riêngcủa nước từ đất xung quanh để tạo vôi hydrat hóa; Nhiệt tạo ra kèm theo phảnứngnày sẽ làm mat thêm nước do bay hơi dẫn đến kết quả làm tăng độ dẻo củađất, nghĩa là làm khô và hấp thụ Ngay cả trong đất (ví dụ đất vôi), đất sét có thể

bão hòa ion canxi, việc thêm vôi làm tăng độ pH và do đó làm tăng khả năng

trao đối Giỗng như xi măng, vôi khi phan ứng với các chất khoáng đất sét ướtsẽ làm tăng độ pH, tạo thuận lợi cho độ tan của các hợp chất silic và alumin.Các hop chất này phản ứng với canxi để hình thành canxi silica và calciumaluminium hydrat, một sản phẩm xi măng tương tự như bột xi măng Vật liệupozzolanas tự nhiên có chứa silica và alumina (ví dụ như đất sét, tro bay, PFA,xỉ lồ cao) có tiềm năng lớn để phản ứng với vôi

Công nghệ 6n định vôi chủ yếu được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng địakỹ thuật và môi trường Một số ứng dụng bao gồm đóng gói chất gây ô nhiễm,làm đất chôn lap (ví dụ như đất kết dính ướt), giới hạn đường cao tốc, ôn địnhđộ dốc và cải thiện nền móng như sử dụng cọc vôi hoặc cột đất 6n định vôi Tuynhiên, sự hiện diện của lưu huỳnh và các chất hữu cơ có thé ức chế quá trình ônđịnh vôi Sulphate (ví dụ thạch cao) sẽ phản ứng với vôi và sưng, có thé có ảnhhưởng đến độ bên của đất

1.2.3 Các chất liên kết khácCác chất liên kết khác thường được sử dụng trong 6n định toàn khối bao gồm cácsản phần từ quá trình sản xuất công nghiệp như là xỉ quặng, tro bay hay thạch cao.Trong hầu hết các trường hợp, những vật liệu này thường được sử dụng với nhau vàvới các thành phân chất liên kết thương mại với mục đích làm tăng đặc tính kĩ thuậtvà môi trường của kết cau hoàn thiện, giảm chi phí chất liên kết Trong một số trườnghop đặc biệt, chỉ sử dụng những loại chất liên kết này dé tiễn hành 6n định / làm chặtđất Nhược điểm của phương pháp này là có thé làm chậm tiến độ thi công gia cé datbởi lượng chất liên kết lớn.

Các van dé sau day can phải được xem xét khi sử dụng các chat liên kết là san

phẩm xỉ quặng, tro bay và thạch cao trong 6n định toàn khối:

- Kha năng cung ứng vật liệu, chất lượng và sự không đồng nhất về chất lượng

của nó.

- Nhu cau lưu trữ tạm thời.- Phuong thức vận chuyển vật liệu đến công trường.- Kha năng cung cấp hai hay nhiều chất liên kết đồng thời; yêu cầu trộn các chất

liên kết trước khi thi công 6n định toàn khối thực tế (nếu có).- Bao quản các thành phan chat liên kết và hỗn hợp các chất liên kết đã được phối

trộn chuẩn bị cho thi công.- _ Thiết bị 6n định toàn khối dùng cho các chất liên kết khô và mịn;- Chat liên kết ướt cần trải lên bề mặt của các lớp đất 6n định toàn khối ; trong một

số trường hợp cụ thé, chất liên kết ướt cần phải trộn lẫn trước bang máy đảo.- _ Những anh hưởng xấu có thé có của chất liên kết đối với các thiết bị trộn vật

liệu.

Các chỉ tiêu kỹ thuật và cách thức phối trộn, sử dụng chất liên kết cũng như nhữngnhân t6 ảnh hưởng tới kết cau hoàn thiện cần phải xác định trước trong phòng thí

Kết hợp nhiều chất liên kết sẽ tạo ra được một hỗn hợp có thể đạt được yêu cầu

về các đặc tính đã đặt ra trong một quy mô rộng Sự biến déi công thức của chất liênkết (ty lệ và hàm lượng) ảnh hưởng tới tốc độ phát triển cường độ (mặc dù khôngphải lúc nào phát triển nhanh cũng là tốt); sự cố kết của hỗn hop đất có độ âm cao;cường độ cudi cung; dac tinh bién dang; kha nang lap day của hỗn hợp chất liên kếtkhông đều với dat; khả năng liên kết các chất có hai trong đất được gia có; tính thắmnước và cả giá thành của chất liên kết Trong hầu hết các trường hợp, xi măng và vôigóp phần quan trọng trong hỗn hợp bởi chúng là các chất xúc tác tạo ra phản ứng.1.3 Loi ích của phương pháp ổn định toàn khối

Việc áp dụng phương pháp 6n định toàn khối dé xử lý, cải tao đất yếu hoặc dat biô nhiễm mang đến nhiều lợi ích:

- Hạn chế sử dụng vật liệu dap như dat, cap phối thiên nhiên;

- Giảm chi phí vận chuyền và san lap đất;- Giảm ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm trong nên đất;- Giảm thiểu tác hại môi trường

So với các giải pháp xử lý nên đất yếu khác, một số ưu điểm của phương pháp ônđịnh toàn khối được trình bay trong Bảng 1-1

Bảng 1-1 Uu điểm của phương pháp ôn định toàn khối so với một số phương

pháp kỹ thuát cơ bản khác.

Phương pháp xứ lý Ưu điểm của phương pháp 6n định toàn

nên móng công trình khối

Cọc đóng

X nở KX SỐ On định toàn khôi thường là rẻ hon so với

co Gee bec cee pee phương pháp cọc đóng, vi các coc phải đượcan (dựa ưa sưng đóng xuông ở độ sâu lớn và phải yêu câu hệ

i | cle he sàn giảm tai băng bê tông hoặc bệ cọc.

i

Thay đất

Ôn định toàn khối tránh không phải thay thế

dat yêu, từ đó giảm chi phí vận chuyên, chi phibãi đô thai, chi phí mua vật

Giảm khôi lượng nên đường

dap

Việc giảm tai có thé tăng ồn định cho nên dat.Tuy nhiên không phải lúc nao cũng có thé cóđiều kiện thay đổi kích thước hình học và câu

tạo của công trình bên trên theo hướng giảm

khói lượng dap.

Thoát nước thăng đứng

Các giải pháp xử lý nền dat bang biện phápthoát nước thăng đứng như giếng cát, cọc cát,hút chân không đều đòi hỏi chi phí lớn về vật

liệu và máy thi công Bên cạnh đó, khi áp dụng

các biện pháp này, đều có rủi ro khi phá vỡ cautrúc tự nhiên của đất nên, thời gian chờ lún lâu,và vẫn có thể có biến dạng từ biến, kéo theotình trạng lún thứ cấp.

Coc dat xi măng

Trong điều kiện hiện tại, có nhiều khó khankhi việc kiểm soát chất lượng của cọc xI măngdat Đối với điều kiện địa chat dat yếu, hamlượng hữu cơ cao thì giải pháp cọc đất xi măngrất khó áp dụng

1.4 Các yếu tô của đất ảnh hưởng đến cường độ đất trộn xi măngMột số nhân tố ảnh hưởng tới kết quả cường độ hỗn hợp xi măng - đất Cả tínhchat của đất hiện trường và tác nhân 6n định đều ảnh hưởng mạnh tới cường độ củađất được xử lý (Terashi, 1997) được trình bày trong Bảng 1-2.

Bảng 1-2 Các nhân tô ảnh hưởng đến cường độ xỉ măng - đấtL Thành phân của chất tạo 6n định |_ Loại chất tạo ồn định

Chất lượng

Tron nước và phụ gia.II Thành phân và điêu kiện của Những đặc tính hóa học tự nhiên

` dat Lee ak va khoang vat cua dat.

(dac biét quan ie đôi với đât [Wam ly ong hữu co.

IV Điều kiện dưỡng hộ Nhiệt độ

Thời gian dưỡng hộ.

Độ am.Thời tiết

Mac dù đất hiện trường và điều kiện dưỡng hộ bao gôm các nhân tô thì không dễdàng thay đổi hay kiểm soát tại công trường, chất 6n định và điều kiện trộn thì tươngđối dễ thay đối Bằng cách kiểm soát nhiệt độ trộn, sự xuyên vào / rút lên và khốilượng chất tạo ôn định, một cọc xi măng - đất đồng nhất có thé được tạo thành Dé

thỏa mãn các yêu cầu thiết kế, việc tạo ra một sản phẩm chất lượng là việc trộn liên

tục bao gồm không có lỗ rỗng hay môi nối phải được đảm bảo.Can chú ý rang ban chất của mẫu chế bị trong phòng thí nghiệm sẽ khác với bảnchat của dat tại hiện trường Bởi vậy với bat cứ một công trình nào.trước khi thi côngthì cần thiết phải tiến hành các thí nghiệm trong phòng nhăm biết rõ hiệu quả gia cỗvới từng loại đất cụ thể để chọn được tý lệ pha trộn tối ưu nhất

- Ảnh hưởng của loại đất : Bản chất hóa lý của đất (như đường cong thành phầnhạt, hàm lượng ngậm nước, giới hạn Silicat và nhôm, pH của nước lỗ rỗng và hàmlượng mùn hữu cơ) ảnh đến tính chất của khối xi măng - đất.

Nếu hàm lượng sét tăng thì số lượng xi măng yêu câu cũng tăng ; có thể đó là dovới các hạt nhỏ thì diện tích bề mặt lớn và lượng tiếp xúc giữa xi măng và các hạt đất

sé tang.

Can đặc biệt chú ý trường hop đất có ham lượng hữu co cao, và những nơi mahàm lượng muối trong đất lớn, đặc biệt là muối Sunfat, chúng có thể ngăn cản quá

trình Hydrat hóa của xi măng.

Một số công trình gặp khó khăn khi xử lý đất có hàm lượng muối lớn (như các dảiđất ngập mặn ven biến) thì có thé khắc phục bang cách tăng hàm lượng xi măng Bởivì nhiều công trình nghiên cứu đã chỉ ra răng các khoáng chất Montmorilonite phảnứng dễ dang hơn muối Illite do tinh thể cấu tạo đơn giản và các đất có chứaMontmorite và Kaolanh ảnh hưởng đến phản ứng Puzzolan mạnh hơn đất có chứa

Iilite.

- Hàm lượng hữu cơ : Hàm lượng hữu cơ càng cao làm ngăn cản quá trình hydrat

hóa cùa xi măng, làm giảm cường độ chịu nén Lượng sét min cảng cao làm tăng

lượng xi măng can dùng

- Thành phần khoáng : Trong trường hợp đất có hoạt tính pozzolan cao thì đặctrưng cường độ của đất trộn xi măng phụ thuộc chủ yếu vào sự ứng xử về cường độcủa những hạt xi măng đông cứng Trong trường hợp đất có hoạt tính pozzolan kémthì đặc trưng cường độ của đất trộn xi măng phụ thuộc chủ yếu vào sự ứng xử vềcường độ của những hat đất đông cứng ( Saitoh, 1985) cho nên nếu điều kiện cải taođất nền như nhau thì loại đất có hoạt tính pozzolan cao hơn cho cường độ lớn hơn.Hilt và Davidson ( 1960) quan sát thấy răng các loại đất sét monmorilonit và kaolinitlà những hoạt chất pozzolan có hiệu quả so với các loại đất sét chứa khoáng illite ,

chlorite hoặc vermoculite Wissa và những người khác

( 1965) cũng giải thích rằng số lượng xi măng thứ cấp sinh ra trong phản ứngpozzolan giữa hạt sét và vôi tôi phụ thuộc vào số lượng và thành phần khoáng của

sét cũng như silica và alumina trong đât

- Độ pH của đất :Những phản ứng pozzolan lâu dài sẽ thuận lợi khi độ pH lớnvì phản ứng sẽ được đây nhanh nhờ độ hòa tan của silicatr và aluminate trong hạt sét

gia tang.

Trong một phạm vi nhất định, độ pH của đất có ảnh hưởng tích cực hoặc tiều cựcđến cường độ của mẫu xi măng — đất Trong giới han này, cường độ nén nở hôngkhông đơn giản phụ thuộc vào độ pH của đất mà còn dựa vào độ âm của đất (tức làlượng nước có chứa trong đất), xét đến các ảnh hưởng của tỷ lệ giữa nước hàm lượng

xi măng tương ứng đên cường độ nén nở hông.

Dat có độ pH trọng phạm vi 5 đến 6.3 có ảnh hưởn tích cực đến cường độ nén nởhông của mẫu xi măng đất Độ pH càng tăng thì cường độ của xi măng — đất càngtăng Tuy nhiên trong phạm vi từ 6.3 đến 6.9, độ pH có ảnh hưởng rất tiêu cực đến

cường độ của mau xi mang dat.

- Ty lệ xi măng / đất :Việc lựa chon ty lệ xi măng với dat ảnh hưởng rat lớnđến tính chất của hỗn hợp vật liệu xi măng đất và giá thành công trình Cường độkháng nén ( qu ) là một chỉ tiêu dé tính toán sức chịu tải của nền Một số nghiên cứucho thấy :

Cường độ của xi măng đất tăng lên theo tỉ số tăng lượng xi măng trộn vào Trongthực tế, tỷ lệ xi măng với đất thường chọn 7% - 15% , trong các trường hợp thông

thường thì không nên nhỏ hơn 12%

Tỷ lệ xi măng với đất (aw) được tính theo % khối lượng xi măng so với khối lượngđất Đề chọn tỷ lệ pha trộn các hỗn hợp gia cô theo phương pháp thí nghiệm trongphòng xác định sức kháng nén của mẫu xi măng đất

Lượng xi măng yêu cầu phụ thuộc vào loại đất , trạng thái của đất cần gia cô.Ty lệ xi măng với đất tối ưu ( so với trọng lượng khô của đất cần gia cỗ ) phụ thuộc

vào các loại đât khác nhau

Bảng 1-3 Bảng tổng hợp tỷ lệ xi măng với các loại đất khác nhau

STT Loai dat Ty lệ xi măng với dat ( %)

l Soi có tính chọn lọc kém , cát có tính chọn lọc 6 +10

kém và cát có tính chon loc tốt2 | Sét dẻo thấp , bùn dẻo thấp va bùn dẻo cứng 8+12

3 | Sét dẻo thấp , dẻo cứng 10+14

Bang 1-4 Tỷ lệ xi măng với đất của các loại đất khác nhau theo hệ thong phân

loạt Unified ( Mitchell and Freitag , 1959 )

STT Loai dat Ty lệ xi măng với dat ( %)1 | Đất tốt chứa sỏi , các hạt thô , cát hat mịn có | 5% hoặc ít hon

hoặc không có lượng nhỏ bùn hay sét

2 | Đất cát xấu với lượng nhỏ bùn 9 %3 | Loại đất cát còn lại 7%

4 | Đất chứa bùn không dẻo hoặc dẻo vừa phải 10%5 | Đất sét dẻo 13 % hoặc nhiều hơn

- Ảnh hưởng của tuổi xi măng — đất : Cường độ của xi măng - đất tăng lên theothời gian, tương tự như bê tông Hình 1-2 (Endo, 1976) đã chỉ ra ảnh hưởng của tuổitừ 2-2000 ngày đối với đất sét biển gia cô bởi xi măng Porland

Í tír1r3ey ngam nudcc — 100%

1 10 1ΠIo

Thest gGtan ninnm kết: ngay

Hình 1-2 Anh hưởng cua tudi đến cường độ

Kawasaki (1981) đã xây dựng quan hệ dựa trên phân tích tương quan hiệu chỉnh

cường độ nén nở hông cho đất sét biển vùng vịnh Tokyo trộn với xi măng Porland

0.26qus< qus< 0.63qu3

0.49qus— 64 < qu< 0.71 qus+ 5%

quøo= 1.17 ques

Ở day, qusla cường độ 28 ngày tuôi tinh theo KPa Hiệp hội CDMA (Cement Deep

Mixing Association of Japan) cua Nhật Ban (1994) đã hiệu chỉnh quan hệ trên thành:

qu2s= (1.49 ~ 1.56)quzquoi = (1.85 ~ 1.97)qư7

—? =-0.20+0.4581/,D“14

Ở đây, S›là cường độ ở D ngày tuổi; Sula cường độ ở 14 ngày tuổi Phương trìnhtrên dựa trên quan hệ thực nghiệm, do đó khi sử dụng phải hết sức chú ý Hamptonvà Edil (1998) đã lưu ý về việc áp dụng định luật Abram để xác định cường độ ximăng - đất

Cường độ của xi măng — đất tăng lên theo thời gian, tương tự như bê tông Nhưngvan dé là đối với mỗi loại đất và loại /luong chất kết kính khác nhau, người ta cannghiên cứu mối tương quan của sự phát triển cường độ đó Do đó, đối với mỗi côngtrình, luôn cần thiết chỉ rõ được về cơ bản mối quan hệ giữa cường độ nén 7 ngày và28 ngày Từ đó có thể nội suy/ngoại suy các kết quả cần dự đoán dựa vào mỗi tươngquan này Dự đoán mối trương quan này có ý nghĩa rất lớn trong van dé rút ngăn tiễn

độ đáng kê cho các dự án.

Tóm lại, cường độ xi mang đất tại hiện trường bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố nhưtính chất của đất, điều kiện trộn , thiết bị và quy trình trộn, điều kiện dưỡng hộ, tỷ lệxi măng và dat Vì thế cường độ hiện trường rất khó xác định chính xác trong giaiđoạn thiết kế sơ bộ Điều quan trọng là cần xác lập và kiểm chứng cường độ hiệntrường qua các bước bằng các thí nghiệm mẫu trộn trong phòng, kinh nghiệm đã tíchlũy, chế tạo khu vực thử và thí nghiệm kiểm chứng Thiết kế được sửa đôi nếu cácyêu câu không được đáp ứng day đủ Can chú ý rang bản chất của mẫu chế bị trongphòng thí nghiệm sẽ khác với bản chất của đất tại hiện trường Bởi vậy với bất cứmột công trình nào, trước khi thi công thì cần thiết phải tiễn hành các thí nghiệmtrong phòng nhằm biết rõ hiệu quả gia cố với từng loại đất cụ thé dé chọn được ty lệpha trộn tối ưu nhất

1.5 Thiết bị và công nghệ thi công

Hệ thong thiết bị co bản dé thực hiện biện pháp 6n định toàn khối bao gồm:máy dao, thiết bị trộn, bơm áp lực, thiết bị kiểm soát, hệ thông thu thập dữ liệu

Hình 1-3 Thiết bị cơ bản ồn định toàn khối

Với hệ thống thiết bị này, hiện nay, độ sâu gia cô tối đa đạt được từ 7 đến8m trong điều kiện thi công thuận lợi Độ sâu này phụ thuộc nhiều vào điềukiện làm việc, điều kiện địa chất Chiều sâu hiệu quả của biện pháp gia cô thayđổi từ 3-8 m Trong một số trường hop cụ thể, vẫn có thé áp dụng với độ sâu

nhỏ hơn, dưới 3 m.

Khi thi công, chất liên kết được đưa vào đất thông qua hệ thống đầu phun,rồi được trộn đều với đất nhờ trỗng xoay Cùng thời gian, cả thiết bị trộn dichuyển theo phương ngang và phương đứng dé xử lý toàn bộ khối dat

Tuy thuộc vào loại đất được xử lý, các kiểu khác nhau của thiết bị trộn cóthể được áp dụng (Hình 1-3) Chat liên kết khô được vận chuyền vào các thiết

bị trộn từ các bơm áp lực tự động sử dụng khí nén (Hình 1-4) Quá trình bơm

các chất liên kết và quá trình trộn được kiểm soát thông qua áp lực bơm và tốcđộ của trống quay Dữ liệu được thu thập va tong hợp thông qua hệ thống quan

lý riêng (Hình 1-5).

Xét về năng suất làm việc của hệ thống thiết bị gia cố, cần xét đến nhiều yếutố Bắt đầu từ việc cung ứng nhiên liệu, vật liệu gia cố Năng suất gia cố cònchịu ảnh hưởng của hệ thông thủy lực của máy đảo, lượng chất liên kết sử

dụng, chất lượng đất Ngoài ra, nhiệt độ không khí đặc biệt là vào mùa đông,

cũng như điều kiện nước ngầm đều có ảnh hưởng nhiều đến năng suất của việc

- Gia cô than bùn, khoảng 100 - 150 m3/h- Gia cô đất sét, khoảng 80 - 100 m3/h1.6 Các ứng dụng của phương pháp 6n định toàn khối

1.6.1 Ứng dụng địa kỹ thuậtPhương pháp 6n định toàn khối được áp dụng dé có thé xây dựng công trình trênkhu vực đất yếu, hoặc tái sử dụng đất yếu vào các công việc san lắp khác Cụ thể, cóthé áp dụng biện pháp 6n định toàn khối khi xây dựng các công trình sau:

- Cong trình đường bộ, đường sắt- Ha tang ky thuat do thi,

- _ Công trình biến, công trình thủy (cảng biển, cảng sông, đê kè, ),

- _ Công trình công cộng (công vién ),

- _ Công trình công nghiệp, thương mại (nền nhà kho, bến bãi, nhà máy, siêu thi )Ôn định toàn khối có thể được hoàn thành theo các cách sau:

- Gia cố hoàn toàn qua bé dày các lớp đất yếu,- Gia cô tới một độ sâu nhất định, không hết chiều dày đất yếu (tức là kết cau

"nôi")

- Két hợp gia cô nông ở phía trên, gia cô băng hệ cọc ở phía dưới.

Khi toàn bộ lớp day yéu được xử lý bang gia cô nông, nếu phía dưới là lớp đất tốtthì có thé giảm tối đa độ lún của nên đất trong quá trình khai thác ( Hình 1-6.a)

Trong trường hợp gia cố nông chỉ thực đến độ sâu nhất định, không hết lớp datyếu (Hình 1-6.b), nên đất làm việc theo so đồ nên liên hợp Thông qua lớp dat đãđược xử lý bang gia cố nông, tải trọng đất dap được phân phối đều trên diện rộnghơn, tới lớp đất yếu ở sâu hơn Ngoài ra, có thé kết hợp thêm biện pháp gia cố phanđất yếu vừa nêu bang giải pháp cọc cứng khi có yêu cầu cao về sức chịu tải của nền,hoặc khi đất quá yếu (Hình 1-6.c)

Ôn định toàn khối cũng có thé được áp dụng dé tao mặt bang thi công, đường di

chuyên của máy móc, xe cộ

Hình 1-6 Các dang ồn định toàn khối

a) hết chiều sâu của lớp đất yếu, b) ở một độ sâu nhát định và

c) tô hop cua gia cô nông va cọc.

1.6.2 Ung dụng trong xây dựng công trình đường bộTrong kết cầu nên mặt đường, ôn định toàn khối thường được sử dụng để xử lýnên đường hoặc lớp đáy áo đường trước khi xây dựng tang mặt Chức năng gia cô

nông trong trường hợp này là:

- Han chế độ lún của nền mặt đường.- Tang 6n định tổng thể

- Tang khả năng chịu tải trọng (do đã cải thiện được kha năng chống cắt của vậtliệu nền đường)

- Cai thiện điều kiện của các loại đất chất lượng thấp trước khi thi công nên dao,đồng thời cho phép tái sử dụng đất yếu

Trong một số trường hợp nên đào, có thé áp dụng biện pháp gia cố nông để giảmchi phí xây dựng công trình chống đỡ, hạn chế mở rộng hồ đào, giảm rủi ro ảnhhưởng tới công trình xung quanh Ngoài ra, còn có thé cải thiện được chất lượng củađất đào đào ra, cho phép giảm chi phí vận chuyển và tái sử dụng vật liệu

a) | b)

a) khu vực đường trước gia cô và b) sau khi gia cố, xây dựng mặt đường

1.6.3 Đường sắt

On định toàn khôi có thê giải quyét các nhu câu khác nhau trong các dự án cải tạo

hoặc xây mới tuyến đường sat Ví dụ (xem thêm Hình 1-8):

- Tang cường ôn định khu vực nên đường lân cận với tuyên đường sat cũ được

xây dựng trên đất yếu.- Cai thiện nền đất cho khu vực nền đường đắp mới hoặc nền đường dap hiện có

cần phải sửa chữa.- _ Xây dựng tường giảm chan, ngăn sự lan chuyền rung động tới công trình xung

quanh khi có tàu chạy qua.

- Cai thiện các điều kiện của đất chất lượng thấp (trước khi thi công nền đào)

Hình 1-8 Các trường hop áp dụng ôn định toàn khối trong các du án đường sốt

a) tường giảm chan, b) cải thiện nên dat hai bên đường sốt và

c) cải thiện nên dat dưới đường sắt.Ở Phan Lan, hệ thông đường sắt được xây dựng từ sớm, theo tiêu chuẩn cũ, với

toa xe nhỏ, chạy chậm Khi có các toa xe lớn hơn, nặng hơn chạy qua, sẽ kéo theo

nguy cơ phá hoại nền đường sắt Do đó, bắt buộc phải áp dụng các pháp tăng cường