Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ứng dụng trụ đất trộn xi măng trong vùng đất nhiễm phèn ở Ô Môn – Cần Thơ

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: Xác định loại xi măng, hàm lượng xi măng đến cường độ trụ đất trộn xi măng xử lý nền đất yếu ở khu vực Ô Môn thành phố Cần Thơ.. Ứng dụng kết quả thí ng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tại trường: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS ĐỖ THANH HẢI

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS NGUYỄN VIỆT TUẤN

4 TS PHẠM TƯỜNG HỘI - ỦY VIÊN HỘI ĐỒNG 5 TS NGUYỄN MẠNH TUẤN - THƯ KÝ HỘI ĐỒNG Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: HUỲNH NGỌC THẮM MSHV: 7140772 Ngày, tháng, năm sinh: 29/06/1982 Nơi sinh: Bạc Liêu Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số: 60.58.02.11

I TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG VÙNG ĐẤT NHIỄM PHÈN Ở Ô MÔN – CẦN THƠ

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Nhiệm vụ: Xác định loại xi măng, hàm lượng xi măng đến cường độ trụ đất trộn xi

măng xử lý nền đất yếu ở khu vực Ô Môn thành phố Cần Thơ Ứng dụng kết quả thí nghiệm, tính toán theo phương pháp giải tích và theo phương pháp mô phỏng bằng phần tử hữu hạn cho công trình tuyến đường LIA 4 – quận Ô Môn thành phố Cần Thơ

Nội dung:

Mở đầu: Chương 1: Tổng quan về trụ đất trộn xi măng và tình hình nghiên cứu, ứng dụng trụ đất trộn xi măng

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán và các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của trụ đất trộn xi măng

Chương 3: Thí nghiệm xác định sự thay đổi cường độ và mô đun đàn hồi của mẫu đất trộn xi măng theo loại xi măng và hàm lượng xi măng

Chương 4: Ứng dụng xử lý nền đất yếu công trình tuyến đường LIA 4 – quận Ô Môn thành phố Cần Thơ

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

ĐÀO TẠO

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS ĐỖ THANH HẢIPGS.TS LÊ BÁ VINHPGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy Cô trong bộ môn Địa cơ – nền móng, khoa Kỹ thuật xây dựng trường Đại học Bách khoa đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức rất cần thiết, những kinh nghiệm hết sức hữu ích trong trong thời gian tham gia khóa học

Với tất cả lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Tiến sĩ Đỗ Thanh Hải Mặc dù Thầy rất bận rộn trong công tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học, nhưng Thầy vẫn nhiều thời gian quý báu để hướng dẫn tận tình, cụ thể, và tào điều kiện tốt nhất, giúp em hoàn thành luận văn trong thời gian quy định

Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp

TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 1015

Học viên HUỲNH NGỌC THẮM

TÓM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài:

“Nghiên cứu ứng dụng trụ đất trộn xi măng trong vùng đất nhiễm phèn ở Ô Môn – Cần Thơ”

Tóm tắt đề tài:

Luận văn tập trung nghiên cứu loại xi măng và hàm lượng xi măng đến cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi của trụ đất trộn xi măng theo kết quả thí nghiệm nền đất yếu – có độ pH thấp ở khu vực Ô Môn – Cần Thơ Từ kết quả thí nghiệm tác giả đã xác định được loại xi măng phù hợp cho vùng đất này và hàm lượng xi măng thích hợp để xử lý nền đất yếu Ứng dụng kết quả thí nghiệm vào tính toán công trình cụ thể ở khu vực, kết quả tính toán độ lún giảm hơn 8 lần so với nền đất yếu chưa gia cố

SUMMARY OF THESIS TOPIC

“Researching application of soil cement column in alum earth areas Omon – Cantho”

ABSTRACT

This study investigates cement species and cement content to compressive strength and modulus of soil cement column test results from weak ground - low pH in areas Omon – Cantho From the experimental results the authors have identified cements suitable for this land and cement content suitable for processing soft clay foundation Application of test results to calculate the specific projects in the areas, settlement calculation results redution more than 8 times the soft ground not reinforced

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, đây là công trình khoa học do chính tôi nghiên cứu, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Đỗ Thanh Hải

Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây

Nếu có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng về kết quả luận văn của mình

TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015

Tác giả

4 Phương pháp nghiên cứu 10

5 Nội dung nghiên cứu 10

2.1.2.1 Giai đoạn hòa tan: 16

2.1.2.2 Giai đoạn hóa keo: 16

2.1.2.3 Giai đoạn kết tinh: 17

2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ trụ đất trộn xi măng 17

2.2.1 Ảnh hưởng của loại đất 17

2.2.2 Ảnh hưởng của tuổi đất trộn xi măng 18

2.2.3 Ảnh hưởng loại xi măng 19

2

2.2.4 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng 19

2.2.5 Ảnh hưởng của lượng nước 20

2.2.6 Ảnh hưởng của độ pH 21

2.2.7 Ảnh hưởng của độ rỗng 22

2.3 Các phương pháp tính toán trụ đất trộn xi măng 22

2.3.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ đất trộn xi măng làm việc như cọc 22

a/ Ðánh giá ổn định trụ đất trộn xi măng theo trạng thái giới hạn 1 22

b/ Ðánh giá ổn định trụ đất trộn xi măng theo trạng thái giới hạn 2 23

2.3.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm như nền tương đương 23

2.3.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á 23

a/ Khả năng chịu tải của trụ đơn

23

b/ Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ 24

2.3.4 Tính toán các thông số trụ đất trộn xi măng 26

3.1 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của mẫu đất trộn với xi măng 300

3.1.1 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm và chuẩn bị vật tư 300

3.1.2 Các đặc trưng cơ lý của đất, xi măng làm thí nghiệm 311

3.1.2.1 Đặc trưng cơ lý của đất tự nhiên 311

3.1.2.2 Lựa chọn và thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý các loại xi măng tạo trụ đất trộn xi măng 322

a/ Lựa chọn loại xi măng tạo tạo trụ đất trộn xi măng 322

b/ Thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý các loại xi măng tạo trụ đất trộn xi măng 322

3.2 Công tác chế bị mẫu thử trụ đất trộn xi măng 333

3.2.1 Chuẩn bị đất thí nghiệm 333

3

3.2.2 Xác định lượng xi măng dùng trong thí nghiệm 333

3.2.3 Xác định lượng nước dùng trong thí nghiệm 344

3.2.4 Đúc mẫu và bảo dưỡng mẫu 344

3.2.5 Thí nghiệm nén xác định cường độ trụ đất trộn xi măng 365

3.2.6 Tính toán kết quả thí nghiệm………37

3.2.7 Kết quả thí nghiệm 3838

a/ Kết quả thí nghiệm với xi măng Tây Đô PCB40 ở 7, 14 và 28 ngày tuổi 3838

b/ Kết quả thí nghiệm với xi măng Tây Đô Stable Soil ở 7, 14 và 28 ngày tuổi 3939

3.3 Phân tích kết quả thí nghiệm 411

4.1.4 Tài nguyên đất, tài nguyên nước 4747

4.1.5 Tài nguyên khoáng sản 4747

4.2 Mô tả công trình 467

4.3 Địa tầng khu vực Ô Môn thành phố Cần Thơ 488

4.4 Tính toán độ lún và ổn định của nền đường khi chưa gia cố 500

4.4.1 Tính toán theo tiêu chuẩn 22 TCN262-2000 500

4.4.2 Mô phỏng bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn 54

4.4.3 Phân tích kết quả 56

4.5 Tính toán độ lún và ổn định của nền đường đã gia cố trụ đất trộn xi măng 56

4.5.1 Tính toán bằng phương pháp giải tích 56

4.5.1.1 Tải trọng tính toán 56

a/ Số liệu tính toán 56

b/ Ước lượng độ lún của nền đường đã gia cố trụ đất trộn xi măng 56

4.5.1.2 Tính toán thiết kế trụ đất trộn xi măng 58

a/ Xác định khả năng chịu tải của trụ đơn theo đất nền 58

b/ Xác định khả năng chịu tải của trụ đơn theo vật liệu 58

4

c/ Xác định khoảng cách giữa các trụ 59

d/ Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ 61

e/ Tính toán các thông số của nền tương đương 61

f/ Kiểm tra tải trọng tác dụng lên trụ đất trộn xi măng 62

4.5.1.3 Tính toán độ lún tổng cộng của nền đất yếu sau khi gia cố trụ đất trộn xi măng 63

a/ Tính toán độ lún h1trong khối gia cố 63

b/ Tính toán độ lún h2dưới khối gia cố 64

4.5.2 Mô phỏng bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn 66

4.5.2.1 Vật liệu đất trộn xi măng được mô phỏng theo mô hình đàn hồi tuyến tính (Linear elastic) 67

4.5.2.2 Vật liệu đất trộn xi măng được mô phỏng theo nền tương đương 687

Ap (m2) : diện tích đất nền thay thế bằng đất trộn xi măng As (m2) : diện tích đất nền cần thay thế

Ecol (kN/m2) : mô đun đàn hồi của trụ đất trộn xi măng Cucol (kN/m2) : cường độ kháng cắt của vật liệu đất trộn xi măng

Acol (m2) : diện tích tiết diện ngang của trụ đất trộn xi măng Asoil (m2) : diện tích vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh trụ đất trộn xi măng

Etđ (kN/m2) : mô đun đàn hồi nền tương đương Ctđ (kN/m2) : mực dính tương đương của nền đất yếu được gia cố

E50 (kN/m2) : là mô đun đàn hồi của trụ đất trộn xi măng đạt đến 50% phá hủy

Lcol (m) : chiều dài trụ B, L, H (m) : chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm trụ đất trộn xi măng

hi (m) : chiều dày lớp đất tính toán thứ i ei0 : độ rỗng ban đầu của lớp đất tính toán thứ i

 (kN/m2) : áp lực hữu hiệu do trọng lượng bản thân các lớp đất tự nhiên nằm trên lớp i

ipz

) : áp lực tiền cố kết ở lớp i

iz

 (kN/m2) : áp lực do tải trọng gây lún ở lớp i; Qp kN : khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cọc ffs : hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất fq : hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài

q (kN/m2) : tải trọng ngoài tác dụng lên đỉnh cột đất k0 : hệ số ứng với tải phân bố đều trên diện tích chữ nhật

Zi (m) : khoảng cách từ đỉnh cột đất đến trọng tâm lớp thứ i γ’i (kN/m3) : trọng lượng riêng đẩy nổi ở lớp đất thứ i

Si (m) : độ lún cố kết ở lớp thứ i Wc (g) : khối lượng xi măng W0 (g) : khối lượng đất phơi khô w (%) : hàm lượng nước tự nhiên của đất w0 (%) : hàm lượng nước của đất phơi khô

5

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ thi công trụ đất trộn xi măng theo phương pháp trộn khô 13Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ thi công trụ đất trộn xi măng theo phương pháp trộn ướt 14

Hình 2.1 Ảnh hưởng của loại đất 17

Hình 2.2 Ảnh hưởng của loại xi măng đến cường độ nén 19

Hình 2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ nén 20

Hình 2.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ xi măng đến cường độ nén nở hông cầu Khánh Hội 20

Hình 2.5 Ảnh hưởng của lượng nước ban đầu đến cường độ nén 21

Hình 2.6 Ảnh hưởng của độ pH đến cường độ nén nở hông ở đại lộ Đông tây Sài Gòn 21

Hình 2.7 Ảnh hưởng của độ rỗng đến cường độ nén nở hông ở đại lộ Đông tây Sài Gòn 22

Hình 2.8 Mô hình tính lún trường hợp A 24

Hình 2.9 Mô hình tính lún cho trường hợp B 26

Hình 3.1 Máy đo pH 300

Hình 3.2 Máy nén đơn không hạn chế nở hông 300

Hình 3.3 Máy trộn mẫu xi măng - đất 311

Hình 3.4 Quá trình trộn và đúc mẫu xi măng – đất 355

Hình 3.5 Mẫu xi măng – đất sau khi được tháo khuôn và bảo dưỡng 355

Hình 3.6 Mẫu xi măng – đất sau khi được gia công và lắp đặt vào máy nén 366

Hình 3.7 Mẫu xi măng – đất sau khi bị phá hoại 366

Hình 3.8 Cường độ của xi măng - đất tăng lên theo hàm lượng xi măng ở 28 ngày tuổi 411

Hình 3.9 Mối tương quan giữa cường độ chịu nén 7 ngày và 28 ngày tuổi (xi măng Tây Đô PCB40) 422

Hình 3.10 Mối tương quan giữa cường độ chịu nén 7 ngày và 28 ngày tuổi (xi măng Tây Đô Stable Soil) 422

Hình 3.11 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến mô đun đàn hồi ở 28 ngày tuổi 433Hình 3.12 Cường độ của xi măng - đất tăng lên theo thời gian với hàm lượng 13% 433Hình 3.13 Mối tương quan giữa biến dạng phá hoại trung bình của mẫu xi măng – đất với hàm lượng xi măng (Xi măng Tây Đô PCB40) 444

Hình 3.14 Mối tương quan giữa biến dạng phá hoại của mẫu xi măng – đất với hàm lượng xi măng (Xi măng Tây Đô Stable Soil) 444

6

Hình 4.1 Vị trí địa lý thành phố Cần Thơ 46

Hình 4.2 Địa tầng đại diện tại khu vực Ô Môn 48

Hình 4.3 Mô hình tính lún theo phương pháp tổng lớp phân tố của lớp đất 1 522

Hình 4.4 Mô hình tính lún theo phương pháp tổng lớp phân tố của nền tự nhiên 544

Hình 4.5 Mô phỏng nền đường chưa gia cố 555

Hình 4.6 Kết quả tính toán tổng độ lún khi đắp đất trực tiếp trên nền tự nhiên 555

Hình 4.7 Sơ đồ xác định Lp, Ls 60

Hình 4.8 Kích thước cơ bản nền tự nhiên đã được gia cố trụ xi măng – đất 60

Hình 4.9 Mô hình tính lún theo phương pháp tổng lớp phân tố của nền sau khi gia cố trụ đất trộn xi măng 665

Hình 4.10 Mô hình nền đường gia cố trụ đất trộn xi măng 67

Hình 4.11 Kết quả tính toán tổng chuyển vị nền đường gia cố trụ đất trộn xi măng 687Hình 4.12 Kết quả tính toán hệ số ổn định nền đường 687

Hình 4.13 Mô hình nền đường gia cố trụ đất trộn xi măng 698

Hình 4.14 Kết quả tính toán tổng độ lún nền đường gia cố gia cố trụ đất trộn xi măng 69

Hình 4.15 Kết quả tính toán hệ số ổn định nền đường đã gia cố trụ đất trộn xi măng 709

Hình 4.16 Mô hình nền đường gia cố với a=0.196 71

Hình 4.17 Kết quả tính toán tổng chuyển vị nền đường S = 4,193 (cm) 721

Hình 4.18 Kết quả tính toán hệ số ổn định nền đường đã gia cố trụ đất trộn xi măng 721

Hình 4.19 Mô hình nền đường gia cố với a = 0,283 73

Hình 4.20 Kết quả tính toán tổng chuyển vị nền đường S = 4,096 (cm) 743

Hình 4.21 Kết quả tính toán hệ số ổn định nền đường đã gia cố trụ đất trộn xi măng 743

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất làm thí nghiệm 311

Bảng 3.2 Thành phần hóa học của xi măng Tây Đô PCB40 322

Bảng 3.3 Đặc tính thu t của xi măng Tây Đô PCB40 322

Bảng 3.4 Thành phần hóa học của xi măng Tây Đô Stable Soil 333

Bảng 3.5 Đặc tính thu t của xi măng Tây Đô Stable Soil 333

Bảng 3.6 Số lượng mẫu xi măng – đất 366

Bảng 3.7 Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + xi măng Tây Đô PCB40 với aw = 13% và nén ở 7 ngày tuổi 3838

Bảng 3.8 Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + xi măng Tây Đô PCB40 với aw = 13% và nén ở 14 ngày tuổi 3838

Bảng 3.9 Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + xi măng Tây Đô PCB40 với hàm lượng xi măng hác nhau và nén ở 28 ngày tuổi 3939

Bảng 3.10 Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + xi măng Tây Đô Stable Soil với aw = 13% và nén ở 7 ngày tuổi 3939

Bảng 3.11 Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + xi măng Tây Đô Stable Soil với aw = 13% và nén ở 14 ngày tuổi 400

Bảng 3.12 Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + xi măng Tây Đô Stable Soil với hàm lượng xi măng hác nhau và nén ở 28 ngày tuổi 400

Bảng 3.13 So sánh tỷ lệ gia tăng cường độ của 2 loại xi măng ở hàm lượng aw = 13% 411

Bảng 3.14 Bảng tổng hơp chênh lệch về cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi giữa xi măng Tây Đô Stable Soil và xi măng Tây Đô PCB40 411

Bảng 3.15 Bảng tổng hơp mô đun đàn hồi của 2 loại xi măng ứng với các hàm lượng xi măng hác nhau 433

Bảng 4.1 Tổng hợp thành phần địa chất các lớp đất 49

Bảng 4.2 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý 500

8

Bảng 4.3 Độ lún của lớp đất 1 hi chưa gia cố 511

Bảng 4.4 Bảng tính dự báo độ lún cố kết theo thời gian của lớp đất 1 533

Bảng 4.5 Độ lún của nền tự nhiên hi chưa gia cố 534

Bảng 4.6 Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng đất nền tự nhiên 555

Bảng 4.7 Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng lớp đất 1 587

Bảng 4.8 Bảng tính dự báo độ lún cố kết theo thời gian của lớp 1 sau khi gia cố trụ đất trộn xi măng 643

Bảng 4.9 Độ lún của đất chưa gia cố, dưới mũi trụ 654

Bảng 4.10 Tổng hợp độ lún của nền đường chưa và đã gia cố bằng trụ xi măng – đất theo phương pháp giải tích 665

Bảng 4.11 Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng đất nền 676

Bảng 4.12 Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng v t liệu xi măng – đất 676

Bảng 4.13 Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng đất nền 687

Bảng 4.14 Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng v t liệu đất trộn xi măng 698

Bảng 4.15 Bảng tổng hợp kết quả các giải pháp xử lý đất yếu 69

Bảng 4.16 Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng đất nền 710

Bảng 4.17 Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng v t liệu xi măng – đất 710

Bảng 4.18 Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng đất nền 732

Bảng 4.19 Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng v t liệu xi măng – đất 732

Bảng 4.20 Bảng tổng hợp kết quả các giải pháp xử lý đất yếu 743

9

MỞ ĐẦU

1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đồng bằng sông Cửu Long nói chung và khu vực thành phố Cần Thơ nói riêng có điều kiện địa chất không thu n lợi cho việc xây dựng, nền đất tự nhiên trong nhiều trường hợp chưa đáp ứng được khả năng chịu tải của các công trình thiết kế bên trên như nhà, đường xá, kho bãi, cầu, cống…

Trong thực tế, có nhiều phương pháp xử lý gia cố nền đất yếu hác nhau đã áp dụng như: cọc bê tông cốt thép, cọc cát, cọc tràm, bấc thấm kết hợp gia tải trước, giếng cát…Tuy nhiên, mỗi phương pháp điều có những ưu nhược điểm giới hạn về mặt kinh tế và k thu t Đặc biệt với nền đất yếu chịu tải trọng công trình bên trên nhẹ, diện tích rộng và kéo dài thì phương pháp trụ xi măng đất đáp ứng được nhiều ưu điểm về giá thành cũng như hiệu quả k thu t

Điều kiện địa chất và thủy văn của khu vực có nhiều vùng đất bị nhiễm phèn, có độ pH thấp Việc gia cố nền đất trộn xi măng trong vùng đất nhiễm phèn sẽ làm giảm cường độ của hỗn hợp Do đó, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng trụ đất xi măng trong vùng đất nhiễm phèn ở Ô Môn - Cần Thơ” được thực hiện nhằm đánh giá sự thay đổi cường độ này và tìm ra loại xi măng thích hợp cho hỗn hợp Kết quả nghiên cứu có thể giúp cho những k sư địa k thu t và k sư xây dựng có được một phương pháp thích hợp khi triển khai thiết kế, thi công cho khu vực thành phố Cần Thơ

2 Mục tiêu đề tài

- Thí nghiệm xác định loại xi măng và hàm lượng xi măng ảnh hưởng đến cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi của hỗn hợp đất trộn xi măng Ứng dụng kết quả thu được từ thí nghiệm, tính toán độ lún và độ ổn định cho nền đất yếu công trình tuyến đường LIA 4 – qu n Ô Môn thành phố Cần Thơ bằng phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn, so sánh kết quả tính toán này với nền đất tự nhiên chưa được gia cố

3 Mục đích đề tài

Giúp cho những người làm công tác xây dựng có được một kho tài liệu và cơ sở tham khảo để xử lý nền đất yếu có độ pH thấp cho các công tình có tải trọng nhẹ, khối đắp, ổn định mái dốc… ở khu vực Ô Môn, cũng như ở các khu vực khác có nền đất yếu tương tự

10

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về trụ đất trộn xi măng Tổng hợp và phân tích về việc hình thành cường độ của hỗn hợp xi măng đất

- Phương pháp tính toán: Áp dụng lý thuyết để tính toán thiết kế trụ đất trộn xi măng

- Phương pháp thực nghiệm: Khoan lấy mẫu đất tự nhiên, đo pH ở điều kiện tự nhiên, chế bị mẫu xi măng đất với các loại xi măng và hàm lượng xi măng khác nhau

- Phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn để kiểm toán điều kiện ổn định công trình

5 Nội dung nghiên cứu

- Tình hình, nghiên cứu ứng dụng phương pháp trụ đất trộn xi măng - Cơ sở lý thuyết phương pháp tính toán thiết kế trụ đất trộn xi măng - Công nghệ thi công trụ đất trộn xi măng

- Đặc điểm nền đất yếu ở Ô Môn – Cần Thơ - Nghiên cứu, chọn loại xi măng và hàm lượng xi măng tạo trụ đất trộn xi măng cho đất yếu ở Ô Môn

- Ứng dụng phương pháp trụ đất trộn xi măng cho công trình ở Ô Môn

6 Phạm vi nghiên cứu

Ứng dụng của phương pháp trụ đất trộn xi măng trong vùng đất yếu ở Ô Môn – Cần Thơ

Quá trình phun (hoặc bơm) chất gia cố để trộn với đất trong hố khoan, tùy theo yêu cầu có thể được thực hiện ở cả hai pha khoan xuống và rút lên của mũi hoan hoặc chỉ thực hiện ở pha rút mũi hoan lên

Khi mũi hoan được rút khỏi hố hoan, đất trong hố hoan đã được trộn đều với chất kết dính dần dần đông cứng tạo thành trụ đất trộn xi măng

1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ đất trộn xi măng trên thế giới [7]

Tại Châu Âu, công nghệ trụ đất trộn xi măng được nghiên cứu bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan vào năm 1967 Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (cao 6m, dài 8m) đã được xây dựng ở Phần Lan, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng và chiều dài trụ về mặt khả năng chịu tải

Tại Châu Á, nước ứng dụng trụ đất trộn xi măng nhiều nhất là Nh t Bản và các nước vùng Scandinaver Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nh t Bản), tính chung trong giai đoạn 80-96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3

Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia cố bằng trụ đất trộn xi măng ở Nh t vào khoảng 23,6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng 300 dự án Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m3

Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu vào những năm 1970, tổng khối lượng xử lý bằng trụ đất trộn xi măng ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m3

1.3 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ xi măng đất tại Việt Nam

12

Tại Việt Nam, việc áp dụng thi công đại trà gia cố nền đất sử dụng công nghệ trộn khô thi công trụ đất trộn xi măng bắt đầu được tiến hành từ những năm đầu thế kỷ 21 Năm 2001, t p đoàn Hercules của Thụy Điển hợp tác với công ty Cổ phần phát triển xây dựng (TDC) thuộc Tổng công ty xây dựng Hà Nội đã thi công xử lý nền móng cho 08 bể chứa xăng dầu có đường kính 21m, cao 9m (dung tích 3000m3/bể) của công ty Tổng ho xăng dầu Cần Thơ bằng trụ đất trộn xi măng Từ năm 2002 đến 2005 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng trụ đất xi măng vào xây dựng các công trình trên nền đất yếu như: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m trụ đất trộn xi măng có đường kính 0,6m, gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ (Hải Phòng), dự án thoát nước đô thị Đồ Sơn – Hải Phòng, dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu, các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn hô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m, tham khảo tài liệu [7]

Năm 2004, Viện khoa học Thủy lợi đã tiếp nh n chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nh t Bản Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này trong nghiên cứu sức chịu tải của trụ đơn và nhóm trụ, khả năng chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến tính chất của trụ đất trộn xi măng …nhằm ứng dụng trụ đất trộn xi măng vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thủy lợi [7]

Tại Nghệ An, nhóm đề tài cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại, cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An), tại thành phố Đà Nẵng, trụ đất trộn xi măng được ứng dụng ở plazza Vĩnh Trung dưới 2 hình thức: làm tường trong đất và làm cọc thay cọc nhồi [7]

Tại Hà Nội, hầm đường bộ Kim Liên được xây dựng trong khu vực địa chất yếu, nhất là khu vực phía đường Đào Duy Anh, chính vì v y nền đất dưới hầm đã được cải tạo bằng phương pháp trụ đất gia cố xi măng với chiều dày khoảng 1,5 – 6,0m Việc gia cố đất tại đáy bằng phương pháp trụ đất gia cố xi măng hông nhằm gia cố nền đất mà chỉ với mục đích chống trượt trồi hi đào xuống độ sâu lớn (trên 10m) và cũng hông phải gia cố tại tất cả các vị trí đào mà căn cứ theo điều kiện địa chất từng khu vực, có nơi gia cố, có nơi hông Việc gia cố ảnh hưởng đến độ lún của các đốt hầm Đường Láng Hòa Lạc nối Thủ đô Hà Nội với khu công nghệ cao Hòa Lạc đi qua nhiều sông ngòi và có nhiều gia cắt với đường bộ, đường sắt, dọc theo con đường

13

này có nhiều hạng mục công trình trong quá trình thi công đã dùng trụ đất trộn xi măng để xử lý nền đất yếu, chống lún chống trượt đất cho mái dốc, ổn định đất đường hầm

Tại thành phố Hồ Chí Minh, trụ đất trộn xi măng được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây, buidling Saigon Times Square…Hiện nay, các k sư hãng Orbitec đang đề xuất sử dụng trụ đất trộn xi măng để chống thấm ổn định công trình Hồ bán nguyệt – hu đô thị Phú M Hưng, dự án đường trục Bắc Nam (giai đoạn 3) cũng iến nghị chọn trụ xi măng đất xử lý đất yếu [7]

Tại Cần Thơ - H u Giang - Kiên Giang, trụ đất trộn xi măng được sử dụng trong Tiểu dự án khép kín tuyến đê, cống vùng Ô Môn – Xà No giai đoạn 1, Tiểu dự án được thiết kế bởi Liên danh HECII-Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam và Công ty TV & GCCN Đại học Thủy Lợi, thực hiện cho 10 gói thầu với công nghệ trộn ướt

1.4 Các công nghệ thi công 1.4.1 Công nghệ trộn khô:

Trộn khô là quá trình gồm xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn bột xi măng hô với đất có hoặc không có phụ gia

Nguyên lý trộn hô được mô tả trên hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ thi công trụ đất trộn xi măng theo phương pháp trộn khô

14

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ thi công trụ đất trộn xi măng theo phương pháp trộn ướt

1.5 Ưu điểm trụ đất trộn xi măng

- Phạm vi ứng dụng rộng, thích hợp mọi loại đất từ bùn sét đến sỏi cuội - Có thể xử lý lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến lớp đất tốt - Thi công được trong nước

- Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các công trình lân c n

- Rất sạch sẽ và giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường - Thiết bị thi công, v t liệu sử dụng hông quá đắt Hiệu quả kinh tế cao, giá thành hạ hơn nhiều so với các phương án xử lý khác

1.6 Kết luận chương 1

- Phương pháp trụ đất trộn xi măng đã và đang được ứng dụng có hiệu quả ở nhiều nước trên thế giới Ở Việt Nam, phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi và kết quả đạt được tốt ở các công trình có quy mô không quá lớn, tải trọng công trình bên trên nhẹ và có tầng đất yếu dày như ở ĐBSCL…

- Đất yếu ở ĐBSCL phân bố trên diện rộng, có chiều dày lớn Vì v y tác giả chọn Ô Môn là vùng đất được đề c p để nghiên cứu loại xi măng và hàm lượng xi măng đén cường độ của trụ đất trộn xi măng

- Ưu điểm của trụ đất trộn xi măng; Công nghệ thi công trụ đất trộn xi măng, sự giống và khác nhau của từng loại công nghệ

- Ứng suất nén ép (σz) nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 ứng suất bản thân (σbt) của đất - Ứng suất nén ép (σz) nhỏ hơn hoặc bằng áp lực bắt đầu cố kết thấm của đất

16

- Ứng suất nén ép σz20 – 30KPa Việc kiểm tra đánh giá định lượng tác dụng nén chặt đất khi gia cố bằng trụ đất trộn xi măng có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp như hoan lấy mẫu đất trong phạm vi giữa các trụ để xác định hệ số rỗng cũng như hối lượng thể tích của đất sau gia cố hoặc dùng thí nghiệm xuyên tĩnh hay nén tĩnh nền

3CaO.SiO2 + nH2O = Ca(OH)2 + 2CaO.SiO2(n-1)H2O 2CaO.SiO2 + mH2O = 2CaO.SiO2mH2O

3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O 4CaO.Al2O3Fe2O3 + nH2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.mH2O Các sản phẩm chủ yếu được hình thành sau quá trình thủy hóa là Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O, 2CaO.SiO2mH2O và CaO.Fe2O3.mH2O Quá trình ninh kết của xi măng có thể chia ra làm ba giai đoạn như sau:

2.1.2.1 Giai đoạn hòa tan:

Các chất Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O sinh ra sau quá trình thủy hóa hòa tan được trong nước sẽ diễn ra ngay l p tức hòa tan tạo thành thể dịch bao quanh mặt hạt xi măng

2.1.2.2 Giai đoạn hóa keo:

Khi đến một giới hạn nào đó, lượng các chất Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O không thể hòa tan được nữa và sẽ tồn tại ở dạng thể keo Chất silicat bicalcitc (2CaO.SiO2) không hòa tan sẽ tách ra ở dạng phân tán nhỏ trong dung dịch, tạo thành dạng eo phân tán Lượng keo này ngày càng sinh ra nhiều, làm cho các hạt keo phân

17

tán tương đối nhỏ kết tụ lại thành những hạt keo lớn hơn ở dạng sệt khiến cho xi măng mất dần tính dẻo và ninh kết lại dần dần nhưng chưa hình thành cường độ

2.1.2.3 Giai đoạn kết tinh:

Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O từ dạng thể ngưng eo chuyển sang dạng kết tinh, các tinh thể nhỏ đan chéo nhau làm cho xi măng bắt đầu có cường độ, 2CaO.SiO2mH2O tồn tại ở dạng thể keo rất lâu, sau đó có một phần chuyển thành tinh thể Do hàm lượng nước ngày càng mất đi, eo dần dần bị khô, ninh kết chặt lại và trở nên rắn chắc

Các giai đoạn hòa tan, hóa keo và kết tinh không xảy ra độc l p mà xảy ra đồng thời với nhau, xen kẽ nhau hạt keo với tinh thể, chúng phát triển và tăng dần cường độ

2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ trụ đất trộn xi măng 2.2.1 Ảnh hưởng của loại đất

Bản chất hóa lý của đất (như đường cong thành phần hạt, hàm lượng ng m nước, giới hạn Silicat và nhôm, pH của nước lỗ rỗng và hàm lượng mùn hữu cơ) ảnh hưởng đến tính chất của khối xi măng – đất

Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng (sử dụng với khối lượng lớn) theo phân bố thành phần hạt được trình bày ở hình 2.1 (Kaki và Yang, 1991), tham khảo tài liệu [8], nói chung nếu hàm lượng sét tăng thì số lượng xi măng yêu cầu cũng tăng, có thể đó là do với các hạt nhỏ thì diện tích bề mặt lớn và lượng tiếp xúc giữa xi măng và các hạt đất sẽ tăng

Hình 2.1 Ảnh hưởng của loại đất

18

Trường hợp đất có hàm lượng hữu cơ cao, và những nơi có hàm 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 hó hăn hi xử lý đất có hàm lượng muối lớn (như các dải đất ng p mặn ven biển) thì có thể khắc phục bằng cách tăng hàm lượng xi măng Bởi vì nhiều công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng các khoáng chất Montmorilonite phản ứng dễ dàng hơn Illite do tinh thể cấu tạo đơn giản và đất có chứa Montmorite và Kaolanh ảnh hưởng đến phản ứng Puzzolan mạnh hơn đất có chứa Illite

Hàm lượng hữu cơ này ngăn cản quá trình hydrat hóa của xi măng Về cơ bản, hàm lượng hạt sét tăng sẽ làm giảm cường độ của xi măng – đất vì các hạt sét có kích thước hạt nhỏ, diện tích bề mặt tiếp xúc lớn sẽ yêu cầu một lượng xi măng lớn hơn để liên kết giữa xi măng và đất Các hạt sét đã liên ết chặc chẽ tạo nên một lớp nền cứng, cho cường độ đất trộn xi măng rất cao

2.2.2 Ảnh hưởng của tuổi đất trộn xi măng Cường độ của đất trộn xi măng tăng lên theo thời gian, tương tự như bê tông Kawasaki (1981), [8] đã xây dựng quan hệ dựa trên phân tích tương quan hiệu chỉnh cường độ nén nở hông của đất sét vùng vịnh Tokyo trộn với xi măng Porland

19

Trong đó: SD là cường độ ở D ngày tuổi; S14 là cường độ ở 14 ngày tuổi Phương trình (2-7) dựa trên quan hệ thực nghiệm, do đó hi sử dụng phải hết sức chú ý Hampton và Edil (1998) [8] đã lưu ý về việc áp dụng định lu t Abram để xác định đất trộn xi măng Cường độ đất trộn xi măng tăng lên theo thời gian, tương tự như bê tông Nhưng vấn đề là đối với mỗi loại đất và loại/ lượng chất kết dính khác nhau, cần nghiên cứu mối tương quan của sự phát triển cường độ đó Do đó, đối với mỗi công trình, luôn cần thiết chỉ rõ được về cơ bản mối quan hệ giữa cường độ nén 7 ngày và 28 ngày Từ đó có thể nội suy/ngoại suy các kết quả cần dự đoán dựa vào mối tương quan này Dự đoán mối tương quan này có ý nghĩa rất lớn trong vấn đề rút ngắn tiến độ cho các dự án

Theo kết quả thí nghiệm thì mối quan hệ giữa cường độ nén nở hông 7 ngày và 28 ngày theo phương trình sau:

qu28 = 1,26qu7 + 401,5 (KN/m2) (2-12)

2.2.3 Ảnh hưởng loại xi măng

Loại và chất lượng xi măng ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ đối với mọi đất [8]

Hình 2.2 Ảnh hưởng của loại xi măng đến cường độ nén

2.2.4 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng

Khi hàm lượng xi măng tăng thì cường độ của xi măng đất cũng tăng, phụ thuộc vào loại đất và tính chất của xi măng [8]

20

Hình 2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ nén

Hình 2.3 cho thấy ảnh hưởng của hàm lượng xi măng, tính theo lượng xi măng trên một m3 đất, và cường độ nén nở hông khi gia cố cho một nền đất yếu

Hình 2.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ xi măng đến cường độ nén nở hông cầu Khánh Hội

Qua các kết quả thực tế, cho thấy mối quan hệ giữa tỷ lệ xi măng dùng với cường độ nén nở hông của mẫu đất trộn xi măng gần như là tuyến tính Lượng xi măng càng cao thì cường độ nén nở hông càng cao Tùy theo yêu cầu của thiết kế cần cường độ nén nở hông của mẫu đất trộn xi măng như thế nào ta có thể tính toán ngoại suy/nội suy cho lượng xi măng cần dùng trong một m3

đất

2.2.5 Ảnh hưởng của lượng nước

Việc tăng lượng nước trong đất sẽ làm giảm cường độ khối xi măng đất; thực nghiệm cho thấy ảnh hưởng của hàm lượng nước thay đổi từ 60 đến 120% trên mẫu thí nghiệm cho một loại đất xử lý với 5 đến 20% xi măng, sau 60 ngày ninh ết Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ giảm cho mọi hàm lượng xi măng [8]

Đất có độ pH trong phạm vi từ 5 đến 6,3 có ảnh hưởng tích cực đến cường độ nén nở hông của mẫu đất trộn xi măng Độ pH càng tăng thì cường độ của đất trộn xi măng càng tăng Tuy nhiên trong phạm vi từ 6,3 đến 6,9, độ pH có ảnh hưởng rất tiêu cực đến cường độ của mẫu đất trộn xi măng [8] và [12]

Hình 2.6 Ảnh hưởng của độ pH đến cường độ nén nở hông ở đại lộ Đông tây Sài Gòn

22

2.2.7 Ảnh hưởng của độ rỗng

Các kết quả thí nghiệm cho thấy rằng hệ số rỗng có ảnh hưởng không lớn đến cường độ nén nở hông của mẫu đất trộn xi măng Tuy nhiên, thực tế cũng chứng minh rằng, có một xu thế ảnh hưởng; độ rỗng càng lớn thì cường độ mẫu đất trộn xi măng càng cao Độ rỗng trong đất càng lớn thì khi trộn xi măng vào đất, khả năng lắp đầy của xi măng vào các lỗ rỗng trong đất càng cao, tạo nên gia cố nền đất đang yếu là rất lớn, tham khảo tài liệu [8]

Hình 2.7 Ảnh hưởng của độ rỗng đến cường độ nén nở hông ở đại lộ Đông tây Sài

Gòn

2.3 Các phương pháp tính toán trụ đất trộn xi măng 2.3.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ đất trộn xi măng làm việc như cọc

a/ Ðánh giá ổn định trụ đất trộn xi măng theo trạng thái giới hạn 1

Ðể móng cọc đảm bảo an toàn cần thỏa mãn các điều kiện sau: Nội lực lớn nhất trong một trụ: Nmax < Qult/Fs (2-13) Moment lớn nhất trong một trụ: Mmax< [M] của v t liệu làm trụ (2-14)

Trong đó: Qult – Sức chịu tải giới hạn của trụ đất trộn xi măng

[M] – Moment giới hạn của trụ đất trộn xi măng Fs – Hệ số an toàn

23

b/ Ðánh giá ổn định trụ đất trộn xi măng theo trạng thái giới hạn 2

Tính toán theo trạng thái giới hạn 2, đảm bảo cho móng trụ không phát sinh

Trong đó: [S] – Ðộ lún giới hạn cho phép

i

S – Ðộ lún tổng cộng của móng trụ Nói chung, trong thực tế quan điểm này có nhiều hạn chế và có nhiều điểm chưa rõ ràng Chính vì những lý do đó nên ít được dùng trong tính toán

2.3.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm như nền tương đương

Nền trụ và đất duới đáy móng được xem như nền đồng nhất với các số liệu cường độ φtđ, Ctđ, Etđ đuợc nâng cao Gọi as là tỉ lệ giữa diện tích trụ đất trộn xi măng thay thế trên diện tích đất nền

ps

s

Aa =

φtđ = asφcol + (1-as) φsoil (2-18) Ctđ = asCcol + (1-as) φsoil (2-19) Etđ = asEcol + (1-as) φsoil (2-10) Trong đó:

Ap- Diện tích đất nền thay thế bằng đất trộn xi măng As - Diện tích đất nền cần thay thế

Theo phương pháp tính toán này, bài toán gia cố đất có 2 tiêu chuẩn cần kiểm tra: tiêu chuẩn về cuờng độ và tiêu chuẩn về biến dạng

2.3.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á

a/ Khả năng chịu tải của trụ đơn

Khả năng chịu tải giới hạn ngắn hạn của trụ đơn trong đất sét yếu được quyết định bởi sức kháng của đất sét yếu bao quanh (đất phá hoại) hay sức kháng cắt của v t liệu trụ (trụ phá hoại), theo tài liệu của D.T.Bergado:

Qult.soil = (πdLcol + 2,25πd2)CusoilTrong đó:

d: đường kính trụ

24

Lcol: chiều dài trụ Cusoil: lực dính của nền tự nhiên, được xác định bằng thí nghiệm ngoài trời như thí nghiệm cắt cánh hoặc thí nghiệm xuyên côn

Khả năng chịu tải giới hạn ngắn ngày do trụ bị phá hoại ở độ sâu z, theo Bergado:

Qult.col = Acol (3,5Cucol + Kbσh) Trong đó:

Kb: hệ số áp lực bị động; Kb = 3 khi φult.col = 30o

b/ Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ

Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ đất trộn xi măng được tính theo công

thức: Qult.col = 2CusoilH(B+L) + kCusoilBL

Trong đó: B, L, H – chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm trụ đất trộn xi măng k = 6: khi móng hình chữ nh t

k = 9: khi móng hình vuông, tròn Trong tính toán thiết kế, kiến nghị hệ số an toàn là 2,5 (theo D.T.Bergado) Ðộ lún tổng cộng gồm 2 thành phần là độ lún cục bộ của khối được gia cố (Δh1) và độ lún của đất không ổn định nằm dưới khối gia cố (Δh2) Có 2 trường hợp xảy ra:

Trường hợp A: tải trọng tác dụng tương đối nhỏ và trụ chưa bị rão Trường hợp B: tải trọng tương đối cao và tải trọng dọc trục tương ứng với giới hạn rão của trụ

* Trường hợp A:

Hình 2.8 Mô hình tính lún trường hợp A

 ,ipz,iz: áp lực hữu hiệu do trọng lượng bản thân các lớp đất tự nhiên nằm trên lớp i, áp lực tiền cố kết ở lớp i và áp lực do tải trọng gây lún ở lớp i;

Tỷ số giảm lún ß là tỷ số giữa độ lún tổng cộng ở dưới đáy hối đã được gia cố với độ lún khi không có trụ đất trộn xi măng và được tính theo quan hệ sau:

soilcolsoil

Eβ=

aE +(1-a)E

* Truờng hợp B

Trong trường hợp này, tải trọng tác dụng quá lớn nên tải trọng dọc trục tương ứng với giới hạn rão Tải trọng tác dụng được chia ra làm 2 phần, phần q1 truyền cho trụ và q2 truyền cho đất xung quanh Phần q1 được quyết định bởi tải trọng rão của trụ và tính theo biểu thức: [18]

colcreep1

n.A σq =

c

Với: c là khoảng cách trụ Ðộ lún cục bộ phần trụ tính theo biểu thức:

11

col

Δh.qΔh =

a.M



26

Ðộ lún Δh2 dưới đáy hối gia cố được tính cho cả q1 và q2, với giả thiết tải trọng q1 truyền xuống dưới đáy hối gia cố, tải trọng q2 tác động lên mặt

Hình 2.9 Mô hình tính lún cho trường hợp B

2.3.4 Tính toán các thông số trụ đất trộn xi măng

Chiều dài, đường ính cũng như m t độ trụ gia cố được xác định theo điều kiện sức chịu tải và điều kiện biến dạng lún của hệ trụ Các tiêu chuẩn về khống chế biến dạng lún của công trình trong giới hạn cho phép sao cho hi được xử lý hệ kết cấu làm việc đảm bảo các tiêu chuẩn cho phép theo quy định hiện hành đối với móng, mặt đường cứng hay mềm

Khoảng cách giữa các trụ đất trộn xi măng Bố trí hình vuông:

Trong đó:Qp: khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cột

ffs: 1.3 hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất fq: 1.3 hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài H: chiều cao nền đắp (m);

q: ngoại tải tác dụng (kN/m2) γ: dung trọng đất đắp (kN/m3

)

2.4 Thiết kế thành phần hỗn hợp trụ đất trộn xi măng

27

2.4.1 Lựa chọn tỷ lệ xi măng – đất

Tỷ lệ xi măng với đất (aw) được tính theo % khối lượng xi măng so với khối lượng đất khô Việc lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất (aw) ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của hỗn hợp v t liệu xi măng đất và giá thành công trình

Theo thống kê, tỷ lệ xi măng với đất thích hợp thay đổi theo từng loại đất và có

giá trị biến đổi trong phạm vi nhất định Trong trụ đất trộn xi măng thường dùng xi

măng silicát phổ thông hoặc xi măng xỉ quặng Lượng xi măng trộn vào là 7% ÷ 15% trọng lượng khô của đất cần gia cố hoặc lượng xi măng từ 180 ÷ 250 kg/m3 đất gia cố Thông thường, hi hàm lượng hạt sét trong đất yếu tăng thì lượng xi măng yêu cầu cũng tăng

Bảng 2.1.Tỷ lệ xi măng với đất tối ưu tương ứng với các loại đất khác nhau (Mitchell

and Freitag, 1959)

1 Đất tốt chứa sỏi, cát hạt thô, cát hạt mịn, có hoặc hông có lượng nhỏ bùn hay sét

5% hoặc ít hơn

4 Đất chứa bùn hông dẻo hoặc dẻo vừa phải 10%

Bảng 2.2 Tỷ lệ xi măng với các loại đất khác nhau theo hệ thống phân loại Unified

(Mitchell and Freitag, 1959)

1 Sỏi có tính chọn lọc ém, cát có tính chọn lọc kém và cát có tính chọn lọc tốt

28

DOH and JICA (1998) [18] iến nghị: xi măng ảnh hưởng tốt cho việc cải thiện các đặc tính của đất sét ở Băng Cốc, Thái Lan Phương pháp xử lý nền bằng trụ đất trộn xi măng thường sử dụng hàm lượng xi măng thích hợp trong hoảng 80 ÷ 200 kg/m3 và chúng được xác định dựa vào cường độ thiết ế của mỗi dự án

Tóm lại, việc lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất nên dựa trên cơ sở các inh nghiệm đề xuất trong nhiều công trình nghiên cứu trước đây Qua các thí nghiệm thực tế cho thấy mối quan hệ giữa tỷ lệ xi măng với đất trong thí nghiệm nén nở hông của mẫu xi măng đất gần như là tuyến tính, lượng xi măng càng cao thì cường độ nén nở hông càng cao Tùy theo yêu cầu của thiết ế cần cường độ nén nở hông của mẫu đất trộn xi

măng như thế nào ta có thể tính toán ngoại suy/nội suy cho lượng xi măng cần dùng

trong 1m3 đất Sau đó, tiến hành thí nghiệm trong phòng xác định sức háng nén của mẫu xi măng-đất Cuối cùng, chọn ra tỷ lệ xi măng với đất thích hợp

2.4.2 Lựa chọn lượng nước

Lựa chọn và đưa ra lượng nước thích hợp khi thiết kế thành phần hỗn hợp xi măng - đất không những đóng vai trò quan trọng trong tính toán, dự báo cường độ mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thực hiện thao tác thi công thực tế tại công trình

Cần tiến hành thử nghiệm thực tế trong phòng và ngoài hiện trường để kiểm chứng lại phương án thiết kế trước khi thi công trụ xi măng đất đại trà

2.5 Kết luận chương 2

- Cần nghiên cứu lựa chọn loại xi măng và hàm lượng xi măng phù hợp với đất nền do quá trình nén chặc cơ học và hóa lý diễn ra khá phức tạp Quá trình này xảy ra phụ thuộc vào thành phần v t chất của xi măng và môi trường đất nền, nó quyết định thời gian và cường độ của trụ đất trộn xi măng

- Có nhiều quan niệm tính toán trụ đất trộn ximăng, các tác giả khuyến cáo tính toán sức chịu tải như cọc cứng, còn biến dạng thì tính toán theo nền tương đương Tính toán trụ đất trộn ximăng rất phức tạp, cần có nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm tính toán sức chịu tải của cọc, của đất nền xung quanh

- Trong phạm vi lu n văn này, tác giả tính toán nền đất gia cố trụ đất trộn xi măng theo “Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện K Thu t Châu Á”: Phương pháp này xem sức chịu tải của trụ đất trộn xi măng được tính như là cọc, còn tính toán độ lún thì theo quan điểm nền tương đương

30

Chương 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỰ THAY ĐỔI CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN VÀ MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA MẪU ĐẤT TRỘN XI MĂNG THEO

LOẠI XI MĂNG VÀ HÀM LƯỢNG XI MĂNG

3.1 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của mẫu đất trộn với xi măng 3.1.1 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm và chuẩn bị vật tư

* Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm bao gồm: - Khuôn để chuẩn bị mẫu thí nghiệm, là ống nhựa cứng PVC, đường kính trong d = 45mm, chiều cao h = 100mm Khuôn được làm sạch;

- Cân điện tử, thước đo điện tử, dao vòng, tủ sấy; - Xô chứa đất, bao ni lông, xẻng xúc đất;

- Máy nén đơn hông hạn chế nở hông;

- Máy trộn mẫu đất – xi măng; - Máy đo độ pH

Hình 3.1 Máy đo pH

Hình 3.2 Máy nén đơn không hạn chế nở hông

31

Hình 3.3 Máy trộn mẫu xi măng - đất

* Chuẩn bị v t tư: - Chuẩn bị xi măng Tây Đô PC40 và Tây Đô Stable Soil; - Nhớt để làm trơn mặt trong ống mẫu;

- Sử dụng nước sinh hoạt chế bị mẫu đất - xi măng và trong quá trình bảo dưỡng mẫu;

- Viết long, nước sơn làm ý hiệu mẫu

3.1.2 Các đặc trưng cơ lý của đất, xi măng làm thí nghiệm

3.1.2.1 Đặc trưng cơ lý của đất tự nhiên

Các đặc trưng cơ lý của đất mang thí nghiệm bao gồm dung trọng, độ ẩm tự nhiên, hệ số rỗng, lực dính, góc nội ma sát, giới hạn chảy, giới hạn dẻo, độ sệt … được lấy từ đất tự nhiên tại công trình đường LIA4, qu n Ô Môn, thành phố Cần Thơ ở độ sâu 1,0 đến 6,0m, đây là lớp đất yếu cần có biện pháp xử lý phù hợp khi xây dựng công trình

Từ phụ lục 1, tác giả tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp đất tự nhiên dưới đây

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất làm thí nghiệm

a/ Lựa chọn loại xi măng tạo trụ đất trộn xi măng

Xi măng trên thị trường rất đa dạng, để t n dụng v t liệu tại địa phương và thông dụng trong các công trình xây dựng ở khu vực Tác giả lựa chọn 02 loại xi măng dưới đây để thiết kế trụ đất trộn xi măng và tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý tại phòng thí nghiệm hợp chuẩn: Cty TNHH KIỂM ĐỊNH, TƯ VẤN VÀ ĐẦU TƯ XÂY DỰNG NAM MEKONG

b/ Thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý các loại xi măng tạo trụ đất trộn xi măng

* Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của xi măng Tây đô PCB40 được trình bày trong bảng 3.2 và 3.3

Bảng 3.2 Thành phần hóa học của xi măng Tây Đô PCB40

Bảng 3.3 Đặc tính thu t của xi măng Tây Đô PCB40