Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Ảnh hưởng của độ PH đến cường độ trụ đất xi măng khu vực Thành phố Cần Thơ

Nội dung: Mở đầu Chương 1: Tổng quan về trụ đất xi măng và các yếu tố ảnh hưởng cường độ đất – xi măng Chương 2: Cơ sở lý thuyết về việc hình thành cường độ của đất – xi măng có xét đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP HCM

5 PGS.TS VÕ PHÁN

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 10/12/1989 Nơi sinh: Hậu Giang Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số: 60.58.61 I TÊN ĐỀ TÀI :

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ pH ĐẾN CƯỜNG ĐỘ TRỤ ĐẤT XI MĂNG KHU VỰC THÀNH PHỐ CẦN THƠ

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Nhiệm vụ: Xác định ảnh hưởng của độ pH đến cường độ trụ đất xi măng khu vực thành phố Cần

Thơ Ứng dụng kết quả thí nghiệm vào bài toán cụ thể và mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Nội dung:

Mở đầu Chương 1: Tổng quan về trụ đất xi măng và các yếu tố ảnh hưởng cường độ đất – xi măng

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về việc hình thành cường độ của đất – xi măng có xét đến ảnh hưởng của độ pH

Chương 3: Thí nghiệm xác định sự thay đổi cường độ mẫu đất – xi măng theo các giá trị pH khác nhau

Chương 4: Ứng dụng trụ đất xi măng xử lý nền đất yếu dưới công trình bể chứa nhiên liệu có xét đến ảnh hưởng của độ pH

Kết luận và kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/02/2014 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2014

TS NGUYỄN MINH TÂM

  

Trước tiên, em xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến quý Thầy Cô trong bộ môn Địa cơ – Nền móng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập tại trường Quý Thầy Cô đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn, những kinh nghiệm hết sức hữu ích cho các lớp học viên Đây thật sự là hành trang vô cùng quý báu để chúng em mang theo trên con đường công tác, học tập và nghiên cứu sau này

Với tất cả lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến

Thầy PGS.TS VÕ PHÁN Trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, em đã

nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của Thầy Sự quan tâm, động viên về tinh thần của Thầy là một động lực lớn lao để em có thêm tự tin vượt qua nhiều trở ngại để hoàn thành công trình nghiên cứu của mình

Sau cùng em xin cảm ơn Gia đình, các Anh Chị đi trước và cảm ơn tất cả bạn bè đã gắn bó, giúp đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp

Chân thành cảm ơn, Học viên ĐÀO THẾ LỰC

SUMMARY OF THESIS NAME OF THESIS:

Effect of pH on strength of soil cement column in Cantho city

ABSTRACT

This study investigates the effect of pH condition on soil – cement columns built in Can Tho city, Mekong Delta Clay with different pH values is stabilized with the same cement content and water / cement ratio Specimens are then subjected to a series of unconfined compressive tests The results show that pH condition have a considerable impact on the strength of soil – cement material The maximum strength comes with pH value of 6.4 Additionally, a correlation between different pH values and the strength is also carried out The research presents a reference to engineers about the decrease of soil – cement strength in unfavourable pH condition, which should be reviewed in designing and calculation An example of soil – cement stabilization project with typical ground pH value is also presented

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Võ Phán Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây Những số liệu, trích dẫn phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được tham khảo từ các nguồn khác được ghi chú dẫn và liệt kê chi tiết trong phần tài liệu tham khảo

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.HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2014

Tác giả,

ĐÀO THẾ LỰC

KÍ HIỆU ĐƠN VỊ DIỄN GIẢI

 0 Góc mở rộng cặp biên của khối móng quy ước

2

h m Độ lún dưới khối gia cố

E0 kN/m2 Môđun biến dạng của vật liệu E50 kN/m2 Môđun biến dạng của vật liệu ở 50% ứng suất phá hoại Ec kN/m2 Môđun biến dạng của vật liệu đất – xi măng

Es kN/m2 Môđun biến dạng của đất Etd kN/m2 Môđun biến dạng của nền tương đương

qu kN/m2 Cường độ chịu nén nở hông

Tên hình Trang

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ thi công trụ đất – xi măng theo phương pháp trộn khô Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ thi công trụ đất – xi măng theo phương pháp trộn ướt Hình 1.3 Một số ứng dụng của trụ đất – xi măng

Hình 1.4 Ảnh hưởng của độ pH đến cường độ nén nở hông ở đại lộ Đông Tây Hình 1.5 Ảnh hưởng của độ pH lên mẫu đất – xi măng

Hình 2.1 Lực dọc trục của trụ trong vùng chủ động tăng sức kháng cắt và kháng uốn, trong vùng bị động trụ có thể bị nứt khi chịu kéo

Hình 2.2 Tính lún nền gia cố khi tải trọng tác dụng chưa vượt quá sức chịu tải cho phép của vật liệu trụ

Hình 2.3 Cường độ nén đơn qu thay đổi theo hàm lượng xi măng ở 7 ngày Hình 2.4 Cường độ nén đơn qu thay đổi theo hàm lượng xi măng ở 28 ngày Hình 2.5 Quan hệ cường độ hiện trường và trong phòng đất liền (Sakai, 1996) Hình 2.6 Quan hệ giữa cường độ hiện trường và cường độ thí nghiệm trong phòng ở một số dự án xử lý công trình biển tại Nhật

Hình 3.1 Công tác lấy mẫu đất tại hiện trường Hình 3.2 Công tác bao gói và bảo quản mẫu đất Hình 3.3 Xác định độ ẩm và độ hút ẩm

Hình 3.4 Xác định giới hạn chảy theo phương pháp Casagrande Hình 3.5 Xác định thành phần hạt theo phương pháp tỉ trọng kế Hình 3.6 Thí nghiệm nén lún

Hình 3.7 Thí nghiệm cắt trực tiếp Hình 3.8 Đất dùng để chế bị mẫu đất – xi măng Hình 3.9 Trộn và điều chỉnh giá trị pH đất Hình 3.10 Đúc mẫu đất – xi măng

Hình 3.11 Mẫu đất – xi măng được bọc màng nylon để giữ ẩm Hình 3.12 Mẫu đất – xi măng sau khi tháo khuôn được ngâm nước để bảo dưỡng Hình 3.13: Cắt phẳng hai đầu mẫu bằng máy cắt

Hình 3.14: Kiểm tra lại kích thước mẫu sau khi gia công Hình 3.15 Thí nghiệm nén mẫu đất – xi măng

Hình 3.16 Quan hệ giữa cường độ nén đơn và độ pH ở 7 –14 – 28 ngày tuổi

5 5 7 8 10 17

20

22 22 23 24

26 27 27 28 29 29 30 32 33 34 35 35 35 36 37 41

Hình 4.1 Sơ đồ thiết kế bể chứa nhiên liệuHình 4.2 Mặt cắt địa chất công trình Hình 4.3 Mô hình xử lý nền đất bằng phương pháp cọc đất – xi măng Hình 4.4 Sơ đồ tính toán biến dạng theo quan điểm nền tương đương Hình 4.5 Mô hình sức chịu tải của nhóm cọc theo đất nền

Hình 4.6 Quan điểm tính lún theo A.I.T Hình 4.7 Sơ đồ tính gia cố nền dưới bể chứa nhiên liệu Hình 4.8 Mô hình nhóm trụ đất xi măng

Hình 4.9 Kết quả tính toán độ lún cố kết trên phần mềm plaxis Hình 4.10 Độ lún cố kết trong mặt phẳng XY

Hình 4.11 Các đường đồng mức mô tả mức độ lún trong mặt phẳng XY Hình 4.12 Ứng suất hữu hiệu trong nền – mô hình 3D

Hình 4.13 Ứng suất hữu hiệu trong nền – mặt cắt qua tâm móng Hình 4.14 Ứng suất tổng trong nền – mô hình 3D

Hình 4.15 Ứng suất tổng trong nền – mặt cắt đi qua tâm móng

45 47 48 57 61 61 66 66 67 68 68 69 69 70 70

DANH SÁCH BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Bảng 2.1 Thành phần khoáng vật của xi măng portland Bảng 2.2 Thành phần hóa vật của xi măng portland Bảng 2.3 Thang đo pH và tính axit / kiềm của đất Bảng 2.4 Tỷ lệ xi măng với đất tối ưu tương ứng với các loại đất khác nhau Bảng 2.5 Tỷ lệ xi măng với đất với các loại đất khác nhau theo hệ thống phân loại Unified

Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý đất Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý xi măng Bảng 3.3 Số lượng mẫu thử đất – xi măng

Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm nén mẫu đất – xi măng 7 ngày tuổi Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm nén mẫu đất – xi măng 14 ngày tuổi Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệm nén mẫu đất – xi măng 28 ngày tuổi Bảng 3.7 Cường độ đất – xi măng tại giá trị pH 6.4 và các điểm lân cận Bảng 3.8 Sự chênh lệch cường độ đất – xi măng ở các giá trị bất lợi – thuận lợi Bảng 3.9 So sánh tỉ lệ gia tăng cường độ của các nhóm mẫu

Bảng 4.1 Tải trọng phân bố quy đổi tác dụng lên móng: Bảng 4.2 Tính chất cơ lý của đất nền

Bảng 4.3: Mối liên hệ giữa hệ số n và khoảng cách cọc Bảng 4.4 Tính toán khả năng chịu lực của trụ đất xi măng theo vật liệu Bảng 4.5 Bảng tính lún theo quan điểm cọc cứng

Bảng 4.6 Bảng tính lún S1 theo quan điểm nền tương đương Bảng 4.7 Bảng tính lún S2 theo quan điểm nền tương đươngBảng 4.8 Tính toán khả năng chịu lực của trụ đất xi măng theo vật liệu Bảng 4.9 Bảng tính lún h2theo công thức của A.I.T

Bảng 4.10 Tổng hợp kết quả tính toán cọc đất – xi măng theo các quan điểm Bảng 4.11 Các thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng vật liệu đất nền

Bảng 4.12 Các thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng vật liệu đất – xi măng

11 11

14

21 21

30 31 33 38 39 40 42 42 43 46 46 49 50 53 57 59 60 63 64 65 65

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài: 1

2 Mục tiêu nghiên cứu: 2

3 Phương pháp nghiên cứu: 2

4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn: 2

5 Giới hạn của đề tài: 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRỤ ĐẤT – XI MĂNG VÀ CÁC YẾU TỐ 4

ẢNH HƯỞNG CƯỜNG ĐỘ ĐẤT – XI MĂNG 4

1.1 Tổng quan về trụ đất – xi măng: 4

1.1.1 Khái niệm trụ đất – xi măng: 4

1.1.2 Đặc tính vật liệu đất – xi măng: 4

1.1.3 Các công nghệ thi công: 4

1.1.4 Ưu điểm trụ đất – xi măng: 5

1.2.4 Điều kiện dưỡng hộ: 7

1.3 Ảnh hưởng của độ pH lên cường độ trụ đất – xi măng: 8

1.4 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước: 8

2.1.2 Phản ứng hóa học của hỗn hợp đất – xi măng: 11

2.2 Ảnh hưởng của độ pH đến việc hình thành cường độ đất – xi măng: 14

2.3.1.1 Cường độ kháng cắt của nền gia cố 16

2.3.1.2 Ảnh hưởng của vị trí trụ dọc theo mặt trượt khả dĩ: 16

2.3.1.3 Gối lên nhau: 17

2.5 So sánh kết quả thí nghiệm cường độ đất – xi măng trong phòng và hiện

trường: 23

2.6 Nhận xét: 25

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỰ THAY ĐỔI CƯỜNG ĐỘ MẪU ĐẤT – XI MĂNG THEO CÁC GIÁ TRỊ PH KHÁC NHAU 26

3.1 Quy trình lấy mẫu đất: 26

3.2 Các thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý đất: 27

3.2.1 Thí nghiệm xác định độ ẩm 27

3.2.2 Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích: 27

3.2.3 Thí nghiệm xác định giới hạn dẻo và giới hạn chảy: 28

3.2.4 Thí nghiệm xác định thành phần hạt 28

3.2.5 Thí nghiệm nén lún: 29

3.2.6 Thí nghiệm cắt trực tiếp: 29

3.2.7 Kết quả thí nghiệm: 30

3.3 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý xi măng: 31

3.4 Công tác chế bị mẫu thử đất – xi măng: 31

3.4.1 Chuẩn bị đất thí nghiệm: 31

3.4.2 Xác định lượng xi măng dùng trong thí nghiệm: 32

3.4.3 Xác định lượng nước dùng trong thí nghiệm: 32

3.4.4 Các giá trị pH khảo sát: 33

3.4.5 Chế bị mẫu: 33

3.4.6 Gia công mẫu cho thí nghiệm nén: 35

3.5 Thí nghiệm nén xác định cường độ đất – xi măng: 36

4.1 Thông số thiết kế: 45

4.1.1 Đặc điểm công trình: 45

4.1.2 Đặc điểm địa chất công trình: 46

4.2 Giải pháp kỹ thuật: 47

4.3 Tính toán bằng phương pháp giải tích: 49

4.3.1 Quan điểm tính toán: 49

4.3.2 Tính toán trụ đất xi măng theo quan điểm cọc cứng 49

4.3.3 Tính toán trụ đất xi măng theo quan điểm nền tương đương: 54

4.3.4 Tính toán trụ đất xi măng theo công thức đề xuất của A.I.T: 59

4.4 Mô phỏng bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn: 64

4.4.1 Các thông số đầu vào và lựa chọn mô hình vật liệu: 64

I KẾT LUẬN 72

II KIẾN NGHỊ: 72

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế của cả nước nói chung và khu vực Thành phố Cần Thơ nói riêng, nhu cầu phát triển về cơ sở hạ tầng rất lớn và cấp thiết Trong khi đó, địa chất của khu vực lại có đặc điểm chung là có lớp đất yếu trên bề mặt với chiều dày lớn hình thành qua quá trình bồi lắng phù sa 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 cửa, đường xá, kho bãi,… Vì vậy, cần có biện pháp cải thiện khả năng chịu tải của nền đất nhằm đảm bảo yêu cầu của phương án thiết kế Trong thực tế có nhiều phương pháp xử lý gia cố nền đất yếu khác nhau đã được áp dụng Một trong số đó là phương pháp trụ đất – xi măng với nhiều ưu điểm về giá thành, hiệu quả xử lý cải tạo đất nền

Việc lựa chọn các thông số đầu vào phục vụ cho công tác thiết kế trụ đất xi măng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, trong đó không thể không kể đến các đặc điểm của nền đất cần xử lý như đường cong thành phần hạt, độ ẩm tự nhiên của đất, độ pH, hàm lượng muối, hàm lượng mùn hữu cơ,… Ở thời điểm hiện tại, đã có nhiều công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của các nhân tố đã nêu Tuy nhiên trong số đó, độ pH là một nhân tố ảnh hưởng còn tương đối ít xuất hiện trong các nghiên cứu đã công bố ở Việt Nam nói chung và ở khu vực Thành phố Cần Thơ nói riêng

Việc am hiểu về tác động của độ pH lên cường độ trụ đất xi măng là một vấn đề cần thiết, nhất là trong điều kiện địa chất & thủy văn của khu vực có nhiều vùng đất nhiễm phèn, có độ pH thấp Ngoài yếu tố tự nhiên, các tác động nhân tạo từ hoạt động sản xuất công – nông nghiệp trong khu vực cũng đã và đang làm thay đổi giá trị pH của nền đất Các chất thải từ hoạt động sản xuất công nghiệp với nhiều chủng loại khác nhau có thể gây ô nhiễm nền đất theo cả hai xu hướng tăng tính kiềm hoặc tăng tính axit, việc sử dụng lâu dài phân bón mang tính kiềm (ví dụ: urê) hay tính axit (ví dụ: amoni sulfat) trong nông nghiệp cũng góp phần không nhỏ thay đổi giá trị pH của nền đất

Hoạt động xây dựng đang ngày càng phát triển, sẽ có không ít những công trình mới hình thành trên những khu vực có đất nhiễm phèn tự nhiên, hoặc ô nhiễm do hoạt động công – nông nghiệp đã nêu Việc hiểu và đánh giá chính xác ảnh hưởng của độ pH lên cường độ trụ đất xi măng sẽ giúp những người làm công tác xây dựng có được

những tính toán, giải pháp thích hợp khi triển khai công tác thiết kế, thi công trụ đất – xi măng đất tại những địa điểm nói trên

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Xác định rõ vấn đề thay đổi độ pH có tác động lên việc hình thành cường độ trụ đất – xi măng

Tìm ra quy luật ảnh hưởng của độ pH đối với cường độ trụ đất – xi măng Thông qua đó xác định khoảng pH thích hợp cho việc đạt được cường độ cao nhất khi thi công trụ đất – xi măng

Xác định cường độ đất – xi măng ở các giá trị pH cụ thể Ứng dụng tính toán cho một công trình trong thực tế có xét đến ảnh hưởng của độ pH

3 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về trụ đất – xi măng Tổng hợp và phân tích các lý thuyết về việc hình thành cường độ của hỗn hợp đất – xi măng, các yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành cường độ Tìm hiểu cơ chế ảnh hưởng của độ pH đến cường độ đất – xi măng Tính toán trụ đất xi măng với các quan điểm tính khác nhau

Phương pháp thí nghiệm: Khoan lấy mẫu đất tự nhiên, thực hiện các thí nghiệm ghi nhận đặc trưng cơ bản của mẫu đất Tiến hành điều chỉnh độ pH của đất và chế bị mẫu đất – xi măng Sau quá trình bảo dưỡng sẽ tiến hành thí nghiệm nén không hạn chế nở hông để đánh giá cường độ của mẫu đất – xi măng, phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm

Phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn: Thông qua phần mềm Plaxis 3D, mô phỏng biện pháp sử dụng trụ đất – xi măng xử lý nền đất yếu trong công trình thực tế

4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn:

Xác định độ pH của đất có ảnh hưởng quan trọng đối với việc hình thành cường độ đất – xi măng

Thiết lập tương quan giữa các giá trị pH khác nhau của đất và cường độ nén không hạn chế nở hông đạt được của mẫu đất – xi măng Kết luận giá trị pH tối ưu cho việc phát triển cường độ trụ đất – xi măng

Đánh giá sự chênh lệch giữa cường độ trụ đất xi măng thi công trong điều kiện pH bất lợi so với thuận lợi

Từ việc xác định được độ pH tối ưu, có thể thông qua đó đề xuất phương án cải tạo độ pH của đất nền trước khi thi công trụ đất – xi măng trong các dự án thực tế

Trong trường hợp không thể cải tạo độ pH của đất nền, đưa ra đánh giá về mức độ suy giảm của cường độ trụ đất – xi măng khi thi công trong điều kiện pH bất lợi Từ đó có kết quả tính toán chính xác, an toàn về cường độ của trụ đất – xi măng sau khi thi công

5 Giới hạn của đề tài:

Nghiên cứu được tiến hành trên các mẫu đất được thu thập tại địa bàn Thành phố Cần Thơ

Việc đánh giá cường độ đất – xi măng được tiến hành thông qua thí nghiệm trong phòng Trong phạm vi của nghiên cứu, chưa có điều kiện để tiến hành các thí nghiệm hiện trường nhằm có được kết quả so sánh, đối chiếu

Nghiên cứu chỉ xem xét sự biến thiên độc lập của yếu tố độ pH, không xét đến việc tác động qua lại với các yếu tố gây ảnh hưởng khác

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRỤ ĐẤT – XI MĂNG VÀ CÁC YẾU TỐ

ẢNH HƯỞNG CƯỜNG ĐỘ ĐẤT – XI MĂNG 1.1 Tổng quan về trụ đất – xi măng:

1.1.1 Khái niệm trụ đất – xi măng:

Trụ đất – xi măng là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun Dùng máy khoan và các thiết bị chuyên dùng (cần khoan, mũi khoan…) khoan vào đất với đường kính và chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế Đất trong quá trình khoan không được lấy lên khỏi lỗ khoan mà được các cánh mũi khoan nghiền tơi Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được phun vào nền đất bằng áp lực khí nén đối với phương pháp phun khô hoặc bằng bơm vữa xi măng đối với phương pháp phun ướt

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

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

1.1.2 Đặc tính vật liệu đất – xi măng:

“Theo một số kết quả thí nghiệm vật liệu đất – xi măng ở trong phòng: Cường

1.1.3 Các công nghệ thi công:

Công nghệ trộn khô:

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

Nguyên tắc chung của phương pháp trộn khô được thể hiện trên Hình 1.1

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

Công nghệ trộn ướt:

Trộn ướt là quá trình gồm xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn vữa xi măng gồm nước, xi măng, có hoặc không có phụ gia với đất

Nguyên lý trộn ướt được thể hiện trên Hình 1.2

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

1.1.4 Ưu điểm trụ đất – xi măng:

– Tốc độ thi công cọc rất nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp – Thiết bị thi công, vật liệu sử dụng không quá đắt Hiệu quả kinh tế cao, giá thành hạ hơn nhiều so với phương án xử lý khác

– Không gây nhiều tiếng ồn, chấn động chung quanh khu vực thi công – Thân thiện với môi trường

– Quy trình thi công được tự động hóa, chất lượng ít phụ thuộc vào yếu tố con người – Ứng dụng được trong nhiều loại công trình khác nhau

1.1.5 Phạm vi ứng dụng trụ đất – xi măng:

Trụ đất – xi măng được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho các công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng… như làm tường hào chống thấm cho đê đập, sử dụng làm tường chắn, gia cố đáy hố đào sâu, gia cố đất xung quanh đường hầm, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố nền đường, mố cầu dẫn…

Nước ứng dụng công nghệ trụ đất – xi măng nhiều nhất là Nhật Bản và các nước vùng Scandinaver Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung

dự án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng 300 dự án Hiện nay hàng năm thi

tổng khối lượng xử lý bằng trụ đất – xi măng ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng

Lan bắt đầu từ 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 Việt Nam, từ năm 2002 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng trụ đất – xi măng vào xây dựng các công trình trên nền đất yếu, cụ thể như: dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) sử dụng khoảng 4000m trụ đất – xi măng có đường kính 0.6m thi công bằng phương pháp trộn khô; dự án xử lý gia cố nền đất dưới bồn chứa xăng dầu đường kính 21m, cao 9m ở Cần Thơ Giải pháp trụ đất – xi măng cũng đã được sử dụng để gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam) năm 2004, xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ (Hải Phòng), các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụng cọc XMĐ như: dự án thoát nước khu đô thị Đồ Sơn – Hải Phòng, gia cố nền móng kho khí hoá lỏng Cần thơ, dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu…

Một số ứng dụng cơ bản của trụ đất – xi măng được trình bày theo Hình 1.3 dưới đây:

1.2.2 Thành phần và điều kiện của đất:

– Thành phần khoáng vật của đất – Hàm lượng hữu cơ

– Độ pH – Độ ẩm của đất

Tạm thời

Tăng sức chịu tải trọng ngang cho cọc Ngăn chặn nâng đáy hố đào

Ổn định mái dốc Tường chắn Ổn định thành hố đào

Vĩnh cửu

Trên đất liền

Đê sông Đường bộ, đường sắt Mố cầu

Tường chắn Nền nhà và công trình Ổn định mái dốc Giảm chấn động

Trên biển Đảo nhân tạo Tường chắn

Ngăn nước

– Thời gian dưỡng hộ 1.3 Ảnh hưởng của độ pH lên cường độ trụ đất – xi măng:

Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng trong từng phạm vi nhất định, việc tăng (giảm) độ pH của đất có ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực đến cường độ của mẫu đất – xi măng

Theo [1] việc tăng độ pH trọng phạm vi 5 đến 6.3 có ảnh hưởng tích cực đến cường độ nén nở hông của mẫu đất – xi măng Độ pH càng tăng thì cường độ của đất – xi măng càng tăng Tuy nhiên trong phạm vi từ 6.3 đến 6.9, việc tăng độ pH có ảnh hưởng rất tiêu cực đến cường độ của mẫu đất – xi măng Mối tương quan trên được thể hiện ở hình 1.4

Hình 1.4 Ảnh hưởng của độ pH đến cường độ nén nở hông ở đại lộ Đông Tây Sài Gòn [1]

1.4 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước:

Các nhà khoa học trong và ngoài nước đã đóng góp nhiều nội dung lý thuyết cũng như nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của độ pH đất lên cường độ trụ đất – xi măng, cụ thể như sau:

[1] Bài báo của tác giả Đậu Văn Ngọ, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ đất – xi măng Trên cơ sở thu thập, tổng hợp các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới về lĩnh vực xử lý đất nền bằng phương pháp trụ đất – xi măng và dựa vào kết quả thực tế áp dụng phương pháp này tại công trình Đại lộ Đông tây Sài Gòn, bài báo nêu lên và phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ và độ ổn định của đất – xi măng trong đó có nhân tố độ pH đất

[2] Bài báo của hai tác giả Jacobson, J R và Filz, G M & Mitchell, J K xem xét ảnh hưởng của độ pH song song với ảnh hưởng của các yếu tố khác lên cường độ của mẫu đất – xi măng Bên cạnh đó, tác giả cũng nêu lên phương pháp điều chỉnh độ pH của mẫu đất sử dụng Canxi hydroxit:

“Độ pH của hai mẻ đất trộn, một được đem hong cho khô gió và một được sấy khô bằng nhiệt độ cao, được điều chỉnh trở về độ pH ở trạng thái đất tự nhiên bằng

độ pH về giá trị mong muốn

[3] Bài báo của tác giả S Kazemian nghiên cứu ảnh hưởng của độ pH đối với trụ đất – xi măng thi công trong than bùn:

“Sự ảnh hưởng của độ pH lên cường độ trụ đất – xi măng thi công trong than bùn được xem xét thông qua việc đánh giá cường độ nén đơn của mẫu, độ ẩm, và ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) với các giá trị pH khác nhau

Tác giả cũng nêu lên phương pháp điều chỉnh độ pH đối với mẫu đất thí nghiệm:

Ảnh hưởng của độ pH lên phản ứng hóa học của xi măng được xem xét thông qua các thí nghiệm với mẫu than bùn được điều chỉnh độ pH đến các giá trị 3, 5 và 7 Các giá trị pH khác nhau được tạo ra bằng cách cho một lượng thích hợp dung dịch HCl hoặc NaOH vào nước trộn Giá trị pH được đo bằng cách cắm một đồng hồ đo pH vào trong mẫu trộn nhiều lần

[4] Tác giả Thompson cũng nêu lên ảnh hưởng của độ pH đối với vật liệu đất – xi măng:

Các yếu tố được xem là có ảnh hưởng đáng kể lên việc phát triển cường độ bao

cường độ nhưng không đạt đến được một cường độ đủ cao như mong muốn

Hình 1.5 Ảnh hưởng của độ pH lên mẫu đất – xi măng [4]

1.5 Nhận xét:

– Việc am hiểu về bản chất vật liệu đất – xi măng và ảnh hưởng của các yếu tố

chung quanh lên quá trình hình thành cường độ đất – xi măng là tiền đề để nghiên cứu về ảnh hưởng của độ pH đối với trụ đất – xi măng

– Dựa trên các nghiên cứu trong và ngoài nước về tương quan giữa độ pH –

cường độ đất – xi măng, có thể dự đoán được kết quả đối với công trình nghiên cứu cho trụ đất – xi măng ở khu vực Thành phố Cần Thơ

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VIỆC HÌNH THÀNH CƯỜNG ĐỘ CỦA

ĐẤT – XI MĂNG CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ PH 2.1 Nguyên lý hóa học của việc hình thành trụ đất xi măng:

2.1.1 Thành phần của xi măng:

Xi măng Portland là một hỗn hợp nghiền mịn của clinke, thạch cao có thể có hay không có các loại phụ gia Các thành phần của clinke có thể chia làm hai nhóm là thành phần khoáng vật và thành phần hóa vật

Thông thường trong clinke, thành phần phần trăm theo khối lượng của các khoáng vật thay đổi như sau:

Bảng 2.1 Thành phần khoáng vật của xi măng portland

của xi măng

Bảng 2.2 Thành phần hóa vật của xi măng portland

2.1.2 Phản ứng hóa học của hỗn hợp đất – xi măng:

Nguyên lý cơ bản của việc gia cố đất – xi măng: xi măng sau khi trộn với đất sẽ sinh ra một loạt các phản ứng hóa học rồi dần đóng rắn lại Các phản ứng chủ yếu của chúng là:

· Phản ứng thủy giải và thủy hóa của xi măng · Tác dụng của các hạt đất với các chất thủy hóa của xi măng · Tác dụng cacbonat hóa

Khi nước lỗ rỗng của đất gặp xi măng, thủy hóa xi măng xảy ra nhanh chóng và sản phẩm của sự thủy hóa chính yếu ban đầu này là:

(1) Hydrated Calcium Silicate (C3SHX, C3S2HX) (2) Hydrated Calcium Aluminate (C3SAX, C3S2AX) (3) Hidrocid vôi Ca(OH)2

Hai sản phẩm kết dính xi măng chính được hình thành và thủy hóa vôi được sử dụng như pha tinh thể rắn tách biệt Những phần tử xi măng này kết hợp các hạt xi măng nằm kế bên với nhau trong suốt quá trình hóa cứng để tạo thành hỗn hợp bộ khung bao quanh các hạt đất nguyên vẹn Các pha Silicate (1) và Aluminate (2) được kết hợp nội tại, do đó hầu như không có pha nào kết tinh hoàn toàn Một phần của

tinh

Hơn nữa thủy hóa xi măng dẫn đến gia tăng độ pH của nước lỗ rỗng gây ra bởi sự phân ly của vôi Hydrate Các bazơ mạnh hòa tan Silicate và Aluminate từ cả khoáng vật sét và các chất vô định hình khác trên bề mặt của các hạt sét trong nền đất, theo cách tương tự như phản ứng acid yếu và bazơ mạnh Các Silica và Alumina ngậm nước sau đó sẽ từ từ phản ứng với các ion Calcium tự do từ sự thủy phân xi măng để tạo thành hợp chất không hòa tan Phản ứng thứ yếu này được gọi là phản ứng puzzolan

Hợp chất thủy hóa xi măng thì vẫn chưa được xác định rõ ràng bởi các công thức hóa học, vì thế quan tâm đến các biến thể là khả thi Các hợp chất trong xi măng Portland được biến thể khi có nước như sau:

Hai phản ứng (2–1) và (2–2), những chất của chúng hợp thành 75% xi măng Portland, chỉ ra rằng sự thủy hóa của Calcium Silicate tạo ra các hợp chất mới: vôi và các chất keo, mà sau đó đóng vai trò quyết định cường độ và thể tích

Những phản ứng diễn ra trong gia cố ximăng – đất có thể được trình bày trong những phương trình được đưa ra sau đây:

(2–6) (2–7) (2–8)

(2–9)

(2–10)

Để có thêm các lực liên kết được tạo ra trong hỗn hợp xi măng – sét, thành phần silicate và aluminate trong vật liệu phải hòa tan được Tính tan được của các khoáng vật sét thì chịu ảnh hưởng như nhau bởi sự hiện diện của những tạp chất, bởi mức độ kết tinh của các vật liệu liên quan, bởi cỡ hạt v.v… Trong những phương trình trên, lực dính kết của những sản phẩm làm cứng bề mặt chủ yếu mạnh hơn nhiều so với sản phẩm thứ yếu Với độ pH thấp (pH < 12.6), phản ứng tạo C3S2Hx (2–6) có thể xảy ra Tuy nhiên, độ pH hạ xuống trong suốt phản ứng puzzolan có khuynh hướng thúc đẩy sự thủy phân để tạo thành CSH

Sự hình thành của CSH chỉ có ích khi nó được hình thành bởi phản ứng puzzolan của vôi và silica trong đất (2–8), nhưng nó sẽ bất lợi khi CSH được tạo thành từ sự tiêu hủy C3S2Hx Những đặc tính độ bền phát sinh của C3S2Hx thì ưu việt hơn CSH

Sự thủy hóa xi măng và phản ứng puzzolan có thể kéo dài hàng tháng, hoặc thậm chí 1 năm sau khi trộn, và vì thế độ bền của đất được gia cố xi măng sẽ tăng theo thời gian Điều này có nghĩa trong đất – xi măng bao gồm những hạt sét mịn, những hợp chất hóa cứng chủ yếu và thứ yếu được tạo thành Những sản phẩm chủ yếu hóa rắn thành những phụ gia cường độ cao và nó khác xi măng thông thường trong bê

tông Các quá trình thứ yếu làm gia tăng cường độ và tính bền vững của đất – xi măng bởi việc sản sinh ra thêm những hóa chất cứng khác để nâng cao độ bền liên kết

Quá trình phản ứng lý – hóa của việc cải tạo đất bằng xi măng khác với nguyên lý đóng rắn của bê tông Đóng rắn của bê tông chủ yếu là xi măng thực hiện tác dụng thủy giải và thủy hóa trong cốt liệu thô và cốt liệu nhỏ, do đó tốc độ đóng rắn khá nhanh Khi dùng xi măng gia cố đất, do lượng xi măng trộn vào trong đất rất ít (chỉ chiếm từ 7 – 15% trọng lượng đất gia cố), phản ứng thủy giải và thủy hóa của xi măng hoàn toàn thực hiện trong môi trường có hoạt tính nhất định – sự khuây kín của đất, do đó tốc độ đóng rắn chậm và tác dụng phức tạp cho nên quá trình phát triển cường độ của xi măng gia cố đất cũng chậm hơn bê tông

2.2 Ảnh hưởng của độ pH đến việc hình thành cường độ đất – xi măng:

2.2.1 Khái niệm độ pH:

Về mặt kỹ thuật, thuật ngữ pH được định nghĩa là “trừ logarithm của nồng độ ion hydrogen”

(2–11)

Nước nguyên chất, với pH = 7, được xem như trung tính Các giá trị pH dưới 7 thể hiện tính acid (chua), và lớn hơn 7 thể hiện tính alkaline (kiềm) (bảng 2.3) Giá trị

Nền đất trong tự nhiên có thể mang tính axit hoặc tính kiềm Tại khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long nói chung và khu vực Thành phố Cần Thơ nói riêng, có nhiều địa điểm đất bị nhiễm phèn với mức độ từ trung bình đến nặng Quá trình này là hệ quả của nhiều nguyên nhân như:

– Bị nước rửa trôi các cation như Ca++, Mg++, K+, Na+ dẫn đến sự tập trung ion H+ trong các keo sét

– Carbon dioxide sản sinh từ việc phân hủy chất hữu cơ và hô hấp của rễ cây hòa tan vào nước trong đất để tạo thành một axit hữu cơ yếu;

– Hình thành các axit hữu cơ và vô cơ mạnh, chẳng hạn như axit nitric và axit sunfuric, từ các vật chất hữu cơ và quá trình oxy hóa amoni và lưu huỳnh trong phân bón hoặc các chất thải công nghiệp bị thải vào đất

2.2.3 Đo pH của đất:

– Bằng cách bổ sung chất chỉ thị pH vào trong dung dịch đang nghiên cứu Màu của chất chỉ thị sẽ dao động phụ thuộc vào pH của dung dịch Trong việc sử dụng các chất chỉ thị thì việc xác định định tính có thể thực hiện với các chất chỉ thị phổ biến có khoảng dao động màu rộng trên một khoảng pH lớn, và việc xác định định lượng có thể thực hiện bằng cách sử dụng các chất chỉ thị có sự thay đổi màu mạnh trên một khoảng pH nhỏ Màu sắc của các chất chỉ thị pH có thể được chia làm 14 thang bậc thông dụng

– Bằng cách sử dụng máy đo pH cùng với các điện cực (điện cực thủy tinh pH, điện cực hiđrô, điện cực quinhiđrôn và nhiều loại khác)

Ngoài ra các phép đo cực kỳ chính xác có thể thực hiện trên một khoảng pH rộng bằng sử dụng các chất chỉ thị có nhiều trạng thái cân bằng (ví dụ HI) chung với các phương pháp quang phổ để xác định sự phổ biến tương đối của mỗi thành phần phụ thuộc pH đã tạo ra màu của dung dịch

2.2.4 Ảnh hưởng của độ pH đến quá trình hình thành cường độ đất – xi măng:

Các nghiên cứu về phản ứng hóa học trong hỗn hợp đất – xi măng cho thấy

đến việc phân hủy các hợp chất này Như đã biết, hợp chất CSH đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ bền trong cấu trúc của vật liệu đất – xi măng, trong khi

đó Ca(OH)2 lại tham gia nhiều phản ứng khác hình thành nên cấu trúc của hỗn hợp gia cố Việc phân hủy hai hợp chất trên gây ra sự suy giảm đáng kể hiệu quả của các chất gia cố, điển hình là xi măng trong trường hợp này [30]

Với nền đất có giá trị pH cao, các nghiên cứu khác đang được tiến hành để làm rõ cơ chế gây giảm cường độ của hỗn hợp sau gia cố

2.3 Quan điểm tính toán trụ đất xi măng:

2.3.1 Tính ổn định:

2.3.1.1 Cường độ kháng cắt của nền gia cố

Thường trụ xử lý được dùng để ổn định mái dốc, khối đắp hoặc tường hào Mặt phá hoại theo mặt phẳng hoặc cung tròn, huy động sức kháng cắt của trụ và đất xung quanh trụ Phân tích ổn định dựa theo các phương pháp hiện hành Nền xử lý có cường độ kháng cắt tính theo công thức:

hoặc mẫu lấy từ thân trụ cho kết quả phù hợp thực tế hơn 2.3.1.2 Ảnh hưởng của vị trí trụ dọc theo mặt trượt khả dĩ:

Trong trường hợp dùng các trụ đơn lẻ để chống mất ổn định cần lưu tâm đến nguy cơ phá hoại uốn của trụ, ứng xử của trụ khác nhau trong vùng chủ động, vùng chịu cắt và vùng bị động Trong vùng chủ động lực dọc trục của trụ sẽ góp phần làm tăng sức kháng cắt và kháng uốn trong khi đó tại vùng bị động các trụ thậm chí bị nứt do chịu kéo Do đó các trụ trong vùng chủ động có lợi tăng điều kiện ổn định Trong vùng cắt và bị động bố trí trụ thành tường hoặc thành khối sẽ hiệu quả hơn bố trí các trụ đơn lẻ để ngăn phá hoại trượt

CHÚ DẪN: 1)Vùng bị động, 2)Vùng cắt, 3)Vùng chủ động

Hình 2.1 Lực dọc trục của trụ trong vùng chủ động tăng sức kháng cắt và kháng uốn,

trong vùng bị động trụ có thể bị nứt khi chịu kéo

2.3.1.3 Gối lên nhau:

Trụ tăng ổn định thường được bố trí hàng đơn hoặc hàng đôi Gối đè nhau các trụ trong hàng sẽ tăng sức kháng mô men và lật Vùng gối nhau phải đủ để tạo thành tường liên tục Điều quan trọng là khống chế và giám sát độ gối thẳng đứng suốt chiều dài các trụ Khả năng chịu tải trọng ngang của tường quyết định bởi sức kháng cắt của đất xử lý ở chỗ gối nhau

2.3.1.4 Phân cách các trụ:

Phá hoại xảy ra ở vùng chịu cắt do phân cách các trụ trong hàng khi mặt trượt nằm gần đỉnh trụ và sức kháng kéo thấp trong vùng gối nhau Dự tính sức kháng kéo của đất xử lý ở vùng gối nhau khoảng 5 % đến 15 % cường độ kháng nén không hạn chế nở hông (có thể thấp hơn hoặc cao hơn tùy theo chất lượng và hiệu quả trộn sâu) Khi các trụ phân cách với nhau, sức kháng cắt của trụ trong hàng bằng sức kháng cắt của trụ đơn

Có thể dùng phương pháp PTHH để phân tích ứng suất và biến dạng của nền xử lý phức tạp, số liệu đầu vào chiếm vai trò quan trọng

2.3.2 Tính lún:

2.3.2.1 Độ lún toàn phần

Trụ để giảm độ lún thường được bố trí theo lưới tam giác hoặc ô vuông Phân tích lún dựa trên quan điểm đồng biến dạng, nói cách khác, cho rằng hiệu ứng vòm phân bố lại tải trọng sao cho biến dạng thẳng đứng tại độ sâu nhất định trở thành bằng nhau trong trụ và đất quanh trụ

Đối với nhóm trụ, độ lún trung bình sẽ được giảm bởi ứng suất cắt của đất, huy động tại bề mặt tiếp xúc theo chu vi khối với đất xung quanh Chỉ chuyển dịch khá nhỏ (vài mm) đủ để huy động sức kháng cắt của đất, ứng suất cắt gây nên độ lún lệch các trụ trong nhóm Độ lún lệch này sẽ giảm dần theo mức độ cố kết của đất, cho nên sẽ không kể đến trong tính lún tổng Phương pháp tính lún của giáo sư Broms B được giới thiệu ở mục 2.3.2.4 bên dưới

2.3.2.2 Tốc độ lún:

Trong trộn khô, có thể tính thấm của trụ cao hơn đất xung quanh, trụ có tác dụng như băng thoát nước thẳng đứng Tuy nhiên, tốc độ lún không chỉ quyết định bởi hiệu ứng thoát nước Khi trụ gia cố và đất sét yếu xung quanh cùng làm việc, hiện tượng nổi trội chính là sự phân bố ứng suất trong hệ thống trụ – đất theo thời gian Ngay khi tác động, tải trọng được chịu bởi áp lực nước lỗ rỗng dư Trụ tăng độ cứng theo thời gian, sẽ chịu dần tải trọng, giảm bớt tải trọng lên đất Hệ quả là áp lực nước lỗ rỗng dư trong đất yếu sẽ được giảm nhanh, thậm chí chưa thấm hướng tâm Phân bố lại ứng suất là nguyên nhân chính để giảm độ lún và tăng tốc độ lún Do đó, cho dù tính thấm của trụ chỉ bằng của đất thì quá trình cố kết cũng nhanh hơn nhờ hiện diện của các trụ Trụ đất xi măng đã làm tăng hệ số cố kết một chiều

Trong trộn ướt, tính thấm của trụ không cao hơn nền đất xung quanh Nhưng nhờ phân bố lại ứng suất mà quá trình cố kết một chiều xảy ra nhanh hơn

2.3.2.3 Công thức tính lún: Tính toán nền gia cố theo biến dạng

Độ lún tổng, S của nền gia cố được xác định bằng tổng độ lún của bản thân khối gia cố và độ lún của đất dưới khối gia cố:

S = S1 + S2 (2–13) trong đó:

Độ lún của bản thân khối gia cố được tính theo công thức:

B, L là kích thước khối gia cố;

sức kháng cắt của vật liệu trụ;

trường cho kết quả phù hợp thực tế hơn

Hình 2.2 Tính lún nền gia cố khi tải trọng tác dụng chưa vượt quá sức chịu tải cho phép của vật liệu trụ

lục 3) Áp lực đất phụ thêm trong đất có thể tính theo lời giải cho bán không gian biến dạng tuyến tính (tra bảng) hoặc phân bố giảm dần theo chiều sâu với độ dốc (2:1) như hình 2.2 Phạm vi vùng ảnh hưởng lún đến chiều sâu mà tại đó áp lực gây lún không vượt quá 10 % áp lực đất tự nhiên (theo quy định trong TCVN 9362:2012)

CHÚ THÍCH: Để thiên về an toàn, tải trọng (q) tác dụng lên đáy khối gia cố xem như không thay đổi suốt chiều cao của khối

2.4 Thiết kế thành phần hỗn hợp đất – xi măng:

2.4.1 Lựa chọn tỉ lệ đất – xi măng:

của hỗn hợp vật liệu đất – xi măng 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 Lượng xi măng trộn vào là 7% ÷ 15%

Thông thường, khi hàm lượng hạt sét trong đất yếu tăng thì lượng xi măng yêu cầu cũng tăng” [7]

Bảng 2.4 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 không có lượng nhỏ bùn hay sét

5% hoặc ít hơn

Bảng 2.5 Tỷ lệ xi măng với đất với các loại đất khác nhau theo hệ thống phân loại Unified (Mitchell and Freitag, 1959)

DOH and JICA (1998) kiến 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 cọc xi măng–

chúng được xác định dựa vào cường độ thiết kế của mỗi dự án

Trong nghiên cứu của tác giả Võ Văn Đấu [15], cường độ của mẫu đất – xi măng tại khu vực thành phố Cần Thơ thay đổi theo hàm lượng xi măng như sau:

Hình 2.3 Cường độ nén đơn qu thay đổi theo hàm lượng xi măng ở 7 ngày

Hình 2.4 Cường độ nén đơn qu thay đổi theo hàm lượng xi măng ở 28 ngày

Tóm lại, việc lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất nên dựa trên cơ sở các kinh 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 dùng với cường độ nén nở hông của mẫu đất – 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 – xi măng như thế nào ta có thể tính toán ngoại suy/nội suy cho lượng xi măng cần dùng trong

đất – xi măng Cuối cùng, xác định 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 đất – xi măng 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 những thử nghiệm thực tế trong phòng và ngoài hiện trường để kiểm chứng lại phương án thiết kế trước khi thi công trụ đất xi măng đại trà

2.5 So sánh kết quả thí nghiệm cường độ đất – xi măng trong phòng và hiện trường:

Điều kiện trộn và môi trường bảo dưỡng khác nhau gây nên sự khác nhau về cường độ đất – xi măng Theo tài liệu thiết kế của CDIT Nhật Bản [17], cường độ thiết kế tiêu chuẩn có thể được liên hệ với cường độ trong phòng thí nghiệm theo công thức:

Nhật Bản là nước có bề dày kinh nghiệm về việc thi công trụ đất xi măng Công nghệ thi công trộn khô của Nhật có thể đạt được tỷ số giữa cường độ hiện trường và trong phòng gần bằng 1

Hình 2.5 Quan hệ cường độ hiện trường và trong phòng đất liền (Sakai, 1996)

Hình 2.6 Quan hệ giữa cường độ hiện trường và cường độ thí nghiệm trong phòng

ở một số dự án xử lý công trình biển tại Nhật

CHÚ THÍCH:

3) Sét

5) Bến tàu Daikoku 4)

Cát 6) Sét cảng Hatskaichi

7) Sét bụi

9) Cảng Kanda 8) Cát

bụi 10) Cảng Chiba 11) Cảng Kitakyushu

2.6 Nhận xét:

– Ảnh hưởng của độ pH đến cường độ đất – xi măng là ảnh hưởng hóa học, tùy theo giá trị pH mà có tác động thúc đẩy hoặc ức chế quá trình hình thành các thành phần chủ yếu tạo nên cường độ của đất – xi măng Qua đó làm tăng hoặc giảm cường độ của đất – xi măng

– Việc lựa chọn và thiết kế thành phần các mẫu đất – xi măng phục vụ cho thí nghiệm có thể được tham khảo từ tiêu chuẩn 9403:2012 [6] cũng như kết quả các công trình nghiên cứu của các tác giả khác

Cường độ đất xi măng có thể được thí nghiệm thông qua việc tạo mẫu trụ và tiến hành thí nghiệm nén không hạn chế nở hông ở 7, 14 và 28 ngày tuổi

Tỉ lệ xi măng sử dụng trong việc chế tạo mẫu thử có thể chọn từ 10 đến 14%, tương ứng với các công trình trong thực tế đã thi công ở khu vực

– Cần có sự xem xét đối chiếu giữa kết quả tính toán, kết quả thí nghiệm trong phòng và các thí nghiệm hiện trường, quan trắc khi thi công các dự án trụ đất – xi măng trong thực tế

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỰ THAY ĐỔI CƯỜNG ĐỘ MẪU

ĐẤT – XI MĂNG THEO CÁC GIÁ TRỊ PH KHÁC NHAU 3.1 Quy trình lấy mẫu đất:

– Quá trình khoan lấy mẫu đất được tiến hành tại phường Phước Thới, quận Ô Môn, thành phố Cần Thơ

– Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 2683:2012 Đất xây dựng – Lấy mẫu, bao gói, vận chuyển và bảo quản mẫu

– Độ sâu lấy mẫu từ 4 – 6 m để tránh lẫn các tạp chất hữu cơ, rễ cây trên bề mặt Toàn bộ số mẫu đất dùng trong thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý cũng như dùng để chế bị mẫu thử đất – xi măng đều được lấy ở độ sâu nêu trên

– Mẫu đất được lấy nguyên dạng bằng ống lấy mẫu thành mỏng – Mẫu đất sau khi lấy được bọc màng nylon để duy trì độ ẩm tự nhiên và ghi các thông tin cần thiết lên nhãn

Hình 3.1 Công tác lấy mẫu đất tại hiện trường