Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích ổn định của hố đào trong môi trường đất bị nhiễm mặn có gia cố đất trộn xi măng

Xử lý và gia cố nền bằng biện pháp trộn vữa xi măng vào trong đất được áp dụngrộng rãi trên nền sét yếu tại nhiều nơi trên thế giới và tại Việt Nam vào năm 2002.Phương pháp này làm gia t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LIÊN HƯNG KIỆT

PHAN TÍCH ÔN ĐỊNH CUA HO ĐÀO TRONG MOITRUONG DAT BỊ NHIEM MAN CÓ GIA CO DAT TRON

XI MANGChuyên ngành : DIA KY THUẬT XÂY DUNG

Mã số: 60.58.60

LUẬN VÁN THẠC SĨ

TP HO CHÍ MINH, tháng 11 năm 2013

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRUONG ĐẠI HỌC BACH KHOA — ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn : TS BO THANH HAICán bộ chấm nhận xét 1 : GS.TSKH NGUYEN VĂN THOCán bộ cham nhận xét 2 : TS PHAM TƯỜNG HỘI

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp HCMngày 08 tháng 01 năm 2014

Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:(Ghi rõ họ, tên, học ham, học vi của Hội đồng cham bảo vệ luận văn thạc sĩ)1 PGS TS CHAU NGỌC AN

2 GS.TSKH NGUYEN VAN THO3 TS PHAM TUONG HOI

4 TS LE BA VINH5 TS DO THANH HAIXác nhận của Chu tịch Hội đồng đánh giá LV va Trưởng Khoa quản ly chuyên

ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRUONG KHOA QL CHUYEN NGANH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA KY THUẬT XÂY DUNG Độc lập — Tự do — Hanh phúc

Tp.HCM, ngày TÌ thang 11 năm 2013

NHIEM VỤ LUẬN VĂN

Họ và tên học viên : LIÊN HƯNG KIỆT Phái :Nam

Ngày sinh : 1987 Nơi sinh : Bạc LiêuChuyên ngành : Dia kỹ thuật xây dựng MSHV : 12090371

1- TEN DE TÀIPhân tích on định của hồ đào trong môi trường đất bị nhiễm mặn có gia cố đất trộn ximang.

2- NHIEM VU LUAN VANMở đầu

Chương 1 Tổng quan các van dé nghiên cứuChương 2 Cơ sở lý thuyết tính toán hồ dao sâu trong môi trường đấtt nhiễm mặn và ảnhhưởng của nồng độ muối lên đất trộn xi măng

Chương 3 Phương pháp thực hiện thí nghiệm

Chương 4 Ung dụng phân ồn định của hé dao trong môi trường đất bị nhiễm mặn có gia côđất trộn xi măng

Kết luận và kiến nghị4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 5 5- HO VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DAN : TS DO THANH HAINội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.CÁN BQ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIEM BQ MON KHOA QL CHUYEN NGÀNH

QL CHUYEN NGÀNH

TS DO THANH HAI PGS.TS VO PHAN

LOI CAM ONĐầu tiên, tac giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thay Đỗ Thanh Hải, thay đã tậntình hướng dẫn tác giả từ các thí nghiệm trong phòng cho đến cung cấp các tài liệu thamkhảo qúy báo Thay đã đóng góp ý tưởng, cũng như định hướng giúp cho tác gia dé nhậnthay các van dé cần nghiên cứu, từ đó mà tác gia hoàn thành được luận văn nay.

Xin cam ơn các thầy cô trong bộ môn Dia Cơ Nền Móng đã tạo điều kiện thuận lợiđể tác giả thực hiện các thí nghiệm trong phòng

Xin cảm ơn các bạn Lại Văn Qúy, Huỳnh Trung Tín, Nguyễn Trí Ngọc, Dương

Thái Phan là các bạn học cùng khóa đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình làm

thí nghiệm.

Và cuối cùng xin cảm ơn gia đình đã động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt thời

gian theo học và quá trình thực hiện luận văn này.

Xin cảm ơn!

Tp HCM, ngày 11, tháng 11, năm 2013

TÓM TẮT LUẬN VĂNDE TÀI:

PHAN TÍCH ON ĐỊNH CUA HO ĐÀO TRONG MOI TRUONG DAT BỊNHIEM MAN CO GIA CO DAT TRON XI MANG

TOM TAT:Giải pháp đất trộn xi mang được dùng để gia cô đáy hố đào, han chế chuyển vịngang của tường vây va bùng đáy hỗ dao đã được sử dụng nhiều trong các vùng đất yếucó bê dày lớn Tuy nhiên, khi gia cố nên đất bang xi măng trong vùng đất nhiễm mặn thìcác chỉ tiêu vật lý và co học của đất gia cố không đạt được như thiết kế vì những phảnứng của xi măng và muối Hơn nữa, sự biến đổi khí hậu làm nước biến ngày càng xâm

nhập, làm tăng độ mặn, và càng ảnh hưởng nhiêu đên cường độ của dat trộn xi mang.

Luận văn nay tiến hành khảo sát đặt tính kỹ thuật của đất trộn xi măng khi gia cốnên ở độ sâu từ 9m đến 19m ở vùng Cần Giờ Tác giả khảo sát hai điểm mốc: độ mặn tựnhiên của đất (S, = 4.24%) và độ mặn tối đa (S, = 10.8%) tìm được bang thí nghiệm tăngmặn trong phòng) Các thí nghiệm được thực hiện là nén đơn, cắt trực tiếp và nén cô kết.Kết quả chỉ ra rằng ứng với cùng hàm lượng xi măng là 10%, độ âm của hỗn hợp đất saukhi trộn là 90% thì sức chống cat của đất có S„ = 4.24% lớn hơn đất có S, = 10.8% Chi sốnén C,, chỉ số nở C, và ứng suất chảy dẻo ơ, của hai loại đất trộn không thay đổi nhiều.Cường độ nén đơn của đất có S, = 4.24% lớn hơn đất có S, = 10.8% Các tương quan giữasức chống cat theo thời gian bảo dưỡng, sức chống cat và ứng suất chảy dẻo, cường độ

nén đơn theo thời gian bảo dưỡng và module Es cũng được chỉ ra trong nghiên cứu nay.

Thêm vảo đó, tác giả sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng với 1 loạt tườngvây có bề dày thay đối từ 0.8-1.8m, kết qua cho thấy việc gia cỗ trong trường hop này chiđạt hiệu quả khi bề dày tường < Im Các bề dày khác thì hiệu quả gia cô là không cao

This paper surveys the technical specification of cement treated soft clay toreinforce soft clay with the depth from 9m to 19m in Can Gio The author examine twocases : the natural salinity of soil (S, = 4.24%) and the maximum salinity (S, = 10.8%)found by experimenting incresed salinity in the laboratory The experiments wereconducted as unconfined compressive strength test, direct shear test, oedometerconsolidation test It is indicated that with the same cement content of 10%, the moisturecontent of soil-cement after mixing was 90% , the shear strength of the soil-cement withSa = 4.24% higher than the soil-cement with S, = 10.8% Compression index C,, swellingindex C, and yield stress of the two types of soil-cemnet do not change much Unconfinedcompressive strength of the soil-cement with S, = 4.24% higher than the soil-cement withSa = 10.8% The relationship between the shear strength with the curing time, the shearstrength with yield stress, unconfined compressive strength with the curing time, moduleEso also given through this investigation.

In addition, the author used Plaxis 2D software to simulate series of changedthickness wall from 0.8m to 1.8m, the results showed that the reinforcement in this casewas only effective when the wall thickness < Im The other wall thickness, the effectivereinforcement was not high.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là tác phầm của riêng của cá nhân tác giả, đượcthực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyét và tiên hành thí nghiệm dưới sự hướng dân của

thay Đỗ Thanh Hai

Các số liệu thí nghiệm cũng như mô hình tính toán là trung thực và chưa được aicông bố trước đây

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước

hội đông, cũng như kêt quả luận văn của mình

1.1.3.1 Phương thức đảàO (<< < 19000101 vn

1.1.3.2 Đặc điểm chịu lực của kẾt cẫu - - ke 11v 11121 1E E11 g1 ri1.1.3.3 Chức năng kết cấu -:E- S213 1 1911 1211111151111 1111111 010111011111 01 00 1x01.1.4 Phân loại tường vây hố đào thường sử dụng - ¿+ - 2 52c+S+ce+xsErxrrerererrees1.1.4.1 Tường chăn bang cọc đất trộn Xi măng ¿5 525622952 x+E+E£Ecrerererrerees1.1.4.2 Tường chắn đất bang cọc khoan nhỖi - ¿+ + 2252 S£+E+E££E£E+E£xzverersrrrrees1.1.4.3 Tường chắn băng cọc thép hình ¿-¿- + 2252 S22E+EEE£E#EEEEESEEEErxrrererkrrees1.1.4.4 Tường chan dạng hàng cọc bản thếp ¿2-5 22+ S£+E+E£E£EeEErrererxrrrrees1.1.4.5 Coc bản bê tông cốt thép ¿-¿- + 25% SE S393 EEEEEE 1239121211113 212111 2111111 xye

1.1.4.6 Tường vay Đ4TT€Ẩf© - - G Gì re

1.2 Khái niệm về đất nhiễm mặn - - - 6k EE 931v E9E S191 1 3E 21v xxx ri1.2.1 Nguồn gốc và sự hình thành đất nhiễm mặn - ¿2 - + 2 2+2+£+£+£££££zEzEzcze:

1.2.1.1 Nhiễm mặn tự nhiÊn 6 G6 s13 v3 1E 1 561 991v HH gu gu nọ1.2.1.2 Nhiễm mặn nhân tạO - - G6 s2 x5 v3 1E 1 81 981 1v gu gu gu ng

1.2.2 Phân loại đất nhiễm mặn -G- G6 ktSxE 93912 EE 1191 1 518151 113 11111 ercrei 71.3 Giới thiệu về chung về đất trộn xi 51077 aaaldldlN¬n¬—¬— 8

1.3.1 Công nghỆ trỘn - (<< 00 nọ nọ nọ 91.3.1.1 Công nghệ trộn ướt Jet Grouting cee << 0n ke 91.3.1.2 Công nghệ trộn khô Dry Jet Mixing (DJ M) G0 ng ke 9

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành cường độ của đất trộn ximăng 10CHƯƠNG 2: CƠ SO LY THUYET TÍNH TOÁN HO ĐÀO SÂU TRONG MOITRUONG ĐẤT NHIÊM MAN VÀ ANH HUONG CUA NONG ĐỘ MUOI LEN ĐẤT

2.2.2.2 Theo nghiên cứu Của XING Gv, 24

CHUONG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM - + <<: 333.1 Xác định các chỉ tiêu co lý và đặt tính kỹ thuật của dat eee 333.2 Tiến hành thí nghiệm đo độ mặn cho các mẫu đẤẲ, TT HH1 H T111 ngu 343.3 Tiến hành thí nghiệm tăng mặn - + ¿2+ E2 EE+E£E+E#EEEE£E£E£ESEEEEEEEErkrkrrrreee 363.4 Quy trình tao mẫu đất trộn xi ¡50077 11 38

3.4.1 Tạo vữa đất sét tự nhiên và đất đã được tăng độ MAN -s s2 383.4.2 Tạo mẫu dat trộn xi I0 0 50 PP a3 383.5 Các thí nghiệm được thực hiện và kết 0:0 403.5.1 Thí nghiệm cat trực tiẾP - ¿+ + E21 2EEE9E5 1 121115151111 11 111515111111 403.5.2 Thí nghiệm nén cố KẾT - + ©EE E2 E2 EE2EEE9 E1 12111515 5111111115111 1151111 xe0 453.5.3 Quan hệ giữa lực dính C và góc ma sát từ thí nghiệm cắt trực tiếp 493.5.4 Quan hệ giữa ứng suất chảy dẻo 6y (thí nghiệm nén cô kết) và sức chồng cắt t (thínghiệm cắt trực tiẾp) - + c1 11 111 11151111 11111111 111111111111 11011 1101111110 110111111110 50

3.5.5 Thí nghiệm nén đơï - - << 5 6E 1191050119900 190g nọ vớ 513.5.6 Cac quan hệ rút ra từ thí nghiệm nén don - 55+ <1 1+3 + eeeesd 55

CHƯƠNG 4: UNG DUNG PHAN TÍCH ÔN ĐỊNH CUA HO ĐÀO TRONG MOITRUONG DAT BỊ NHIEM MAN CO GIA CO DAT TRON XI MĂNG 594.1 Xét bài toán hỗ dao sâu trong khu vực khảo sat ccccceseseecsessessscessssseeesetseseseseen 594.2 Câu tạo địa chất -. -ccct r2 604.3 Trình tự thi công hố đảo ¿- ¿5-5562 1 E5 1211151151111 11111 1111111111111 1 y 704.4 Các thông số về tường trong đất + +5: 5t 1 S1 311115111111 111111 11111111111 re 714.5 Các thông số của hệ thanh chống . ¿+ - + 2E 2E+E+E£EEEE£E£E£ESEEEEEEEEEErErErrerered 714.6 Mô hình bài toán hỗ đào sâu trong Plaxis ¿- 5525225222 2E‡EEcrerrerrerrsred 7]

4.6.1 Các giai đoạn thi CONG G0 rre 71

4.6.2 Mô phỏng các giai đoạn thi công theo mô hình Plaxis khi chưa gia có đất trộn xi

001528 - dđ(((((((((((((/343 72

4.6.3 Gia có đáy hỗ dao bang đất trộn xi măng và có xét tới yếu tố độ mặn 784.6.4 Kiểm tra 6n định đáy hố đào + + 25 S253 E215 5 121211111 15111111 854.6.4.1 Phương pháp Terzaghi cải tiẾn ¿c6 S2 SE 3 E5 E1 1212151111111 111 exre 85

4.6.4.2 Phương pháp Caquot và K©F1S€ÌÏ c0 vn 87

4.6.4.3 Phương pháp tính chống tréi đáy khi đồng thời xem xét cả C và _ 92

KET LUẬN VA KIÊN NGHỊTÀI LIEU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC BANG BIEU

Bảng 2.1 Hàm lượng ion cho trong mẫu thí nghiệm - - 55 +s+s+c+=e=e=s=s>se: 26

Bảng 2.2 Kết quả thí nghiệm nén đơn - + 52 622952 *+E+E£SE‡E+E£E£EEEEEErverererrees 27Bảng 2.3 Phần trăm khoáng của đất trộn xi măng ở thời điểm bảo dưỡng khác nhau 29Bang 3.1 Bảng kết quả độ mặn phân bồ theo độ sâu - + 2 +22 +s+x+cezsceee 35

Bang 3.2 Bang theo dõi độ mặn theo thời Ø1a1n <5 G550 99 1 9 1 37

Bang 3.3 Bang thống kê số lượng mẫu đất trộn Xi MANY - 255252 2s+5+e: 39Bảng 3.4 Kết qua ứng suất cat và áp lực nén mẫu XMD TN 2-52 5s cs+c+e: 41Bảng 3.5 Kết qua ứng suất cat và áp lực nén mẫu XMD TM - << 41Bang 3.6 Bang tong hợp lực dính c và góc ma sát trong _ từ thí nghiệm cắt trực tiép 44Bảng 3.7 Bảng tong hợp số liệu oy , C., Cy mẫu XMD TN -5ccccccccsrxcrrcee 46Bảng 3.8 Bảng tổng hợp số liệu oy , Co, C, mẫu XMD TM 55525525 48Bảng 3.9 Bảng tong hợp cường độ nén đơn va module đàn hồi theo thời gian 53Bang 4.1 Bang thống kê số liệu địa chất chưa hoàn chỉnh - 22555255 cs+5z‹ 62Bảng 4.2 Tong hợp số liệu thí nghiệm nén cô kết lớp 2 - ¿2+ +s+5++s+x+cszszsee: 64Bảng 4.3 Tổng hợp số liệu thí nghiệm nén cô kết lớp 3 - ¿5+5 2 s+x+cszszsee 66Bang 4.4 Tong hợp số liệu thí nghiệm nén cô kết lớp 4o ceecccsesssseseesesesseseseseseseeeesesen 67Bang 4.5 Tong hợp số liệu thí nghiệm nén cô kết lớp 5.c.ceccsescsscsessssessesesessescssseseseseesesee 69Bang 4.6 Bang thống kê số liệu địa chất - + 2 5252232223 E2EEEEEEErrkrrrrees 70Bang 4.7 Chuyên vị ngang của tường vây 800mm ở các giai đoạn đào 77Bảng 4.8 Bảng thông số lớp đất trộn xi măng tự nhiên và đất trộn xi măng tăng măn 79Bảng 4.9 Bang tong hop giá trị chuyển vị ngang lớn nhất - 2 25s s+s+sze: 32

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ nén đơn - 10

Hình 1.2 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng va khối lượng CSH +CAH 11

Hình 1.3 Quan hệ giữa ứng suất - biến dạng tương ứng với ty lệ nước / xi măng IIHình 2.1 Sơ đồ tính chống trồi đáy hố đào theo phương pháp Terzaghi — Peck 13

Hình 2.2 So đồ tinh chống trồi đáy hố đào theo phương pháp Terzaghi cải tiến 15

Hình 2.3 So đô tính toán chống trồi mặt đáy hỗ dao theo Caquot và Kerisel 15

Hình 2.4 So đô tính toán chống trồi đồng thời xem xét cả e và _ 17

Hình 2.5 Sơ đỗ kiểm tra chống phun trào - + 2 525622 E£E+E£E‡EvEEErkererererrersred 18Hình 2.6 Sơ đồ kiểm tra chống phun trào đáy hỒ - + ¿2+ 2 2 2+E+£+E+£z£e£szezesree 20Hình 2.7 Mối quan hệ giữa khối lượng hợp chất và mức độ hidrat hóa theo thời gian 25

Hình 2.8 Ảnh hưởng của sự thay đôi hàm lượng ion Mg”” lên ứng xử ứng suất biến dangcủa xi măng — đất (28 ngày bảo dưỡng) -. - ¿+ + SE 232x233 1211121211121 1111 1x xe 26Hình 2.9 Ảnh hưởng của sự thay đối hàm lượng ion CI lên ứng xử ứng suất bién dạngcủa xi măng — đất (28 ngày bảo dưỡng) - ¿+ + SE S33 x23 1212111111111 111111 27Hình 2.10 Ảnh hưởng của sự thay đổi hàm lượng ion SO,” lên ứng xử ứng suất biến dạngcủa xi măng — đất (28 ngày bảo dưỡng) -. - ¿+ + SE 232x233 1211121211121 1111 1x xe 27Hình 2.11 Moi quan hệ của hàm lượng C-S-H + C-A-H với cường độ nén đơn của ximăng — đất - + +5: E3 111115111111 111111 1111111151111 111111111111 11 010111111170 01 11111220 28Hình 2.12 Ảnh hưởng của muối hòa tan lên ham lượng CSH, CAH . - 29

Hình 2.13 Vi cau trúc của mẫu thí nghiệm tại 28 ngày bảo dưỡng . - 29

Hình 2.14 Sự chuyển đổi của Mg”” vào CSH của xi măng đất sau 28 ngày 30

Hình 3.1 Thiết bị đo nồng độ muối + + 25252333 SE SE E E151 te, 33Hình 3.2 Tiến hành đo độ mặn - - 2-2 ÉE EHHHnHnH g g h 34Hình 3.3 Biéu đồ độ mặn phân bố theo độ sâu ¿+2 + 2 2 +2+E+E+EzE£E£EzEzezrzree, 36Hình 3.4 Biểu đồ độ mặn nước ngâm mẫu theo thời gian - 2 25552 s+s+5ze: 37Hình 3.5 Máy trộn và các dụng CỤ trỘN - - - << << S999 re 39Hình 3.6 Máy cắt trực tiẾp - 5c St S1 St 1 12121111 212111111111111111111 111101110101 1x1 cv 40Hình 3.7 Thí nghiệm cắt trực tiẾp ¿ - - + %5 2E+E+ E2 1 E151 1 1211121711511 11 xe 40Hình 3.8 Biểu đồ quan hệ ứng suất cắt t và áp lực nén ø mẫu XMD TN 4]

Hình 3.9 Biểu đồ quan hệ ứng suất cắt t và áp lực nén o mẫu đất XMD TM 42

Hình 3.10 Biểu đồ quan hệ ứng suất cắt t và áp lực nén ø mẫu dat trộn xi măng 3 ngày19890110: eee ae 42

Hình 3.11 Biéu đồ quan hệ ứng suất cắt t và áp lực nén ø mẫu dat trộn xi măng 7 ngày19890110: eee ae 43

Hình 3.12 Biểu đồ quan hệ ứng suất cắt t và áp lực nén o mẫu đất trộn xi măng 10 ngày19890110: eee ae 43

Hình 3.13 Thí nghiệm nén cố KẾT - ¿+ - 2 £+E+E£E#EEEEEEEEE# E1 1 112171252171 21 1 2 45Hình 3.14 Ghi chép sỐ liệu ¿5256 5222239332393 121911212111 212111 21111111111 cxyU 46Hình 3.15 Biểu đồ quan hệ e-logP mẫu XMD TN ¿- - 255252 e+tsEcxrrerereerees 46Hình 3.16 Biểu đồ quan hệ chỉ số nén C, theo thời gian bảo đưỡng - 47

Hình 3.17 Biểu đồ quan hệ e-logP mẫu XMD TM - ¿555552 e+e+Ezxcrerererrees 47Hình 3.18 Biểu đồ quan hệ chỉ số nén C, theo thời gian bảo dưỡng - 48

Hình 3.19 Biểu đồ quan hệ Cp/C¡o theo thời gian bảo dưỡng - 5 55c: 49Hình 3.20 Biểu đồ quanhệ p/ ¡o theo thời gian bảo dưỡng . -5- +: 49Hình 3.21 Biểu đồ quan hệ giữa ø, từ thí nghiệm nén có kết và sức chống cắt r từ thínghiệm cắt trực tiếp mẫu XMD TN ¿5-5-5225 S223 £EEE 3932123511 121111 211 xxx 50Hình 3.22 Biéu đồ quan hệ giữa o, từ thí nghiệm nén có kết và sức chống cat r tir thinghiệm cắt trực tiếp mẫu XMD TÌM ¿+ 52292 SESE£E2SE‡E#EEEEEEEEEEEEEEEEEEEerkrkrrere 51Hình 3.23 Biểu đồ quan hệ ứng suất nén qy và biến dang dọc trục ¢ mẫu tự nhiên 52

Hình 3.24 Biéu đồ quan hệ ứng suất nén qu và biến dạng dọc trục e mẫu XMD TM 52

Hình 3.25 Biểu đồ quan hệ q, theo thời gian mẫu XMD TN và mẫu XMD TM 53

Hình 3.26 Biểu đồ quan hệ Esp theo thời gian mau XMD TN và mẫu XMD TM 54

Hình 3.27 Biểu đồ quan hệ qy theo thời gian bảo duéng mẫu XMD TN 55

Hình 3.28 Biểu đồ quan hệ q,y theo thời gian bảo duéng mẫu XMD TM 56

Hình 3.29 Biểu đồ quan hệ qp/qas theo thời gian bảo dưỡng mẫu XMD TN 56

Hình 3.30 Biểu đồ quan hệ qp/qas theo thời gian bảo dưỡng mẫu XMD TM 57

Hình 3.31 Biểu đồ quan hệ Esp & qụ theo thời gian bảo dưỡng mẫu XMD TN 57

Hình 3.32 Biểu đồ quan hệ Esp & qụ theo thời gian bảo dưỡng mẫu XMD TM 58Hình 4.1 Mặt cat địa chất sử dụng cho bài toán hỗ đảo sâu - 2-5 555555 59

Hình 4.2 Mặt cắt ngang của hố đảo ¿6-55 2x21 1211111211111 211111 111k 160Hình 4.3 Mô hình hồ đảo trong điều kiện tự nhiên ce eseseseseseseseseseesereeens 72

Hình 4.4 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường vây 800mm ở các giai đoạn đảo 76

Hình 4.5 Mô hình hồ dao khi có gia có đáy hố bang dat trộn xi MANY - 78

Hình 4.6 Biểu đồ chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây 800mm 80

Hình 4.7 Biểu đồ chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây 1000mm - 80

Hình 4.8 Biểu đồ chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây 1200mm -. - 81

Hình 4.9 Biểu đồ chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây 1500mm - 81

Hình 4.10 Biểu đồ chuyên vị ngang lớn nhất của tường vây 1800mm - 82

Hình 4.11 Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang khi không gia cô và khi gia cỗ XMD TN 83Hình 4.12 Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang khi không gia cô và khi gia cỗ XMD TM 83

-]-MỞ ĐẦU1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, nhu cau về việc sử dụng không gian ngầm như tang ham kỹ thuật hoặcdịch vụ dưới các nhà cao tầng, bãi đậu xe ngầm, hệ thống giao thông ngầm, hệ thống xử lý

nước thải , ngày càng tăng trong khu vực nội 6 TP.HCM va được mở rộng ra các khu

vùng ven trung tâm thành phố như là Củ Chi, Bình Chánh, Cần Giờ Có rất nhiều biệnpháp xử lý và gia cố nền đất yếu đã được thực hiện trên thế giới nói chung và tại ViệtNam nói riêng có thể kế qua như là phương pháp xử lý nền bằng việc gia tải trước, xử lýnên bằng gia tải trước kết hợp vải địa kỹ thuật, xử lý nền băng phương pháp bơm hút chânkhông, xử lý nền bằng giếng thắm gồm giếng cát, bắc thâm, xử lý nên băng cọc vật liệurời, xử lý nền bằng bơm phụt vữa và xử lý nền bằng đất trộn xi măng

Xử lý và gia cố nền bằng biện pháp trộn vữa xi măng vào trong đất được áp dụngrộng rãi trên nền sét yếu tại nhiều nơi trên thế giới và tại Việt Nam vào năm 2002.Phương pháp này làm gia tăng khả năng chịu tải của đất và rút ngắn thời gian thi công.Do đó công nghệ này rất thích hợp để áp dụng ở Cần Giờ Tuy nhiên, do khu vực nàynăm trên lớp bùn sét yếu hữu cơ dày trên dưới 20m có chứa hàm lượng muối nhất định,và với việc trộn vữa xi măng vào trong đất thì nông độ muối có thé gây ảnh hưởng tới sự

hình thành câu trúc và cường độ của đât trộn xI măng.

Tu đó, việc phân tích ôn định của hô đào trong môi trường dat bị nhiêm mặn có giacô dat trộn xi măng cân được nghiên cứu.

2 Mục tiêu nghiên cứuViệc phân tích ôn định của hô đào trong môi trường dat bị nhiêm mặn có gia cô dattrộn xi măng bao gôm các mục tiêu sau đây:

- Xác định sự thay đôi cường độ đất trộn xi măng khi nồng độ muối trong đất tăng

- Xác định sự ảnh hưởng của điều kiện hình thành cường độ của đât trộn xi măngđôi với dat tự nhiên và khi có xét đên độ mặn ở các thời diém bảo dưỡng khác nhau.

- Thiết lập tương quan giữa các thông số của đất trộn xi măng

_2 Kiểm tra chuyền vị ngang của tường vây, bùng đáy hé dao trước và sau khi gia cố

day hô đào bang dat trộn xi măng, có xét dén ảnh hưởng của độ mặn.

3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu cở sở lý thuyết tính toán áp lực dat lên tường chan., nội lực tác dụng lênthanh chống, bùng đáy hồ đảo

Thí nghiệm để xác định các đặc trưng cơ lý và tính chất hóa lý của đất khu vựcCần Giờ

Thí nghiệm để xác định cường độ, sự hình thành cường độ của đất trộn xi măng vàcác đặc trưng vật lý của mẫu ở các thời điểm bảo dưỡng

Mô phỏng băng phần mém plaxis cho công trình hố đào sâu được xử lý gia cô nềnbăng đất trộn xi măng

4 Y nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn.Khi thiết kế và thi công các tầng hầm cho các công trình cần phải có giải pháp lựachọn các loại và thông số về tường chắn và cơ sở tính toán 6n định hố đào sâu hợp ly dékhông những ồn định cho công trình đang tính toán mà còn phải 6n định cho các công trình

lân cận.

Việc phân tích đánh giá ảnh hưởng của nồng độ muối lên cường độ của dat trộn ximăng trong khu vực Can Giờ có thé giúp các nhà thiết kế đánh giá đúng cường độ của đấttrộn xi măng theo thời gian, qua đó đưa ra được những thiết kế chính xác Ngoài ra còngiúp các nhà thiết kế lựa chọn những phụ gia đưa vào trong vữa xi măng phù hợp để có

thê đảm bảo cường độ của đât trộn xi măng và tránh sự ăn mòn theo thời gian.

Qua việc phân tích đánh giá ảnh hưởng của nồng độ muối lên cường độ của đấttrộn xi măng trong khu vực Cần Giờ, giúp các nghiên cứu sau nảy có thêm tư liệu thamkhảo không chỉ ở Cần Giờ mà còn cho những khu vực có cau tạo địa chất tương tự

Sử dụng phương pháp Jet Grouting dé gia cé đáy hố đào nhằm giảm chuyến vingang và nguy cơ bùng đáy hồ đào Đông thời đánh giá sự thay đổi giá trị này khi sử dụngphương pháp Jet Grouting trong môi trường đất có độ mặn thay đổi

5 Giới hạn của đề tàiTrong phạm vi nghiên cứu của dé tài không đi sâu vào nghiên cứu lý thuyết đấtnhiễm mặn mà chỉ tiễn hành thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất trong điều

kiện dat tự nhiên bị nhiễm mặn.

Dé tài chỉ tiên hành nghiên cứu ảnh hưởng của nông độ mudi lên cường độ của dattrộn xi măng băng phương pháp trộn ướt mà chưa tiên hành nghiên cứu ảnh hưởng của

nông độ muối lên cường độ đất trộn xi măng bang phương pháp trộn khô

Dé tai chỉ tiên hành nghiên cứu ảnh hưởng của nông độ mudi lên cường độ cua dattrộn xi măng mà chưa đưa ra được những biện pháp cải thiện van đê trên như là việc sửdụng những loại xi măng đặc biệt cho vùng nhiém mặn hay những phụ gia thích hợp canthêm vào vữa xi măng.

_4-CHUONG 1: TONG QUAN CAC VAN DE NGHIEN CUU

1.1 Tong quan về hồ dao1.1.1 Vai trò của hồ đàoNgày nay, do quỹ đất ngày càng thu hẹp, giá đất ngày càng tăng cao nên con ngườicó xu hướng khai thác tối đa phần không gian dưới mặt đất công trình với nhìu mục đíchkhác nhau: dây chuyên công nghệ các ngành công nghiệp nặng (luyện kim, vật liệu xây

dựng ), các công trình thủy lợi ( các trạm bơm, các công trình thủy lợi, thủy điện ), các

công trình giao thông ( ga, ham, đường tàu điện ngầm ), các công trình dân dụng ( bãiđậu xe, tang ham kỹ thuật )

1.1.2 Đặc điểm của công trình hồ đào sâuCông trình hỗ đảo sâu là loại công trình được thiết kế va thi công rất khác biệtnhau về quy mô trên diện rộng và chiêu sâu hố đào, đồng thời còn phụ thuộc vào tìnhhình địa chất khu vực, đặc biệt là các công trình được xây trên nên đất yếu và đất bịnhiễm mặn với độ mặn tăng lên hàng năm Công trình hố đào sâu đang phát triển theo xu

hướng độ sâu lớn, diện tích rộng, quy mô công trình cũng ngày càng tăng lên.

Theo xu hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, các công trình cao tầngngày được xây dựng với mật độ ngày cảng lớn Yêu cầu đối với việc ồn định và khốngchế chuyển dịch rất là nghiêm ngặt Đào hồ móng trong điều kiện địa chất phức tạp, mựcnước ngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp khác rất dễ sinh ra trượt lở khối đất,mat ôn định hố móng, thân cọc bị chuyền dich vị trí, đáy hồ trồi lên, kết cấu chắn giữ bị hưhại nghiêm trọng hoặc bị chảy đất làm hư hại hỗ móng, ảnh hưởng đến các công trình

xây dựng lân cận, các công trình ngâm và đường ông xung quanh.

Công trình hỗ đào sâu bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chan

đất, chồng giữ, ngăn nước, hạ mực nước, dao đất trong đó, một khâu nào đó thất bại

sẽ dẫn đến cả công trình bị đỗ vỡ Việc thi công hố móng ở các hiện trường lân cận như

đóng cọc, hạ nước ngâm, đào đất, đều có thé sinh ra những ảnh hưởng hoặc khống chế lẫn

nhau, tăng thêm các nhân tô đề có thê gây ra sự cô.

Công trình hỗ móng có giá thành rất cao, nên việc tính toán thi công phải được

quan tâm đúng mức, nêu bât cân đê xảy ra sự cô thì việc xử lý rât khó khăn, đồng thời gây

_5-ra tôn thất lớn về kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt xã hội

1.1.3 Phân loại hé đào

1.1.3.1 Phương thức đào

Người ta chia hồ dao sâu thành 2 loại:

+ Dao không có chăn giữ: được sử dụng khi hạ mực nước ngâm, dao dat, gia cônên và giữ mai dôc.

+ Dao có chan giữ: được sử dụng cho các kêt câu quay giữ, hệ thông chăn giữ, gia

cô nên, quan trắc

1.1.3.2 Đặc điểm chịu lực của kết cauNgười ta chia hỗ dao sâu thành 2 loại:+ Kết cau chăn giữ áp lực chủ động: có vai trò chịu tác dụng của phan áp lực chủđộng tác dụng lên kết cau thành hồ đào, bao gồm các kết cau phun neo dé chăn giữ, tườngbang đinh đất để chan giữ

+ Kết câu chan giữ áp lực đất bị động: có vai trò chịu tác dụng của phan ap luc biđộng tac động lên kết cầu thành hồ dao, bao gồm: coc, bản, ống, tường va chong

1.1.3.3 Chức năng kết cấuNgười ta chia kết cầu chắn giữ thành 2 loại:

e Bộ phan chan dat:+ Kết cau chăn dat, thấm nước: coc thép chữ H,I có ban cài, cọc nhôi đặt thưa trát

xi măng lưới thép, cọc đặt day, coc hai hang chăn đất, coc nhéi kiểu liên vòm, chan giữ

băng đỉnh đất, tường vây barrette

+ Kết cầu chan dat, ngăn nước: tường liên tục trong đất, cọc, tường trộn xi măngđất dưới tầng sâu, giữa cọc đặt dày có bố trí thêm cọc xi măng hay cọc trộn hóa chất,tường vòm cuốn khép kín

° Bộ phận chắn giữ kiểu kéo giữ: gồm kiểu tự đứng, thanh neo, théphình chống đỡ, chống chéo, hệ dầm vòng chống đỡ

-6-1.1.4 Phân loại tường vây hồ đào thường sử dụng1.1.4.1 Tường chắn bằng cọc đất trộn xi măngTường chăn bằng cọc đất trộn xi măng: trộn đất với xi măng thành cọc xi măng(dạng dung dịch hay dạng bột), sau khi đóng răn sẽ thành tường chăn có dạng bản liềnkhối đạt cường độ nhất định Dùng cho loại hồ đào có độ sâu từ 3-6m

1.1.4.2 Tường chắn dat bằng cọc khoan nhồiTường chan đất băng cọc khoan nhéi có đường kính từ 0.6-1m, cọc dài 15-30m,làm thành tường chăn theo kiểu hàng cọc, đỉnh cọc cũng được cô định bang dam vongbang bê tông cốt thép Dùng cho hồ đào có độ sâu từ 6-13m

1.1.4.3 Tường chắn băng cọc thép hìnhTường chắn bằng cọc thép hình: các cọc thép hình thường là I hay H được hạ vàotrong đất liền sát nhau bằng búa đóng hay rung tạo thành tường chăn kiểu hàng cọc, trênđỉnh được giăng bằng thép hình Dùng cho hé đào có độ sâu 6-13m

1.1.4.4 Tường chắn dạng hàng cọc bản thépTường chắn băng cọc bản thép: dùng máng thép sắp ngửa móc vào nhau hay cọcbản thép khóa miệng băng thép hình có mặt cắt chữ U và Z, được hạ vào đất băng cáchđóng hay rung Dùng cho loại hé đào có độ sâu từ 3-10m

1.1.4.5 Cọc bản bê tông cốt thépCọc bản bê tông cốt thép có chiều dai cọc từ 6-12m, sau khi hạ cọc xuống đất,người ta tiến hành cô định đầu cọc bang dầm vòng bê tông cốt thép hay thanh neo, thíchhợp cho loại hồ dao từ 3-6m

1.1.4.6 Tường vây Barrette

Tường vây Barrette là tường bê tông đồ tại chỗ, chiều dây từ 600-800mm để chắngiữ On định hồ đảo sâu trong quá trình thi công Tường có thé được làm từ các đoạn cọcbarrette, tiết diện chữ nhật với chiều rộng thay đổi từ 2.2-3.6m Các đoạn tường Barretteđược liên kết chống thắm bang joint cao su Trong trường hợp 2 tang ham, tường barrettethường được thiết kế có chiều sâu >10m tùy thuộc vào dia chất công trình và phương

pháp thi công.

_7-1.2 Khái niệm về dat nhiễm man1.2.1 Nguôn goc và sự hình thành dat nhiễm manTrong thực tê hiện nay dat nhiễm mặn được hình thành từ hai nguyên nhân chủ yêulà nhiễm mặn tự nhiên và nhiễm mặn nhân tao.

1.2.1.1 Nhiễm mặn tự nhiên

Sự nhiễm mặn tự nhiên do các nguyên nhân hoạt động của thủy văn va môi trườnggom: nước ngâm và sự lưu thông của khí quyên, các sản phầm của quá trình phong hóađược vận chuyên di và làm nhiêm mặn các vùng lân cận.

Ở các vùng ven biên nước dưới dat lưu thông với nước biên và đại dương làm cho

dat bị nhiễm mặn do gió bão mang hơi nước có chứa các nguyên tô từ mudi mặn từ biênvà đại dương vào đât liên.

1.2.1.2 Nhiém mặn nhân tạoNhiễm mặn nhân tạo là do con người trong quá trình sử dụng dat gôm các nguyênnhân sau:

- Nhiém mặn tại các vùng san xuât công nghiệp như sản xuât mudi, các nhà máychê biên sản pham từ mudi, nước biên va hải sản.

- Nhiễm mặn do sự ro ri các loại chat thai công nghiệp chứa các loại muôi từ cácnha máy hóa chat.

1.2.2 Phần loại dat nhiém mặnCac muôi trong dat đá nhiễm mặn được chia thành 3 nhóm sau đây:

- Nhóm muối dễ hòa tan gồm Clorua, Sunfat, Cacbonat Natri, Kali, Magié vaCanxi ( NaCl, KCl, Na,SO,, NaCOa ) Các muối nay tan rất nhanh trong nước va tan

trong mot lượng nước không lớn.

- Nhóm muối hòa tan trung bình, gồm Sunfat Canxi (CaSO4.2H,0), Anhidrit(CaSOx) Các loại muối này tan trong nước một cách chậm chạp, chúng hòa tan hoàn toànthì phải cần một lượng nước lớn hoặc những chất xúc tác khác

_8 Nhóm muối khó hòa tan bao gồm Cacbonat Canxi và Magiê: Canxit (CaCOs),Manhezit (MgCO;), Đôlômit ( CaCO3.MgCOs) cac loại muối nay chuyển thành dangdung dịch trong nước với một lượng rất nhỏ

Về ảnh hưởng của chất lượng muối trong đất, nhìn chung chỉ có muối dễ hòa tan làảnh hưởng mạnh đến các tính chất của đất mà ta phải xem xét trong thực tế Các muốikhó hòa tan thực tế có thé coi như không ảnh hưởng làm thay đổi đến các tính chất củađất đá khi tác dụng với nước

1.3 Giới thiệu về chung về đất trộn xi măngViệc xử lý va gia cố nên đất yếu băng phương pháp trộn vữa xi măng vảo trong đấtđã được áp dụng đầu tiên tại Thụy Điền va Nhật Bản vào thập ky 70 cua thé ky 20, sau dodần được nhiều nhà khoa học trên thé giới nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ tại Nhật

Bản, các nước châu Mỹ, châu Au, châu A.

Tại Việt Nam, phương pháp này đã được nghiên cứu từ những năm đầu của thậpky 80 với sự giúp đỡ cua Viện Dia kỹ thuật Thụy Điền Vào năm 2000, do yeu cầu thựctế, phương pháp này được áp dụng trở lại trong lĩnh vực xăng dầu, khi công trình chấpnhận một giá tri độ lún cao hơn bình thường tuy nhiên có hiệu quả kinh tế cao Don vịđưa trở lại phương pháp nay ban đầu là COFEC và nay là C&E Consultants Năm 2004,Viện Khoa Học Thủy Lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Ban Dé tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị nay trong nghiên cứu sức

chịu tải cua cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng xi

măng đến tinh chất của xi măng dat, nhằm ứng dụng cọc xi măng đất vào xử lý đấtyếu, chống thấm cho các công trình thủy lợi Dưới đây là một số công trình được xử lýbăng cọc xi măng đất tại Việt Nam

_9-STT Tên công trình Đường kính Tông mét đài đã Công nghệ

cọc (m) thi công (m) trộn

Đường vao sân đỗ cảng hang ne

] khong C An Tho 0.6 32000 Tron ướt

Ham chiu đường sắt vành dai ^ ^

4 đường Láng Hòa Lạc 7+358 0.6 150000 Trộn khô

5 Đường băng sân bay Cần Thơ 0.6 300000 Trộn ướt

1.3.1 Công nghệ trộn1.3.1.1 Công nghệ trộn ướt Jet GroutingCông nghệ Jet-grouting (khoan phụt vữa cao áp) được phát minh ở Nhat Bản năm

1970 Sau đó các công ty của Y, Đức đã mua lại phát minh trên và hiện nay nhiều công tyxử lý nền móng hàng đầu thế giới như Christensen (Mỹ), Keller, Frankipile (Úc) đều sử

dụng công nghệ này.

Khoan phụt vữa cao áp là một quá trình bê tông hóa đất, nhờ có tia nước và tia vữaphun ra với áp suất cao (200-400 atm), vận tốc lớn (= 100 m/s), các phan tử đất xungquanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hòa trộn với vữa phụt đông cứng tạo thành một khối đồngnhất ximăng — dat

1.3.1.2 Công nghệ trộn khô Dry Jet Mixing (DJM)

Phương pháp trộn khô đã được áp dụng từ giữa thập ky 70 của thế kỷ 20, bat đầu ởThụy Điền, Phan Lan Trong thập ky 80 và 90, việc áp dụng phương pháp này đã tăng vớimột tốc độ lớn trong các nước Bắc Âu và Nhật Bản Ngày nay phương pháp này đã đượcxử dụng tại hàng loạt các quốc gia châu Âu, Á và Mỹ

Công nghệ này sử dụng cần khoan có gắn các cánh cắt đất để trộn hỗn hợp khônhư xi măng hoặc vôi, chúng cắt đất sau đó trộn đất với vữa xi măng bơm theo trục khoanđể tăng cường độ và giảm độ lún của nên đất yếu Theo từng loại đất ma hàm lượng ximăng va vôi có thé được điều chỉnh cho thích hợp

-

10-1.3.2 Các yếu tổ ảnh hưởng đến sự hình thành cường độ của dat trộn ximăngNhiều dự án và công trình nghiên cứu về những đặc tính hóa lý như việc xem xétcau trúc vi phân tử, và những ứng xử kỹ thuật như là về cường độ, về sức chịu tải của đấttrộn xi măng đã được thực hiện Việc cải thiện những đặc tính kỹ thuật của đất trộn ximăng như là sự gia tăng đáng kế về cường độ đã được chứng minh là do phản ứng giữađất và xi măng (Mitchell 1981[8]), cái sinh ra những vật liệu kết dính sơ cấp và thứ cấptrong khung xi măng — đất (Kezdi 1979[9], Schaefer et al.1997[10], Cokca 2001) Vậtliệu kết dính được tạo thành bởi phản ứng hidrat giữa xi măng và nước sinh ra hidrated

calcium silicates (C,SH, , C3S.H,), hidrated calcium aluminates (C3AH, , C4AH,) và vôi

tôi Ca(OH), (Bergado et al.1996[11] , Schaefer et al.1997[10]) Vật liệu kết dính thứ cấpđược tạo thành do Ca(OH)› phản ứng với silica và alumina từ khoáng sét dẫn đến sự tạo

thành của khoáng calcium silicate hidrat (CSH) và calcium aluminate hidrat (CAH).

Cùng với việc gia tang về cường độ thì cường độ của đất trộn xi măng bi anhhưởng bởi rất nhiều yếu tổ bao gồm hàm lượng xi măng trộn vào trong đất, khi hàmlượng xi măng tăng thì cường độ nén đơn tăng và được điều chỉnh cân bằng tại một hàmlượng xi măng nhất định (Chew et al.2004[12]) Theo nghiên cứu của Chew, khi hàm

lượng xi măng tăng lên khoảng 10% thì cường độ tăng lên nhanh chóng Khi hàm lượngxi măng vượt quá 10% thì cường độ gia tang một cách vừa phải ứng với sự gia tăng hàm

lượng xi măng Tương ứng với sự gia tăng về cường độ, sự tạo thành khoáng CSH va

CAH cũng gia tăng nhanh chóng khi hàm lượng xi măng lên tới 10% và tăng vừa phải khihàm lượng xi măng vượt quá 10%.

giảm (Horpibulsul et al.2005[13]).

-12-phản ứng pozzolanic, trong khi đó khoáng kaolinite mạnh mẽ Độ PH của đất cũng ảnhhưởng nhiều đến sự hình thành cường độ của đất trộn xi măng, những phả ứng pozzolanlâu dài sẽ thuận lợi hơn khi độ PH lớn vì những phản ứng sẽ được thúc đây nhanh nhờ độhòa tan cua silicate và alumunate trong hạt sét gia tăng, khi độ PH < 7 thì sự trao đổi base

kém[2].

Bên cạnh việc gia tang cường độ do khoáng silica va alumina tham gia trong phan

ứng pozzolanic, thi trong nhiều vùng đất ven biển cũng chứa nhiều muối khoáng, cái gâysự giảm cường độ và gây ăn mòn đất trộn xi măng Đất sét yếu chứa muối không chỉ cónhững đặc tính chung như đất sét yếu thông thường mà còn chứa một hàm lượng caonhững ion MgTM* ,CL, SO,” , là những ion gây nên ảnh hưởng làm giảm cường độ của đất

trộn xi mang (Xing et al.2009[14]) Theo nghiên cứu của Xing thì ion Cl’ ảnh hưởng lên

cường độ của đất trộn xi măng trong thời gian ngắn và gây ảnh hưởng lớn nhất, ion Mg””có ít ảnh hưởng lên cường độ ban đầu nhưng gây ảnh hưởng lớn vẻ lâu dai và ion SO,”gây ảnh hưởng về lâu dài và gây ít ảnh hưởng hơn so với hai ion MgTM và ion CI

-13-CH ONG 2: CƠ SỞ LY THUYET TÍNH TOÁN HO ĐÀO SÂU TRONG MOI

TR ONG DAT NHIEM MAN VA ẢNHH ONG CUA NONG ĐỘ MUỎI LEN

DAT TRON XI MANG2.1 Co sở lý thuyết tinh toán hồ đào sâu trong môi trường đất nhiễm mặnMô hình tính toán cho hé đảo sâu trong vùng đất nhiễm mặn sử dụng phần mềmPlaxis để mô phỏng cho ra kết quả chuyển vị ngang của tường, môment, lực cắt Cácthông số tính toán của mô hình được sử dụng từ các thí nghiệm trong phòng Hiện nay,phân mém Plaxis đã được sử dụng phô biến, các cơ sở lý thuyết trong phan mém cũng đã

được nghiên cứu trong quá trình mô hình, nên tác giả không trình bày trong luận văn, mà

tập trung đi xác định các thông số đầu vào và kiểm tra 6n định đáy hố đào theo các

phương pháp khác nhau.

2.1.1 Tính toán kiểm tra 6n định đáy hồ đàoKhi đào hố móng, do đất trong hồ bị đào đi nên làm biến đổi trường ứng suất vàtrường biến dạng của nên đất, có thé dẫn đến mat 6n định nén đất, ví dụ nền đất bị trượt,đáy hỗ bị vòng lên và cát chảy

2.1.1.1 Phương pháp Terzaghi — Peck

Terzaghi đã nghiên cứu điều kiện 6n định của đáy hố đào Cho góc ma sát trong

của đất o = 0, mặt trượt được tạo thành bởi mặt tròn va mặt phang Ong cho rang, VỚI

mặt cat nam ngang ở đáy hỗ móng, đất ở hai bên hỗ móng giống như siêu tải phân bố đềutác động lên mặt cat ay Siêu tải này có xu hướng làm cho phan đáy hỗ móng không chịu

siêu tải xảy ra hiện tượng vông lên.

B/1.414 B B/1.414a b c d

—— ee—— ee

Cường độ tải trọng p, của nó là:

a

P, =H ~~ cH (2.2)Terzaghi cho là, néu cường độ tải trong vượt quá khả năng chịu lực giới han củanên đất thì sẽ làm cho đáy hố móng trôi lên Khả năng chịu lực giới han qạ của nên đấtsét biểu thi băng lực dính c là:

Hệ số an toàn chong trôi K 1a:

đ„ 5.7¢

K=—-= >1.5P, V2cH (24)yH~ F

Phương pháp nay thích hợp với các công trình hỗ móng rộng và dai Tuy nhiênphương pháp chưa kế đến hình dạng hỗ móng cũng như tác dụng của tường trong đất cóđộ cứng lớn và độ chôn sâu nhất định đối với việc chống trồi của đáy hố móng Điều đóđã được giải quyết trong phương pháp Terzaghi cải tiến

2.1.1.2 Phương pháp Terzaghi cải tiễnKhi không ké đến độ sâu D của tường và không có tải trong phân bố ở mép hồ đào:

_S./€„B+cạHK VHB, (2.5)

Khi kê dén độ sâu D của tường va có tai qs ở mép hồ móng với B, < Bị, By =

B/1.414 hoặc B, = T (T: bề dày lớp sét dưới đáy móng), chọn trị số nhỏ trong 2 số ta có:

_15-Modified Terzaghi’sMethod forDiaphragm Wall

(Wong and Goh, 2001)

2.1.1.3 Phương pháp Caquot và Kerisel :

16

-Khi độ căm sâu vào đất của tường không đủ, mặc dù là trong tình huống không cónước, đáy hỗ đào có nguy cơ bị trôi lên Day hồ bị trượt theo đường cong ABC, tạo rahiện tượng nâng cao đáy hồ lên Lay mặt phăng đáy hồ dao làm chuẩn, ta có:

- Ứng suất thắng đứng bên phía không đào là:

ạ =yH (2.8)- Ung suất thắng đứng bên phía dao là:

g, =D (2.9)Theo lý luận về đường trượt, có thé suy dẫn là:

0: góc ma sát trong của đấtD: độ sâu cắm vào đất của thân tường2.1.1.4 Phương pháp tính chống tréi đáy khi xem xét cả e và @Trong các công thức tính toán 6n định chống trồi khi kiểm tra hệ số an toàn chongtrồi, chỉ đưa ra công thức thuần đất sét (ọ = 0) hoặc thuần đất cát (c = 0), rất ít khi đồngthời xét cả c và ọ Hiển nhiên là với loại đất sét thông thường thì cường độ chịu cắt củakhối đất bao gồm cả c và ọ Uông Binh Giám ở Dai Học Đồng Tế tham khảo công thứckha năng chịu lực của nền đất của Prandtl và Terzaghi và xem mặt phăng đáy tường làmặt chuẩn dé tìm kha năng chịu lực giới hạn thì hình dạng của đường trượt như hình.Kiến nghị dùng công thức sau đây dé kiểm tra tính 6n định chống tréi của đáy, nhờ đó tìm

được độ chôn sâu của thân tường.

VỚID- độ chôn sâu của thân tuờngH- độ đào sâu của hô móng

Ñ„ = tan* [ast + 2) c7ang

Dùng công thức Terzaghi, Nụ, N, lần lượt là:

(2.12)

(2.13)

1 (Feo jan

Nop ==|— (2.14)

2 cos( 45° +2)

1Na =(N„—1) ‘ang (2.15)Khi dùng phương pháp nay dé kiểm tra hệ số an tòan chống trồi, do không kế đếntác dụng chồng trôi lên của cường độ chịu cắt trên mặt A’B’ trên hình nên hệ số an toànKi có thé thấp một chút, thường Ky, > 1.2 + 1.3

2.1.2 Kiếm tra 6n định chong phun tràoKhi đào hỗ móng trong lớp bão hòa nước, phải thường xuyên lưu tâm đến áp lựcnước, bảo đảm ỏn định của hỗ móng, nhất thiết phải kiểm tra xem trong tình hình chảythấm thì có thể xuất hiện phun trảo (cát chảy) hay không Khi nước ngầm chảy từ bêndưới mặt đáy hồ móng lên bên trên mặt đáy hố móng, các hạt đất trong nên đất sẽ chịu lựcđây nỗi của áp lực nước thâm thau, một khi xuất hiện áp lực nước thâm thau quá lớn, cáchạt đất sẽ ở vào trạng thái huyền phù trong nước đang lưu động, tạo ra hiện tượng phun

trào.

7X 7X 5X

NNg N

= N

N

NN

N

Ị

Ywh j|

Hình 2.5: Sơ đồ kiểm tra chong phun trào

_19-Lực thấm thấu tác dụng trong phạm vi phun trao B là:

J =7„hB (2.16)VỚI

h — ton thất cột nước trong phạm vi B từ chân tường đến mat đáy hỗ móng, thườngcó thé lay h x hy/2

Yw— dung trong cua nước

B — phạm vi xảy ra cát chảy, căn cứ vào kết qua thí nghiệm, đầu tiên xảy ra trongphạm vi cách xa thành hồ bằng khoảng 1/2 độ cắm sâu vào đất của tường chăn, B = D/2

Trọng lượng trong nước của khối đất W chống lại áp lực thâm thấu là:

W=y'DB (2.17)VỚI

y’ — dung trọng đây nồi của đấtD- độ căm sâu vào dat của tường

Nêu thỏa mãn điêu kiện w > J thì sẽ không xảy ra phun trào, tức thỏa mãn các điêukiện sau:

-20-XL, — tổng độ dài đoạn thang đứng của chảy thấm.m - hệ số tính đổi khi tính đối đoạn thăng đứng của đường chảy thấm thành đoạnnăm ngang Khi tường màng quây một hang, lấy m = 1.5, khi là tường mang quây nhiễuhàng, lẫy m =2

Hạt xi măng Porland là một chất không đồng nhất, nó bao gồm tricalcium silicate

(3CaO.SIO;, C3S), dicalcium silicate (2CaO.SIO;, CS), tricalcium aluminate

(3CaO.AI;O, C3A) và một số chat rin hòa tan là tetracalcium aÔumino ferrite(4CaO.A1,03.Fe,03, C„AF) Bốn chat trên là những chất chính tạo ra cường độ Khi nước

trong lỗ rỗng gặp xi măng thì hiện tượng thủy hợp xảy ra nhanh chóng và tạo ra hydrated

calcium silicate (C2SH;, C3S2Hx), hydrated aluminate và vôi tôi Ca(OH)› Hai chất đầu làhai sản phẩm chủ yếu do xi măng tao ra và vôi tôi được kết tụ riéng rẽ ở dạng tinh thé.Trong quá trình đông cứng, các hạt xi măng dính kết với nhau tạo nên một khung kết cau

hạt bao quanh các hạt sét Các pha silicate và aluminate trộn lẫn với nhau nên không có

pha nào ở dang tinh thé hoàn toàn Một phần Ca(OH), có thé trộn với những pha khác háonước cũng chỉ cho sản phẩm một phan ở dạng tinh thé Ngoài ra tinh háo nước của xi

măng đã làm cho nước trong lỗ rỗng có độ pH cao hơn vì phản ứng đã cho ra vôi tôi Các

bazo mạnh đã hòa tan silica và alumina có trong khoáng sét và trong các tạp chất trên bémặt hạt khoáng Sự hòa tan này giống như phản ứng giữa một acid yếu với một bazo

mạnh Các thành phân khoáng silica và alumina ngậm nước dân dân phản ứng với những

_22-ion caleium được phóng thích từ sự thủy phân của xi măng để tạo ra những hợp chấtkhông hòa tan (sản phẩm xi măng thứ cấp) Các hợp chất không hòa tan này sẽ đông cứngtrong quá trình bảo dưỡng và chính chúng làm tăng độ bền chắc của đất nền Phan ứngthứ cấp ở trên chính là phản ứng pozzolan

Sản phẩm kết dính sơ cấp được tạo ra do phản ứng hidrat giữa xi măng và nước

2(3CaO.SiO, ) + 4H,O0 <> 3CaO.2S¡O,.3H,O +3Ca(OH ),

(tricalcium silicate) (tobermorite gel) (calcium hydroxide)

2(2CaO.SiO,) +4H,O <> 3CaO2SiO, 3H,O + Ca(OH),

(dicalcium silicate) (tobermorite gel) (calcium hydroxide)

4Ca0.AL,O,.Fe,0,+10H,O + 2Ca(OH), < 6Ca0.AL0O,.Fe,O0,.12H,O

(tetracalciumaluminoferite) (calcium aluminoferrite hydrate)

3CaO.Al,O, +12H,O +2Ca(OH), <> 3Ca0.Al,O, Ca(OH), 12H,O

(tricalcitumaluminate) (tetracalcium aluminoferrite hydrate)

3CaO.Al,O, +10H,O + CaSO, 2H,O <> 3Ca0.Al,O, CaSO,.12H,O

(tricalciumaluminate) (calcium monosulfoaluminate hydrate)

Hai phan ứng đầu cho thay su thủy hop của hai loại calcium silicate tạo ra nhữnghợp chất mới đó là vôi và tobermorite gel Hợp chất tobermorite gel giữ vai trò quan trọng

đôi với độ bên của xi măng vi nó chi phôi trực tiép đên sự thay đôi liên kết, cường độ va

thể tích của xi măng khi gặp nước Phản ứng giữa xi măng và đất được trình bày dướiđây tuy nhiên chỉ có phan ứng giữa tricalcium silicate và đất được trình bay vì chúng lànhững thành phần quan trọng nhất của xi măng porland

C,S+H,0 ->C,S,H ,(hydratedgel) + Ca(OH),

(sản pham xi măng sơ cấp)

Ca(OH), —> Ca”” +2(OH)ˆ

Vậy trong hỗn hợp đất xi măng tổn tai các hạt sét, xi măng sơ cấp và thứ cấp đượctạo thành Sản phẩm xi măng sơ cấp đông cứng để trở thành những phụ gia có cường độcao khác với xi măng thông thường tạo nên bê tông Sản phẩm xi măng thứ cấp làm tăngcường độ và tính bền của đất và xi măng băng cách làm tăng cường độ liên kết giữa các

hạt.

2.2.2 Ánh hướng của muối lên cường độ dat trộn xi măng2.2.2.1 Lý thuyết về cơ chế gây ảnh hưởng làm giảm cường độ cọc xi măngđất

a Do ảnh hưởng của ion ClKhi trong đất chứa hàm lượng cao ion Cl- , ion Cl- két hop với 3CaO.Al,03 désinh ra 3CaO.AIzOs.3CaC1z.32H;O mà không có sự keo tụ, cai được thể hiện qua phương

trình sau:

_24-Ca(OH), +2NaCl <> CaCl, +2NaTM +2OH' (1)

3CaO.AI,03 +3CaCl, +32H,O <> 3CaO.AI,03.3CaCl,.32H2O (2)

Qua trinh giam Ca** và Al(OH)3 va sau đó ngăn can su tạo thành cua CSH và

CagAl,(SO4)3(OH)2.26H,O Phan ứng hóa trong phương trình (2) làm tăng phan

ứng hóa trong phương trình (1) để tạo thành những chất bên phải phương trình (1), nhưngquá trình nảy tiêu thụ nhiều Ca(OH), sau đó ngăn can sự sinh ra của CSH+CAH Do đóCl’ không chỉ ảnh hưởng đến cường độ của đất trộn sinh măng mà còn là nhân tô chínhảnh hưởng lâu dài đến cường độ của đất trộn xi măng

b Do ảnh hướng của ion SO4 ~

Trong dạng xâm thực sunphat cổ điển, nguồn cung cấp ion sunphat thường làNa›zSO¿, MgSO¿, KzSO»›, (NH4)4SO,4, những dung dịch sunphat này có thé tôn tại tự nhiêntrong đất, đặc biệt là đất sét và nước ngâm.Ca(OH); và CạAH; là sản phẩm hydrat dễ bịtan công, nhưng C-S-H cũng có thé bị ảnh hưởng nếu Ca(OH), hết Ion sunphat phản ứngvới Ca(OH), dé tạo thành thạch cao (CaSOs.2H›©O) trong khi đó sunphat phản ứng với

C3AHg tạo thành canxi sunfuoaluminat hydrat.

Canxi sunfuoaluminat hydrat hình thành ở giai đoạn hydrat hóa nó tồn tại ở dang

ettringit (3CaO.AlzOs.3CaSOx.32H¿O) và monosunphat (3CaO.AlzOs.CaSOx.L2H›O).Ettringit tạo thành thông qua phản ứng sau:

3CaO.AIzOs.6H¿O + 3[CaSO4.2H2O0] + 20H¿O —> 3CaO.AlzOs.3CaSOx.32H›O

Ettringit tạo thành có thé nguyên chất va pha ettringit thường được xem là ‘Aft’hay ‘alumino-ferrite-tri’ Khoáng nay sau hai giờ hình thành có các đặc tính: thé tích tăngtừ 2-5 lần, làm giảm độ rỗng, tăng độ đặc sit cho cau trúc xi mang trong thời gian dau.Nhưng khi ettringit tạo thành lần thứ 2 (cấp 2, khi cọc ximang-đất đã ran chắc), làmtrương nở thể tích, gây phát sinh ứng suất bên trong cọc xi măng-đất, làm cọc xi măng đất

bị nut, gây giảm cường độ [2].

Sự hình thành của monosunphat xảy ra thông qua phan ứng của C3A với ettringit

nếu hàm lượng C3A nhiều hơn sunphat:

_25-3CaO.AIzOs.3CaSOx.32H;O + 2(3CaO.AIzO+) —>3(3CaO.AI;Os.CaSOx.12H›©).

Hình bên dưới được trích từ một tài liệu của Mỹ, thé hiện mối quan hệ khối lượngcủa hợp chất chính trong vi cau trúc của vữa xi măng portland hidrat (bên trái) như một

hàm theo thời gian (theo Locher, Richartz, va Sprung 1976) và (bên phải) như một hàmcủa mức độ hidrat khi được ước lượng bởi một mô hình tính toán cho tỷ lệ nước/xI măng

là 0.5 (theo Tennis và Jennings 2000) Giá trị được cho là cho một hợp chất xi măng loại

1 trung bình (Gebhardt 1995): C3S=55%, C2S=18%, C3A=10% và C4AF=8%.

Ettringite

L l L |

„0 5 30 7 2 6 7 2 7 28 90

— — — — —

Age: Minutes Hours Days

Hình 2.7 Mối quan hệ giữa khối lượng hợp chat và mức độ hidrat hóa theo thời gianHình 2.7 chỉ ra độ rỗng của vữa xi măng-đất giảm theo thời gian Portlandit vàEttringit được hình thành trong những phút đầu Ettringit là những tinh thé hình kim cứngtrong thời gian đầu trương nở thể tích và len lỏi vào các lỗ rỗng của đất, bịt kín các lỗrong, làm hỗn hợp xi măng-đất trở nên đặc sit và góp phan sinh ra cường độ ban đầu chohỗn hợp Vẻ sau khi hỗn hợp đã đặc chắc, việc sinh ra ettringit gây trương nở thể tích vacùng với việc tạo thành CSH va CAH gây nứt cọc xi măng-đất

2.2.2.2 Theo nghiên cứu của Xing

Đất sét yếu nhiễm mặn có chứa hàm lượng cao những ion Mg”*, Cl và SO¿“ hơnnhững đất sét yếu thông thường [14] Xing (2009) đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởngcủa những 1on trên lên cường độ của đất trộn xi mang Xing thực hiện thí nghiệm tại vùng