Nghiên cứu đề xuất giải pháp cải tạo đất bùn nạo vét lòng sông sử dụng xi măng và hỗn hợp xi măng cát kết hợp với phương pháp đầm chặt. Cường độ của mẫu thí nghiệm được kiểm nghiệm thông qua thí nghiệm xác định chỉ số California Bearing Ratio (CBR).
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 13 (5V): 112–123 NGHIÊN CỨU CHỈ SỐ CBR CỦA ĐẤT BÙN LỊNG SƠNG ĐẦM CHẶT GIA CƯỜNG HỖN HỢP XI MĂNG – CÁT Nguyễn Minh Đứca,∗, Lê Anh Thắnga , Nguyễn Quang Khảia a Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, đường Võ Văn Ngân, quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam Nhận ngày 06/08/2019, Sửa xong 10/10/2019, Chấp nhận đăng 10/10/2019 Tóm tắt Nghiên cứu đề xuất giải pháp cải tạo đất bùn nạo vét lòng sơng sử dụng xi măng hỗn hợp xi măng cát kết hợp với phương pháp đầm chặt Cường độ mẫu thí nghiệm kiểm nghiệm thơng qua thí nghiệm xác định số California Bearing Ratio (CBR) Kết cho thấy đất sau đầm chặt với xi măng cho phép gia tăng số CBR từ 2,8 đến 3,8 lần so với đất đầm chặt không gia cường Hàm lượng xi măng tăng, cường độ đất gia cường lớn Khi gia cường hỗn hợp xi măng cát, cường độ đất bùn sét gia tăng từ 3,6 đến 5,9 lần so với mẫu không gia cường Nghiên cứu đề xuất hàm lượng xi măng cát nhằm tối ưu cường độ vật liệu cho đất bùn sét gia cường Từ khoá: đất lòng sơng; gia cường; hỗn hợp xi măng cát; CBR; đầm chặt RESEARCH ON THE CALIFORNIA BEARING RATIO OF SOFT CLAY COMPACTED WITH CEMENT AND SAND MIXTURE Abstract The research proposed an improvement method using cement and cement-sand mixture to increase the bearing capacity of riverbed clay The strength of reinforced specimens was evaluated by standard test method for California Bearing Ratio (CBR) of laboratory-compacted Soils The results revealed that combining with compaction process, the cement reinforced specimens increased from 2.8 to 3.8 times compared to that of unreinforced specimens The higher cement content, the higher CBR of reinforced specimens was obtained The compacted clay reinforced by cement and sand mixture further improved its bearing capacity In particular, the CBR value of cement-sand mixture reinforced clay was up to 3.6-5.9 times of the CBR of unreinforced clay The optimum sand and cement content were also proposed to achieve the best performance of reinforced clay specimens Keywords: riverbed clay; reinforced; mixture of cement and sand; CBR; compaction https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(5V)-13 c 2019 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Giới thiệu Hàng năm, q trình nạo vét lòng sơng nhằm đảm bảo lưu thông kênh rạch đồng sông Cửu Long tạo lượng bùn thải lớn Bùn sét yếu từ q trình nạo vét có khả chịu tải thấp, khả nước kém, khó khăn ứng dụng làm đất móng cơng trình Nhằm tận dụng lượng bùn thải làm đất đắp cho nền, móng đường cho cơng trình giao thơng cơng trình kho bãi chứa cho cơng trình xây dựng dân dụng công nghiệp, bùn thải cần cải thiện khả chịu tải, gia tăng độ đặc chắc, giảm khả nén lún ∗ Tác giả Địa e-mail: ducnm@hcmute.edu.vn (Đức, N M.) 112 Đức, N M., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Phương pháp ổn định đất sử dụng hỗn hợp xi măng cốt liệu ứng dụng rộng rãi xây dựng dân dụng công nghiệp Cường độ khả chịu tải đất sét sau gia cường hỗn hợp xi măng cốt liệu gia tăng đáng kể [1–6] Phương pháp trộn xi măng với đất nhằm gia tăng cường độ đất áp dụng phổ biến cơng trình sử dụng cọc xi măng đất [7–9] Một số nghiên cứu cho thấy khả cải tạo đất bùn sét yếu tốt đất bùn trộn trực tiếp với chất kết dính vơ (xi măng, vơi bột, tro bay) Đất bùn sét sau cải tạo dùng để phục vụ số cơng trình thủy lợi [5, 10–15] Phương pháp gia cường có điểm khác biệt phương pháp cải tạo đất từ đầm chặt kết hợp với vật liệu gia cường Đầm nén phương pháp gia tăng khả chịu lực đất thông qua gia tăng độ chặt đất nền, giảm độ rỗng đất Đất kết hợp đầm chặt với gia cường hỗn hợp xi măng gia tăng cường độ đất sau xử lý Độ ẩm độ chặt điểm khác biệt phương pháp trộn xi măng đất phương pháp đầm chặt đất - xi măng Đối với phương pháp trộn xi măng đất, độ ẩm hỗn hợp cần phải đủ lớn nhằm (1) thủy hóa hồn tồn xi măng, (2) giảm lực ma sát cần trộn (đối với phương pháp trộn học) (3) dễ dàng thi công (đối với phương pháp jet grounting) Trong trình trộn, kết cấu đất bị phá hủy kết cấu sau trộn có độ rỗng lớn Đối với phương pháp đầm chặt đất - xi măng, lượng nước cần vừa đủ nhằm thủy hóa lượng xi măng đất Độ ẩm hỗn hợp cần phù hợp gần sát với độ ẩm tối ưu đất, nhằm đảm bảo độ đầm chặt tối ưu hỗn hợp Bên cạnh đó, sau kết thúc trình đầm chặt, kết cấu đất vừa có độ chặt lớn lại có cường độ cao liên kết hạt đất xi măng sau ninh kết Nhiều nghiên cứu ứng dụng đầm chặt xi măng – đất có khơng có cốt liệu Nghiên cứu Horpibulsuk cs [16] cho thấy xi măng giúp phủ đầy lỗ rỗng có đất, kết hợp với trình đầm chặt để làm tăng độ chặt hạt đất trượt lên tác động lực đầm chặt Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu sử dụng hỗn hợp xi măng, tro xỉ để gia cường đất sét đầm chặt [17–19] Kết nghiên cứu cho thấy hỗn hợp xi măng – tro xỉ với tỷ lệ phù hợp gia tăng đáng kể cường độ đất sét yếu sau đầm chặt Mousavi Wong [20] nghiên cứu cường độ đất sét đầm chặt kết hợp với hỗn hợp xi măng, tro than bùn, cát silic Nghiên cứu tìm tỷ lệ vật liệu tối ưu cho cường độ hỗn hợp sau đầm chặt Nghiên cứu cho thấy độ ẩm tối ưu hỗn hợp từ 18 – 21%, thu từ thí nghiệm đầm Proctor tiêu chuẩn Cường độ đất sau cải tạo tăng lên từ 2-3 lần so với đất đầm chặt Các nghiên cứu [21, 22] khẳng định khả gia cường đất bùn sét sử dụng phương pháp đầm chặt kết hợp với xi măng cốt liệu thơ (cát silic đá núi lửa) Thí nghiệm xác định số California Bearing Ratio sử dụng phổ biến giới nhằm xác định cường độ, mơ đun đàn hồi nền, móng đường, từ thiết kế bề dày lớp áo đường Nhiều nghiên cứu ứng dụng thí nghiệm nhằm đánh giá cường độ đất bùn sét gia cường [20, 23, 24] Mặc dù có nhiều nghiên cứu khả gia cường hỗn hợp xi măng – cốt liệu cho đất sét đầm chặt, nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu ứng dụng thí nghiệm xác định số CBR nhằm khảo sát cường độ của mẫu đất bùn sét nạo vét lòng sơng đầm chặt gia cường hỗn hợp xi măng - cát Nghiên cứu sử dụng bùn sét nạo vét lòng sơng Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang xử lý phơi khô, đầm chặt độ ẩm tối ưu, gia cường xi măng cát theo tỷ lệ khác Nghiên cứu đề xuất tỷ lệ tối ưu thành phần vật liệu, xác định khả gia tăng cường độ đất bùn sét nạo vét Nghiên cứu khảo sát khả ứng dụng đất bùn nạo vét làm đất đắp cho nền, móng đường cơng trình giao thơng cơng trình kho bãi dân dụng công nghiệp 113 Đức, N M., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Vật liệu phương pháp thí nghiệm 2.1 Vật liệu a Đất bùn sét lòng sơng Mẫu lấy sông Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang Các tiêu lý đất tổng hợp Bảng Kết cho thấy đất bùn sét sau nạo vét lòng sơng có độ ẩm lớn, độ rỗng ban đầu cao, dung trọng khô thấp, phản ánh đất bùn sét chưa xử lý có cường độ thấp, khả nén lún lớn, áp dụng cho công tác san lấp mặt Phân bố thành phần hạt thể Hình 1, đất đất bùn sét dẻo cao, OH-MH theo Unified Soil Classification System (USCS) Mỹ Bảng Chỉ tiêu lý đất Mô tả Ký hiệu Dung trọng tự nhiên Độ ẩm tự nhiên Dung trọng khô Hệ số rỗng ban đầu Dung trọng khô lớn Độ ẩm tối ưu Giới hạn dẻo Giới hạn chảy Chỉ số dẻo Độ bão hòa Loại đất theo USCS Đơn vị γtn w γk e0 16,13 kN/m3 55,4 % 10,4 kN/m3 1,55 γk−max 15,04 kN/m3 OMC 24,5 % PL 44,9 % LL 91,5 % PI 46,6 % Gs 2,75 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2018 OH-MH Sét bùn dẻo cao 100 Phần trăm lọt sàng (%) Giá trị Đất bùn nạo vét Cát vàng 80 60 40 20 10 0.1 Đường kính hạt (mm) 0.01 0.001 Hình Phân bố thành phần hạt đất bùn nạo vét cát vàng Hình Phân bố thành phần hạt đất bùn nạo vét cát vàng Bảng Chỉ tiêu lý đất Môxác tả định độ ẩm tốiKý Giá trị Đơn bùn vị sét sử dụng chày Thí nghiệm đầm cải tiến ưuhiệu dung trọng khô đất nhiên γtn nghiệm 16,13đầm chặtkN/m đầm 4,54 kg với Dung chiềutrọng caotựrơi 457 mm Mẫu thí lớp với 25 chày Độ ẩm tự nhiên w 55,4 % đầm/lớp tương đương với mức lượng đầm 1200 kJ/m3 Đây mức lượng trung bình Dung trọng khơ γk 10,4 kN/m3 mức lượng đầm (bao gồm 10 chày/lớp; 25 chày/lớp 56 chày/lớp) chuẩn bị mẫu cho thí Hệ số rỗng ban đầu e0 1,55 3năng lượng nhỏ nghiệm xác định Dung sốtrọng CBR theo mục 8.1.2 tiêu chuẩn ASTM D1883 [25] Mức khô lớn γk-max 15,04 kN/m ẩm tối ưu tiêu chuẩn ASTM OMC D1883 [25] 24,5 nhằm giảm % bớt lượng đầm mức lượng Độ 2700 kJ/m Giớicải hạntạo dẻo đất, từ dễ dàng PL 44,9 % gia cường ngồi thực q trình đầm ứng dụng phương pháp Giới hạn chảy LL 91,5 % tiễn trường Chỉ Mứcsốnăng dẻo lượng đầm PI lựa chọn 46,6 nghiên cứu % trước nhằm đánh /m3) Độ bão hòa Loại đất theo USCS 20 Gs 114 OH-MH 2,75 Sét bùn dẻo cao Hệ số rỗng ban đầu e0 1,55 Dung trọng khô lớn γk-max 15,04 kN/m3 Độ ẩm tối ưu OMC 24,5 % Giới hạn dẻo PL 44,9 % Giới hạn chảy LL 91,5 % Đức, N M., cs / Tạp chí Khoa học dựng Chỉ số dẻo PI Công nghệ Xây46,6 % Độ bão hòa Gs 2,75 giá cường độ CBR mẫu đất theo mức lượng đầm khác [26] Kết thí nghiệm Loại đất theo USCS OH-MH Sét bùn dẻo cao Dung trọng khô (kN/m3) đầm cho thấy độ ẩm tối ưu đất 24,5% với dung trọng khô lớn 15,04 kN/m (Hình 2) 20 Đường Zero air bão voidhòa 18 16 gk-max = 15.04 kN/m3 14 Wopt = 24.5% 12 15 20 25 30 Độ ẩm (%) 35 40 Hình Đường cong đầm chặt theo thí nghiệm đầm cải tiến lớp đầm, với 25 chày đầm/lớp Hình Đường cong đầm chặt theo thí nghiệm đầm cải tiến lớp đầm, với 25 chày đầm/lớp b Cát Cát sử dụng loại cát hạt lớn, màu vàng, dạng tròn nhẵn, tạp chất sét, hữu Cát có mô đun độ lớn 1,94, loại cát dùng rộng rãi làm cốt liệu hỗn hợp bê tông cốt thép Chỉ tiêu lý cát thể Bảng Phân bố thành phần hạt mẫu cát vàng sử dụng thí nghiệm thể Hình Bảng Chỉ tiêu lý cát Đại lượng Giá trị D60 (mm) D30 (mm) D10 (mm) Hệ số đồng đều, Cu Hệ số cấp phối, Cc Modun độ lớn Loại đất theo USCS 0,463 0,250 0,128 3,62 1,05 1,94 Cát cấp phối kém, SP 2.2 Phương pháp thí nghiệm Tổng cộng có 10 mẫu thí nghiệm cho việc xác định số cường độ CBR Q trình thí nghiệm xác định số CBR mẫu không gia cường mẫu gia cường thực dựa tham khảo tiêu chuẩn ASTM D1883 [25] Mẫu thí nghiệm chế bị phòng thí nghiệm nhằm đảm bảo độ xác độ ẩm, tỷ lệ trộn độ đồng mẫu thí nghiệm Các mẫu thí nghiệm thay đổi hàm lượng xi măng (0-300 kg/m3 thể tích hỗn hợp) hàm lượng cát (0-200 lít/m3 thể tích hỗn hợp) Xi măng thường dùng xi măng phổ thông, loại PCB40 Lượng xi măng trộn tương đương 7% ÷ 15% trọng lượng khơ đất cần gia cố Tỷ lệ trộn chọn theo kết thí nghiệm [9] đất sét nạo vét gia cường xi măng Trong đó, đất thí nghiệm sử dụng loại đất bùn sét yếu sử dụng phương pháp trộn hỗn hợp cát – xi măng Thành phần trộn mẫu thí nghiệm thể Bảng 3, hàm lượng xi măng cát tính cho m3 hỗn hợp sau đầm chặt 115 Đức, N M., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Hàm lượng thành phần phối trộn mẫu thí nghiệm Loại mẫu thí nghiệm Xi măng (kg) Tỷ lệ Xi măng/Đất (%) Cát (lít) Khơng gia cường XM200 XM250 XM300 XM200-C100 XM250-C100 XM300-C100 XM200-C200 XM250-C200 XM300-C200 200 250 300 200 250 300 200 250 300 0,0 13,0 16,3 19,6 14,0 17,0 20,4 14,2 17,7 21,1 0 0 100 100 100 200 200 200 Từ tỷ lệ khối lượng xi măng/khối lượng đất khô, XM/Đất cho thấy tỷ lệ tăng lên gia tăng hàm lượng cát hỗn hợp trộn Bên cạnh đó, giá trị XM/Đất lớn giá trị XM/Đất = 7-15% đề xuất [9] Tỷ lệ XM/Đất nghiên cứu gấp khoảng 1,4 lần tỷ lệ XM/Đất nghiên cứu trước Điều giải thích hàm lượng xi măng nghiên cứu [9] tính theo thể tích hỗn hợp trộn không đầm Giá trị 1,4 trùng với tỷ số thể tích hỗn hợp chưa đầm/thể tích hỗn đầm trung bình thu từ thí nghiệm đầm hỗn hợp đất – xi măng – cát a Chuẩn bị thí nghiệm Đất bùn nạo vét sấy khơ nhiệt độ 60◦ nghiền nhỏ trộn độ ẩm tối ưu, w = 24,5% (Bảng 1) Mẫu đất dưỡng tủ dưỡng ẩm 24h nhằm đảm bảo độ ẩm phân bố đất trước sử dụng q trình đầm mẫu Cối có đường kính 15,24 cm với chiều cao 17,65 cm, đĩa đệm chiều cao 6,01 cm Mẫu thí nghiệm đầm thành lớp nhau, lớp đầm 25 chày, sử dụng chày cải tiến có khối lượng đầm 4,54 kg với chiều cao rơi 457 mm Mẫu sau hồn thành q trình đầm chặt cân, kiểm tra dung trọng khô đảm bảo không sai khác so với dung trọng khô lớn bảng 1% Mẫu khơng gia cường thí nghiệm xác định số CBR sau kết thúc trình đầm tạo mẫu Đối với đất gia cường, đất sau dưỡng ẩm độ ẩm, w = 24,5%, trộn với hỗn hợp xi măng, cát (nếu có) với tỷ lệ thể tích nước/khối lượng xi măng từ 0,4 đến 0,5 Tỷ lệ lựa chọn theo dẫn nhà sản xuất hỗn hợp bê tông B20 (mác 250) trở lên Với tỷ lệ trộn này, trọng lượng riêng vữa xi măng khoảng từ 18,5-18,9 kN/m3 [27] Trọng lượng riêng xấp xỉ trọng lượng riêng đất sau đầm chặt (18,6 kN/m3 ) từ hỗn hợp trộn dễ dàng đảm bảo độ đồng Dưới ảnh hưởng xi măng, cát, độ ẩm tối ưu hỗn hợp đất sét bị thay đổi so với độ ẩm tối ưu đất sét ban đầu Nghiên cứu [20] cho thấy độ ẩm tối ưu hỗn hợp đất sét, cát, xi măng tăng lên gia tăng hàm lượng xi măng hỗn hợp Nghiên cứu [21] cho thấy cần thêm lượng nước vào hỗn hợp (so với độ ẩm tối ưu đất sét) nhằm đảm bảo trình thủy hóa xi măng Do mẫu gia cường chưa tạo độ ẩm tối ưu dung trọng khô lớn hỗn hợp theo yêu cầu tiêu chuẩn ASTM D1883 [25] Tuy nhiên phương pháp chuẩn bị mẫu gia cường đề xuất nhằm đơn giản hóa q trình tạo mẫu tương tự như phương pháp tạo mẫu [21] gia tăng độ ẩm hỗn hợp đảm bảo lượng nước thêm vào đủ để thủy hóa hồn tồn xi măng mẫu thí nghiệm 116 Đức, N M., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Mẫu thí nghiệm gia cường xi măng – cát sau đầm chặt xong bảo quản không bị nước điều kiện nhiệt độ phòng (khoảng 25◦C) ngày trước tiến hành thí nghiệm xác định số CBR Cường độ hỗn hợp xi măng đất sau ngày khoảng từ 60-65% so với cường độ 28 ngày [9] Đối với thi công đầm đất cho đường kho bãi, thông thường lớp phía thi cơng sau kết thúc q trình thi cơng đầm chặt Thời gian dưỡng ngày đảm bảo cường độ cao cho hỗn hợp, không làm gián đoạn dài thời gian thi công cơng trình b Q trình thí nghiệm Máy thí nghiệm đặt tốc độ dịch chuyển chùy xuyên 1,27 mm/phút (0,02 mm/giây) tuân theo tiêu chuẩn ASTM D1883 [25] Trong q trình thí nghiệm, dịch chuyển lực nén chùy xuyên đo thiết bị đo chuyển vị Linear variable differential tranducer (LVDT) thiết bị đo lực (Load cell) ghi liên tục vào máy tính theo thời gian thực Thí nghiệm kết thúc chùy xuyên dịch chuyển 10 mm (Hình 3) (a) Trước thí nghiệm (b) Gá lắp mẫu thiết bị nén (c) Sau thí nghiệm Hình Mẫu thí nghiệm CBR c Xác định hiệu chỉnh số CBR Do bề mặt lớp đất thí nghiệm khơng phẳng điểm tiếp xúc chùy xuyên lớp đất, đường cong áp lực nén chiều sâu xuyên cần điều chỉnh Phương pháp điều chỉnh quy định theo ASTM D1883 [25] Giá trị CBR xác định từ áp lực nén chùy xuyên sau chỉnh sửa 2,54 mm 5,04 mm: P1 CBR1 (%) = × 100 (1) 6900 P2 CBR2 (%) = × 100 (2) 10300 CBR1 giá trị CBR tính với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 in), (%); CBR2 giá trị CBR tính với chiều sâu ép lún 5,08 mm (0,2 in), (%); P1 áp lực nén mẫu thí nghiệm ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm, (kPa); P2 áp lực nén mẫu thí nghiệm ứng với chiều sâu ép lún 5,08 mm, (kPa); 6900 áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm, (kPa); 10300 áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún 5,08 mm, (kPa); Kết giá trị CBR lựa chọn giá trị lớn số CBR1 CBR2 Kết thí nghiệm Tương quan áp lực nén theo chiều sâu xuyên, kết giá trị CBR mẫu thí nghiệm đánh giá phân tích nhằm đưa khả gia tăng cường độ CBR xi măng hỗn hợp xi măng 117 theo quảcát chỉđến số cường từ thíđất nghiệm hàm kết lượng cườngđộ độCBR mẫu sét bùn gia cường đánh giá dựa theoTương kết quảquan số độ theo CBRchiều từ thí sâu nghiệm 3.1 ápcường lực nén xuyên kết giá trị CBR 3.1 Tương quan áp lực nén xuyên kết giágia trịcường CBR cho thấy, Kết thí nghiệm xác theo định chiều sốsâu CBR đất không đầm chặt, cường độ đất sét nhỏ (CBR = 18.9), phù Kết thí nghiệm xác định số CBR đất không gia cườngkhông cho thấy, hợp nềnđược cơng trình cường dân dụng nghiệp Kết quả(CBR phù hợp với nghiên mặc làm dù đầm chặt, độ củacông đất sét nhỏ = 18.9), không phù cứu bùn sétcông yếu đồng Cửunghiệp Long [28] Đức, N M., cs /dụng Tạp sơng chí học Cơng nghệ hợp làmđất trình dân Khoa cơng Kết quảXây nàydựng phù hợp với nghiên cứu đất bùn sét áp yếulực tạinén đồngtheo sôngsâu Cửu Longcủa [28] Tương quan chiều xuyên mẫu thí nghiệm thể cát Bên cạnh đó, ảnh hưởng củaquả hàm lượng ximăng măng lượng cát đến cường độ Hình Kết vàxuyên hỗnhàm hợp măng cátthí gianghiệm tăng đáng kể áp mẫu đất sét Tương quan áp lực cho nén thấy theo xi chiều sâu củaxicác mẫu thể bùn gia cườnglực cũngtrên đánh giáso dựa kếtmăng số cường độ CBR từ thí nghiệm chùy vớitheo mẫu xi khơng gia Các thấy khikể tăng hiệnnén Hình xuyên Kết cho thấy vàcường hỗn hợp xi biểu măngđồcát giacho tăng đáng áp hàm lượng măng 0-300kg/m , cường lên Kết lực nén củaxi chùy xuyên sohỗn với hợp mẫutừ không gia cường Các độ biểu đồmẫu tăng cho thấy tăng phù hợp với thực tế, xi măng sau thủy sẽgiá tạo liên kết hạtKết đấtquả 3.1 Tương quan lực xinén theo chiều kết3hóa hàmáp lượng măng hỗnsâu hợp xuyên từ 0-300kg/m ,quả cường độtrị củaCBR mẫu tăngcác lên hạt cát (nếu có) chặt chẽ hơn, từ gia tăng khả chịu tải cho đất gia cường Hàm phù hợp với thực tế, xi măng sau thủy hóa tạo liên kết hạt đất măng ), tăng xigia măng hạt đất Kết thílượng xác địnhcao chỉ(0-300kg/m số từ CBR đối vớiliên đấtkết không cường cho thấy, hạtnghiệm cátxi(nếu có)càng chặt chẽ hơn, gia khả chịu tải cho đấtcác gia cường Hàm tạo nhiều, đókhá gia (CBR tăng3),khả tải mẫuhợp đất giađất cường lượng xi măng (0-300kg/m liên chịu kếtkhông xiphù măng làm hạt đầm chặt, cường độ đấtcàng séttừlàcao nhỏ = 18,9), cơng trình dân So sánh cường độ mẫu giagia cường xikhả măng có chịu khơng cómẫu cát cho thấy cát gia tăng tạo nhiều, từ tăng tải đất gia cường dụng công nghiệp Kết nàyđất phù hợp với nghiên cứu đấthợp bùnnhiều sét yếu tạicứu đồng sông Cửu đáng kể cường độ của cường Kết nàyvề phù So sánh cường độ mẫusét giagia cường xi măng có khơng có cát chonghiên thấy cát giatrước tăng Long [28] [5,7-12] đáng kể cường độ đất sét gia cường Kết phù hợp nhiều nghiên cứu trước [5,7-12] 10000 Ápnén lực(kPa) nén (kPa) Áp lực (a) XM300 10000 8000 XM250 XM300 XM200 XM250 Không gia cường XM200 8000 6000 Không gia cường 6000 4000 4000 2000 2000 0 1 3 (b) (a) Mẫu gia 12000 10 10 cát XM300-C100 XM250-C100 XM300-C100 XM200-C100 XM250-C100 Không gia cường XM200-C100 Không gia cường 10000 12000 Ápnén lực(kPa) nén (kPa) Áp lực Chuyển vị xuyên (mm) Chuyển xuyên không (mm) cường xivịmăng 8000 10000 6000 8000 4000 6000 2000 4000 2000 1 3 Chuyển vị 5xuyên (mm) 10 10 10 Tạp chí Khoa học Cơng nghệvịXây dựng Chuyển xun (mm)NUCE 2018 (b) Mẫu gia cường xi măng với8 tỷ lệ 100 lít cát/1 m3 hỗn hợp 16000 XM300-C200 14000 Áp lực nén (kPa) XM250-C200 12000 XM200-C200 10000 Không gia cường 8000 6000 4000 2000 0 Chuyển vị xuyên (mm) (c)quan Mẫuáp gialực cường với tỷ 200 lít cát/1 hỗnđầm hợpchặt khơng gia Hình Tương nén xi vớimăng chuyển vị lệ xuyên mẫumbùn cường với (a) mẫu gia cường xi măng không cát, (b) mẫu gia cường xi măng với tỷ lệ 3 lít cát/1m hỗnlực hợp, (c)với mẫu gia cường xi măng tỷ lệ 200 lít cát/1m hỗn hợp Hình 4.100 Tương quan áp nén chuyển vị xuyên củavới mẫu bùn đầm chặt không gia cường Giá trị số CBR1, CBR2 CBR 10 loại mẫu thí nghiệm thể Bảng Kết cho thấy, hầu hết mẫu thí nghiệm có giá trị CBR1 lớn gia 118 trị CBR2 Kết phù hợp với tương quan CBR1 CBR2 khuyến nghị từ ASTM D1883 [25] Tại mẫu XM250-C200 có CBR2 > CBR1 Kết kiểm nghiệm lại thí nghiệm lặp lại, đảm bảo độ tin cậy số liệu thí nghiệm Dựa theo kết số cường độ CBR Bảng cho thấy, gia cường với hàm lượng xi măng từ 200-300kg/m3, số CBR đất gia cường đạt 53.2-67.6% Đức, N M., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Tương quan áp lực nén theo chiều sâu xuyên mẫu thí nghiệm thể Hình Kết cho thấy xi măng hỗn hợp xi măng cát gia tăng đáng kể áp lực nén chùy xuyên so với mẫu không gia cường Các biểu đồ cho thấy tăng hàm lượng xi măng hỗn hợp từ 0-300 kg/m3 , cường độ mẫu tăng lên Kết phù hợp với thực tế, xi măng sau thủy hóa tạo liên kết hạt đất hạt cát (nếu có) chặt chẽ hơn, từ gia tăng khả chịu tải cho đất gia cường Hàm lượng xi măng cao (0-300 kg/m3 ), liên kết xi măng hạt đất tạo nhiều, từ gia tăng khả chịu tải mẫu đất gia cường So sánh cường độ mẫu gia cường xi măng có khơng có cát cho thấy cát gia tăng đáng kể cường độ đất sét gia cường Kết phù hợp nhiều nghiên cứu trước [5, 7–12] Giá trị số CBR1 , CBR2 CBR 10 loại mẫu thí nghiệm thể Bảng Kết cho thấy, hầu hết mẫu thí nghiệm có giá trị CBR1 lớn giá trị CBR2 Kết phù hợp với tương quan CBR1 CBR2 khuyến nghị từ ASTM D1883 [25] Tại mẫu XM250-C200 có CBR2 > CBR1 Kết kiểm nghiệm lại thí nghiệm lặp lại, đảm bảo độ tin cậy số liệu thí nghiệm Dựa theo kết số cường độ CBR Bảng cho thấy, gia cường với hàm lượng xi măng từ 200-300 kg/m3 , số CBR đất gia cường đạt 53,2-67,6% Giá trị CBR tương đương với số CBR trung bình đất sỏi sạn có khơng lẫn hạt bụi GP, GM theo hệ thống phân loại đất thống (Unified Soil Classification, USCS) Hoa Kỳ Đối với đất bùn sét sau gia cường hỗn hợp xi măng (200-300 kg/m3 ) cát (100-200 lít/m3 ) cho số cường độ CBR mẫu từ 68,8-112,1% Chỉ số CBR tương đương với đất sỏi cấp phối tốt, GW đầm chặt đá nghiền cấp phối tốt đầm chặt [29] Nhằm đánh giá khả gia tăng số CBR từ biện pháp gia cường xi măng hỗn hợp xi măng cát, tỷ số gia tăng cường độ, R xác định tỷ số số CBR mẫu gia cường chia cho tỷ số mẫu CBR không gia cường CBRgia_cuong R= (3) CBRkhong_gia_cuong Kết cho thấy cường độ đất gia cường tăng tối đa xấp xỉ lần cường độ đất sét bùn sau đầm chặt, mẫu thí nghiệm Bảng Kết giá trị số CBR mẫu thí nghiệm Mẫu P1 (kPa) P2 (kPa) CBR1 (%) CBR2 (%) CBR (%) R Không gia cường XM200 XM250 XM300 XM200-C100 XM250-C100 XM300-C100 XM200-C200 XM250-C200 XM300-C200 1303,6 3673,3 4495,1 4665,2 4746,4 4990,4 5471,1 6559,6 6279,9 7733,8 1647,8 5232,6 5892,5 5232,6 6619,9 5882,1 5892,5 8844,3 9933,2 9933,2 18,9 53,2 65,1 67,6 68,8 72,3 79,3 95,1 91,0 112,1 16,0 50,8 57,2 50,8 64,3 57,1 57,2 85,9 96,4 96,4 18,9 53,2 65,1 67,6 68,8 72,3 79,3 95,1 96,4 112,1 1,00 2,82 3,55 3,83 3,64 3,94 4,20 5,03 5,10 5,93 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng xi măng cát đến số cường độ CBR mẫu gia cường Tương quan tỷ số gia tăng cường độ, R theo hàm lượng xi măng trường hợp gia cường xi măng có khơng có cát thể Hình Kết cho thấy gia tăng hàm lượng xi măng 119 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2018 lần Do đó, để tối ưu lượng xi măng sử dụng, đảm bảo cường độ cao đất gia cường, nghiên cứu đề xuất lượng cát 200 lít/m3 kèm theo lượng xi măng 200 kg/m3 N M., cs Xâylần dựng đất bùnĐức, sét gia cường hỗn/ Tạp hợpchí xi Khoa măng học cát Cơng (tươngnghệ đương lượt 10,7% 19,3% theo khối lượng hỗn hợp đầm chặt trọng lượng riêng hỗn hợp đầm chặt mẫu thíbằng nghiệm làm giaquả tăng số với gianghiên tăng cường Kếtđóquả hàm tương đồng với nhiều 18,6 kN/m ) Kết phùtỷhợp cứu [22]độ đề xuất lượng nghiên cứu vềtheo hỗnkhối hợplượng đất bùn gia cường xi lần măng 7–12]) nhận trên, hàm lượng xi măng cát thô lượt([5, 9% 20%Như cho cường độ xét tối ưu đầm liên chặt đất xi măng và cát xi thô.măng Cườngsau độ CBRthủy hỗn hợp tăng xi măng tănghỗn lên,hợp lượng kếtsét, hạt đất hóakhi hồn tồnlên tăng lên, từ 8.8độ lầncủa [22] saicường khác sai khác vật liệu điều kiện đầm chặt gia tăng cường đấtSựgia thí nghiệm Gia cường XM Gia cường XM & 100 lít cát/m cát/m3 Gia cường XM & 200 lít cát/m cát/m3 Tỷ số gia tăng cường độ, R 5,9 5,1 5,0 3,6 3,5 3,9 3,8 4,2 2,8 200 250 300 Hàm lượng xi măng (kg/1m3 đất gia cường) Hìnhquan Tương tỷ số cường gia tăng độhàm R theo hàmxilượng măng cát mẫu trongđất gia cường Hình Tương tỷ sốquan gia tăng độcường R theo lượng măngxivà cát mẫu đất gia cường Kết luận Tuy nhiên, độ gia tăng cường độ khác gia tăng hàm lượng xi măng Khi hàm lượng xi cường cải3 ,tạo năngtăng chịu cường lực đất Lớn,xi măng tăng măng tăng từ 200 Nghiên kg/m3 cứu lêngia 250 kg/m tỷ khả số gia độ bùn đối nạo vớivét đấtsông gia Cái cường tỉnh Kiên Giang phương pháp đầm chặt hỗn hợp cát3 vàng hạt to xi măng đột biến, từ 2,8 lên 3,5 Kếtvàquả măng kg/m đương Portland PC40 đấtvới bùn.hàm Thí lượng nghiệmxixác định200 số cường(tương độ CBR 10,7% áp dụngvề khối lượng với trọng lượng riêng hỗn hợp sau đầm chặt, 18,6 kN/m ) phù hợp với kếtquả thí nghiệm nhằm kiểm nghiệm khả chịu tải đất bùn trước sau gia cường Kết nghiên cứu cho thấy với hàm lượng xi măng khảo sát từ 200-300 kg/m hàm lượng đất sét đầm chặt với xi măng đề xuất [21] cường độ nén trục gia tăng 2,7 lần trộn cát từ 100-200 lít/m3, hỗn saulượng chặt với mức năngđộlượng với 10% xi măng khối lượng Vớihợp hàm nhỏđầm (8%), cường CBRđầm chỉ1200 tăng lên khoảng kJ/m ngày thủy hóa ninh kết xi măng kết cấu đất, mẫu gia cường xi măng 1,7 lần [20] hỗn hợp xi măng cát gia tăng cường độ từ 2,8-5,9 lần so với đất sét đầm chặt không Khi tiếp tục tăng hàm măng 300gia kg/m , tỷchưa số R chỉđầm gia chặt tăngtại1 độ khoảng gia cường Kết lượng choxithấy mặclên dù mẫu cường ẩm tối nhỏ, R = 3,8 dung trọnglượng khô lớnxinhất, đất sét giakg/m cường3 măng Như ưu khảo sát hàm măng từ sau 200-300 cho xi thấy đối- cát vớitương hỗn đương hợp gia cường đất vật liệu sỏi đá nghiền đầm chặt Một số kết thể sau: – xi măng, hàm lượng xi măng cần khoảng 250 kg/m3 , cụ nhằm tối ưu chi phí xi măng, đảm cường độ mẫu gia cường đất bùn sét – xi măng Đối với mẫu đất sét bùn gia cường hỗn hợp xi măng cát, số cường độ CBR vượt trội so với mẫu sét bùn gia cường xi măng Khi đất trộn đầm chặt với hỗn hợp xi măng cát, q trình 11 thủy hóa xi măng tạo liên kết cát – hạt đất bùn xi măng Cát gia tăng khả chống cắt, tạo ma sát hạt đất đất sét gia cường cát [16] Khi có tham gia xi măng với vai trò chất kết dính, tạo liên kết chặt chẽ cát – hạt đất xi măng, cường độ đất sét gia cường xi măng – cát gia tăng thêm nhiều lần Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng cát cho thấy hàm lượng xi măng, hàm lượng cát cao, gia tăng cường độ mẫu Khi tăng hàm lượng cát lên mức 100-200 lít/m3 , cường độ CBR mẫu tăng độ biến, lớn gấp 3,6-5,9 lần mẫu khơng gia cường Đối với mẫu có hàm lượng cát 200 lít/m3 , tăng hàm lượng xi măng từ 200 kg/m3 lên 300 kg/m3 , tỷ lệ gia tăng cường độ tăng lên từ lần lên xấp xỉ lần Do đó, để tối ưu lượng xi măng sử dụng, đảm bảo cường độ cao đất gia cường, nghiên cứu đề xuất lượng cát 200 lít/m3 kèm theo lượng xi măng 200 kg/m3 120 Đức, N M., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng đất bùn sét gia cường hỗn hợp xi măng cát (tương đương 10,7% 19,3% theo khối lượng hỗn hợp đầm chặt trọng lượng riêng hỗn hợp đầm chặt 18,6 kN/m3 ) Kết phù hợp với nghiên cứu [22] đề xuất hàm lượng theo khối lượng xi măng cát thô 9% 20% cho cường độ tối ưu hỗn hợp đầm chặt đất sét, xi măng cát thơ Cường độ CBR hỗn hợp tăng lên 8,8 lần [22] Sự sai khác sai khác vật liệu điều kiện đầm chặt thí nghiệm Kết luận Nghiên cứu gia cường cải tạo khả chịu lực đất bùn nạo vét sông Cái Lớn, tỉnh Kiên Giang phương pháp đầm chặt hỗn hợp cát vàng hạt to xi măng Portland PC40 đất bùn Thí nghiệm xác định số cường độ CBR áp dụng nhằm kiểm nghiệm khả chịu tải đất bùn trước sau gia cường Kết nghiên cứu cho thấy với hàm lượng xi măng khảo sát từ 200-300 kg/m3 hàm lượng cát từ 100-200 lít/m3 , hỗn hợp sau đầm chặt với mức lượng đầm 1200 kJ/m3 ngày thủy hóa ninh kết xi măng kết cấu đất, mẫu gia cường xi măng hỗn hợp xi măng cát gia tăng cường độ từ 2,8-5,9 lần so với đất sét đầm chặt không gia cường Kết cho thấy mẫu gia cường chưa đầm chặt độ ẩm tối ưu dung trọng khô lớn nhất, đất sét sau gia cường xi măng - cát tương đương vật liệu sỏi đá nghiền đầm chặt Một số kết cụ thể sau: - Hàm lượng xi măng mẫu tăng lên làm gia tăng số cường độ CBR mẫu gia cường Do lượng xi măng tăng lên, làm gia tăng liên kết hạt đất cát mẫu gia cường, từ gia tăng cường độ mẫu đất - Đối với mẫu đất bùn sét gia cường đất – xi măng, lượng xi măng tối ưu đề xuất 250 kg/m3 đất gia cường Với hàm lượng xi măng đề xuất, cường độ đất sau cải tạo tăng lên 3,5 lần so với đất bùn sét sau đầm chặt - Đối với mẫu đất bùn sét gia cường hỗn hợp xi măng – cát, hạt cát kết hợp với đất xi măng gia tăng đáng kể số cường độ CBR so với mẫu đất gia cường xi măng không cát Hàm lượng cát cao, gia tăng cường độ đất bùn sau xử lý gia cường Trong giới hạn số lượng thí nghiệm, nghiên cứu đề xuất tỷ lệ hàm lượng cát 200 lít/m3 kết hợp với hàm lượng xi măng thấp nhất, 200 kg/m3 nhằm gia tăng lần số cường độ CBR đất gia cường xi măng – cát so với số cường độ CBR đất bùn đầm chặt độ ẩm tối ưu Nghiên cứu nhiều hạn chế số lượng mẫu thí nghiệm, khoảng hàm lượng cát, hàm lượng xi măng, đồng thời thiếu điều kiện làm việc đất (ví dụ điều kiện đất bị bão hòa q trình làm việc) Nghiên cứu chưa làm rõ ảnh hưởng cát hỗn hợp nước xi măng đến ứng xử đầm nén hỗn hợp đất sét gia cường Ngoài ra, phân tích ảnh hưởng tính chất lý cát (kích thước, cấp phối thành phần hạt, khả chịu cắt, ) đến cường độ hỗn hợp chưa xem xét Cuối cùng, kết thí nghiệm dựa điều kiện phòng thí nghiệm Tuy nhiên, kết nghiên cứu cho thấy phương pháp đầm chặt kết hợp với hỗn hợp xi măng cát gia tăng lớn cường độ chịu lực đất bùn Phương pháp gia cường đề xuất giúp tăng thêm lựa chọn biện pháp xử lý nền, móng đường cho cơng trình giao thơng kho bãi cho cơng trình dân dụng, cơng nghiệp Lời cảm ơn Tác giả chân thành cảm ơn hỗ trợ tài thiết bị trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM 121 Đức, N M., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Tài liệu tham khảo [1] Terashi, M., Tanaka, H., Okumura, T (1979) Engineering properties of lime-treated marine soils and DMM Proc of the 6th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 191–194 [2] Kawasaki, T., Niina, A., Saitoh, S., Suzuki, Y., Honjo, Y (1981) Deep mixing method using cement hardening agent Proceedings of the 10th international conference on soil mechanics and foundation engineering, 3:721–724 [3] Clough, G W., Sitar, N., Bachus, R C., Rad, N S (1981) Cemented sands under static loading Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 107(GT6):799–817 [4] Kamon, M., Bergado, D T (1992) Ground improvement techniques Proc of the 9th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 526–546 [5] Yin, J H., Lai, C K (1998) Strength and stiffness of Hong Kong marine deposits mixed with cement Geotechnical Engineering, 29(1):29–44 [6] C ¸ okc¸a, E., Tilgen, H P (2010) Shear strength-suction relationship of compacted Ankara clay Applied Clay Science, 49(4):400–404 [7] Sang, H N (2005) Xử lý đất yếu phương pháp cọc đất xi măng kết hợp gia tải nén trước Tạp chí phát triển cơng nghệ Đại Học Quốc Gia Thành TP.HCM [8] Trung, N V., Tuấn, V M (2014) Cọc đất xi măng phương pháp gia cố đất yếu Nhà xuất Xây dựng [9] Yên, Đ P., Thắng, L A., Hùng, N S (2017) Nghiên cứu thêm cát vào cọc đất – xi măng cải thiện đất yếu Tạp chí Xây dựng [10] Dũng, N Q (2015) Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý đất yếu thiết bị trộn đất chỗ với chất kết dính vơ phục vụ xây dựng cơng trình thủy lợi Viện khoa học thủy lợi [11] Wang, D., Abriak, N E., Zentar, R (2013) Strength and deformation properties of Dunkirk marine sediments solidified with cement, lime and fly ash Engineering Geology, 166:90–99 [12] Valls, S., Vazquez, E (2000) Stabilisation and solidification of sewage sludges with Portland cement Cement and Concrete Research, 30(10):1671–1678 [13] Silitonga, E., Levacher, D., Mezazigh, S (2009) Effects of the use of fly ash as a binder on the mechanical behaviour of treated dredged sediments Environmental technology, 30(8):799–807 [14] Miqueleiz, L., Ramírez, F., Seco, A., Nidzam, R M., Kinuthia, J M., Tair, A A., Garcia, R (2012) The use of stabilised Spanish clay soil for sustainable construction materials Engineering Geology, 133:9–15 [15] Zentar, R., Wang, D., Abriak, N E., Benzerzour, M., Chen, W (2012) Utilization of siliceous–aluminous fly ash and cement for solidification of marine sediments Construction and Building Materials, 35: 856–863 [16] Horpibulsuk, S., Rachan, R., Chinkulkijniwat, A., Raksachon, Y., Suddeepong, A (2010) Analysis of strength development in cement-stabilized silty clay from microstructural considerations Construction and Building Materials, 24(10):2011–2021 [17] Horpibulsuk, S., Phojan, W., Suddeepong, A., Chinkulkijniwat, A., Liu, M D (2012) Strength development in blended cement admixed saline clay Applied Clay Science, 55:44–52 [18] Kaniraj, S R., Havanagi, V G (1999) Compressive strength of cement stabilized fly ash-soil mixtures Cement and Concrete Research, 29(5):673–677 [19] Bin-Shafique, S., Rahman, K., Yaykiran, M., Azfar, I (2010) The long-term performance of two fly ash stabilized fine-grained soil subbases Resources, Conservation and Recycling, 54(10):666–672 [20] Mousavi, S., Wong, L S (2015) Mechanical behavior of compacted and stabilized clay with kaolin and cement Jordan Journal of Civil Engineering, 9(4):477–486 [21] Bahar, R., Benazzoug, M., Kenai, S (2004) Performance of compacted cement-stabilised soil Cement and Concrete Composites, 26(7):811–820 [22] Goodary, R., Lecomte-Nana, G L., Petit, C., Smith, D S (2012) Investigation of the strength development in cement-stabilised soils of volcanic origin Construction and Building Materials, 28(1):592–598 [23] Koerner, R M., Narejo, D (1995) Bearing capacity of hydrated geosynthetic clay liners Journal of Geotechnical Engineering, 121(1):82–85 122 Đức, N M., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [24] Moghaddas-Nejad, F., Small, J C (1996) Effect of geogrid reinforcement in model track tests on pavements Journal of Transportation Engineering, 122(6):468–474 [25] ASTM D1883 Standard test method for california bearing ratio (CBR) of laboratory-compacted soils ASTM International, West Conshohocken, PA, USA [26] Farook, A S A C (2018) Role of compaction energy on dry density and CBR International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 5(3):1848–1852 [27] Chinh, N H., Nam, T H., Quân, L V (2016) Điểu chỉnh tỷ trọng vữa xi măng sử dụng vữa xi măng nặng để bơm trám giếng khoan bể Nam Cơn Sơn Khoa học dầu khí, Tập đồn dầu khí quốc gia Việt Nam, truy cập 30/08/2019 [28] Tám, M D (2012) Những vấn đề cần thiết thực nghiên cứu theo hướng chuyên khảo lý luận thực nghiệm đất sét yếu bão hòa nước khu vực đất yếu TP Hồ Chí Minh vùng châu thổ sơng mê kơng phần cực Nam nước ta Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 6(2):99–102 [29] Mukabi, J N (2014) Necessity for review of resilient properties and conventional resilient modulus models of characterizing pavement materials for MEPD Electronic Print, Academia 123 ... với mẫu đất sét bùn gia cường hỗn hợp xi măng cát, số cường độ CBR vượt trội so với mẫu sét bùn gia cường xi măng Khi đất trộn đầm chặt với hỗn hợp xi măng cát, trình 11 thủy hóa xi măng tạo... hỗn hợp xi măng – cát, hạt cát kết hợp với đất xi măng gia tăng đáng kể số cường độ CBR so với mẫu đất gia cường xi măng không cát Hàm lượng cát cao, gia tăng cường độ đất bùn sau xử lý gia cường. .. làm gia tăng số cường độ CBR mẫu gia cường Do lượng xi măng tăng lên, làm gia tăng liên kết hạt đất cát mẫu gia cường, từ gia tăng cường độ mẫu đất - Đối với mẫu đất bùn sét gia cường đất – xi măng,