Đặc tính địa chất công trình của đất bùn sét pha chứa hữu cơ phân bố ở Kiên Giang và biện pháp cải tạo chúng bằng xi măng kết hợp với vôi

Bờ Tre, Chín Hường và Ông Ký thuộc dự án Ô Môn – Xà No tỉnh Kiên Giang cho thấy đây là loại đất than bùn hóa và đất bị nhiễm chua phèn mạnh. Kết quả nghiên cứu cải tạo đất bằng xi m ăng (X) với các hàm lượng khác nhau kết hợp với vôi (V) trong phòng thí nghiệm cho thấy: Cường độ kháng nén một trục không hạn chế nở hông (qukG/cm 2 ) tăng lên khi hàm lượng xi măng tăng và thời gian bảo dưỡng tăng. Hàm lượng xi m ăng 400kg/m3 được trộn với lượng vôi khác nhau cho thấy hiệu quả của đất gia cố tăng từ 16.9 đến 43% khi nén xác định qu ở 56 và 91 ngày tuổi, lượng phụ gia vôi thích hợp là V=(24% )X.

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ ĐẶC TÍNH ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH CỦA ĐẤT BÙN SÉT PHA CHỨA HỮU CƠ PHÂN BỐ Ở KIÊN GIANG VÀ BIỆN PHÁP CẢI TẠO CHÚNG BẰNG XI MĂNG KẾT HỢP VỚI VÔI   PG S.TS Nguyễn Q uốc Dũng ThS Vũ Ngọc Bình, KS Nguyễn Văn Hịa Viện Thủy Cơng PGS.TS Đỗ Minh Tồn Trường đại học Mỏ địa chất Tóm tắt: Kết thí nghiệm tiêu thành phần hóa học, thành phần khoáng vật, hàm lượng muối hàm lượng hữu có đất cống Ơng Bồi, Kênh Ranh, Bảy Miễn, Bờ Tre, Chín Hường Ơng Ký thuộc dự án Ơ Mơn – Xà No tỉnh Kiên Giang cho thấy loại đất than bùn hóa đất bị nhiễm chua phèn m ạnh Kết nghiên cứu cải tạo đất xi m ăng (X) với hàm lượng khác kết hợp với vôi (V) phịng thí nghiệm cho thấy: Cường độ kháng nén trục không hạn chế nở hông (qu kG/cm ) tăng lên hàm lượng xi m ăng tăng thời gian bảo dưỡng tăng Hàm lượng xi m ăng 400kg/m trộn với lượng vôi khác cho thấy hiệu đất gia cố tăng từ 16.9 đến 43% nén xác định qu 56 91 ngày tuổi, lượng phụ gia vơi thích hợp V=(24% )X Từ khóa: Đất than bùn, cải tạo đất, hàm lượng, thời gian bảo dưỡng, cường độ kháng nén (qu) Summary: Experim ental results of the properties chem ical com position, m ineral com position, salt content and organic content in the soil at the culvert Ong Boi, Kenh Ranh, Bay Mien, Bo Tre, Chin Huong and Ong Ky of project O Mon - Xa No at Kien Giang province indicates that this chemical is peat soils and contam inated strongly acidic Research results reinforced soil improvement by cement (X) with different concentrations combined with lim e (V) in the laboratory showed that: unconfined compression test (qu kG/cm 2) is increased when increasing cement content and curing tim e increases Cem ent content 400kg/m3 was mixed with different concentrations of lim e shows the effect of soil reinforcem ent increased from 16.9 to 43 % when com pression determined at 56 and 91 days qu curing appropriate am ount of lim e additives is V = (24 % )X Key words: Peat soil, Rienforced soil, content, curing tim e, unconfined (qu) I ĐẶT VẤN ĐỀ* Ơ Mơn - Xà No dự án lớn thuộc dự án phát triển thủy lợi đồng Sơng Cửu Long, có tổng diện tích khoảng 45.430 bao gồm huyện Phong Điền, Cờ Đỏ quận Ơ Mơn TP Cần Thơ; huyện Châu Thành A, Vị Thủy TP Hậu Giang thuộc tỉnh Hậu Giang; huyện Giồng Giềng, Gò Quao thuộc tỉnh Kiên Giang Dự án có nhiệm vụ kiểm soát lũ cho Người phản biện: TS Phan Trường Giang Ngày nhận bài: 9/8/2013 - Ngày thông qua phản biện: 17/9/2013 - Ngày duyệt đăng: 25/9/2013 toàn diện tích đất tự nhiên nói trên, đảm bảo sản xuất nông nghiệp ổn định, bảo vệ hệ thống vườn ăn quả; phục vụ tưới, tiêu, xổ phèn, ngăn mặn, lấy phù sa cải tạo đất cho 38.800 đất nông nghiệp; kết hợp cấp nước dân sinh, phát triển giao thông thủy, bộ, tạo dân cư, cải thiện môi trường khu vực Trong giai đoạn dự án có 68 cống hở thiết kế bê tơng cốt thép Tại cống thuộc dự án, ngồi lớp đất đắp mặt dày từ 0.6 đến 1.0m bên phân bố lớp đất yếu dày từ 10- 15m , có thành phần bùn sét, bùn sét hữu cơ, phía lớp sét TẠP C HÍ KHOA H ỌC VÀ C ƠNG NGH Ệ THỦ Y LỢI SỐ 18 - 2013 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ dẻo cứng đến nửa cứng [1] Vấn đề đặt xây dựng cống đất yếu điều kiện giao thơng lại khó khăn, chưa có đường giao thơng đồng thời xen kẽ hệ thống kênh rạch chằng chịt So chọn biện pháp thi công giải pháp xử lý Tư vấn thiết kế chủ đầu tư định xử lý cách chọn giải pháp cọc đất gia cố xi m ăng Tuy nhiên việc cải tạo tính chất xây dựng đất yếu xi măng đồng Sơng Cửu Long có hạn chế định đất thường bị nhiễm muối, nhiễm phèn đặc biệt loại đất bùn sét, bùn sét pha chứa hữu cơ, đất than bùn hóa… Xuất phát từ yêu cầu thực tế, nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu đặc tính xây dựng đất xem xét khả cải tạo đất bùn sét pha chứa hữu phương pháp trộn xi măng xi măng kết hợp với vơi II ĐẶC TÍNH ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH CỦA ĐẤT BÙN SÉT PHA CHỨA HỮU CƠ TẠI VÙNG NGHIÊN CỨU 2.1 Đặc điểm phân bố Từ kết khảo sát thực địa, lấy mẫu đất phục vụ thí nghiệm nhằm chọn hàm lượng xi m ăng tối ưu phục vụ cho thi công xử lý đất yếu cống thuộc dự án Ơ Mơn – Xà No kết hợp với kết khảo sát [1], thấy cống: Ơng Bồi, Kênh Ranh, Bảy Miễn, Bờ Tre, Chín Hường Ơng Ký phân bố lớp đất yếu có chiều dày thay đổi từ 10 đến 12.3m, thành phần bùn sét pha lẫn hữu (lớp 1c - hỡnh 1) Kên h nh BaHồ Ô ng B åi BH O B1 C hÝn H− ê ng Ôn g Ký L ò Đ ng OK LĐ B ảy M iễn Cao đ ộ T N (m) K ho ả ng cá ch (m) Tê n cä c T L2 KR C8 C9 C1 B M1 C 11 C H1 C1 C1 Hình 1: Mặt cắt địa chất cơng trình đoạn tuyến nghiên cứu (Dự án Ơ Mơn - Xà No) Bảng 1: Tính chất lý đất 66.5 15.3 - Nhóm hạt sét (%) 18.3 Độ ẩm tự nhiên (%) KL thể tích tự nhiên w (g/cm3 ) KL thể tích khơ c (g/cm3 ) KL riêng s (g/cm3 ) Độ bão hòa G (%) 285 1.13 0.29 1.90 Độ rỗng n (%) Hệ số rỗng 0 84.6 5.492 98.6 Chỉ tiêu lực học - Nhóm hạt cát (%) - Nhóm hạt bụi (%) Chỉ tiêu Giới hạn AATERBE RG Giá trị TN cắt cánh Chỉ tiêu vật lý Thành phần hạt Chỉ tiêu TẠP CH Í KH OA H ỌC VÀ C ÔN G N GHỆ TH Ủ Y LỢI SỐ 18 - 2013 Giá trị Giới hạn chảy WT (%) Giới hạn dẻo W P (%) 235.8 171.6 Chỉ số dẻo Wn (%) 64.2 Độ sệt B Góc ma sát (độ) Lực dính C (kG/cm2 ) HS nén lún a1-2 (cm2 /kG) Su (kG/cm2 ) 1.77 2o 04 0.015 1.649 0.103 Su’ kG/cm2 ) 0.033 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Bảng 2: Thành phần khống vật đất Khoáng vật Giá trị Khoáng vật Giá trị Monmorillonit Illit – KAl2[AlSi3 O10](OH)2 Kaolinit – Al2[Si2O5](OH)4 Clorit – Mg2Al3[AlSi3O10]( OH)8 Thạch anh – SiO2 15 15 38-40 Felspat - K0.5Na0.5AlSi3O8 Gơtit - Fe2O3.H2O Ạmpibol Vô định hình (chất hữu cơ) 5-7 6-8 có Bảng 3: Thành phần hóa học đất TP hóa học (%) SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO CaO G iá trị 54.20 0.54 13.10 3.57 2.10 0.07 1.74 TP hóa học (%) MgO K2O Na2O P2O5 SO3 Hữu o MKN (900 C) G iá trị 1.08 2.48 0.40 0.17 2.25 16.22 19.71 Bảng 4: Khả trao đổi cation đất C hỉ tiêu pH TSMT Fe2+ Fe3+ 2+ Ca 2+ Mg 3+ Al Cl Đơn vị mg/100g mg/100g mg/100g meq/100g meq/100g meq/100g mg/100g Giá trị 4.1 758.21 153.50 6.00 1.02 1.09 1.00 25.26 Kết phân tích thành phần hóa học đất cho thấy, hàm lượng ơxit silic (SiO2) đất chiếm 54.2%, tiếp đến ôxit nhôm Al2O3 chiếm 13.1% đặc biệt hàm lượng SO3 chiếm 2.25% cho thấy đất có tính phèn m ạnh (SO3>1,75%) [3]; hợp chất hữu chiếm 16.22% thuộc vào loại đất than bùn hóa [2] Về thành phần khống vật: khoáng vật sét Kaolinit Illit chiếm 15%, thạch anh chiếm 3840% Khả trao đổi cation đất cho thấy: đất có pH= 4.1, theo [3] đất có tính chua mạnh; Tổng lượng muối hòa tan chiếm 0.7582% 2trọng lượng đất khô, tỷ lệ anion Cl /SO4 = 0.82 theo [2] trích dẫn cách phân loại đất chứa muối dựa vào dạng chứa m uối phân loại theo m ức độ nhiễm m uối tác C hỉ tiêu 2SO4 + Na K+ CEC Tổng N Mùn Mn Đơn vị mg/100g meq/100g meq/100g mg/100g % % mg/kg G iá trị 308.20 0.68 0.47 15.60 0.33 19.41 2558.3 giả: V.M Bezruk, Yu.L Motưlev, A.L.Grot, A.I.Znam enxki, M.F Ieruxalimyxkaya đất thuộc dạng nhiễm m uối sunfat III NGHIÊN CỨU CẢI TẠO ĐẤT BẰNG XI MĂNG VÀ XI MĂNG KẾT HỢP VỚI PHỤ GIA VÔI 3.1 Nghiên cứu cải tạo đất xi m ăng: Nhằm đánh giá khả cải tạo đất xi m ăng, nhóm nghiên cứu thực thí nghiệm chế bị mẫu đất tự nhiên với hàm lượng xi m ăng khác 300, 325, 350, 375, 400 425 kg/m Mẫu chế bị theo phương pháp trộn khơ TCXDVN 385-2006 [4] ngồi có tham khảo tiêu chuẩn JGS 08212000 Nhật Bản [6] tiêu chuẩn DBJ08- TẠP C HÍ KHOA H ỌC VÀ C ÔNG NGH Ệ THỦ Y LỢI SỐ 18 - 2013 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 40-94 Trung Quốc [5] Mẫu bảo dưỡng điều kiện bão hòa đến ngày tuổi tiến hành thí nghiệm nén m ột trục không hạn chế nở hông thiết bị máy nén ba trục Tiêu chuẩn thí nghiệm áp dụng ASTM D2166 Cường độ q u (kG/cm2) 7 n gày 4 ngày ngày 27 30 325 350 37 40 425 450 Hàm lượng XM (kg/m3) Hình 2: Quan hệ q u HLXM ngày tuổi Kết thí nghiệm xác định cường độ kháng lượng 425 kg/m có m ức độ phát triển cường nén nở hông (qu) cho thấy ngày độ m ạnh đặc biệt 56 91 ngày tuổi tuổi thí nghiệm 7, 14, 28, 56 91 ngày Với mẫu có hàm lượng xi măng cường độ mẫu có hàm lượng xi m ăng cao thời gian bảo dưỡng lâu cho kết cho giá trị cao (hình 2.), m ẫu có hàm nén cao (hình 3) Cường độ q u (kG/cm2) H l 30 H L 32 H L 35 H L4 0 H L4 0 10 20 30 40 50 60 70 T hời gian bảo dưỡng (n gày) 80 90 10 Hình 3: Quan hệ qu thời gian bảo dưỡng với HLXM khác 3.2 Nghiên cứu cải tạo đất xi m ăng kết hợp với vơi Theo [7] trích dẫn kết nghiên cứu Esdes Grim , 1960 cho thay đổi pH m trường kim nam cho khả phản ứng đất với vôi xi măng Các nghiên cứu khác cho cường độ đất gia cố xi măng m ôi trường kiềm lớn m ôi trường axit Theo nghiên cứu Locat cộng sự, 1996 [7] m trường có pH=12,4 tối ưu cho hòa tan Silicat (SiO2) aluminat (Al2O3) Việc cho thêm vôi sống (ôxit canxi - CaO) vào đất tạo hyđroxit canxi (Ca(OH)2), điều tạo m ôi trường kiềm để thuận lợi cho phản ứng thủy hóa xim ăng TẠP CH Í KH OA H ỌC VÀ C ƠN G N GHỆ TH Ủ Y LỢI SỐ 18 - 2013 KHOA HỌC Xuất phát từ sở khoa học trên, để nâng cao hiệu phương pháp cải tạo đất xi m ăng, tiến hành nghiên cứu cải tạo đất cách cho thêm hàm lượng vôi (V, kg/m ) khác kết hợp với xi m ăng (X, kg/m ) nhằm đánh giá ảnh hưởng phụ gia vôi bột đến cường độ mẫu nén m ột trục Tiến hành chế bị mẫu với hàm lượng: X350+V75 (V=21.43%X); X375+V50 (V=13.3%X); X400+V25 (V=6.25%X) Kết CƠNG NGHỆ thí nghiệm nén ngày tuổi bảo dưỡng so sánh với hàm lượng trộn xi măng X350, X375 X400 cho thấy: Với hàm lượng X375+V50 X400+V25 cường độ kháng nén mẫu đất ngày tuổi lớn cường độ mẫu đất gia cố với hàm lượng X375 X400 với mẫu đất trộn với hàm lượng X350+V75 cường độ nhỏ nhiều (30 đến 47%) so với mẫu đất trộn với hàm lượng X350 (Hình 4) Cường độ qu (kG/cm ) X350 X350+V75 X375 X375+V50 X400 0 10 20 30 40 50 60 70 T hời gian bảo dưỡng (ngày) 80 90 100 X400+V25 Hình 4: Quan hệ qu thời gian bảo dưỡng với HLXM khác Như việc thêm vôi vào đất trộn xi m ăng có tác dụng làm tăng cường độ kháng nén đất, nhiên lượng vôi cho vào nhiều so với tỷ lệ xi măng lại làm giảm cường độ mẫu đất trộn xi măng Điều lý giải cho vơi vào đất vơi tạo canxi hydroxit (Ca(OH)2) mơi trường kiềm thuận lợi cho q trình thủy phân sillicat (SiO2) Aluminat (Al2O3) Tuy nhiên m trường pH q lớn cường độ đất gia cố lại giảm [2] Để đánh giá ảnh hưởng lượng vôi cho vào đất, tiến hành với hàm lượng đất trộn X400+V8 (V = 2%X); X400+V16 (V = 4%X), m ẫu đất gia cố chế bị bảo dưỡng với điều kiện mẫu thí nghiệm trước Kết thí nghiệm nén trục khơng hạn chế nở hông so sánh với kết nén mẫu đất trộn với hàm lượng X400 X400 +V25 (V= 6.25%X) cho thấy: Tại thời điểm 7, 14 28 ngày tuổi, cường độ nén trục (qu) mẫu X400+V8, X400+V16 X400+V25 lớn qu mẫu trộn X400 Tỷ lệ tăng từ đến 5.6% mẫu X400+V25 X400+V16 với m ẫu X400+V8 tăng từ 6.8 đến 9.2% Tại thời điểm 56 91 ngày qu mẫu X400+V25 so với qu m ẫu X400 tăng khơng nhiều (2.2÷4.8%) qu mẫu X400+V8 X400+V16 tăng đáng kể, (X400+V16) X400 (X400+V8) qu = (16.9÷20.8%) qu ; qu = X400 (Hình 4) Như việc (28.0÷43.8%) qu cho thêm vôi vào đất chứa hữu gia cố xi m ăng với liều lượng thích hợp mang lại hiệu định cường độ kháng nén m ột trục TẠP C HÍ KHOA H ỌC VÀ C ÔNG NGH Ệ THỦ Y LỢI SỐ 18 - 2013 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Cường độ qu (kG/cm 2) X400 X400+V8 X400+V16 X400+V25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Thờ i gian bảo dưỡng (ngày) Hình 5: Quan hệ qu thời gian bảo dưỡng với HLXM lượng vôi khác IV KẾT LUẬN Kết nghiên cứu đất bùn sét pha lẫn hữu phân bố cống Ông Bồi, Kênh Ranh, Bảy Miễn, Bờ Tre, Chín Hường Ông Ký thuộc dự án Ô Môn – Xà No tỉnh Kiên Giang cho thấy lớp đất yếu có chiều dày từ 10m đến 12.3m Đất thuộc loại đất than bùn hóa, nhiễm chua phèn mạnh nhiễm muối sunfat Kết thí nghiệm cải tạo m ẫu đất với hàm lượng xi măng khác cho thấy cường độ kháng nén m ột trục (qu) m ẫu tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng xi măng trộn thời gian bảo dưỡng Việc cho thêm vơi vào đất có chứa hữu trộn xi m ăng m ang lại hiệu định cường độ kháng nén trục (qu) Kết nghiên cứu với hàm lượng vôi khác cho thấy lượng vơi thích hợp để đạt qu hiệu V=(2÷4%) X, cho giá trị qu (kG/cm ) tăng từ 16.9  43% TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Công ty tư vấn xây dựng thủy lợi II –Viện KHTL Việt Nam - Công ty tư vấn CGCN thủy lợi, trường đại học Thủy lợi Báo cáo khảo sát địa chất cơng trình dự án Ơ Mơn – Xà No giai đoạn tỉnh Kiên Giang, Hậu Giang TP Cần Thơ, TP Hồ Chí Minh, 8-2009 [2] Đỗ Minh Tồn, Giáo trình Đất đá xây dựng, Hà nội 2003 [3] Đỗ Đình Sâm, Ngơ Đình Quế, Nguyễn Tử Siêm, Nguyễn Ngọc Bình, Cẩm Nang ngành Lâm Nghiệp, Đất dinh dưỡng đất [4] TCXDVN 385-2006 Gia cố đất yếu trụ đất xi măng Hà Nội, 2006 [5] DBJ08-40-94 – Quy phạm kỹ thuật xử lý móng (bản dịch) Tiêu chuẩn TP Thượng Hải, năm 1994 [6] JGS 0821-2000 - Japanese Geotechnical Society Standard “ Practice for Making and Curing Stabilized Soil Specimens Without Compaction” [7] Nguyen Duy Quang, Jin Chun Chai, Takenori Hino, Takehito Negami Mechanical Properties of soft clays lightly treated by ciment/lime International Symposium on Sustainable Geosynthetics and Green Technology for Climate Change (SGCC) (Retirement Symposium for Prof Dennes T Bergado) 20 to 21 June 2012 | Bangkok, Thailand TẠP CH Í KH OA H ỌC VÀ C ÔN G N GHỆ TH Ủ Y LỢI SỐ 18 - 2013 ... cải tạo đất bùn sét pha chứa hữu phương pháp trộn xi măng xi măng kết hợp với vôi II ĐẶC TÍNH ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH CỦA ĐẤT BÙN SÉT PHA CHỨA HỮU CƠ TẠI VÙNG NGHIÊN CỨU 2.1 Đặc điểm phân bố Từ kết. .. Ieruxalimyxkaya đất thuộc dạng nhiễm m uối sunfat III NGHIÊN CỨU CẢI TẠO ĐẤT BẰNG XI MĂNG VÀ XI MĂNG KẾT HỢP VỚI PHỤ GIA VÔI 3.1 Nghiên cứu cải tạo đất xi m ăng: Nhằm đánh giá khả cải tạo đất xi m ăng,... định đất thường bị nhiễm muối, nhiễm phèn đặc biệt loại đất bùn sét, bùn sét pha chứa hữu cơ, đất than bùn hóa… Xuất phát từ yêu cầu thực tế, nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu đặc tính xây dựng đất