Ứng dụng trụ đất xi măng – vôi xử lý nền đất yếu khu vực Trà Nóc TP. Cần Thơ

Bài báo trình bài nghiên cứu thí nghiệm của đất trộn xi măng – vôi xác định hàm lượng tối ưu và biến dạng đối với địa chất ở khu vực Trà Nóc, Tp. Cần Thơ. Đồng thời tác giả ứng dụng những thông số sau khi thí nghiệm để tính toán xử lý nền nhà máy bằng phương pháp giải tích và mô phỏng bằng phần mềm Plaxis v8.5.

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG – VÔI XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC TRÀ NÓC TP CẦN THƠ APPLYING THE CEMENT-LIME SOIL PILLAAR TO PROCESS GROUD BASE AT PACKAGING FACTORY IN TRA NOC AREA CAN THO CITY PGS TS Võ Phán, KS Huỳnh Văn Lê Trường Đại học Bách Khoa - TP.HCM TĨM TẮT Bài báo trình nghiên cứu thí nghiệm đất trộn xi măng – vôi xác định hàm lượng tối ưu biến dạng địa chất khu vực Trà Nóc, Tp Cần Thơ Đồng thời tác giả ứng dụng thông số sau thí nghiệm để tính tốn xử lý nhà máy phương pháp giải tích mơ phần mềm Plaxis v8.5 Sau nghiên cứu tác giả đưa kiến nghị mật độ cọc, đường kính cọc, chiều dài cọc đạt hiệu tối ưu điều kiện địa chất khu vực Trà Nóc, Tp Cần Thơ ABSTRACT The article presents the experiment research of soil samples mixing cement and lime, determins the optimal content and geologic deformation in Tra Noc area, Can Tho city Moreover, author applies parameters after the experiment to calculate, process the factory ground base by the analytic method and simulate by Plaxis v8.5 software After research, author gives the petitions about pile density, pile diameter, pile length to achieve the optimal efficacy in geologic conditions of Tra Noc area, Can Tho city ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, với xu hướng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước nên góp phần thúc đẩy ngành xây dựng phát triển với tốc độ cao, cơng trình có giá trị đầu tư lớn xuất ngày nhiều như: nhà cao tầng khu công nghiệp, sân bay, bến cảng, đường cao tốc, cầu Cần Thơ, Tuy nhiên, Đồng sơng Cửu Long nói chung Cần Thơ nói riêng với vị trí địa lý sơng ngịi chằng chịt, đất chủ yếu phù sa bồi lắng tạo thành, địa chất phức tạp, tầng đất yếu dày (có nơi dày 40 m) Vì để tăng sức chịu tải đất, cải thiện số tính chất lý đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số module biến dạng, tăng cường độ chống cắt đất, giảm tính thấm đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp người ta sử dụng nhiều giải pháp: sử dụng trụ đóng, trụ ép, trụ khoan nhồi, trụ vật liệu rời, gia tải trước, phun xịt xi măng, bất thấm, bơm hút chân không, vải địa kỹ thuật,… phương pháp thường có chi phí tương đối cao Để khắc phục nhược điểm nhiều nước giới áp dụng phương pháp trộn đất với vôi, đất với xi măng, đất kết hợp với xi măng vôi xử lý chỗ cho loại đất 434 VIEÄN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan sử dụng đất trộn xi măng – vôi để gia cố đất yếu giới Việt Nam Nghiên cứu phương pháp thí nghiệm phịng để xác định tính chất lý đất đất gia cố Nghiên cứu thực nghiệm: Chế bị mẫu thử thử nghiệm tìm kết tối ưu theo hàm lượng xi măng – vôi theo thời gian Phân tích đánh giá kết thử nghiệm đồng thời ứng dụng kết vào tính tốn ổn định đất gia cố Loại xi măng dùng thí nghiệm xi măng Portland PC40 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Tiến hành thí nghiệm nén trục nở hông với hàm lượng xi măng – vôi so với đất tự nhiên hàm lượng trình bảng sau: Bảng Kết thí nghiệm mẫu đất trộn xi măng vôi độ tuổi 28 ngày Tuổi ngày TH Hàm lượng xi măng - vôi %xm - % vôi Dung trọng g/cm3 Cường độ chịu nén Kpa Tổng hàm lượng xi măng - vôi % TH 4-8 4-8 28 1,57 570,86 12 TH 4-12 4-12 28 1,72 655,48 16 TH 4-14 TH 8-8 4-14 8-8 28 28 1,69 1,53 678,46 706,18 18 16 TH 10-8 10-8 28 1,59 770,47 18 TH 8-10 8-10 28 1,5 741,78 18 TH 8-12 8-12 28 1,65 776,79 20 TH 10-10 10-10 28 1,69 793,64 20 TH 12-8 12-8 28 1,68 799,67 20 TH 8-14 8-14 28 1,69 802,47 22 TH 10-12 10-12 28 1,69 815,39 22 TH 12-10 12-10 28 1,68 825,18 22 TH 14-8 14-8 28 1,67 831,26 22 TH 10-14 10-14 28 1,72 838,34 24 TH 12-12 12-12 28 1,69 852,26 24 TH 12-14 12-14 28 1,55 873,47 26 TH 14-14 14-14 28 1,65 902,41 28 Tổ hợp mẫu VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 435 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 Hình Quan hệ cường độ nén đơn theo thời gian đất trộn 8% vôi kết hợp xi măng Hình Quan hệ cường độ nén đơn theo thời gian đất trộn 10% vôi kết hợp xi măng Hình Quan hệ cường độ nén đơn theo thời gian đất trộn 12% vôi kết hợp xi măng Hình Quan hệ cường độ nén đơn theo thời gian đất trộn 14% vơi kết hợp xi măng Hình Quan hệ cường độ nén đơn qu (kPa) biến dạng (%) tương ứng với hàm lượng 8%, 10%, 12% xi măng, vơi 436 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 Khi trộn xi măng - vôi vào đất cường độ hỗn hợp tăng lên đáng kể so với đất tự nhiên Cường độ hỗn hợp xi măng – vôi tăng theo thời gian bảo dưỡng mẫu, tăng nhanh thời điểm từ ngày đến 28 ngày Ở độ tuổi thí nghiệm, mẫu đất xi măng vơi có cường độ nén đơn tăng theo gia tăng hàm lượng xi măng vôi Đối với đất trộn xi măng – vôi hàm lượng xi măng vôi tăng cao đạt tới hàm lượng xi măng + vôi khoảng 18% giảm dần trở sau Mức độ tăng nhanh cường độ 28 ngày tốc độ tăng giảm theo thời gian Hàm lượng tối ưu hiệu kinh tế hỗn hợp đất xi măng – vôi xử lý đất yếu khu vực Trà Nóc, Tp Cần Thơ 10% xi măng + 8% vôi với cường độ chịu nén đơn 770,47 kPa 28 ngày (hàm lượng đồng nghĩa với việc sử dụng 159 kg xi măng + 127 kg vôi cho m3 đất) ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ NỀN NHÀ MÁY BỘT MÌ ĐẠI PHONG Lựa chọn hàm lượng 10% xi măng 8% vơi từ thí nghiệm để thiết kế tính tốn Bảng Bảng tổng hợp tiêu lý lớp đất Chỉ tiêu lý Ký hiệu Đơn vị Lớp 1a Lớp 1b Lớp 2a W % 30,0 73,5 39,7 Giới hạn chảy Wt % 35,0 52,5 36,0 Giới hạn dẻo Wp % 17,0 29,0 21,5 Chỉ số dẻo Ip % 18,0 23,5 14,5 Độ sệt IL 0,71 1,9 1,26 Hệ số rổng e - 0,846 1,972 1,085 Độ rổng n % Độ ẩm tự nhiên Giới hạn Atterberg 45,8 66,3 52,0 Dung trọng tự nhiên g/cm 1,84 1,53 1,753 Dung trọng khô g/cm3 1,42 0,88 1,26 Tỷ trọng 2,61 2,62 2,62 18,2 7,2 13,3 kG/cm 0,148 0,07 0,122 Góc ma sát độ 7,27 3,05 6,16 Góc nghỉ khơ độ - - - Góc nghỉ ướt độ - - - % 93 98 95,7 Mođun Lực dính Độ bảo hịa Eo Cu G VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM kG/cm 437 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 Bảng Bảng tổng hợp tiêu lý đất trộn 10% xi măng 8% vôi Stt Đặc trưng học Cường độ nén đơn qu (kPa) Biến dạng phá hoại ɛ ( %) Mô đun đàn hồi E50 (kPa) Sức kháng cắt khơng nước Cu (kPa) Góc ma sát khơng nước φu (độ) Dung trọng γ (kN/m3) Mô đun biến dạng ( kN/m2) Giá trị 770,47 1,55 25645 385,69 52 1,58 153.872 4.1 Tính tốn xử lý nhà máy bột mì trụ đất xi măng – vôi theo phương pháp giải tích Tính tốn theo phương pháp tương đương Bố trí trụ đất xi măng – vơi theo sơ đồ ô vuông với khoản cách cọc mét, 1,5 mét, 1,8 mét chọn sơ đường kính cọc 0,6 m, chiều dài cọc 10 m nằm lớp đất yếu thứ Bảng Bảng tính sức chịu tải theo khoảng cách cọc S=1m a = 0,28 17,67 Các tiêu Dung trọng tự nhiên γ td = a.γ c + (1 − a)γ soil (kN/m2) , Góc ma sát ϕ td, = a.ϕ c, + (1 − a )ϕ soil (Độ ) , Lực dính ctd, = a.cc, + (1 − a ) c soil (kN/m2) Mô đun biến dạng Etd = a.Ec + (1 − a) Ensoil ( kN/m ) S = 1,5 m S = 1,8 m a = 0,13 a = 0,09 18,06 18,16 16,75 9,41 7,45 108,07 50,23 34,81 44013 21126 15022 3,14 1,10 0,77 7,67 2,34 752 100 Đạt 7,33 1,96 514 100 Đạt Hệ số tra bảng Nγ Nc Nq Sức chịu tải Pu (kN/m2) 12,16 4,66 2375 Ptt (kN/m ) 100 Kết luận Đạt Ptt = 100 kN/m tải trọng truyền xuống bao gồm tải chứa hàng Bảng Kết tính tốn ổn định m1m2 ktc R tc = γtđ γ* ctđ Df φtđ A B D kN/m2 18,16 kN/m2 18 kN/m2 34,81 m Độ 7,45 0,129 1,506 3,869 m1m2 ( A b γ Itđ + B D f γ *soil + D ctđ ) = 243.78kN / m ktc Ptt ≤ Rtc, Thỏa điều kiện ổn định 438 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 Tính tốn độ lún sau gia cố: Độ lún khối gia cố tính tốn theo biểu thức: ∆h1 = ∑ a * Ecol ∆h * q + (1 − a ) * Esoil Trong đó: - H = 10 m - q = 100 kN/m2 - Ecol= 153.872 kN/m2 - Esoil= 1.330 kN/m2 Bảng Tính lún khối gia cố theo khoản cách cọc Thông số tính tốn Mơ đun biến dạng Ecol Mơ đun biến dạng Esoil H q ∆h1 = ∑ a * Ecol S=1m a = 0,28 153.872 1.330 10 100 ∆h * q + (1 − a ) * Esoil 0,022 S = 1,5 m a = 0,13 153.872 1.330 10 100 S = 1,8 m a = 0,09 153.872 1.330 10 100 0,047 0,06 Đơn Vị kN/m2 kN/m2 m kN/m2 m Độ lún đất tự nhiên mũi trụ đất gia cố - Với đất thông thường: σ vzi ≥ σ ipz hi σ zi + σ vzi i [ C lg ] c i σ vzi i =1 + e0 n ∆h2 = ∑ VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 439 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 Bảng Tính lún đất tự nhiên mũi trụ đất gia cố Lớp phân tố γ (kN/m3) 15,3 2,00 1,972 0,154 0,0154 81,262 100 50 0,003 15,3 4,00 1,972 0,154 0,0154 80,606 110,6 50 0,0027 15,3 6,00 1,972 0,154 0,0154 79,868 121,2 50 0,0025 15,3 8,00 1,972 0,154 0,0154 76,834 131,8 50 0,0023 15,3 10,00 1,972 0,154 0,0154 73,554 142,4 50 0,0021 17,5 12,00 1,972 0,154 0,0154 70,520 157,46 50 0,0018 17,5 14,00 1,972 0,154 0,0154 66,338 172,52 50 0,0016 17,5 16,00 1,972 0,154 0,0154 62,074 187,58 50 0,0014 17,5 18,00 1,972 0,154 0,0154 57,892 202,64 50 0,0012 10 17,5 20,00 1,972 0,154 0,0154 53,956 217,7 50 0,0011 11 17,5 22,00 1,972 0,154 0,0154 50,020 232,76 50 0,0010 hi(m) z(m) e0 Cc Cs σz (kN/m2) σ'v (kN/m2) σc Sc (kN/m2) (mm) 0,0197 Tổng độ lún cho phạm vi xử lý phần không xử lý Với khoảng cách cọc s=1 m độ lún tổng S=S1+S2=0,022+0,0197=0,0417 m < [ S ] =8 cm (thỏa mãn) Với khoảng cách cọc s=1,5 m độ lún tổng S=S1+S2=0,047+0,0197=0,0667 m< [ S ] =8 cm (thỏa) Với khoảng cách cọc s=1,8 m độ lún tổng S=S1+S2=0,06+0,0197=0,0797 m< [ S ] =8 cm (thỏa) 4.2 Tính tốn xử lý nhà máy bột mì Đại Phong trụ đất trộn xi măng – vôi phương pháp mô phần mềm Plaxis E50 trụ đất xi măng – vôi lấy theo biểu đồ quan hệ áp lực nén chuyển vị 28 ngày tuổi với hàm lượng 10% xi măng 8% vơi 440 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 Bảng Các thơng số đầu vào chương trình Thơng số Lớp 1a Lớp 1b Lớp 2a Trụ đất vôi xi măng Sét xám đen Sét pha xám Bùn sét xám nâu, trạng thái dẻo nâu, trạng thái trạng thái chảy mềm chảy Mohr Mơ hình vật Hardenning soil Hardenning soil Hardenning model model soil model Coulomb liệu Loại ứng xử Undrained Undrained Undrained Non-porous h 2,5 10,3 16,8 10 18,4 15,3 17,5 16,9 γunsat 18,4 15,3 17,5 γsat Đơn vị kx Mô tả ky E50 ref Eoed ref Eur ref ν c ϕ m kN/m3 kN/m3 1.00E-04 1.00E-04 1.00E-04 m/day 1.00E-04 1.00E-05 1.00E-05 m/day 1820 720 1330 1820 5460 0,3 10 17 720 2160 0,3 20 26 1330 3990 0,3 20 26 51266 kN/m2 kN/m2 kN/m2 0,35 384,68 40 kN/m2 Độ Mơ hình tính tốn Plaxis 2D với D=0,6 m, L=10 m, s=1,5 m: Kết lún phương pháp mô nhỏ so với phương pháp giải tích 1,07 lần (Sgt=0,0667 m) Hình 6:.Độ lún tổng VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 441 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Từ thông số đất khu vực Trà Nóc, Tp Cần Thơ kết thí nghiệm ứng với hàm lượng xi măng – vôi ta chọn tỷ lệ xi măng – vôi 10-8 (10% xi măng – 8% vôi) hợp lý hiệu kinh tế Khi tính tốn xử lý cơng trình khu vực khu cơng nghiệp Trà Nóc với chiều dày đất yếu từ 10 đến 20 m với tải trọng không 100 kN/m2 nên sử dụng trụ đất xi măng – vơi với đường kính 0,6 m, khoảng cách trụ 1,5 m, chiều dài cọc 10 m đảm bảo ổn định lâu dài cho cơng trình mang lại hiệu kinh tế cao Khi mô phần mêm Plaxis 2D độ lún nhỏ 1,07 lần so với phương pháp giải tích 5.2 Kiến nghị Kiến nghị sử dụng hàm lượng đất trộn xi măng – vôi 10% xi măng – 8% vôi cho xử lý đất yếu khu vực Trà Nóc, Tp Cần Thơ Nên áp dụng trụ đất xi măng – vôi vào xử lý nền, nhà dân dụng, nhà xưởng, nhà kho… Kiến nghị nên thực đo quan trắc lún để đối chiếu kết tính tốn nhằm hiệu chỉnh số liệu thiết kế cho hợp lý để có thơng số đầu vào đáng tin cậy TÀI LIỆU THAM KHẢO Jesse Jacobson, Factors Affecting Strength Gain in Lime-Cement Columns and Development of a Laboratory Testing Procedure, Master of ScienceIn Civil Engineering 2002 Kivelo, M (1997) “Undrained shear strength of lime/cement columns.” Proceedings, 14th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, pp.1173-1180 Võ Phán, Cơng trình đất yếu Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 385:2006 “Phương pháp gia cố đất yếu trụ đất xi măng”, 2006 Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, Nhà xuất Đại học quốc gia Tp HCM Bengt B Broms: Design of lime, lime/cement and cement columns, Proc of the International Conf on dry mix methods for deep soil stabilization, Stockholm, Sweden, Oct 1999 Swedish Geotechnical Society: Lime and Lime Cement Columns, SGF Report 4:95E Người phản biện: GS TSKH Nguyễn Văn Thơ 442 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM ... số đất khu vực Trà Nóc, Tp Cần Thơ kết thí nghiệm ứng với hàm lượng xi măng – vôi ta chọn tỷ lệ xi măng – vôi 10-8 (10% xi măng – 8% vôi) hợp lý hiệu kinh tế Khi tính tốn xử lý cơng trình khu vực. .. hợp đất xi măng – vôi xử lý đất yếu khu vực Trà Nóc, Tp Cần Thơ 10% xi măng + 8% vôi với cường độ chịu nén đơn 770,47 kPa 28 ngày (hàm lượng đồng nghĩa với việc sử dụng 159 kg xi măng + 127 kg vôi. .. Plaxis 2D độ lún nhỏ 1,07 lần so với phương pháp giải tích 5.2 Kiến nghị Kiến nghị sử dụng hàm lượng đất trộn xi măng – vôi 10% xi măng – 8% vôi cho xử lý đất yếu khu vực Trà Nóc, Tp Cần Thơ