Mẫu thí nghiệm đƣợc ký hiệu theo tổ hợp các chữ và số gồm: tên tổ hợp mẫu – hàm lƣợng xi măng – số thứ tự mẫu thí nghiệm.. Hình 2: Thiết bị và các mẫu thí nghiệm nén một trục.[r]
(1)THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG CHO NỀN ĐƯỜNG KHU CÔNG NGHỆ CAO HÕA LẠC
VŨ BÁ THAO, NGUYỄN THU HƢƠNG, QUÁCH HOÀNG HẢI*
Laboratory tests on strength of soil stabilization by cement to build the road foundation at Hoa Lac Hi-Tech industrial zone
Abstract: This study aims to investigate reasonable cement contents for stabilizing the soft soil to build the road foundation in Hoa Lac Hi-Tech industrial zone Strength of four types of clay stabilized with
cement contents of 150, 175, 200, and 250 kg/m3 were tested at curing
periods of 3, 7, 14, and 28 days The results show that the strength of soil stabilization increases with cement content and curing time Strength of soil-cement meets designated requirement, larger than
MPa, when cement content is 200 to 250 kg/m3, depending on type of
soil Relation between the soil-cement strength at 28 days and days is qu28 = 1.25qu7 + 191 (kPa) However, in case organic content of soil is greater than 10%, effects of cement on stabilizing the soft soil is quite limited
Từ khóa: Soil cement, Soft soil, Road foundation
1 ĐẶT VẤN ĐỀ*
Xi măng đất trộn sâu phƣơng pháp xử lý đất yếu đƣợc nƣớc giới đánh giá cao, đặc biệt Nhật Bản nƣớc vùng Scandinaver [1] Ở Việt Nam, phƣơng pháp đƣợc áp dụng đại trà để gia cố đất yếu cho cơng trình quan trọng nhƣ: dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) sử dụng 4000m cọc đất - xi măng có đƣờng kính 0.6m, gia cố móng cho nhà máy nƣớc Vụ Bản tỉnh Hà Nam, xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu Đình Vũ thành phố Hải Phịng, dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu Tại thành phố Hồ Chí Minh cọc xi măng đất sử dụng phổ biến, nhƣ dự án đại lộ Đông Tây, building Sai Gon Times Square [2]
*
Phòng Nghiên cứu Địa kỹ thuật, Viện Thuỷ Công, Viện Khoa h c Thủy lợi Việt Nam
Email: vubathao@gmail.com
Theo số kết thí nghiệm xi măng - đất phịng, cƣờng độ nén khơng hạn chế nở hông qu thƣờng từ 4.08 - 40.8 kG/cm2 (408 - 4080 kPa), lớn chục đến hàng trăm lần đất tự nhiên, nhiên kết lại phụ thuộc vào nhiều nhân tố nhƣ: thành phần điều kiện đất, điều kiện phƣơng pháp trộn, điều kiện dƣỡng hộ [3] Do với cơng trình trƣớc thi cơng cần tiến hành thí nghiệm phịng nhằm biết rõ hiệu gia cố loại đất nhằm chọn đƣợc hàm lƣợng xi măng phù hợp [3]
Bài báo trình bày kết thí nghiệm phịng nén trục khơng hạn chế nở hơng số loại đất sét gia cố xi măng với hàm lƣợng khác để lựa chọn hàm lƣợng xi măng phù hợp gia cố đƣờng khu cơng nghệ cao Hịa Lạc
(2)
Hình Ảnh chụp lấy mẫu t i tr ng Bảng Bảng tổng hợp tiêu lý đất
Số hiệu tổ hợp mẫu CP1 CP9 CP19 CP2 CP14
Chỉ tiêu Giá trị
Thành phần hạt (%)
Sạn(sỏi) 4.1
Cát 13.9 17.2 14.9 6.4 12.6
Bụi 61.3 47.8 55 56.7 44.5
Sét 24.8 30.9 30.1 36.9 42.9
Độ ẩm tự nhiên (W%) 48.6 71.3 64.9 35 37.9
Khối lƣợng thể tích tự nhiên
(, g/cm3) 1.69 1.50 1.61 1.82 1.85
Khối lƣợng thể tích khô
(c, g/cm3) 1.14 0.89 0.98 1.35 1.35
Tỷ trọng (, g/cm3) 2.66 2.61 2.68 2.72 2.78
Hệ số rỗng (eo) 1.339 1.984 1.745 1.018 1.069
Giới hạn chảy (Wl, %) 50.7 73.7 65.9 43.1 51.7
Giới hạn dẻo (Wp,%) 33.9 41.3 39.7 22.4 29.7
Hệ số nén lún (a1-2,cm2/N) 0.0173 0.0115 0.0113 0.005 0.0025
Cƣờng độ kháng nén trục không hạn chế nở hông (qu, kPa)
30.41 28.5 27.49 65.57 89.73
Hàm lƣợng hữu (%) 7.02 11.0 5.61 3.05 1.39
Phân loại đất Sét hữu
cơ, chảy
Sét hữu cơ, dẻo chảy
Sét dẻo cao chứa
hữu cơ, dẻo chảy
Sét bụi, dẻo mềm
Sét béo, dẻo mềm
(3)Mẫu đất đƣợc chọn gồm tổ hợp mẫu đƣợc lấy từ độ sâu 1.2-2.0 (m), 3.4-4.0 (m) 11.2-12.0 (m) hố khoan ABH5 (thuộc tuyến 8), ABH6, ABH7 (thuộc tuyến 9) khu vực Hịa Lạc Hình ảnh khoan lấy mẫu thể Hình Tiến hành phân tích tiêu lý đất Thí nghiệm xác định thành phần vật chất hữu theo tiêu chuẩn ASTM D294, thí nghiệm nén trục không hạn chế nở hông theo tiêu chuẩn D2166 Kết thí nghiệm tiêu lý mẫu đất đƣợc trình bày Bảng 1. Năm loại đất dùng nghiên cứu gồm: Sét hữu cơ, chảy; Sét hữu cơ, dẻo chảy; Sét dẻo cao chứa hữu cơ, dẻo chảy; Sét bụi, dẻo mềm; Sét béo, dẻo mềm
Xi măng đƣợc sử dụng để trộn với đất theo yêu cầu thiết kế xi măng pooc lăng Bút Sơn PC40
2.2 Phƣơng pháp thí nghiệm
Quy trình thí nghiệm xi măng – đất đƣợc thực theo tiêu chuẩn JGS 0821-2000; TCVN
9403: 2012 Các mẫu đất sau đƣợc xác định tiêu thí nghiệm phịng, đem trộn với xi măng theo hàm lƣợng lần lƣợt 150 kg/m3, 175 kg/m3, 200 kg/m3, 250 kg/m3 tạo 80 tổ hợp mẫu Mỗi tổ hợp đƣợc chia làm
phần nhau, đúc thành mẫu, tổng cộng tạo 320 mẫu Mẫu thí nghiệm đƣợc ký hiệu theo tổ hợp chữ số gồm: tên tổ hợp mẫu – hàm lƣợng xi măng – số thứ tự mẫu thí nghiệm Các mẫu đƣợc bảo dƣỡng tủ bảo dƣỡng mẫu nhiệt độ 20±3 độ C, độ ẩm 90%
Mỗi tổ hợp mẫu đƣợc bảo dƣỡng theo ngày tuổi 3, 7, 14, 28 Tại thời điểm theo ngày tuổi, mẫu thí nghiệm đƣợc lấy khỏi tủ bảo dƣỡng, tiến hành cân xác định khối lƣợng, đo đƣờng kính, chiều cao nén trục không hạn chế nở hơng xác định qu Thí nghiệm xác định qu theo tiêu chuẩn ASTM D2166 Một số hình ảnh thiết bị mẫu thí nghiệm thể Hình
Hình 2: Thiết bị mẫu thí nghiệm nén trục 3 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Kết thí nghiệm nén trục không hạn chế nở hông mẫu hỗn hợp xi măng đất
khu vực tuyến tuyến – khu cơng nghệ cao Hịa Lạc đƣợc trình bày Bảng
Bảng Kết qu mẫu đất gia cố xi măng
Tên tổ hợp
Hàm lƣợng xi măng
(kg/m3) 150 175 200 250
CP1 Tuổi (ngày) qu(kPa)
(4)Tên tổ hợp
Hàm lƣợng xi măng
(kg/m3) 150 175 200 250
7 182.87 213.76 357.58 649.81
14 246.97 395.77 515.18 783.35
28 355.81 488.16 594.93 957.55
CP9
Tuổi (ngày) qu(kPa)
3 54.29 77.3 94.74 149.78
7 76.86 102.96 121.67 182.76
14 99.95 128.69 181.2 218.83
28 116.26 212.51 359.76 417.97
CP19
Tuổi (ngày) qu(kPa)
3 125.22 177.45 215.9 307.34
7 148.96 257.91 319.04 433.31
14 214.81 363.63 481.86 610.55
28 412.8 542.85 774.01 1024.75
CP2
Tuổi (ngày) qu(kPa)
3 339.96 412.54 540.44 649.75
7 454.14 500.53 799.43 1023.14
14 505.76 659.35 947.86 1208.74
28 611.44 757.43 1043.5 1410.25
CP14
Tuổi (ngày) qu(kPa)
3 306.46 388.71 455.48 565.25
7 356.26 469.99 611.24 743.79
14 509.74 626.02 805.14 963.18
28 666.87 874.7 934.94 1238.99
Qua Bảng nhận thấy cƣờng độ nén trục không hạn chế nở hông mẫu đất phụ thuộc vào hàm lƣợng xi măng, thời gian dƣỡng hộ hàm lƣợng hữu đất Các yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ lần lƣợt đƣợc phân tích mục dƣới
3.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xi măng đến cƣờng độ đất xi măng
Quan hệ cƣờng độ nén không hạn chế nở hông tổ hợp mẫu thí nghiệm CP1, CP2, CP9, CP14, CP19 hàm lƣợng xi măng đƣợc trình bày Hình
Trên sở đồ thị Hình 13 Bảng nhận thấy cƣờng độ loại đất gia cố xi măng tăng theo hàm lƣợng xi măng thời gian dƣỡng hộ Khi hàm lƣợng xi măng 250 kg/m3
(5)(a) Tổ hợp mẫu CP1 (b) Tổ hợp mẫu CP9
(c) Tổ hợp mẫu CP14 (d) Tổ hợp mẫu CP19
(e) Tổ hợp mẫu CP2
Hình Quan hệ c ng độ đất gia c hàm l ợng xi măng 3.2 Ảnh hƣởng thời gian dƣỡng hộ
đến cƣờng độ đất xi măng
Quan hệ thời gian dƣỡng hộ cƣờng độ nén không hạn chế nở hông mẫu đƣợc trình bày Hình
Từ đồ thị Hình nhận thấy cƣờng độ nén không hạn chế nở hông qu xi măng đất tăng theo thời gian dƣỡng hộ hàm lƣợng xi măng Tuy nhiên, tùy loại đất khác cho giá trị qu khác Xu hƣớng tăng cƣờng
độ theo thời gian mẫu đất gia cố tƣơng đối tuyến tính, riêng tổ hợp mẫu CP9 có tăng vọt qu 14 28 ngày tuổi Tuy vậy, cƣờng độ 28 ngày mẫu đất CP9 nhỏ 1MPa nên không đạt yêu cầu làm đƣờng
(6)cƣờng độ nén ngày (qu7) cƣờng độ nén 28 ngày (qu28) có ý nghĩa cho áp dụng đại trà địa chất tƣơng tự; đồng thời làm để dự đoán
cƣờng độ ngày muộn dựa vào cƣờng độ nén ngày, giảm bớt đƣợc khối lƣợng thí nghiệm cho cơng trình có điều kiện địa chất tƣơng tự
(a) Tổ hợp mẫu CP1 (b) Tổ hợp mẫu CP9
(c) Tổ hợp mẫu CP14 (d) Tổ hợp mẫu CP19
(e) Tổ hợp mẫu CP2
Hình 4: uan hệ c ng độ đất gia c th i gian d ỡng hộ
Kawasaki (1981) xây dựng quan hệ dựa phân tích tƣơng quan hiệu chỉnh cƣờng độ nén nở hông cho đất sét biển vùng vịnh Tokyo trộn với xi măng Pooc lăng nhƣ công thức (1):
0.49qu28 – 64 < qu7< 0.71qu28 + 5% (1) Ở đây, qu7, qu28 tính theo kPa
Hiệp hội CDMA (Cement Deep Mixing Association of Japan) Nhật Bản (1994)
hiệu chỉnh quan hệ thành:
qu28 = (1.49-1.56) qu7 (2)
Ở Việt Nam có số cơng trình nghiên cứu mối tƣơng quan này, nhƣ Đậu Văn Ngọ với đất bùn sét hữu dự án Đại lộ Đơng tây Sài Gịn:
(7)cƣờng độ đất gia cố xi măng tuổi 28 ngày ngày đạt đƣợc nhƣ Hình 5 Quan hệ
này tham khảo cho dự án có điều kiện
địa chất tƣơng tự
qu28 = 1.25qu7 + 191 (kN/m2) (4)
Hình 5: M i t ơng quan c ng độ đất xi măng 28 ngày tuổi 3.3 Ảnh hƣởng hàm lƣợng hữu
trong đất cƣờng độ đất xi măng
Quan hệ hàm lƣợng hữu đất qu đƣợc thể Hình 6 Hình cho thấy, hàm lƣợng hữu cao cƣờng độ xi măng đất có xu hƣớng giảm Khi hàm lƣợng hữu lớn 10%, ảnh hƣởng hàm
lƣợng xi măng qu28 giảm rõ rệt, tác dụng xi măng gia cố đất thấp Do đó, đất yếu khu vực tuyến 8, tuyến khu cơng nghệ cao Hịa Lạc, loại đất có hàm lƣợng hữu lớn 10% cần xem xét việc dùng xi măng để gia cố
Hình 6: uan hệ c ng độ mẫu thử 28 ngày tuổi thành phần hữu đất 4 KẾT LUẬN
Trên sở kết thí nghiệm nén trục khơng hạn chế nở hông năm tổ hợp xi măng - đất hàm lƣợng xi