Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của vật liệu đất trộn xi măng trong xử lý nền đất yếu tại huyện tân phú đông – tỉnh tiền giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CƠNG NGHIỆP LONG AN NGUYỄN HỒI DANH NGHIÊN CỨU YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA VẬT LIỆU ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ NỀN ĐƢỜNG ĐẤT YẾU TẠI HUYỆN TÂN PHÚ ĐÔNG – TỈNH TIỀN GIANG LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG LONG AN, NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN NGUYỄN HOÀI DANH NGHIÊN CỨU YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA VẬT LIỆU ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ NỀN ĐƢỜNG ĐẤT YẾU TẠI HUYỆN TÂN PHÚ ĐÔNG – TỈNH TIỀN GIANG LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN NGỌC PHÚC LONG AN, NĂM 2019 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định./ Tác giả Nguyễn Hoài Danh i LỜI CÁM ƠN Luận văn hướng dẫn tận tâm TS Nguyễn Ngọc Phúc thầy cô Khoa Kỹ thuật công nghệ Xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An tạo điều kiện cho học tập nghiên cứu để hoàn thành luận văn Học viên xin chân thành ghi nhớ công ơn cố gắng để nâng cao lực trình độ để phục vụ tốt cho cơng việc Tác giả Nguyễn Hồi Danh ii NỘI DUNG TĨM TẮT Tân Phú Đông huyện tỉnh Tiền Giang, đồng sông Cửu Long, Việt Nam thành lập thức từ ngày 21 tháng 01 năm 2008 Vùng đất trước thuộc tỉnh Gị Cơng, nhiên có thời kỳ thuộc huyện Gị Cơng, tỉnh Mỹ Tho Nền đất khu vực này, đa phần đất yếu nên đất khơng có khả tiếp nhận tải trọng cơng trình khơng có biện pháp gia cố xử lý thích hợp Do đó, địa chất móng cơng trình nhà ở, nhà xưởng, đường xá, đê điều, đập chắn nước số cơng trình khác thường đặt hàng loạt vấn đề cần phải giải sức chịu tải thấp, độ lún lớn Việc nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến cường độ trụ đất xi măng đóng vai trị quan trọng định lựa chọn đặc tính kỹ thuật giá trị kinh tế cơng trình Tính chất học đất trộn xi măng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác đặc điểm tác nhân xử lý, đặc điểm điều kiện đất, điều kiện trộn, điều kiện bảo dưỡng Trong công trình gia cố đất yếu trụ đất xi măng, việc xác định tính chất học vật lý vật liệu đất trộn xi măng cần phải thực Tính chất học vật liệu đất trộn xi măng thường kết thí nghiệm nén mẫu hỗn hợp đất, xi măng nước Luận văn nghiên cứu cường độ chịu nén mẫu đất trộn xi măng với đề tài “Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén vật liệu đất trộn xi măng xử lý đất yếu huyện Tân Phú Đông – tỉnh Tiền Giang” để nâng cao hiệu gia cố đất yếu bằng trụ đất xi măng phù hợp với điều kiện cụ thể địa phương iii ABSTRACT Tan Phu Dong is a district of Tien Giang province, the Mekong Delta, Vietnam was officially established on January 21, 2008 This land was formerly in Go Cong province, but there was a period in Go Cong district, My Tho province The ground in this area, mostly weak soil, is not able to receive the work load if there are no reinforcement measures or proper treatment Therefore, geology under the foundation of residential buildings, factories, roads, dykes, dams and some other works here often poses a series of problems that need to be solved such as load capacity low background, large settlement The study of the factors affecting the strength of cement pillars plays an important role in the decision to select the technical characteristics as well as the economic value of the project The mechanical properties of cement mixing soil depend on many different factors such as characteristics of processing agent, soil characteristics and conditions, mixing conditions and maintenance conditions In soft soil reinforcement works with cement pillars, the determination of mechanical and physical properties of cemented soil materials needs to be done The mechanical properties of cemented soil materials are often based on the results of compressive testing of soil, cement and water samples Dissertation to study the solution of weak soil road reinforcement with the topic "Study the factors affecting the compressive strength of cement mix soil materials in the treatment of soft ground in Tan Phu Dong district - Tien Giang province "To improve the effectiveness of reinforcing weak soil base by using cement pillars in accordance with specific local conditions iv MỤC LỤC DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT x PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu 1.2 Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài .2 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5 Cấu trúc luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Tổng quan đất yếu 1.2 Tổng quan giải pháp gia cố đất yếu 1.3 Tổng quan giải pháp gia cố đất yếu công nghệ trụ đất xi măng 1.4 Kết luận chương 15 CHƢƠNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CƢỜNG ĐỘ VẬT LIỆU ĐẤT TRỘN XI MĂNG 16 2.1 Một số tính chất đặc trưng vật liệu đất trộn xi măng 16 2.1.1 Khối lượng riêng, t .16 2.1.2 Cường độ cắt khơng nước, cu,col 17 2.1.3 Cường độ nén không nở hông, qu,col 17 2.1.4 Tính thấm, k (cm/s) 18 2.1.5 Modun đàn hồi, Ecol .19 2.1.6 Mô đun nén, Mcol 19 2.1.7 Hệ số Poisson trụ đất xi măng, vcol 20 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ vật liệu đất trộn xi măng .21 2.2.1 Ảnh hưởng loại đất sét 21 2.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng nước (w) .22 2.2.3 Ảnh hưởng hàm lượng xi măng (aw) .23 2.2.4 Ảnh hưởng tỉ lệ nước/ xi măng (w/c) 25 v 2.3 Kết luận chương 26 CHƢƠNG THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA VẬT LIỆU ĐẤT TRỘN XI MĂNG 27 3.1 Giới thiệu .27 3.2 Các định nghĩa mối quan hệ 27 3.3 Tính chất đất tự nhiên, xi măng, nước 30 3.4 Phương pháp thí nghiệm 31 3.4.1 Chế tạo bảo dưỡng mẫu đất trộn xi măng 31 3.4.2 Thí nghiệm nén mẫu đất trộn xi măng 38 3.5 Kết thí nghiệm 40 3.5.1 Kết thí nghiệm mẫu trộn với nước tiêu chuẩn bảo dưỡng mơi trường khơng khí 40 3.5.2 Kết thí nghiệm mẫu trộn với nước TPĐ bảo dưỡng môi trường nước TPĐ 45 3.5.3 So sánh ảnh hưởng điều kiện bảo dưỡng đến cường độ mẫu đất trộn xi măng, với thời gian bảo dưỡng 28 ngày 50 3.5.4 3.6 Kết chụp SEM 51 Phân tích thảo luận 55 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 Kết luận .57 Kiến nghị 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 vi DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ Hình 1.1 Bản đồ phân vùng đất yếu khu vực ĐBSCL Hình 1.2 Dạng phá hoại trụ đất xi măng Hình 1.3 Bố trí trụ đất xi măng 10 Hình 1.4 Lún nhóm trụ đất xi măng 12 Hình 1.5 Các dạng bố trí trụ đất xi măng 13 Hình 1.6 Máy thi cơng với si lơ chất kết dính máy nén khí .14 Hình 1.7 Mũi trộn 14 Hình 1.8 Trụ đất xi măng 15 Hình 2.1 Khối lượng riêng thay đổi làm lượng xi măng 17 Hình 2.2 Khối lượng riêng thay đổi làm lượng xi măng 19 Hình 2.3 Hệ số Poisson đất trộn xi măng 20 Hình 2.4 Ảnh hưởng loại đất khác 22 Hình 2.5 Mối quan hệ cường độ nén hàm lượng nước .23 Hình 2.6 Mối quan hệ cường độ nén hàm lượng xi măng 24 Hình 2.7 Mối quan hệ cường độ nén hàm lượng xi măng 25 Hình 2.8 Mối quan hệ cường độ nén tỉ lệ lượng N/X .26 Hình 3.1 Sơ đồ pha đất trộn xi măng 28 Hình 3.2 Phơi khô đất 32 Hình 3.3 Nghiền nhỏ đất 32 Hình 3.4 Loại bỏ tạp chất 33 Hình 3.5 Hộp tạo mẫu 33 Hình 3.6 Xác định diện tích mặt ngang mẫu 39 Hình 3.7 Mối quan hệ cường độ chịu nén thời gian bảo dưỡng, với wT/c= 40 Hình 3.8 Mối quan hệ cường độ chịu nén thời gian bảo dưỡng, với wT/c= 41 Hình 3.9 Mối quan hệ cường độ chịu nén thời gian bảo dưỡng, với wT/c= 41 Hình 3.10 Mối quan hệ cường độ chịu nén tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với thời gian bảo dưỡng ngày 42 Hình 3.11 Mối quan hệ cường độ chịu nén tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với thời gian bảo dưỡng 14 ngày 42 Hình 3.12 Mối quan hệ cường độ chịu nén tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với thời gian bảo dưỡng 28 ngày 43 Hình 3.13 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng ngày 43 Hình 3.14 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng 14 ngày 44 Hình 3.15 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng 28 ngày 44 Hình 3.16 Mối quan hệ cường độ chịu nén thời gian bảo dưỡng, với wT/c= 45 vii Hình 3.17 Mối quan hệ cường độ chịu nén thời gian bảo dưỡng, với wT/c= 45 Hình 3.18 Mối quan hệ cường độ chịu nén thời gian bảo dưỡng, với wT/c= 46 Hình 3.19 Mối quan hệ cường độ chịu nén tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với thời gian bảo dưỡng ngày 46 Hình 3.20 Mối quan hệ cường độ chịu nén tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với thời gian bảo dưỡng 14 ngày 47 Hình 3.21 Mối quan hệ cường độ chịu nén tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với thời gian bảo dưỡng 28 ngày 47 Hình 3.22 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng ngày 48 Hình 3.23 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng 14 ngày 48 Hình 3.24 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng 28 ngày 49 Hình 3.25 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với wT/c= 50 Hình 3.26 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với wT/c= 50 Hình 3.27 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với wT/c= 51 Hình 3.28 Ảnh SEM mẫu wT/c=3 52 Hình 3.29 Ảnh SEM mẫu wT/c=4 53 Hình 3.30 Ảnh SEM mẫu wT/c=5 53 Hình 3.31 Ảnh SEM mẫu wT/c=3 54 Hình 3.32 Ảnh SEM mẫu wT/c=4 54 Hình 3.33 Ảnh SEM mẫu wT/c=5 55 viii 3.5.1.3 Ảnh hưởng hàm lượng xi măng đến cường độ mẫu đất trộn xi măng Hình 3.13 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng ngày Hình 3.14 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng 14 ngày 42 Hình 3.15 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng 28 ngày 3.5.2 Kết thí nghiệm mẫu trộn với nước TPĐ bảo dưỡng môi trường nước TPĐ 3.5.2.1 Ảnh hưởng thời gian bảo dưỡng đến cường độ mẫu đất trộn xi măng Hình 3.16 Mối quan hệ cường độ chịu nén thời gian bảo dưỡng, với wT/c= 43 Hình 3.17 Mối quan hệ cường độ chịu nén thời gian bảo dưỡng, với wT/c= Hình 3.18 Mối quan hệ cường độ chịu nén thời gian bảo dưỡng, với wT/c= 44 3.5.2.2 Ảnh hưởng wT/c đến cường độ mẫu đất trộn xi măng Hình 3.19 Mối quan hệ cường độ chịu nén tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với thời gian bảo dưỡng ngày Hình 3.20 Mối quan hệ cường độ chịu nén tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với thời gian bảo dưỡng 14 ngày 45 Hình 3.21 Mối quan hệ cường độ chịu nén tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với thời gian bảo dưỡng 28 ngày 3.5.2.3 Ảnh hưởng hàm lượng xi măng đến cường độ mẫu đất trộn xi măng Hình 3.22 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng ngày 46 Hình 3.23 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng 14 ngày Hình 3.24 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng 28 ngày 47 3.5.3 So sánh ảnh hưởng điều kiện bảo dưỡng đến cường độ mẫu đất trộn xi măng, với thời gian bảo dưỡng 28 ngày Hình 3.25 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với wT/c= Hình 3.26 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với wT/c= 48 Hình 3.27 Mối quan hệ cường độ chịu nén hàm lượng xi măng, với wT/c= Khi tăng lượng nước nhào trộn cường độ mẫu giảm Nguyên nhân tăng hàm lượng nước làm giảm độ đặc mẫu từ làm giảm cường độ mẫu Khi bị nén mẫu đất trộn xi măng bị co ngắn lại theo phương nén đồng thời bị nở theo phương vuông góc với phương nén gọi tượng nở ngang Sự nở ngang mức gây nứt phá vỡ mẫu Giai đoạn bắt đầu mẫu đất trộn xi măng chịu lực, quan hệ ứng suất – biến dạng phù hợp với định luật Hocke 3.5.4 Kết chụp SEM 3.5.4.1 Các mẫu trộn với nước tiêu chuẩn bảo dưỡng môi trường khơng khí Kết hợp phân tích mẫu phản ứng pozzolanic qua ảnh chụp SEM mẫu có hàm lượng xi măng 20% sau 28 ngày bảo dưỡng để thấy rõ khác biệt cường độ theo hàm lượng nước/ xi măng môi trường dưỡng hộ Mẫu đất trộn xi măng có tỉ số wT/c lớn cho thấy có nhiều lỗ rỗng có đường kính từ 3,5µm đến 10µm Các que vẩy xuất làm tăng tính đồng giảm đường kính lỗ rỗng so với đất có tỉ số wT/c nhỏ 49 Các que dạng kim sản phẩm phản ứng pozzolanic, mơi trường khơng khí số que nhiều mơi trường nước Điều chứng tỏ cường độ mẫu phụ thuộc vào mơi trường dưỡng hộ Hình 3.28 Ảnh SEM mẫu wT/c=3 Hình 3.29 Ảnh SEM mẫu wT/c=4 50 Hình 3.30 Ảnh SEM mẫu wT/c=5 3.5.4.2 Các mẫu trộn với nước TPĐ bảo dưỡng môi trường nước TPĐ Hình 3.31 Ảnh SEM mẫu wT/c=3 51 Hình 3.32 Ảnh SEM mẫu wT/c=4 Hình 3.33 Ảnh SEM mẫu wT/c=5 52 3.6 Phân tích thảo luận Cường độ nén nở hông qu mẫu đất trộn xi măng thay đổi tỷ số wT:c thay đổi Khi wT:c tăng cường độ nén nở hơng giảm Theo thời gian, mẫu đất trộn xi măng đóng rắn cường độ tăng dần lên Nguyên lý việc gia cố đất yếu cột đất trộn xi măng xi măng sau trộn với đất sinh loạt phản ứng hóa học dần đóng rắn lại Cường độ nén nở hơng tăng nhanh đến aw=20% sau có khuynh hướng tăng chậm hàm lượng xi măng cao Cường độ nén nở hông mẫu đất trộn xi măng bão dưỡng mơi trường khơng khí lớn mẫu bảo dưỡng môi trường nước TPĐ 53 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Học viên nghiên cứu lý thuyết thí nghiệm mẫu đất trộn xi măng, số kết luận sau rút sau: Tổng kết nghiên cứu tác giả nước số tính chất đặc trưng vật liệu đất trộn xi măng yếu tố ảnh hưởng đến cường độ vật liệu đất trộn xi măng Kết cường độ nén thí nghiệm nén mẫu đất trộn xi măng cho thấy: Cường độ nén nở hơng tăng nhanh đến aw=20% sau có khuynh hướng tăng chậm hàm lượng xi măng cao Cường độ nén nở hông mẫu đất trộn xi măng bão dưỡng mơi trường khơng khí lớn mẫu bảo dưỡng môi trường nước TPĐ Kiến nghị Cường độ trụ đất xi măng trường bị ảnh hưởng nhiều yếu tố tính chất đất, điều kiện trộn, thiết bị quy trình trộn, điều kiện dưỡng hộ,…Vì cường độ trường khó xác định xác giai đoạn thiết kế Do cần xác lập kiểm chứng cường độ trường qua bước thí nghiệm mẫu trộn phịng 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Coastal Development Institute of Technology-CDIT, The Deep Mixing Method: Principle, Design and Construction, A.A Balkema: The Netherlands, 2002 [2] Nozu, M and Nakai, N., “A comparative study on influence of soft clay properties for deep soil cement mixing in the Mekong and Mississippi Deltas,” pp 5964, 2010 [3] Terashi, M., “Deep Mixing Methods – Brief state of the art,” in 14th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Germany, 1997, pp 2475-2478 [4] Thiam-Soon Tan, Teik-Lim Goh, and Kwet-Yew Yong, “Properties of Singapore Marine Clays Improved by Cement Mixing,” Geotechnical Testing Journal, Vol 25, No 4, pp 422-433, 2002 [5] 22TCN 262:2000, “Quy trình khảo sát thiết kế đường ô tô đắp đất yếu,” Bộ Giao thông vận tải, 2000 [6] Đậu Văn Ngọ, Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ xi măng đất,” Journal of Science & Technology Development, Tập 12, số 05, 2009 [7] Lareal Nguyễn Thành Long, Lê Bá Lương, Nguyễn Quang Chiêu Vũ Đức Lực, Cơng trình đất yếu điều kiện Việt Nam Trường Đại học Bách khoa Tp HCM, 2005 [8] Nguyễn Thành Đạt, Lê Anh Tuấn, Nguyễn Minh Tâm, Nguyễn Ngọc Thắng, “Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu uốn tương quan cường độ chịu nén uốn vật liệu đất trộn xi măng,” Tạp chí địa kỹ thuật-Viện địa kỹ thuật, tập14, số 4, trang 23-28, 2010 [9] TCVN 4195:1995, “Phương pháp xác định khối lượng riêng phòng thí nghiệm” [10] TCVN 4196:1995: “Phương pháp xác định độ ẩm độ hút ẩm phịng thí nghiệm” 55 [11] TCVN 4197:1995, “Đất xây dựng Phương pháp xác định giới hạn dẻo giới hạn chảy phịng thí nghiệm” [12] TCVN 4198:1995: “Phương pháp xác định thành phần hạt phịng thí nghiệm” [13] TCVN 4199:1995: “Đất xây dựng Phương pháp xác định sức chống cắt phòng thí nghiệm” [14] TCVN 9403:2012, “Gia cố đất yếu – Phương pháp trụ đất xi măng” Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, Vụ Khoa học Công nghệ 56 ... trộn xi măng với đề tài ? ?Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén vật liệu đất trộn xi măng xử lý đất yếu huyện Tân Phú Đông – tỉnh Tiền Giang? ?? để nâng cao hiệu gia cố đất yếu bằng trụ đất. .. đặc trưng vật liệu đất trộn xi măng yếu tố ảnh hưởng đến cường độ vật liệu đất trộn xi măng Chương Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén vật liệu đất trộn xi măng: Tạo mẫu đất trộn xi măng thực... LONG AN NGUYỄN HỒI DANH NGHIÊN CỨU YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA VẬT LIỆU ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ NỀN ĐƢỜNG ĐẤT YẾU TẠI HUYỆN TÂN PHÚ ĐÔNG – TỈNH TIỀN GIANG LUẬN VĂN THẠC SĨ