(Đề tài NCKH) xác định chỉ số CBR của đất xi măng cát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ CBR CỦA HỖN HỢP ĐẤT XI MĂNG-CÁT MÃ SỐ:2019-135 SKC006983 Tp Hồ Chí Minh, tháng 06/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ CBR CỦA HỖN HỢP ĐẤT XI MĂNG-CÁT Mã số đề tài : 2019-135 Thuộc nhóm nghành khoa học: Khoa học kỹ thuật ứng dụng TP Hồ Chí Minh, Tháng năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ CBR CỦA HỖN HỢP ĐẤT XI MĂNG-CÁT Mã số đề tài : 2019-135 Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học kỹ thuật ứng dụng SV thực hiện: Nguyễn Quang Khải - 15149023 Nguyễn Quang Tấn Phan Quốc Tân Ngô Bảo Phước Nguyễn Ngọc Huy Dân tộc: Kinh Lớp:15149CL2, khoa: Chất lượng cao Ngành học: Công nghệ kỹ thuật cơng trình xây dựng Giảng viên hướng dẫn: TS.Lê Anh Thắng TP Hồ Chí Minh, Tháng năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: - SV thực hiện: Nguyễn Quang Khải - Lớp: 15149CL2 Khoa: Chất lượng cao Mã số SV: 15149023 Năm thứ: Số năm đào tạo: - Người hướng dẫn:TS.Lê Anh Thắng Mục tiêu đề tài: Nội dung nghiên cứu tập trung vào việc cấp phối lại thành phần hạt đất tự nhiên nên nhằm cải thiện hỗn đất – xi măng gia cố Nghiên cứu áp dụng để xử lý đất yếu Tính sáng tạo: Xác định số CBR hỗn hợp đất xi măng – cát hướng nghiên cứu đánh giá vật liệu ngành xây dựng ngày Kết nghiên cứu: Kết thí nghiệm cho thấy, mẫu đất có trộn cát xi măng có cường độ chịu nén đơn trục cao mẫu đất có trộn xi măng Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Cho thấy hướng nghiên cứu hướng khả thi Phương pháp nghiên cứu làm tăng thêm lựa chọn biện pháp xử lý móng cho cơng trình thuộc khu vực có đất yếu Ngày tháng năm 2019 SV chịu trách nhiệm thực đề tài Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài: Ngày tháng năm 2019 Xác nhận Trường Người hướng dẫn MỤC LỤC XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ CBR CỦA HỖN HỢP ĐẤT XI MĂNG - CÁT TÓM TẮT .6 CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ .6 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .8 2.1 CHỈ SỐ CBR 2.2 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG TỐI ƯU GIỮA XI MĂNG VỚI ĐẤT 2.2.1 Ảnh hưởng tỷ lệ XM-Đ đến tính chất hỗn hợp vật liệu XM-Đ 2.2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ xi măng với đất đến sức chịu tải cọc đơn 2.2.3 Ảnh hưởng tỷ lệ xi măng – đất sức chịu tải đất 10 2.2.4 Kinh nghiệm lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất 12 2.3 XÁC ĐỊNH TỔ HỢP MẪU CẦN THÍ NGHIỆM 14 2.3.1 Tính chất lý đất khu vực nghiên cứu .14 2.3.2 Tổ hợp mẫu thí nghiệm .15 2.4 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM .16 2.4.1 Thiết bị,dụng cụ thí nghiệm 16 2.4.2 Trình tự thí nghiệm 24 2.4.2.1 Đầm mẫu 24 2.4.2.2 Thí nghiệm CBR 29 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .32 3.1 BÁO CÁO KẾT QUẢ CBR .32 3.2 ỨNG SUẤT NÉN 35 3.3 GIÁ TRỊ CHỈ SỐ CBR .39 3.4 ÁP LỰC NÉN .44 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Kết thí nghiệm phịng xác định cường độ kháng nén hỗn hợp vật liệu xi măng – đất Bảng 2.2 Tỷ lệ xi măng – đất với loại đất khác theo hệ thống phân loại Unified (Mitchell and Freitag, 1959) 13 Bảng 2.3 Hàm lượng xi măng với đất 13 Bảng 2.4 Chỉ tiêu lý đất 14 Bảng 2.5 Bảng thành phần trộn mẫu thí nghiệm 15 Bảng 2.6 Thống kê thiết bị,dụng cụ dùng cho thí nghiệm 20 Bảng 2.7 Bảng khối lượng mẫu thí nghiệm .24 Bảng 3.1 Bảng so sánh ứng suất nén với chiều sâu ép lún 2.54(mm) có khơng có thêm cát 37 Bảng 3.2 Bảng so sánh ứng suất nén với chiều sâu ép lún 5,08(mm) có khơng có thêm cát 37 Bảng 3.3 Bảng giá trị số CBR1 41 Bảng 3.4 Bảng giá trị số CBR2 41 Bảng 3.5 Sức chịu tải vật liệu 46 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.2.Thiết bị nén CBR HUMBOLDT 22 Hình 2.3.Cối (khuôn) CBR 23 Hình 2.4.Mẫu sau đầm nén 27 Hình 2.5.Quá trình đầm nén mẫu .28 Hình 2.6.Bề mặt mẫu trước nén CBR 29 Hình 2.7.Bề mặt mẫu sau nén CBR .31 Hình 3.1.Đồ thị quan hệ ứng suất nén hàm lượng thành phần phối trộn với chiều sâu ép lún 2,54(mm) 35 Hình 3.2.Đồ thị quan hệ ứng suất nén hàm lượng thành phần phối trộn với chiều sâu ép lún 5,08(mm) 36 Hình 3.3.Đồ thị giá trị CBR1 với chiều sâu ép lún 2,54(mm) 39 Hình 3.4.Đồ thị giá trị CBR2 với chiều sâu ép lún 5,08(mm) 40 Hình 3.5.Biều đồ giá trị CBR tiêu chuẩn 42 Hình 3.6.Đồ thị quan hệ tải trọng với chuyển vị biến dạng .44 Hình 3.7.Biểu đồ biến dạng 2.54mm->5.08mm 45 Hình 4.1.Biểu đồ quan hệ khả chịu nén với hàm lượng thành phần trộn 51 XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ CBR CỦA HỖN HỢP ĐẤT XI MĂNG - CÁT TÓM TẮT Xử lý đất yếu cọc đất xi măng – cát nước ta mẻ.Một tiêu quan trọng thiết kế cọc đất xi măng – cát lựa chọn tỷ lệ cát với xi măng có phù hợp với loại đất khơng Đây ứng dụng polime hóa thiên nhiên vào lĩnh vực vơ Thời gian polime hóa với thời gian đóng rắn xi măng Đất sau gia cố xi măng cát cải thiện độ cứng chắc, khả chịu tải so với đất gia cố xi măng Nội dung báo tập trung vào việc nghiên cứu xác định số CBR hỗn hợp đất - xi măng để xác định khả sức chịu tải đất sau gia cố đưa tỷ lệ xi măng – cát đất tối ưu để độc giả tham khảo Từ khóa: cọc đất xi măng -cát,hỗn hợp đất xi măng -cát,cường độ chịu nén trục… CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện với phát triển kinh tế đất nước,nhu cầu phát triển sở hạ tầng lớn có nhiều biện pháp để gia cố xử lý đất yếu Mỗi biện pháp có phạm vi ứng dụng khác cơng trình xây dựng Chúng liệt kê cọc cát, giếng cát, bấc thấm, cọc bê tông cốt thép, vải địa kỹ thuật v.v…Trong số phương pháp cơng trình xây dựng,biện pháp gia cố dùng hỗn hợp đất - xi măng phương pháp khoan chứng tỏ tính hiệu cao kinh tế kỹ thuật Các cơng trình nghiên cứu cọc đất-xi măng có nhiều Chúng bao gồm sách, báo, báo cáo đề tài nghiên cứu, luận án v.v Tuy nhiên, cường độ cọc đất-xi măng ngồi trường thường khó đạt cường độ thiết kế Phương pháp cọc đất-xi măng địi hỏi người cán kỹ thuật ngồi cơng trường khơng am hiểu đặc tính hỗn hợp đất gia cố, mà phải nắm rỏ điều kiện tự nhiên khu vực áp dụng, điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, đặt tính cơ, hóa, lý đất nguồn nước Bởi yếu tố yếu tố quan trọngliên quan đến cường độ hỗn hợp đất gia cố Trong đó, thành phần hạt yếu tố quan trọng định cường độ hỗn hợp đất gia cố Hơn nữa,ta nhận thấy số cố xảy q trình thi cơng Phương pháp cọc đất-xi măng gây trương nở nền, gây chuyển vị giới hạn lòng đất q trình ninh kết đóng rắn xi măng Áp lực siêu cao có khả gây nên rạn nứt đất lân cận Tia vữa lọt vào cơng trình ngầm sẵn có hố ga, tầng hầm lân cận Đối với đất chứa nhiều túi bùn rác hữu cơ, axit humic đất làm chậm phá hoại trình ninh kết hỗn hợp xi măng đất Ta nhận thấy áp dụng cọc đất-xi măng phương pháp trộn sâu, cường độ hỗn hợp đất xi măng ngồi cơng trường khơng ổn định phịng thí nghiệm, địi hỏi phải nghiên cứu vận dụng kỹ thuật để phương pháp ngày phù hợp lý thuyết thực tế thi công Xuất phát từ yêu cầu thực tế nêu kế thừa kết nghiên cứu tác giả nước giới, tác giảnghiên cứu giải pháp “điều chỉnh lại thành phần hạt đất với xi măng” sử dụng thiết bị máy nén trục CBR để xác định số CBR mẫu hỗn hợp có trộn thêm cát khơng có trộn thêm cát có thay đổi sức chịu tải hay không để xử lý đất yếu Dự kiến, mẫu đất - xi măng trộn thêm cát có dung trọng riêng tăng, hệ số ma sát tăng, độ rỗng giảm, cấp phối hạt tốt hơn, số chảy dẻo hổn hợp đất - xi măng cát giảm xuống, từ tăng khả chịu nén mẫu cải thiện tính chất lý khác đất tự nhiên CHƯƠNG 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 CHỈ SỐ CBR Giá trị số CBR xác định theo Quy trình thí nghiệm 22TCN 332-06 sở để đánh giá vật liệu sử dụng làm nền,làm móng,làm cọc; ngồi sử dụng để đánh giá cường độ kết cấu đường ô tô hay đường sân bay số phương pháp thiết kế có sử dụng thơng số cường độ theo CBR Giá trị số CBR tỷ số (tính phần trăm % )giữa áp lực nén (do đầu nén gây )trên mẫu thí nghiệm áp lực nén mẫu tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún quy định CBR Trong đó: • CBR1 - Là giá trị CBR tính với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 in), % ; • CBR - Là giá trị CBR tính với chiều sâu ép lún 5,08 mm (0,2 in), % ; • P1 -Là áp lực nén mẫu thí nghiệm ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 in), daN/cm ;  P2 Là áp lực nén mẫu thí nghiệm ứng với chiều sâu ép lún 5,08 mm (0,2 in), daN/cm ;  69 – Là áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 in), daN/cm ;  103- Là áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún 25,08 mm (0,2 in), daN/cm ; Nhận xét: Từ biểu đồ Hình 3.3 với chiều sâu ép lún 2.54mm thấy giá trị CBR mẫu có hàm lượng 200 kg xi măng 200 lít cát/1m lớn 92,13%.Khi tăng chiều sâu ép lún lên 5.08mm Hình 3.4 cho thấy giá trị CBR2 mẫu có hàm lượng 250 kg xi măng 200 lít cát/1m lớn 92,11% Hình 3.5 cho thấy giá trị số CBR mẫu có hàm lượng 250 kg xi măng 200 lít cát/1m3 tăng ổn định (từ 78, 26% → 92,11% ) so với mẫu có hàm lượng 200 kg xi măng 200 lít cát/1m (từ 92,13% →84, 67% ) mẫu có hàm lượng 300 kg xi măng 200 lít cát/1m (từ 74, 28% → 91,93% ) Bảng 3.3 3.4 thể cụ thể phần trăm giá trị CBR mẫu.Ta thấy có hàm lượng cát vào làm thay đổi thành phần hạt hỗn hợp đất thấy giá trị CBR tăng lên gấp lần giá trị mẫu khơng có hàm lượng cát.Và với hàm lượng 250 kg xi măng 200 lít cát/1m Từ thấy việc trộn cát vào hỗn hợp xi măng – đất hướng khả thi Làm tăng thêm nghiên cứu lựa chọn biện pháp thi công cải thiện đất yếu 43 Tải trọng nén (N) 3.4 ÁP LỰC NÉN 4000 3000 2000 1000 0 10 Chuyển vị đo (mm) Hình 3.6.Đồ thị quan hệ tải trọng với chuyển vị biến dạng 44 19000 18000 17000 Tải trọng nén (N) 16000 15000 14000 13000 200kg XM+200lít C 12000 250kg XM+200lít C 11000 300kg XM+200lít C Chuyển vị đo (mm) 10000 2.54 2.79 3.05 3.30 3.56 3.81 4.06 4.32 4.57 4.83 5.08 Hình 3.7.Biểu đồ biến dạng 2.54mm->5.08mm 45 Bảng 3.5 Sức chịu tải vật liệu Mẫu 200kgXM +200lítC/1m3Đ 46 Mẫu 250kgXM +200lítC/1m3Đ 47 48 Mẫu 300kgXM +200lítC/1m3Đ 49 Nhận xét: Hình 3.6 bảng 3.5 cho ta thấy với chiều sâu ép lún từ mm →10 mm tải trọng để ép xuống với mẫu có hàm lượng là:  200 kg xi măng 200 lít cát/1m sức chịu tải 22754,353N;  250kg xi măng 200 lít cát/1m sức chịu tải 26738,963N;  300 kg xi măng 200 lít cát/1m sức chịu tải 25583,960N Và nhìn Hình 3.6 ta thấy với khoảng biến dạng từ mm → 3, mm sức chịu tải mẫu có hàm lượng 250kg xi măng 200 lít cát/1m có tăng thấp so với mẫu có hàm lượng 200kg xi măng 200 lít cát/1m từ khoảng biến dạng từ 3.5mm →10 mm lúc sức chịu tải hình thành mẫu tăng tỷ lệ thuận đặc biệt mẫu có hàm lượng 250kg xi măng 200 lít cát/1m tăng vượt trội so với mẫu lại 50 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nội dung nghiên cứu tập trung vào việc cấp phối lại thành phần hạt đất tự nhiên nên nhằm cải thiện hỗn đất xi măng - cát gia cố nền.Và sử dụng thiết bị CBR để đánh giá sức chịu tải hỗn hợp Hình 4.1.Biểu đồ quan hệ khả chịu nén với hàm lượng thành phần trộn 51 Hình 4.1 Được trích từ báo khoa học “ NGHIÊN CỨU THÊM CÁT VÀO CỌC ĐẤT-XI MĂNG CẢI THIỆN NỀN ĐẤT YẾU ” nhóm tác giả Giảng viên, Khoa Kỹ thuật Xây Dựng,Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ thuật – Tp.HCM Hình 4.1 3 cho ta thấy với hàm lượng cát từ 100 lít cát/1 m đất đến 200 lít cát/1 m đất cho thấy sức chịu nén đơn cao khoảng từ lít cát/1 m đất đến 300 lít cát/1 m đất.Từ xuất phát nhóm Sinh viên Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ thuật – Tp.HCM tiếp tục phát triển báo khoa học tiến hành nghiên cứu đánh giá sâu cọc đất – xi măng cát phương pháp thí nghiệm khác (ở thí nghiệm nén mẫu máy CBR ) Kết thí nghiệm cho thấy, mẫu đất có trộn cát xi măng có cường độ chịu nén trục cao mẫu đất có trộn xi măng Kết thí nghiệm phịng thí nghiệm với mẫu đất cho thấy thành phần phối trộn tối ưu cát khoảng 200 lít cát/1m3 xi măng khoảng 250kg/1m3 Tuy nhiên, tỷ lệ thay đổi theo loại địa chất,khu vực cụ thể Song song báo cịn nhiều hạn chế việc lựa chọn tỷ lệ xi măng,cát với đất để xử lý đất yếu phức tạp,nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố thông số khác dung trọng riêng, hệ số ma sát, độ rỗng, cấp phối hạt, số chảy dẻo…của hỗn hợp đất - xi măng - cát.Việc nghiên cứu phịng thí nghiệm điều kiện tiêu chuẩn đánh giá gần so với thực tế.Do muốn phương pháp mở rộng cần thực nhiều nhiều loại khu vực khác Kết thí nghiệm cho thấy hướng nghiên cứu hướng khả thi Phương pháp nghiên cứu làm tăng thêm lựa chọn biện pháp xử lý móng cho cơng trình thuộc khu vực có đất yếu 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Hà Quốc Đông (2005), Các đặc trưng học đất bùn sét khu vực thành phố Cần Thơ gia cố phương pháp trộn xi măng, Báo cáo đề tài Đại Học Cần Thơ 2) Huỳnh Ngọc Sang (2005), Xử Lý Nền Đất Yếu Bằng Phương Pháp Cọc Đất Xi Măng Kết Hợp Gia Tải Nén Trước, Tạp chí phát triển công nghệ Đại Học Quốc Gia Thành TP.HCM 3) Nguyễn Viết Trung,Vũ Minh Tuấn (2014), Cọc đất xi măng phương pháp gia cố đất yếu,Nhà xuất xây dựng 4) Nguyễn Quốc Dũng (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 5) Ks Đào Phú Yên,TS Lê Anh Thắng, TS Nguyễn Sỹ Hùng (2017), Nghiên cứu thêm cát vào cọc đất – xi măng cải thiện đất yếu,Tạp chí xây dựng 53 ... 51 XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ CBR CỦA HỖN HỢP ĐẤT XI MĂNG - CÁT TÓM TẮT Xử lý đất yếu cọc đất xi măng – cát nước ta mẻ.Một tiêu quan trọng thiết kế cọc đất xi măng – cát lựa chọn tỷ lệ cát với xi măng. .. so với đất gia cố xi măng Nội dung báo tập trung vào việc nghiên cứu xác định số CBR hỗn hợp đất - xi măng để xác định khả sức chịu tải đất sau gia cố đưa tỷ lệ xi măng – cát đất tối ưu để độc... tỷ lệ xi măng với đất Theo thống kê, tỷ lệ xi măng với đất thích hợp thay đổi theo loại đất có giá trị biến đổi phạm vi định Trong xi măng -đất thường dùng xi măng silicát phổ thông xi măng xỉ