2.1.1 Mục tiờu
Để cú căn cứ khẳng định tớnh thớch hợp của phương phỏp trộn sõu đối với vựng Đồng bằng sụng Cửu Long, đó tiến hành thớ nghiệm trờn 2 vựng đặc trưng của đồng bằng sụng Cửu Long: (1) Vựng Cần Thơ – Hậu Giang là vựng đất yếu cú chiều sõu lớn, cú hàm lượng hữu cơ cao và đất khụng bị mặn; (2) Vựng Cà Mau là vựng đất yếu cú
chiều sõu lớn, đất vừa cú hàm lượng hữu cơ cao vừa bị ảnh hưởng mặn. Đề tài cũng đó thực hiện thớ nghiệm nộn tĩnh cọc xi măng đất trờn hiện trường để xem cọc thiết kế cú đảm bảo khả năng chịu tải hay khụng. Cỏc kết quả thớ nghiệm thu được là cơ sở cho việc thiết kế cọc xi măng đất.
2.1.2 Nội dung
- Lấy mẫu đất yếu tại vị trớ thử nghiệm cống KG 2 và cống Lung Dừa đưa về phũng thớ nghiệm. Sau đú tiến hành đỳc mẫu trộn với xi măng theo cỏc tổ hợp:
+ Hàm lượng XM 200, 250, 300, 350 kg/m3
+ Thực hiện thớ nghiệm: Kộo, nộn, uốn, thấm ở tuổi 14 và tuổi 28 ngày
- Lấy mẫu nước tại hiện trường vị trớ thử nghiệm cống KG 2 và cống Lung Dừa về phũng thớ nghiệm. Sau đú tiến hành thớ nghiệm xỏc định lượng ion sunfat theo TCVN 2659:1978; Xỏc định lượng ion Clo theo TCVN 2656:1978; Xỏc định độ PH theo TCVN 2655:1978.
- Tạo cọc xi măng đất tại hiện trường, sau đú tiến hành lấy mẫu đem về thực hiện cỏc thớ nghiệm trong phũng:
+ Cọc xi măng đất thớ nghiệm được thi cụng theo hai cụng nghệ: kiểu trộn tia và kiểu trộn cơ khớ.
+ Hàm lượng XM 300, 350, 400 kg/m3
+ Lấy mẫu thớ nghiệm ở tuổi 14 và tuổi 28 ngày. + Thực hiện thớ nghiệm trong phũng: nộn, khỏng nộn.
b. Thớ nghiệm hiện trường
+ Thi cụng cọc thử và tiến hành thớ nghiệm nộn tĩnh với cọc đơn C-1 cú D 600mm, dài 10 m, hàm lượng xi măng 350 kg/m3
+ Thi cụng 02 cọc thử và tiến hành thớ nghiệm nộn tĩnh cọc C2 và C3 cú D600mm, dài 10m, hàm lượng 350 kg/m3.
2.1.3 Phương phỏp nghiờn cứu
- Nghiờn cứu trong phũng:
+ Thực hiện thớ nghiệm cỏc mẫu xi măng đất bằng cỏc thiết bị chuyờn dụng xỏc định Rk, Rn, Ru, K, E;
+ Thực hiện thớ nghiệm mẫu nước xỏc định ion sunfat, ion Clo, độ PH. - Nghiờn cứu trờn hiện trường:
+ Thi cụng tạo cọc xi măng đất với cỏc hàm lượng khỏc nhau và tiến hành lấy mẫu thớ nghiệm đưa về phũng.
+ Thực hiện thớ nghiệm nộn tĩnh xỏc định sức chịu tải
2.2 KẾT QUẢ NGHIấN CỨU 2.2.1 Kết quả nghiờn cứu ở Cần Thơ và Hậu Giang 2.2.1 Kết quả nghiờn cứu ở Cần Thơ và Hậu Giang 2.2.1.1 Địa chất tại khu vực thớ nghiệm Bảng 2.1 Thụng số vật lý của cỏc lớp địa chất tại khu vực thớ nghiệm Thụng số thớ nghiệm Đơn vị Lớp địa chất Thành phần hạt 1a 1 1b 2 Sột % 29 48 27 41 Bụi % 32 24 16 21 Cỏt % 39 28 57 38 Giới hạn chảy % 43 63 49 48 Giới hạn dẻo % 25 37 26 25 Chỉ số dẻo % 18 26 23 23 Độ sệt B -0,02 1,75 0,31 -0,03 Độẩm tự nhiờn % 24,7 82,6 33,2 24,3 Dung trọng Khụ T/m3 1,44 0,81 1,36 1,6 Ướt T/m3 1,79 1,49 1,81 1,99 Tỷ trọng ∆ 2,6 2,56 2,63 2,65 Độ khe hở n % 44,79 68,17 48,46 39,64 Tỷ lệ khe hởε 0,811 2,142 0,94 0,657 Độ bóo hũa G % 79,2 98,7 92,7 98,1 Hàm lượng hữu cơ % 2,1 6 2,2 1 Lực dớnh C Kg/cm2 0,46 0,09 0,14 0,45 Gúc ma sỏt trong ϕ Độ 16o03’ 03o38’ 05o46’ 15o40’ Hệ số thấm K (cm/s) 5,2x10-4 4,25x10-5 4,25x10-4 1,86x10-5
Địa chất tại khu vực thử nghiệm gồm 4 lớp:
- Trờn cựng lớp 1a là lớp sột mặt màu xỏm nõu, nõu đen chứa xỏc thực vật dẻo cứng - đến cứng. Độ sõu phõn bố từ 1,8 ữ 1,9m.
- Tiếp đến là lớp 1 là lớp bựn hữu cơ, màu xỏm xanh, xỏm đen trạng thỏi chảy lẫn vỏ sũ hến đụi chỗ xen kẹp lớp mỏng cỏt. Phõn bố đến cao độ -17,1 ữ -18,5 m. Lớp này cú hàm lượng hạt mịn chiếm 72%. Độ sệt B = 1,75. Dung trọng khụ γk = 0,81 T/m3. Lực dớnh C= 0,09 Kg/cm2. Gúc ma sỏt trong ϕ = 3o38’. Đõy chớnh là lớp chủ yếu thực hiện thớ nghiệm.
- Lớp 1b, là lớp sột - ỏ sột nặng chứa mựn xỏc thực vật dẻo mềm nửa cứng. Lớp này nằm trong lớp 1 cú độ dày nhỏ.
- Cuối cựng là lớp 2 là lớp sột màu xỏm xanh, xỏm nõu vàng nhạt nửa cứng-cứng. Phõn bố từ -18,2 ữ -18,5 m trở xuống.
2.2.1.2 Túm tắt kết quả thớ nghiệm về vật liệu xi măng đất thi cụng bằng cụng nghệ trộn kiểu tia nghệ trộn kiểu tia
a. Tớnh đồng đều của vật liệu trờn thõn cọc.
Kết quả thớ nghiệm trờn cỏc mẫu với cỏc cấp phối khỏc nhau 300 kg/m3 và 350 kg/m3 trờn hiện trường ở cỏc thời điểm 14 và 28 ngày tuổi. Cỏc kết quả thớ nghiệm cho thấy cựng một hàm lượng gia cố cường độ nộn nở hụng (UCS) của mẫu xi măng đất trờn hiện trường cú sự phõn tỏn. Đối với mẫu cú cựng hàm lượng xi măng và ở cựng độ tuổi chẳng hạn như ở 14 tuổi chẳng hạn, sự chờnh lệch về cường độ nộn nhỏ nhất là ∆ Rn14= 34.006 kN/m2 tại mẫu 1-2, lớn nhất là ∆ Rn14= 210.021 kN/m2 tại mẫu 1-1. Tương tự như vậy đối với mẫu xi măng-đất ở tuổi 28 điều này chứng tỏ sự khụng đồng đều của vật liệu trờn thõn cọc. Khi cấp phối cú hàm lượng ximăng tăng thỡ kết quả cường độ nộn cũng tăng. Phõn tớch kết quả nộn cỏc mẫu trờn cọc thớ nghiệm ở tuổi 28 bằng xỏc suất thống kế cho ta thấy độ lệch chuẩn về cường độ đạt được là 111,747 (kN/m2). Kết quả này cho thấy độ lệch chuẩn ở mức độ trung bỡnh so với kết quả thớ nghiệm ở nhiều vựng đất yếu khỏc.
Bảng 2.2 Phõn bố cường độ nộn cọc xi măng đất
Hạng mục Đơn vị Giỏ trị
Cường độ nộn trung bỡnh (kN/m2) 1054,283
Độ lệch chuẩn (kN/m2) 111,747
Phương sai mẫu 12487,53
Sai số tiờu chuẩn 64,517
b. Cường độ khỏng nộn của mẫu trờn hiện trường.
Kết quả thớ nghiệm trờn cỏc mẫu lấy trờn hiện trường với cỏc cấp phối khỏc nhau 300 kg/m3 và 400 kg/m3 ở cỏc thời điểm 14, 28 cho thấy cường độ của cọc xi măng đất đạt từ 5 ∼ 11 kg/cm2 đỏp ứng được cho cỏc cụng trỡnh Thủy Lợi.
Bảng 2.3 Cường độ khỏng nộn của mẫu 300 kg/m3 và 400 kg/m3 trờn hiện trường TT Tờn mẫu Hàm lượng xi măng (Kg/m3) Cường độ nộn qu14 (kN/m2) Cường độ nộn qu28 (kN/m2) Ghi chỳ
1 M1(1) 300 538,182 1183,022 Mẫu trờn hiện trường
2 M1(2) 300 328,161 Mẫu trờn hiện trường
3 M2 (1) 300 468,462 997,484 Mẫu trờn hiện trường
4 M2 (2) 300 502,468 982,344 Mẫu trờn hiện trường
5 M3 (1) 300 463,051 Mẫu trờn hiện trường
6 M3 (2) 300 572,449 Mẫu trờn hiện trường
7 MD 1 400 439,275 1145,74 Mẫu trờn hiện trường
8 MD 2 400 405,401 Mẫu trờn hiện trường
9 MD 3 400 464,219 Mẫu trờn hiện trường
c. Quan hệ hàm lượng xi măng và qu với thời gian.
Sự phỏt triển của cường độ theo thời gian diễn ra bỡnh thường, diễn ra nhanh ở 14 ngày đầu. Sau đú vẫn tiếp tục phỏt triển nhưng chậm lại ở tuổi 28 ngày. Vỡ thớ nghiệm dừng lại ở tuổi 28 ngày nờn khụng cú kết luận về sự phỏt triển cường độ sau đú. Tuy nhiờn theo xu hướng của đồ thị sự phỏt triển cường độ vẫn tiếp tục xảy ra (Hỡnh 2.1).
Hỡnh 2.1. Quan hệ hàm lượng xi măng đất với cường độ nộn nở hụng (UCS) ở tuổi 28, 56 ngày của mẫu lấy trờn hiện trường.
d. Tương quan qu 14, 28 của cỏc mẫu hàm lượng 300 Kg/m3 trờn hiện trường.
Do điều kiện thực tế khụng lấy được mẫu xi măng ở độ tuổi 90 ngày để nghiờn cứu mối tương quan giữa cường độ cọc xi măng đất ở độ tuổi 14, 28 và 90. Vỡ vậy ở đõy chỉ nghiờn cứu mối tương quan giữa cường độ cọc xi măng đất ở tuổi 14 và 28 ngày. Tỷ lệ giữa qu28/qu14 của cỏc mẫu thớ nghiệm biến đổi 1,95 ữ 3,03. Giỏ trị thu được từ đường hồi quy tuyến tớnh tỷ lệ này là 2,3 (Hỡnh 2.2).
Hỡnh 2.2. Tương quan hàm lượng xi măng đất với cường độ nộn nở hụng (UCS) ở
tuổi 14, 28 ngày của mẫu lấy trờn hiện trường.
e. Sự phỏt triển ϕ, c theo t và tương quan qu với ϕ, c.
Kết quả thớ nghiệm cũn cho thấy, khi hàm lượng xi măng tăng thỡ cỏc thuộc tớnh về độ bền của vật liệu xi măng-đất như lực dớnh, gúc ma sỏt đều tăng.
Điều đỏng lưu ý ở đõy là, gúc ma sỏt của vật liệu xi măng-đất trong mọi trường hợp thớ nghiệm ở đõy cho ϕ> 40o. Lực dớnh ở tuổi 14 ngày khoảng gấp 8ữ10 lần so với lực dớnh của đất nền trước khi gia cố.
Cũng như hầu hết cỏc chỉ tiờu khỏc lực dớnh và gúc ma sỏt trong của vật liệu xi măng-đất cũng phỏt triển theo thời gian. Ở tuổi 28 ngày gúc ma sỏt trong của mẫu 400 kg/m3 lớn gấp 1,1 lần so với gúc ma sỏt trong của 14 ngày tuổi. Tương tự lực dớnh ở tuổi 28 ngày lớn gấp 1,22 lần so với lực dớnh ở tuổi 14 ngày tuổi.
Sự phỏt triển của gúc ma sỏt trong ở tuổi 14 và 28 (Mẫu 400 kg/m3) 0 5 10 15 20 25 30 85 86 87 88 89 phi (độ) Ng ày Series1
Hỡnh 2.3. Sự phỏt triển của gúc ma sỏt trong theo thời gian của mẫu 400 kg/m3
(kN/m2)
(kN
/m
Sự phỏt triển của lực dớnh (Kpa) ở tuổi 14 và 28 ngày (Mẫu 400 kg/m3) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Lực dớnh (kpa) Ng ày Series1
Hỡnh 2.4. Sự phỏt triển của lực dớnh theo thời gian của mẫu 400 kg/m3
Qua nghiờn cứu tương quan giữa cường độ nộn nở hụng (UCS) qu và cỏc yếu tố lực dớnh C và gúc ma sỏt trong ϕ ta thấy rằng tỷ lệ giữa C/qu của cỏc mẫu thớ nghiệm biến đổi 0,017 ữ 0,1. Giỏ trị thu được từ đường hồi quy tuyến tớnh tỷ lệ này là 0,08. Tỷ lệ giữa Phi/qu của cỏc mẫu thớ nghiệm biến đổi 0,11 ữ 0,2. Giỏ trị thu được từ đường hồi quy tuyến tớnh tỷ lệ này là 0,16 (Hỡnh 2.5).
Hỡnh 2.5. Tương quan qu (kN/m2) và ϕ (độ), c (kN/m2) mẫu 350 Kg/m3.
2.2.1.3 Túm tắt kết quả thớ nghiệm về vật liệu xi măng đất thi cụng bằng cụng nghệ trộn kiểu cơ khớ nghệ trộn kiểu cơ khớ
a. Tớnh đồng đều của vật liệu trờn thõn cọc.
Thớ nghiệm trờn cỏc mẫu lấy trờn cọc thớ nghiệm thi cụng trờn hiện trường với cỏc cấp phối khỏc nhau 150 kg/m3, 200 kg/m3 và 250 kg/m3 ở cỏc thời điểm 7, 14 và 28 ngày tuổi. Cỏc kết quả thớ nghiệm cho thấy cựng một hàm lượng gia cố cường độ nộn nở
(kN/m2) Sự phỏt triển của lực dớnh (kN/m2) ở tuổi 14 và 28 ngày (Mẫu 400kg/m3) (kN/m 2) (kN/m2)
hụng (UCS) của mẫu xi măng đất trờn hiện trường cú sự phõn tỏn rất lớn. Đối với mẫu cú cựng hàm lượng xi măng và ở cựng độ tuổi chẳng hạn như ở 7 tuổi chẳng hạn tại cọc MCI-1-D3, sự chờnh lệch về cường độ nộn nhỏ nhất là ∆ Rn7= 185.2 kN/m2, lớn nhất là
∆ Rn7= 240.9 kN/m2. Tương tự như vậy đối với mẫu xi măng-đất ở tuổi 14 và 28 điều này chứng tỏ sự khụng đồng đều của vật liệu trờn thõn cọc. So với kiểu trộn tia sự phõn tỏn về cường độ trong cựng 1 cọc lớn hơn rất nhiều. Thực tế, thậm chớ tại những vị trớ dự định lấy mẫu thỡ khi lấy lờn lượng xi măng rất ớt và nhiều vị trớ dự định lấy mẫu xi măng tập trung đúng vún thành tảng. Điều đú cũng giải thớch cho hiện tượng rất nhiều số liệu thớ nghiệm của cọc cú hàm lượng thấp hơn, nhưng khi thớ nghiệm thỡ nhiều mẫu cú cường độ cao hơn cọc cú hàm lượng cao. Tuy nhiờn, nhỡn chung thỡ khi cấp phối cú hàm lượng ximăng tăng thỡ kết quả cường độ nộn cũng tăng.
Phõn tớch kết quả nộn cỏc mẫu trờn cọc thớ nghiệm ở tuổi 7 ngày bằng xỏc suất thống kế cho ta thấy độ lệch chuẩn về cường độ đạt được là 197,845 (kN/m2). Kết quả này cho thấy độ lệch chuẩn ở mức độ cao so với kiểu trộn tia.
Bảng 2.4 Phõn bố cường độ nộn cọc xi măng đất
Hạng mục Đơn vị Giỏ trị
Cường độ nộn trung bỡnh (kN/m2) 461,1
Độ lệch chuẩn (kN/m2) 197,845
Phương sai mẫu 47868,65
Sai số tiờu chuẩn 97,845
b. Cường độ khỏng nộn của mẫu trờn hiện trường. Bảng 2.5 Cường độ khỏng nộn của mẫu 100 Kg/m3, 200 Kg/m3 và 250 kg/m3 trờn hiện trường TT Tờn mẫu Hàm lượng xi măng (Kg/m3) Cường độ nộn qu7 (kN/m2) Cường độ nộn qu14 (kN/m2) Cường độ nộn qu28 (kN/m2) Ghi chỳ
1 M1-1 100 248.433 Mẫu trờn hiện trường
2 M1-2 100 261.867 Mẫu trờn hiện trường
3 M1-3 100 302.467 Mẫu trờn hiện trường
4 M2-1 200 272.433 Mẫu trờn hiện trường
5 M2-2 200 288.467 Mẫu trờn hiện trường
6 M2-3 200 305.033 Mẫu trờn hiện trường
7 M3-1 250 425.533 Mẫu trờn hiện trường
8 M3-2 250 454.333 Mẫu trờn hiện trường
Ghi chỳ: Kết quả ghi trong bảng trờn là trị số trung bỡnh của cỏc mẫu thớ nghiệm cú
cựng hàm lượng và ngày tuổi thớ nghiệm.
Kết quả thớ nghiệm trờn cỏc mẫu lấy trờn hiện trường với cỏc cấp phối khỏc nhau 100 kg/m3, 200 kg/m3 và 250 kg/m3 ở cỏc thời điểm 7, 14 và 28 cho thấy cường độ của cọc xi măng đất đạt từ 2,48 ∼ 5,58 kg/cm2 đỏp ứng được cho cỏc cụng trỡnh Thủy Lợi cú tải trọng vừa và nhỏ.
c. Quan hệ hàm lượng xi măng và qu với thời gian.
Sự phỏt triển của cường độ theo thời gian diễn ra bỡnh thường, diễn ra nhanh ở 14 ngày đầu. Sau đú vẫn tiếp tục phỏt triển nhưng chậm lại ở tuổi 28 ngày. Vỡ thớ nghiệm dừng lại ở tuổi 28 ngày nờn khụng cú kết luận về sự phỏt triển cường độ sau đú. Tuy nhiờn theo xu hướng của đồ thị sự phỏt triển cường độ vẫn tiếp tục xảy ra (Hỡnh 2.6).
Hỡnh 2.6. Quan hệ hàm lượng xi măng đất với cường độ nộn nở hụng (UCS) ở tuổi 7,14 và 28 ngày của mẫu lấy trờn hiện trường .
d. Tương quan qu 7, 14 và 28 của cỏc mẫu hàm lượng 250 Kg/m3 trờn hiện trường.
Do điều kiện thực tế khụng lấy được mẫu xi măng ở độ tuổi 90 ngày để nghiờn cứu mối tương quan giữa cường độ cọc xi măng đất ở độ tuổi 14, 28 và 90. Vỡ vậy ở đõy chỉ nghiờn cứu mối tương quan giữa cường độ cọc xi măng đất ở tuổi 7, 14 và 28 ngày. Tỷ lệ giữa qu28/qu14 của cỏc mẫu thớ nghiệm biến đổi 1,00 ữ 1,15. Giỏ trị thu được từ đường hồi quy tuyến tớnh là 1,05. Tỷ lệ giữa qu28/qu7 của cỏc mẫu thớ nghiệm biến đổi 1,15 ữ
1,59. Giỏ trị thu được từ đường hồi quy tuyến tớnh là 1,3 (Hỡnh 2.7).
e. Sự phỏt triển ϕ, c theo t và tương quan qu với ϕ, c.
Kết quả thớ nghiệm cũn cho thấy, khi hàm lượng xi măng tăng thỡ cỏc thuộc tớnh về độ bền của vật liệu xi măng-đất như lực dớnh, gúc ma sỏt đều tăng.
Điều đỏng lưu ý là, trong cỏc trường hợp này gúc ma sỏt của vật liệu xi măng-đất
ϕ> 40o. Lực dớnh ở tuổi 14 ngày khoảng gấp 5ữ8 lần so với lực dớnh của đất nền trước khi gia cố.
Hỡnh 2.7. Tương quan hàm lượng xi măng đất với cường độ nộn nở hụng (UCS) ở
tuổi 7, 14 và 28 ngày của mẫu lấy trờn hiện trường.
Hỡnh 2.8. Sự phỏt triển của gúc ma sỏt trong theo thời gian của mẫu 250 kg/m3
Hỡnh 2.9. Sự phỏt triển của lực dớnh theo thời gian của mẫu 250 kg/m3
qu 7(kN /m2) , q u14( kN /m 2) (kN/m2)
Lực dớnh ở tuổi 28 ngày lớn gấp 1,1 lần so với lực dớnh ở tuổi 14 ngày tuổi và gấp 1,25 lần so với lực dớnh ở tuổi 7 ngày.
Qua nghiờn cứu tương quan giữa cường độ nộn nỏ hụng (UCS) qu và cỏc yếu tố lực dớnh C và gúc ma sỏt trong ϕ ta thấy rằng tỷ lệ giữa C/qu của cỏc mẫu thớ nghiệm biến