CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG
3.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
3.1.4. Cải tạo nền đất yếu bằng cọc đất xi măng
3.1.4.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp
Thành phần chính của xi măng bao gồm các Clinke chủ yếu sau [10]:
Silicat tri can xi:3CaOSiO2 (C3S) chiếm 37-38%;
Silicat đi can xi:2CaOSiO2 (C2S) chiếm 15-37%;
Aluminat tri canxi: 3CaOAl2O3 (C3A) chiếm 7-15%;
Feroaluminat tetra canxi: 4CaOAl2O3.Fe2O3 (C4AF) chiếm 10-18%;
Ngoài các hợp chất chính trên còn có MgO, CaO, CaSO4...
Quá trình trộn xi măng vào đất, lúc này xi măng chủ yếu đóng vai trò là chất kết dính còn các hạt đất là cốt liệu. Khi trộn xi măng vào trong đất xNy ra hai quá trình: Quá trình kiềm và quá trình thứ sinh.
Quá trình kiềm: là quá trình thủy phân và hydra hóa xi măng. Cơ chế của quá trình này cũng giống như quá trình tác dụng giữa xi măng và nước. Quá trình kiềm được coi là quá trình chủ yếu hình thành nên độ bền của đất được cải tạo. Quá trình kiềm ban đầu tạo ra một lượng lớn Ca(OH)2, làm tăng độ pH của môi trường nước lỗ rỗng trong đất, tạo điều kiện thúc đNy quá trình thủy phân các clinke thứ sinh.
Trong đất, các hạt sét có thành phần khoáng vật chủ yếu là nhóm các khoáng vật sét như: hydromica, kaolinit và monmorionit. Thành phần hóa học chính của các
73
khoáng vật này là các ôxit nhôm và silic (Al2O3 và SiO2). Ở điều kiện bình thường các khoáng vật trên khá bền vững, sự hòa tan của Al2O3 và SiO2 rất kém, song trong môi trường kiềm có độ pH cao thì chúng dễ bị hòa tan dẫn đến sự phá hủy các khoáng vật. Các ôxít nhôm và silic ở dạng hòa tan là yếu tố tạo nên một phần vật liệu gắn kết đông cứng cà làm tăng cường độ của hỗn hợp đất – xi măng. Quá trình thứ sinh xảy ra chậm chạp và trong một thời gian dài, có thể tới hàng năm.
3.1.4.2. Phương pháp tính toán xử lý nền bằng cọc đất xi măng
Phương pháp tính toán theo quan điểm nền hỗn hợp, với các thông số của đất nền thay đổi, sự thay đổi các chỉ tiêu cơ lý được tính tương tự như đối với nền xử lý bằng cọc cát. Ngoài ra, còn tính toán với các nội dung sau:
1. Phương pháp tính toán cường độ của cọc đất xi măng [12]
Cường độ cọc đất - xi măng được xác định theo công thức sau:
) a 1 .(
. R ' . k . k
q .
Rsp = as u sβ − s (3.21)
Rsp: Cường độ thiết kế của đất nền, lớn hơn tải trọng tác dụng qu: Cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng
k: Hệ số an toàn, lấy k =2
k’: Hệ số kể đến sự khác biệt giữa mẫu thí nghiệm trong phòng và mẫu thực tế hiện trường, lấy k’ = 1.5
β: Hệ số triết giảm mức độ phát huy khả năng chịu tải của đất nền, lấy từ 0.3÷1.0. Nếu độ lún khống chế nghiêm ngặt thì lấy β = 0.5÷0.6
Rs: Sức chịu tải cho phép của đất nền 2. Tính toán độ lún của nền
- Độ lún tổng của nền, được xác định bằng tổng độ lún của bản thân khối gia cố và độ lún của đất dưới khối gia cố, được tính theo sơ đồ và công thức sau:
74
Hình 3.2: Sơ đồ tính lún nền cọc đất xi măng (theo phương pháp Brom) Công thức tính độ lún tổng của nền:
S = S1 + S2 (3.22)
Trong đó: S1 là độ lún bản thân khối gia cố;
S2 là độ lún của đất chưa gia cố, dưới nền hỗn hợp a) Tính độ lún của nền gia cố cọc đất xi măng
- Độ lún của bản thân khối gia cố được tính theo công thức sau [15]:
E ).
a 1 ( E . a
H . q E
S qH
s c
s tb
1 = = + − (3.23)
Trong đó: q là tải trọng công trình truyền lên khối gia cố;
H là chiều sâu của khối gia cố;
Ec: là môdun đàn hồi cảu vật liệu cọc đất xi măng, lấy Ec = (50÷100)Cc, với Cc là sức kháng cắt của vật liệu cọc [15].
Es là môdun biến dạng của nền đất giữa các cọc, lấy Es = 250Cu với Cu là sức kháng cắt không thoát nước của đất nền.
- Độ cố kết của phần gia cố cọc đất xi măng tính theo công thức sau [2]:
−
−
= R .f(n) t . C . exp 2 1
U 2
e
h (3.24)
75
−
+
− + −
= − c2
coc dat 2 2 2 2
2 2
2
L k . .k d . 1 n
1 ) n
n 1 1 n .(
75 1 . 0 ) n ln(
1. n ) n n (
f (3.25)
Với: n = De/D; Re = De/2 (m);
coc dat
k
k =400 b) Tính độ lún của nền dưới cọc đất xi măng
Độ lún cố kết của đất yếu dưới cọc xi măng đất được tính theo các công thức tính lún trình bày trong chương 2