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 HU[.]
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN
NGUYỄN HOÀI DANH
NGHIÊN CỨU YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA VẬT LIỆU ĐẤT TRỘN
XI MĂNG TRONG GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG ĐẤT YẾU TẠI HUYỆN TÂN PHÚ ĐÔNG – TỈNH TIỀN GIANG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG
LONG AN, NĂM 2019
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN
NGUYỄN HOÀI DANH
NGHIÊN CỨU YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA VẬT LIỆU ĐẤT TRỘN
XI MĂNG TRONG GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG 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
Trang 3i
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn này là trung thực và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu
đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định./
Tác giả
Nguyễn Hoài Danh
Trang 4ii
LỜI CÁM ƠN
Luận văn được sự hướng dẫn tận tâm của TS Nguyễn Ngọc Phúc và thầy cô Khoa Kỹ thuật công nghệ Xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An đã tạo mọi điều kiện cho tôi được học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn này
Học viên xin chân thành ghi nhớ những công ơn này và sẽ cố gắng hơn nữa để nâng cao năng lực và trình độ để phục vụ tốt cho công việc
Tác giả
Nguyễn Hoài Danh
Trang 5iii
NỘI DUNG TÓM TẮT
Tân Phú Đông là huyện của tỉnh Tiền Giang, đồng bằng sông Cửu Long, Việt Nam được thành lập chính thức từ ngày 21 tháng 01 năm 2008 Vùng đất này trước đây thuộc tỉnh Gò Công, tuy nhiên cũng có thời kỳ thuộc huyện Gò Công, tỉnh Mỹ Tho
Nền đất ở khu vực này, đa phần là đất yếu nên nền đất không có khả năng tiếp nhận tải trọng công trình nếu không có các biện pháp gia cố hoặc xử lý thích hợp Do
đó, địa chất dưới nền móng của các công trình nhà ở, nhà xưởng, đường xá, đê điều, đập chắn nước và một số công trình khác ở đây thường đặt ra hàng loạt vấn đề cần phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn
Việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ trụ đất xi măng đóng vai trò quan trọng trong quyết định lựa chọn đặc tính kỹ thuật cũng như giá trị kinh tế của công trình Tính chất cơ học của đất trộn xi măng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau như đặc điểm của tác nhân xử lý, đặc điểm và điều kiện của đất, điều kiện trộn, điều kiện bảo dưỡng Trong các công trình gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng, việc xác định tính chất cơ học và vật lý của vật liệu đất trộn xi măng cần phải được thực hiện Tính chất cơ học của vật liệu đất trộn xi măng thường căn cứ kết quả thí nghiệm nén mẫu hỗn hợp đất, xi măng và nước
Luận văn nghiên cứu cường độ chịu nén của mẫu đất trộn xi măng với đề tài
“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” để nâng cao hiệu quả gia cố nền đất yếu bằng bằng trụ đất xi măng phù hợp với các điều kiện cụ thể của địa phương
Trang 6iv
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
Trang 7v
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
Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 1
1.1 Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2
1.2 Phương pháp nghiên cứu 3
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3
1.4 Cấu trúc của luận án 3
1.5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU 5
Tổng quan về đất yếu 5
1.1 Tổng quan các giải pháp gia cố nền đất yếu 6
1.2 Tổng quan về giải pháp gia cố nền đất yếu bằng công nghệ trụ đất xi măng 7 1.3 Kết luận chương 2 15
1.4 CHƯƠNG 2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ VẬT LIỆU ĐẤT TRỘN XI MĂNG 16
Một số tính chất đặc trưng của vật liệu đất trộn xi măng 16
2.1 2.1.1 Khối lượng riêng, t 16
2.1.2 Cường độ cắt không thoát 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 của trụ đất xi măng, vcol 20
Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ vật liệu đất trộn xi măng 21
2.2 2.2.1 Ảnh hưởng của loại đất sét 21
2.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng nước (w) 22
2.2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng (aw) 23
2.2.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ nước/ xi măng (w/c) 25
Trang 8vi
Kết luận chương 3 26
2.3 CHƯƠNG 3 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA VẬT LIỆU ĐẤT TRỘN XI MĂNG 27
Giới thiệu 27
3.1 Các định nghĩa và các mối quan hệ 27
3.2 Tính chất của đất tự nhiên, xi măng, nước 30
3.3 Phương pháp thí nghiệm 31
3.4 3.4.1 Chế tạo và bảo dưỡng mẫu đất trộn xi măng 31
3.4.2 Thí nghiệm nén mẫu đất trộn xi măng 38
Kết quả thí nghiệm 40
3.5 3.5.1 Kết quả thí nghiệm các mẫu trộn với nước tiêu chuẩn và bảo dưỡng trong môi trường không khí 40
3.5.2 Kết quả thí nghiệm các mẫu trộn với nước TPĐ và bảo dưỡng trong môi trường nước TPĐ 45
3.5.3 So sánh sự ảnh hưởng của điều kiện bảo dưỡng đến cường độ mẫu đất trộn xi măng, với thời gian bảo dưỡng 28 ngày 50
3.5.4 Kết quả chụp SEM 51
Phân tích và thảo luận 55
3.6 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57
1 Kết luận 57
2 Kiến nghị 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO 58
Trang 9vii
DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ
Hình 1.1 Bản đồ phân vùng đất yếu khu vực ĐBSCL 6
Hình 1.2 Dạng phá hoại của trụ đất xi măng 9
Hình 1.3 Bố trí trụ đất xi măng 10
Hình 1.4 Lún của nhóm trụ đất xi măng 12
Hình 1.5 Các dạng bố trí trụ đất xi măng 13
Hình 1.6 Máy thi công với si lô chất kết dính và máy nén khí 14
Hình 1.7 Mũi trộn 14
Hình 1.8 Trụ đất xi măng 15
Hình 2.1 Khối lượng riêng khi thay đổi làm lượng xi măng 17
Hình 2.2 Khối lượng riêng khi thay đổi làm lượng xi măng 19
Hình 2.3 Hệ số Poisson của đất trộn xi măng 20
Hình 2.4 Ảnh hưởng của các loại đất khác nhau 22
Hình 2.5 Mối quan hệ giữa cường độ nén và hàm lượng nước 23
Hình 2.6 Mối quan hệ giữa cường độ nén và hàm lượng xi măng 24
Hình 2.7 Mối quan hệ giữa cường độ nén và hàm lượng xi măng 25
Hình 2.8 Mối quan hệ giữa cường độ nén và tỉ lệ lượng N/X 26
Hình 3.1 Sơ đồ các pha của 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 giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng, với wT/c= 3 40
Hình 3.8 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng, với wT/c= 4 41
Hình 3.9 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng, với wT/c= 5 41
Hình 3.10 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với thời gian bảo dưỡng 7 ngày 42
Hình 3.11 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với thời gian bảo dưỡng 14 ngày 42
Hình 3.12 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với thời gian bảo dưỡng 28 ngày 43
Hình 3.13 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng 7 ngày 43
Hình 3.14 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng 14 ngày 44
Hình 3.15 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng 28 ngày 44 Hình 3.16 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng, với wT/c= 3 45
Trang 10viii
Hình 3.17 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng, với wT/c= 4 45 Hình 3.18 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng, với wT/c= 5 46 Hình 3.19 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với
thời gian bảo dưỡng 7 ngày 46
Hình 3.20 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với thời gian bảo dưỡng 14 ngày 47
Hình 3.21 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và tỉ lệ tổng lượng nước /xi măng, với thời gian bảo dưỡng 28 ngày 47
Hình 3.22 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng 7 ngày 48
Hình 3.23 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng 14 ngày 48
Hình 3.24 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng 28 ngày 49
Hình 3.25 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng, với wT/c= 3 50 Hình 3.26 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng, với wT/c= 4 50 Hình 3.27 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng, với wT/c= 5 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
Trang 11ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Cường độ chịu nén trong các dự án Deep mixing method tại United States 18
Bảng 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của đất trộn xi măng 21
Bảng 3.1 Tính chất cơ bản của đất dùng thí nghiệm 30
Bảng 3.2 Tính chất của xi măng Nghi Sơn PCB40 30
Bảng 3.3 Thành phần hóa học của xi măng PCB 40 31
Bảng 3.4 Tính chất cơ bản của nước tiêu chuẩn dùng thí nghiệm 31
Bảng 3.5 Tính chất cơ bản của nước tại Tân Phú Đông 31
Bảng 3.6 Các trường hợp tạo mẫu thí nghiệm với nước tiêu chuẩn 34
Bảng 3.7 Các trường hợp tạo mẫu thí nghiệm với nước tại huyện Tân Phú Đông 35
Bảng 3.8 Khối lượng vật liệu cho mỗi lần trộn với nước tiêu chuẩn 36
Bảng 3.9 Khối lượng vật liệu cho mỗi lần trộn với nước tại huyện Tân Phú Đông 37
Trang 12x
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
CDM Cement Deep Mixing
DMM Deep Mixing Method
SPT Standard Penetration Test
SEM Scanning Electron Microscope
ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long
TPĐ Tân Phú Đông
TPHCM Thành phố Hồ Chí Minh
XM Xi măng
Trang 131
PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 1.1.
Tân Phú Đông là huyện của tỉnh Tiền Giang, đồng bằng sông Cửu Long, Việt Nam được thành lập chính thức từ ngày 21 tháng 01 năm 2008 Vùng đất này trước đây thuộc tỉnh Gò Công, tuy nhiên cũng có thời kỳ thuộc huyện Gò Công, tỉnh Mỹ Tho Huyện Tân Phú Đông gồm 6 xã, thuộc cù lao Lợi Quan của 2 huyện Gò Công Tây (Tân Thới, Tân Phú, Phú Thạnh, Tân Thạnh) và Gò Công Đông (Phú Đông, Phú Tân)
Địa giới hành chính huyện Tân Phú Đông: Đông giáp biển Đông; Tây giáp huyện Chợ Gạo; Nam giáp tỉnh Bến Tre; Bắc giáp huyện Chợ Gạo, huyện Gò Công Tây và huyện Gò Công Đông Tân Phú Đông rộng 202,08 km² và có 42.926 dân Huyện có 6 xã: Phú Đông, Phú Tân, Phú Thạnh, Tân Phú, Tân Thạnh, Tân Thới
Định hướng phát triển: Đến năm 2020, trên địa bàn có 1 đô thị loại 5 (thị trấn Tân Phú Đông) và 2 thị tứ (Tân Thới, Cồn Cống); tổng diện tích đất đô thị là 410 ha, dân số đô thị 8.813 người, mật độ 2.152 người/km2, tỉ lệ đô thị hóa 15%
Đặc điểm địa chất: Qua các nghiên cứu về địa chất tại huyện Tân Phú Đông cho thấy địa tầng của khu vực từ dưới lên cao như sau:
- Trầm tích thống Pleistocen: Các trầm tích này không phân chia, được phân bố khắp khu vực, chúng phủ trực tiếp lên bề mặt phong hóa của các trầm tích Pliocen Thành phần trầm tích Pleistocen là cát chứa sạn sỏi, xen kẹp các trầm tích hạt mịn thường có cấu tạo phân lớp mỏng Chiều sâu trung bình 120m
- Trầm tích trẻ, hiện đại thống Holocen, phủ kín toàn bộ bề mặt khu vực có chiều dày 10m đến 15m bao gồm các thành tạo có nguồn gốc sông, sông biển, sông đầm lầy
và đầm lầy hỗn hợp cấu thành từ bột, sét và các di tích động thực vật phân hủy và bán phân hủy
Nền đất ở khu vực này, đa phần là đất yếu nên nền đất không có khả năng tiếp nhận tải trọng công trình nếu không có các biện pháp xử lý hoặc gia cố thích hợp Do
Trang 142
nền Tân Phú Đông được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền dọc theo các dòng sông và bờ biển Do đó, địa chất dưới nền móng của các công trình nhà ở, nhà xưởng, đường xá, đê điều, đập chắn nước và một số công trình khác ở đây thường đặt ra hàng loạt vấn đề cần phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn
Có nhiều phương pháp xử lý và gia cố nền đất yếu, Han-Georg Kempfert (2006)
đã phân loại phương pháp xử lý và gia cố nền đất yếu theo ba nhóm chính là cố kết, thay thế đất và các phần tử dạng trụ Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng là một trong những phương pháp phần tử dạng trụ trong cách phân loại này Hiện nay, ngày càng có nhiều công trình sử dụng trụ đất xi măng để gia cố nền đất yếu
và đã được đánh giá khả năng ứng dụng vào thiết kế móng của các công trình Giải pháp này cũng được áp dụng cho các dự án đường sân bay, đường cao tốc để tăng sức chịu tải của nền đất yếu
Việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ trụ đất xi măng đóng vai trò quan trọng trong quyết định lựa chọn đặc tính kỹ thuật cũng như giá trị kinh tế của công trình Terashi, M (1997), tính chất cơ học của đất trộn xi măng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau như đặc điểm của tác nhân gia cố, đặc điểm và điều kiện của đất, điều kiện trộn, điều kiện bảo dưỡng Trong các công trình gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng, việc xác định tính chất cơ học và vật lý của vật liệu đất trộn xi măng cần phải được thực hiện Tính chất cơ học của vật liệu đất trộn xi măng thường căn cứ kết quả thí nghiệm nén mẫu hỗn hợp đất, xi măng và nước Điều này giúp cho người
kỹ sư thiết kế biết rõ các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của trụ đất xi măng và đề xuất hàm lượng xi măng sử dụng cho gia cố trụ đất xi măng hợp lý Đó là lý do học viên thực hiên đề tài nghiên cứu này
Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.2.
Tìm ra sự tương quan giữa cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng với mẫu đất trộn xi măng có hàm lượng nước, loại nước, thời gian bảo dưỡng và điều kiện bảo dưỡng mẫu khác nhau Đánh giá nguyên nhân ảnh hưởng đến cường độ chịu nén vật liệu đất trộn xi măng