Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất cho công trình ven sông ở tỉnh long an

Kết quả cho thấy, chuyển vị ngang của nền đất yếu được gia cố bằng tường cọc xi măng đất nhỏ hơn chuyển vị ngang của nền đất yếu được gia cố bằng cọc bê tông cốt thép dự ứng lực : Δ=0.12

TRƯỜNG ĐẠI BÁCH KHOA

******************

ĐOÀN NHẬT PHI

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC XI MĂNG – ĐẤT CHO CÔNG

TRÌNH VEN SÔNG Ở TỈNH LONG AN

CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ SỐ NGÀNH: 60.58.02.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP Hồ Chí Minh, Tháng 06 / 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS ĐỖ THANH HẢI

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM, ngày….tháng … năm 2016 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm: 1………

2………

3………

4………

5………

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XD

PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

-

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: ĐOÀN NHẬT PHI MSHV: 7140769

Ngày, tháng, năm sinh: 03-06-1991

Địa chỉ mail: phidoan.ksxd@gmail.com

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Nơi sinh: Sóc Trăng Điện thoại: 0947744792 MS: 60 58 02 11

- Chương 2: Cơ sơ lý thuyết tính toán

- Chương 3: Thí nghiệm xác định sự phát triển cường độ chịu nén và sức chống cắt của hỗn hợp đất trộn xi măng

- Chương 4: Ứng dụng tính toán công trình thực tế

- Định hướng kết luận và kiến nghị

- Tài liệu tham khảo

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ THANH HẢI

Ngày 17 tháng 06 năm 2016

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TS ĐỖ THANH HẢI PGS.TS LÊ BÁ VINH PGS.TS.NGUYỄN MINH TÂM

Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn và gửi đến Thầy TS Đỗ Thanh Hải lời

cảm ơn sâu sắc nhất, người đã tạo cho em ý tưởng thực hiện đề tài này và luôn đồng hành, tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình hoàn hiện luận văn

Em xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô trong Bộ môn Địa cơ - Nền móng - Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM đã tận tình dạy bảo trong suốt quá trình học tập, quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất trong suốt thời gian em làm thí nghiệm nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của bộ môn Địa Cơ Nền Móng

Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình, bạn bè và các thầy cô đã tạo điều kiện và giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn thạc sĩ này

Tuy vậy, với những hạn chế về số liệu cũng như thời gian thực hiện, chắc chắn luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến từ quý Thầy, Cô, đồng nghiệp và bạn bè để luận văn thêm hoàn thiện và có đóng góp vào thực tiễn

Trân trọng cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2016

Học viên

Đoàn Nhật Phi

TÊN ĐỀ TÀI

“NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC XI MĂNG –

ĐẤT CHO CÔNG TRÌNH VEN SÔNG Ở TỈNH LONG AN”

Hiện nay tình trạng sạt lở bờ sông, kênh rạch trên địa bàn tỉnh Long An đang diễn ra mạnh mẽ làm ảnh hưởng ngày càng nghiêm trọng đến những công trình ven sông trong khu vực Đã có nhiều nghiên cứu, công nghệ về các giải pháp gia cường, bảo vệ mái dốc, gia cố nền đất yếu từ truyền thống đến hiện đại đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam Tuy nhiên, đối với đất yếu ven sông đặc thù ở tỉnh Long An, cần phải có nghiên cứu, đánh giá, so sánh các giải pháp về mặt hiệu quả và kinh tế trước khi áp dụng rộng rãi

Đề tài này tiến hành thí nghiệm trộn xi măng với đất với các hàm lượng xi măng/đất tương ứng với 150 kg/m3, 200 kg/m3 và 250 kg/m3 được bảo dưỡng trong điều kiện ngập nước, gần đúng như trong nền với thời gian bảo dưỡng lần lượt 7 ,14, 28 ngày; từ đó đề xuất tỷ lệ hợp lý để đưa vào sử dụng gia cố mái dốc ven sông Từ kết quả thí nghiệm, tác giả lựa chọn các thông số dựa trên kết quả của mẫu đất với tỷ lệ (X/Đ) là 200kg/m3 ở 28 ngày tuổi để tiến hành mô phỏng lại bằng phần mềm Plaxis 2D để so sánh với phương án cọc bê tông cốt thép dự ứng lực của đơn vị tư vấn thiết kế Kết quả cho thấy, chuyển vị ngang của nền đất yếu được gia cố bằng tường cọc xi măng đất nhỏ hơn chuyển vị ngang của nền đất yếu được gia cố bằng cọc bê tông cốt thép dự ứng lực : Δ=0.126 cm (khai thác ngắn hạn) ; Δ=0.039 cm (khai thác dài hạn)

“RESEARCH OF SOFT SOIL IMPROVEMENT BY CEMENT-SOIL TREATED FOR CONSTRUCTION ON RIVERSIDE AT LONG AN

PROVINCE”

At the present, the sate of erosion of riverside, canal on Long An province is working strongly and affects significantly to construction in this area Many articles, researches suggested a great variety of reinforcing and protecting slope solutions from traditional way to updated way not only in Viet Nam but also popular in the world However, regarding to particular soft soil in Long An province, It is necessary to do research, evaluation and comparison to different solutions with effective and economical criteria before constructing widely

This thesis conducted the cement-soil treated experiments with different cement contents/soil : 150 kg/m3, 200 kg/m3, 250 kg/m3 which are cured in the saturated condition with curing time 7, 14, 28 days, respectively From this, It is suggested the suitable ratio (X/Đ) to improve the slope on riverside Based on the result of the experiment, author selected parameters of specimens of the ratio 200kg/m3 (X/Đ) at

28 days curing time to model the calculation by Plaxis 2D software Following this, It

is compared to the solution of the design advisor with the pre-stressed pile The results showed that the horizontal displacement of cement-soil pile wall is slightly lower than horiziontal displacement of pre-stressed pile solution : Δ=0.126 cm (short-term using)

; Δ=0.039 cm (long-term using)

Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và tiến hành thí nghiệm thực tiễn dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Đỗ Thanh Hải Các số liệu, kết quả thí nghiệm, mô hình tính toán và những kết quả trong luận văn là trung thực

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2016

Học viên

Đoàn Nhật Phi

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề nghiên cứu 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa đề tài 3

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG GIẢI PHÁP CỌC XI MĂNG ĐẤT CHO CÔNG TRÌNH VEN SÔNG 4

1.1 Tổng quan các giải pháp bảo vệ mái dốc ven sông 4

1.2 Tổng quan về đất trộn xi măng 10

1.2.1 Trên thế giới 10

1.2.2 Tại Việt Nam 15

1.3 Tổng quan về giải pháp xử lý nền đất yếu, gia cố mái dốc bằng tường cọc xi măng đất cho công trình ven sông 20

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 22

CHƯƠNG 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 23

2.1 Nguyên lý hình thành cường độ của cọc xi măng đất [7] 23

2.1.1 Khái niệm chung 23

2.1.2 Quá trình thủy hóa và tác dụng giữa xi măng và đất [7] 24

2.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của cọc xi măng đất [7] 25

2.1.4 Dự đoán cường độ của cọc đất trộn xi măng 26

2.2 Quan niệm tính toán cọc xi măng đất 28

2.2.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm cọc xi măng đất làm việc như cọc [10] 28 2.2.1.1 Đánh giá ổn định cọc xi măng – đất theo trạng thái giới hạn 1 28

2.2.1.2 Đánh giá ổn định cọc xi măng đất theo trạng thái giới hạn 2 28

2.2.2 Theo quan niệm tính toán như nền tương đương [10] 29

2.2.3 Quan niệm hỗn hợp 30

2.2.3.2 Cách tính theo quy phạm Trung Quốc DBJ 08-40-94 41

CHƯƠNG 3 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA HỖN HỢP ĐẤT TRỘN XI MĂNG 44

3.1 Mục đích thí nghiệm 44

3.2 Công tác chuẩn bị 44

3.2.1 Chuẩn bị các nguyên vật liệu 44

3.2.1.1 Đất dùng trong thí nghiệm 44

3.2.1.2 Nước dùng trong thí nghiệm 46

3.2.1.3 Xi măng dùng trong thí nghiệm 46

3.2.2 Hàm lượng trộn các nguyên vật liệu 46

3.2.3 Thiết bị trộn 47

3.2.4 Chế bị mẫu thí nghiệm 47

3.3 Thí nghiệm nén đơn (ASTM D2166) 49

3.3.1 Mục đích thí nghiệm nén đơn 49

3.3.2 Thiết bị thí nghiệm nén đơn 49

3.3.3 Tổ hợp mẫu thí nghiệm nén đơn 50

3.3.4 Thực hiện thí nghiệm nén đơn 51

3.3.5 Kết quả thí nghiệm nén đơn 51

3.3.5.1 So sánh cường độ chịu nén qu của hỗn hợp đất trộn ximăng 56

3.3.5.2 So sánh modun đàn hồi E50 của hỗn hợp đất trộn ximăng 59

KẾT LUẬN CHƯƠNG 61

CHƯƠNG 4 : ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN KÈ BẢO VỆ BỜ ĐOẠN RẠCH CẦU GIÁO – SÔNG VÀM CỎ ĐÔNG, XÃ LONG SƠN, HUYỆN CẦN ĐƯỚC, TỈNH LONG AN 62 4.1 Tổng quan về công trình 62

4.1.1 Giới thiệu chung 62

4.1.2 Nhiệm vụ công trình 63

4.2 Đặc điểm công trình 63

4.2.2 Điều kiện địa chất 64

4.2.3 Khí tượng 68

4.2.4 Thủy văn 68

4.3 Tải trọng tác dụng lên kè (TCN272-05) 69

4.4 Tính toán biến dạng cho công trình theo phương án cọc DUL 70

4.4.1 Giải pháp kỹ thuật công trình 70

4.4.2 Trình tự thi công 74

4.4.3 Phương pháp và thông số tính toán bằng phần mềm Plaxis ver 8.5 [12] 74

4.4.4 Kết quả tính toán 77

4.5 Tính toán biến dạng cho công trình theo phương án tường cọc xi măng đất 81

4.5.1 Giải pháp kỹ thuật công trình 81

4.5.2 Trình tự thi công 85

4.5.3 Phương pháp và thông số tính toán bằng phần mềm Plaxis ver 8.5 [12] 85

4.5.4 Kết quả tính toán 87

4.6 So sánh hai phương án tường cọc dự ứng lực và tường cọc xi măng đất 92

KẾT LUẬN CHƯƠNG 92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93

I KẾT LUẬN 93

II KIẾN NGHỊ 93

Hướng nghiên cứu tiếp theo 94

Tài liệu tham khảo 94

CHƯƠNG 1

Bảng 1.1: Các giải pháp bảo vệ mái dốc ven sông 5

CHƯƠNG 2 Bảng 2.1: Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ 25

CHƯƠNG 3 Bảng 3.1: Các thông số cơ lý của loại đất dùng trong thí nghiệm 45

Bảng 3.2 : Kết quả kiểm tra tính chất cơ lý của ximăng 46

Bảng 3.3 : Thống kê số lượng mẫu chế bị dùng cho thí nghiệm nén đơn 50

Bảng 3.4 : Bảng giải thích ký hiệu mẫu thí nghiệm nén đơn 51

Bảng 3.5 : Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm nén mẫu 51

Bảng 3.6: So sánh cường độ nén qu(B)/qu(A) ở độ sâu 4m (lần) 58

Bảng 3.7: So sánh module E50(A)/E50(B) ở độ sâu 4m (lần) 61

CHƯƠNG 4 Bảng 4 1: Bảng thống kê tính chất cơ lý các lớp đất 67

Bảng 4 2: Mực nước lớn nhất ngoài sông tương ứng với tần suất thiết kế 68

Bảng 4 3:Mực nước thấp nhất ngoài sông tương ứng với tần suất thiết kế 69

Bảng 4 4: Các thông số của đất dùng trong tính tóan biến dạng và ứng suất bằng FEM, phương án cọc dự ứng lực 75

Bảng 4 5: Các thông số tính tóan biến dạng và ứng suất theo FEM dùng cho một hàng cọc DUL, lưới neo, phương án cọc dự ứng lực 75

Bảng 4 6: Các thông số của đất dùng trong tính tóan biến dạng và ứng suất bằng FEM, phương án cọc xi măng đất 86

Bảng 4 7: So sánh chuyển vị ngang của nền đất giữa phương án tường cọc dự ứng lực và tường cọc xi măng đất 92

CHƯƠNG 1

Hình 1 1 : Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ chịu nén của mẫu đất-xi măng (Mitchell 1976) [2] 10 Hình 1 2 : Quan hệ giữa tuổi ngày xi măng và cường độ nén đơn của mẫu đất-xi măng (Mitchell 1976) [2] 11 Hình 1 3 : Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và lực dính của mẫu đất-xi măng (Mitchell 1976) [2] 12 Hình 1 4 : Ảnh hưởng của loại đất (Jang và Kaki, 1991) 13 Hình 1 5 : Ảnh hưởng của tuổi mẫu đất – xi măng (Endo, 1976) 13 Hình 1 6 : Ảnh hưởng của lượng nước ban đầu đến cường độ nén (Endo, 1976) 14 Hình 1 7 : Quan hệ giữa độ chặt của mẫu đất-măng và cường độ nén đơn (White và Gnanendran, 2005) [5] 14 Hình 1 8 : Quan hệ giữa hàm lượng xi và hệ số cố kết của mẫu đất-xi măng (Bergado, 1996) [6] 15 Hình 1 9 Ảnh hưởng của loại đất đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn (Đậu Văn Ngọ, 2005) [7] 16 Hình 1 10 Mối tương quan giữa cường độ nén 7 ngày và 28 ngày tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn (Đậu Văn Ngọ, 2005) [7] 16 Hình 1 11 Ảnh hưởng của loại xi măng đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn (Đậu Văn Ngọ, 2005) [7] 16 Hình 1 12 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn (Đậu Văn Ngọ, 2005) [7] 17 Hình 1 13 Ảnh hưởng của độ ẩm đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn (Đậu Văn Ngọ, 2005) [7] 17 Hình 1 14 Ảnh hưởng của độ pH đến cường độ nén nở hông tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn (Đậu Văn Ngọ, 2005) [7] 17 Hình 1 15 Ảnh hưởng của độ rỗng đến cường độ nén nở hông tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn (Đậu Văn Ngọ, 2005) [7] 18 Hình 1 16 Tương quan giữa cường độ nén đơn với hàm lượng xi măng (Nguyễn Mạnh Thủy, Ngô Tấn Phong, 2007) [8] 18

14 ngày tuổi (Thái Hồng Sơn, Trịnh Minh Thụ, Trịnh Công Vấn, 2014) [9] 19

Hình 1 18 Tương quan giữa cường độ nén đơn với hàm lượng xi măng của mẫu thử 28 ngày tuổi (Thái Hồng Sơn, Trịnh Minh Thụ, Trịnh Công Vấn, 2014) [9] 19

Hình 1 19 Tương quan giữa cường độ nén đơn với độ ẩm của mẫu thử 14 ngày tuổi (Thái Hồng Sơn, Trịnh Minh Thụ, Trịnh Công Vấn, 2014) [9] 19

Hình 1.20 Phân vùng ảnh hưởng của tỉ lệ N/XM và hàm lượng xi măng đến cường độ nén đơn của đất-xi măng (Thái Hồng Sơn, Trịnh Minh Thụ, Trịnh Công Vấn,2014) [9] 20

Hình 1 21 Sử dụng tường cọc xi măng đất chống thấm cống vùng triều 21

Hình 1 22 Thi công tường cọc xi măng bảo vệ mái dốc đập đá Bạc (Hà Tĩnh) 21

Hình 1 23 Thi công tường cọc xi măng đất chống thấm cho đê quai công trình thủy điện Sơn La 21

CHƯƠNG 2 Hình 2 1 Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng cột xi măng-đất 31

Hình 2 2 Quan hệ ứng suất - biến dạng vật liệu xi măng đất 32

Hình 2 3 Phá hoại khối 33

Hình 2 4 Phá hoại cắt cục bộ 33

Hình 2 5 Sơ đồ tính toán biến dạng 35

Hình 2 6 Sơ đồ tải trọng truyền cho cột 38

Hình 2 7 Sơ đồ tải trọng truyền cho đất không ổn định giữa các cột khi tải trọng vượt quá độ bền rão 38

Hình 2 8 Tính toán chênh lệch lún 40

CHƯƠNG 3 Hình 3 1 : Máy trộn 47

Hình 3.2 : Quá trính tạo mẫu nén đơn 48

Hình 3.3 : Bảo dưỡng mẫu 48

Hình 3.4 : Thiết bị nén một trục ghi số liệu tự động tại phòng thí nghiệm Cơ Học Đất – bộ môn Địa Cơ Nền Móng – ĐH Bách Khoa TPHCM 49

Hình 3.5 : Một số hình dạng phá hoại điển hình của mẫu đất–xi măng khi nén đơn 56 Hình 3.6 : Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén qu và hàm lượng X/Đ ở vị trí A của mẫu đất ở độ sâu 2m và 4m ở 7, 14, 28 ngày tuổi 56

mẫu đất ở độ sâu 2m và 4m ở 7, 14, 28 ngày tuổi 57

Hình 3.8 : Biểu đồ quan hệ giữa module E50 và hàm lượng X/Đ ở vị trí A của mẫu đất ở độ sâu 2m và 4m ở 7, 14, 28 ngày tuổi 59

Hình 3.9 : Biểu đồ quan hệ giữa module E50 và hàm lượng X/Đ ở vị trí B của mẫu đất ở độ sâu 2m và 4m ở 7, 14, 28 ngày tuổi 60

CHƯƠNG 4 Hình 4.1 : Bản đồ vị trí công trình 62

Hình 4.2 : Bình đồ tổng thể tuyến kè 63

Hình 4.3: Mặt cắt ngang điển hình tại rạch Cầu Giáo – Vàm Cỏ Đông 64

Hình 4.4: Hiện trạng khu vực 64

Hình 4.5: Mặt cắt địa chất công trình 66

Hình 4.6 : Sơ đồ xác định hoạt tải xe di chuyển trong quá trình thi công 69

Hình 4.7: Mặt cắt ngang điển hình của tường kè 71

Hình 4.8: Mặt đứng điển hình của tường kè 72

Hình 4.9: Mặt bằng điển hình của tường kè 73

Hình 4.10: Các Phase tính toán biến dạng và ứng suất xét đến khi mô phỏng kè bảo vệ sông bằng phần mềm Plaxis ver 8.5, phương án cọc dự ứng lực 76

Hình 4.11 Chuyển vị ngang của nền khai thác trong 2 năm với mực nước trung bình +0.080 = 4.386 cm 77

Hình 4.12: Xu hướng gia tăng biến dạng của nền trong thời gian khai thác trong 2 năm với mực nước trung bình +0.080 77

Hình 4.13: Chuyển vị ngang của nền khai thác trong 50 năm với mực nước trung bình +0.080 = 5.523 cm 78

Hình 4.14: Xu hướng gia tăng biến dạng của nền trong thời gian khai thác trong 50 năm với mực nước trung bình +0.080 78

Hình 4.15: Chuyển vị ngang của nền khi mực nước dâng cao nhất +1.640 trong 6 tháng = 3.328 cm 79

Hình 4.16: Xu hướng gia tăng biến dạng của nền khi mực nước dâng cao nhất +1.640 trong 6 tháng 79

Hình 4.17: Chuyển vị ngang của nền khi mực nước hạ thấp nhất -2.640 trong 6 tháng = 4.479 cm 80

-2.640 trong 6 tháng 80

Hình 4.19 Mặt cắt ngang điển hình của tường kè 82

Hình 4.20 Mặt đứng điển hình của tường kè 83

Hình 4.21: Mặt bằng điển hình của tường kè 84

Hình 4.22 Các Phase tính toán biến dạng và ứng suất xét đến khi mô phỏng kè bảo vệ sông bằng phần mềm Plaxis ver 8.5, phương án cọc xi măng đất 87

Hình 4.23 Chuyển vị ngang của nền khai thác trong 2 năm với mực nước trung bình +0.080 = 4.261 cm 87

Hình 4.24 Xu hướng gia tăng biến dạng của nền trong thời gian khai thác 2 năm với mực nước trung bình +0.080 88

Hình 4.25 Chuyển vị ngang của nền khai thác trong 50 năm với mực nước trung bình +0.080 = 5.484 cm 88

Hình 4.26 Xu hướng gia tăng biến dạng của nền trong thời gian khai thác 50 năm với mực nước trung bình +0.080 89

Hình 4.27 Chuyển vị ngang của nền khi mực nước dâng cao nhất +1.640 trong 6 tháng = 3.022 cm 89

Hình 4.28 Xu hướng gia tăng biến dạng của nền khi mực nước dâng cao nhất +1.640 trong 6 tháng 90

Hình 4.29 Chuyển vị ngang của nền khi mực nước hạ thấp nhất -2.640 trong 6 tháng = 4.528 cm 90

Hình 4.30 Xu hướng gia tăng biến dạng của nền khi mực nước hạ thấp nhất 91

-2.640 trong 6 tháng 91

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề nghiên cứu

Khác với đồng bằng sông Hồng, với các hệ thống đê điều để chống lũ, phương hướng hợp lý nhất đối với Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) là chung sống với lũ Ba đặc điểm cơ bản ảnh hưởng đến cơ sở hạ tầng của ĐBSCL là : Đất yếu trên toàn lãnh thổ, lũ lụt hàng năm chiếm gần 50% lãnh thổ và kênh rạch chằng chịt Vì vậy các công trình trên đất yếu ở ĐBSCL thường xảy ra nhiều sự cố Để giải quyết vấn đề này, khi xây dựng công trình ven sông người ta thường phải sử dụng các giải pháp móng cọc ép bê tông cốt thép, cọc khoan nhồi … kết hợp với tường cừ bản, kè sông, thảm đá … Tuy nhiên, chi phí cho các phương án này khá lớn và tiến độ thi công chậm Tỉnh Long An nằm cận kề thành phố Hồ Chí Minh, toàn tỉnh có 13 huyện , 1 thị xã, 1 thành phố với tổng diện tích tự nhiên 4491,9km2, là tỉnh có mật

độ sông kênh rạch khá dày với hệ thống sông Vàm Cỏ đóng vai trò quan trọng trong việc vận tải, giao thông thủy, tuyến thoát nước chủ yếu trong khu vực, cung cấp nước ngọt cho dân sinh, nông nghiệp, ngư nghiệp

Tuy vậy tình trạng sạt lở bờ sông , kênh rạch trên địa bàn tỉnh Long An

đã, đang và sẽ xảy ra những tổn thất rất lớn, ảnh hưởng đến quy hoạch, phát triển dân sinh, kinh tế, xã hội, môi trường của khu vực

Do vậy đề tài “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng – đất cho công trình ven sông ở tỉnh Long An” có tính cấp bách, ý

nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn không chỉ cho riêng công trình ở tỉnh Long

An mà còn cho vùng Đồng bằng sông Cửu Long

2 Mục đích nghiên cứu

- Thiết lập mối quan hệ của hàm lượng, thời gian bảo dưỡng của xi măng với

sự gia tăng cường độ chịu nén của mẫu đất chế bị bằng thí nghiệm nén đơn trong phòng thí nghiệm Từ kết quả thí nghiệm trong phòng xác định các thông số cần thiết trong quá trình tính toán cũng như mô phỏng cọc xi măng đất

- Áp dụng tính toán ổn định và biến dạng cho một công trình kè bảo vệ sông

ở tỉnh Long An khi gia cố bằng tường cọc xi măng đất kết hợp với tường rọ

đá, thảm đá Từ đó đánh giá, so sánh với phương án gia cố của một công ty

tư vấn thiết kế (phương án cọc bê tông cốt thép kết hợp với tường rọ đá, thảm đá) về hiệu quả và kinh tế

3 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu các lý thuyết tính toán trụ đất trộn xi măng, và áp dụng vào tính toán biến dạng, ổn định của trụ đất trộn xi măng kết hợp tường rọ đá, thảm đá dùng để gia cố bờ sông khu vực tỉnh Long An

- Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm

+Khảo sát và lấy mẫu

+Thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu vật lý của đất

+Chế bị mẫu với các hàm lượng, thời gian bảo dưỡng, vị trí lấy mẫu +Tiến hành nén đơn có nở hông trên các mẫu đã chế bị

+Tổng hợp, phân tích kết quả thí nghiệm và so sánh về việc phát triển cường độ kháng nén và kháng cắt theo hàm lượng xi măng/đất và tuổi ngày mẫu đất-xi măng

- Ứng dụng kết quả thực nghiệm để mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn : phần mềm Plaxis và đưa ra so sánh giữa phương án trụ xi măng đất với phương án cọc ép bê tông cốt thép mà đơn vị thiết kế sử dụng

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu sẽ giúp ích cho bài toán kinh tế và hiệu quả trong phương án gia cố nền bằng cọc xi măng đất kết hợp tường chắn ở khu vực tỉnh Long An nói riêng và khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói

chung

Tính mới: Hiện nay, việc lựa chọn hàm lượng, tuổi ngày của xi măng ảnh

hưởng rất lớn đến sự gia tăng cường độ chịu nén và kháng cắt của mẫu đất Tuy nhiên, nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy tùy theo địa chất theo từng khu vực mà hàm lượng xi măng, sự gia tăng cường độ của xi măng theo thời gian rất khác nhau Đặc biệt đối với khu vực đồng bằng sông Cửu Long, phần lớn là đất yếu, địa chất phân bố rất phức tạp, cần nhiều kết quả nghiên cứu cho từng khu vực nhỏ để tiết kiệm được chi phí cũng như hiệu quả khi áp dụng phương pháp gia cố này Ngoài

ra, vấn đề nghiên cứu tính toán biến dạng và ổn định cho cọc xi măng đất vị trí ven sông chưa được đào sâu nghiên cứu và còn lẻ tẻ Chính vì vậy đề tài “Nghiên cứu

xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc xi măng đất cho công trình ven sông ở tỉnh Long An” góp phần nhỏ vào kết quả nghiên cứu trên cho tỉnh Long An nói riêng và đồng bằng sông Cửu Long nói chung

Hạn chế :

- Đề tài chỉ nghiên cứu cho loại đất sét yếu ở địa bàn tỉnh Long An

- Các yếu tố ảnh hưởng khác đến sự phát triển cường độ của hỗn hợp xi măng đất như : chủng loại xi măng, điều kiện bảo dưỡng, độ sâu lấy mẫu, …

- Đề tài chỉ nghiên cứu sự phát triển cường độ trong hỗn hợp xi măng đất, các vấn đề cố kết, dòng thấm ảnh hưởng, … Chưa được nghiên cứu trong đề tài

- Đề tài chỉ so sánh giữa phương án cọc bê tông cốt thép kết hợp với tường chắn đá và phương án cọc xi măng đất kết hợp với tường chắn đá Chưa so sánh được với các phương án khác như tường cừ thép, cừ nhựa, thảm cát, Neoweb, túi địa kĩ thuật … Cũng như chưa xét đến bài toán thay đổi chiều dày, độ sâu của tường cọc xi măng đất

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Thời gian: 6 tháng kể từ ngày có quyết định làm đề cương luận văn

Không gian: Hiện trường và Phòng thí nghiệm

Đối tượng nghiên cứu:

- Đất sét yếu ngập nước, ven sông

Bảng 1.1: Các giải pháp bảo vệ mái dốc ven sông

Giải

pháp

trải,

phủ

Thảm bê tông FS Thảm bê tông FS cũng là

dạng thảm bê tông túi khuôn được may bằng sợi tổng hợp có độ bền cao

Thảm được trải lên mái công trình sau đó dùng bơm có áp đẩy vữa bê tông vào các túi nhỏ trên thảm, thảm có chiều dày 10cm ¸ 25cm Sau khi bê tông cứng sẽ tạo thành một tấm thảm hoàn toàn cứng, giữa các túi nhỏ biến thành các tấm bê tông phủ kín mái dốc ven

sông

*Tăng cường tính ổn định và mềm dẻo của

khối bảo vệ mái dốc

*Thích hợp với nền mềm do phân bố lực đều, vữa bê tông dàn trải che kín nền, trải liên tục từ dưới lên

trên

*Giá thành cao, công nghệ thi công phức tạp, thiết bị chuyên

dụng lớn

*Chuyển động của nước xuyên qua mái

kè và thấm vào lớp đất nền gây hiện tượng tích dẻo, hóa lỏng và sụt mực nước làm lớp đất nền bị trượt cạn, đặc biệt khi đất nền là cát

Vải địa kỹ thuật Vải ĐKT được chế tạo từ

những sản phẩm phụ của dầu mỏ, từ một hoặc hailoạipolymerpolyamide) như polyester và/hoặc polypropylen Tùy theo hợp chất và cách cấu tạo, mỗi loại vải ĐKT có những đặc tính cơ lý hóa

*Vải ĐKT có thể làm chức năng thoát nước nhằm duy trì và thậm chí gia tăng cường độ kháng cắt của đất nền

và do đó làm gia tăng khả năng ổn định tổng thể của công trình

theo thời gian

*Cho phép tăng cường lớp đất đắp bằng việc tăng khả năng tiêu

thoát nước

*Giảm độ dốc mái lớp đất đắp yêu cầu và tăng tính ổn định của

chúng

*Giữ được tốc độ lún

*Tiêu chuẩn thiết kế - thi công - nghiệm thu vải ĐKT nói chung còn sơ sài, nội dung tiêu chuẩn chưa qui định về tính toán lún, thấm lọc, bảo vệ và

gia cường

*Hiện tại ở Việt Nam,

như sức chịu kéo, độ dãn,

độ thấm nước, môitrường

thích nghi v.v khác nhau

*Vải ĐKT có thể đóng vai trò cốt gia cường cung cấp lực chống trượt theo phương ngang nhằm gia tăng ổn định của mái dốc => Vai trò gia

cường

đều của các lớp đất, đặc biệt trong vùng

chuyển tiếp

*Cải thiện các lớp đất đắp và kéo dài tuổi thọ

công trình

các cơ sở thí nghiệm

về vải ĐKT và còn quá ít, chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế

Ống địa kỹ thuật (Geotube) Các loại túi địa kỹ thụât

được chế tạo bằng vải địa

kỹ thụât cường độ cao để chứa đất, cát hoặc bêtông tạo thành những cấu kiện dùng để gia cố chân, mái

bờ, lòng sông Các túi có kích thước nhỏ được chế tạo như chiếc gối thường được ghép nối với nhau bằng các khớp nối nhựa Loại túi có kích thước lớn, độc lập thường được xếp chồng lên nhau

Bơm vật liệu như cát, đất bùn, hay vữa xi măng vào trong, tạo nên những kết cấu dạng túi hoặc ống cỡ lớn, được đặt đơn lẻ hay xếp chồng thành những kết cấu thay đê,

kè bảo vệ bờ sông

*Tính đàn hồi, tính

thấm lọc rất cao

*Phương pháp thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh,

*Có thể thi công trong

môi trường nước

*Ở Việt Nam công nghệ này còn rất mới

và chưa được áp dụng nhiều dẫn đến giá

thành cao

bộ “thảm” cát sẽ ổn định và trở thành “áo”

bảo vệ mái và lòng kênh không bị bào

mòn bởi dòng chảy

*Giá thành rẻ, tận dụng được nguồn vật

liệu địa phương

* Phương tiện thi công đơn giản, ít tốn nhân công

* Chưa được áp dụng rộng rãi, chỉ phù hợp

với quy mô nhỏ

Rồng, rọ, thảm đá Rồng, rọ, thảm đá là các

hệ thống hình lưới có liên kết thành các khối hình học và phía trong là đá

xếp, rất đơn giản

Rồng, Rọ, thảm đá là một kết cấu trọng lực

do chính khối lượng các viên đá tạo ra và được bao bọc bởi lớp lưới thép bền, dai có khả năng chịu được lực đẩy của đất, khả năng chắn giữ đất càng ngày càng tăng

do bùn, đất, rễ cây cỏ dại mọc nhét kín các

Neoweb Hệ thống Neoweb là

mạng lưới các ô ngăn hình mạng dạng tổ ong được đục lỗ và tạo nhám

Khi chèn lấp bằng đất, đá dăm hoặc bêtông, một kết cấu liên hợp địa kỹ thuật bao gồm các vách ngăn và vật liệu được tạo ra, với các đặc tính cơ – lý địa kỹ

thuật được tăng cường

Ngăn cách đất giữ và bảo vệ các vật liệu chèn lấp bên trong theo ba phương, tạo ra cường độ chịu kéo cao trong từng phương

Kết cấu ô ngăn hình mạng và tổng hợp polymer đồng bộ của

nó tạo ra nền gia cố vững chắc mong

muốn

Vật liệu chèn lấp phong phú từ đất trồng, đá dăm, sỏi

*Ở Việt Nam công nghệ này còn rất mới

và chưa được áp dụng

nhiều

*Tiêu chuẩn thiết kế - thi công - nghiệm chưa qui định về tính toán lún, thấm lọc,

bảo vệ và gia cường

Cọc tram, tre được đóng xuống bùn ở độ sâu 2 m

Không gian giữa các hàng được làm đầy với các

nhánh và cành cây nhỏ

* Hàng rào chắn sóng được thiết kế nhằm làm giảm năng lượng sóng lớn và giữ bùn, tạo điều kiện cho các khu vực bờ biển bị xói

lở tái tạo lại và ngăn

chặn xói lở

*Là phương pháp truyền thống, được áp dụng rộng rãi tại

Tường cừ bản BTCT ULT Cừ bản BTCT ứng suất

trước có kích thước như

sau: Chiều rộng bản cừ:

996 mm; chiều dài: 3-

21 m; Chiều dày:

60-120cm; chiều cao: 120- 600mm

*Cường độ chịu lực cao nhờ tiết diện dạng sóng và đặc tính dự ứng lực làm tăng độ cứng, khả năng chịu

lực của cừ bản DUL

*Dễ thay cọc mới khi cọc cũ gặp sự cố

*Không cần mặt bằng rộng, giảm bớt diện tích cần giải tỏa

*Khả năng chịu nén và chịu kéo, mô men chống uốn, xoắn, tuổi thọ cao

*Giá thành cao

*Tốn thời gian thi công

1.2 Tổng quan về đất trộn xi măng

1.2.1 Trên thế giới

Gia cố đất yếu bằng xi măng đã được sử dụng từ rất sớm Từ năm 1935, ở Johnsonville, South Carolina, USA, một công trình đã được cho là một trong những công trình đầu tiên ứng dụng công nghệ đất trộn xi măng để gia cố nền đất yếu (Das 1990) [1]

- Năm 1976: Mitchell nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ kháng nén của mẫu đất-xi măng Kết quả là cường độ nén đơn tăng 40 lần đối với đất hạt mịn và 150 lần đối với đất hạt to Thêm vào đó, cường độ chịu nén của mẫu tăng theo tuổi ngày xi măng [2]

Hình 1 1 : Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ chịu nén của mẫu đất-xi

măng (Mitchell 1976) [2]

Hình 1 2 : Quan hệ giữa tuổi ngày xi măng và cường độ nén đơn của mẫu đất-xi

măng (Mitchell 1976) [2]

Theo Mitchell (1976): [2]

(σc)d = (σc)d0 + Klog (d/do) (1 1)

Với : (σc)d : Cường độ chịu nén tại tuổi ngày thứ d (psi)

(σc)d0 : Cường độ chịu nén tại tuổi ngày thứ d0 (psi)

K = 70C cho đất hạt to, K=10C cho đất hạt mịn (C : Độ ẩm tự nhiên, %)

- Năm 1976, Mitchell còn chỉ ra rằng lượng xi măng thêm vào còn ảnh hưởng đáng kể đến lực dính trong đất [2]

Hình 1 3 : Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và lực dính của mẫu đất-xi măng

(Mitchell 1976) [2]

Theo Mitchell (1976): [2]

c = 7.0 + 0.225(σc) (1 2)

Với : (σc) : Cường độ nén đơn (psi)

c : Lực dính hữu hiệu (psi)

- Clough 1958 và Balmer 1981 [3] công bố góc ma sát trong là hằng số, không bị ảnh hưởng bởi hàm lượng và tuổi ngày xi măng trong hỗn hợp xi măng-đất Giá trị trung bình của góc ma sát trong từ 43.80 đến 36.10 lần lượt cho đất hạt thô và mịn Tuy nhiên những nghiên cứu, báo cáo gần đây công bố rằng góc ma sát trong tăng đáng kể theo hàm lượng và tuổi ngày xi măng trong hỗn hợp đất-xi măng (Uddin

et al 1997) [4]

- Năm 1991, Kaki và Jang công bố kết quả nghiên cứu : nếu hàm lượng sét tăng thì hàm lượng xi măng cũng tăng, có thể là do với các hạt nhỏ thì diện tích bề mặt lớn và lượng tiếp xúc giữa xi măng và các hạt đất tăng

Hình 1 4 : Ảnh hưởng của loại đất (Jang và Kaki, 1991)

- Năm 1976, Endo đã chỉ ra ảnh hưởng của tuổi từ 2-2000 ngày đối với đất sét biển gia cố bởi xi măng Portland

Hình 1 5 : Ảnh hưởng của tuổi mẫu đất – xi măng (Endo, 1976)

- Năm 1976, Endo cho thấy ảnh hưởng của hàm lượng nước tăng thì cường độ khối đất xi măng giảm

Hình 1 6 : Ảnh hưởng của lượng nước ban đầu đến cường độ nén (Endo, 1976)

- Năm 2005, White và Gnanendran công bố rằng độ chặt của mẫu đất-xi măng ảnh hưởng đáng kể đến cường độ nén đơn Kết quả độ chặt tăng 1% thì cường

độ nén đơn tăng 200kPa [5]

Hình 1 7 : Quan hệ giữa độ chặt của mẫu đất-măng và cường độ nén đơn (White và

Gnanendran, 2005) [5]

- Năm 2005, White và Gnanendran công bố rằng độ chặt của mẫu đất-xi măng ảnh hưởng đáng kể đến cường độ nén đơn Kết quả độ chặt tăng 1% thì cường

độ nén đơn tăng 200kPa [5]

- Năm 1996, Bergado công bố kết quả nén cố kết mẫu đất-xi măng, loại sét Băng Cốc Kết quả cho thấy hàm lượng xi măng tăng kéo theo hệ số cố kết của mẫu đất-xi măng tăng [6]

Hình 1 8 : Quan hệ giữa hàm lượng xi và hệ số cố kết của mẫu đất-xi măng

(Bergado, 1996) [6]

1.2.2 Tại Việt Nam

- Ở Việt Nam, nhiều tác giả cũng đã và đang nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng xi măng, tuổi ngày mẫu đất-xi măng, độ pH, độ rỗng, … Đến cường

độ chịu nén và chịu cắt của hỗn hợp đất-xi măng

- Năm 2009, tác giả Đậu Văn Ngọ công bố kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của mẫu đất-xi măng đối với công trình Đại lộ Đông Tây [7]

Hình 1 9 Ảnh hưởng của loại đất đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn

(Đậu Văn Ngọ, 2005) [7]

Hình 1 10 Mối tương quan giữa cường độ nén 7 ngày và 28 ngày tại Đại lộ Đông Tây

Sài Gòn (Đậu Văn Ngọ, 2005) [7]

Hình 1 11 Ảnh hưởng của loại xi măng đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây Sài

Gòn (Đậu Văn Ngọ, 2005) [7]

Hình 1 12 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây

Sài Gòn (Đậu Văn Ngọ, 2005) [7]

Hình 1 13 Ảnh hưởng của độ ẩm đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn

(Đậu Văn Ngọ, 2005) [7]

Hình 1 14 Ảnh hưởng của độ pH đến cường độ nén nở hông tại Đại lộ Đông Tây Sài

Gòn (Đậu Văn Ngọ, 2005) [7]

Hình 1 15 Ảnh hưởng của độ rỗng đến cường độ nén nở hông tại Đại lộ Đông Tây

Sài Gòn (Đậu Văn Ngọ, 2005) [7]

- Năm 2007, tác giả Nguyễn Mạnh Thủy, Ngô Tấn Phong công bố một số kết quả nghiên cứu gia cố đất yếu khu vực quận 9, thành phố Hồ Chí Minh bằng vôi,

xi măng [8]

Hình 1 16 Tương quan giữa cường độ nén đơn với hàm lượng xi măng (Nguyễn

Mạnh Thủy, Ngô Tấn Phong, 2007) [8]

- Năm 2014, tác giả Thái Hồng Sơn, Trịnh Minh Thụ, Trịnh Công Vấn công bố kết quả nghiên cứu lựa chọn hàm lượng xi măng và tỉ lệ nước- xi măng hợp lý cho gia cố đất yếu vùng ven biển đồng bằng sông Cửu Long [9]

Hình 1 17 Tương quan giữa cường độ nén đơn với hàm lượng xi măng của mẫu thử

14 ngày tuổi (Thái Hồng Sơn, Trịnh Minh Thụ, Trịnh Công Vấn, 2014) [9]

Hình 1 18 Tương quan giữa cường độ nén đơn với hàm lượng xi măng của mẫu thử

28 ngày tuổi (Thái Hồng Sơn, Trịnh Minh Thụ, Trịnh Công Vấn, 2014) [9]

Hình 1 19 Tương quan giữa cường độ nén đơn với độ ẩm của mẫu thử 14 ngày tuổi

(Thái Hồng Sơn, Trịnh Minh Thụ, Trịnh Công Vấn, 2014) [9]

Hình 1.20 Phân vùng ảnh hưởng của tỉ lệ N/XM và hàm lượng xi măng đến cường độ nén đơn của đất-xi măng (Thái Hồng Sơn, Trịnh Minh Thụ, Trịnh Công Vấn,2014) [9]

1.3 Tổng quan về giải pháp xử lý nền đất yếu, gia cố mái dốc bằng tường cọc xi măng đất cho công trình ven sông

- Hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công cọc XMĐ là: Công nghệ trộn khô (Dry Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing)

- Công nghệ trộn khô (Dry Mixing): Công nghệ này sử dụng cần khoan có gắn các cánh cắt đất, chúng cắt đất sau đó trộn đất với vữa XM bơm theo trục khoan

- Công nghệ trộn ướt (hay còn gọi là Jet-grouting): Phương pháp này dựa vào nguyên lý cắt nham thạch bằng dòng nước áp lực Khi thi công, trước hết dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun bằng hợp kim vào tới độ sâu phải gia cố (nước + XM) với áp lực khoảng 20 MPa từ vòi bơm phun xả phá vỡ tầng đất Với lực xung kích của dòng phun và lực li tâm, trọng lực sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ được sắp xếp lại theo một tỉ lệ có qui luật giữa đất và vữa theo khối lượng hạt Sau khi vữa cứng lại sẽ thành cột XMĐ

Hình 1 21 Sử dụng tường cọc xi măng đất chống thấm cống vùng triều

Hình 1 22 Thi công tường cọc xi măng bảo vệ mái dốc đập đá Bạc (Hà Tĩnh)

Hình 1 23 Thi công tường cọc xi măng đất chống thấm cho đê quai công trình thủy

điện Sơn La

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

- Việc gia cường đất yếu bằng xi măng đã được nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều quốc gia Nhiều tác giả trong nước và ngoài nước đã nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng xi măng, tuổi ngày mẫu đất-xi măng, chủng loại xi măng, độ pH, độ rỗng,… đến cường độ kháng nén và sức chống cắt của hỗn hợp đất trộn xi măng Từ các kết quả nghiên cứu này, tác giả lựa chọn loại xi măng Nghi Sơn, hàm lượng xi măng Kg trên 1 m3 đất lần lượt là 150 kg/m3 X/Đ, 200 kg/m3 X/Đ, 250 kg/m3 X/Đ, thời gian bảo dưỡng lần lượt 7 ngày, 14 ngày, 28 ngày, sau đó tiến hành thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bằng thí nghiệm nén đơn có nở trong phòng thí nghiệm được trình bày ở chương 3

- Phương pháp gia cố, xử lý đất yếu cho công trình ven sông bằng tường cọc xi măng đất khá phổ biến trên thế giới và trong nước

CHƯƠNG 2 CƠ SƠ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN

2.1 Nguyên lý hình thành cường độ của cọc xi măng đất [7]

2.1.1 Khái niệm chung

Kết quả của phản ứng hoá học giữa đất sét tại chỗ và các chất phối trộn (thường là

xi măng hoặc vôi bột…) sẽ hình thành các dạng tinh thể liên kết giữa các hạt với nhau, hình thành các cọc xi măng đất có cường độ cao làm tăng khả năng chịu lực của nền Trong phương pháp này sự tăng độ bền và sự ép co của đất yếu là kết quả của phản ứng giữa đất sét với xi măng thông qua quá trình trao đổ ion và kết bông

Đất đã được gia cố xi măng là một loại vật liệu mới, nhân tạo Để nhận được các tính chất cơ học, cấu trúc cần thiết của xi măng đất và sự hình thành cấu trúc tinh thể bền vững đặc trưng cho nó cần phải có sự kết hợp chặt chẽ, đồng thời giữa xi măng, đất và nước thành một hỗn hợp đồng nhất và qua các quá trình biến cứng lâu dài trong môi trường ẩm, biến hỗn hợp này thành một vật thể toàn khối bền vững

Lượng xi măng và nước đã có trong đất chỉ cho hiệu quả lớn nhất khi nào các quá trình kũ thuật cần thiết sau đâu được thực hiện triệt để và hợp lý:

và thay đổi từ gốc tính chất tự nhiên của đất Chính trong xi măng đã chứa sẵn các đặc tính kiên kết có thể có, nếu các đặc tính này được biến thành hiện thực một cách có hiệu quả thì nó sẽ tăng cho đất độ bền và tính kiên kết cao không đổi, không thuận nghịch và do đó đảm bảo sự thay đổi đáng kể về chất các đặc tính tự nhiên của đất

Như đã biết xi măng portland là loại bột đá phân tán có thành phần phức tạp, tỷ diện lớn, có khả năng biến cứng khi trộn với nước

Trong hàng loạt các quá trình xảy ra đồng thời do thuỷ phân, thuỷ hoá các hạt xi măng và các quá trình hình thành cấu trúc kết tinh tiếp theo cần phải chỉ ra rằng sự thuỷ hoá và thuỷ phân khoáng vật clinker silicat 3 canxi là quan trọng nhất, kết quả khoáng vật này bị tách ra tạo thành silicat 2 canxi và Ca(OH)2 Do ít hoà tan, Ca(OH)2 nhanh chóng làm bão hoà dung dịch Các quá trình tạo thành cấu trúc kết tinh tiếp theo trong vữa xi măng thường xảy ra trong trường hợp hoá cứng của vữa xi măng nguyên chất, vữa xây hoặc x imăng cốt liệu tho hoạt tính thấp

Khác với bêtông và vữa xây, đất xi măng (đặc biệt là đất sét mịn) là loại vật liệu

mà cốt liệu của nó là các hạt đất có tỷ diện lớn, hoạt tính cao Vì vậy quá trình hoá cứng của xi măng và tạo thành trong nó các liên kết cấu trúc mới còn phức tạp hơn nhiều, vì đất, đặc biệt là đất mịn còn có tác dụng tương hỗ hoá học và lý-hoá với các chất khác trong đó kể cả các sản phẩm thuỷ phân xi măng

2.1.2 Quá trình thủy hóa và tác dụng giữa xi măng và đất [7]

Ở giai đoạn đầu của quá trình này, xi măng trộn vào đất tiếp xúc với nước sẽ phân tách thành Ca(OH)2 trong dung dịch và tạo thành các sản phẩm thủy phân khác, ở giai đoạn tiếp sau sẽ xảy ra tác dụng tương hỗ giữa đất với Ca(OH)2 trong dung dịch và các thành phần riêng biệt của khoáng vật Clinker đã được Hydrat hoá Đất và xi măng

có tỷ diện lớn làm cho các phản ứng trao đổi hoá học và hoá lý tiến triển mạnh Nhờ

có môi trường kiềm cao nên khả năng phản ứng trao đổi ion của đất tăng lên mạnh mẽ Đặc biệt là đối với các loại đất không chứa cacbonat, không bão hoà bazơ cũng như các loại đất nhiều mùn có dung lượng trao đổi lớn, khả năng này trước tiên khiến cho đất hút mất Ca++ của Ca(OH)2 phân giải trong dung dịch, làm giảm số ion Ca++ trong

hệ thống và từ đó làm giảm quá trình hoá cứng của xi măng Điều này làm cho quá trình hoá cứng của xi măng bị chậm lại dẫn đến cấu trúc được hình thành kém bền hơn

Loại xi măng được sử dụng để làm chất kết dính có thể là xi măng portland hoặc xi măng xỉ Xi măng portland thường được làm từ các hạt Clinker và được nghiền thành bột Xi măng clinker thường có các hợp chất sau đây: 3CaO.SiO2, 2CaO.SiO2, 2CaO.Al2O3, 4CaO.Al2O3.Fe2O3 và các phản ứng thuỷ hoá như sau:

2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.2SiO2.3H20 + 3Ca(OH)2 +…

Xi măng xỉ lò cao là loại được trộn giữa xi măng portland và xỉ lò cao Xỉ lò cao không thể phản ứng hydrat hoá với nước nhưng nó có thể phản ứng trong môi trường kiềm

Như vậy, khác với bêtông, vữa, đất sét gia cố xi măng là một vật liệu trong đó đất

là một thành phần hoạt tính có tác dụng tốt (đất chứa cacbonat) hoặc tác dụng xấu (kìm hãm) đối với quá trình tạo thành cấu trúc kết tinh trong đất xi măng Điều kiện thuận lợi nhất cho sự hoá cứng xi măng và cho sự hình thành cấu trúc là trong hỗn hợp phải chứa ion Canxi, có Ca(OH)2 và phải có môi trýờng kiềm

2.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của cọc xi măng đất [7]

Tầm quan trọng của sự tăng cường độ của việc xử lý đất bằng xi măng hoặc vôi là

sự ảnh hưởng của một số nhân tố, bởi vì cơ chế tăng cường độ cơ bản có mối quan hệ mật thiết với phản ứng hoá học giữa đất và các vật liệu phản ứng Các nhân tố có thể được chia làm 4 loại như sau:

Bảng 2.1: Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ

Nhóm Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ (Terashi 1997)

Đặc điểm và điều kiện

của đất (đặc biệt quan

trọng với đất sét)

1 Đặc điểm lý hoá và khoáng vật trong đất

2 Lượng chất hữu cơ