Nghiên cứu giải pháp gia cố xử lý lún đường đầu cầu bằng công nghệ jet grouting dựa trên kết quả thí nghiệm trong phòng cho cầu tám bang và cầu vàm đinh tỉnh đồng tháp

QUÁCH HỒNG CHƯƠNGNGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ XỬ LÝ LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU BẰNG CÔNG NGHỆ JET GROUTING DỰA TRÊN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG CHO CẦU TÁM BANG VÀ... HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NG

QUÁCH HỒNG CHƯƠNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ XỬ LÝ LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU BẰNG CÔNG NGHỆ JET GROUTING DỰA TRÊN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG CHO CẦU TÁM BANG VÀ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Luận văn nghiên cứu giải pháp gia cố xử lý lún đường đầu cầu bằng công nghệ Jet Grouting dựa trên kết quả thí nghiệm trong phòng cho cầu Tám Bang và cầu Vàm Đinh tỉnh Đồng tháp có nhiệm vụ cụ thể:

1 Nghiên cứu tổng quan về công nghệ Jet Grouting và hiện tượng lún tại

đường đầu cầu

2 Xác định bản chất lún tại đường đầu cầu tại vị trí cầu Tám Bang và cầu Vàm

Đinh tỉnh Đồng Tháp

3 Chế tạo các mẫu đất địa phương trộn với ximăng nhằm tìm ra phương án tối

ưu để tạo soilcrete đạt yêu cầu cho vị trí thử nghiệm

thí nghiệm

Đinh dựa trên các phân tích ứng xử của soilcrete được tạo ra trong phòng

TP HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LỜI CẢM ƠN

Lời cảm ơn đầu tiên và quan trọng nhất tôi xin gửi đến Thầy hướng dẫn chính

TS Trần Nguyễn Hoàng Hùng, bộ môn Cầu Đường, khoa Kỹ thuật Xây dựng trường Đại học Bách Khoa TP HCM, đã dạy tôi rất nhiều điều bổ ích Cảm ơn các Thầy Cô ở trường Đại học Bách Khoa TP HCM đã giảng dạy và tư vấn cho tôi suốt thời gian tôi học tập tại trường Tôi chân thành cảm ơn Sở Khoa học Công nghệ tỉnh

Đồng Tháp đã cấp kinh phí thông qua hợp đồng số 108/2015/ĐT-KHCN để tôi thực

hiện đề tài này Tôi chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa TP HCM, các

Sở Ban Ngành và người dân ở Đồng Tháp đã hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện đề tài Cảm ơn tất cả các bạn trong nhóm nghiên cứu cùng các anh chị ở phòng thí nghiệm LAS–XD 475 đã chia sẻ kinh nghiệm và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu Cảm ơn cha mẹ, các dì, và anh chị em của tôi – những người đã gửi gấm tình yêu thương, niềm tin, tạo mọi điều kiện, và đồng thời cũng là động lực lớn lao để tôi hoàn thành đề tài này

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đề tài NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ XỬ LÝ LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU BẰNG CÔNG NGHỆ JET GROUTING DỰA TRÊN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG CHO CẦU TÁM BANG VÀ CẦU VÀM ĐINH TỈNH

ĐỒNG THÁP

Sự khác biệt về độ lún giữa đường dẫn và cầu tạo nên sự thay đổi cao độ đột ngột, nguyên nhân chính gây mất êm thuận, ảnh hưởng đến sự an toàn và hàng hóa, và tạo nên lực xung kích phụ thêm tại mố cầu Hầu hết các cầu trên các tỉnh lộ thuộc tỉnh

Đồng Tháp và các tỉnh thuộc Đồng Bằng Sông Cửu long (ĐBSCL) đều xảy ra hiện

tượng lún đường dẫn đầu cầu trong quá trình khai thác Các giải pháp gia cố lún

đường đầu cầu trong quá trình khai thác hiện nay chỉ mang tính chất tạm thời Jet

Grouting có khả năng gia cố bền vững với ưu điểm không chiếm dụng không gian, không gây ảnh hưởng đến công trình xung quanh nhưng chưa được áp dụng rộng rải Khoảng 200 mẫu soilcrete được chế tạo trong phòng với nhiều loại xi măng, tỷ

lệ nước/xi măng (w/c), được bảo dưỡng ở nhiều độ tuổi khác nhau để đánh giá khả năng ứng dụng của Jet Grouting Kết quả đạt được: (1) cường độ q u của các mẫu ở 3 ngày tuổi bằng 0.5 lần 28 ngày tuổi và gấp từ 4 đến 11 lần đất tự nhiên, (2) mô đun

3%, (4) q u tăng theo hàm lượng xỉ lò cao, và (5) w/c = 1/0.7 cho cường độ soilcrete

và độ nhớt phù hợp Phương án gia cố đường dẫn đầu cầu được xây dựng dựa trên kết quả thí nghiệm trong phòng Lún được phân tích bằng phương pháp giải tích ở các mặt cắt dọc theo lý trình của cầu Tám Bang và Vàm Đinh Kết quả đạt được như sau: (6) Jet Grouting gia cố cầu Tám Bang và Vàm Đinh đảm bảo yêu cầu của 22TCN 211-06 và độ êm thuận, (7) Jet Grouting gia cố mang lại ý nghĩa xã hội tích cực hơn và tránh gây dư luận xấu cho công trình, và (8) Jet Grouting có thể được

ứng dụng rộng rãi ở Đồng bằng sông Cửu Long để gia cố lún đường đầu cầu Quy

trình công nghệ Jet Grouting cho mục đích gia cố đường dẫn đầu cầu đã được phát thảo

SUMMARY OF THESIS

Topic

REINFORCING SOLUTION BRIDGE APPROACHING EMBANKMENT

BY JET GROUTING TECHNOLOGY BASE ON LABORATORY INVESTIGATION OF TAM BANG AND VAM DINH BRIDGE IN DONG

THAP PROVINCE

Differential settlement at the roadway/bridge interface typically results in an abrupt grade change, causing driver discomfort, impairing driver safety, and exerting a potentially excessive impact traffic loading on the abutment The current techniques

to reinforce bridge approaching embankments mitigating settlement have been ineffective and less sustainable Jet Grouting has high potential application to lessen settlement at bridge approaching embankments but has limit applications in Vietnam About 200 specimens were created with various cement types,

water/cement ratios (w/c) , and cured in various curing times to examine soilcrete

characteristics such as: Unconfined compressive strength (UCS), secant modulus of elasticity, and strain at failure Base on the experimental data, the following conclusions are drawn: (1) UCS at a curing time of 3 days is about 0.5 times of 28 days and higher 4 to 11 times than those of the in-situ soils, (2) Secant modulus of elasticity varying from 43 to 147 times to UCS, (3) Strain at failure varying from 1

to 3%, (4) UCS increase with increasing in percentage of slag, and (5) w/c = 1/0.7

providing suitable soilcrete strength and viscocity Base on behavior of soilcrete created in laboratory, reinforcing plans of Tam Bang and Vam Dinh brigde were built The results of consolidated settlements analysis indicate that (6) Jet Grouting reinforcing Tam Bang and Vam Dinh bridges meets requirements of the 22TCN 211-06 Code, (7) Jet Grouting can mitigate eco-socio impacts in the community, and (8) Jet Grouting can be widely applied to reinforce settlement of bridge approaching embankments in the Mekong Delta Jet Grouting process technology for the purpose of reinforcing the approaching embankment of Tam Bang and Vam Dinh bridge was proposed

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ: “NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ XỬ

LÝ LÚN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU BẰNG CÔNG NGHỆ JET GROUTING DỰA TRÊN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG CHO CẦU TÁM BANG VÀ CẦU VÀM ĐINH TỈNH ĐỒNG THÁP” là đề tài do chính cá nhân tôi thực hiện

Đề tài được thực hiện theo đúng nhiệm vụ luận văn thạc sĩ, không phải sao chép của

cá nhân nào, các số liệu trong luận văn là số liệu trung thực Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung của luận văn này

Xin dâng tặng luận văn này cho cha mẹ và các dì của tôi

MỤC LỤC

MỤC LỤC vii

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xiv

DANH MỤC HÌNH ẢNH xiv

MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 3

2.1 Tổng quan về công nghệ Jet Grouting 3

2.2 Tổng quan về hiện tượng lún đường đầu cầu 6

3 ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU 7

4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 8

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9

6 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 9

7 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 9

8 Ý NGHĨA ĐỀ TÀI 10

9 TỔ CHỨC LUẬN VĂN 10

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11

1.1 THÍ NGHIỆM TRỘN ĐẤT VỚI XI MĂNG TRONG PHÒNG 11

1.1.1 Định nghĩa các thông số liên quan 11

1.1.2 Thí nghiệm xác định độ Nm 13

1.1.3 Thí nghiệm xác định khối lượng riêng 14

1.1.4 Xác định khối lượng riêng của vữa 14

1.1.5 Chế tạo mẫu trong phòng 15

1.1.6 Thí nghiệm nén nở hông tự do 17

1.2 LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH LÚN 19

1.2.1 Phân tích độ lún cố kết 19

1.2.2 Phân tích độ lún cố kết theo thời gian 20

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA SOILCRETE CHẾ TẠO TRONG PHÒNG 21

2.1 VN TRÍ NGHIÊN CỨU 21

2.2 VẬT LIỆU THÍ NGHỆM 21

2.2.1 Đất thí nghiệm 21

2.2.2 Xi măng 21

2.2.3 Nước 21

2.3 THIẾT BN THÍ NGHIỆM 24

2.3.1 Thiết bị chế tạo mẫu trong phòng 24

2.3.2 Máy nén trong phòng thí nghiệm 24

2.4 TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 25

2.4.1 Lựa chọn tỷ lệ nước/xi măng (w/c) để trộn vữa 25

2.4.2 Chế tạo mẫu soilcrete 25

2.4.3 Nén mẫu bằng thí nghiệm UCS 26

2.5 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

2.5.1 Ảnh hưởng của thời gian bảo dưỡng đến cường độ nén nở hông tự do 31 2.5.2 Cường độ nén nở hông tự do ở 3 ngày tuổi 33

2.5.3 Tốc độ phát triển cường độ của soilcrete 33

2.5.4 Ảnh hưởng của loại đất đến qu28 35

2.5.5 Ảnh hưởng của loại xi măng và tỷ lệ nước/xi măng, w/c đến qu28 35

2.5.6 Quan hệ giữa biến dạng lúc phá hoại, εf và qu28 37

2.5.7 Quan hệ giữa mô đun đàn hồi cát tuyến E50 và cường độ nén nở hông tự do, qu 37

2.6 TÓM TẮT CHƯƠNG 2 39

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN GIA CỐ ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU TÁM BANG VÀ CẦU VÀM ĐINH BẰNG JET GROUTING 40

3.1 HIỆN TRẠNG VÀ BẢN CHẤT LÚN TẠI VN TRÍ NGHIÊN CỨU 40

3.1.1 Hiện trạng 40

3.1.2 Bản chất lún 40

3.2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN 42

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu 42

3.2.2 Phân tích lún 42

3.2.3 Tiêu chí thiết kế 43

3.2.4 Các thông số thiết kế 43

3.3 THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN GIA CỐ 45

3.3.1 Xác định độ lún khi chưa gia cố 45

3.3.2 Thiết kế phương án gia cố 45

3.4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50

3.4.1 Độ lún sau khi gia cố 50

3.4.2 Tốc độ lún 50

3.4.3 Độ êm thuận sau khi gia cố 52

3.5 TÓM TẮT CHƯƠNG 3 55

CHƯƠNG 4: PHÁT THẢO QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ JET GROUTING

CHO MỤC ĐÍCH GIA CỐ ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU 56

4.1 PHẠM VI ÁP DỤNG 56

4.2 CÁC THUẬT NGỮ ĐNNH NGHĨA 56

4.3 CÁC TÀI LIỆU VIỆN DẪN 57

4.4 CÁC QUY ĐNNH CHUNG 58

4.4.1 Quy trình thiết kế và thi công gia cố nền bằng cọc đất – xi măng 58

4.4.2 Các thông tin cần xác định trước khi thiết kế, thi công Jet Grouting 58

4.5 KHẢO SÁT ĐNA CHẤT 58

4.6 VẬT LIỆU SỬ DỤNG 59

4.7 CÁC XEM XÉT KHI THIẾT KẾ 60

4.7.1 Phần chung 60

4.7.2 Lựa chọn thông số vận hành 60

4.7.3 Kích thước hình học 61

4.7.4 Các đặc trưng về cường độ, biến dạng của soilcrete 61

4.7.5 Thí nghiệm hiện trường 61

4.7.6 Nội dung hồ sơ thiết kế 62

4.8 THI CÔNG JET GROUTING 63

4.8.1 Phần chung 63

4.8.2 Thiết bị thi công Jet Grouting phun đôi 64

4.8.3 Công tác chuN n bị 65

4.8.4 Công tác phụt thử 65

4.8.5 Công tác khoan tạo lỗ 65

4.8.6 Quá trình phụt vữa cao áp 66

4.8.7 Bùn dư và kiểm soát bùn dư 66

4.8.8 Công tác sau khi thi công 66

4.8.9 Các hồ sơ ở công trường 67

4.9 GIÁM SÁT, KIỂM TRA, VÀ NGHIỆM THU 68

4.9.1 Phần chung 68

4.9.2 Các thí nghiệm kiểm tra 68

4.9.3 Giám sát và kiểm tra trong thi công 69

4.9.4 Kiểm tra về đặc trưng hình học 70

4.9.5 Kiểm tra về mặt cơ học 70

4.9.6 Quan trắc 71

4.9.7 Nghiệm thu 71

4.10 CÁC YÊU CẦU ĐẶC BIỆT 72

4.10.1 Tuân thủ theo các tiêu chuN n, quy định hiện hành 72

4.10.2 An toàn lao động 72

4.10.3 Yêu cầu bảo vệ môi trường 73

KẾT LUẬN, KIẾN NGHN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 74

5.1 TÓM TẮT VÀ KẾT LUẬN 74

5.1.1 Ứng xử của soilcrete chế tạo trong phòng 74

5.1.2 Phương án gia cố đường dẫn đầu cầu Tám Bang và Vàm Đinh 74

5.1.3 Quy trình công nghệ Jet Grouting đầu phun đôi 75

5.2 KIẾN NGHN 76

5.3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

- C v , C v tb = Hệ số cố kết, hệ số cố kết trung bình

- e, e o , e oi = Hệ số rỗng, hệ số rỗng ban đầu, hệ số rỗng ban đầu lớp

đất thứ i

- H, H i , H r , H e = Chiều cao mẫu, chiều dày lớp đất thứ i, chiều dài cọc gia

cố, chiều cao đất đắp nền đường

- M, M w , M s = Khối lượng mẫu, khối lượng nước, khối lượng hạt

- m soil , m g , m c , m w = Khối lượng đất, vữa, xi măng, nước cần thiết để trộn

- S = Khoảng cách giữa tim hai cọc soilcrete

- S i , S ∆ = Độ lún cố kết tại lớp thứ i, độ lún chênh lệch

- S c , S t = Độ lún cố kết, độ lún cố kết theo thời gian

- V, V s , V v = Thể tích khuôn, thể tích pha rắn, thể tích pha rỗng

- V w , V c , V g = Thể tích nước, thể tích xi măng, thể tích vữa

- γw, γ dn, γ e = Trọng lượng riêng của đất, trọng lượng riêng đN y nổi của

đất, trọng lượng riêng trung bình của đất đắp nền đường

- ρw , ρ d, ρs = Khối lượng riêng tự nhiên, khối lượng riêng khô, khối

lượng riêng của hạt đất

- σ0i,∆ , σi i

c

σ = Ứng suất do trọng lượng bản thân của đất, do tải trọng

ngoài, áp lực cố kết trước tại lớp đất thứ i

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Chỉ tiêu cơ lý của đất thí nghiệm 22

Bảng 2.2: Chỉ tiêu cơ lý của xi măng PCB40 22

Bảng 2.3: Hàm lượng tối đa cho phép của các thành phần trong nước trộn vữa 22

Bảng 3.1: Chỉ tiêu cơ lý cầu Tám Bang và cầu Vàm Đinh 41

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Các thành phần trong mẫu soilcrete 12

Hình 1.2: Biểu đồ quan hệ ứng suất, qu, và biến dạng, ε 19

Hình 2.1: Vị trí nghiên cứu 23

Hình 2.2: Trộn đất với vữa 28

Hình 2.3: Khuôn chứa mẫu sau khi đúc 28

Hình 2.4: Gia công mẫu trước khi nén 29

Hình 2.5: Đo kích thước mẫu trước khi nén 29

Hình 2.6: Mẫu trong khi nén 30

Hình 2.7: Mẫu khi phá hoại 30

Hình 2.8: Quan hệ giữa thời gian bảo dưỡng, t và cường độ nén nở hông tự do, q u32 Hinh 2.9: Cường độ nén nở hông tự do của đất nguyên thổ và soilcrete ở 3 ngày tuổi 34

Hình 2.10: Tốc độ phát triển cường độ của soilcrete với các loại xi măng khác nhau 34

Hình 2.11: Ảnh hưởng của loại đất đến qu 28 36

Hình 2.12: Ảnh hưởng của tỷ lệ w/c đến q u28 36

Hình 2.13: Ảnh hưởng của loại xi măng đến q u28 38

Hình 2.14: Quan hệ giữa biến dạng lúc phá hoại và q u28 tạo từ xi măng A và B 38

Hình 2.15: Quạn hệ giữa E 50 và q u28 của soilcrete tạo từ xi măng A và B 38

Hình 3.1: Độ lún cố kết khi chưa gia cố của đường dẫn vào cầu 46

Hình 3.2: Mặt bằng gia cố cầu Tám Bang và Vàm Đinh 48

Hình 3.3: Mặt cắt dọc tim cầu gia cố cầu Tám Bang và Vàm Đinh 49

Hình 3.4: Độ lún sau gia cố 51

Hình 3.5: Tốc độ lún sau gia cố 53

Hình 3.6:Hình dạng đường dẫn vào cầu 54

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Đường dẫn vào cầu làm nhiệm vụ chuyển tiếp độ cứng và độ lún chênh lệch

giữa đường với cầu, đảm bảo sự êm thuận cho người, và phương tiện lưu thông trên tuyến Phần đất đắp ngay sau mố (trong phạm vi 3-5 m) thường xảy ra độ lún lớn gây chênh lệch cao độ đỉnh mố và đường sau khi công trình đưa vào khai thác ở Việt Nam Việc lưu thông trên tuyến đường sẽ gặp nhiều khó khăn khi độ lún này vượt quá 30 mm, gây mất cảm giác êm thuận, ảnh hưởng đến sự an toàn, hàng hóa

bị vỡ, và tạo nên lực xung kích phụ thêm tại mố cầu (Phan Quốc Bảo 2015)

Hầu hết các cầu trên các tỉnh lộ thuộc tỉnh Đồng Tháp đều xảy ra hiện tượng lún

đường dẫn đầu cầu trong quá trình khai thác dựa trên số liệu khảo sát của nhóm

nghiên cứu Hiện tượng lún này cũng xảy ra hầu hết ở các cầu ở Đồng Bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) như các cầu trên tuyến Quản lộ-Phụng Hiệp, Đường Xuyên Á nối TP Cà Mau và TP Rạch Giá, v.v Lún đường dẫn vào cầu đắp trên đất yếu là hiện tượng phổ biến, không chỉ riêng tại Việt Nam mà cả các nước phát triển Kết quả điều tra gần đây (2005) cho thấy khoảng 25% công trình cầu của Hoa Kỳ cũng

đang gặp vấn đề tương tự (Phan Quốc Bảo 2013) Tại nước ta, một số công trình bị

sự cố ngay trong quá trình đang thi công, và số lớn khác bị sự cố chỉ sau thời gian

sử dụng ngắn Điểm khác biệt là tại các công trình cầu ở Việt Nam độ lún lệch giữa cầu và đường có quy mô lớn hơn, thời điểm bắt đầu xảy ra hiện tượng lún lệch cũng sớm hơn, gây dư luận xấu cho chất lượng công trình (Phan Quốc Bảo 2013, Nguyễn Thị Thu Hằng 2008)

Một phân tích qua 20 cầu gặp sự cố ở nước ta trong 15 năm trở lại đây cho thấy nguyên nhân chủ yếu của các trường hợp cầu bị sự cố là do chưa xử lý tốt nền đất yếu Việc thiết kế biện pháp xử lý nền đất yếu không thích hợp là nguyên nhân trực tiếp và gây ra sự cố lớn nhất ở đường dẫn sau mố cầu (Nguyễn Thị Thu Hằng 2008)

Là khu vực có tiềm năng phát triển, ĐBSCL có lớp đất yếu phân bố rộng, nằm gần trên bề mặt địa hình tự nhiên và chiều dày lớn Do đó, đường đắp trên đất yếu tại đây chiếm tỷ trọng lớn và đòi hỏi phải có biện pháp xử lý nền Dựa vào chiều dày lớp đất yếu, ĐBSCL có thể chia thành ba khu vực (Nguyễn Việt Hùng 2011):

Khu vực I có lớp đất yếu dày từ 1 – 30 m, bao gồm các vùng ven thành phố

Hồ Chí Minh, thượng nguồn các sông Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, phía tây Đồng Tháp Mười, rìa quanh vùng Bảy Núi cho tới vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá, rìa

Đông Bắc đồng bằng từ Vũng Tàu đến Biên Hòa

Khu vực II có lớp đất yếu dày 5 – 30 m ở lân cận khu vực trên, chiếm đại bộ phận đồng bằng và khu trung tâm Đồng Tháp Mười

Khu vực III có lớp đất yếu dày từ 15 – 30 m chủ yếu thuộc lãnh thổ các tỉnh Vĩnh Long, Bến Tre tới vùng duyên hải các tỉnh Bạc Liêu, Cà Mau, Hậu Giang, Tiền Giang, Sóc Trăng

Theo quyết định 3095/QĐ-BGTVT 07/10/2013 có ba biện pháp khắc phục lún

đầu cầu trong quá trình khai thác như: bù lún, bơm vữa, và thay thế

So với các giải pháp trên, Jet Grouting có ưu điểm là xử lý được lớp đất yếu có chiều dày lớn mà không chiếm dụng nhiều diện tích, không phá vỡ lớp kết cấu bên trên gây ảnh hưởng đến giao thông trong quá trình thi công Mặt khác, Jet Grouting

có thể áp dụng được cho tất cả các loại đất

Xuất hiện ở nước ta từ năm 1999 (Trần Nguyễn Hoàng Hùng 2011), công nghệ Jet Grouting chủ yếu chỉ được áp dụng cho các công trình thủy lợi, đặc biệt là chống thấm và giảm dòng thấm qua các công trình đê đập Dù vậy, Jet Grouting vẫn còn là một công nghệ mới đối với nước ta Hiện nay, mới chỉ có một tiêu chuN n cấp

cơ sở của Viện Khoa học Thủy lợi TCCS 05:2010 là có hướng dẫn sử dụng phương pháp Jet Grouting (Trần Nguyễn Hoàng Hùng 2011 trích nguồn từ Nguyễn Quốc Dũng et al 2010b) Ngành giao thông và xây dựng vẫn chưa có tiêu chuN n ngành hướng dẫn ứng dụng (Trần Nguyễn Hoàng Hùng 2011) Nghiên cứu và áp dụng công nghệ Jet Grouting để xử lý các vấn đề của ngành giao thông nói chung và hiện tượng lún ở đường đầu cầu nói riêng là cần thiết

2 TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

Nghiên cứu tổng quan nhằm khái quát các cơ sở lý thuyết và các kết quả nghiên cứu đã được công bố liên quan đến đề tài đang thực hiện Kết quả ban đầu của nghiên cứu tổng quan là cơ sở cần thiết để xác định mục tiêu, xây dựng cơ sở lý thuyết, và lựa chọn phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu tổng quan của

luận văn được trình bày chi tiết ở Phụ lục A bao gồm hai phần: (1) tổng quan về

công nghệ Jet Grouting và (2) tổng quan về hiện tượng lún đường đầu cầu Một số kết quả nổi bật rút ra từ kết quả nghiên cứu tổng quan được trình bày tóm tắt trong mục này

2.1 Tổng quan về công nghệ Jet Grouting

Jet Grouting là công nghệ sử dụng tia (vữa hoặc nước) ở áp lực cao để xói, thay thế và trộn đất với vữa tạo thành sản phN m gọi là soilcrete, nhằm mục đích cải thiện

đất (Essler và Yoshida 2004, Choi 2005, Townsend 2004) Jet Grouting được phát

triển vào những năm 1970 tại Nhật Bản Từ giữa thập niên 1970, Jet Grouting được xuất khN u sang châu Âu và bắt đầu được sử dụng rộng rãi tại đó Giai đoạn cuối những năm 1970 đầu những năm 1980, Jet Grouting xuất hiện và phát triển ở Bắc

Mỹ dưới dạng đầu phun đơn (Xanthakos et al 1994, Essler & Yoshida 2004) Tại Việt Nam, Jet Grouting xuất hiện lần đầu vào năm 1999 (Trần Nguyễn Hoàng Hùng 2011), được áp dụng chủ yếu trong ngành Thủy Lợi (Nguyễn Quốc Dũng et al

2005, Nguyễn Quốc Dũng et al 2010) Bộ thiết bị Jet Grouting hoàn chỉnh được cải tiến và lắp ráp từ các linh kiện có sẵn trong nước đã được thử nghiệm thành công tại

TP HCM vào năm 2012 (Lê Thọ Thanh et al 2013a ,Lê Thọ Thanh et al 2013b, Lê Thọ Thanh và Trần Nguyễn Hoàng Hùng 2012)

2.1.1 Phân loại công nghệ Jet Grouting

Jet Grouting có ba dạng cơ bản bao gồm (Xanthakos et al 1994, Essler & Yoshida 2004, Choi 2005):

- Jet Grouting đầu phun đơn: Vữa được bơm trực tiếp với vận tốc lớn để xói

và trộn với đất

- Jet Grouting đầu phun đôi: được cải tiến từ Jet Grouting đầu phun đơn, tia vữa được bao bọc xung quanh bởi khí nén nhằm nâng cao khả năng xói đất,

đặc biệt là đất ở dưới mặt nước ngầm

- Jet Grouting đầu phun ba: công nghệ này sử dụng ba thành phần khí, nước và vữa Tia nước được bao bọc bởi khí để tăng khả năng xói được đặt phía trên dòng vữa

2.1.2 Phạm vi ứng dụng

Jet Grouting là một công cụ đặc biệt linh hoạt và được áp dụng trong những lĩnh vực sau đây (Essler & Yoshida 2004):

- Kiểm soát mực nước ngầm

- Kiểm soát chuyển vị

2.1.3 Ưu Điểm của Jet Grouting

- Có thể sử dụng cho tất cả các loại đất, từ đất dính cho đến đất rời (Brill

2003, Choi 2005, Xanthakos et al 1994)

- Tất cả những công việc đều được thư hiện trên bề mặt của đất hiện trường, cải thiện được nhiều vấn đề của đất: cường độ, thấm, độ chặt v.v

(Brill 2003, Choi 2005)

- Có thể tạo ra mọi hình dạng: cọc, tường chắn v.v (Brill 2003)

- Có thể tương tác tốt với móng của các công trình hiện hữu (Brill 2003)

- Có thể thi công trong không gian hẹp (Brill 2003, Choi 2005)

- Hạn chế rung động, tiếng ồn và chuyển vị của công trình hiện hữu khi thi công (Brill 2003, Choi 2005)

2.1.4 Nhược điểm của Jet Grouting

- Quá trình thi công Jet Grouting khó kiểm soát lượng bùn dư nên có thể

xN y ra hiện tượng phình trồi hoặc chuyển vị hông (Xanthakos et al 1994)

- Vẫn chưa có phương pháp xác định đường kính cọc tin cậy (Xanthakos

et al 1994, Croce & Flora 2000)

2.1.5 Nguyên lý hình thành cường độ soilcrete

Soilcrete là một hỗn hợp gồm đất vụn trộn với lượng xi măng và nước, các hạt

đất được liên kết với vữa xi măng Tuy nhiên, khác với bê tông, các hạt đất này

không được hoàn toàn bao bộc bởi vữa Các hạt xi măng gắn các hạt xi măng liền

kề với nhau, làm cứng và hình thành bộ khung bao quanh các hạt đất Cường độ của cấu trúc soilcrete chủ yếu đạt được là do ba giai đoạn phản ứng như sau: (a) Phản

ứng thủy hóa của xi măng, (b) Phản ứng trao đổi ion, và (c) Phản ứng pozzolan

(Tensar Corp 1998, Wang 2002, Bergado et al 1996, và Kamruzzaman 2002)

Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của soilcrete

(1).Cường độ của soilcrete chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi hàm lượng bụi và sét trong đất nguyên thổ Cường độ của soilcrete tăng dần theo thứ tự từ đất sét cho tới sỏi (Lurnadi 1997, Xanthakos et al 1994, Burke 2004)

(2).Hàm lượng hữu cơ càng tăng thì cường độ của soilcrete càng giảm

(Kitazume & Terashi 2013, Axesson et al 2002, Janz & Johansson 2002, Huat et al 2005), hàm lượng hữu cơ lớn hơn 2% ảnh hưởng rất lớn đến

cường độ của soilcrete (Tensar Corp 1998)

(3).Cường độ của soilcrete chỉ hình thành và phát triển khi độ pH ít nhất là bằng

5 Khi độ pH lớn hơn 10 thì cường độ của soilcrete tăng đột biến (Babasaki

et al 1996 nguồn từ Kitazume & Terashi 2013, Shen et al 2011)

(4).Cường độ của soilcrete phụ thuộc rất lớn vào loại xi măng dùng để gia cố Mỗi loại xi măng khác nhau thì thích hợp để gia cố cho mỗi loại đất khác nhau Cần thực hiện các thí nghiệm trong phòng để xác định ảnh hưởng của

xi măng đến sự phát triển cường độ của soilcrete (Porbaha et al 2000, Kitazume & Terashi 2013)

(5).Cường độ của soilcrete chịu ảnh hưởng bởi tỷ lệ xi măng/nước (c/w) Cường

độ và thời gian hóa cứng tăng khi gia tăng tỷ lệ c/w (Xanthakos et al 1994

và Croce et al 2014)

(6).Cường độ của soilcrete tăng theo thời gian bảo dưỡng (Croce et al 2014, Kitazume & Terashi 2013, Tan et al 2012, Porbaha et al 2000)

2.2 Tổng quan về hiện tượng lún đường đầu cầu

Trong mạng lưới giao thông đường bộ, đường đắp đầu cầu là một trong những hạng mục công trình quan trọng, đòi hỏi có những nghiên cứu và xử lý bằng những giải pháp kỹ thuật riêng biệt đáp ứng cácyêu cầu về cường độ, độ ổn định, sự êm thuận, và thN m mỹ Trên thực tế, những đoạn đường đầu cầu thường đắp cao và có tiêu chuN n về độ lún thấp hơn độ lún cho phép của công trình cầu, dẫn đến khu vực nền đường đầu cầu kém ổn định, đồng thời xN y ra sự lún không đều giữa bộ phận nền đường và bộ phận cầu (Phan Quốc Bảo 2015)

2.2.1 Nguyên nhân

Sự cố kết của đất tự nhiên bên dưới nền đắp là một trong những nhân tố quan trọng quyết định đến độ lún của đường dẫn vào cầu (Đỗ Thị Mỹ Chinh 2016) Độ lún của đất nền sẽ xuất hiện ngay sau khi có tải trọng đất đắp tác dụng lên và sẽ tiếp tục lún theo thời gian dài Khi đất nền tự nhiên bên dưới là đất yếu, việc thi công

đoạn đường dẫn vào cầu sẽ có độ lún lớn hơn nền đắp thông thường khác, đòi hỏi

phải có các biện pháp xử lý tốn kém nhưng độ lún vẫn cứ tiếp diễn do quá trình cố kết trong đất yếu (Phan Quốc Bảo 2013 và 2015, Nguyễn Thị Thu Hằng 2008) Nguyên nhân là do:

- Sự thiếu kinh nghiệm và bất cN n của các đơn vị khảo sát;

- Phương pháp xử lý nền đất yếu không hiệu quả;

- Không đủ thời gian đắp gia tải và thời hạn chờ lún

2.2.2 Các giải pháp hiện nay

Cầu mới

Các giải pháp được thiết kế theo nguyên tắc thay thế hoặc cải thiện chỉ tiêu cơ lý của lớp đất yếu hiện hữu (Phan Quốc Bảo 2015):

- Cải thiện chỉ tiêu cơ lý của đất bằng cọc đất gia cố xi măng;

- Phun chất kết dính cải thiện các chỉ tiêu cơ lý của đất;

- Tăng cường sức kháng cắt của đất bằng các lớp vải địa kỹ thuật;

- Sử dụng hệ cọc đá ba lát;

Các giải pháp được thiết kế theo nguyên tắc sử dụng hệ cọc để truyền tải trọng công trình xuống tầng đất có chỉ tiêu cơ lý tốt hơn nằm sâu bên dưới (Phan Quốc Bảo 2015):

- Kết cấu sàn giảm tải;

- Kết cầu móng cọc kết hợp vải địa kỹ thuật

Các giải pháp thiết kế theo nguyên tắc cố kết trước

- Sử dụng giếng cát kết hợp vời gia tải trước;

- Sử dụng bấc thấm kết hợp với gia tải trước;

- Giải pháp bơm hút chân không

Một số giải pháp khác: (Phan Quốc Bảo 2015)

- Sử dụng vật liệu nhẹ làm vật liệu đắp đường dẫn vào cầu;

- Sử dụng giải pháp đất có cốt kết hợp với tường chắn;

- Sử dụng kết cấu bản quá độ;

- Các giải pháp kết hợp v.v

Cầu trong quá trình khai thác

Theo quyết định 3095/QĐ-BGTVT 07/10/2013 có ba biện pháp khắc phục đối với cầu đang trong quá trình khai thác như sau: bù lún, bơm vữa, và thay thế

3 ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU

Những công trình cầu đã đưa vào sử dụng có hiện tượng lún tại vị trí tiếp giáp giữa cầu và đường gây khó chịu cho người tham gia giao thông, hư hỏng xe cộ, phá hỏng hàng hóa, phát sinh tải trọng xung kích và trùng phục phụ thêm tác dụng lên

mố cầu Đất yếu và biện pháp xử lý đất yếu không hiệu quả là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng lún tại đường đầu cầu Các biện pháp khắc phục hiện nay theo 3095/QĐ-BGTVT 07/10/2011 đối với cầu đang trong quá trình khai thác nhìn chung chưa hiệu quả vì:

Với biện pháp bù lún: Chỉ là biện pháp tạm thời, chỉ giải quyết trước mắt hiện tượng lún

Với biện pháp bơm vữa: Chỉ khắc phục được hiện tượng “lỗ mọt” ở dưới bản quá độ, không giải quyết được nguyên nhân lún do nền đất yếu ở bên dưới

Với biện pháp thay thế: Là biện pháp tốn kém nhất và khi tiến hành thay thế

sẽ làm giao thông bị gián đoạn trong thời gian dài

Jet Grouting là phương pháp gia cố đất bằng cách phun vữa xi măng với áp lực

và vận tốc cao để phá vỡ cấu trúc đất, trộn đất với xi măng tạo thành sản phN m gọi

là soilcrete có tính chất đặc biệt như cường độ cao và biến dạng thấp Công nghệ Jet Grouting có thể ứng dụng để gia cố đất với mục đích chuyển tải trọng móng từ lớp

đất yếu sang lớp đất có đủ khả năng chịu tải Jet Grouting có ưu điểm là có thể xử lý

những lớp đất yếu sâu bên dưới mà không cần phải đào hay phá hủy lớp kết cấu bên trên, có thể thi công ở không gian chật hẹp Do đó, giao thông không bị gián đoạn khi thi công Jet Grouting Tuy nhiên, Jet Grouting là công nghệ mới ở Việt Nam và chưa được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực giao thông Vì vậy, việc ứng dụng công nghệ này để xử lý lún ở đường đầu cầu tại cầu Tám Bang và cầu Vàm Đinh là một bước đi tiên phong trong ngành, hứa hẹn mang lại giải pháp mới thực sự hiệu quả

4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất giải pháp gia cố hiện tượng lún tại đường đầu cầu cho cầu Tám Bang và cầu Vàm Định tỉnh Đồng Tháp bằng công nghệ Jet Grouting Mục tiêu cụ thể như sau:

a Tìm hiểu về công nghệ Jet Grouting và hiện tượng lún tại đường đầu cầu

b Xác định bản chất lún tại đường đầu cầu tại vị trí cầu Tám Bang và cầu Vàm

Đinh

c Chế tạo các mẫu đất địa phương trộn với xi măng nhằm tìm ra phương án tối

ưu để tạo soilcrete đạt yêu cầu cho vị trí thử nghiệm

thí nghiệm

Đinh dựa trên các phân tích ứng xử của soilcrete được tạo ra trong phòng

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu của đề tài là kết hợp giữa nghiên cứu tổng quan, thu thập số liệu thực tế, và thí nghiệm trong phòng Cụ thể như sau:

a Nghiên cứu tổng quan về Jet Grouting và hiện tượng lún tại đường đầu cầu

b Thu thập các số liệu về hiện tượng lún, phân tích, và xác định bản chất lún

đường đầu cầu ở vị trí cầu Tám Bang và cầu Vàm Đinh

c Thực hiện thí nghiệm nén nở hông tự do (UCS) của các mẫu soilcrete được chế tạo trong phòng để xác định cường độ và biến dạng

d Thiết kế tỷ lệ nước/xi măng hợp lý ứng với bộ thông số vận hành Jet Grouting để tạo ra soilcrete đảm bảo chất lượng

e Thiết kế và mô phỏng các phương án để đánh giá tính khả thi khi gia cố

đường đầu cầu tại vị trí cầu Tám Bang và cầu Vàm Đinh bằng Jet Grouting

f Thiết kế kỹ thuật phương án gia cố khả thi tại vị trí cầu Tám Bang và cầu Vàm Đinh

6 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Vị trí thí nghiệm của đề tài là một bên mố tại cầu Tám Bang (Km 10 + 891) và một bên mố tại cầu Vàm Đinh (Km 10 + 620) trên đường ĐT 852 thuộc tỉnh Đồng Tháp Mẫu soilcrete chế tạo trong phòng được tạo ra từ xi măng trộn với đất tự nhiên tại cầu Tám Bang và cầu Vàm Đinh thuộc tỉnh Đồng Tháp

7 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Kết quả dự kiến của đề tài nghiên cứu là phân tích ứng xử và đánh giá chất lượng của đất tại cầu Tám Bang và Vàm Đinh trộn xi măng trong phòng, trên cở sở

dụng hiệu quả và bền vững trong gia cố đường dẫn đầu cầu Tám Bang và Vàm

Đinh Thiết kế phương án gia cố đường đầu cầu Tám Bang và Vàm Đinh dựa trên

các số liệu được đề nghị ở trên

8 Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

Việc đề xuất phương án khả thi khi sử dụng Jet Grouting để xử lý lún đường đầu cầu tại cầu Vàm Đinh và cầu Tám Bang giúp tỉnh Đồng Tháp nói riêng và khu vực

Đồng Bằng Sông Cửu Long nói chung có thêm một biện pháp mới để xử lý hiện

tượng lún tại đường đầu cầu đang trong quá trình khai thác Mặt khác, đề tài này sẽ gợi mở thêm nhiều ý tưởng và là tài liệu tham khảo bổ ích cho các nghiên cứu sinh, học viên cao học muốn nghiên cứu về công nghệ Jet Grouting

9 TỔ CHỨC LUẬN VĂN

Phần chính của luận văn là kết quả thí nghiệm trong phòng khi trộn đất lấy tại hiện trường với xi măng và phương án gia cố cầu Tám Bang và cầu Vàm Đinh Phần mở đầu trình bày vấn đề, phương pháp nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, và

động lực nghiên cứu Chương 1 trình bày về cơ sở lý thuyết Quá trình thí nghiệm

và các kết luận được rút ra từ thí nghiệm UCS của các mẫu chế tạo trong phòng

được thể hiện ở Chương 2 Dựa trên các kết luận rút ra từ Chương 2, Chương 3

trình bày phương án gia cố đường dẫn đầu cầu Tám Bang và cầu Vàm Đinh Chương 4 trình bày quy trình kỹ thuật khi ứng dụng Jet Grouting đầu phun đôi gia

cố đường dẫn đầu cầu Dựa trên các kết quả nghiên cứu ở Chương 2, 3, và 4, phần kết luận, kiến nghị, và hướng nghiên cứu tiếp theo được đưa ra ở cuối luận văn Phụ lục luận văn bao gồm 03 phần Phụ lục A trình bày tổng quan về công nghệ Jẹt Grouting và hiện tượng lún tại đường dẫn đường đầu cầu Kết quả thí nghiệm UCS của đất lấy tại hiện trường trộn với xi măng được thể hiện trong phụ lục B Phụ lục C trình bày các bước và kết quả phân tích lún trước và sau khi gia cố đường dẫn đầu cầu Tám Bang và Vàm Định bằng Jet Grouting

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 THÍ NGHIỆM TRỘN ĐẤT VỚI XI MĂNG TRONG PHÒNG

1.1.1 Định nghĩa các thông số liên quan

Công nghệ trộn đất với xi măng bằng tia vữa áp lực cao (Jet Grouting) khác với công nghệ trộn đất với xi măng bằng cánh trộn kim loại là rất khó xác định chính xác thể tích đã gia cố (Trần Nguyễn Hoàng Hùng et al 2012a, Lý Hữu Thắng 2013,

Lê Thọ Thanh 2013) Đối với đất trộn xi măng bằng tia vữa áp lực cao không tồn tại khái niệm hàm lượng xi măng trên một thể tích gia cố mà thay vào đó là khái niệm

tỷ lệ vữa thay thế đất nguyên thổ Croce & Flora (2000) đã đưa ra mô hình soilcrete sau khi gia cố thông qua khái niệm tỷ lệ vữa thay thế đất nguyên thổ và được định

nghĩa cụ thể ở Hình 1.1 Đối với đất nguyên thổ bao gồm hai thành phần chính: Vs1

là thể tích pha rắn (thể tích hạt) và Vv1 là thể tích pha rỗng (nước và khí) Thành

phần của đất đã được trộn với xi măng bằng tia vữa áp lực cao bao gồm Vs2 là thể

tích phần hạt còn sót lại và Vv2 là thể tích phần vữa chiếm chỗ phần thể tích hạt, nước, và phần khí có trong đất nguyên thổ Nếu vữa thay thế hoàn toàn nước và khí

trong đất tự nhiên thì Vv2 chỉ có thể tích vữa Tỷ lệ của từng thành phần trong đất đã

được trộn với xi măng bằng tia vữa áp lực cao ảnh hưởng đến chất lượng của

soilcrete Việc chuN n hóa các mẫu thí nghiệm trong phòng khi trộn với xi măng để

mô phỏng sự tương tác giữa đất nguyên thổ và xi măng trong quá trình thi công ở ngoài hiện trường là cần thiết

(a) Đất tự nhiên (b) .Đất vừa mới

được bơm vữa

(c) Soilcrete

Hình 1.1: Các thành phần trong mẫu soilcrete (Croce & Flora 2000)

1.1.1.1 Các thông số liên quan

Công thức (1.1) thể hiện mối liên quan giữa thể tích khuôn đúc và thể tích vữa trộn được xác định (theo Croce & Flora 2000):

trong đó: V là thể tích khuôn đúc mẫu, Vj: thể tích vữa cần dùng để trộn vào mẫu

đất, và n: độ rỗng ban đầu của mẫu đất tính theo (1.2)

V

V V V

δ: phần trăm lỗ rỗng đất lắp đầy bởi vữa tính theo (1.5)

1.1.1.2 Mối quan hệ giữa các thông số liên quan

Croce & Flora (2000) giả định vữa lấp đầy các lỗ rỗng trong đất nên δ = 1 Từ

công thức (1.2) và (1.4) tính được thể tích hạt còn sót lại theo công thức (1.6)

Độ N m của đất tự nhiên thể hiện hàm lượng nước chứa trong pha rỗng của đất

nguyên thổ Từ độ N m của đất có thể đánh giá được trạng thái và mối quan hệ giữa các pha rắn – lỏng – khí trong đất đất tự nhiên Thí nghiệm xác định độ N m của đất

được tiến hành theo tiêu chuN n ASTM D2216 và TCVN 4196:2012, nhằm xác định

C đến khối lượng không đổi Hàm lượng nước trong đất được xác định là lượng nước mất

đi do đã được sấy khô Độ N m được tính bằng tỷ số giữa lượng nước và khối lượng đất khô, được xác định bởi công thức (1.9)

100

w s

M w M

trong đó: w là độ N m của đất (%), M w là khối lượng nước, và M s là khối lượng đất khô (khối lượng hạt)

1.1.3 Thí nghiệm xác định khối lượng riêng

Khối lượng riêng của đất được xác định theo tiêu chuN n TCVN 4202:2012 Khối lượng thể tích ướt xác định theo công thức (1.10)

w

M V

w

ρ

ρ =

với: ρdlà khối lượng thể tích khô của mẫu đất (g/cm3); w là độ N m mẫu đất (%)

Dung trọng khô được xác định theo công thức (1.12)

9.087

Với: γd là dung trọng khô của mẫu đất (kN/m3)

1.1.4 Xác định khối lượng riêng của vữa

Có hai cách xác định dung trọng của vữa trong phòng thí nghiệm:

Cách 1: Đo trực tiếp trong phòng thí nghiệm

- Cân lượng xi măng (m c ) và nước (m w) theo tỷ lệ nước/xi măng dự kiến

- Xác định thể tích vữa (V g) được tạo ra bằng ống đo thể tích

- Khối lượng riêng của vữa (ρg) được xác định theo công thức (1.10)

g

g

m m M

Ví dụ: Xác định khối lượng riêng của vữa tạo bởi xi măng PCB40 ứng với tỷ lệ

nước/xi măng (w/c) bằng 1/1

- Cân 500 g xi măng PCB40 với 500 g nước được 1000 g vữa

- 1000 3

670.7

c w g

g

m m

g cm V

Cách 2: Xác định gián tiếp qua các thông số của xi măng và nước

- Có khối lượng riêng (ρc ) và khối lượng (m c) của xi măng, khối lượng nước

(m w) ứng tỷ lệ nước trên xi măng dự kiến

- Xác định được thể tích xi măng (V c ) và thể tích nước (V w) tương ứng

- Khối lượng riêng của vữa (ρg) được xác định theo công thức (1.10)

+

c w g

c w

m m M

c w

m m M

g cm

1.1.5 Chế tạo mẫu trong phòng

Cường độ của mẫu soilcrete chịu ảnh hưởng bởi nhiều điều kiện khác nhau như: chất lượng xi măng, điều kiện trộn, quá trình bảo dưỡng, v.v (TCVN 9403:2012, Kitazume & Terashi 2013) Vì vậy, việc mô phỏng điều kiện chế tạo của mẫu soilcrete giống với ở hiện trường là cần thiết để có thể lựa chọn đươc thông số vữa (loại xi măng, tỷ lệ nước/xi măng) cùng với phương pháp gia cố tối ưu để thi công ở hiện trường

Phương pháp chế tạo mẫu trong phòng được thực hiện dựa trên các chỉ dẫn của tiêu chuN n TCVN 9403:2012, ASTM D2166, và ASTM D1633 Mẫu thí nghiệm sau

khi chế tạo phải đảm bảo chiều cao mẫu (H) bằng 2.0 đến 2.5 lần đường kính mẫu

(D) (ASTM 1633-96 và ASTM D2166) Tỷ lệ cấp phối cho một mẻ trộn được tính

toán theo trình tự sau:

1.1.5.1 Xác định khối lượng đất cho một khuôn, m soil (g)

Từ công thức (1.7) tính được khối lượng hạt đất, ms của đất cần để đúc 1 mẫu

(theo công thức 1.13), cũng chính là khối lượng đất ở trạng thái khô, md từ đó tính

ra khối lượng trạng thái tự nhiên, msoil với độ N m hiện tại,w1, dùng trong thí nghiệm

2

trong đó: m s là khối lượng hạt đất cần thiết (g), Vs2 là thể tích hạt còn xót lại (cm³),

ρs là khối lượng riêng hạt đất (g/cm³), k là hệ số dự trữ lấy bằng 1.1 ÷ 1.2

Tính ra ρd của đất từ ρs theo công thức (1.14)

m V

1.1.5.2 Xác định khối lượng xi măng, m c (g)

Từ công thức (1.1) có thể tính được thể tích vữa, Vg, cần thiết để trộn một khuôn

theo công thức (1.18) với giả thuyết là vữa được giữ lại hoàn toàn, α = 1, và vữa thay thế hoàn toàn lỗ rỗng trong đất, δ = 1

trong đó: Vg là thể tích vữa cần thiết (g); và ρg là khối lượng riêng của vữa (g/cm³)

Khối lượng xi măng, mc cần thiết cho một khuôn trộn theo công thức (1.20):

1

+

=

c w

m

trong đó: w/c là tỷ lệ nước/xi măng

1.1.5.3 Xác định khối lượng nước trộn vữa, m w (g)

Khối lượng nước cần cho đúc mẫu chính là khối lượng nước trộn vữa nhưng cần

xét tới lượng nước m w1 trong đất tự nhiên với độ N m W1 lúc thí nghiệm theo (1.21)

1

1.1.6 Thí nghiệm nén nở hông tự do

Mục đích của thí nghiệm nén một trục nở hông tự do (UCS) là xác định cường

tuyến (E 50) của mẫu soilcrete

Thí nghiệm UCS được thực hiện tuân theo tiêu chuN n ASTM D2166, ASTM D1633, và TCVN 9403:2012 Mẫu được thí nghiệm ngay sau khi được lấy ra từ thùng bảo dưỡng để tránh nhiệt độ và độ N m thay đổi Đặt mẫu vào giữa tâm bàn nén dưới của máy nén, điều chỉnh bệ hình cầu để bàn nén trên của máy nén tiếp xúc

đều với mẫu Sau đó, gia tải với tốc độ không quá 1 mm/phút và ghi lại số đọc giá

trị lực và biến dạng dọc trục cho đến khi mẫu bị phá hoại

Tính toán số liệu từ thí nghiệm UCS (ASTM D2166)

Cường độ nén nở hông tự do, qu, của soilcrete được tính theo công thức (1.22):

u

P q A

trong đó: P - lực phá hoại (kN), A - diện tích mặt cắt ngang mẫu (m²)

* Biến dạng dọc trục được tính theo công thức (1.23)

1

L L

trong đó: ε1 - biến dạng dọc trục ứng với tải trọng nén, ∆L - chiều dài thay đổi của mẫu hay biến dạng đọc từ thiết bi đo (mm), L0 - chiều dài mẫu ban đầu (mm)

* Diện tích mặt cắt ngang hiệu chỉnh của mẫu bị phá hoại (1.24)

ε

=

với: Ac - diện tích mặt cắt ngang hiệu chỉnh của mẫu lúc phá hoại (mm²), A0 - diện

tích mặt cắt ngang của mẫu lúc ban đầu, A 0 = π*D²/4 (mm²)

* Lực nén dọc trục:

P = số đọc vòng lực khi nén x hệ số hiệu chuN n của thiết bị

* Ứng suất nén:

P A

u q E

ε

trong đó: qu50 = 0.5qu; ε50 là biến dạng dọc trục ứng với giá trị ứng suất nén là qu50

Hình 1.2: Biểu đồ quan hệ ứng suất, qu, và biến dạng, ε

i i n

i i

log1

n i

σ

= là hệ số cố kết trước ở lớp phân tố thứ i, S c là độ lún cố kết

(m), H i , 0i

e , C , và c i C lần lượt là chiều dày (không được lớn hơn 2 m), hệ số rỗng r i

ban đầu, hệ số nén lún, và hệ số nở của lớp phân tố thứ i σ0i,∆ , và σi i

c

σ là ứng suất do trọng lượng bản thân của đất, do tải trọng ngoài, và áp lực cố kết trước tại

lớp đất thứ i, tương ứng; Chiều sâu của vùng đất yếu bị lún dưới tác dụng của tải

trọng đắp được xác định theo điều kiện ∆σi ≤0.1σ0i hoặc là đến hết chiều sâu của lớp đất yếu

1.2.2 Phân tích độ lún cố kết theo thời gian

Độ lún cố kết theo thời gian được xác định theo 22TCN 262-2000, công thức

C

H

với C là hệ số cố kết trung bình theo phương đứng của các lớp đất yếu trong phạm v tb

vi chiều sâu chịu lún H là chiều sâu thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng Nếu U < 60% (Das 2006)

T U

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA

SOILCRETE CHẾ TẠO TRONG PHÒNG

2.1 VN TRÍ NGHIÊN CỨU

Cầu Tám Bang (Km10 + 891 ĐT 852) và cầu Vàm Đinh (Km10 + 620 ĐT 852), thuộc xã Long Hưng B, huyện Lấp Vò, tỉnh Đồng Tháp được chọn làm địa điểm thí nghiệm (Hình 2.1)

2.2 VẬT LIỆU THÍ NGHỆM

2.2.1 Đất thí nghiệm

Các mẫu đất được ở hai hố khoang đến độ sâu 30 m tại hiện trường cầu Tám Bang (km 10 + 891) và cầu Vàm Đinh (km 10 + 620) thuộc ĐT 852, xã Long Hưng

B, huyện Lấp Vò, tỉnh Đồng Tháp Các lớp đất dùng để thí nghiệm ở chiều sâu gia

cố dự kiến được ký hiệu VĐ1, VĐ2, TB1, và TB2 tương ứng với lớp đất thứ 1 và lớp đất thứ 2 được lấy từ cầu Vàm Đinh và Tám Bang Các chỉ tiêu cơ lý của đất dùng để trộn với xi măng được thể hiện ở Bảng 2.1

2.2.2 Xi măng

Xi măng dùng trong nghiên cứu là xi măng PCB40 (A), xi măng 10% xỉ lò cao (B), và xi măng 50% xỉ lò cao (C) Các loại xi măng trong nghiên cứu đều sản xuất trong nước đáp ứng yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 6260:2009 (xi măng Portland hỗn hợp) và TCVN 4316:2007 (xi măng Portland xỉ lò cao) (Bảng 2.2) Xi măng không

được quá hạn một tháng kể từ ngày xuất xưởng

2.2.3 Nước

Nước uống sinh hoạt dùng thí nghiệm tuân theo yêu cầu kỹ thuật TCVN 4506:2012, trong nước không có hàm lượng tạp chất vượt quá giới hạn cho phép làm ảnh hưởng đến quá trình đông kết của soilcrete cũng như làm giảm độ bền của kết cấu trong quá trình sử dụng (Bảng 2.3)

Bảng 2.1: Chỉ tiêu cơ lý của đất thí nghiệm (Las – XD475)

Mô tả lớp đất

Bùn sét màu nâu

đen

Bùn sét lẫn cát mịn màu nâu

đen

Sét màu nâu

đỏ, nâu vàng

Bùn sét màu nâu

Bảng 2.2: Chỉ tiêu cơ lý của xi măng PCB40 (TCVN 6260:2009)

Hàm lượng

SO3 (%)

*Xác định theo phần còn lại trên sàng kích thước lỗ 0.09 mm

Bảng 2.3: Hàm lượng tối đa cho phép của các thành phần trong nước trộn vữa

(TCVN 4506:2012)

Hàm lượng tối đa cho ph p (mg/L)

Muối hòa tan Ion unfat (SO4-2) Ion clo ( l-) Cặn không tan

Hình 2.1: Vị trí nghiên cứu (Google map)