Nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của đất trộn xi măng có cốt sợi lưới nông nghiệp và ứng dụng vào nền đường

NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA ĐẤT TRỘN XI MĂNG CÓ CỐT SỢI LƯỚI NÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG VÀO NỀN ĐƯỜNG Tóm tắt: Nghiên cứu này được thực hiện bằng các thí nghiệm trong phòng và ứng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN HOÀNG VŨ

NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA

ĐẤT TRỘN XI MĂNG CÓ CỐT SỢI LƯỚI NÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN

PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

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 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Hoàng Vũ MSHV:12090403 Ngày, tháng, năm sinh: 27/07/1987 Nơi sinh: Đồng Tháp Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số : 605860

Chương 2 : Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định nền đường

Chương 3 : Thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ học của đất, đất trộn xi măng, đất trộn

xi măng có cốt sợi lưới nông nghiệp

Chương 4 : Ứng dụng vật liệu đất trộn xi măng có gia cường sợi lưới nông nghiệp vào nền đường ở đồng tháp

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ngày 24 tháng 06 năm 2013

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 22 tháng 11 năm 2013

đất trộn xi măng có cốt sợi lưới nông nghiệp và ứng dụng vào nền đường” được

thực hiện với kiến thức tác giả thu thập trong suốt quá trình học tập tại trường Cùng với sự cố gắng của bản thân là sự giúp đỡ, động viên của các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Em xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy PGS TS Châu Ngọc Ẩn, người thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, động viên em trong suốt quá trình thực hiện luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ môn Cơ Địa Nền Móng, Thầy PGS TS

Võ Phán, TS Bùi Trường Sơn, TS Nguyễn Minh Tâm, TS Trần Thanh Hải, TS Trần Tuấn Anh, TS Lê Bá Vinh, TS Lê Trọng Nghĩa, Cô Đặng Thị Ngọc, những người đã cho em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường

Xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị, các bạn học viên chuyên ngành Địa Kỹ Thuật Xây Dựng khóa 2012, những người bạn đã đồng hành và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học

Xin gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp ở Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ

TP HCM, các đồng nghiệp ở Cty Toyo Việt Nam, những người đã tạo điều kiện và giúp đỡ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn bố mẹ và gia đình đã động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi về vật chất và tinh thần trong những năm tháng học tập tại trường Luận văn được hoàn thành trong sự cố gắng hết sức của tác giả nhưng không thể tránh được những thiếu sót và hạn chế Em rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn và có ý nghĩa trong thực tiễn

Xin trân trọng cám ơn

TP Hồ Chí Minh, 22 tháng 11 năm 2013

Học viên

NGUYỄN HOÀNG VŨ

NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA ĐẤT TRỘN XI MĂNG CÓ CỐT SỢI LƯỚI NÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG VÀO NỀN ĐƯỜNG

Tóm tắt:

Nghiên cứu này được thực hiện bằng các thí nghiệm trong phòng và ứng dụng phương pháp mô phỏng số với họ phần mềm GeoStudio 2007, nhằm mục đích tạo ra vật liệu đắp đường mới, vừa góp phần tăng khả năng chống trượt, chống sạt lở, chống lún vừa tận dụng được các vật liệu phế thải ở địa phương, nâng cao hiệu quả về mặt kinh tế và kỹ thuật Kết quả nghiên cứu cho thấy, với 12% xi măng và 0.5% sợi lưới trong hỗn hợp đất trộn sẽ cho hệ số ổn định cao hơn 3.67 lần và hệ số thấm cũng cao hơn 2.76 lần so với đất tự nhiên Điều này dẫn tới lưu lượng thấm của nền đường được đắp bằng đất trộn lớn hơn so với đất tự nhiên gần 1.4 lần Với các kết quả thu được, tác giả đánh giá ưu điểm từ các đặc tính kỹ thuật như sức chống cắt, tính thấm,

độ ổn định của đất đắp đường bằng vật liệu đất trộn xi măng có cốt sợi lưới nông nghiệp, từ đó ứng dụng loại vật liệu này vào công tác đắp đường trên địa bàn huyện Hồng Ngự, tỉnh Đồng Tháp

THESIS’S SUMMARY

Thesis’s title:

RESEARCH OF THE TECHNICAL CHARACTERISTICS OF THE MIXED CEMENT SOIL THAT IS REINFORCED WITH THE AGRICULTURAL MESH FIBER AND APPLY FOR THE ROADBED

Abstract:

This research is conducted by the laboratory experiments and applied the numerical simulation methods with Geostudio 2007 software, the objective of this research is to create the new backfilling material for road, which is not only to contribute to increase the slip resistance, anti-erosion, anti-subsidence but also to utilize the waste materials in locality that can improve the efficiency of economy and technique The results of research demonstrate that the percentage of cement is 12 and the percentage of fiber mesh in mixed soil is 0.5 will offer higher 3.67 stability coefficient and higher 2.76 permeability coefficient than natural soil This leads to the permeable flow of roadbed which is embanked by mixed soil will be higher 1.4 than natural soil As the result of that, the author evaluates the advantages from technical characteristics such as shear strength, permeability, stability of embankment soil by the mixed cement soil that has reinforced agricultural mesh fiber, thence this material will be applied in the embankment of road in Hong Ngu district, Dong Thap province

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên Nguyễn Hoàng Vũ, tôi xin cam đoan rằng Luận văn thạc sĩ với đề tài

“Nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của đất trộn xi măng có cốt sợi lưới nông

nghiệp và ứng dụng vào nền đường” là do tôi tự tiến hành thực hiện và không sao

chép của các luận văn đi trước Mọi trích dẫn trong luận văn đều được tôi ghi chi tiết nguồn trích dẫn và tên tác giả Nếu nhà trường phát hiện có điều gì gian dối, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Học viên

Nguyễn Hoàng Vũ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 12

1 Đặt vấn đề nghiên cứu 12

2 Mục tiêu nghiên cứu 15

3 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 15

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài 17

5 Giá trị thực tiễn 17

6 Phạm vi và giới hạn của đề tài 17

CHƯƠNG 1 18

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CẢI TẠO ĐẤT YẾU TẠI CHỖ DÙNG LÀM VẬT LIỆU ĐẮP Ở ĐỒNG THÁP 18

1.1 Đặc điểm chung về đất yếu khu vực tỉnh Đồng Tháp: 18

1.2 Xi măng gia cường đất yếu như thế nào 19

1.2.1 Đặc tính của xi măng và cơ chế của phản ứng thuỷ hoá xi măng [1] 19

1.2.2 Đặc tính của hỗn hợp đất trộn xi măng 21

1.2.3 Nhận xét về quá trình thuỷ hoá xi măng trong đất 22

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hỗn hợp đất trộn xi măng [2] 22

1.3 Cốt sợi gia cường đất như thế nào 24

1.3.1 Nghiên cứu ứng dụng cốt sợi gia cường đất trên thế giới [10] 24

1.3.2 Nghiên cứu ứng dụng cốt sợi lưới nông nghiệp gia cường đất yếu 30

1.3.2.1 Tổng quan về sợi lưới nông nghiệp 30

1.3.2.2 Sự làm việc đồng thời của khối xi măng – đất – lưới 30

1.3.2.3 Sự gia tăng cường độ của xi măng được gia cường sợi lưới:[11] 31

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hỗn hợp đất trộn xi măng có cốt sợi lưới [10] 33

1.3.3.1 Các tính chất vật lý và tính chất cơ học của chính cốt sợi 33

1.3.3.2 Loại vật liệu 33

1.3.3.3 Hàm lượng chất xơ 34

1.3.3.4 Kích thước cốt sợi 34

1.3.3.5 Hàm lượng nước 34

1.3.3.6 Ảnh hưởng của dung trọng khô 35

1.3.3.7 Ảnh hưởng của lượng xi măng 36

CHƯƠNG 2 38

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG 38

2.1 Các thuyết bền 38

2.1.1 Thuyết bền theo Mohr – Coulomb [12] 38

2.1.2 Thuyết cân bằng theo Mohr – Rankin: [12] 39

2.2 Xác định cường độ chịu nén từ thí nghiệm nén đơn có nở hông 44

2.3 Xác định lực dính c và góc nội ma sát φ từ thí nghiệm cắt trực tiếp 45

2.3.1 Cơ sở lý thuyết xác định sức chống cắt không thoát nước từ thí nghiệm cắt trực tiếp theo TCVN 4199 – 1995 45

2.3.2 Xác định sức chống cắt của đất có gia cố sợi lưới nông nghiệp [13] 46

2.4 Cơ sở lý thuyết xác định các thông số nén lún của nền 48

Thí nghiệm nén cố kết theo TCVN 4200 – 1995: 48

2.5 Cơ sở lý thuyết xác định hệ số thấm [14] 50

2.5.1 Định luật thấm Darcy 50

2.5.2 Gradient thuỷ lực ban đầu trong đất sét 51

2.6 Tính toán ổn định mái dốc 52

2.6.1 Khái niệm 52

2.6.2 Phân tích ổn định mái dốc theo mặt trượt 53

CHƯƠNG 3 58

THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA ĐẤT, ĐẤT TRỘN XI MĂNG, ĐẤT TRỘN XI MĂNG CÓ CỐT SỢI LƯỚI NÔNG NGHIỆP 58

3.1 Các bước thực hiện 58

3.2 Công tác chuẩn bị 59

3.2.1 Chuẩn bị các nguyên vật liệu 59

3.2.1.1 Đất 59

3.2.1.2 Xi măng 60

3.2.1.3 Cốt sợi 60

3.2.1.4 Nước 61

3.2.2 Tỷ lệ trộn các nguyên vật liệu 61

3.2.3 Số lượng mẫu cho các thí nghiệm 62

3.3 Chế bị các mẫu thí nghiệm 63

3.3.1 Chế bị 63

3.3.2 Bảo dưỡng các mẫu thí nghiệm 66

3.4 Thí nghiệm 66

3.4.1 Các thí nghiệm xác định các đặc trưng vật lý của đất nền 66

3.4.1.1 Thí nghiệm xác định trọng lượng riêng (γ) của đất tự nhiên: 66

3.4.1.2 Thí nghiệm xác định độ ẩm (W) của đất tự nhiên 67

3.4.1.3 Thí nghiệm xác định giới hạn nhão (I L ) và giới hạn dẻo (I P ) của đất tự nhiên (theo tiêu chuẩn TCVN 4197-2012): 67

3.4.2 Thí nghiệm nén đơn 69

3.4.2.1 Mục đích thí nghiệm nén đơn 69

3.4.2.2 Dụng cụ thí nghiệm nén đơn 69

3.4.2.3 Tiến hành thí nghiệm nén đơn 69

3.4.3 Thí nghiệm cắt trực tiếp theo “TCVN 4199 – 2012” 70

3.4.3.1 Mục đích thí nghiệm 70

3.4.3.2 Dụng cụ thí nghiệm cắt trực tiếp 70

3.4.3.3 Tiến hành thí nghiệm cắt trực tiếp 72

3.4.4 Thí nghiệm nén cố kết 73

3.4.4.1 Mục đính thí nghiệm 73

3.4.4.2 Dụng cụ thí nghiệm nén cố kết 73

3.4.4.3 Tiến hành thí nghiệm nén cố kết 74

3.4.5 Thí nghiệm xác định hệ số thấm 75

3.4.5.1 Mục đích thí nghiệm xác định hệ số thấm 75

3.4.5.2 Dụng cụ thí nghiệm xác định hệ số thấm 75

3.4.5.3 Tiến hành thí nghiệm xác định hệ số thấm 76

3.5 Tổng hợp kết quả các thí nghiệm 78

3.5.1 Các thí nghiệm xác định các đặc trưng vật lý của đất nền 78

3.5.2 Thí nghiệm nén đơn 81

3.5.3 Thí nghiệm cắt trực tiếp 84

3.5.4 Thí nghiệm nén cố kết 88

3.5.5 Thí nghiệm xác định hệ số thấm 97

CHƯƠNG 4 99

ỨNG DỤNG VẬT LIỆU ĐẤT TRỘN XI MĂNG CÓ GIA CƯỜNG SỢI LƯỚI NÔNG NGHIỆP VÀO NỀN ĐƯỜNG Ở ĐỒNG THÁP 99

4.1 Đặt vấn đề 99

4.2 Giải pháp xử lý 99

4.3 Tính toán công trình thực tế 99

4.3.1 Giới thiệu công trình 99

4.3.2 Tính toán ổn định mái dốc 102

4.3.2.1 Phương pháp Fellenius 102

4.3.2.2 Kiểm tra ổn định công trình bằng Geo Slope và Geo Seep: 111

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 121

I Kết luận 121

II Kiến nghị 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

PHỤ LỤC ……… ………… ….125

1 Phụ lục tính toán thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của các mẫu đất ……… … 126

2 Phụ lục tính toán thí nghiệm cắt trực tiếp ……… …… …133

3 Phụ lục tính toán thí nghiệm nén đơn ……… 146

4 Phụ lục tính toán thí nghiệm nén cố kết ……… ……….154

5 Phụ lục tính toán thí nghiệm xác định hệ số thấm ……… …….167

6 Phụ lục tính toán, mô phỏng bằng phần mềm GeoSlope và GeoSeep ……….171

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1: Tính chất cơ lý của đất ở Đồng Tháp 19

Bảng 1.2: Các nghiên cứu về sự gia tăng cường độ xi măng đất so với đất tự nhiên [1] 21

Bảng 1 3 Các nhân tố ảnh hưởng tới cường độ xi măng - đất [2] 23

Bảng 3 1: Tỷ lệ hàm lượng các vật liệu dùng cho thí nghiệm 61

Bảng 3 2: Bảng thống kê mẫu thí nghiệm với các hàm lượng vật liệu 62

Bảng 3 3: Tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định đặc trưng vật lý của đất tự nhiên 78

Bảng 3 4: Tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định các đặc trưng vật lý của đất tự nhiên, đất trộn xi măng và đất trộn xi măng có sợi lưới gia cố 79

Bảng 3 5: Tổng hợp kết quả q u theo thí nghiệm nén đơn 81

Bảng 3 6: Kết cắt trực tiếp (mẫu tự nhiên) 84

Bảng 3 7: Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp (mẫu 12% xi măng) 84

Bảng 3 8: Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp (mẫu 15% xi măng) 85

Bảng 3 9: Tổng hợp kết quả hệ số thấm k (cm/sec) theo thí nghiệm nén cố kết 88

Bảng 3 10: Tổng hợp kết hệ số nén và nở (Cc, Cs) theo thí nghiệm nén cố kết 90

Bảng 3 11: Tổng hợp kết quả hệ số nén và nở (Cc, Cs) theo thí nghiệm nén cố kết 90

Bảng 3 12: Tổng hợp kết quả chỉ số nén thứ cấp (C α ) theo thí nghiệm nén cố kết 91

Bảng 3 13: Quan hệ giữa chỉ số nén thứ cấp C α và chỉ số nén C c 91

Bảng 3 14: Áp lực tiền cố kết của các mẫu đất thí nghiệm P y (kG/cm 2 ) 95

Bảng 3 15: Độ lún các mẫu đất thí nghiệm nén cố kết theo thời gian 95

Bảng 3 16: Tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định hệ số thấm k 97

Bảng 3 17: So sánh giá trị k tính theo thí nghiệm nén cố kết (k 1 ) và thí nghiệm xác định hệ số thấm bằng phương pháp cột áp thay đổi (k 2 ) 97

Bảng 4 1: Bảng tổng hợp thông số đất nền công trình 101

Bảng 4.2: Các thông số đất dùng đắp đường 102

Bảng 4.3: Bảng tính toán dòng thấm 103

Bảng 4.4: Tính toán hệ số ổn định với R=9.1m 105

Bảng 4.5: Tính toán hệ số ổn định với R=9.8m 106

Bảng 4.6: Bảng tính ổn định với R=8.4 m 107

Bảng 4 7: Hệ số an toàn theo các bán kính cung trượt 107 Bảng 4.8: Tính toán hệ số ổn định đất đắp đã gia cường với R= 9.1m 109 Bảng 4.9: Tính ổn định mái dốc đất gia cường với R = 9.8 m 110 Bảng 4.10: Tính hệ số ổn định với đất gia cường có bán kính cung trượt R= 8.4m 111 Bảng 4.11: Hệ số an toàn theo các bán kính cung trượt của đất đắp được gia cường 111 Bảng 4.12: So sánh hệ số ổn định tất cả các trường hợp 113

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1: Sơ đồ quy trình – phương pháp nghiên cứu của Luận Văn 16

Hình 1.2: Mặt cắt địa chất (điển hình) khu vực tỉnh Đồng Tháp 18

Hình 1 3: SEM - cốt sợi gia cố được nhúng vào ma trận các hạt đất [10] 27

Hình 1 4: SEM - sự bám dính của các hạt đất lên bề mặt của cốt sợi khi bị kéo ra [10] 27

Hình 1 5 : Sự tương tác cơ học tại bề mặt tiếp xúc giữa hạt đất và cốt sợi gia cố [10] 28

Hình 1 6: Phát thảo cơ bản về sự tiếp xúc trực tiếp của các hạt đất cứng lên bề mặt của cốt sợi gia cường dẻo khi bị nén [10] 28

Hình 1 7: Ảnh phóng đại về sự hình thành các vếch lõm trên bề mặt của cốt sợi dẻo sau khi chịu nén (Tang và các cộng sự 2007a,b) [10] 29

Hình 1 8: Phát thảo cơ bản về sự tiếp xúc trực tiếp của các hạt đất cứng lên bề mặt của cốt sợi gia cường dẻo khi bị nén [10] 29

Hình 1 9: Lưới nông nghiệp 30

Hình 1 10: Cấu tạo khối xi măng đất và lưới 31

Hình 1 11: Sự làm việc của khối đất gia cường 31

Hình 1 12: Quan hệ cường độ nén đơn q u theo hàm lượng xi măng 32

Hình 1 13: Cường độ nén đơn qu theo hàm lượng lưới và thời gian bảo dưỡng 32

Hình 1 14: Quan hệ cường độ nén đơn qu và biến dạng theo hàm lượng lưới 32

Hình 1 15: Ảnh hưởng của hàm lượng nước lên IPS và IRS 35

Hình 1 16: Ảnh hưởng của dung trọng khô lên IPS và IRS 36

Hình 1 17: Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng lên IPS và IRS theo thời gian 36

Hình 1 18: Ảnh phóng đại của các tinh thể xi măng ngậm nước tại bề mặt tiếp xúc 37

Hình 2 1: Sơ đồ thí nghiệm nén đất một trục và vòng tròn Mohr tương ứng 38

Hình 2 2: Các dạng đường sức chống cắt theo các loại đất 39

Hình 2 3: Các lực tác dụng lên điểm M trong nền đất 39

Hình 2.4: Vòng tròn ứng suất Mohr 40

Hình 2.5: Cách vẽ vòng tròn Mohr 40

Hình 2.6: Vòng tròn Mohr và đường bao sức chống cắt 41

Hình 2.7: Vòng tròn Mohr của đất rời 42

Hình 2.8: Vòng tròn Mohr của đất dính 42

Hình 2.9: Ứng suất của một điểm trong đất nền 43

Hình 2 10: Thí nghiệm nén một trục không giới hạn nở hông 44

Hình 2 11: Quan hệ ứng suất và biến dạng 45

Hình 2 12: Sơ đồ thí nghiệm cắt trực tiếp 46

Hình 2 13: Biến dạng trong băng trượt do cắt của mẫu đất bị cắt trực tiếp [13] 46

Hình 2 14: Ứng suất chính và mặt bị tác động trong mẫu đất bị cắt trực tiếp [13] 47

Hình 2 15: Cơ chế gia tăng lực chống cắt trong mẫu đất có gia cường xi măng cùng với cốt sợi lưới nông nghiệp [13] 48

Hình 2 16: Hệ số nén lún từ đường cong nén lún 49

Hình 2 17: Xác định chỉ số nén C c và chỉ số nở C s 50

Hình 2 18: Xác định áp lực tiền cố kết P y 50

Hình 2 19: Mô tả định luật thấm Darcy 51

Hình 2 20: Gradian thuỷ lực ban đầu trong đất sét 52

Hình 2 21: Các dạng trượt mái dốc 53

Hình 2 22: Sự trượt của khối đất trên mái dốc 53

Hình 2 23: Sự trượt mái dốc có xét đến khe nứt 54

Hình 2 24: Ổn định mái dốc theo ứng suất hiệu quả 55

Hình 2 25: Mảnh đơn giản hóa của Bishop 57

Hình 3 1: Bản đồ địa lý khu vực tỉnh Đồng Tháp 59

Hình 3 2: Vị trí khu vực lấy mẫu – huyện Hồng Ngự, Đồng Tháp 59

Hình 3 3: Mẫu đất được bảo quản để làm các thí nghiệm trong phòng 60

Hình 3.4: Xi măng dùng để gia cường đất 60

Hình 3.5: Mẫu lưới trộn đã được cắt nhỏ cỡ 2x2 cm 61

Hình 3.6: Nước dùng trong thí nghiệm 61

Hình 3 7: Chuẩn bị các nguyên vật liệu trộn 63

Hình 3 8: Trộn thô hỗn hợp đất, xi măng, lưới 63

Hình 3 9: Máy trộn (bộ môn Địa Cơ Nền Móng ĐH BK TP.HCM) 64

Hình 3 10: Hỗn hợp sau khi máy trộn xong 64

Hình 3.11: Các ống tạo mẫu đất cho thí nghiệm nén đơn 65

Hình 3.12: Cho hỗn hợp vừa trộn vào ống mẫu 65

Hình 3 13: Dao vòng tạo mẫu cho thí nghiệm nén cố kết, cắt trực tiếp 65

Hình 3 14: Mẫu sau khi được tạo vào các dao vòng 65

Hình 3 15: Dao vòng tạo mẫu cho thí nghiệm xác định hệ số thấm 66

Hình 3.16: Dùng dao vòng lấy mẫu đất 67

Hình 3.17: Đất trong đĩa khép lại một đoạn dài 12.7mm (1/2 inch) 68

Hình 3.18: Mẫu đất trong đĩa khum 68

Hình 3 19: Máy nén đơn (bộ môn Địa Cơ Nền Móng ĐH BK TP.HCM) 69

Hình 3 20: Các bộ phận trong hộp cắt 71

Hình 3 21: Máy cắt trực tiếp (bộ môn Địa Cơ Nền Móng ĐH BK TP.HCM) 71

Hình 3 22: Tiến hành thí nghiệm cắt trực tiếp 72

Hình 3.23: Dụng cụ nén cố kết (a.Hộp nén-b.Đồng hồ đo chuyển vị-c.Cục tải trọng) 73 Hình 3 24: Máy nén cố kết (bộ môn Cơ Địa Nền Móng - ĐH Bách Khoa TP.HCM) 73 Hình 3 25: Thí nghiệm xác định tỷ trọng hạt 74

Hình 3 26: Sơ đồ thiết bị thí nghiệm thấm đầu nước thay đổi 75

Hình 3 27: Thiết bị thí nghiệm thấm đầu nước thay đổi (Phòng thí nghiệm Viện Khoa Học Thuỷ Lợi Miền Nam – Thuận Giao – Thuận An – Bình Dương) 76

Hình 3 28: Chuẩn bị mẫu từ hộp ngâm bão hoà 77

Hình 3 29: Các thao tác thí nghiệm xác định hệ số thấm bằng cột áp thay đổi 78

Hình 3 30: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi dung trọng theo hàm lượng sợi (28 ngày) 79

Hình 3 31: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi hệ số rỗng theo hàm lượng sợi (28 ngày) 80

Hình 3 32: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi dung trọng theo thời gian 80

Hình 3 33: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi hệ số rỗng theo thời gian 80

Hình 3 34: Biểu đồ quan hệ ứng suất-biến dạng theo hàm lượng xi măng (28 ngày) 81 Hình 3 35: Biểu đồ quan hệ ứng suất-biến dạng theo hàm lượng sợi (28 ngày) 81

Hình 3 36: Biểu đồ quan hệ ứng suất-biến dạng theo ngày tuổi (mẫu 12/0) 82

Hình 3 37: Biểu đồ quan hệ ứng suất-biến dạng theo ngày tuổi (mẫu 12/0.25) 82

Hình 3 38: Biểu đồ quan hệ ứng suất-biến dạng theo ngày tuổi (mẫu 12/0.5) 82

Hình 3 39: Biểu đồ quan hệ ứng suất-biến dạng theo ngày tuổi (mẫu 12/1.0) 83

Hình 3 40: Biểu đồ sức chống cắt thay đổi theo hàm lượng xi măng (28 ngày) 85

Hình 3 41: Biểu đồ sức chống cắt thay đổi theo hàm lượng sợi (28 ngày) 85

Hình 3 42: Biểu đồ lực dính thay đổi theo hàm lượng xi măng (28 ngày) 86

Hình 3 43: Biểu đồ góc ma sát trong thay đổi theo hàm lượng xi măng (28 ngày) 86

Hình 3 44: Biểu đồ lực dính thay đổi theo hàm lượng sợi (12% xi măng) 86

Hình 3 45: Biểu đồ góc ma sát trong thay đổi theo hàm lượng sợi (12% xi măng) 87

Hình 3 46: Biểu đồ thể hiện thay đổi hệ số thấm theo hàm lượng sợi (28 ngày) 89

Hình 3 47: Biểu đồ thể hiện thay đổi hệ số thấm theo thời gian ( Mẫu 12/0.5) 89

Hình 3 48: Biểu đồ thể hiện thay đổi hệ số nén và nở theo hàm lượng sợi (28 ngày) 91 Hình 3 49: Biểu đồ thể hiện thay đổi hệ số nén và nở theo thời gian (Mẫu 12/0.5) 91

Hình 3 50: Biểu đồ quan hệ e-logp theo hàm lượng sợi (28 ngày) 92

Hình 3 51: Biểu đồ quan hệ e-logp theo thời gian (mẫu 12/0.5) 92

Hình 3 52: Biểu đồ quan hệ S-logt theo thời gian (P=0.25 kG/cm 2 , mẫu 12/0.5) 93

Hình 3 53: Biểu đồ quan hệ S-logt theo thời gian (P=0.5 kG/cm 2 , mẫu 12/0.5) 93

Hình 3 54: Biểu đồ quan hệ S-logt theo thời gian (P=1 kG/cm 2 , mẫu 12/0.5) 93

Hình 3 55: Biểu đồ quan hệ S-logt theo thời gian (P=2 kG/cm 2 , mẫu 12/0.5) 94

Hình 3 56: Biểu đồ quan hệ S-logt theo thời gian (P=4 kG/cm 2 , mẫu 12/0.5) 94

Hình 3 57: Biểu đồ quan hệ S-logt theo thời gian (P=8 kG/cm 2 , mẫu 12/0.5) 94

Hình 3 58: Biểu đồ quan hệ độ lún theo hàm lượng xi măng 96

Hình 3 59: Biểu đồ quan hệ độ lún theo hàm lượng sợi lưới 96

Hình 3 60: Biểu đồ quan hệ độ lún theo thời gian 96

Hình 3 61: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi hệ số thấm theo thời gian 98

Hình 3 62: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi hệ số thấm theo hàm lượng sợi 98

Hình 4.1: Đắp đường-đê bao ở khu vực huyện Hồng Ngự (Đồng Tháp) vào mùa lũ 99

Hình 4.2: Mặt bằng tổng thể công trình 100

Hình 4.3: Mặt cắt ngang nền đường 100

Hình 4.4: Mặt cắt địa chất công trình thực tế 101

Hình 4 5: Mặt cắt xử lý nền đường 101

Hình 4.6: Xác định sơ bộ tâm cung trượt 102

Hình 4.7: Xác định dòng thấm qua nền đường 103

Hình 4.8: Phân mảnh cung trượt 104

Hình 4.9: Phân mảnh cung trượt với R=9.8m 105

Hình 4.10: Cung trượt với R=8.4m 106

Hình 4.11: Phân mảnh cung trượt đất gia cường 107

Hình 4.12: Cung trượt với R=9.1 m với đất đắp được gia cường 108

Hình 4.13: Cung trượt với R=9.8 m với đất đắp được gia cường 109

Hình 4.14: Cung trượt với R=8.4 m với đất đắp được gia cường 110

Hình 4.15: Mô hình 1 112

Hình 4.16: Mô hình 2 112

Hình 4.17: Mô hình 3 112

Hình 4 18: Mô hình 4 113

Hình 4.19: Mô hình 5 113

Hình 4.20: Kết quả mô phỏng phân tích ổn định – Mô hình 1 114

Hình 4.21: Kết quả phân tích ổn đình theo các phương pháp-Mô hình 1 114

Hình 4.22: Kết quả mô hình phân tích dòng thấm-Mô hình 1 114

Hình 4.23: Kết quả mô phỏng phân tích ổn định – Mô hình 2 115

Hình 4.24: Kết quả phân tích ổn đình theo các phương pháp-Mô hình 2 115

Hình 4.25: Kết quả mô hình phân tích dòng thấm-Mô hình 2 115

Hình 4.26: Kết quả mô phỏng phân tích ổn định – Mô hình 3 116

Hình 4.27: Kết quả phân tích ổn đình theo các phương pháp-Mô hình 3 116

Hình 4.28: Kết quả mô hình phân tích dòng thấm-Mô hình 3 116

Hình 4.29: Kết quả mô phỏng phân tích ổn định – Mô hình 4 117

Hình 4.30: Kết quả phân tích ổn đình theo các phương pháp-Mô hình 4 117

Hình 4.31: Kết quả mô hình phân tích dòng thấm-Mô hình 4 117

Hình 4 32: Kết quả mô phỏng phân tích ổn định – Mô hình 5 118

Hình 4.33: Kết quả phân tích ổn đình theo các phương pháp-Mô hình 5 118

Hình 4.34: Kết quả mô hình phân tích dòng thấm-Mô hình 5 118

Hình 4 35: Biểu đồ hệ số ổn định ứng với các mô hình nghiên cứu 119

Hình 4 36: Biểu đồ lưu lượng thấm ứng với các mô hình nghiên cứu 120

MỞ ĐẦU

Việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu ở Việt Nam cũng như là trên thế giới luôn đặt ra nhiều vấn đề cho các chuyên gia Trong điều kiện tự nhiên, đất nền có thể có độ chặt, độ bền và độ ổn định không đủ; độ ẩm tự nhiên, độ thấm nước, độ biến dạng cao và những tính chất bất lợi khác ảnh hưởng đến các công trình được xây dựng, đến điều kiện thi công Vì vậy, việc cải thiện tính chất của đất nhằm tăng độ bền, khả năng chịu tải, độ ổn định, giảm độ biến dạng; làm mất các đặc tính lún ướt, tan rã, trương

nở và co ngót của đất là những yêu cầu cần thiết khi xây dựng các công trình bên trên

Để đạt được những yêu cầu đó, người ta áp dụng các biện pháp công trình khác nhau,

kể cả những phương pháp cải thiện tính chất cơ lý của đất theo chiều hướng cần thiết, tức là theo chiều hướng tăng độ chặt; tính liền khối; độ bền và độ ổn định, giảm độ biến dạng và độ thấm nước

Cùng với mục đích xử lý nền đất, làm cho đất nền trở nên tốt hơn, phục vụ cho các công trình xây dựng, có rất nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và thực hiện

Phương pháp thay nền, đây là một phương pháp ít được sử dụng Để khắc phục vướng mắc do đất yếu, nhà xây dựng thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu trong phạm vi chịu lực công trình bằng nền đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát Phương pháp này đòi hỏi kinh tế và thời gian thi công lâu dài, áp dụng được với mọi điều kiện địa chất Bên cạnh đó cũng có thể kết hợp cơ học bằng phương pháp nén thêm đất khô với điều kiện địa chất đất mùn xốp

Các phương pháp cơ học, là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt đất bằng cách sử dụng tải trọng tĩnh(phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động(đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm, sử dụng lưới nền cơ học và sử dụng thuốc nổ sâu, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi ), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học Sử dụng tải trọng động khá phổ biến với điều kiện địa chất đất cát hoặc đất sỏi như dùng máy đầm rung (đầm mặt hay đầm rung sâu), đầm lăn Cọc không thấm như cọc tre, cọc cừ tràm, cọc gỗ chắc thường được áp dụng với các công trình dân dụng Sử dụng hệ thống lưới nền cơ học chủ yếu

áp dụng để gia cố đất trong các công trình xây mới như đường bộ và đường sắt Sử dụng thuốc nổ sâu tuy đem lại hiệu quả cao trong thời gian ngắn, nhưng không thích hợp với đất sét và đòi hỏi tính chuyên nghiệp của nhà xây dựng

Phương pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm

Phương pháp nhiệt học Là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép Sử dụng khí nóng trên

800°C để làm biến đổi đặc tính lí hóa của nền đất yếu Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện địa chất đất sét hoặc đất cát mịn Phương pháp đòi hỏi một lượng năng lượng không nhỏ, nhưng kết quả nhanh và tương đối khả quan

Các phương pháp hóa học Là một trong các nhóm phương pháp được chú ý trong vòng 40 năm trở lại đây Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như xi măng, thủy tinh, phương pháp Silicat hóa… hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện hóa Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất tương đối tiện lợi và phổ biến Trong vòng chưa tới 20 năm trở lại đây đã có những nghiên cứu tích cực về việc thêm cốt cho cọc xi măng đất Sử dụng thủy tinh ít phổ biến hơn do độ bền của phương pháp không thực sự khả quan, còn điện hóa rất ít dùng do đòi hỏi tương đối nhiều về công nghệ

Phương pháp sinh học, là một phương pháp mới sử dụng hoạt động của vi sinh vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất công trình Đây là một phương pháp ít được sự quan tâm, do thời gian thi công tương đối dài, nhưng lại được khá nhiều sự ủng hộ về phương diện kinh tế

Các phương pháp thủy lực Đây là nhóm phương pháp lớn, như là sử dụng cọc thấm, lưới thấm, sử dụng vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm chân không,

sử dụng điện thẩm Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm một chủ yếu mang mục đích làm khô đất, nhóm này thường đòi hỏi một lượng tương đối thời gian và còn khiêm tốn về tính kinh tế Nhóm hai, ngoài mục đích trên còn muốn mượn lực nén thủy lực để gia cố đất, nhóm này đòi hỏi cao về công nghệ, thời gian thi công giảm đi

và tính kinh tế được cải thiện đáng kể

Ngoài ra còn có các phương pháp mới được nghiên cứu như rung hỗn hợp, đâm

xuyên, bơm cát…

Các biện pháp trên đều có những ưu nhược điểm khác nhau, tuy nhiên nhóm các biện pháp gia cố nền hướng về việc tận dụng các nguồn vật liệu phế thải hay các nguồn vật liệu sinh học có nguồn gốc tự nhiên đang được chú ý hơn cả

Đối với khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long, một trong những trung tâm lớn về kinh

tế nông nghiệp của cả nước Hàng năm, tổng sản lượng nông nghiệp của khu vực về lúa gạo, trái cây, thuỷ sản hầu như luôn đứng đầu cả nước Đặc biệt là các tỉnh miền Tây Nam

Bộ, không những cung cấp các sản phẩm cho thị trường nội địa, nó còn đóng góp một phần rất lớn vào sản lượng xuất khẩu về mặt hàng lúa gạo, trái cây, thu lại ngoại tệ cho quốc gia, góp phần vào sự tăng trưởng kinh tế của cả nước Bên cạnh đó, mật độ dân cư khu vực ngày càng trở nên đông đúc, càng gây sức ép lên các cơ quan chức năng trong việc hoạch định, tổ chức, sắp xếp và bố trí các tuyến dân cư hợp lý nhằm ổn định dân sinh, phát triển kinh tế cho địa phương, khu vực nói riêng và cho cả nước nói chung

Song song với nhu cầu đang ngày càng gia tăng về việc xây dựng các cụm, tuyến dân cư thì việc xây dựng các đường liên huyện, liên xã ngày càng trở nên cần thiết Các tuyến đường này có hai vai trò hết sức quan trọng trong hoạt động giao thông Thứ nhất, làm nhiệm vụ giao thương, ổn định và phát triển kinh tế cho địa phương Thứ hai, nó còn là các tuyến đê bao ngăn lũ mỗi khi lũ về hằng năm của các xã huyện vùng sâu, vùng xa đặc biệt với khu vực Đồng Tháp Mười, khu vực Tứ Giác Long Xuyên điển hình

là các tỉnh đầu nguồn sông Cửu Long như An Giang, Đồng Tháp

Một trong những đặc điểm của các công trình giao thông đường bộ hiện tại ở khu vực này là hầu hết các tuyến đường đều được đắp từ nguồn vật liệu là đất yếu tại chỗ,

do không có đủ thời gian để cố kết nên rất dễ bị trượt, lở do tải trọng bản thân, mưa, lũ hằng năm… nên cần phải duy tu bảo dưỡng thường xuyên

Bên cạnh đó, ở các khắp các nơi trong khu vực này, vấn đề về rác thải từ nông nghiệp đang ngày càng gia tăng theo từng năm, nên việc nghiên cứu xử lý đất đắp đường sao cho vừa có thể giải quyết các vấn đề về môi trường, vừa nhanh chóng đưa vào sử dụng với giá thành hợp lý mà vẫn đảm bảo độ bền công trình, hạn chế được các hư hỏng của nền đường do các yếu tố bất lợi đã nêu là rất cần thiết

Xuất phát từ những yêu cầu như đã phân tích ở trên, đã có một số tác giả nghiên cứu cải tạo đất yếu tại chỗ để đắp đường cho khu vực, góp phần làm phong phú thêm các phương pháp cải tạo nền đường với đầy đủ các cơ sở lý thuyết mang tính khoa học

Cùng với lý do đó, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của đất trộn

xi măng có cốt sợi lưới nông nghiệp và ứng dụng vào nền đường” nhằm nghiên cứu

các đặc tính về độ ổn định, sức chống cắt hay tính thấm của hỗn hợp phối trộn tối ưu giữa đất yếu tại chỗ với xi măng và vụn lưới nông nghiệp một cách đầy đủ hơn Song song với việc phân tích, khảo sát các đặc tính kỹ thuật, tác giả cũng tiến hành mô phỏng ứng dụng vào nền đường, từ đó có thể đề xuất một vài phương án tối ưu nhất để có thể lựa chọn thi công, ứng dụng cho các công trình thực tế sẽ thực hiện trên địa bàn các tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long nói chung và tỉnh Đồng Tháp nói riêng

Nghiên cứu, đánh giá tính ổn định của hỗn hợp phối trộn tối ưu gồm đất tự nhiên,

xi măng và cốt sợi là vụn lưới nông nghiệp so với hỗn hợp đất tự nhiên chỉ trộn xi măng

và chỉ sử dụng đất yếu tự nhiên khi đắp đường

Đánh giá về tính thấm của đất trộn xi măng, đất trộn xi măng có tăng cường thêm cốt sợi so với đất tự nhiên dưới sự tác động của nước trong mùa mưa lũ

Đề xuất phương án đắp đường tối ưu với hỗn hợp đất trộn xi măng có gia cường cốt sợi lưới nông nghiệp

Trong nghiên cứu này, tác giả tiến hành nghiên cứu với các mục tiêu đã đặt ra Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết tính toán

Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đất tự nhiên khu vực huyện Hồng Ngự tỉnh Đồng Tháp

Phối trộn vào đất yếu các loại vật liệu gồm xi măng, nước và sợi lưới với các tỷ lệ khác nhau và tiến hành các thí nghiệm nén đơn xác định sức kháng nén đơn của đất sau khi phối trộn

Tương ứng với các tỷ lệ phối trộn được thực hiện trong thí nghiệm nén đơn, tác giả chế bị và tiến hành một số thí nghiệm như nén cố kết, cắt trực tiếp và thí nghiệm xác định hệ số thấm Với những số liệu từ các thí nghiệm, tác giả sẽ tổng hợp, phân tích,

đánh giá, nhận xét trên cơ sở các bảng, biểu đồ Từ đó, rút ra những kết luận về tính chất

cơ học của các hỗn hợp với các tỷ lệ phối trộn tương ứng

Hình 1 1: Sơ đồ quy trình – phương pháp nghiên cứu của Luận Văn

Với các thông số thu được từ các kết quả thí nghiệm nén cố kết, cắt trực tiếp, thí nghiệm xác định hệ số thấm, tác giả sử dụng phần mềm GeoSlope và GeoSeep để mô phỏng một nền đường được đắp bằng vật liệu đất tự nhiên và đất được xử lý, từ đó đánh giá, so sánh tính ổn định của nền đường khi sử dụng vật liệu đất trộn xi măng có cốt sợi lưới nông nghiệp và rút ra được mô hình thi công phù hợp.

Nghiên cứu, khảo sát một cách đầy đủ hơn về các đặc trưng cơ học, tính thấm, độ

ổn định của hỗn hợp vật liệu mới dùng để đắp đường

So sánh, đánh giá được tính hiệu quả về mặt kinh tế và kỹ thuật giữa các phương

án đắp khác nhau, từ đó có cơ sở khoa học để lựa chọn một phương án tối ưu nhất

Xử lý tốt các vấn đề mất ổn định cũng như xói lở các tuyến đường giao thông trong mùa mưa lũ cũng như giải quyết tốt vấn đề rác thải nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế của địa phương

Chưa khảo sát một cách đầy đủ các yếu ảnh hưởng đến cường độ, tính chất cơ học của hỗn hợp đất trộn xi măng có cốt sợi lưới nông nghiệp như loại xi măng, kích thước sợi lưới thay đổi, hay tính chất của đất nhiễm phèn

Tính toán và đánh giá công trình ở một khu vực của tỉnh Đồng Tháp chưa kiểm tra được ở các khu vực khác ở vùng đồng bằng sông Cửu Long

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CẢI TẠO ĐẤT YẾU TẠI CHỖ DÙNG LÀM VẬT LIỆU ĐẮP Ở ĐỒNG THÁP

1.1 Đặc điểm chung về đất yếu khu vực tỉnh Đồng Tháp:

Đồng Tháp là một trong 13 tỉnh của vùng đồng bằng sông Cửu Long, nằm ở đầu nguồn sông Tiền, có đường biên giới quốc gia giáp với Campuchia Địa hình Đồng Tháp tương đối bằng phẳng với độ cao phổ biến 1–2 mét so với mặt biển Đồng Tháp nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, đồng nhất trên địa giới toàn tỉnh, khí hậu ở đây được chia làm 2 mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô

Đất đai của Đồng Tháp có kết cấu mặt bằng kém bền vững lại tương đối thấp, có thể chia làm 4 nhóm đất chính là nhóm đất phù sa (chiếm 59,06% diện tích đất tự nhiên), nhóm đất phèn (chiếm 25,99% diện tích tự nhiên), đất xám (chiếm 8,67% diện tích tự nhiên), nhóm đất cát (chiếm 0,04% diện tích tự nhiên)

Hình 1.2: Mặt cắt địa chất (điển hình) khu vực tỉnh Đồng Tháp

Bảng 1 1: Tính chất cơ lý của đất ở Đồng Tháp

TÊN CHỈ TIÊU Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Thành phần

1.2 Xi măng gia cường đất yếu như thế nào

1.2.1 Đặc tính của xi măng và cơ chế của phản ứng thuỷ hoá xi măng [1]

Hạt xi măng Portland là một hợp chất bao gồm Tricalcium Silicate (C3S), Dicalcium Silicate (C2S), Tricalcium Aluminate (C3A) và các chất rắn hòa tan như Tetracalcium Alumino-Ferrit (C4A) Bốn phần tử chính này tạo nên sản phẩm hỗn hợp tạo độ bền chủ yếu Khi nước lỗ rỗng của đất gặp xi măng, thủy hóa xi măng xảy ra nhanh chóng và sản phẩm của sự thủy hóa chính yếu ban đầu này là Hydrated Calcium Silicate (C3SHX, C3S2HX), Hydrated Calcium Aluminate (C3SAX, C3S2AX) và Hidrocid vôi Ca(OH)2

Hai sản phẩm kết dính xi măng chính được hình thành và thủy hóa vôi được sử dụng như pha tinh thể rắn tách biệt Những phần tử xi măng này kết hợp các hạt xi măng

nằm kế bên với nhau trong suốt quá trình hóa cứng để tạo thành hỗn hợp bộ khung bao quanh các hạt đất nguyên vẹn

Các pha Silicate và Aluminate được kết hợp nội tại, do đó hầu như không có pha nào kết tinh hoàn toàn Một phần của Ca(OH)2 cũng có thể kết hợp với các pha Hydrate khác, chỉ có một phần được kết tinh Hơn nữa thủy hóa xi măng dẫn đến gia tăng độ pH của nước lỗ rỗng gây ra bởi sự phân ly của vôi Hydrate Các bazơ mạnh hòa tan Silicate

và Aluminate từ cả khoáng vật sét và các chất vô định hình khác trên những mặt của các hạt sét, theo cách tương tự như phản ứng acid yếu và bazơ mạnh

Các Silica và Alumina ngậm nước sau đó sẽ từ từ phản ứng với các ion Calcium

tự do từ sự thủy phân xi măng để tạo thành hợp chất không hòa tan Phản ứng thứ yếu này được gọi là phản ứng puzzola hợp chất thủy hóa xi măng thì vẫn chưa được xác định rõ ràng bởi các công thức hóa học, vì thế quan tâm đến các biến thể là khả thi Các hợp chất trong xi măng Portland được biến thể khi có nước như sau:

2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 (1-1) 2(2CaO.SiO2) + 4H2O = 3CaO.SiO2.3H2 + Ca(OH)2 (1-2) 4CaO.Al2O3.Fe2O3 + 10H2O + 2Ca (OH)2 = 6CaO.Al2O3.Fe2O3.12H2O (1-3) 3CaO.Al2O3 + 12H2O+ 2Ca(OH)2 = 6CaO.Al2O3.Ca(OH)2.12H2O (1-4) 3CaO.Al2O3 + 10H2O + CaSO4.2H2O = 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O (1-5) Hai phản ứng (1-1) và (1-2), những chất của chúng hợp thành từ 75% xi măng Portland, chỉ ra rằng sự thủy hóa của hai loại Calcium Silicate tạo ra các hợp chất mới: vôi và tobermorite gel, sau đó đóng vai trò quan trọng liên quan đến cường độ và thể tích chủ yếu được quyết định bởi vôi và tobermorite gel Những phản ứng diễn ra trong gia cố xi măng - đất có thể được trình bày trong những phương trình được đưa ra sau đây:

CaS + H2O  C3S2Hx ( hydrated gel) + Ca(OH)2 (1 1) Ca(OH)2 Ca+++ 2(OH)- (1 2)

Ca++ + 2(OH)- + AL2O3 CAH (1 4) Khi độ pH < 12.6 thì phản ứng sau xảy ra:

C3S2Hx + H2O > C2S2Hx + Ca(OH)2 (1 5)

1.2.2 Đặc tính của hỗn hợp đất trộn xi măng

Ở nước ta và trên thế giới, việc nghiên cứu và ứng dụng các nghiên cứu vào việc cải tạo xử lý đất yếu bằng các loại vật liệu trộn đã và đang được thực hiện một cách liên tục và đạt được nhiều thành tựu

Theo nghiên cứu của Law (Viện Kỹ Thuật Châu Á-1989) [2], nghiên cứu đối với đất sét yếu ở Băng Cốc, sau khi trộn 10% xi măng theo trọng lượng đất gia cố thì cường

độ nén nở hông xi măng-đất tăng lên 10 lần so với đất mềm tự nhiên

Theo Miura (1987) [3], thí nghiệm bằng cách trộn 100 kG xi măng pooclan /m3

đất sét ở phòng thí nghiệm và bão dưỡng 28 ngày thì độ bền nén nở hông có giá trị tăng gấp 20 lần ban đầu

Theo các nghiên cứu trong nước [1], đối với đất yếu trộn với hàm lượng xi măng

từ 150-250 kG/m3 đất gia cố nghĩa là từ 7-15% trọng lượng đất gia cố thì cường độ nén

nở hông của xi măng – đất lớn hơn gấp mấy chục cho đến hàng trăm lần đất mềm tự nhiên Vài thông số cơ bản trong quá trình nghiên cứu của đất trộn xi măng:

70-Bảng 1.2: Các nghiên cứu về sự gia tăng cường độ xi măng đất so với đất tự nhiên [1]

SO VỚI ĐẤT TỰ NHIÊN

1.2.3 Nhận xét về quá trình thuỷ hoá xi măng trong đất

Như vậy, nguyên lý cơ bản của việc gia cố xi măng-đất sau khi trộn là một loạt các phản ứng xảy ra tạo ra các chất kết dính liên kết rồi dần đóng rắn lại Các phản ứng chủ yếu là:

 Phản ứng thủy hóa xi măng

 Tác dụng của các hạt đất đối với các chất thủy hóa của xi măng

 Tác dụng cacbonat hóa

Qua các đặc tính của xi măng cũng như các đặc điểm của quá trình thủy hóa xi măng trong nước, ta có thể nhận định được hai tác động chính của các phản ứng này đến tính chất các loại đất dính, đó là làm giảm tính dẻo của đất và tăng cường độ dính kết giữa các hạt đất

Giảm tính dẻo của đất: Khi xi măng được trộn với một loại đất dính, các ion canxi được giải phóng trong suốt quá trình của phản ứng thủy hóa xi măng, đây là yếu tố đầu tiên được ghi nhận để giảm tính dẻo của đất Sự trao đổi các cation xảy ra liên tục, các cation được bổ sung vào trong đất trở nên nhiều hơn Các tiến trình này làm thay đổi mật độ điện tích xung quanh các hạt đất, và đây chính là nguyên nhân thay đổi ứng xử của hỗn hợp đất có trộn xi măng

Gắn kết các hạt đất: Khi hỗn hợp đất – xi măng được nén chặt lại, liên kết hóa học phát triển giữa bề mặt của các hạt xi măng liền kề và giữa các hạt xi măng với bề mặt của các hạt đất Trong các loại đất bùn hạt mịn và đất sét, phản ứng thủy hóa xi măng phát triển tạo ra một sự liên kết mạnh mẽ giữa các hạt khoáng và tập hợp các liên kết đó

để tạo ra một cấu trúc kiểu tổ ong, kiểu liên kết mà trong đó các hạt đất không thể trượt lên nhau được nữa Không chỉ xi măng triệt tiêu dần tính dẻo của đất, nó còn làm tăng sức chống cắt và làm giảm khả năng giữ nước của đất sét Vì những tính chất đó của xi măng, nó không chỉ ngăn chặn sự trương nở hay hóa lỏng của đất do hấp thu độ ẩm mà còn ngăn cản cả các tác nhân khác làm ảnh hưởng xấu đến đất

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hỗn hợp đất trộn xi măng [2]

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cũng như là cường độ hay khả năng làm việc của đất được gia cố bằng xi măng Theo Netterberg và Paige-Green(1984) hay Sherwood (1993) thì các yếu tố đó có thể là hàm lượng các chất hữu cơ có trong đất, các

loại muối của axit sunfuric (sulphates), các hợp chất của lưu huỳnh với các nguyên tố khác (sulphides) hay nồng độ của carbon dioxide

Việc ứng dụng ngày càng nhiều công nghệ đất gia cố xi măng trong lĩnh vực xây dựng đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu tìm hiểu một cách thấu đáo hơn về vấn đề này Đến năm 1997, Terashi đã công bố nghiên cứu của mình về các yếu tố ảnh hưởng đến hỗn hợp đất trộn xi măng, cả tính chất của đất hiện trường và các tác nhân ổn định đều ảnh hưởng mạnh tới cường độ của đất được xử lý

Bảng 1 3 Các nhân tố ảnh hưởng tới cường độ xi măng - đất [2]

I Thành phần của chất tạo ổn định

1 Loại chất tạo ổn định

2 Chất lượng

3 Trộn nước và phụ gia

II Thành phần và điều kiện của đất

(đặc biệt quan trọng đối với đất sét)

1 Những đặc tính hoá học tự nhiên và khoáng vật của đất

2 Hàm lượng hữu cơ

3 pH của nước lỗ rỗng

4 Hàm lượng nước III Điều kiện trộn

1 Nhiệt độ trộn 2.Thời gian trộn

3 Khối lượng của chất tạo ổn định

IV Điều kiện dưỡng hộ

1 Nhiệt độ

2 Thời gian dưỡng hộ

3 Độ ẩm

4 Thời tiết Loại xi măng có ảnh hưởng đến cường độ nén của xi măng – đất Hàm lượng hữu

cơ càng cao làm ngăn cản quá trình hydrat hóa của xi măng, làm giảm cường độ nén Lượng sét mịn càng cao làm tăng lượng xi măng cần dùng

Đối với bùn sét hữu cơ trong các công trình thuộc dự án đại lộ Đông tây Sài Gòn [1], mối quan hệ giữa cường độ nén 7 ngày và 28 ngày của xi măng – đất theo phương trình qu28 = 1.13qu7 + 401.5 (kN/m2)

Cường độ chất kết dính càng cao cho cường độ nén xi măng – đất càng cao

Tỷ lệ xi măng cần dùng có ảnh hưởng tuyến tính đến cường độ chịu nén nở hông của mẫu xi măng – đất Điều này cho thấy rằng chúng ta có thể dễ dàng dự đoán được lượng xi măng cần dùng để cho ra sản phẩm hỗn hợp xi măng – đất có cường độ nén như yêu cầu

Độ ẩm trong đất ảnh hưởng lớn đến cường độ của mẫu xi măng – đất Mối quan

hệ này giống như sự ảnh hưởng của tỷ lệ nước / xi măng đến cường độ chịu nén của mẫu

bê tông nặng

Đất có độ pH trong phạm vi 5.0-6.3 thì độ pH càng tăng, cường độ của xi măng – đất càng tăng Ngược lại, trong phạm vi từ 6.3 – 6.9 độ pH tăng làm giảm cường độ của mẫu xi măng đất

Độ rỗng trong đất càng lớn thì khi trộn xi măng vào đất, khả năng lắp đầy của xi măng vào các lỗ rỗng trong đất càng cao, tạo nên khả năng gia cố nền đất đang yếu là rất lớn

1.3 Cốt sợi gia cường đất như thế nào

1.3.1 Nghiên cứu ứng dụng cốt sợi gia cường đất trên thế giới [10]

Các khái niệm về cốt sợi gia cường không còn là sự mới mẻ ở các nước tiên tiến trên thế giới Tuy nhiên, ở Việt Nam, công tác nghiên cứu cũng như ứng dụng công nghệ này vẫn chưa thực sự phát triển Phương pháp gia cường này liên quan đến việc các loại cốt sợi được liên kết trên bề mặt hay bên trong với đất Các cốt sợi này được trộn một cách ngẫu nhiên với đất trước khi được nén chặt Hiệu quả của việc trộn này được các nước trên thế giới đánh giá qua các thí nghiệm CBR (California Bearing Ratio), thí nghiệm nén một trục không giới hạn nở hông (nén đơn - UCS), thí nghiệm cắt trức tiếp, hay thí nghiệm nén ba trục

Đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu được tiến hành đã chỉ ra được sự liên quan giữa các tính chất thể hiện cường độ của đất với sự phân phối ngẫu nhiên của các cốt sợi gia cường Sự đa dạng về chủng loại cũng như là về hình dạng cũng được tìm thấy khá nhiều trong các tài liệu Cốt sợi thép mỏng được sử dụng bởi Verma và Char [4] đã tạo ra một sự gia tăng đáng kể về cường độ khi so sánh với đất không được gia cường

Hoare [5] lưu ý rằng việc gia cố sẽ sản sinh ra một sức kháng nén trong việc chống lại áp lực nén từ bên ngoài Mật độ của đất gia cố là thấp hơn so với đất không gia cố Ông quan sát được cường độ của đất được tăng cường khi gia cố thêm các cốt liệu sợi Ông thấy rằng, bằng cách sử dụng 2 loại vật liệu sợi khác nhau sẽ cho ra hiệu quả khác nhau trong việc làm tăng hoặc giảm cường độ của đất khi được tiến hành đầm chặt cùng một năng lượng

Freitag [6] đã nghiên cứu các dữ liệu về ảnh hưởng của sợi gia cố đến cường độ của một loại đất hạt mịn khi được nén chặt Một loại đất sét pha cát với giới hạn chảy

42 và chỉ số dẻo 22 đã được trộn lẫn với ba loại sợi tổng hợp khác nhau Ông lưu ý rằng các vật liệu sợi có bề mặt thô ráp luôn có xu hướng bám dính trong quá trình trộn Cường

độ của đất được gia cố với một lượng nước tối ưu luôn lớn hơn cường độ của đất ngoài hiện trường ở hàm lượng nước như nhau Đã có không ích sự hiệu quả khi pha trộn với các hàm lượng nước tối ưu Các loại sợi sử dụng trong thí nghiệm này không có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ Ông kết luận rằng các loại sợi phân phối ngẫu nhiên trong đất hạt mịn khi được đầm chặt sẽ gia tăng được cường độ và độ dẻo dai

Các vật liệu từ chất xơ có tác dụng làm tăng cường độ cho hỗn hợp (ví dụ như nhựa nhiệt dẻo, polyester và vật liệu xốp), hiệu suất và tính chất của vật liệu hỗn hợp cũng phụ thuộc vào sự tương tác tại mặt các tiếp xúc của chúng (Valadez-Gonzalez và cộng

sự, 1999) [7] Độ bám dính giữa sợi và ma trận hỗn hợp là một yếu tố quan trọng trong việc xác định ứng xử của bề mặt và tính toàn vẹn của nó dưới ứng suất

Sức kháng cắt tại mặt tiếp xúc là một yếu tố quan trọng để kiểm soát tính dẻo dai

và các thuộc tính cơ học của các vật liệu hỗn hợp (Jacob và các cộng sự., 2005) [8] Vì vậy, các kỹ thuật vi cơ như kéo thử nghiệm một cốt sợi đơn cũng đã được sử dụng rộng rãi để đánh giá ứng xử liên kết tại mặt tiếp xúc và độ bền cắt, ví dụ như cường độ cao nhất tại mặt tiếp xúc (interfacial peak strength - IPS) và cường độ dư tiếp tại mặt tiếp xúc (interfacial residual strength - IRS) (Beyerlein và cộng sự, 2001; Brandstetter và cộng sự, 2005; Li và cộng sự, 2005) Trong trường hợp này, các nghiên cứu thực nghiệm trước đây đã chỉ ra rằng tại vị trí tiếp xúc cường độ của sợi/hỗn hợp chịu ảnh hưởng đáng kể bởi độ nhám của cốt sợi, hình dạng của cốt sợi và vận tốc kéo ra

Cho đến nay, cốt liệu là các chất xơ dạng rời rạc được vẫn dùng để gia cố lĩnh trong vực đất đai Tuy nhiên, thông tin về sự tương tác tại nơi tiếp giáp giữa bề mặt sợi

và ma trận của hạt đất vẫn chưa được làm rõ Đó là do các sợi rời rạc thường rất mỏng

và yếu, việc phân phối sợi trong đất là ngẫu nhiên và khá phức tạp Và rất khó khăn để tách biệt tỷ lệ và số lượng có được các thông số cơ học tại mặt tiếp xúc của cốt sợi và đất Tuy nhiên, các ứng dụng ngày càng tăng của cốt sợi gia cường đất đòi hỏi phải có những nghiên cứu thấu đáo về lĩnh vực này

Các cơ chế tương tác tại mặt tiếp xúc của cốt sợi gia cường với đất phát triển rất phức tạp Các kiểm tra tại thực địa và trong phòng thí nghiệm đã được tiến hành để làm

rõ và giải thích ứng xử này (Bakeer và cộng sự, 1998; Moraci và Recalcati, 2006; Khedkar và Mandal, 2009; Sieira và cộng sự , 2009) Các kết quả nghiên cứu trước đây cho thấy rằng ứng xử khi các cốt sợi chịu kéo ra bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, ví dụ như ứng suất kéo, mật độ đất khô, tỷ lệ di chuyển, chiều dài của cốt sợi, tính gồ ghề của

bề mặt sợi, hình dạng sợi …(Lopes và Ladeira năm 1996; Beyerlein và cộng sự, 2001; Brandstetter và cộng sự, 2005; Li và cộng sự, 2005)[9] Moraci và Gioffre (2006) báo cáo rằng các cơ chế tương tác chính ảnh hưởng đến sức kháng kéo ra khỏi vải địa kỹ thuật là do ma sát bề mặt giữa đất với vật rắn gia cố, và sức kháng cự phát triển để chống lại các yếu tố tác động theo phương ngang Racana và cộng sự (2003) đã nghiên cứu ứng xử khi bị kéo của vải địa kỹ thuật, và cũng chỉ ra rằng sự ma sát giữa đất và cốt sợi gia cường, tính chất của đất, sự giam giữ các hạt đất là những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến ứng xử của cốt sợi khi chịu kéo

Mặc dù không cung cấp áp lực đặc biệt trong quá trình thí nghiệm kéo một mẫu cốt sợi trong đất, tuy nhiên vấn đề ma sát bề mặt giữa các hạt đất với cốt sợi gia cường không thể bỏ qua Hình ảnh hiện trong hình 1.2 cho thấy cốt sợi bị bao quanh bởi các hạt đất Sau khi được kéo ra, một số hạt đất được gắn trên bề mặt của sợi (hình 1.16),

nó chỉ ra rằng cấu trúc bề mặt của các hạt đất bị xáo trộn, thậm chí còn bị hỏng trong suốt quá trình cắt Vì vậy, khi cắt xảy ra, ma sát tại mặt tiếp giáp phụ thuộc rất lớn vào góc xoay và sự sắp xếp lại các hạt đất (hình 1.17)

Thông thường, các hạt đất ít có khả năng được sắp xếp lại trong quá trình cắt hoặc hơn thế nữa là sự cài móc vào của các hạt đất, lực kháng tại bề mặt cao hơn để cắt (Frost

và Han, 1999) Dove và các cộng sự (2006) cho rằng sự xoay của các hạt đất sẽ xảy ra, khi sức kháng được cung cấp bởi lực ma sát giữa các hạt khoáng vật và sự cài móc cơ học giữa các hạt đất liền kề nhỏ hơn giữa các hạt đó với bề mặt vật liệu sợi

Hình 1 3: SEM - cốt sợi gia cố được nhúng vào ma trận các hạt đất [10]

Hình 1 4: SEM - sự bám dính của các hạt đất lên bề mặt của cốt sợi khi bị kéo ra [10] Trên thực tế, lực ma sát tại bề mặt làm tăng sức kháng cắt (có thể được nhìn thấy

từ các phát thảo trên hình vẽ 1.4), ngoài lực liên kết giữa các hạt đất với cốt sợi tại bề mặt tiếp xúc còn có sự đóng góp đáng kể của những lỗ rỗng chứa nước liên kết với cốt sợi, và các thành phần liên kết này thường thay đổi với các loại khoáng hay các thành phần hóa học của đất khác nhau Ngoài ra, ma trận hút cũng có thể được phát triển do nước mao dẫn giữa các hạt đất và bề mặt cốt sợi, và gây ra sự tăng ứng suất hữu hiệu

tác tụng lên bề mặt tiếp xúc sợi và hạt đất Thông thường, ma trận hút trong đất tăng khi giảm đi lượng nước trong đất (Fredlund và Rahardjo, 1993)

Hình 1 5 : Sự tương tác cơ học tại bề mặt tiếp xúc giữa hạt đất và cốt sợi gia cố [10] Trong quá trình nén chặt, một số hạt cứng (ví dụ như cát) trong đất có thể gây ra biến dạng dẻo của cơ thể sợi (Hình 1.5), đặc biệt là tại tải trọng nén cao Hiện tượng này

đã được xác nhận bởi Tang và các cộng sự (2007b), người đã nghiên cứu hình thái bề mặt của cốt sợi dùng gia cố cho đất sét Xem trên hình 1.6, rõ ràng có một số chỗ lõm hình thành trên bề mặt của sợi gia cố vì hạt đất cứng chuyển tiếp lực nén xuống cốt sợi,

mà kết quả là làm gia tăng độ nhám trên bề mặt của cốt sợi và lượng hạt được cài móc vào bề mặt tiếp giáp Do đó, sự tương tác giữa hạt đất và bề mặt cốt sợi được cải thiện Ngoài ra, Yan và các cộng sự (1998) cũng phân tích hình thái tại bề mặt của cốt sợi dẻo trong xi măng , họ phát hiện ra rằng tăng độ nhám của bề mặt cốt sợi tạo nên sự cài móc

cơ học vào bề mặt này và chống lại sự chuyển động tương đối của sợi trong vật liệu tổng hợp xi măng Tang cùng cộng sự (2007a) còn cho rằng hàm lượng cát tăng lên trên bề mặt thô ráp của sợi sẽ làm tăng kháng trượt của cốt sợi trong đất

Hình 1 6: Phát thảo cơ bản về sự tiếp xúc trực tiếp của các hạt đất cứng lên bề mặt của

cốt sợi gia cường dẻo khi bị nén [10]

Hình 1 7: Ảnh phóng đại về sự hình thành các vếch lõm trên bề mặt của cốt sợi dẻo

sau khi chịu nén (Tang và các cộng sự 2007a,b) [10]

Hình 1.7 là hình ảnh được lấy từ mẫu sợi đơn gia cường sau khi thử nghiệm kéo

ra, và rõ ràng có thể nhìn thấy được một số vết trầy xước dọc theo hướng dọc sợi được hình thành trên bề mặt Điều này có thể là kết quả của sự cài móc của các hạt đất cứng lên bề mặt của cốt sợi trong quá trình cắt Điều này khẳng định một lần nữa rằng các cài móc cơ học được phát triển giữa các hạt đất và bề mặt sợi

Han (1997) cũng tìm thấy một số vết trầy xước để lại trên bề mặt của các sợi tăng cường polymer sau khi kiểm tra bề mặt Dove và các cộng sự (2006) cho rằng các vật liệu sản xuất sẽ phải chịu sự mài mòn nếu các hạt đất cứng hơn so với vật liệu sản xuất

Sự mài mòn thường dẫn đến thiệt hại bề mặt cốt sợi dưới dạng rãnh (hình 1.8)

Hình 1 8: Phát thảo cơ bản về sự tiếp xúc trực tiếp của các hạt đất cứng lên bề mặt của

cốt sợi gia cường dẻo khi bị nén [10]

1.3.2 Nghiên cứu ứng dụng cốt sợi lưới nông nghiệp gia cường đất yếu

1.3.2.1 Tổng quan về sợi lưới nông nghiệp

Lưới nông nghiệp là loại lưới sợi polyetylen, một trong những sản phẩm phục vụ rất hiệu quả cho các quá trình sản xuất nông nghiệp Các hoạt động nông nghiệp có thể

kể ra như lúa, thuỷ sản, cây hoa màu, Đặc biệt, khu vực đồng bằng Sông Cửu Long là vựa lúa của cả nước, nên nhu cầu về việc phơi sấy lúa sau thu hoạch là rất lớn Vì số lượng lò sấy còn khá ít, chưa đáp ứng được hết nhu cầu, nên các hoạt động phơi lúa đều

sử dụng các loại lưới cước (lưới nông nghiệp) Ngoài các hoạt động nông nghiệp có sử dụng lưới này, các lĩnh vực khác cũng tiêu thụ một lượng khá lớn lưới như việc che chắn các công trình xây dựng, hay lưới che nắng các sân bóng đá mini,

Hình 1 9: Lưới nông nghiệp

Trước thực trạng lưới nông nghiệp phế thải đang ngày càng gia tăng, việc nghiên cứu tận dụng lại loại lưới này cho việc xây đắp các tuyến đường là cần thiết

1.3.2.2 Sự làm việc đồng thời của khối xi măng – đất – lưới

Khi đất được trộn xi măng thì các hạt xi măng sẽ len lỏi vào các lỗ rỗng của đất, các phản ứng thủy hóa xảy ra giữa xi măng và nước trong đất tạo thành các liên kết giữa các hạt đất làm cho khung đất chặt hơn Bên cạnh đó, lưới được gia cường vào đất sẽ giữ các hạt đất dựa vào lực ma sát của đất và bề mặt lưới, tăng tính chống cắt cho đất

Khi lực tác dụng vào đất các lực sẽ chuyển từ bề mặt hạt đất vào bên trong khung hạt, khi co các lực kéo sẽ truyền lên khung hạt và các lưới sẽ là thành phần chịu kéo chính

Hình 1 10: Cấu tạo khối xi măng đất và lưới

Hình 1 11: Sự làm việc của khối đất gia cường

1.3.2.3 Sự gia tăng cường độ của xi măng được gia cường sợi lưới:[11]

Theo nghiên cứu sau khi được trộn với xi măng thì cường độ đất tăng lên rất đáng kể tùy theo hàm lượng xi măng được trộn vào đất

Sau khi được gia cường thêm sợi lưới từ các phế phẩm thì sợi lưới cả cải thiện đáng kể khả năng chống cắt cho xi măng đất và với hàm lượng xi măng được trộn vào khoảng 20%, hàm lượng lưới được thêm vào từ 0 ÷0.5% theo trọng lượng đất xử lý, kết

quả cho thấy cường độ đất tăng lên cao nhất đạt 2÷2.5 lần so với lúc chưa có sợi lưới và cường độ cao nhất với hàm lượng lưới là 0.25% theo trọng lượng đất xử lý Qua đó giúp tiết kiệm được đáng kể hàm lượng xi măng

Hình 1 12: Quan hệ cường độ nén đơn qu theo hàm lượng xi măng

Hình 1 13: Cường độ nén đơn qu theo hàm lượng lưới và thời gian bảo dưỡng

Hình 1 14: Quan hệ cường độ nén đơn qu và biến dạng theo hàm lượng lưới

Nhận xét :

Phương pháp dùng xi măng trộn vào đất để xử lý các loại đất yếu có độ ẩm cao là giải pháp rất khả thi đã được nghiên cứu và ứng dụng từ nhiều năm nay ở trong và ngoài nước, điều quan trọng để đạt hiệu quả cao nhất trong phương pháp này là cần tìm ra được hàm lượng xi măng/đất hợp lý nhất theo từng loại đất và tương ứng với nó là độ

ẩm thích hợp để cường độ xi măng – đất đạt cao nhất

Ngoài việc gia cường đất chỉ bằng xi măng thì có thể gia cường vào hỗn hợp này các loại sợi như lưới từ các phế phẩm trong các hoạt động nông, ngư nghiệp giúp cải thiện cường độ đất sau khi gia cường có thể tăng lên từ 2÷2.5% so với loại đất chỉ trộn với xi măng ở cùng hàm lượng xi măng/đất tùy thuộc vào cường độ của sợi lưới Qua

đó góp phần tiết kiệm được đáng kể hàm lượng xi măng và giúp giải quyết các vấn đề

về môi trường và xử lý rác thải

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hỗn hợp đất trộn xi măng có cốt sợi lưới [10]

Việc xem xét và đánh giá các nhân tố ảnh hưởng đến tính chất của đất có gia cố cốt sợi là rất quan trọng và trở nên cần thiết trong công tác nghiên cứu và ứng dụng cốt sợi gia cường Zhang Yanmei tiến hành nghiên cứu các thông số của cốt sợi phản ánh các đặc tính của đất gia cố bằng sợi Các đặc tính về cường độ của đất được gia cố cốt sợi có thể xem xét bởi các ảnh hưởng sau:

1.3.3.1 Các tính chất vật lý và tính chất cơ học của chính cốt sợi

Ma sát tạo ra một trong những vùng tiếp xúc lớn và hiệu quả của sợi gia cường

là tốt hơn khi diện tích tiếp xúc giữa sợi và các hạt đất lớn Diện tích tiếp xúc bề mặt có thể được thay đổi bằng cách thay đổi hình dạng của cốt sợi và ngày nay các hình dạng của sợi trên thị trường là "C", "J", "I", "Y", hay các hình dạng tự chế biến khác Vấn đề

là làm thế nào để chọn hình dạng của cốt sợi một cách hợp lý Đồng thời, các nghiên cứu cũng cho thấy sự dẻo dai của sợi có một mối quan hệ nhất định với cường độ của đất gia cố sợi Một sự lựa chọn hợp lý của hình dạng sợi và độ dẻo dai là rất quan trọng

về các thuộc tính

1.3.3.2 Loại vật liệu

Sự khác nhau của các loại vật liệu được trộn vào rất có ý nghĩa trong hiệu quả gia cường Lực ma sát giữa các loại khác của các hạt đất và sợi phân bố liên tục là khác

nhau, do đó, hiệu quả của việc gia cường là khác nhau Vì vậy, điều quan trọng là chọn cốt liệu sao cho phù hợp với loại đất cần gia cố

1.3.3.3 Hàm lượng chất xơ

Hàm lượng chất xơ có liên quan chặt chẽ đến cường độ và sự ổn định của hỗn hợp đất Với sự gia tăng của hàm lượng chất xơ, cường độ và sự ổn định của hỗn hợp đất sẽ cải thiện, quy luật tăng giống như parabol, cường độ và sự ổn định hỗn hợp đất tăng đến một mức nào đó sẽ giảm xuống Đồng thời việc phải tính toán và so sánh giữa vấn đề kinh tế và kỹ thuật cũng cần phải được xem xét

1.3.3.4 Kích thước cốt sợi

Chiều dài của sợi cũng ảnh hưởng rất lớn đến đặc tính của hỗn hợp đất gia cố cốt sợi Chiều dài tăng, ma sát bề mặt giữa các hạt đất và cốt sợi tích lũy càng nhiều Tuy nhiên không phải vì thế mà cốt sợi có thể dài vô hạn Một số nghiên cứu như đã nêu trên cũng chỉ ra rằng chiều dài này bị giới hạn ở một mức nào đó, mà ở mức đó, hiệu quả của sợi gia cường vẫn còn mang tính tối ưu

1.3.3.5 Hàm lượng nước

Hàm lượng nước đóng một vai trò quan trọng tại mặt tiếp giáp giữa đất và cốt sợi Như hình 1.15, IPS và IRS giảm khi tăng hàm lượng nước Có thể đó là vì sự gia tăng của hàm lượng nước làm giảm lực mao dẫn và sự tăng ứng suất hữu hiệu lên các hạt (Fredlund và Rahardjo, 1993) Sức mạnh liên kết và lực ma sát giữa các hạt lân cận do

đó bị giảm xuống Kết quả là các hạt trên mặt cắt tiếp xúc có thể dễ dàng bị xáo trộn và sắp xếp lại trong thời gian cốt sợi bị kéo ra, và sức kháng cắt tại mặt tiếp xúc cũng bị giảm yếu Ngoài ra, nước sẽ đóng một vai trò quan trọng như là một chất bôi trơn lớp trên bề mặt tiếp xúc của cốt sợi và hạt đất, do đó sự gia tăng nước sẽ làm giảm đi lực ma sát tại bề mặt tiếp xúc Potyondy (1961) thực hiện một cuộc điều tra toàn diện về ứng

xử tại bề mặt giữa các vật liệu trong xây dựng (thép, bê tông và gỗ) và đất, và xác định rằng hàm lượng nước là một trong những các yếu tố chính làm giảm ma sát tiếp xúc Ngoài ra, Alwahabvà Al-ourna (1995) đã nghiên cứu ảnh hưởng đáng kể của nước đến sợi gia cố đất dính trên sức chống cắt của chúng, và báo cáo rằng sự gia tăng trong cường

độ cắt là không đáng kể khi hàm lượng nước cao hơn 5% so với lượng nước tối ưu của