Các đặc trưng cơ học của đất bùn sét khu vực tp cần thơ khi gia cố bằng phương pháp trộn xi măng hà quốc đông tp hồ chí minh đhqg tp hồ chí minh đại học bách khoa, 2005 b

Nhiệm vụ - Xác định sự thay đổi về độ ẩm, tỷ trọng hạt, hữu cơ, các giới hạn chảy, dẻo của hỗn hợp xi măng trộn với đất yếu Cần Thơ; - Đánh giá sự thay đổi về cường độ chịu lực, module

Y O Z

HÀ QUỐC ĐÔNG

CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA ĐẤT BÙN SÉT KHU VỰC TP CẦN THƠ KHI GIA CỐ BẰNG

PHƯƠNG PHÁP TRỘN XI MĂNG

Mã số ngành: 60.44.68

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, ngày 30 - 06 - 2005

ĐẠI HỌC QUỐC QIA - THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Y O Z

Cán bộ hướng dẫn khoa học chính:

Tiến sĩ: PHAN THỊ SAN HÀ

Cán bộ đồng hướng dẫn:

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trường Đại Học Bách Khoa,

Ngày tháng năm 2005

NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: HÀ QUỐC ĐÔNG Phái: Nam

I TÊN ĐỀ TÀI

"CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA ĐẤT BÙN SÉT KHU VỰC TP CẦN THƠ KHI GIA

CỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỘN XI MĂNG"

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

1 Nhiệm vụ

- Xác định sự thay đổi về độ ẩm, tỷ trọng hạt, hữu cơ, các giới hạn chảy, dẻo của hỗn hợp xi măng trộn với đất yếu Cần Thơ;

- Đánh giá sự thay đổi về cường độ chịu lực, module biến dạng của đất trộn

xi măng (thông qua thí nghiệm nén nở hông)- so với điều kiện ban đầu, mẫu chưa gia cố

- Sự thay đổi về lực dính C, góc ma sát trong ϕ trước và sau khi gia cố ximăng (thông qua thí nghiệm 03 trục UU)

2 Nội dung

Phần 1: TỔNG QUAN

Chương 1: Tình hình nghiên cứu trong, ngoài nước và khả năng áp dụng kết quả

của luận án

Chương 2: Tổng quan về khu vực nghiên cứu

Chương 3: Sơ lược về phương pháp ổn định đất bằng chất kết dính vô cơ

Phần 2: NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN

Chương 4: Cơ sở lý thuyết và đặc tính hỗn hợp đất trộn xi măng

Y o Z

Phần 3: PHẦN PHỤ LỤC

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 12/2004

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:30/06/2005

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS PHAN THỊ SAN HÀ

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được thông qua hội đồng chuyên ngành

Ngày tháng năm 2005

BỘ MÔN QUẢN LÝCHUYÊN NGÀNH

CHỦ NHIỆM NGÀNH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp, bằng những kiến thức khoa học, kinh nghiệm thực tế của mình đã giúp em hoàn thành luận văn thạc sĩ

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã giảng dạy em trong hai năm học ở trường, và gởi lời cảm ơn đến bạn học cùng lớp, các anh chị trong Khoa Địa Chất Dầu Khí, Trung Tâm Tư Vấn Xây Dựng Tổng Hợp A.I, Trung Tâm Kiểm Định Và Tư Vấn Xây Dựng - Khoa Công Nghệ Đại Học Cần Thơ

Sự nhiệt tình, tận tâm của Cô Phan Thị San Hà đã giúp em hoàn thành tốt luận văn, em xin gởi lời cảm ơn đến thầy Lê Minh Sơn, anh Nguyễn Ngọc

Em, thầy Hoàn Vĩ Minh, thầy Nguyễn Văn Tình đã giúp em hoàn thành công tác thí nghiệm

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn thầy cô, bạn bè và các bạn đồng nghiệp

HÀ QUỐC ĐÔNG

TÊN ĐỀ TÀI

"CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA ĐẤT BÙN SÉT KHU VỰC TP CẦN THƠ

KHI GIA CỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỘN XI MĂNG"

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Kỹ thuật xử lý nền móng hiệu quả và kinh tế góp phần nâng cao chất lượng công trình xây dựng ở khu vực Thành Phố Cần Thơ nói riêng và Đồng Bằng Sông Cửu Long nói chung là vấn đề cấp thiết

Đề tài nghiên cứu tìm hiểu tính chất của đất yếu Cần Thơ thay đổi như thế nào khi phối trộn với xi măng, nội dung nghiên cứu bao gồm:

- Xác định sự thay đổi về độ ẩm, tỷ trọng hạt, hữu cơ, các giới hạn chảy, dẻo của hỗn hợp xi măng trộn với đất yếu Cần Thơ;

- Đánh giá sự thay đổi về cường độ chịu lực, module biến dạng của đất trộn

xi măng (thông qua thí nghiệm nén nở hông)- so với điều kiện ban đầu, mẫu chưa gia cố

- Sự thay đổi về lực dính C, góc ma sát trong ϕ trước và sau khi gia cố ximăng (thông qua thí nghiệm 03 trục UU)

TITLE

"THE MECHANICAL CHARACTERISTICS OF SOFT SOIL OF CAN THO CITY

STABILIZED WITH CEMENT”

SPECIFIC CONTENTS

Treatments techniques of foundation is economical and effective to contribute to the improvement of constructions quality in Mekong Delta in general and Can Tho particularly

The research thesis is about how soft soil at Can Tho has changed when it is stabilized with cement, the thesis content consists of:

- Determining the changes of moisture content, specific gravity, Atterberg limits, and ogranic materials

- Evaluating the strenght, deformation modulus through the unconfined compression test and triaxial compression test (UU)

Chương 1:

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG, NGOÀI NƯỚC VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG KẾT QUẢ CỦA LUẬN ÁN

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1

1.2 KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG 3

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1 SƠ LƯỢC VỀ ĐỊA HÌNH, ĐỊA MẠO - ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG (ĐBSCL) 6

2.2 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU - TP CẦN THƠ 9

2.2.1 Vị trí địa lý 2.2.2 Đặc điểm địa chất, địa chất công trình và địa chất thủy văn 10

2.2.3 Mạng lưới sông ngòi 14

2.2.4 Cơ sở hạ tầng đô thị 2.3 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC LẤY MẪU (KHOA CÔNG NGHỆ -ĐHCT) 15 Chương 3: SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH ĐẤT BẰNG CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ 3.1 NHỮNG YẾU TỐ TÁC ĐỘNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH ĐẤT 18

3.2 SƠ LƯỢC KỸ THUẬT PHỐI TRỘN 20

3.3 MỘT VÀI THAY ĐỔI TRONG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 21

3.4 YÊU CẦU CHO VIỆC SỬ DỤNG CHẤT ỔN ĐỊNH 21

3.5 CÁC YẾU TỐ LỰA CHỌN CHẤT ỔN ĐỊNH 24

3.8 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM 27

Phần 2: NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN Chương 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐẶC TÍNH HỖN HỢP ĐẤT TRỘN XI MĂNG 4.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP 30

4.1.1 Giới thiệu sơ lược 4.1.2 Cơ sở lý thuyết 31

4.1.3 Nguyên ký gia cố ximăng đất 32

4.2 ĐẶC TÍNH CỦA HỖN HỢP ĐẤT - XIMĂNG 35

4.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HỖN HỢP 37

4.3.1 Ảnh hưởng của lượng trộn ximăng 4.3.2 Ảnh hưởng của ngày tuổi 38

4.3.3 Ảnh hưởng của chất hữu cơ trong đất 4.3.4 Ảnh hưởng của các chất đất khác nhau 39

4.3.5 Ảnh hưởng của bột tro than đối với cường độ 41

4.3.6 Ảnh hưởng của chất phụ gia đối với cường độ 42

4.3.7 Ảnh hưởng của thành phần và hàm lượng muối dễ hoà tan 43

4.3.8 Ảnh hưởng của pH môi trường 4.3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ đất gia cố 44

Chương 5: THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 5.1 TỔNG QUÁT 47 5.1.1 Các vấn đề cần nghiên cứu

5.2.1 Chuẩn bị thí nghiệm

5.2.2 Trộn và bảo dưỡng mẫu 54

5.2.3 Thí nghiệm mẫu 57

5.3 CÁC DẠNG THÍ NGHIỆM 58

5.3.1 Thí nghiệm các đặc trưng vật lý 5.3.2 Thí nghiệm các đặc trưng cơ học 5.3.2.1 Thí nghiệm nén một trục nở hông 5.3.2.2 Thí nghiệm ba trục 5.4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT 58

5.4.1 Tính chất cơ lý của mẫu đất tự nhiên 5.4.2 Độ ẩm 59

5.4.3 Các giơi hạn Atterberg 61

5.4.4 Tỷ trọng hạt 62

5.4.5 Hàm lượng hữu cơ 63

5.4.6 Thí nghiệm nén một trục nở hông 64

5.4.7 Thí nghiệm 03 trục UU 70

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

Phần 3: PHẦN PHỤ LỤC

Chương 1

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG, NGOÀI NƯỚC VÀ KHẢ NĂNG

ÁP DỤNG KẾT QUẢ CỦA LUẬN ÁN

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC:

Kỹ thuật gia cố đất bằng xi măng được thí điểm thành công ở Nga vào những năm 1912 Năm 1925 - 1932 một số công trình nghiên cứu của các tác giả như:

V V Okhôtin, V K Janôpxki về đất gia cố vôi, M M Philatôp về gia cố đất bằng nhiệt Năm 1932 - 1940 là thời kỳ nghiên cứu phát triển giữa nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và nghiên cứu mở rộng các phương pháp gia cố cũng như việc tìm tòi những nguyên tắc cơ bản của kỹ thuật đất gia cố của đồng thời các tác giả vừa nêu trên

Tính tới năm 1976 ở Nga, đã xây dựng được trong các vùng đất và khí hậu khác nhau, 13.000km nền đường và lớp áo đường bằng đất gia cố với ximăng, bitum, vôi và các chất khác Trong công tác xây dựng sân bay, một khối lượng lớn đất gia cố cũng đã được sử dụng Bên cạnh đó còn có một số nước áp dụng phương pháp đất gia cố để làm nền đường như: Ukrain (3500km - 1974), Kadaxtăng 5.500km - 1974)

Tại Anh, theo tác giả Williams 1986 thì việc gia cố nền đường bằng vôi, xi măng đã được ứng dụng cách đây hơn 50 năm Vào những năm 1945 – 1965, Phòng Thí Nghiệm Nghiên Cứu Về Đường nay là Viện Nghiên Cứu Giao Thông của Anh đã cho triển khai ra thực tiễn phương pháp gia cố đất trong những điều kiện khác nhau cho các công trình xây dựng đường và vẫn còn tiếp tục phát triển cho đến ngày nay

Phương pháp trộn dưới sâu (Deep mixing method - DMM) là một phương pháp mới để gia cố nền đất yếu Mỹ là nước đầu tiên nghiên cứu về cọc xi măng trộn

tại chỗ (Mix in place pile - MIP), đường kính cọc 0,3 - 0,4m, dài 10 - 12m Năm

1950 phương pháp này được đưa vào Nhật Bản; năm 1974 Viện Nghiên Cứu Hải Cảng và Bến Tàu (PHRI - Port and Harbour Research Institute) báo cáo tổng kết phương pháp trộn vôi dưới sâu (DLM - Deep Lime Mixing) và sau đó phương pháp này được áp dụng rộng rãi ở Nhật Năm 1975, PHRI đã nghiên cứu và phát triển phương pháp trộn ximăng dưới sâu ((CMD - Cement Deep Mixing) nhằm mục đích xử lý nền sét yếu ở bờ biển

Năm 1977, Trung Quốc bắt đầu thí nghiệm trong phòng và nghiên cứu chế tạo máy hai trục đầu tiên để trộn dưới sâu

Từ những năm 80 đến nay, nhiều công ty, viện nghiên cứu của các nước trên thế giới như: Mỹ, Liên Xô, Thuỵ Điển, Nhật Bản, Trung Quốc, Phần Lan, đã không ngừng cải tiến và nâng cao về kỹ thuật cũng như về thiết bị thi công hiện trường, công nghệ gia cố đất bằng vôi, ximăng, xử lý nền đất yếu đã thật sự phát triển

Tại Đông Nam Á, cọc đất - vôi, cọc đất - vôi - ximăng không được áp dụng rộng

vì thiếu thiết bị thi công, chi phi khai thác vôi sống tinh khiết cao Nhưng ngược lại, nếu áp dụng cọc đất - ximăng cho các loại đất sét ven biển hoặc các dạng bùn sét hữu cơ thường gặp tại một số thành phố lớn như Bangkok, Manila, Jakarta, Hà nội, Cửu long, thì sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao và là một giải pháp hợp lý

Ở nước ta, một số cơ quan thiết kế đã và đang áp dụng cọc đất vôi khi xây dựng công trình trên nền đất yếu ở các vùng đồng bằng như Hà Nội, Hải Phòng, Nam Định, Đồng Bằng Sông Cửu Long, nhưng vẫn còn trong phạm vi hẹp, chưa được phỗ biến rộng rãi Đầu những năm 80 với sự giúp đỡ của Viện Địa Kỹ Thuật Thụy Điển, đề tài nghiên cứu về cọc đất - vôi - ximăng được Bộ Xây Dựng nghiệm thu vào năm 1985 và đã được áp dụng cho một số công trình dân

dụng, công nghiệp ở Hà Nội, Hải Phòng Năm 2001 Công ty Hercules (Thuỵ Điển) kết hợp với Công ty phát Triển Kỹ Thuật Xây Dựng đã làm loại cọc đất-xi-măng-vôi sâu tới 20m bằng hệ thống tự động từ khâu khoan, phun ximăng và trộn cho công trình Tổng Kho xăng dầu Hậu Giang tại Khu Công nghiệp Trà Nóc, TP Cần Thơ với tổng chiều dài cọc gần 50.000m

Bên cạnh đó, một số luận văn thạc sĩ của các tác giả trong nước cũng đề cập đến vấn đề gia cố đất với vôi và xi-măng, ví dụ như:

- Th.s Bùi Tấn Mẫn, đề tài: "Xử lý nền đất yếu dưới nền đường bằng giải

pháp cột đất - xi măng/ vôi và cột đất - xi măng/vôi - tro trấu", 06/2001;

- Th.s Nguyễn Kiết Hùng, đề tài: "Nghiên cứu xử lý nền đất dính yếu

nhiễm mặn, nhiễm phèn khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh và vùng phụ cận dưới nền đường, đê đập, bồn chứa bằng giải pháp cột đất - vôi và cột đất - ximăng",

09/2002;

- Th.s Trần Hải Đăng, đề tài "Nghiên cứu xử lý nền đất yếu dưới móng

công trình chịu tải phân bố đều bằng giải pháp cọc xi măng đất sợi xơ dừa ",

04/2003

1.2 KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG

Xu thế phát triển của đất nước nói chung và vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long nói riêng đòi hỏi sự tiến bộ, mạnh dạn nghiên cứu và vận dụng những kỹ thuật mới trong việc xây dựng và phát triển đô thị

Trên thực tế đã ứng dụng các biện pháp khác nhau trong việc xử lý nền đất yếu phục vụ cho các công trình khác nhau, tuỳ vào mục đích và tính chất của công trình Một số biện pháp như: cọc cát, giếng cát, bấc thấm, cọc bê tông cốt thép, cọc khoan nhồi, bên cạnh đó còn có: ứng dụng vải địa kỹ thuật trong gia cố nền đường, đê đập, sân bay, nhà kho, bãi chứa chất thải, ; Biện pháp gia cố nền

đường và các công trình dân dụng bằng phương pháp trộn ximăng - vôi vào đất đã chứng tỏ tính hiệu quả và đem lại lợi ích kinh tế cao

Để áp dụng được biện pháp này ngoài thực tế, đòi hỏi người cán bộ kỹ thuật không những hiểu sâu về đặc tính kỹ thuật của hỗn hợp đất gia cố mà còn cần phải am tường về điều kiện tự nhiên của khu vực áp dụng, điều kiện địa chất và địa chất thủy văn Phải hiểu rõ về đất, cũng như nước; bởi vì nó là một trong những yếu tố quan trọng quyết định cường độ của hỗn hợp đất gia cố

Như chúng ta đã biết tầng bùn sét hữu cơ là tầng đất yếu đặc trưng cho khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long, nằm ở độ sâu từ 1 - 1,5m, dày 9 - 20m Thông thường móng các công trình xây dựng không thể đặt trực tiếp lên tầng đất yếu này mà không qua một biện pháp xử lý nào Đối với các công trình xây dựng nơi đây, biện pháp xử lý chủ yếu là sử dụng cọc cừ tràm; các công trình có tải trọng lớn thì áp dụng các biện pháp như ép cọc bê tông cốt thép, cọc khoan nhồi (ít được áp dụng vì chi phí rất cao)

Tác giả mong muốn giới thiệu giải pháp mới để xử lý tầng đất yếu này nhằm tăng thêm sự lựa chọn biện pháp xử lý nền móng cho các công trình thuộc khu vực Cần Thơ nói riêng và vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long nói chung

Nội dung nghiên cứu của tác giả sẽ tập trung vào các vấn đề sau:

- Xác định sự thay đổi về độ ẩm, tỷ trọng hạt, hữu cơ, các giới hạn chảy, dẻo của hỗn hợp xi măng trộn với đất yếu Cần Thơ;

- Đánh giá sự thay đổi về cường độ chịu lực, module biến dạng của đất trộn xi măng (thông qua thí nghiệm nén nở hông)- so với điều kiện ban đầu, mẫu chưa gia cố

- Sự thay đổi về lực dính C, góc ma sát trong ϕ trước và sau khi gia cố ximăng (thông qua thí nghiệm 03 trục UU)

Trong quá trình thí nghiệm, tác giả sẽ xác định hàm lượng ximăng cần thiết kết hợp với tầng đất yếu khu vực (tầng bùn sét hữu cơ), sau khi gia cố sẽ đạt được cường độ tốt nhất Từ đó sẽ ứng dụng cho việc xử lý, gia tăng ổn định cho nền đất yếu dưới móng công trình cụ thể, và các công trình chịu tải trọng phân bố đều; đáp ứng được yêu cầu về kỹ thuật và có ý nghĩa thực tiễn

Tuy nhiên trong khoảng thời gian nghiên cứu, cũng như cấp độ đề tài; nên tác giả sẽ chọn vị trí nghiên cứu tại Khoa Công Nghệ Trường Đại Học Cần Thơ

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

2.1 SƠ LƯỢC VỀ ĐỊA HÌNH, ĐỊA MẠO - ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG (ĐBSCL)

- Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng châu thổ nằm ở cuối khu vực sông Mêkông, được giới hạn bởi phía bắc là khu vực biên giới Việt Nam - Campuchia, Tây Ninh và Thành Phố Hồ Chí Minh, Phía Nam và Đông là biển Đông, Phía Tây là Vịnh Thái Lan Đồng Bằng Sông Cửu Long có diện tích tự nhiên 3.900.000ha, bao gồm 12 tỉnh và thành phố Cần Thơ; Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Trà Vinh, Sóc Trăng, Hậu Giang, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang Và An Giang

- ĐBSCL có địa hình khá bằng phẳng, cao độ phổ biến từ (0,3 - 0,4m), trên mực nước biển (theo hệ mốc cao độ Mũi Nai) trừ một số ngọn núi ở tỉnh An Giang và Kiên Giang Ngoài các khu vực có độ cao cục bộ, có thể phân thành các vùng theo cao độ như sau:

+ Thềm phù sa cổ dọc biên giới Việt Nam - Campuchia, có cao độ từ 2 - 5m;

+ Dọc theo sông Tiền và sông Hậu có cao độ 1 - 3m;

+ Các khu vực ngập lũ của sông Tiền, sông Hậu và các vùng ngập triều ven biển có cao độ 0,3 - 1,5m

Do sự lắng đọng và bồi đắp của phù sa sông, biển đã tạo cho ĐBSCL có địa thế cao ở ven sông Tiền, sông Hậu và ven biển Nhưng những vùng xa sông chính,

xa biển nằm sâu trong đất liền thì thấp và trũng

- Khi nghiên cứu về mặt địa chất công trình, tầng trầm tích trẻ Holoxen (QIV)

đáng quan tâm xuống tới độ sâu 30m tính từ bề mặt cơ bản chia ra làm 04 lớp:

+ Lớp đất trên mặt: dày vào khoảng 0,5 - 1,5m, gồm những loại đất sét

hạt bụi đến sét cát, có màu xám nhạt đến xám vàng Có nơi là bùn sét hữu cơ màu xám đen; mực nước ngầm ở độ sâu từ 0,5 - 1m

+ Lớp sét hữu cơ: Nằm dưới lớp mặt là lớp sét hữu cơ có bề dày thay đổi

từ 3 - 4m (ở Long An), 9 - 10m (Vùng Thạch An, Cần Thơ), 18 - 20m (Vùng Long Phú, Cần Thơ) Chiều dày lớp này tăng dần về phía biển

Lớp sét hữu cơ thường có màu xám đen, xám nhạt Hàm lượng hạt sét chiếm 40 - 70% Hàm lượng hữu cơ thường gặp chiếm 2 - 8%, các chất hữu cơ đã phân giải gần hết Ở các lớp gần mặt đất còn có những khối hữu cơ ở dạng than bùn Đất rất ẩm, các chỉ tiêu vật lý thay đổi trong phạm vi như sau:

Độ ẩm tự nhiên W = 50 - 100% (có nơi trên 100%)

Giới hạn chảy Wch = 50 - 100%

Giới hạn dẻo Wd = 20 - 70%

Chỉ số dẻo Id = 20 - 65%

Hệ số rỗng eo = 1,2 - 3, có nơi > 3;

Dung trọng tự nhiên: γw= 1 , 35 − 1 , 65g/cm3

Dung trọng khô: γc = 0 , 64 − 0 , 95g/cm3

Nhìn chung, lớp đất này thường gặp ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy đến chảy Đất chưa được nén chặt, hệ số rỗng tự nhiên lớn, dung trọng nhỏ, sức chống cắt thấp, trong thực tế còn được gọi là lớp bùn sét hữu cơ

+ Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn laterit và vỏ sò, hoặc lớp cát: Lớp này

dày khoảng 3 - 5m, thường nằm chuyển tiếp giữa lớp sét hữu cơ với lớp sét không hữu cơ (như dọc theo tuyến kênh Phụng Hiệp - Quản Lộ) Cũng có nơi như Mỹ Tứ, Cần Thơ lớp cát lại nằm giữa lớp sét Lớp này không liên tục trên toàn vùng ĐBSCL

Đối với lớp đất này, vì số liệu thu được còn ít, nên chưa có đủ diều kiện để thống kê Một số tài liệu thu được ở Cần Thơ cho biết: Lớp cát có độ ẩm tự nhiên 32 - 35%, dung trọng tự nhiên 1,69 - 1,75g/cm3, góc ma sát trong 29 - 30o

+ Lớp đất sét không lẫn hữu cơ: Lớp đất này khá dày xuất hiện ở những

độ sâu khác nhau, một số hố khoan ở Long An cho thấy, lớp đất tương đối chặt nằm cách mặt đất 3 - 4m Ở những nơi khác nó nằm cách mặt đất 9 - 10m (ở Thạch An, Cần Thơ), 15 -16m (ở Vĩnh Quy, Tân Long, Cần Thơ), 25 - 26m (ở Mỹ Thanh, Cần Thơ), càng gần về biển, lớp đất sét càng nằm sâu cách mặt đất tự nhiên

Lớp đất sét có màu xám vàng hoặc vàng nhạt, các chỉ tiêu cơ lý thay đổi trong phạm vi như sau:

Độ ẩm tự nhiên W = 25 - 55%;

Giới hạn chảy Wch = 40 - 65%;

Giới hạn dẻo Wd = 20 - 30%;

Chỉ số dẻo Id = 17 - 45%;

Hệ số rỗng eo = 0,7 - 1,5;

Dung trọng tự nhiên: γw= 1 , 65 − 1 , 95g/cm3

Dung trọng khô: γc = 1 , 05 − 1 , 55g/cm3

Lớp đất sét này hoàn toàn bão hoà nước, ở trạng thái dẻo cứng đến dẻo chảy, tương đối chặt, khả năng chịu tải tốt hơn lớp sét hữu cơ

2.2 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU (TP CẦN THƠ)

2.2.1 Vị trí địa lý

Thành phố Cần Thơ cách Thành phố Hồ Chí Minh 172 km về phía Tây Nam, là trung tâm chính trị, khoa học kỹ thuật, kinh tế và thương mại của khu vực ĐBSCL

Hình 1.1: Bản đồ khu vực Thành Phố Cần Thơ

BẢN ĐỒ KHU VỰC THÀNH PHỐ CẦN THƠ

Tỷ lệ: 1/1000

Người thực hiện: Hà Quốc Đông Khoa Công Nghệ - ĐHCT Năm 2004

VINH LONG

O MON

- Tọa độ địa lý: Thành phố Cần Thơ nằm trong khoảng:

+ 105o40' đến 105o49' kinh độ Đông

+ 9o58' đến 10o50' vĩ độ Bắc

- Ranh giới:

+ Bắc giáp huyện Thốt Nốt

+ Tây và Nam giáp huyện Châu Thành A - tỉnh Hậu Giang

+ Đông giáp huyện Bình Minh tỉnh Vĩnh Long

- Diện tích: Diện tích tự nhiên là 143.48 km2

2.2.2 Đặc điểm địa chất, địa chất công trình và địa chất thủy văn

- Các thành tạo trầm tích đệ tứ: các trầm tích lục nguyên bở rời tuổi Đệ tứ có bề

dày thay đổi từ 200 - 269m Gồm các tướng cuội, sỏi, cát và sét có nguồn gốc biển, sông biển, sông, sông đầm lầy, Thuộc các hệ tầng Long Toàn (mQII-III-

lt), Long Mỹ (mQII-III-lm), Hậu Giang (mQIV-hg) và các trầm tích thuộc nguồn

gốc Holocen

Các thành tạo nhân sinh Đệ tứ, thống Holocen thượng phần trên, (tQIV33): Trong phạm vi đô thị Cần Thơ, hiện tại các công trình điều xây dựng trên nền đất đắp có chiều cao thay đổi từ 0,5 - 1,5m so với địa hình tự nhiên, vật liệu dùng để đắp có thành phần khác nhau song phổ biến hơn cả là cát lẫn bột lấy từ Sông Hậu

Thống Holocen thượng phần dưới (QIV31), gồm hai kiểu nguồn gốc: trầm tích sông (aQIV31) và trầm tích sông đầm lầy (abQIV31) Thành phần chủ yếu là bột, sét lẫn một ít cát và tàn tích động thực vật phân hủy, bề dày trầm tích thay đổi từ 1 - 1,5m, các trầm tích này chuyển tiếp trên các trầm tích sông biển Holocen giữa muộn

Thống Holocen trung thượng, trầm tích sông biển (amQIV2-3): Lộ trên mặt, chiếm phần lớn diện tích, tạo nên bề mặt đồng bằng bằng phẳng bị chia cắt bởi

kênh rạch, sông ngòi Bề dày thay đổi từ 5 - 20m, thành phần chủ yếu là bột, sét tỷ lệ thay đổi tuỳ thuộc vào từng vị trí khác nhau

Thống Holocen trung, hệ tầng Hậu Giang, trầm tích biển (mQIV2-hg):

phân bố rộng trên tất cả các hố khoan từ độ sâu 3 - 4m đến 50m Thành phần trầm tích khá ổn định chủ yếu là sét, sét bột, đôi chỗ cát hạt mịn lẫn bột, có chứa

tàn tích động, thực vật phân hủy kém Gồm hai tập; Tập 1 (36 - 51m) thành phần

cát hạt mịn đến trung lẫn ít bột và sét, màu xám nâu, xám đen, phân lớp nằm

ngang bề dày 15m; Tập 2 (24 - 36m) thành phần bột sét chứa cát mịn, chứa mùn

thực vật, màu xám sẩm, xám tối, bề dày tập 12m

Thống Pleistocen thượng phần trên, hệ tầng Long Mỹ, trầm tích biển (mQIII3 lm): Trong phạm vi đô thị Cần Thơ, các trầm tích hệ tầng Long Mỹ có

mặt ở hầu hết các hố khoan từ độ sâu 10m trở xuống, thành phần chủ yếu là sét bột, bột, cát mịn, đôi chỗ có lẫn ít sạn sỏi Bề dày trầm tích thay đổi trong khoảng 20 - 50m Quan hệ dưới, nằm bất chỉnh hợp lên hệ tầng Long Toàn; quan hệ trên, chúng bị phủ bởi hệ tầng Hậu Giang

Hệ đệ tứ, thống Pleistocen trung - thượng, hệ tầng Long Toàn trầm tích biển (mQII-III-lt): phân bố từ độ sâu 50m trở xuống Trầm tích chủ yếu là cát hạt

mịn, ít sạn sỏi, xen kẹp các thấu kính (lớp mỏng), sét bột, sỏi cuội Theo tài liệu

hố khoan chia ra làm 03 tập: Tập 1 (116 - 180m) chủ yếu là cát có lẫn ít sạn sỏi

và bột sét dạng lớp mỏng có màu xám xanh phớt nâu vàng, bề dày tập là 64m;

Tập 2 (90 - 116m), thành phần sét, bột, cát, phía trên có màu nâu đỏ, phía dưới

có màu xám xanh, nâu vàng, bề dày tập là 26m; Tập 3 (71 - 90m), thành phần

cát hạt trung, thô chứa ít sạn sỏi màu xám trắng, xám xanh không phân lớp, bề dày của tập là 21m Hệ tầng phủ bất chỉnh hợp lên hệ tầng Cà Mau (mQI3 cm)

và bị phủ bất chỉnh hợp bởi hệ tầng Long Mỹ

- Địa chất công trình: Thành phố Cần Thơ nằm trên bờ sông Hậu, địa hình bằng

phẳng, dốc từ Bắc xuống Nam và từ Đông sang Tây với độ dốc rất nhỏ, trung bình 0.3% Cao độ địa hình phổ biến từ + 0.6 đến + 1.0m, vùng cao (Khu Trà Nóc) + 2.3 đến + 2.7m, đất ruộng có nơi thấp đến + 0.36m

Trong đô thị Cần Thơ các lớp đất yếu hiện diện trên toàn diện tích gồm: bùn, sét, bùn sét pha và bùn cát pha, bề dày biến đổi khá lớn, thay đổi từ dưới 15

- 20m (phía nam sông Cần Thơ) đến 40 - 50m (khu vực Cần Thơ) và 35 - 45m (ở Thới An Đông và An Thới) thường lộ trên mặt, chỉ các dải hẹp ven sông rạch và Cù lao thì bị các lớp sét mỏng của các trầm tích từ nguồn gốc sông che phủ Lót đáy lớp đất yếu này là trầm tích biển tuổi Pleistocen muộn (mQIII-lm), có thành

phần chủ yếu là sét và sét pha khá dày 20 - 50m, khả năng chịu tải cao Đặc biệt

ở khu vực thành phố Cần Thơ do quá trình phát triển đô thị, đã có một diện tích khá lớn được phủ một lớp đất đắp dày 1 - 3m với vật liệu chủ yếu là cát lấy từ sông Hậu

Trong phạm vi chiều sâu từ 30 - 55m, trung bình 40m phân bố những loại đất có tuổi, nguồn gốc, thành phần, trạng thái và tính chất khác nhau Các mặt

cắt điển hình cho những kiểu cấu trúc nền tự nhiên trong vùng bảng 2.1, và tính chất cơ lý nền đất tự nhiên Cần Thơ bảng 2.2[15]

Bảng 2.1: Các mặt cắt điển hình kiểu cấu trúc nền tự nhiên của vùng.[15]

Kiểu nền Mặt cắt điển hình Mô tả

Hai lớp Đất yếu (amQ IV2-3)

Sét (mQ III3)

Sét, sét pha dẻo mềm, dày < 7,5m, tuổi Holocen Bùn sét, bùn sét pha, dày 20-45m, tuổi Holocen Sét, sét pha tuổi Pleistocen muộn

Đất san lấp (aQ IV31 )

Đất yếu (amQ IV2-3)

Sét (mQ III3)

Cát lẫn sạn sỏi dày 1-3m, tuổi Holocen Bùn sét, bùn sét pha, dày 35-45m, tuổi Holocen Sét, sét pha tuổi Pleistocen muộn

Bốn lớp

Đất san lấp (aQ IV3)

Sét (aQ IV2-3) Đất yếu (amQ IV2-3)

Sét (mQ III3)

Cát lẫn sạn sỏi dày 1-3m, tuổi Holocen

Sét, sét pha Bùn sét, bùn sét pha, dày 35-45m, tuổi Holocen Sét, sét pha tuổi Pleistocen muộn

Bảng 2.2: Tính chất cơ lý nền đất tự nhiên, Cần Thơ[15]

Thành phần hạt

Phức hệ

thạch

học

Kiểu thạch học Sạn, sỏi

> 2

Cát 2-0,5

Bụi 0,5-0,005

Sét

< 0,005

Độ ẩm (%)

Hệ số rổng

Tỷ trọng

Sét 18 39.1 52.9 42.8 1.124 2.73

- Địa chất thuỷ văn: Trong toàn vùng có 04 đơn vị chứa nước và 05 đơn vị cách

nước từ trên xuống dưới trong mặt cắt (từ trẻ đến già) Thể địa chất nghèo nước trong các trầm tích thuộc nguồn gốc tuổi Holocen

Nước lỗ rỗng trong các trầm tích tuổi Pleistocen giữa - trên QII-III;

Nước lỗ rỗng trong các trầm tích tuổi Pleistocen giữa - trên QI;

Nước lỗ rỗng trong các trầm tích tuổi Pliocen muộn NII;

Nước lỗ rỗng trong các trầm tích tuổi Pliocen sớm NI

Mực nước ngầm xuất hiện ở độ sâu 0.5 đến 1.0m

2.2.3 Mạng lưới sông ngòi

- Hệ thống sông rạch tại Thành phố Cần Thơ chịu ảnh hưởng của lũ và triều Chế độ lũ sông Hậu tác động đến điều kiện thủy văn của Thành phố Cần Thơ trong thời gian từ tháng 07 đến tháng 11, thời gian xuất hiện đỉnh lũ thường chậm hơn trạm Châu Đốc 10 đến 15 ngày Mực nước trung bình vào mùa cạn hàng năm là + 0.2 đến + 0.5m và mùa lũ hàng năm là + 0.85 đến + 1.15m

+ Mùa kiệt vào tháng 04, lưu lượng nước sông Hậu 1970m3/s

+ Mùa lũ vào tháng 09, lưu lượng nước sông Hậu tăng nhanh khoảng 38000m3/s

- Sông rạch Thành phố Cần Thơ chịu ảnh hưởng chế độ bán nhật triều: lên xuống hai lần trong ngày

- Thành phố Cần Thơ có hai hệ thống sông lớn là sông Hậu và sông Cần Thơ, trên thực tế sông Cần Thơ chỉ là một nhánh của sông Hậu, nhưng ta tạm chia ra hai hệ thống sông chính trên địa bàn thành phố Cần Thơ

+ Hệ thống sông Hậu: Bao gồm sông Hậu với hướng chảy Tây Bắc - Đông

Nam và 4 rạch chính là: Sáng Trắng, Trà Nóc, Bình Thủy, Cái Khế, các rạch này đều có chiều rộng lớn hơn 10m

+ Hệ thống sông Cần Thơ: Bao gồm sông Cần Thơ với hướng chảy Tây

Bắc - Đông Nam và 8 rạch chính là: Đầu Sấu, Cái Sơn, Rau Răm, Trường Tiền, Cái Đôi, Cái Da, Cái Nai,

2.2.4 Cơ sở hạ tầng đô thị

- Giao thông:

+ Đường bộ: Có 4 trục đường chính là Quốc lộ 1, Quốc lộ 91, đường 30 Tháng 4, Quốc lộ 91B, có đường giao thông trải nhựa đi đến Xã, có bến xe liên tỉnh

+ Đường thủy: Rất thuận tiện vì có hệ thống sông Hậu và hệ thống sông Cần Thơ, Thành phố có cảng quốc tế

- Cấp thoát nước:

+ Hiện tại Thành phố Cần Thơ có 2 nhà máy cấp nước là Nhà máy cấp nước Cần Thơ I với công suất thiết kế 31200 m3/ngày và lấy nước tại nguồn sông Cần Thơ và Nhà máy cấp nước Cần Thơ II với công suất thiết kế 40000 m3/ngày và lấy nước tại nguồn sông Hậu Hiện nay hệ thống cấp nước của Thành phố chưa đáp ứng đủ nhu cầu của nhân dân và sản xuất

+ Thành phố có hệ thống thoát nước chung: nước mưa và nước thải và hiện tại chưa có biện pháp xử lý Hệ thống thoát nước không đáp ứng được nhu cầu thoát nước của Thành phố đặc biệt là vào mùa mưa: ở những trận mưa to thường có tình trạng ứ động và ngập nước

2.3 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC LẤY MẪU (KHOA CÔNG NGHỆ -ĐHCT)

- Trường Đại Học Cần Thơ, khu II - Đường 3/2 - Phường Xuân Khánh - TP Cần Thơ; cách sông Hậu theo hướng Đông khoảng 2,5km, có tổng diện tích là 87ha

Hình 1.2: Sơ đồ vị trí trường Đại Học Cần Thơ

- Vị trí lấy mẫu thí nghiệm cách Khoa Công Nghệ 50 m theo hướng Đông

- Đặc điểm địa chất công trình khu vực lấy mẫu: Theo kết quả khảo sát địa chất của Trung Tâm Kiểm Định Và Tư Vấn Xây Dựng - Khoa Công Nghệ Trường Đại Học Cần Thơ Tính từ bề mặt đất, mặt cắt hố khoan địa chất sâu 30m gồm

04 lớp cơ bản: [22]

Lớp 1 (CH1): nằm ở độ sâu từ 0 - 2,1m; đất đắp bờ và lớp sét màu xám đen, xám xanh, lẫn ít hữu cơ trạng thái dẻo cứng;

Lớp 2 (CH2): độ sâu từ 2,1 - 13,5m; đất sét màu xám đến xám xanh, trạng thái dẻo mềm, có lẫn hữu cơ;

Lớp 3 (CL1): phân bố ở độ sâu từ 13,5 - 26,3m; đất sét màu xám pha lẫn ít bột cát mịn, trạng thái nhão;

Lớp 4 (CL2): Lớp sét màu xám xanh, dày 3,7m, phân bố từ độ sâu 26,3 - 30m Có lẫn ít cát mịn và vỏ sò

Hình 1.3: Mô hình 3D, Trường ĐHCT; vị trí Khoa Công Nghệ và khu vực lấy mẫu

Bảng 2.3: Tính chất cơ lý đặc trưng của các lớp đất [22]

Lớp đất Tính chất cơ lý Ký hiệu Đơn vị CH 1 CH 2 CL 1 CL 2

Dung trọng tự nhiên γw g/cm 3 1,629 1,54 1,696 1,602 Dung trọng khô γc g/cm3 1,068 0,915 1,193 1,047

- Mực nước ngầm sâu 01m tính từ mặt đất

- Biện pháp ổn định;

- Cách thức và sự lựa chọn chất ổn định thành phần hoá học khác nhau để gia cố đất;

- Hướng dẫn về những thông tin liên quan đến thiết kế và kiểm tra hỗn hợp đất trộn ximăng

3.1 NHỮNG YẾU TỐ TÁC ĐỘNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH ĐẤT VÀ PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ

Hai yếu tố tác động cho chất ổn định là thiết bị thi công và thành phần chất thêm vào Tính hiệu quả của chất ổn định tuỳ thuộc vào khả năng đạt sự đồng nhất của hỗn hợp pha trộn với các thành phần khác nhau Hỗn hợp được phối trộn tại chỗ hoặc từ nơi khác mang đến, đang được áp dụng phổ biến Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là các thiết bị thi công (thiết bị di chuyển giàn khoan, máy đánh tơi đất, bộ điều khiển, máy ủi, và thiết bị xoay trộn) phải được lựa chọn một cách thoả đáng

Phương án lựa chọn để gia cố đất cho một khu vực được đánh giá chủ yếu trên hai yếu tố là: chất ổn định yêu cầu và điều kiện hiện trường của dự án Việc chính xác về sự mô tả và phân loại đất là cần thiết để lựa chọn vật liệu ổn định và thiết bị phù hợp Nhằm giúp chúng ta lựa chọn phương án xử lý đất phù hợp

cho từng loại đất cụ thể và mục đích sử dụng, xem bảng 3.1 [20]

Bảng 3.1: Danh sách các phương án xử lý phù hợp cho từng loại đất cụ thể.[20]

Hạt mịn SA, SC, MB, C Hạt thô BA, SC, MB, C Sét có I d thấp C, SC, CMS, LMS, SL

1 Ổn định mặt bằng

a Cải thiện khả năng chịu tải và tính

chất khu vực

Sét có I d cao SL, LMS

Hạt mịn CMS, SA, SC, LF

b Giảm tính xúc biến

Sét có I d thấp CMS, SC, SL, LMS

c Giảm khả năng trương nở và co

ngót

Sét có I d thấp CMS, SA, LMS, SL

Sét có I d thấp CMS, SC, C, LMS, SL

d Giảm khả năng thấm

Sét có I d cao SL Sét có I d cao SL, LMS

e Giảm sự kết vón

Bùn dẻo hoặc sét SC, CMS Hạt mịn SC, SA, LF, MB

cường độ Hạt mịn SC, SA, LF, MB

c Tăng khả năng thoát nước Hạt mịn SC, SA, LF, MB, lưới lọc

Hạt mịn CMS, SA, dầu hoặc Bitum, APSB

- CMS: (Cement method soil) Gia cố đất bằng ximăng

- DCA 70: (Polyvinyl acetate emulsion) Polivinyl axetat ở dạng nhũ tương

- LF: (Lime fly ash): Trộn đất với vôi - tro bay

- LMS: (Lime method soil) Gia cố đất bằng vôi

- MB: (Mechanical blending) Trộn bằng phương pháp cơ học

- SA: (Soil Asphalt) Đất nhựa đường

- SC: (Soil Cement) Đất - ximăng

- SL: (Soil Lime) Đất – vôi

3.2 SƠ LƯỢT KỸ THUẬT PHỐI TRỘN

Sự ổn định của thiết bị là tạo sự hoàn hảo cho hỗn hợp hoặc hỗn hợp đất của hai hoặc nhiều hơn những trạng thái khác nhau nhằm đạt được những yêu cầu của thiết kế kỹ thuật Hỗn hợp đất có thể được thực hiện ngay tại công trường xây dựng, tại vị trí trung tâm, hay khu vực bên cạnh Vật liệu phối trộn sau đó được trải ra và nén lại theo yêu cầu về độ chặt bằng những biện pháp thông thường Chất phụ gia thêm vào, theo các nhà sản xuất thì cho rằng, khi thêm vào đất với một số lượng thích hợp, sẽ nâng cao chất lượng của đất nền Hướng sử dụng chủ yếu hiện nay các chất như: ximăng pooclăng, vôi, vôi - ximăng - tro bụi, và bitum ở dạng đơn hay có sự kết hợp để thêm vào gia cố đất Sự lựa chọn và xác định phần trăm chất thêm vào phụ thuộc vào loại đất và mức độ cải thiện về tính chất của đất theo mong muốn Thông thường, một phần trong số chất thêm vào theo yêu cầu là làm thay đổi tính chất của đất, như là trạng thái, khả năng làm việc, tính dẻo, gia tăng về cường độ và độ bền thích đáng trong bề dày lớp thiết kế cho phép Sau khi chất thêm vào đã được trộn với đất, bước tiếp theo là việc thi công (trải ra và nén hỗn hợp), bảo dưỡng theo những phương pháp thông thường

Ổn định bằng ximăng hoá đất đá: phương pháp này đòi hỏi thành phần hoá học của vật liệu thêm vào có sự kết hợp với đất để tạo thành một sản phẩm cứng chắc Có 03 tác nhân ổn định chính để tác động với môi trường đất đó là:

ximăng, vôi, và vôi - tro Những phương pháp ổn định này ít nhiều có sự tương tự nhau trong thực tế xây dựng Nó tuỳ thuộc vào hai phản ứng chính đó là hydrat hoá và puzzolan của vôi với silicat và alumina, sự biến đổi của vật liệu sét, hoặc cùng đồng thời có sự kết hợp của những tác nhân trên Kết quả tạo thành một dạng vật liệu nửa cứng và khá dòn với cường độ khá cao và có độ bền uốn vừa phải khi đem thí nghiệm Kết quả cường độ của hỗn hợp tuỳ thuộc vào mật độ phối trộn, quá trình bảo dưỡng (nén trước), cũng như kỹ thuật trộn

3.3 MỘT VÀI THAY ĐỔI TRONG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Đất gia cố, có sự thay đổi thông thường trong kết quả nghiên cứu, sự gắn kết ximăng, mức độ cứng hoặc nửa cứng của vật liệu không hoàn toàn đạt được sự hoàn hảo Sự ổn định đất theo phương pháp này hoàn toàn tuỳ thuộc vào sự gia tải ban đầu, thiết bị phối tộn, phần trăm vật liệu thêm vào, hoặc có thể là một số phụ gia kết hợp khác Lượng ximăng và vôi thêm vào là nhỏ, không đáp ứng đủ cho quá trình ximăng hoá

Để làm giảm tính dẻo của đất sét, các loại muối CaCl2, NaCl2, được thêm vào trong đất nhằm làm tăng khả năng giữ ẩm, liên kết các hạt nhỏ, giảm tính háo nước của đất, tăng khả năng đông cứng của ximăng Các vật liệu bitum hay các chất hoá học nào nó như là polyvinyl axetat ở dạng nhủ tương (DCA-70) đã được sử dụng để chống thấm cho lớp đất mặt và gắn kết các hạt nhỏ

3.4 YÊU CẦU CHO VIỆC SỬ DỤNG CHẤT ỔN ĐỊNH

Việc sử dụng các loại chất ổn định khác nhau, đòi hỏi sử hiểu biết cơ bản về nó cũng như đối tượng cần áp dụng phải có những tính chất như thế nào cho phù hợp Dĩ nhiên, điều cơ bản trước tiên là phải tìm hiểu kỹ về tính chất của đối tượng (đất) cần áp dụng, phải phân loại đất, phân tích thành phần hạt và giới hạn chảy dẻo của đất

VÔI

Kinh nghiệm chỉ rằng vôi phản ứng với nhiều loại đất hạt mịn, đất hạt mịn chứa nhiều hạt (cát pha sét, sét pha cát, ), kết quả tạo nên sản phẩm có tính dẻo, khả năng trương nở thấp, tăng về cường độ cũng như khả năng làm việc trong điều kiện hiện trường Theo cách ký hiệu của bảng phân loại đất (USCS), thì các loại đất phù hợp với gia cố vôi như sau: CH, CL, MH, ML, OH,

OL, SC, SM, GC, GM, SW - SC, SP - SC, SM - SC, GW - GC, GP - GC, ML - CL và GM - GC

XIMĂNG

Ximăng được sử dụng để gia cố cho đất có thành phần cỡ hạt rộng hơn, tuy nhiên đất xử lý nên có Id thấp hơn 30 và lượng vật liệu qua rây số 4 phải lớn hơn 45%

ĐẤT HẠT MỊN

AREA 3 SỎI

CÁT AREA 1C

Bảng 3.2: Giới thiệu cách lựa chọn chất ổn định [20]

Những điểm cần chú ý

1A SW, SP -Bitum

-Ximăng pooclăng -Vôi-ximăng-tro I d không vượt quá 25

1B SW-SH,

SP-SH,

SW-SC

-Bitum -Ximăng pooclăng

- Vôi

I d không vượt quá 10

I d không vượt quá 30

I d không nhỏ hơn 12

I d không nhỏ hơn 12

I d không vượt quá 25

Không được vượt quá 30%

trọng lượng

2A GW, GP -Bitum

-Ximăng pooclăng -Vôi-ximăng-tro I d không vượt quá 25

Dùng cho vật liệu cấp phối tốt

Có ít nhất 45% vật liệu lọt qua rây số 4

- Vôi

- Vôi-ximăng-tro

I d không vượt quá 10

I d không vượt quá 30

I d không nhỏ hơn 12

I d không vượt quá 25

Dùng cho vật liệu cấp phối tốt

Có ít nhất 45% vật liệu lọt qua rây số 4

I d không nhỏ hơn 12

I d không vượt quá 25

Không được vượt quá 30%

I d không nhỏ hơn 12

Môi trường đất có chất hữu cơ cao và tính axid mạnh, không sử dụng biện pháp như thông thường

3.5 CÁC YẾU TỐ LỰA CHỌN CHẤT ỔN ĐỊNH

Trong quá trình lựa chọn chất ổn định để gia cố đất, các yếu tố cần phải xem xét như: loại đất cần gia cố (phân loại, tính chất, ), mục đích của việc gia cố đất (sử dụng cho dạng công trình nào), chất lượng đất sau khi gia cố, cường độ và độ bền của lớp gia cố, giá thành công trình và vấn đề môi trường

Khi có những đặc trưng là sự kết hợp của 03 yếu tố giới hạn (xem hình 3.1) liên

quan với giới hạn chảy của đất cần gia cố và phần trăm của chúng, chúng ta kết

hợp tra bảng 3.1 và 3.2 để lựa chọn biện pháp xử lý, cũng như lựa chọn chất ổn

định thêm vào cho phù hợp và cũng cần phải chú ý thêm những đặc điểm riêng của từng loại đất xử lý

Ví dụ: Loại đất có Id là 15, lựa chọn phương pháp ổn định:

- Trên hình 3.1, ta có: 67% là sỏi (bị giữ lại bởi rây số 4), 26% là cát

(phần lọt qua rây số 4) và 7% là hạt mịn; ta chọn vùng 2B trên hình 3.1

- Từ kết quả trên chúng ta tra bảng 3.2 (vùng 2B), và ở đây chúng ta lại

tiếp tục xem xét lượng vật liệu còn giữ lại và lọt qua rây số 200, để xác định phương pháp xử lý thích hợp, trong ví dụ này với Id = 15 thì thích hợp nhất là chọn chất gia cố là bitum Trong những phạm vi vùng 1A và 2C, chỉ có 33% lượng vật liệu lọt qua rây số 4, thì cách tốt nhất là xử lý bằng vôi hoặc kết hợp Vôi - Ximăng - Tro để xử lý

3.6 DẠNG HỖN HỢP ĐẤT - XIMĂNG

Thông thường có 03 dạng hỗn hợp đất ximăng:

Đất Ximăng ở dạng dẻo: là hỗn hợp rắn kết hợp từ đất và ximăng, trong

quá trình trộn, với lượng nước vừa đủ sẽ tạo thành một sản phẩm giống như hồ (vữa ximăng) Nó được sử dụng để gia công đường hoặc cống, rãnh, mái dốc và những khu vực có sự xói mòn Nó cũng có thể sử dụng để làm đường trong

những trường hợp khẩn cấp bởi khả năng về cường độ cũng như thích hợp cho quá trình thi công nhanh trong điều kiện tự nhiên

Đất ximăng ở dạng chảy dẻo (Ximăng hoá đất): hỗn hợp ở dạng chảy dẻo

hoặc nữa cứng Khi một lượng nhỏ ximăng được thêm vào đất dạng hạt hay đất sét bụi, tính chất vật lý và hoá học của đất đó bị thay đổi Ximăng làm giảm khả năng chảy dẻo, tính giữ nước và tăng giá trị về cường độ của đất Mức độ tăng giảm phụ thuộc vào lượng ximăng sử dụng và loại đất cần gia cố Ở dạng hỗn hợp này, lượng ximăng sử dụng vừa đủ để thay đổi tính chất đất theo mức độ mong muốn Nó được sử dụng làm nền đường đua, nền đường, xử lý các lớp trên bề mặt, làm nền đường cao tốc và bãi chôn lấp

Đất ximăng ở trạng thái chặt, thường gọi đơn giản là đất - ximăng, là hỗn

hợp của đất đã được tán thành bột và hàm lượng ximăng, nước đã tính toán, được nén chặt để đạt một cường độ cao Kết quả là tạo ra những tấm cứng có cường độ nén vừa phải và khả năng chôùng lại sự tác động làm tan rã của quá trình làm ướt, làm khô, đóng băng và tan băng

3.7 NHỮNG CHẤT LIỆU CHỦ YẾU CHO HỖN HỢP ĐẤT - XIMĂNG

Đất, ximăng portland và nước là 03 chất liệu chủ yếu, cần thiết cho sản phẩm đất - ximăng Giá thành thấp được chấp nhận chủ yếu do tận dụng được vật liệu địa phương, vật liệu này chủ yếu được chế tạo tại chỗ, hoặc một vị trí lân cận và nước được chuyên chở chỉ trong khoảng cách ngắn

Từ đất trong hỗn hợp đất - ximăng, mang ý nghĩa là sự kết hợp của hầu hết các dạng: sỏi, cát, bụi và sét, và bao gồm các vật liệu như xỉ, đá phiến sét, đá ong; các dạng vật liệu thải như sỏi, cát dơ bẩn có tính chọn lọc kém từ các hầm lò Lượng ximăng, nước phù hợp thêm vào đất phải được xác định từ những thí nghiệm

Nước phục vụ cho hai mục đích chính: Nó giúp cho hỗn hợp đạt được sự nén chặt lớn nhất bởi khả năng bôi trơn hạt và cần thiết cho quá trình hydrat hoá của ximăng, điều này làm cho đất cứng hơn và liên kết lại thành một khối rắn Một hỗn hợp đất - ximăng được tạo ra với một lượng nước đủ cho hai mục đích nêu trên Ximăng sử dụng để phối trộn hầu hết là ximăng pooclăng, nó phù hợp với yêu cầu của tiêu chuẩn ASTM, AASHTO hoặc tiêu chuẩn ngành Nước sử dụng dùng trong đất - ximăng nên sạch và không bị ảnh hưởng bởi tính kiềm, tính axit và vật chất hữu cơ có trong nước, nước uống là thuận lợi nhất Thĩnh thoảng nước biển thay thế một cách thuận lợi, khi nguồn nước ngọt không đủ đáp ứng

Ở thực tế hiện trường thì tất cả các loại đất và những hỗn hợp đất đều có thể tăng cường độ khi có sự tác động của ximăng pooclăng, nó không cần phải có độ cấp phối tốt Mức độ ổn định đạt được chủ yếu thông qua quá trình hydrat hóa của ximăng mà không phụ thuộc vào lực dính và góc ma sát trong của vật liệu Thông thường những loại đất thuận lợi hay không thuận lợi cho hỗn hợp đất - ximăng phải được kiểm tra đánh giá trước từ những trạng thái cơ bản và vị trí, diện mạo của nó ngoài hiện trường Những biến đổi trong trạng thái của các loại đất có thể chia làm 03 nhóm chính sau:

1 Các loại đất cát và sỏi, với khoảng 10 - 35% hàm lượng bụi và sét sẽ có tính chất thuận lợi và lượng ximăng yêu cầu đủ để gia cố đất là ít nhất Các loại cát, sỏi bị chôn vùi dưới nước, băng; đá vôi, vụn đá vôi, và các vật liệu thông thường khác sẽ làm việc tốt với ximăng nếu chứa > 55% lượng vật liệu lọt qua rây số 4 và 37% lọt qua rây số 10 Các loại đá có đường kính từ 2.54 - 5.04cm, thì không thuận lợi Trong những trường hợp đặc biệt, vật liệâu có tính cấp phối tốt có thể chứa trên 65% sỏi không lọt qua rây số 4 nhưng vẫn có đủ lượng vật liệu hạt mịn cho việc liên kết Các dạng đất này rất dễ liên kết, trộn và có thể sử dụng trong mọi điều kiện thời tiết

2 Các loại đất cát thiếu các hạt mịn, như là cát biển, cát vùng băng giá, và cát do gió kết hợp tốt với ximăng mặt dù số lượng ximăng cần dùng cho hỗn

hợp là khá nhiều so với nhóm 1 Bởi khả năng biến đổi trạng thái (thành phần

hạt) thấp và vắng mặt các hạt mịn trong cát, sẽ gặp khó khăn trong việc gia cố để đạt được lực kéo như mong muốn Lực kéo sẽ hoàn toàn được cải thiện nếu giữ cát ở trạng thái ẩm và sử dụng thiết bị tại chỗ Các loại đất này thiếu lực liên kết giữa các hạt, nên đòi hỏi thi công thật cẩn thận và phải đảm bảo bề mặt bằng phẳng, thật chặt

3 Đất bụi và đất loại sét thuận lợi cho quá trình ximăng hóa đất, tuy nhiên nếu hàm lượng sét quá cao gây khó khăn cho phản ứng puzzolan Thông thường có nhiều loại đất sét, đòi hỏi lượng ximăng khá cao để gia cố nó nhằm đạt theo yêu cầu mong muốn Quá trình xây dựng với những loại đất này chủ yếu phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Nếu đất mà có phản ứng puzolan thì nó sẽ không quá khó cho quá trình ximăng hoá đất

3.8 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM

Ba yếu tố quan trọng hàng đầu trong quá trình ximăng hoá đất đá đó là:

1 Lượng ximăng thích hợp

2 Độ ẩm thích hợp

3 Tỷ trọng hạt của đất cần gia cố

Một lượng ximăng phù hợp là điều thiết yếu đầu tiên cho chất lượng đất - ximăng Vì vậy trước khi xây dựng, đất tại vị trí dự án cần phải được đánh giá chính xác, các giới hạn của đất phải được xác định, lấy mẫu đại diện đem tới phòng thí nghiệm để xác định lượng ximăng cần cho việc gia cố nó Đất phục vụ cho một khu vực xây dựng cần phải tuân thủ vấn đề trên

Việc đo đạc, nhận dạng và lấy mẫu đất đúng qui cách là rất quan trọng

Ví dụ, nếu một mẫu đất được lấy và kiểm tra, trong khi đất xây dựng phức tạp ở

thực tế là một loại đất khác, quá trình kiểm tra xem như không có giá trị, và cũng chính điều này sẽ gây bất lợi cho người kỹ sư thiết kế Do vậy, việc lấy mẫu và thí nghiệm đất là hết sức quan trọng, nó thật sự hữu dụng cho quá trình tạo hỗn hợp đất - ximăng Mẫu đất cân nặng khoảng 2,128kg là thích hợp cho quá trình kiểm tra trong phòng thí nghiệm

Mẫu đất thường được lấy chọn lọc từ lòng đường, đào một rãnh từ trung tâm đường đến lề đường, với độ sâu cần gia cố Còn đối với những tuyến đường mới hoàn toàn cần khoan những hố khoan đứng để lấy mẫu, với độ sâu yêu cầu cần cho thiết kế, nếu có bao nhiêu tầng thì ít nhất mỗi tầng phải có 01 mẫu kiểm tra

Như chúng ta đã biết, ở thực tế thì mỗi vị trí sẽ tương ứng với một loại đất nhất định, chúng ta không thể lấy giá trị trung bình ở nhiều vị trí khác nhau để áp dụng cho một vị trí nào đó, nó thật sự sai lạc (nhưng trên thực tế đang áp dụng) Có những trường hợp ngoại lệ, ví dụ: trong một hố lấy mẫu, vật liệu bị chất tải trong suốt quá trình xây dựng bởi tải trọng thẳng đứng của xe ủi đất, mẫu được lấy lên từ đáy tới mặt hố, sau khi máy được di dời

Trong những dự án nhỏ, điều này không được áp dụng, chỉ duy nhất một mẫu đất, và cũng chính mẫu đất này với hàm lượng ximăng thích hợp được áp dụng cho toàn bộ khu vực

Mục đích của quá trình thí nghiệm trong phòng là xác định một hàm lượng ximăng tối thiểu, cần thiết để gia cố đất và với một độ ẩm tối ưu, nhằm đạt được giá trị yêu cầu trong xây dựng Các thí nghiệm để xác định độ ẩm tối ưu, lượng ximăng yêu cầu tương ứng là thí nghiệm tỷ trọng - độ ẩm và thí nghiệm làm ẩm

- phơi khô, thí nghiệm đóng băng - tan băng

Bảng 3.3: Những thay đổi cơ bản hàm lượng ximăng yêu cầu cho từng loại đất [20]

Phân loại đất Hàm lượng ximăng yêu cầu

(theo % trọng lượng)

Chương 4

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐẶC TÍNH ĐẤT TRỘN XI MĂNG

4.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP

4.1.1 Giới thiệu sơ lược

Đất trộn xi măng là một phương pháp mới để gia cố nền đất yếu, nó sử dụng xi măng, vôi, để làm chất đóng rắn, nhờ vào máy trộn dưới sâu để trộn cưỡng bức đất yếu với chất đóng rắn (dung dịch hoặc dạng bột), lợi dụng một loạt phản ứng hoá học - vật lý xảy ra giữa chất đóng rắn với đất, làm cho đất mềm đóng rắn lại thành một thể cọc có tính chỉnh thể, tính ổn định và có cường độ nhất định

Phương pháp trộn sâu thích hợp với các loại đất khác nhau như đất sét dẻo bão hoà, bao gồm bùn nhão, đất bùn, đất sét và đất sét bột, Độ sâu gia cố từ vài mét đến 60m Nhìn chung, khi gia cố các loại đất sét có chứa cao lanh, nhiều nước và đá măng tô, thì hiệu quả tương đối cao; còn chứa Ilic, có chất chloride và hàm lượng chất hữu cơ cao, độ pH tương đối thấp thì hiệu quả kém hơn

Kinh nghiệm ở Việt Nam cho thấy phương pháp này kinh tế, thi công nhanh không có chất thải, lượng ximăng khống chế điều chỉnh chính xác, không có độ lún thứ cấp (nếu làm nền), không gây dao động đến công trình lân cận, thích hợp với đất có độ ẩm cao (>75%)

Gia cố đất bằng xi-măng sẽ mang lại những tác dụng tích cực sau:

+ Giảm độ lún công trình;

+ Ổn định thành hố đào;

+ Tăng khả năng chống trượt mái dốc;

+ Tăng cường độ chịu tải của nền đất;

+ Giảm ảnh hưởng chấn động đến công trình lân cận;

+ Tránh hiện tượng biến loãng (hoá lỏng) của đất rời;

+ Cô lập phần đất bị ô nhiễm