Nghiên cứu gia cố nguồn vật liệu đất tại chỗ làm áo đường tỉnh lộ và đường giao thông nông thôn tỉnh tây ninh

Kết quả thí nghiệm trong phòng với tổ hợp mẫu đại diện đặc trưng cho thấy: việc sử dụng nguồn vật liệu đất tại chỗ gia cố làm lớp móng mang lại hiệu quả kinh tế-kỹ thuật cao, giải quyết

Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

VŨ ĐỨC TUẤN

NGHIÊN CỨU GIA CỐ NGUỒN VẬT LIỆU

ĐẤT TẠI CHỖ LÀM ÁO ĐƯỜNG TỈNH LỘ VÀ ĐƯỜNG

GIAO THÔNG NÔNG THÔN TỈNH TÂY NINH

Chuyên ngành :ĐỊA KỸ THUẬT

Mã số ngành : 60.44.68

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2005

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS NGUYỄN MẠNH HÙNG

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS NGUYỄN MẠNH THỦY

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TS ĐẶNG HỮU DIỆP

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS PHAN THỊ SAN HÀ

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 26 tháng 7 năm 2005

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu theo chương trình đào tạo Thạc sĩ ngành Địa Kỹ Thuật thuộc Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Nay tôi đã hoàn thành với bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong Bộ môn Địa Kỹ Thuật Khoa Địa Chất-Dầu Khí đã trực tiếp giảng dạy và cung cấp nguồn tài liệu trong suốt thời gian học tập

Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em CBCNV Phòng Thí Nghiệm Trọng Điểm Đường Bộ III-Viện KHCN GTVT, Phòng Thí Nghiệm Địa Kỹ Thuật Khoa Địa Chất-Dầu Khí-Đại Học Bách Khoa TP HCM

Tôi xin trân trọng cảm ơn Phòng Đào Tạo Sau Đại Học–Trường Đại Học Bách Khoa TP HCM, đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt khóa học

Sự kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Mạnh Hùng, Thầy Nguyễn Mạnh Thủy đã tận tình chỉ bảo tôi hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp, các thầy, cô đã giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Cuối cùng tôi xin trân trọng cảm ơn những người thân trong gia đình, đã luôn động viên giúp đỡ về mặt tinh thần và vật chất để tôi hoàn thành chương trình học tập

Với khả năng và sự hiểu biết của tôi, hiện tại chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai lầm nhất định Xin Quý Thầy, Cô, độïc giả bỏ qua và chỉ dẫn cho tôi để hoàn thiện hơn nữa kiến thức của mình

Trân trọng kính chào !

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong những năm qua, việc xây dựng cơ sở hạ tầng đặc biệt là giao thông đường bộ tại Tỉnh Tây Ninh đang gặp phải không ít khó khăn như thiếu nguồn vật liệu sỏi đỏ đạt chất lượng và đá

Để giải quyết vấn đề đó, trên cơ sở Tỉnh Tây Ninh có nguồn vật liệu đất tại chỗ dễ khai thác, tác giả đề xuất phương án gia cố đất tại chỗ với mục đích làm lớp móng trong kết cấu áo đường Chất kết dính vô cơ dùng trong gia cố là xi măng tro bay được áp dụng lần đầu ở khu vực Phía Nam

Kết quả thí nghiệm trong phòng với tổ hợp mẫu đại diện đặc trưng cho thấy: việc sử dụng nguồn vật liệu đất tại chỗ gia cố làm lớp móng mang lại hiệu quả kinh tế-kỹ thuật cao, giải quyết tốt khó khăn mà Tỉnh Tây Ninh đang gặp phải

Cũng trên cơ sở các kết quả thí nghiệm có được, tác giả xây dựng toán đồ tính toán cho lớp móng kết cấu áo đường gia cố thay cho kết cấu truyền thống

Cuối cùng, tác giả đề xuất hướng nghiên cứu mở rộng và phát triển để có thể ứng dụng cho các Tỉnh khác

ABSTRACT

In recent years, there was a difficulty for substruction construction, specially road construction in Tay Ninh province For example, there were less and less well-graded lateritic soils and gravels

In order to rub along, thanks to available local soils, wich is easy for exploitaion, the author proposes a method of local soil stabilization for road foundation construction The stabilizing agent is cement with fly-ash, fly-ash is an additive This is one of first researchs in South of Viet Nam

The results of laboratory tests indicated that the method of local soil stabilization is effectively both economic and technical, overcoming Tay Ninh’s problem

Based on testing results in laboratory, the author also diagammatizes the calculation with stabilized road foundation in place of traditional road foundation

Finally, the author proposes developmental and wide-open researchs so that it can be applicable for other provinces

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐẤT GIA CỐ

1.1 – Nghiên cứu ứng dụng đất gia cố ở nước ngoài

1.2 – Nghiên cứu ứng dụng đất gia cố ở Việt Nam

1 7 7 9 CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC 2.1 – Điều kiện tự nhiên Tỉnh Tây Ninh

2.2 – Đặc điểm địa chất khu vực Tỉnh Tây Ninh………

2.2.1 – Địa tầngï

2.2.2 – Các thành tạo Macma xâm nhập

2.2.3 – Kiến tạo………

2.3 – Đặc điểm địa chất công trình khu vực nghiên cứu

16 16 16 16 23 24 25 CHƯƠNG 3 : QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH CƯỜNG ĐỘ ĐẤT GIA CỐ 3.1 – Bản chất và tính chất vật lý của đất………

3.1.1 – Các đặc điểm cấu trúc hệ keo của đấtï

3.1.2 – Aûnh hưởng của hệ keo tới quá trình gia cố đất………

3.1.3 – Phân loại cấu trúc trong đất

3.2 – Bản chất sự hình thành cường độ của đất gia cố………

3.2.1 – Sự hình thành cường độ do cấu trúc keo tụ

3.2.2 – Sự hình thành cường độ do cấu trúc kết tinh………

3.3 – Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ và độ ổn định của đất gia cố… 32 32 33 35 36 37 37 38 39 CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 – Phân tích chọn lựa loại chất kết dính sử dụng cho nghiên cứu gia cố

4.1.1 – Phân tích khái quát

4.1.2 – Phân tích chọn lựa

4.2 – Các đặc trưng cơ lý của chất kết dính vô cơ ximăng tro bay sử dụng trong nghiên cứu gia cố

4.2.1 – Giới thiệu khái quát

4.2.2 – Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng và tro bay

4.3 – Các thí nghiệm trong phòng dùng trong nghiên cứu gia cố

4.3.1 – Tiêu chuẩn, Phương pháp thí nghiệm

4.3.2 – Thống kê số lượng thí nghiệm

41 41 41 43 44 44 45 47 47 50 CHƯƠNG 5: MINH GIẢI KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 5.1 – Kết quả thí nghiệm mẫu SH 04

5.1.1 – Số liệu môđun đàn hồi, cường độ

5.1.2 – Số liệu CBR

54

54

54

60

5.1.3 – Số liệu độ ổn định nước nhiệt………

5.2 – Kết quả thí nghiệm mẫu SH 06

5.2.1 – Số liệu môđun đàn hồi, cường độ

5.2.2 – Số liệu CBR

5.2.3 – Số liệu độ ổn định nước nhiệt………

5.3 – Nhận xét, đánh giá………

62 63 63 70 72 74 CHƯƠNG 6: XÂY DỰNG TOÁN ĐỒ THIẾT KẾ, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT VÀ GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐẤT GIA CỐ 6.1 – Xây dựng toán đồ thiết kế

6.1.1 – Thông số lựa chọn tính toán

6.1.2 – Toán đồ thiết kế kết cấu áo đường gia cố đất với xi măng tro bay

6.2 – Đánh giá hiệu quả kinh tế–kỹ thuật………

6.3 – Công nghệ thi công………

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

85

85

85

87

98

103

105 PHỤ LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm qua, việc xây dựng cơ sở hạ tầng đặc biệt là giao thông đường bộ tại Tỉnh Tây Ninh đang gặp phải không ít khó khăn

Việc khai thác tràn lan, thiếu kiểm soát đã dẫn đến cạn kiệt nhiều nguồn vật liệu sỏi đỏ đạt chất lượng phục vụ cho xây dựng lớp móng trong kết cấu áo đường ôtô Hơn nữa còn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và các chính sách vĩ mô Các mỏ vật liệu sỏi đỏ đạt chất lượng còn lại thì trữ lượng kém hoặc nằm trong khu cấm và hạn chế khai thác như: khu dân cư, rừng quốc gia, khu di tích lịch sử văn hoá…

Việc khai thác đá cũng gặp phải khó khăn vì cả Tỉnh chỉ có một mỏ đá xây dựng duy nhất là Núi Bà Đen mà vị trí lại nằm ngay trung tâm khu di tích lịch sử văn hoá và bảo tồn thiên nhiên Núi Bà Đen

Vậy sử dụng loại vật liệu khả thi nào thay thế ? mà đảm bảo giải quyết được các vấn đề về kinh tế, môi trường, thời gian và biện pháp thi công…và hơn nữa là tạo được sự phát triển bền vững lâu dài

Phần lớn trên địa bàn Tỉnh Tây Ninh, trong khoảng độ sâu từ mặt xuống 5m thường gặp lớp đất có cấu tạo là á sét, á cát Vật liệu này dễ khai thác tại chỗ và ta thường sử dụng với vai trò lớp đất chọn lọc cấp II đắp nền trong kết cấu áo đường ô tô Các kết qủa nghiên cứu cho thấy vật liệu này thích hợp cho công nghệ gia cố bằng chất kết dính vô cơ

3-Một số các kết quả nghiên cứu gia cố bằng chất kết dính vô cơ vôi, vôi kết hợp hoá chất với nguồn đất tại chỗ này tại khu vực Huyện Bến Cầu, Trảng Bàng cho thấy kết quả rất khả thi

Chính vì các là lý do trên, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu gia cố nguồn vật liệu đất tại chỗ làm áo đường tỉnh lộ và đường giao thông nông thôn Tỉnh Tây Ninh“

Mục đích của đề tài

Vấn đề đặt ra là: sử dụng công nghệ gia cố chất kết dính vô cơ với đất tại chỗ để thay thế cho lớp móng bằng vật liệu sỏi đỏ và đá có đảm bảo yêu cầu về

kinh tế-kỹ thuật và lâu dài là vấn đề về môi trường và phát triển bền vững

không? Vì vậy mục đích của đề tài là nghiên cứu gia cố nguồn vật liệu đất tại chỗ bằng cách sử dụng lọai chất kết dính vô cơ thích hợp, có thể là vôi hoặc ximăng tro bay với tỷ lệ tối ưu sao cho nguồn đất tại chỗ sau khi gia cố đảm bảo đạt được các tiêu chuẩn kỹ thuật cần thiết của kết cấu áo đường, thay thế cho lớp móng dưới có cấu tạo là cấp phối sỏi đỏ và cả lớp móng trên thường có cấu tạo là đá dăm

Nhiệm vụ của đề tài

Trên cơ sở các phân tích, đánh giá về yếu tố kỹ thuật cũng như điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội, chọn sử dụng loại chất kết dính dùng cho gia cố thích hợp nhất Tiến hành các thí nghiệm trong phòng gia cố đất với loại chất kết dính đã chọn để đánh giá sự gia tăng cường độ và độ bền của hỗn hợp đất sau gia cố Tìm ra các qui luật phát triển cường độ và độ bền theo thời gian của hỗn hợp đất

gia cố Từ kết quả nghiên cứu, sử dụng hỗn hợp đất gia cố với hàm lượng chất kết dính thích hợp và đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật, xây dựng kết cấu áo đường mới có lớp móng bằng vật liệu đất gia cố thay cho lớp móng bằng vật liệu sỏi đỏ và đá dăm trong kết cấu áo đường truyền thống

Nội dung của đề tài

Đề tài bao gồm các nội dung chính sau:

• Nghiên cứu tổng quan về gia cố đất trong xây dựng công trình giao thông tại Việt Nam và trên thế giới

• Nghiên cứu khái quát về điều kiện tự nhiên, đặc điểm địa chất, địa chất công trình khu vực

• Nghiên cứu quá trình hình thành cường độ đất gia cố

• Trên cơ sở đó định hướng sử dụng một trong số các chất kết dính vô cơ như vôi, xi măng, xi măng tro bay…để gia cố đất Từ đấy tiến hành các thí nghiệm trong phòng cần thiết Nhận xét và đánh giá các kết quả thu được

• Xây dựng toán đồ thiết kế kết cấu áo đường gia cố thay cho kết cấu áo đường truyền thống Đánh giá hiệu qủa kinh tế kỹ thuật

• Đề xuất các hướng nghiên cứu khác để phát triển đề tài và mở rộng phạm vi ứng dụng thành quả của đề tài

Phương pháp nghiên cứu

Về mặt lý thuyết, đề tài chủ yếu là tổng hợp các tài liệu nghiên cứu về gia cố đất tại Việt nam và trên thế giới Về mặt thực tiễn, do hạn chế về thời gian và nguồn kinh phí nên đề tài chỉ tiến hành các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, chưa triển khai thực nghiệm hiện trường

Các thí nghiệm trong phòng chủ yếu được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm đường bộ III-Viện KHCN Giao thông Vận tải Thí nghiệm phân tích thành phần hoá của đất nghiên cứu được gởi phân tích tại Trung tâm Phân tích thí

nghiệm-Liên đoàn bản đồ địa chất Miền Nam Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của mẫu nguyên dạng thực hiện tại Phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật-Trường Đại học Bách khoa TP HCM

Các tiêu chuẩn thí nghiệm trong phòng được sử dụng theo qui phạm Việt Nam Tuy nhiên, trong thí nghiệm nghiên cứu gia cố, ngoài tiêu chuẩn chính là 22 TCN 59 và 81-84, sử dụng các tiêu chuẩn AASHTO T99-90 và AASHTO T180-

90 với thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn, AASHTO T193-93 với thí nghiệm CBR

Tổng số thí nghiệm để khảo sát, phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật là 229 mẫu (xem

thêm chương 4)

Trong tính toán thiết kế kết cấu áo đường, sử dụng tiêu chuẩn 22 TCN 211-93 Qui trình thiết kế áo đường mềm, Bộ GTVT ban hành

Phạm vi, đối tượng nghiên cứu

Do hạn chế về thời gian và kinh phí nên đề tài giới hạn phạm vi nghiên cứu tại những khu vực mang tính đại diện và trên những tuyến đường nhất định trong Tỉnh Cụ thể, các mẫu nghiên cứu được lấy tại các huyện Bến Cầu, Dương Minh Châu, Tân Biên, Hòa Thành Trong đó, thực hiện gia cố chỉ với loại đất ở

huyện Tân Biên (lấy tại Đường 30-4, ký hiệu SH 06) và huyện Dương Minh

Châu (lấy tại Đường TL 784, ký hiệu SH 04) [xem thêm chương 2, 4] Hơn nữa,

đề tài cũng giới hạn đối tượng nghiên cứu là loại đất á sét

Ý nghĩa khoa học, thực tiễn của đề tài

Ngoài việc tìm ra phương án mới trong xây dựng kết cấu áo đường ô tô, bằng cách sử dụng nguồn vật liệu đất tại chỗ gia cố làm lớp móng thay cho lớp móng bằng vật liệu sỏi-đá, đề tài còn mở ra một hướng đi mới trong lĩnh vực nghiên cứu gia cố đất tại Việt Nam Bởi vì hai lý do sau:

Thứ nhất, nghiên cứu gia cố đất với chất liên kết là xi măng tro bay được sử dụng lần đầu ở khu vực Phía nam Kết quả nghiên cứu khả quan sẽ cho phép triển khai đại trà loại vật liệu này, vừa có ý nghĩa là làm đa dạng, phong phú hơn

chủng loại chất liên kết vô cơ và phụ gia dùng trong gia cố, vừa giải quyết được vấn nạn ô nhiễm môi trường do các nhà máy nhiệt điện dùng than gây ra

Thứ hai, cho phép sử dụng rộng rãi (không chỉ riêng Tỉnh Tây Ninh mà còn nhiều Tỉnh Thành khác) kết cấu áo đường mới với lớp móng là đất gia cố xi măng tro bay, vừa đảm bảo kỹ thuật, vừa giảm chiều dày kết cấu và giá thành xây dựng so với kết cấu truyền thống

Cơ sở tài liệu của luận văn

Luận văn sử dụng nhiều nguồn tài liệu về nghiên cứu gia cố đất, về địa chất công trình đã được công bố Cụ thể:

Về tài liệu địa chất công trình: đã thu thập tài liệu thí nghiệm gồm các báo cáo địa chất công trình thuộc các ngành xây dựng, giao thông, thủy lợi trong phạm vi toàn Tỉnh Tổng cộng hơn 250 báo cáo Trong đó, phần lớn là các báo cáo do Phòng thí nghiệm của các Công ty tư vấn xây dựng trong Tỉnh cung cấp Còn lại, hơn 40 báo cáo thu thập từ Bộ môn Địa kỹ thuật-Trường Đại học Bách khoa TP HCM, Liên đoàn Bản đồ địa chất Miền Nam, Công ty Tư vấn xây dựng công trình giao thông 7, Công ty Tư vấn xây dựng Thủy lợi II, Viện Khoa học Thủy lợi Nam Bộ…

Về tài liệu nghiên cứu gia cố: chủ yếu thu thập các kết quả nghiên cứu đã công bố trong các bài báo, đề tài, hội thảo khoa học trong và ngoài nước về lĩnh xây dựng giao thông Nguồn tài liệu này do Phòng thí nghiệm Trọng điểm đường bộ III và Phân Viện KHCN GTVT cung cấp Ngoài ra, thông tin cũng được tập hợp từ các nguồn sách tham khảo như: bản dịch, giáo trình, bài giảng

Cấu trúc của luận văn

Luận văn được phân ra 3 phần chính:

Phần mở đầu, phần chuyên đề và phần kết luận-kiến nghị Bao gồm 107 trang thuyết minh, 29 hình, 35 bảng biểu, 20 tài liệu tham khảo, 5 trang phụ lục Trong đó, phần chuyên đề bao gồm 6 chương bố cục như sau:

• Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu đất gia cố

• Chương 2: Khái quát về điều kiện tự nhiên, đặc điểm địa chất và địa chất công trình khu vực

• Chương 3: Quá trình hình thành cường độ đất gia cố

• Chương 4: Phương pháp nghiên cứu

• Chương 5: Minh giải kết quả nghiên cứu

• Chương 6: Xây dựng toán đồ thiết kế, đánh giá hiệu quả kinh tế-kỹ thuật và giới thiệu công nghệ thi công đất gia cố

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐẤT GIA CỐ

1.1 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐẤT GIA CỐ Ở NƯỚC NGOÀI

Ngay từ thế kỷ 17, tại nước Nga, người ta đã sử dụng đất sét có cho thêm vôi để xây dựng pháo đài Ivangorotski Cũng tại nước Nga, từ năm 1912 đã thí nghiệm thành công việc sử dụng đất á cát có trộn thêm xi-măng khi xây dựng các đường trong công viên Tuy nhiên, tận đến năm 1925 thì việc nghiên cứu toàn diện và có hệ thống nhằm thay đổi tận gốc tính chất tự nhiên của các loại đất và sử dụng chúng làm tầng mặt hoặc tầng móng đường lần đầu tiên đã được M.M Philatốp tiến hành ở Matxcơva và V.V Okhotin tiến hành ở Lêningrad trong Viện nghiên cứu khoa học đường bộ thuộc Cục quản lý Trung ương vận tải đường bộ

Những năm sau đó, các cán bộ khoa học của Viện nghiên cứu khoa học đường bộ toàn Liên Xô, của các Viện nghiên cứu khoa học khác và các Trường Đại học đã cộng tác chặt chẽ với các cán bộ sản xuất cùng hoàn chỉnh và phát triển thêm những phương pháp gia cố đất khác nhau bằng cách sử dụng các vật liệu vô cơ như ximăng, vôi và hữu cơ như bitum, gudrông

Việc dùng đất gia cố xi măng làm móng áo đường được thí điểm lần đầu tiên ở Maxơcơva vào năm 1939 khi cho xây dựng lối đi vào triển lãm nông nghiệp toàn Liên Xô, diện tích móng đất gia cố xi măng là 20.000 m2 đã cho kết quả tốt Đến năm 1968, ở nhiều ngành và nhiều nước cộng hòa thuộc Liên Xôđã xây dựng hơn 3000 km đường dùng xi măng làm áo đường trong những điều kiện khí hậu và đất đai khác nhau Tới năm 1976, ở Liên Xô cũ, người ta đã xây dựng được hơn 10.000 km nền đường và áo đường bằng đất gia cố ở nhiều vùng khí hậu khác nhau

Vào những năm 70, đất gia cố xi măng hoặc vôi đã được sử dụng rộng rãi hơn trong công tác xây dựng đường ôtô, sân bay ở nhiều quốc gia trên khắp các châu lục Ở các nước như Liên Xô cũ, Đức, Ấn Độ, Mỹ thực tế đã chứng minh có

những đoạn đường sử dụng đất gia cố xi măng hoặc vôi làm kết cấu áo đường vẫn được khai thác tốt hàng hai ba chục năm Có những loại đất không thích hợp với việc gia cố riêng rẽ với chất kết dính nào đó, người ta đã bổ sung thêm các thành phần phụ gia để việc gia cố đạt hiệu quả hơn Ví dụ như: đất gia cố xi măng có các loại phụ gia như vôi bột, clorua–canxi, silicatnatri, thạch cao, các muối dễ tan hoặc các chất hoạt tính bề mặt

Việc gia cố đất bằng các chất kết dính hữu cơ cũng được dùng khá rộng rãi Ở Liên Xô cũ và một số nước ở châu Âu, châu Phi đã sử dụng bitum lỏng đông đặc chậm hoặc guđơrông than đá để trộn với đất tại đường Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là công nghệ thi công phụ thuộc vào thời tiết

Gần đây người ta sử dụng bitum đặc ở trạng thái nhũ tương hay vữa nhựa để gia cố đất Nhìn chung, cấu trúc, tính chất cơ học của đất gia cố bằng chất liên kết hữu cơ phụ thuộc nhiều vào việc tuân theo các quy tắc công nghệ

Hiện nay, ở nhiều nước trên thế giới người ta đang áp dụng các phương pháp gia cố đất tổng hợp Phương pháp này có ưu điểm là áp dụng được cho mọi nguồn đất có thể khai thác gần nơi thi công nhất Gần đây, nhiều nước cũng chú

ý tới việc sử dụng keo polime tổng hợp làm chất liên kết trong xây dựng đường Biện pháp này có nhiều ưu điểm nhưng còn quá đắt

Đất gia cố vôi đã được biết đến từ lâu nhưng việc nghiên cứu kỹ lưỡng và có hệ thống về nó mới chỉ vài chục năm trở lại đây

Kết quả nghiên cứu của các tác giả như M.M Filatov, V.V Okhotin, V.M Bezruk, E.G Boricova v.v cho thấy khi gia cố đất bằng vôi, các quá trình hình thành cấu trúc thứ sinh đã làm biến đổi cơ bản tính chất của đất, khiến cho đất có thể chịu lực và ổn định nước, phân tán trong đất tạo nên chất kết dính “vôi đất”, chất kết dính này trong quá trình biến cứng sẽ liên kết các khung cốt liệu của đất lại với nhau và tạo cho hỗn hợp đất–vôi trở nên toàn khối và vững chắc

Những nghiên cứu của các nhà khoa học ở các nước khác nhau đã chứng tỏ rằng: vôi có tác dụng làm giảm hẳn hoặc mất hết tính dẻo của hầu hết các loại đất Các kết quả nghiên cứu ở Liên Xô, Mỹ và một số nước khác đã cho các kết

luận là vôi thủy hóa cũng hiệu quả với hầu hết các loại đất sét phân tán mịn, tuy rằng cường độ không cao như với các loại hỗn hợp đất đá dăm hay đất sỏi Khi làm móng đường dùng tỷ lệ vôi khoảng 5–10%, còn xây dựng các lớp đệm chỉ cần dùng 2–3% vôi

Người ta cũng thường dùng vôi kết hợp với chất phụ gia khác để làm tăng hiệu quả gia cố Các phụ gia thường dùng là các muối khác nhau như Na2SiO3, MgSO4, Na2SO4 Dùng tro bay làm chất kết dính với phụ gia là vôi để gia cố đất mang lại hiệu quả tăng cường độ cao Ở Mỹ và Ấn Độ biện pháp này được sử dụng rất rộng rãi [19] Các tác giả như J M Guver, G.L.Hand, D.T Đavitxơn cho thấy: khi gia cố đất bằng vôi và các chất phụ gia tro bay thì công tác đầm chặt là đặc biệt quan trọng Đầm hỗn hợp đạt độ chặt tốt nhất nhằm tăng cao nhất sự tiếp xúc giữa các hạt đất với vôi và tro, nâng cao khả năng ổn định nước của hỗn hợp đất gia cố

Qua trên có thể thấy rằng công việc nghiên cứu, thử nghiệm và thi công các công trình có sử dụng vật liệu gia cố đã trải qua rất nhiều thập kỷ và hiện nay đã được phát triển một cách toàn diện, rộng rãi

1.2 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐẤT GIA CỐ Ở VIỆT NAM

Ở nước ta, việc nghiên cứu để sử dụng đất gia cố như một vật liệu trong xây dựng đường được tiến hành tương đối sớm, từ những năm 1961–1962 ở Bộ môn Đường Trường Đại học Bách khoa Về sau, các cơ quan nghiên cứu khác như Viện Kỹ thuật giao thông, Viện Thiết kế giao thông, Viện Quy hoạch thành phố thuộc Bộ Kiến trúc, Trường Đại học Giao thông, Trường Đại học Xây dựng đã tiến hành các nghiên cứu này với quy mô ngày càng mở rộng Đề tài này đã được Ủy Ban Khoa Học và Kỹ Thuật Nhà nước coi là đề tài quan trọng Viện Kỹ thuật giao thông (nay là Viện KHCN GTVT) và Phân Viện KHCN GTVT Phía Nam kết hợp với các đơn vị địa phương đã xây dựng thí điểm nhiều đoạn đường đất gia cố vôi, đất gia cố xi măng ở nhiều địa phương khác nhau như : Hà Nội, Hà Nam Ninh cũ, Vĩnh Phúc, Hà Bắc, Long An, Trà Vinh, Vĩnh Long, Đồng

Tháp và gần đây là Hà Tây, Tây Ninh, Tiền Giang, với công nghệ thi công hiện đại

Trong những năm qua, ở phía Bắc, các loại đất được nghiên cứu gia cố đã bao trùm từ vùng đồng bằng, trung du đến miền núi, ở một số đoạn trên tuyến đường Trường Sơn Ở phía Nam đã tiến hành với các loại đất đỏ bazan ở Tây Nguyên và Đông Nam Bộ, các loại đất bùn sét ở Miền Tây

Biện pháp gia cố được nghiên cứu nhiều nhất cho đến nay là sử dụng chất liên kết vô cơ (vôi và xi măng), trong đó vôi và xỉ vôi vẫn là phổ biến nhất vì dễ kiếm và rẻ tiền Ta có thể điểm lại một số các công trình thử nghiệm đất gia cố vôi ở Việt Nam [5], [1]

– Thí điểm đất gia cố vôi trên đường Trần Hưng Đạo, Hà Nội năm 1963 – Đoạn thí điểm trên phần mở rộng đường Hàng Bột cũ do Trường đại học Xây dựng kết hợp với Công ty xây dựng cầu đường Hà Nội làm năm 1974 Kết cấu gồm có lớp móng dưới bằng đất gia cố 8% vôi, dày 18cm; lớp móng trên đất gia cố 12% vôi, dày 15cm; lớp mặt nhựa thấm nhập sâu dày 8cm Kết quả đo cường độ chung của cả kết cấu từ năm 1974–1978 liên tục tăng lên, mặt đường làm việt tốt trong điều kiện lưu lượng xe cao

– Đoạn đường thí điểm do Bộ Kiến Trúc tiến hành tại thị xã Hưng Yên Kết cấu tương đối đơn giản, chỉ gồm 1 lớp đất gia cố 18% vôi, trên láng nhựa 3kg/m2 Tình trạng chung là đoạn đường đáp ứng được yêu cầu khai thác

– Đoạn đường đê bao thành phố Nam Định do Bộ Kiến Trúc làm năm

1967 Kết cấu là đất gia cố 9% xỉ vôi (hàm lượng CaO+MgO chỉ đạt 40%) dày 20cm, mặt láng nhựa 3,5kg/m2 Sau 18 tháng sử dụng, độ võng đàn hồi dưới bánh

xe trục 8 tấn chỉ có từ 1–1,2mm, mặt đường ổn định

– Trước đây, Viện Kỹ thuật Giao thông (nay là Viện Khoa học công nghệ giao thông vận tải) đã có những thí điểm đất gia cố vôi ở Xuân Đỉnh–Từ Liêm, Thị xã Hưng Yên, Dốc Má–Kép trên QL1A, bến than Nam Định, X49 Phú Thọ, Hà Bắc Các thí điểm đều cho kết quả tốt

– Năm 1994, Viện KHCN GTVT đã phối hợp với Sở GTVT Lâm Đồng tiến hành thí điểm gia cố đất đồi bằng vôi bột trên QL 27 Kết cấu mặt đường mới chỉ có một lớp đất gia cố vôi 8% dày 20cm Mặc dù vậy, mặt đường vẫn được khai thác bình thường trong thời gian hơn một năm Cường độ chung của mặt đuờng đo được dao động từ 980– 1130 daN/cm2 Năm 1995, Viện đã kết hợp với Sở GTVT Hà Tây ứng dụng thí điểm đất gia cố vôi trên TL21 (nay là TL80) thuộc địa bàn Hà Tây bằng thiết bị phay trộn đất chuyên dùng BOMAG Tại đoạn thí điểm trên TL80 có kết cấu đất gia cố 10% vôi dày 30cm, lớp mặt đá dăm thâm nhập nhựa sâu dày 7cm Độ võng đàn hồi đặc trưng dưới bánh xe có tải trọng trục 10 tấn đạt 0,86mm, Eđh =1318 daN/cm2 (kết quả đo ngày 17/6/1995)

– Đoạn thí điểm Quốc lộ 62 – Long An do Phân Viện KHCN GTVT Phía Nam kết hợp với Tổng Công Xây Dựng Công Trình 8 Chi Nhánh Phía Nam thực hiện với máy phay chuyên dùng CS–120 Kết cấu gồm có lớp móng dưới bằng đất gia cố 7% vôi, dày 20cm; lớp móng trên đất gia cố 10% vôi, dày 22cm; lớp mặt bê tông nhựa nóng dày 6cm Cho đến nay mặt đường làm việc tốt trong điều kiện lưu lượng xe cao

– Trong xây dựng đường GTNT được Phân Viện KHCN GTVT Phía Nam thực hiện một số dự án lớn nhỏ như:

+ Đường GTNT xã Mỹ Đông Huyện Tháp Mười tỉnh Đồng Tháp; dài 2000m, rộng 2.5m

+ Đường GTNT xã Bình Hàng Tây Huyện Cao Lãnh tỉnh Đồng Tháp; dài 2000m, rộng 2.5m

+ Đường GTNT xã Phú Quế Huyện Long Hồ tỉnh Vĩnh Long; dài 500m, rộng 3m

+ Đường GTNT xã Đông Thành Huyện Bình Minh tỉnh Vĩnh Long, dài 2000m, rộng 3.5m

v/v…

Các công trình thử nghiệm trên nhìn chung là cho kết quả rất tốt Qua đó rút ra được một số kinh nghiệm như: cường độ của đất gia cố vôi chịu ảnh hưởng

bởi tính chất và thành phần của đất Chẳng hạn, với đất sét gia cố vôi cho hiệu

quả cao hơn là đất á sét Thành phần khoáng vật của đất cũng có ảnh hưởng lớn

tớiđất gia cố vôi

Biện pháp gia cố đất bằng xi măng chủ yếu được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, ít triển khai thực nghiệm, mà lý do chủ yếu là giá xi măng rất cao Tuy nhiên, đứng tại thời điểm này (năm 2005), ta có rất nhiều nhà máy xi măng trải dài khắp đất nước: Nghi Sơn, Hải Phòng, Hoàng Thạch, Sao Mai, Hà Tiên 1, Hà Tiên 2, Cotec, Holcim…và một số nhà máy khác đang trong giai đoạn dự án và xây dựng như Tây Ninh, Bình Phước…ta hoàn toàn tin tưởng vào sản lượng xi măng hàng năm do nước ta sản xuất đáp ứng được nhu cầu của thị trường mà giá thành lại không cao do bởi yếu tố cạnh tranh

Đánh giá toàn diện về mặt hiệu quả kinh tế-kỹ thuật nhiều khi gia cố đất bằng vật liệu xi măng phải là chọn lựa hàng đầu Về mặt giá thành xi măng đắt hơn vôi nhưng do đất nước ta với nhiều vùng miền mà mỗi vùng miền có các đặc điểm khác nhau về loại đất và nguồn gốc đất, hơn nữa ngay bản thân vùng miền đó cũng có nhiều loại đất khác nhau, lúc đó sử dụng xi măng thích hợp hơn, cho hiệu suất cao hơn Điều đó nghĩa là: lựa chọn vôi hay xi măng hay một chất liên kết nào đó khác để gia cố thì phải dựa trên sự so sánh tối ưu cả về mặt kinh tế cũng như kỹ thuật

Gần đây, nhằm mục đích nâng caohiệu quả kinh tế-kỹ thuật của việc gia cố đất, nhiều nơi đã nghiên cứu sử dụng các biện pháp gia cố tổng hợp như cải thiện thành phần hạt của đất trước khi gia cố, hoặc sử dụng thêm chất phụ gia như LIG, SA44/LS40 với vôi Với xi măng thì không có gì đáng kể Nhưng gia cố đất bằng xi măng thường hay gặp phải vấn đề khó khăn là khoảng thời gian đông cứng nhanh, chỉ sau 3-4 giờ, hơn nữa hỗn hợp đất xi măng sau gia cố dễ bị co

ngót, nứt nẻ Vì vậy, trong đề tài này tác giả có hướng nghiên cứu là sử dụng xi

măng tro bay để gia cố đất

Tro bay làm chất phụ gia cho xi măng sẽ khắc phục được các vấn đề trên, hơn nữa giải quyết được vấn nạn ô nhiễm môi trường do các nhà máy nhiệt điện dùng than gây ra Xi măng tro bay dùng trong gia cố đất đã ứng dụng nhiều thập kỷ ở các nước tiên tiến trên thế giới nhưng ở nước ta, đặc biệt ở Miền Nam ta vấn đề này đến nay vẫn chưa được nghiên cứu (xem thêm tại mục 4.1) Vì vậy, trong đề tài này, tác giả chọn gia cố đất với chất kết dính là xi măng tro bay là hướng nghiên cứu hoàn toàn mới Kết quả nghiên cứu thành công sẽ cho phép triển khai với nhiều loại đất khác, nhiều khu vực khác chứ không chỉ riêng loại đất và khu vực đã giới hạn trong phạm vi nghiên cứu.

Chung qui, công việc nghiên cứu trước đây tập trung theo hai hướng sau: nghiên cứu gia cố các loại đất bằng các chất liên kết khác nhau dùng làm móng, mặt đường ôtô và nghiên cứu các biện pháp thi công trong điều kiện thiếu các phương tiện máy móc chuyên dùng, thi công cơ giới kết hợp với thủ công

Qua kết quả nghiên cứu của các cơ sở trong nước cho thấy:

• Đất gia cố có thể dùng làm vật liệu xây dựng áo đường, thay thế các vật liệu đá nếu chọn được biện pháp gia cố thích hợp và chọn được loại chất liên kết thích hợp với chủng loại đất

• Để chọn được biện pháp gia cố đúng đắn thì cần làm trước các thí nghiệm trong phòng Điều này là cần thiết để việc sử dụng đất gia cố đạt hiệu quả cả về mặt kinh tế lẫn kỹ thuật

• Hầu hết các thí điểm sử dụng đất gia cố có hiệu quả kinh tế kỹ thuật đáng kể như : giảm giá thành xây dựng, tiết kiệm vật liệu đá (là vật liệu đắt tiền phải chở từ xa), giảm phương tiện phục vụ công trường như phương tiện vận chuyển và đầm nén, tăng tốc độ thi công

• Theo số liệu tính toán thì kinh phí cho móng bằng đất gia cố rẻ hơn so với móng đá có cùng cường độ 15%–30% Ở vùng xa mỏ đá, xa nguồn vật liệu tốt, giá thành xây lắp còn giảm nhiều hơn nữa Tốc độ thi công so với móng đá hộc tăng 5 lần Công lu giảm 2–3 lần và khối lượng vận chuyển giảm từ 4–10 lần

Qua trên, có thể khẳng định rằng sử dụng đất gia cố làm áo đường có hiệu quả cao cả về mặt kinh tế và kỹ thuật Tuy nhiên, cho tới nay việc áp dụng kết cấu đất gia cố cho xây dựng áo đường mới chỉ dừng ở mức thử nghiệm, chưa triển khai đại trà và đặt biệt, chưa nghiên cứu sâu cho vùng ĐBSCL rộng lớn với những kết cấu áo đường gia cố chịu ngập nước, chưa nghiên cứu phát triển cho vùng Đông Nam Bộ nơi có khả năng sử dụng nguồn vật liệu đất tại chỗ rất tốt dùng trong gia cố để sử dụng làm lớp móng đường thay thế vật liệu đá

CHƯƠNG 2

KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, ĐẶC ĐIỂM ĐỊA

CHẤT VÀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC

2.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN TỈNH TÂY NINH

Tỉnh Tây Ninh thuộc Miền Đông Nam Bộ, có diện tích đất tự nhiên là 4029,6 km2, bao gồm 8 huyện và 1 thị xã với 95 xã phường, thị trấn Phía bắc và tây giáp với Campuchia, phía đông giáp tỉnh Bình Phước và Bình Dương, phía nam giáp TP HCM và Long An

Tỉnh Tây Ninh nằm ở vị trí chuyển tiếp giữa một bên là vùng đồi núi thấp và một bên là vùng đồng bằng châu thổ Tuy là vùng chuyển tiếp nhưng địa hình

ít phức tạp, tương đối bằng phẳng và có độ dốc không lớn

Địa hình có 4 dạng chính: núi sót; đồi, đồi thấp lượn sóng nhẹ; bưng trũng thấp cục bộ và đồng bằng ven sông Độ cao địa hình giảm dần từ Đông bắc xuống Tây nam Ở phía Bắc có độ cao từ 50-20m có nhiều đồi núi, cao nhất là núi Bà Đen 986m, giảm dần về phía Nam còn từ 1-2m

2.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC TỈNH TÂY NINH

2.2.1 ĐỊA TẦNG

Trên bình đồ cấu trúc địa chất hiện tại, tỉnh Tây Ninh là nơi tiếp giáp giữa rìa Tây Nam của địa khối Kon Tum và bồn trũng Cửu long-Côn Sơn Vì vậy trên diện tích nghiên cứu của tỉnh phát triển các thành tạo địa chất mang sắc thái đặc trưng của các thành tạo thuộc hai miền cấu trúc đó, bao gồm các thành tạo trầm tích-phun trào có tuổi từ Pecmi muộn đến Đệ tứ

Trên diện tích phía Đông bắc của tỉnh, dọc theo thung lũng Sông Sài Gòn phát triển các thành tạo trầm tích lục nguyên–cacbonat có tuổi từ Pecmi muộn đến Trias sớm Ngoài ra, ở một số khu vực khác (Trại Bí, xã Tân Phong, huyện

Tân Biên và Lộc Trung, xã Lộc Ninh, huyện Dương Minh Châu) đã ghi nhận sự có mặt có mặt của các thành tạo trầm tích lục nguyên tuổi Trias muộn

Tại sườn Tây, Tây Bắc Núi Bà Đen còn phát triển các thành tạo trầm phun trào tuổi Jura muộn-Kreta sớm Những thành tạo địa chất trên bị phủ bởi các trầm tích Đệ tứ có nguồn gốc khác nhau, bao gồm trầm tích sông, sông-đầm lầy, trầm tích biển và hỗn hợp sông-biển

tích-Trên cơ sở tài liệu thu thập được công bố (bản đồ địa chất tỷ lệ 1: 500.000, 1: 200.000) và tài liệu điều tra bổ sung của đề án “Nghiên cứu bổ sung địa chất và khoáng sản Tỉnh Tây Ninh“ tỷ lệ 1:100.000 [7] tiến hành năm 1998-2000 các thành tạo trầm tích phun trào có mặt trong phạm vi Tỉnh Tây Ninh được xếp vào những phân vị địa tầng có tuổi từ Pecmi muộn đến Đệ tứ như sau:

1-Hệ tầng Tà Thiết (P3tt)

2-Hệ tầng Sông Sài Gòn (T3ssg)

3-Hệ tầng Dầu Tiếng (T3dt)

4-Hệ tầng Long Bình (J3-K1 lb)

5-Hệ tầng Bà Miêu (N2bm)

6-Hệ tầng Xuân Lộc (βQ12xl)

7-Trầm tích sông Pleistocen sớm –Hệ tầng Đất Cuốc (aQ11đc)

8-Trầm tích sông Pleistocen giữa-muộn-Hệ tầng Thủ Đức (aQ12-3tđ)

9-Trầm tích sông, sông-biển Pleistocen muộn-Hệ tầng Củ Chi (aQ13cc); Hệ

tầng Mộc Hoá (amQ13mh)

10-Các trầm tích sông, sông đầm lầy, trầm tích sông-biển Holocen

11-Trầm tích deluvi Đệ tứ không phân chia

Dưới đây là các mô tả phân vị địa chất từ cổ đến trẻ

GIỚI PALEOZOI (PZ)

HỆ PECMI-THỐNG THƯỢNG (P2)

Hệ tầng Tà Thiết (P 2tt)

Trên diện tích Tỉnh Tây Ninh thành tạo trầm tích hệ tầng Tà Thiết (P2tt) có

diện lộ nhỏ tại khu vực Soc Con Trăng, Sroc Tâm, Chà Và Thành phần chủ yếu là đá vôi Đá vôi hệ tầng Tà Thiết hầu hết bị phủ bởi trầm tích Neogen Tổng chiều dầy của đá vôi hệ tầng Tà Thiết (P2tt) là 320m Đá vôi có hàm lượng CaO

đạt chỉ tiêu cho sản xuất xi măng

GIỚI MESOZOI (MZ)

Trầm tích thuộc giới Mesozoi có diện lộ không lớn Các đá phiến sét, sét vôi thuộc giới này lộ ra dọc sông Sài Gòn và trong các lòng suối ở vùng Đông Bắc Tỉnh Tây Ninh thuộc xã Tân Hòa, huyện Tân Châu; đá cuội kết, sạn kết, sét kết lộ ra trên đồi Trại Bí, huyện Tân Biên, hoặc ở núi Cậu, núi Ơng bên bờ hồ Dầu Tiếng; đá andesit lộ ra ở núi Phụng nằm về phía Tây Nam núi Bà Đen Các trầm tích Mesozoi được phân chia thành các phân vị địa tầng sau: hệ tầng Sơng Sài Gịn (T1ssg), hệ tầng Dầu Tiếng (T3dt), hệ tầng Long Bình (J3lb) Dưới đây là mơ tả

chi tiết các phân vị địa tầng:

HỆ TRIAS-THỐNG DƯỚI (T1)

Hệ tầng Sơng Sài Gịn (T 1ssg)

Mặt cắt tiêu biểu của Hệ tầng Sơng Sài Gịn có điểm lộ đá vôi Tà Thiết đến điểm lộ đá vôi Tống Lê Chân dài khoảng 10km

Hệ tầng Sơng Sài Gịn bao gồm 3 tập:

-Tập dưới: gồm đá phiến sét, sét vơi màu xám, xám đen phân lớp mỏng đến dày

-Tập giữa: gồm bột kết màu xám sẫm phân lớp mỏng và vừa, xen các lớp sét kết, sét vơi kết, khi bị phong hĩa cĩ màu lục, vàng lục

-Tập trên: bao gồm các lớp bột kết, cát kết hạt nhỏ đến hạt vừa, màu xám phân lớp dày

Trên địa phận tỉnh Tây Ninh, hệ tầng Sơng Sài Gịn bị phủ bởi trầm tích Neogen dày 30-50m Tồn bộ hệ tầng bị xâm thực bĩc mịn hình thành bề mặt san bằng nằm dưới lớp phủ và chỉ lộ ra dọc theo các dịng suối trong khu vực Đơng Bắc

xã Tân Hịa, huyện Tân Châu

HỆ TRIAS-THỐNG TRÊN (T3)

Hệ tầng Dầu Tiếng (T 3dt)

Trên diện tích tỉnh Tây Ninh, trầm tích hạt thơ cuội kết, sạn kết, cát kết thuộc

hệ tầng Dầu Tiếng lộ ra trên diện tích hẹp (3km2) ở đồi Trại Bí Thành phần chủ yếu

là sạn kết màu trắng phân lớp trung bình đến dày Xen trong sạn kết là các lớp cát kết màu xám trắng, hạt thơ, phân lớp dày

HỆ JURA-THỐNG THƯỢNG-KRETA THỐNG HẠ (J3-K1 )

Hệ tầng Long Bình (J 3 -K 1lb)

Trên địa phận tỉnh Tây Ninh, đá phun trào andesit phân bố ở ven rìa phía Tây núi Bà Đen trên chiều dài ~3km, rộng 500-700m và ở đồi 95 dưới lớp phủ bazan dày 4-5m được liên hệ với các phun trào andesit phân bố trên một số vùng ở đồng bằng miền Đơng Nam Bộ

GIỚI KAINOZOI (KZ)

Trong phạm vi tỉnh Tây Ninh trầm tích Kainozoi chiếm phần lớn diện tích, tạo nên địa hình những đồng bằng cao ở phía Đơng, Đơng Bắc rồi chuyển dần sang địa hình đồng bằng thấp ở phía Nam và Tây Nam

HỆ NEOGEN-HỆ TẦNG BÀ MIÊU (N 2bm)

Thành tạo trầm tích hệ tầng Bà Miêu phân bố trên diện tích các xã Tân Đông, Tân Hoà, huyện Tân Châu thuộc phần Đông Bắc của Tỉnh Tây Ninh, tạo nên kiểu địa hình đồng bằng cao 50 - 60 mét

Mặt cắt địa chất đầy đủ và đặc trưng cho thành tạo trầm tích hệ tầng Bà Miêu với thứ tự từ trên xuống dưới như sau:

- Từ 77,0 - 81,2m: Sét bột cát màu xám trắng, vàng nâu, nâu đỏ loang lỗ

- Từ 81,2 - 90,0m: Cát bột màu xám trắng, xám vàng nhạt

- Từ 90 - 96,2m: Cát lẫn ít sạn sỏi màu xám trắng

- Từ 96,2 - 100,2m: Cát chứa bột sét màu xám tro, xám xanh

- Từ 100,0 - 121m: Cát chứa sạn sỏi màu xám tro, xám xanh lục

Bề dày chung của hệ tầng Bà Miêu tại lỗ khoan này là 44,0 mét

HỆ ĐỆ TỨ

THỐNG PLEISTOCEN

Phụ thống Pleistocen hạ: trầm tích sông-hệ tầng Đất Cuốc (aQ 1 1đc)

Trên diện tích tỉnh Tây Ninh thành tạo trầm tích hệ tầng Đất Cuốc phân bố thành dải kéo phương TB-ĐB tại khu vực Bàu Tràm, xã Tân Hoà, huyện Tân Châu với chiều dài 800 mét, rộng 200 mét Thành tạo trầm tích sông hệ tầng Đất Cuốc có thành phần thạch học gồm: cuội, sỏi, cát, sét kaolin Bề dày của hệ tầng khoảng 27 m

Phụ thống Pleistocen trung: phun trào bazan–hệ tầng Xuân Lộc (βQ 1 2xl)

Không bắt gặp diện lộ của bazan gốc mà chỉ gặp các thành tạo vỏ phong hoá có thành phần chủ yếu có bột sét có màu đỏ, phân bố ở khu vực Chàng Riệc, xã Tân Đông, huyện Tân Châu, chúng thường phân bố dưới dạng đồi thấp có độ cao thay đổi từ 40-50 mét

Pleistocen trung–thượng: trầm tích sông-hệ tầng Thủ Đức (aQ 1 2-3tđ)

Hệ tầng Thủ Đức có diện tích phân bố rộng trên phạm vi Tỉnh và chiếm hầu hết diện tích của các huyện Tân Biên, Tân Châu và Dương Minh Châu Trên bình đồ cấu trúc hiện tại, thành tạo này thường phân bố ở địa hình cao từ 15-50 mét hình thành nên kiểu địa hình dạng bậc, có xu hướng thấp dần theo phương ĐB–TN

Thành phần thạch học đặc trưng gồm: cuội, sỏi, cát, sét kaolin có tectit mài tròn cạnh, bề dày 4,0–30 m Kết quả phân tích thành phần hạt của hệ tầng Thủ Đức cho thấy cát chiếm tỷ lệ trung bình 46,27%, bột 30,47% và sét 21,22% Kết quả phân tích thành phần hĩa học cho thấy hàm lượng SiO2 cao: 90,27%, Al2O3: 5,05%

và Fe2O3:1,36%

Phụ thống Pleistocen thượng (Q 1 3 )

Toàn diện tích nghiên cứu của Tỉnh Tây Ninh các thành tạo trầm tích Pleistocen thượng bao gồm các thành tạo trầm tích thuộc hai tướng khác biệt nhau:

Pleistocen thượng: trầm tích sông–hệ tầng Củ Chi (aQ 1 3cc)

Thành tạo trầm tích hệ tầng Củ Chi phân bố chủ yếu ở phía bờ phải của sông Vàm Cỏ Đông, chúng tạo thành dải kéo dài theo phương chung TB-ĐN từ Tân Biên, Tân Châu, Hòa Thành, Gò Dầu và Trảng Bàng xuống đến Củ Chi thuộc thành phố Hồ Chí Minh Thành tạo trầm tích này thường được phân bố ở mức địa hình cao 10–18m, liên quan mật thiếât với thành tạo thềm tích tụ xâm thực pleistocen muộn cao 5–18m (thềm bậc 2)

- Từ 0,0-3,0m: cát hạt vừa màu xám trắng chứa ít sét kaolin khoảng 15-20%

- Từ 3,0-17,0m: cát sạn cuội chứa bột sét kaolin trong

- Từ 17-23,3m: cát sạn cuội màu sặc sỡ từ vàng xám đến nâu đỏ, tím nhạt

- Từ 23,3-24,5m: sạn cuội cát thành phần là thạch anh màu trắng xám

Pleistocen thượng: trầm tích sông biển–hệ tầng Mộc Hóa (amQ 1 3mh)

Thành tạo trầm tích sông biển hệ tầng Mộc Hóa phân bố chủ yếu ở phía bờ phải của sông Vàm Cỏ Đông Từ Đức Huệ (Long An), kéo qua huyện Bến Cầu, huyện Châu Thành, huyện Trảng Bàng dẫn đến việc hình thành nên địa hình đồng bằng thấp có độ cao địa hình thay đổi 5 –10m

Bề mặt đồng bằng được thành tạo từ các trầm tích của hệ tầng Mộc Hoá có độ cao 5-10 m và bị chia cắt yếu, các mương xói nhỏ và nông

Thành phần cấp hạt của trầm tích hệ tầng Mộc Hĩa ở Tây Ninh đạt: sét 60%, bột 30-40%, cát hạt nhỏ đến thơ đạt 10-15%

50-THỐNG HOLOCEN

Các thành tạo trầm tích Holocen chỉ chiếm một phần nhỏ diện tích của Tỉnh Tây Ninh, phân bố chủ yếu dọc theo các thung lũng thuộc hệ thống sông Sài Gòn, sông Vàm Cỏ Đông và các phụ lưu của chúng

Các thành tạo trầm tích Holocen trên phạm vi nghiên cứu gồm:

Thành tạo trầm tích Holocen hạ–trung: trầm tích sông-biển (amQ 2 1-2 )

Các thành tạo trầm tích sông biển Holocen hạ–trung chủ yếu phát triển dọc theo hệ thống sông Vàm Cỏ Đông và phân bố rải rác theo thung lũng sông Sài Gòn Chúng thường tạo nên các bãi bồi cao có dạng dải kéo dài không liên tục dẫn đến việc hình thành nên các bãi bồi cao với cao độ địa hình thay đổi từ 3–4 mét

Tổng hợp các mặt cắt của trầm tích holocen hạ-trung nguồn gốc sông biển cho thấy có 3 lớp nằm từ trên xuống dưới như sau:

-Lớp trên: Lớp sét màu xám, xám xanh, hàm lượng sét rất cao, bề dày thay đổi từ 0,5-0,7m, đôi khi đến 1,0 m

-Lớp giữa: Lớp sét màu đen, chứa nhiều tàn tích thực vật, bề dày 1-1,5m -Lớp dưới: Lớp cát xám, trắng lẫn bột sét, bề dày từ 5-10m hoặc hơn

Thành tạo trầm tích Holocen trung-thượng: trầm tích đầm lầy-hồ, sông-đầm lầy (bl, abQ 2 2-3 )

Thành tạo trầm tích đầm lầy-hồ, sông-đầm lầy Holocen trung-thượng phân bố chủ yếu dọc theo thung lũng của sông Vàm Cỏ Đông đoạn chảy qua địa phận của các huyện Châu Thành, Bến Cầu, Trảng Bàng và Hòa Thành (phần hạ nguồn Rạch Tây Ninh)

Trầm tích có thành phần thạch học chủ yếu là bùn nhão mềm bở với thành phần sét chiếm ưu thế chuyển dần xuống dưới của mặt cắt là sét than hoặc thấu kính than bùn màu nâu, nâu đen Bề dày 1,0-5,0m

Thành tạo trầm tích Holocen thượng: trầm tích sông (aQ 2 3 )

Thành tạo này phân bố dọc theo các thung lũng sông, suối của Tỉnh Tây Ninh, có thành phần thạch học chủ yếu là cát, bột, sét bột, cuội sạn sỏi cát, đôi khi có di tích hữu cơ chưa bị phân hủy màu đen Bề dày thay đổi 1-25m

Thành tạo deluvi Đệ Tứ không phân chia (dQ)

Trên phạm vi nghiên cứu của tỉnh Tây Ninh thành tạo này chỉ phân bố hạn chế dọc theo chân của Núi Bà Đen với thành phần gồm cát bột sét bột có chứa dăm sạn và cuội tảng của đá gốc có thành phần là granit, granodiorit, andesit … Tuy nhiên đây là thành tạo có bề dày không ổn định và thay đổi từ 1-5m

2.2.2 CÁC THÀNH TẠO MAGMA XÂM NHẬP

Trên diện tích tỉnh Tây Ninh, các thành tạo xâm nhập lộ ra ở khu vực núi Bà Đen thị xã Tây Ninh và khu vực Suối Đá huyện Dương Minh Châu Riêng ở khu vực Đồi 95 xã Suối Ngô huyện Tân Châu, thành tạo xâm nhập có thành phần gabro, gabro pyrocenit được phát hiện trong lỗ khoan ở độ sâu 29,1-500m Theo kết quả của công tác hiệu đính bản đồ địa chất-khoáng sản tỷ lệ 1:200.000 Nam Việt Nam, các đá xâm nhập có tuổi Kreta sớm ở khu vực Núi Bà Đen được xếp vào phức hệ Định Quán và khu vực Đồi 95-phức hệ Tây Ninh

2.2.3 KIẾN TẠO

Theo tài liệu của bản đồ địa chất tờ Công Pông Chàm-Lộc Ninh tỷ lệ 1: 200.000 (vùng Công Pông Chàm-Lộc Ninh), diện tích Tỉnh Tây Ninh nằm trên khối nâng Sài Gòn thuộc miền vỏ lục địa Tiền Cambri Nam Việt Nam Trên phạm vi tờ bản đồ này có các thành tạo lớp phủ kiểu thềm lục địa yên tĩnh trong Pecmi muộn–Triat sớm, kiểu rìa lục địa tích cực trong Mezozoi muộn, kiểu căng giãn nội lực có phun trào bazan cao nguyên trong Kanozoi

Lãnh thổ tỉnh Tây Ninh chịu ảnh hưởng của các giai đoạn hoạt hóa Mezozoi muộn và giai đoạn tạo riftơ Kanozoi

KIẾN TRÚC SÂU

Theo tài liệu địa vật lý trọng lực, bề mặt Moho có độ sâu trên 30km, bề mặt Conrad sâu 12-15km, bề mặt mái móng kết tinh sâu 3-4km Các bề mặt này có phương nghiêng chung và sâu dần về phía Đông Bắc

ĐỨT GÃY

Trên diện tích tỉnh Tây Ninh các đứt gãy dự đoán được vạch ra trên cơ sở

các tài liệu địa vật lý hàng không và đều nằm sâu dưới lớp phủ của các trầm tích Neogen và Đệ Tứ

Các đứt gãy chạy theo hai phương chính là ĐB–TN và TB–ĐN:

- Đứt gãy phương ĐB–TN (dự đoán dốc >800) với phương nghiêng về phía

ĐN bao gồm: Chàng Riệt–Lò Gò, Suối Ngô–Tân Trang, Bến Củi–Lợi Thuận, Sroc Tâm, Suối Ben và Chà Và

- Đứt gãy phương TB–ĐN thể hiện khá rõ trên trường địa vật lý trọng lực và trên ảnh vũ trụ, trùng hợp với các con sông lớn đó là các đứt gãy Vàm Cỏ Đông, XaMat–sông Sài Gòn và Tân Đông–Bàu Tràm Chúng có dấu hiệu hoạt động mạnh mẽ trong Kainozoi, làm thay đổi bề dày và tướng đá các thành tạo Kainozoi Đứt gãy này có phương cắm về góc Tây Nam hoặc Đông Bắc (đứt gãy

Sông Sài Gòn)

2.3 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Như đã trình bày trong phần Mở đầu của luận văn, tác giả thu thập tài liệu địa chất công trình từ nhiều nguồn do các Phòng thí nghiệm khác nhau thực hiện

Vì vậy, ở góc độ nào đấy, không tránh khỏi các sai sót do ảnh hưởng của thiết bị

thí nghiệm và tay nghề thí nghiệm viên Cho nên ở mức độ nào đó, các chỉ tiêu

cơ lý của đất sẽ không được đồng bộ

Qua quá trình thu thập tài liệu, nhận thấy rằng:

Ở những địa hình thấp thuộc huyện Bến Cầu; một phần các huyện thị như Gò Dầu, Trảng Bàng, Châu Thành, Thị xã Tây Ninh phần lớn lớp đất nền là trầm tích trẻ Holocen, cấu tạo là những lớp bùn sét, bùn á sét và á sét có trạng thái khác nhau

Ở những vùng địa hình cao, trong các lớp trầm tích cổ Pleistocen phần lớn đất nền là các lớp hạt mịn như á cát, á sét và sét Trong đó thường xen lớp laterit dạng hạt rời kết vón hoặc dạng khối Loại đất trầm tích cổ Pleistocen chiếm diện tích tương đối lớn ở Tỉnh Tây Ninh

Về mặt lý thuyết gia cố đất, các loại đất đều có khả năng cải thiện được

đặc tính cơ lý sau khi gia cố với việc sử dụng chất liên kết và phương pháp gia cố

thích hợp [1] Tuy nhiên, Tỉnh Tây Ninh còn nghèo nên vấn đề xây dựng đường

giao thông hiện nay vẫn ưu tiên cho các vùng có điều kiện địa chất đất nền tương

đối tốt, vì như vậy giảm rất nhiều chi phí so với xây dựng trong những khu vực

đất yếu, điều kiện địa chất đất nền kém, phải xử lý cải tạo Vùng có điều kiện

địa chất đất nền tương đối tốt này thường nằm trong vùng phát triển trầm tích cổ

Pleistocen

Theo [16], các chỉ tiêu cơ lý trung bình của đất loại sét trầm tích cổ

Pleistocen ở Tỉnh Tây Ninh như sau:

Bảng 2.1 Các chỉ tiêu cơ lý trung bình của đất loại sét trầm tích cổ

Pleistocen ở Tỉnh Tây Ninh

Bảng 2.1 Loại đất Sét loang lổ Sét pha cát Cát pha sét

Ký hiệu địa chất amQI-III amQI-III amQI-III

Hệ số rỗng 0.66 0.58 0.53

Loại đất Sét loang lổ Sét pha cát Cát pha sét

Dựa trên các tài liệu nghiên cứu và bản thân tác giả trong quá trình đi thực

địa lấy mẫu thăm dò địa chất để xây dựng các công trình dân dụng, giao thông,

thủy lợi thấy rằng: tại những khu vực có điều kiện địa chất đất nền tương đối tốt

thì trong khoảng độ sâu từ mặt xuống 3-5m thường hay gặp lớp đất có cấu tạo là

á cát hoặc á sét, ít gặp hơn là sét

Trong khuôn khổ đề tài, vì nghiên cứu gia cố đất phục vụ cho việc xây

dựng công trình giao thông nên chỉ giới hạn độ sâu trong khoảng từ mặt đến 5 m

vì đây là độ sâu tối đa được phép khai thác Hơn nữa, chỉ quan tâm chủ yếu đến

thành hạt của đất vì là cơ sở để chọn loại chất liên kết thích hợp

Ở đây, tác giả chọn đối tượng nghiên cứu là đất á sét vì nhận thấy tính phổ

biến của đất này hơn hẳn hai loại còn lại là á cát và sét, và trong xây dựng công

trình giao thông thường sử dụng đất á sét để làm nền đường Hơn nữa, vì tác giả

chọn chất kết dính là xi măng tro bay nên đối tượng nghiên cứu là đất á sét (xem

như á sét là loại trung tính giữa á cát và sét) sẽ dễ dàng có những định hướng

nhận xét mức độ thuận lợi và hiệu quả gia cố

Chính vì các lý do trên, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu khoanh vùng ở những khu vực đặc thù, nơi có số lượng công trình giao thông xây dựng lớn Các mẫu lấy ưu tiên nằm trong các khu vực mỏ vật liệu xây dựng và gần các tuyến

đường hiện hữu Thống kê trong Bảng 2.2 dưới đây

Độ sâu lấy mẫu (mét)

SH 01 ấp A, xã Tiên Thuận, huyện Bến Cầu Khoan, đào 0.5-1.0

SH 02 ấp A, xã Tiên Thuận, huyện Bến Cầu Khoan, đào 1.0-1.5

SH 03 Hầm sỏi Núi Bà Đen, huyện Hòa Thành.Đào 2.0-2.5

SH 04 Cạnh Đường TL 784, xã Bàu Năng, huyện Dương

Minh Châu Khoan, đào

0.5-1.0

SH 05 Cạnh Đường Thiện Ngôn-Tân Hiệp, xã Thạnh Bắc,

huyện Tân Biên Khoan, đào

1.0-1.5

SH 06 Cạnh Đường 30-4, huyện Tân Biên Khoan, đào 1.0-1.5

SH 07 Hầm đất, sỏi Đồi 82, huyện Tân Biên Khoan, đào 1.0-1.5

Các mẫu được lấy theo hình thức: khoan tay đến độ sâu 5.0m để lấy mẫu nguyên dạng và kiểm tra bề dầy lớp, đào để lấy đất làm thí nghiệm gia cố Mô tả hình trụ hố khoan:

Tại vị trí lấy các mẫu SH 01-02-04-05-06, trong khoảng độ sâu từ 0.5-5.0m chỉ gặp 1 lớp đất loại á sét; màu xám, xám vàng; trạng thái từ nửa cứng đến cứng; tính dẻo tương đối

Tại vị trí lấy các mẫu SH 03-07, trong khoảng độ sâu từ 0.5-5.0m gặp 2 lớp đất Lớp 1 (0.5-2.5m): loại á sét; màu xám vàng, nâu đỏ; trạng thái cứng; tính dẻo tương đối Lớp 2 (2.5-5.0m): loại á sét-sét có lẫn sạn-cuội Laterit; màu xám vàng

phớt đỏ, nâu đỏ; trạng thái nửa cứng; tính dẻo cao

Các mẫu nghiên cứu được ký hiệu riêng theo thứ tự từ SH 01 đến SH 07

Tuy nhiên, chỉ nghiên cứu 6 trong tổng số 7 mẫu (mẫu SH 03 là cấp phối sỏi đỏ

chỉ tiến hành duy nhất thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn) Sau đây là các chỉ tiêu cơ

lý đặc trưng của chúng

Các mẫu nghiên cứu được gửi tới Phòng Thí nghiệm Địa kỹ thuật thuộc

Trường Đại học Bách khoa TP HCM để phân tích Kết quả phân tích được trình

bày ở Bảng 2.3 và Bảng 2.4 dưới đây

Bảng 2.3 Kết quả phân tích thành phần hạt

SHM

nghiên

cứu gia cố

Hàm lượng hạt sạn (%) (2.0-5.0mm)

Hàm lượng hạt cát (%) (0.05-2.0mm)

Hàm lượng hạt bụi (%) (0.005-0.05mm)

Hàm lượng hạt sét (%) (<0.005mm)

Bảng 2.4 Kết quả TN chỉ số dẻo, độ ẩm, KLTT tự nhiên, hệ số rỗng

W (%)

KLTT tự nhiên

Dựa vào sự thay đổi tỷ lệ các nhóm hạt, căn cứ vào tiêu chuẩn xếp loại trong [1], kết luận là loại đất này rất thích hợp cho công nghệ gia cố

Các mẫu nghiên cứu cũng được gửi đi phân tích thành phần hoá tại Trung tâm Phân tích thí nghiệm thuộc Liên đoàn Bản đồ địa chất Miền Nam

Kết quả phân tích được tập hợp tại Bảng 2.5 dưới đây cho thấy hàm lượng

SiO2 trong đất chiếm tỷ lệ rất cao, tiếp theo là Al2O3

Bảng 2.5 Kết quả phân tích thành phần hoá

KẾT QUẢ PHÂN TÍCH (%)

CHƯƠNG 3

QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH CƯỜNG ĐỘ ĐẤT GIA CỐ

3.1 BẢN CHẤT VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

Đất là sản phẩm của quá trình phong hóa đá gốc, dưới tác động của các tác nhân vật lý, hóa học, sinh học trong một quá trình lâu dài mà đá bị vỡ vụn thành các mảnh nhỏ, phân tán đi xa nhờ dòng nước và gió, cuối cùng trầm tích ở nơi nào đó mà tạo thành đất Trong đất, ngoài khoáng vật nguyên sinh còn có những khoáng vật thứ sinh được tạo ra trong quá trình hình thành đất Khoáng vật thứ sinh có tính chất khác hẳn so với khoáng vật ban đầu của đá gốc

Ở trạng thái tự nhiên, đất bao gồm nhiều pha hợp thành: pha rắn (hạt khoáng), pha lỏng (nước) và pha khí (không khí trong lỗ rỗng)

Thành phần khoáng vật là một trong những đặc trưng quan trọng của pha rắn, nó không những ảnh hưởng đến hình dạng, kích thước của các hạt đất mà còn ảnh hưởng đến sự tương tác giữa pha rắn và pha lỏng, đặc biệt là đối với các hạt phân tán nhỏ, do đó ảnh hưởng rất lớn đến đặc điểm, tính chất và cường độ mối liên kết giữa các hạt rắn Pha rắn và pha lỏng tác dụng tương hỗ mật thiết với nhau tạo nên các đặc tính kỹ thuật của khối đất, khi số lượng và thành phần hoá học của pha lỏng thay đổi thì tính chất của khối đất hoàn toàn thay đổi [13]

Trong giới hạn của luận văn này ta chủ yếu tìm hiểu đất loại sét (á sét, sét), gọi chung là đất sét

Đặc điểm quan trọng chung của các loại đất sét, dù có quá trình hình thành khác nhau, thành phần hạt, thành phần khoáng vật và hoá học khác nhau là: khi

bị ẩm chúng có thể biểu hiện một số tính chất đặc trưng của hệ hạt keo

Thông thường hàm lượng các hạt nhỏ có kích thước 0,001 – 0,005 mm (hạt keo sét) và nhỏ hơn 0,001 (hạt keo) chứa trong đất giữ vai trò đáng kể trong việc hình thành các tính chất của đất [1]

Nhiều công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng đất sét bao gồm 3 loại khoáng vật chính như sau: Ilít, Kaolinít, Montmoriolít Trong số đó thì khoáng vật Montmoriolít đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình tương tác với các vật chất mới được đưa từ bên ngoài vào Các nghiên cứu lý thuyết cũng như thực tiễn đã khẳng định: đất sét ở điều kiện tự nhiên rất kém ổn định và dễ biến dạng dưới tác động của tải trọng Tuy nhiên, do đặc thù của đất (hệ phân tán, tính chất keo) đất sét ở trạng thái khô có cường độ cao nhưng khi bão hòa nước, các tính chất trên bị giảm nhanh, còn lại không đáng kể

Khi dùng đất sét trong công tác xây dựng đường ôtô, cần có những biện pháp khắc phục các nhược điểm trên, làm cho nó có thể bền vững ngay cả khi bão hòa nước và chịu được tác động của tải trọng xe ở các điều kiện thời tiết khác nhau Sét trong trạng thái tự nhiên có đặc tính của hạt nhỏ phân tán, để chúng có thể ổn định kể cả khi bão hòa nước, cần làm cho chúng mang tính toàn khối, ổn định Để đạt được mong muốn này, người ta trộn thêm vào đất các loại phụ gia khác nhau, và nhờ những sự tương tác của chúng với đất mà làm thay đổi tính chất ban đầu của đất Như vậy, tính chất của đất đã được cải thiện theo hướng có lợi cho xây dựng

3.1.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC HỆ KEO CỦA ĐẤT

Đất có nhiều dạng khác nhau do quá trình hình thành khác nhau về thành phần khoáng vật cũng như kích thước các hạt Đặc điểm chung của các hạt mịn trong đất là khi hút ẩm, chúng có tính chất đặc trưng của hệ keo Nếu tỷ lệ hạt nhỏ (sét, keo) trong đất lớn, chúng có những đặc điểm như: có tính dính nhớt, trao đổi ion, tính hấp thụ, khả năng keo tụ và mức độ háo nước cao

Đất ẩm là một hệ phân tán, môi trường là dung dịch và lỗ rỗng Mà hệ phân tán nào cũng có một trị số năng lượng bề mặt (năng lượng bề mặt là tích số giữa tổng diện tích bề mặt và trị số sức căng bề mặt) Thành phần hạt nhỏ trong đất chiếm tỉ lệ rất cao, như vậy tổng diện tích bề mặt các hạt lớn và do đó năng lượng bề mặt cao Điều này rất quan trọng trong việc điều chỉnh quá trình tác dụng tương hỗ và quá trình hình thành cấu trúc trong gia cố đất

Những phân tử nằm trên bề mặt một hạt vật chất có thể hút giữ những phân tử hay hạt keo của chất khác từ môi trường Lực hút này là do năng lượng thừa của lực hút phân tử ở lớp trên bề mặt hạt vật chất Các hạt keo hay các hạt nhỏ gần kích thước hạt keo như sét có diện tích bề mặt lớn nên có thể hút rất nhiều các phân tử của vật chất khác

Một yếu tố quan trọng trong việc hình thành các loại đất và tạo nên các tính chất khác nhau của các loại đất là do các hạt keo có mang điện tích Do sức hút bề mặt của các hạt keo nên các ion tự do trong môi trường đất sẽ bị các hạt keo hút vào và do đó hạt keo trở thành hệ mang điện phức tạp

Nhiều công trình nghiên cứu đã khẳng định: đối với đất sét thông thường, lõi keo–sét mang điện tích âm (anion) Chính vì vậy, chúng hút về phía mình các cation của các phân tử lưỡng cực trong môi trường và tạo nên lớp điện kép Bản thân lớp điện kép này ổn định một cách tương đối vì đã tạo ra sự cân bằng điện tích với lõi keo nhưng phía bên ngoài của lớp điện kép lại là những lớp ion khuếch tán với năng lượng nhỏ hơn và giảm dần theo khoảng cách Tiếp theo là môi trường khuếch tán Xem hình 3.1

Thường thì không chỉ các ion hòa tan mới bị hút vào hạt keo, cả các hạt lơ lửng trong môi trường nếu tiếp cận với hạt keo cũng bị các hạt keo hút giữ và như vậy các hạt keo đó lại liên kết chặt với các hạt keo khác và liên kết với các hạt khoáng lớn hơn

3.1.2 ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ KEO TỚI QUÁ TRÌNH GIA CỐ ĐẤT

Điện tích của các hạt càng lớn thì hệ keo càng ổn định Nếu có một yếu tố

Lớp khuếch tán Lớp ion cân bằng Lớp điện tích âm

Lõi keo

Hạt

Môi trường khuếch tán

nào đó làm hạt keo trở nên trung hòa điện tích thì sẽ triệt tiêu lực hút tĩnh điện Khi đó, các phân tử HOH phân cực bám quanh hạt keo bị đẩy ra khỏi hạt, hạt phân tách khỏi dung dịch và kết tủa, lúc này hệ keo bị phá vỡ, quá trình này gọi là keo tụ Người ta chia khả năng hấp phụ của đất ra 4 loại: hút cơ học, hút vật lý, hút lý hóa và hút sinh học Với việc gia cố đất thì hút vật lý và hút lý – hóa giữ vai trò quan trọng Khả năng hút vật lý của đất do có năng lượng bề mặt tự do trên mặt tiếp xúc của hạt với dung dịch nước và do sức căng bề mặt Hút vật lý làm cho trên bề mặt hạt đất hình thành các màng hấp phụ bởi những phân tử bị hút từ các chất trong dung dịch

Hình 3.1 Cấu trúc hạt keo

Khả năng hút hóa lý có tác động làm thay đổi các tính chất vật lý, cơ học và hóa học của đất Khả năng hút này có ý nghĩa quan trọng tới việc gia cố đất với các chất khác nhau Khi đất chứa nhiều các ion kim loại kiềm, khi bị ẩm sẽ nở thể tích mạnh, trở nên dính và dẻo, mất tính chất chịu lực, tức là thay đổi theo hướng bất lợi về mặt cơ học Nếu đất hấp phụ nhiều các cation hóa trị 2 (Ca++, Mg++) thì ngược lại trở nên keo tụ và khó chuyển sang trạng thái keo chảy do vậy đất ổn định đối với nước Khả năng hút hóa học thể hiện ở đặc điểm hút các chất hòa tan trong dung dịch để tạo các muối không hòa tan hay ít hòa tan, nó đóng vai trò quan trọng khi gia cố đất với vôi

3.1.3 PHÂN LOẠI CẤU TRÚC TRONG ĐẤT

Có thể chia các cấu trúc làm ba loại: cấu trúc keo tụ, cấu trúc ngưng kết và cấu trúc kết tinh

3.1.3.1 Cấu trúc keo tụ

Chịu sự ảnh hưởng của đầm nén cơ học Đầm nén cơ học làm tăng độ chặt của đất và các hạt tiếp xúc với nhau trên diện tích rộng hơn Cường độ cấu trúc keo tụ tăng đáng kể nhờ tăng diện tiếp xúc giữa các hạt Cấu trúc keo tụ có cường độ thấp, có thể khôi phục lại cường độ sau khi kết cấu bị phá hủy, người ta