- ĐXM là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu được áp dụng rộng rãi cho các công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng…ĐXM có thể sử dụng làm tường chống thấm cho
TỔ NG QUAN V Ề C ỌC XI MĂNG ĐẤ T
L ị ch s ử hình thành và ứ ng d ụ ng c ọc đất xi măng
1.1.1 L ịch sử hình thành cọc đất xi măng
- Từ rất lâu, con người đã cải tạo nền đất yếu bằng cách trộn với các chất liên kết như vôi, xi măng.
- Phương pháp cọc trộn tại chỗ, gọi là “Mixed In Place Pile”, (gọi tắt là phương pháp MIP) dùng chất liên kết là vôi do nước Mỹ nghiên cứu thành công đầu tiên sau đại chiến thế giới thứ 2 năm 1954, khi đó dùng cọc có đường kính từ 0,3÷0,4 m, dài 10-12 m Nhưng cho đến 1996 cọc đất gia cố xi măng với mục đích thương mại mới được sử dụngvới số lượng lớn [1]
- Sự phát triển của công nghệ trộn sâu bắt đầu từ Thụy Điển và Nhật Bản từ những năm 1960 Trộn khô dùng vôi hạt (vôi sống) làm chất gia cố đã được đưa vào thực tế ở Nhật vào giữa những năm 1970 Cũng khoảng thời gian đó trộn khô ở Thụy Điển dùng vôi bột trộn vào để cải tạo các đặc tính lún của đất sét dẻo mềm, mềm yếu Trộn ướt dùng vữa xi măng làm chất gia cố cũng được áp dụng trong thực tế ở Nhật từ giữa những năm 1970.
- Năm 1967, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu thuộc Bộ giao thông vận tải Nhật Bảnbắt đầu các thí nghiệm trong phòng sử dụng vôi cục hoặc vôi bột để xử lý đất biển bằng phương pháp trộn vôi dưới sâu Công việc nghiên cứu bởi Okumura, Terashi và những người khác suốt những năm đầu của thập niên 70.
- Năm 1974, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu báo cáo phương pháp trộn vôi dưới sâu đã được bắt đầu ứng dụng toàn diện tại Nhật Bản
- Năm 1976, viện nghiên cứu công chánh thuộc Bộ xây dựng Nhật Bản hợp tác với Viện nghiên cứu máy xây dựng Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu phương pháp trộn phun khô dưới sâu bằng bột xi măng, bước thử nghiệm đầu tiên hoàn thành vào cuối năm
- Năm 1977, Nhật Bản lần đầu tiên phương pháp trộn xi măng dưới sâu áp dụng trên
1.1.2 Tình hình ứng dụng cọc đất xi măng trên thế giới
- Những nước ứng dụng công nghệ DM nhiều nhất là Nhật Bản Theo thống kê của hiệp hội ĐXM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 1980-1996 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m 3 đất gia cố xi măng Riêng từ 1977-1993, lượng đất gia cố bằng DM ở Nhật vào khoảng 23,6 triệu m 3 cho các dự án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng
300 dự án Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m 3 [1]
- Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, mặc dù ngay từ cuối những năm 1960, các kỹ sư Trung Quốc đã học hỏi phương pháp trộn vôi dưới sâu và ĐXM ở Nhật Bản Thiết bị DM dùng trên đất liền xuất hiện năm 1978 và ngay lập tức được sử dụng để xử lý nền các khucông nghiệp ở Thượng Hải Tổng khối lượng xử lý bằng DM ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m 3 Từ năm 1987 đến
1990, công nghệ DM đã được sử dụng, tổng cộng 513.000m 3 đất được gia cố, bao gồm các móng kè, móng của các tường chắn phía sau bếncập tàu.
- Đến năm 1992, một hợp tác giữa Nhật và Trung Quốc đã tạo ra sự thúc đẩy cho những bước đầu tiên của công nghệ ĐXM ở Trung Quốc, công trình hợp tác đầu tiên là cảng Yantai Trong dự án này 60.000m 3 xử lý ngoài biển đã được thiết kế và thi công bởi chính các kỹ sư Trung Quốc.
- Tại Châu Âu, nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan Trong năm
1967, Viện Địa chất Thụy Điển đã nghiên cứu các cột vôi theo đề xuất của Jo Kjeld Páue sử dụng thiết bị theo thiết kế của Linden - Alimak AB (Rathmayer, 1997) Thử nghiệm đầu tiên tại sân bay Ska Edeby với các cột vôi có đường kính 0,5m và chiều sâu tối đa 15m đã cho những kinh nghiệm mới về các cột vôi cứng hoá (Assarson,
1974) Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (cao 6m, dài 8m) đã được xây dựng ở Phần Lan sử dụng cột vôi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng và chiều dài cột về mặt khả năng chịu tải.
- Từ những năm 1970 và đến những năm 1980, các công trình nghiên cứu và ứng dụng tập trung chủ yếu vào việc tạo ra vật liệu gia cố, tốiưu hoá hỗn hợp ứng với các loại đất khác nhau.
- Năm 1993, Hiệp hội DJM (Deep jet mixing -phun trộn khô dưới sâu) của Nhật Bản xuất bản sách hướng dẫn những thông tin mới nhất thiết kế và thi công cọc đất xi măng.
- Năm 1996, hơn 5 triệu m 3 cọc vôi và vôi xi măng đã được thi công tại Thụy Điển kể từ năm 1975 Sản phẩm từng năm tại Thụy Điển và Phần Lan lúc bấy giờ là cùng sản lượng như nhau.
- Vào tháng 11 năm 1999 một hội nghị quốc tế về phương pháp trộn khô được tổ chức tại Stokholm, Thụy Điển.
- Tại Mỹ, việc xử lý và nâng cấp các đập đất nhằm đáp ứng mục tiêu an toàn trong vận hành và ngăn ngừa hiện tượng thấm rất được quan tâm CĐXM đã được ứng dụng để nâng cấp các đập đất hiện có, tạo ra các tường chống thấm.
- Tại Bungari, nền đường sắt thường được xây dựng bằng sét vì khó kiếm ra đất tốt Loại đất này là rất khó đầm nén do đó nền đường thường bị lún nghiêm trọng Người ta đã sử dụng các cột ĐXM đường kính 0,25m cách nhau 2,5m để gia cố, kết quả sau xử lý cho thấy không có dấu hiệu lún mặc dù tốc độ tàu chạy 100 ~ 120 km/h.
- Tại Đông Nam Á, cọc đất – vôi hay xi măng chưa được thông dụng vì lý do chủ yếu là các máy móc thi công, chi phí khai thác vôi sống tinh khiết cao.
Đặc điể m tính ch ấ t c ủ a c ọc xi măng đấ t
1.2.1 V ật liệu chế tạo cọc
- Xi măng dùng thi công cọc ĐXM phải được lựa chọn để đảm bảo cường độ yêu cầu và khả năng thi công Một số loại xi măng tiêu chuẩn có thể dùng trong thi công cọc đất xi măng như sau:
+ Xi măng Poóc lăng thông thường
+ Xi măng đã được xác nhận là đảm bảo điều kiện cường độ yêu cầu thông qua thí nghiệm trộn thử được tiến hành trước khi thi công
- Nước để trộn vữa gia cố nên dùng nước ngầm khai thác tại chỗ là phù hợp nhất Nguồn nước yêu cầu phải sạch, không lẫn váng dầu mỡ công nghiệp, muối acid, các tạp chất hữu cơ và phải thõa mãn yêu cầu của TCVN 4506-2012
1.2.2 Các y ếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành cường độ
1.2.2.1 Ảnh hưởng của độ ẩm của đất
- Độ ẩm trong đất ảnh hưởng đến cường độ của mẫu ĐXM, ảnh hưởng của loại đất khác nhau
- Bản chất hóa lý của đất (như đường cong thành phần hạt, hàm lượng ngậm nước, giới hạn Silicat và nhôm, pH của nước lổ rỗng và hàm lượng mùn hữu cơ) ảnh đến tính chất của khối xi măng-đất
Hình 1.1 Ảnh hưởng của loại đất (KaKi và Yang, 1991)
- Cần đặc biệt chú ý trường hợp đất có hàm lượng hữu cơ cao, và những nơi mà hàm lượng muối trong đất lớn, đặc biệt là muối Sunfat, chúng có thể ngăn cản quá trình Hydrat hóa của xi măng Một số công trình gặp khó khăn khi xử lý đất có hàm lượng muối lớn (như các dải đất ngập mặn ven biển) thì có thể khắc phục bằng cách tăng hàm lượng xi măng Bởi vì nhiều công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng các khoáng chất Mônmôrilônit phản ứng dễ dàng hơn muối Illite do tinh thể cấu tạo đơn giản và các đất có chứa Mônmôrilônit và Kaolanh ảnh hưởng đến phản ứng Puzzolan mạnh hơn đất có chứa muối Illite
1.2.2.2 Ảnh hưởng của loại xi măng
10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 cư ờng độ chị u né n (da N /c m 2)
Biểu đồ: Quan hệ giữa hàm lượng xi măng - loại xi măng và cường độ nén nở hông ở 28 ngày tuổi
Xi măng Holcim stable soil
Hình 1.2 Ảnh hưởng của loại xi măng đến cường độ nén
- Loại, chất lượng và số lượng xi măng ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ đối với mọi loại đất.
1.2.2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng
Hàm lượng xi măng cư ờn g đ ộ ch ịu n én (d aN /cm 2)
Hình 1.3 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng
- Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng (sử dụng với khối lượng lớn) theo phân bố thành phần hạt được trình bày ở hình 1.3 (Kaki và Yang, 1991) Nói chung nếu hàm lượng sét tăng thì số lượng xi măng yêu cầu cũng tăng; có thể đó là do với các hạt nhỏ thì diện tích bề mặt lớn và lượng tiếp xúc giữa xi măng và các hạt đất sẽ tăng
- Khi lượng xi măng tăng thì cường độ của xi măng đất cũng tăng, phụ thuộc vào loại đất và tính chất của xi măng
1.2.2.4 Ảnh hưởng của hàm lượng nước
- Việc tăng lượng nước trong đất sẽ làm giảm cường độ khối xi măng đất Hình 1.4 (Endo, 1976) cho thấy ảnh hưởng của hàm lượng nước thay đổi từ 60 đến 120% trên mẫu thí nghiệm cho một loại đất biển xử lý với 5 đến 20% xi măng, sau 60 ngày ninh kết Kết quả cho thấy cường độ giảm cho mọi hàm lượng xi măng.
Hình 1.4 Ảnh hưởng của lượng nước ban đầu
1.2.2.5 Ảnh hưởng của độ pH
- Các kết quả cho thấy rằng trong một phạm vi nhất định, độ pH của đất có ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực đến cường độ của mẫu xi măng - đất Trong giới hạn này, cường độ nén nở hông không đơn giản phụ thuộc vào độ pH của đất mà còn dựa vào độ ẩm của đất (tức là lượng nước có chứa trong đất), xét đến các ảnh hưởng của tỷ lệ giữa nước hàm lượng xi măng tương ứng đến cường độ nén nở hông Đất có độ pH trọng phạm vi 5,0 đến 6,3 có ảnh hưởng tích cực đến cường độ nén nở hông của mẫu xi măng đất Độ pH càng tăng thì cường độ của xi măng - đất càng tăng.
1.2.2.6 Ảnh hưởng của độ rỗng
- Các kết quả thí nghiệm cho thấy rằng hệ số rỗng e0 có ảnh hưởng không lớn đến cường độ nén nở hông của mẫu ĐXM Tuy nhiên, biểu đồ trên cũng chứng minh rằng, có một xu hế ảnh hưởng:độ rỗng càng lớn thì cường độ mẫu ĐXM càng cao
- Độ rỗng trong đất càng lớn thì khi trộn xi măng vào đất, khả năng lắp đầy của xi măng vào các lỗ rỗng trong đất càng cao, tạo nên khả năng gia cố nền đất yếu là rất lớn.
1.2.2.7 Ảnh hưởng của điều kiện trộn và điều kiện đóng rắn
- Tỷ lệ nước/xi măng ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ cọc ĐXM, việc tăng lượng nước sẽ làm giảm cường độ ĐXM Ngoài ra thời gian trộn, thời gian ninh kết, nhiệt độ ninh kết cũng ảnh hưởng đến cường độ của cọc đất gia cố xi măng.
1.2.2.8 Sự thay đổi cường độ cọc đất xi măng theo thời gian
- Cường độ của xi măng - đất tăng lên theo thời gian, tương tự như bê tông Hình 1.5 (Endo, 1976) đã chỉ ra ảnh hưởng của tuổi từ 2-2000 ngày đối với đất sét biển gia cố bởi xi măng Porland.
Hình 1.5 Ảnh hưởng của ngày tuổi
Kawasaki (1981) đã xây dựng quan hệ dựa trên phân tích tương quan hiệu chỉnh cường độ nén nở hông cho đất sét biển vùng vịnh Tokyo trộn với xi măng Porland. 0,26qu28 < qu3 < 0,63qu28
Cu60 = l,17qu28 Ở đây, qu28 là cường độ 28 ngày tuổi tính theo KPa Hiệp hội CDMA (Cement Deep Mixing Association of Japan) của Nhật Bản (1994) đã hiệu chỉnh quan hệ trên thành: qu28 = (1,49 ~ 1,56)qu7 qu91= (1,85 ~ 1,97)qu7 qu91 = (1,2 ~ 1,33)qu28
13 Ở đây, qu7, qu28 và qu91 là cường độ nén nở hông của ĐXM sau xử lý 7 ngày, 28 ngày và 91 ngày tuổi.
Nagarai (1997) đã đề nghị một quan hệ nhằm đề xuất cường độ ĐXMtrên quan điểm vi cấu trúc và định luật Abram (nghĩa là sự phân bố lực hút giữa đất và vữa) sử dụng phân tích tương quan đa chiều như sau:
S 14 Ở đây, SD là cường độ ở D ngày tuổi; S14 là cường độ ở 14 ngày tuổi Phương trình (1.1) dựa trên quan hệ thực nghiệm, do đó khi sử dụng phải hết sức chú ý Hampton và Edil (1998) đã lưu ý về việc áp dụng định luật Abram để xác định cường độ ĐXM
K ế t lu ận chương 1
- Xu hướng phát triển của công nghệ ĐXM trên Thế giới hiện nay hướng vào việc khai thác mặt mạnh của ĐXM
- Xu thế quan trọng của công nghệ này là ở chỗ nó cho phép xử lý tại chỗ và cô lập các chất ô nhiễm trong đất, hứa hẹn cho những nghiên cứu tiếp tục
- Cọc ĐXM được thi công tạo thành theo phương pháp khoan trộn sâu
- Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi ro cao Tiết kiệm thời gian thi công do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ.
- Hiệu quả kinh tế cao, giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng.
- Rất thích hợp cho công tác xử lý nền, xử lý móng cho các công trình ở các khu nền đất yếu như bãi bồi ven sông, ven biển.
- Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước.Khả năng xử lý sâu (có thể đến 50 m).
- Biến dạng nền đất gia cố rất nhỏ vì vậy giảm thiểu ảnh hưởng của lún đối với các công trình lân cận,tăng sức kháng cắt ổn định nền móng công trình.
- Dễ dàng điều chỉnh cường độ bằng cách điều chỉnh hàm lượng xi măng khi thi công.
- Dễ quản lý chất lượng thi công.
- Hạn chế ô nhiểm môi trường.
- Bản chất hóa lý của CĐXM: hàm lượng hữu cơ, đặc biệt là muối sunphat trong đất cao có thể ngăn cản quá trình hydrat hóa (Nguyễn Quốc Dũng và nnk, 2005); trong phạm vi pH=5,0÷6,3 khi pH tăng thì cường độ của CXMĐ tăng, khi pH=6,3÷6,9 sẽ có xu hướng ngược lại
Chương 1 đã trình bày tổng quan về ĐXM, đặc điểm tính chất cọc ĐXM, các phương pháp tính toán Trong chương này NCS cũng đã rút ra được những vấn đề còn tồn tại liên quan đến yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ĐXM nói chung và trong gia cố nền đắp trên đất yếu nói riêng ở nước ta Đây là những nội dung mà các nhà tư vấn thiết kế, tư vấn giám sát ở Việt Nam cần lưu ý để quản lý chất lượng cọc tại hiện trường hợp lý với điều kiện thực tế Việt Nam.
NGHIÊN CỨ U L Ự A CH Ọ N THÔNG S Ố THI Ế T K Ế C ỌC XI MĂNG ĐẤ T X Ử LÝ N ỀN ĐƯỜ NG Ở SÓC TRĂNG -TRÀ VINH
Cơ sở lý thuy ế t
Xi măng sau khi trộn với đất sẽ xảy ra một loạt các quá trình hoá lý gây đông cứng, đóng rắn khối đất:
- Ban đầu là quá trình thủy hoá tạo các chất kết dính và Ca(OH)2:
3CaO.SiO2 + nH2O = Ca(OH)2 + 2CaO.SiO2(n-1)H2O
2CaO.SiO2 + mH2O = CaO.SiO2mH2O
Các chất kết dính có tác dụng gắn kết các thành phần của hỗn hợp, làm chặt cấu trúc hỗn hợp Kết quả là cường độ hỗn hợp tăng.
Quá trình trao đổi cation: Ca(OH)2 sinh ra làm tăng độ kiềm của hỗn hợp, hiện tượng trao đổi cation xảy ra dẫn đến giảm thể tích cấu trúc sét, mất dần tính dẻo, kéo theo hiện tượng keo tụ, gắn kết thành các hạt kích thước lớn hơn, rắn chắc hơn làm tăng cường độ hỗn hợp XMĐ.
Các phản ứng puzolan: Đồng thời, Ca(OH)2 sinh ra do thủy hóa tác dụng với Al và Si trong cấu trúc sét bị phân hủy trong môi trường kiềm lại tạo nên các chất kết dính mới dạng C-S-H cũng đóng góp làm tăng cường độ hỗn hợp XMĐ
Cacbonat hoá: trong điều kiện tiếp xúc với không khí Ca(OH)2 có thể kết tủa tạo thành Cacbonat canxi rắn chắc. Đó là các quá trình chủ yếu hình thành cường độ của CXMĐ, điều cần lưu ý là: hàm lượng hữu cơ, đặc biệt là muối sunphat trong đất cao có thể ngăn cản quá trình hydrat hóa (Nguyễn Quốc Dũng và nnk, 2005); trong phạm vi pH=5,0÷6,3 khi pH tăng thì cường độ của XMĐ tăng, khi pH=6,3÷6,9 sẽ có xu hướng ngược lại Trong điều kiện bình thường, một số công trình gặp khó khăn khi xử lý đất muối có thể khắc phục bằng cách tăng hàm lượng xi măng (Smith 1962) Song với đất yếu nhiễm phèn, pH giảm cùng với sự tập trung FeSO4, Al2(SO4)3, H2SO4 với hàm hượng cao; Mặt khác, thành phần khoáng đất phèn lại chủ yếu là Illite và kaolinite (Lê Huy Bá, 2003) Tổ hợp các tác nhân đó làm cho quá trình hoá lý của CXMĐ có diễn biến phức tạp hơn nhiều, ảnh đến quá trình hình thành cường độ XMĐ, cần có những nghiên cứu thực nghiệm.
C ấ u trúc, tính ch ấ t n ền đấ t y ế u ở Sóc Trăng – Trà Vinh
2.2.1 Đặc điểm, tính chất đất yếu đồng bằng Cửu Long [2]
- Đất yếu thuộc trầm tích amQII2-3 phân bố trên đồng bằng Cửu Long từ vùng Tân An
- Mỹ Tho, Bến Tre, Vĩnh Long, Sóc Trăng, Trà Vinh, Bạc Liêu, Cà Mau tới Long Mỹ, Kiên Giang Ở vùng Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, trầm tích amQII2-3 tạo nên các
18 vùng hơi nhô cao trên bề mặt đồng bằng Từ thượng lưu đến biển dọc hai bờ sông Tiền Giang và Hậu Giang, trầm tích có xu hướng trải rộng ra Bề dày thay đổi từ vài mét đến khoảng 20 m Ở vùng ven biển và vào sâu trong nội địa, bề dày trầm tích thường bị vát mỏng chỉ còn khoảng 2-5 m, còn ở vùng gần cửa sông hiện tại bề dày lớn hơn Thành phần trầm tích từ dưới lên khá đồng nhất gồm bột sét chứa cát màu xám nâu, xám đen, chứa ít vỏ sò, đôi chỗ mặt cắt là cát mịn Các loại đất chính ở đây chủ yếu là đất loại sét yếu, gồm bùn sét, bùn sét pha lẫn cát, màu xám đen; sét, sét pha trạng thái dẻo chảy đến chảy; có chỗ là cát pha, màu xám đen, trạng thái dẻo Tại một số vùng ở
An Giang, Đồng Tháp phần trên trầm tích là các loại đất sét, sét pha, trạng thái dẻo cứng đến dẻo mềm Như vậy, đất bùn sét và bùn sét pha có diện phân bố rộng, là các loại đất yếu, liên quan đến nhiều đối tượng xây dựng.
- Trên cơ sở các đặc điểm về địa chất như trên, đất yếu ở khu vực nghiên cứu có các đặc điểm sau:
+ Là đất loại sét có lẫn hữu cơ
+ Hàm lượng nước cao và trọng lượng thể tích nhỏ
+ Độ thấm nước rất nhỏ
+ Cường độ chống cắt nhỏ và khả năng nén lún lớn.
- Ngoài ra đất yếu ở Sóc Trăng-Trà Vinh còn có đặc điểm đất nhiễm phèn
- Đất nhiễm phèn có màu đen hoặc nâu ở tầng đất mặt Đất có mùi đặc trưng của lưu huỳnh và H2S Nếu để đất đen đó hong khô ngoài không khí sẽ xuất hiện màu vàng và bốc mùi của chất lưu huỳnh đó chính là chất phèn gồm hỗn hợp của sunfat nhôm và sunfat sắt
- Đất phèn ngoài có những đặc điểm của đất sét mềm và bùn còn có những đất điểm sau:
+ Hàm lượng SO3 cao thường từ 1,5÷3% tổng số trong đất khô.
+ Hàm lượng hữu cơ cao từ 2÷8%
+ Tính trương co của đất phèn rất lớn do thànhphần khoáng sét cao và do tỉ lệ hữu cơ lớn Khi khoáng sét mất nước sẽ co lại do khoảng cách giữa các lớp alumin silicat bị thu hẹp lại Mặt khác, khi xác thực vật (hữu cơ) mất nước cũng teo lại, đã làm cho tỉ lệ co của đất này lớn.
+ Nhiệt độ đất có liên quan đến độ ẩm đất, đến độ hòa tan của không khí, đến hoạt động hệ sinh vật và liên quan đến đặc tính phèn trong đất Nghĩa là nhiệt độ đất có liên quan đến quá trình hóa lý, hóa sinh học của đất nói chung và đất phèn nói riêng Ví dụ: vi sinh vật cần một nhiệt độ đất thích hợp là 25÷30°c để sống và hoạt động Mỗi loại đất có một sự biến động nhiệt độ khác nhau Sự chênh lệch nhệt độ ở tầng mặt lớn hơn nhiều so với tầng 20cm sự chênh lệch nhiệt độ làm bốc phèn, bốc mặn lên mặt đất, làm đất hóa phèn nhanh chóng.
+ Tỷ trọng đất phèn là trọng lượng tính bằng g/cm3 đất khô kiệt, mà các hạt đất xếp sít vào nhau, không có khe hở Tỷ trọng đất phèn có liên quan đến thành phần sét, cát và chất hữu cơ trong đất Trong thực tế tỷ trọng thường từ 2,5÷2,66g/cm 3 được xếp vào loại trung bình.
+ Ngoài ra đất phèn còn có một số đặc điểm khác như độ chặt, độ ẩm đất.
+ Độ chặt: phụ thuộc vào thành phần cơ giới và độ ẩm, có thể từ 3÷8 kg/cm 2 Độ chặt còn phụ thuộc vào loại địa hình Do thành phần cơ giới của đất phèn là sét, khi ngập nước lại bị nhiễm mặn nên có Na + xâm nhập, với màng thủy hóa của nó, đã làm độ chặt giảm nhiều khi ngập nước lợ Điều đó chứng tỏ đất phèn là đất không có nền, khi khô tầng trên rất cứng nghĩa là độ chặt cao, khi ngập tầng trên độ chặt giảm mạnh và thấp hơn nhiều so với tầng dưới.
+ Độ ẩm đất: về mùa khô độ ẩm thường giảm thấp trên đất thấp
+ Tầng trên 0÷20cm rất khô, nhưng tầng dưới 40÷50cm vẫn ẩm ướt Bởi vì mạch nước phèn thường xuất hiện gần mặt đất (60÷70cm) Sự biến động của độ ẩm phụ thuộc nhiều đến thời kỳ, tầng đất, mạch nước ngầm và địa hình Biên độ biến động độ ẩm trong tầng 0÷10cm rất lớn, vì vậy cần theo dõi sát độ ẩm đất để định ra thời kỳ.
- Đất yếu ở Sóc Trăng–Trà Vinh chiều dày các lớp đất này có giá trị tương đối lớn, ở Sóc Trăng đến 19,4m, ở Trà Vinh đến 18,8m Để xây dựng công trình trên các vùng đất như vậy, sử dụng các biện pháp xử lý móng sẽ gặp rất nhiều khó khăn và tốn kém Hợp lý hơn cả trong những trường hợp nền đất yếulà tìm giải pháp xử lý nền hoặc kết hợp xử lý nền với móng, trong đó giải pháp xử lý nền thường đóng vai trò chủ đạo.
Bảng 2.1 Kết quả nghiên cứu các đặc trưng kháng cắt của đất ởĐồng Bằng Sông
Phương pháp xác định Chỉ tiêu Đất bùn sét Đất bùn sét pha
TB Max Min TB Max Min
Nén ba trục UU C (kPa) 16,2 22,8 10 12,6 16,1 9,2 Φ (độ) 0 0 16’ 1 0 58’ 0 0 00’ 3 0 26’ 4 0 44’ 1 0 13’
Nén ba trục CU đo áp lực nước lỗ rỗng
C’(kPa) 18,0 23,0 13,0 5,4 9,3 2,4 Φ’ (độ) 24 0 52’ 27 0 44’ 19 0 29’ 21 0 34’ 24 0 59’ 18 0 48’ Nén đơn trục C (kPa) 12,9 15,2 4,8 20,3 22,2 15,6
Bảng 2.2 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu amQ II 2-3 vùng đồng bằng Cửu Long (1354 mẫu đất thí nghiệm)
Thành phần hạt,% Độ ẩm tự nhiê n, W,%
Khối lượng tích, γ thể g/cm 3
Khối lượng thể tích khô, γ c ,g/c m 3
Hệ số rỗng, e o Độ lỗ rỗng, n,% Độ bão hòa, G,%
Chỉ số dẻo, I p sệt, Độ
Sức chống cắt Hệ số nén lún,a 1-2
, cm 2 /kg Áp lực tính toán quy ước,
Mô đun tổng biển dạng,
Góc ma sát trong φ u , độ
Trung bình các chỉ tiêu cơ lý 9.3 17,3 39,6 46,5 67,5 1,54 0,92 2,64 1,869 65,1 95,5 56,3 30,8 25,5 1,44 3 0 37’ 0,08 0,197 0,49 6,1
Trung bình các chỉ tiêu cơ lý 9.0 39,2 34,3 24,4 42,7 1,70 1,19 2,67 1,239 55,3 91,9 38,0 24,4 13,6 1,34 4 0 75’ 0,093 0,140 0,631 14,1
Bảng 2.3 Tổng hợp các thông số cố kết của đất yếu amQ II 2-3 ởĐồng Bằng Sông Cửu Long
Các đặc trưng vật lý và cố kết Địa điểm nghiên cứu
Th ị xã Trà Vinh, T.Trà Vinh
Th ị xã Vĩnh Long, tỉnh Vĩnh Long
Giá tr ị trung bình các chỉ tiêu cơ lý
Th ị xã Trà Vinh, T.Trà Vinh
Giá tr ị trung bình các chỉ tiêu cơ lý Đất bùn sét Đất bùn sét pha
Kh ố i l ượ ng th ể tích γ, g/cm 3 1,53 1,57 1,6 1,47 1,48 1,64 1,6 1,52 1,48 1,68 1,56 1,63 1,71 1,68 1,67
Kh ối lượ ng th ể tích khô γ c ,
Chỉ số dẻo Ip 32,9 36,0 18,8 29,3 30,5 18,2 24,0 33,2 39,4 18,1 28,0 15,0 10,5 15,5 13,8 Độ s ệ t, I s 1,28 1,15 1,32 1,67 1,70 2,02 1,40 1,58 1,46 1,73 1,50 1,33 2,49 1,75 1,90
Hệ số cố kết Cv*10 -3 , cm 2 /s 0,27 0,20 0,46 0,14 0,49 0,47 1,65 0,79 0,39 0,58 0,54 0,80 1,14 2,91 1,62
Ch ỉ s ố n ở Cs 0,214 0,189 0,091 0,119 0,115 0,096 0,111 0,139 0,133 0,062 0,127 0,083 0,051 0,078 0,071 Áp lực tiền cố kết Pc, kg/cm 2 0,51 0,47 0,30 0,39 0,35 0,45 0,54 0,34 0,54 0,59 0,45 0,62 0,67 0,30 0,53
Hệ số thấm, K th ,*10 -7 cm/s 2,19 0,16 0,31 0,16 0,42 0,37 1,01 0,61 0,79 0,35 0,64 0,45 0,59 2,08 1,04
- Bảng 2.1, 2.2, 2.3 ta có nhận xét là sức kháng cắt không thoát nước của đất bùn sét, bùn sét pha nhỏ So sánh các kết quả thí nghiệm cho thấy, đối với đất bùn sét sức kháng cắt không thoát nước có giá trị lớn nhất ở thí nghiệm cắt cánh (τ=C,5 kPa), sau đó đến thí nghiệm nén ba trục UU (C = 16,2 kPa) Bùn sét pha cũng có giá trị tương tự thí nghiệm cắt cánh C = 16,4 kPa) sau đó đến thí nghiệm nén ba trục UU (C 12,6 kPa) Khi đất đã cố kết thì sức kháng cắt tăng lên đáng kể, thể hiện trong sơ đồ
CU, các giá trị góc ma sát trong hữu hiệu đạt từ 18 đến 25 0
- Các kết quả nghiên cứu đặc trưng cố kết của đất ở ST-TV được trình bày ở Bảng 2.3 cho thấy:
+ Đối với đất bùn sét, các đặc trưng cố kết biến đổi như sau:
Hệ số cố kết Cv1-2 biến đổi từ 0,27*10 -3 đến 0,46*10 -3 cm 2 /s
Chỉ số lún Cc biến đổi từ 0,515 đến 0,971 Áp lực tiền cố kết biến đổi từ 0,30 đến 0,510 kg/cm 2
Hệ số nén lún av1-2 biến đổi từ 0,159 đến 0,297 cm 2 / kg
Hệ số thấm kth biến đổi từ 0,31*10-7cm/s đến 2,19*10-7 cm/s
+ Đối với đất bùn sét pha, các đặc trưng cố kết biến đổi như sau:
Hệ số cố kết Cv1-2 biến đổi từ 0,80*10 -3 đến 1,14*10 -3 cm 2 /s
Chỉ số lún Cc biến đổi từ 0,438 đến 0,456 Áp lực tiền cố kết biến đổi từ 0,62 đến 0,67 kg/cm 2
Hệ số nén lún av1-2 biến đổi từ 0,132 đến 0,180 cm 2 / kg
Hệ số thấm kth biến đổi từ 0,45*10 -7 cm/s đến 0,59*10 -7 cm/s
- Từ kết quả trên ta thấy khi xử lý nền yếu ở khu vực nghiên cứu là vấn đề hết sức phức tạp Đặc biệc là xử lý nền bằng cọc XMĐ thí cần lưu ý các vấn đề sau:
1/ Đất yếu thuộc đối tượng nghiên cứu chủ yếu là bùn sét và bùn sét pha với bề dày
25 xấp xỉ khoảng 10m, một số nơi có thể đạt đến 20m, nằm gần mặt đất, hầu như chưa được nén chặt, mới ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành đá trầm tích Vì vậy, rất khó khăn cho công tác xây dựng đường.
2/ Đất có thành phần hạt rất mịn, hàm lượng các nhóm hạt bụi và sét khá cao đồng thời cũng có mặt các khoáng vật có tính phân tán cao như montmorillonit và illit, không thuận lợi cho các giải pháp sử dụng xử lý nền đất yếu bằng các chất kết dính.
3/ Các kết quả nghiên cứu về độ pH, khả năng trao đổi cho thấy, độ pH của đất thấp, nhỏ hơn 7, dao động từ 3 đến xấp xỉ 6 Khả năng trao đổi hấp thụ không cao, dung lượng hấp thụ chỉ dao động từ 19,6÷27,25 me/100 g đất khô nên thuận lợi cho việc cải tạo đất bằng các biện pháp thông thường nên dùng các biện pháp bằng các chất kết dính và cả các giải pháp làm chặt đất.
Nghiên c ứ u v ậ t li ệ u t ạ o c ọ c đất xi măng trong phòng thí nghiệ m
2.3.1 Thí nghi ệm xác định hàm lượng xi măng và sự phát triển cường độ và tính ch ất của vật liệu tạo cọc ĐXM
2.3.1.1 Mục đích và nội dung phương pháp thí nghiệm, tính toán kết quả thí nghiệm a Mục đíchvà nội dungthí nghiệm
+ Xác định được hàm lượng chất kết dính và phụ gia cần thiết để tạo được một loại đất gia cố có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật hợp lý, phục vụ cho tính toán thiết kế;
+ Chọn tỷ lệ pha trộn các hỗn hợpĐXM
Giá trị cường độ thiết kế của đất gia cố là kết quả của mẫu thí nghiệm ở tuổi 28 ngày
Do vậy để xác định giá trị này ta phải thực hiện với nhiều tổ hợp mẫu với hàm lượng xi măng khác nhau Với mỗi loại tổ hợp không nhỏ hơn 3 mẫu Đồng thời để nghiên cứu quá trình phát triển cường độ, tính chất của hỗn hợp ĐXM, mỗi tổ hợp mẫu được thí nghiệmđể xác định các chỉ tiêu ở độ tuổi 7 ngày, 14 ngày, 28 ngày Cần xác định các chỉ tiêu cơlý của CĐXM: ° Chỉ tiêu cơ lý (γc, ωc, Δc, εc, ) ° Chỉ tiêu cường độ (Chịu cắt, chịu nén ) qt ° Môđun biến dạng của đất trộn ximăng Ec
+Thiết bị và dụng cụ chủ yếu bao gồm: ° Máy trộn hay dụng cụ trộn mẫu đất hỗn hợp ° Dụng cụ tạo mẫu đất hỗn hợp ° Máy nén một trục không hạn chế nở hông b Vật liệu thí nghiệm ° Vật liệu đất: Đất nguyên dạng lấy ở hiện trường(tại lớp thứ 1 cầu C16 ở độ sâu 2m) về được giữ nguyên trạng thái tự nhiên.
32 ° Ximăng: Ximăng không được quá 1 tháng kể từ ngày xuất xưởng để đảm bảo độ đồng nhất cần thiết chothi công cọc trên hiện trường và được thí nghiệm kiểm tra mác ximăng trước khi trộn với đất. c Chế tạo mẫu thí nghiệm ° Khuôn mẫu thí nghiệm: Khuôn trụ tròn bằng ống nhựa cứng, đường kính trong dPmm, chiều cao h0 mm, có nắp cao su để giữ độ ẩm Khuôn được làm sạch và bôi trơn để dễ tháo mẫu khi nén. ° Xác định tỷ lệ ximăng:
Khốilượng đất khô dùng để tính tỷ lệ ximăng tính theo công thức: Gk=γkV (2.1)
Trong đó:γk là khối lượng thể tích khô của đất (g/cm 3 ), γk= γw/(l+W); γw là khối lượng thể tích tự nhiên của đất (g/cm 3 ); W là Độ ẩm tự nhiên của đất; V là thể tích mẫu thử. Khối lượng ximăng được tính theo % khối lượng đất khô theo tỷ lệ cần thiết. ° Xác định khối lượng hỗn hợp:
Thường ứng với một tỷ lệ ximăng cần 1 nhóm 3 mẫu Các mẫu cần được chế bị sao cho khối lượng thể tích có sai số không quá ± 0.05 g/cm 3 Khối lượng hỗn hợp tính theo công thức: G = (γk (1+w)*0.01t)V (2.2)
Trong đó: t là tỷ lệximăng %; V là tổng thể tích của nhóm mẫu, kể cả hao hụt 10%. ° Đúc mẫu: Đất tự nhiên được trộn với ximăng khoảng từ 5 đến 10 phút trong thùng máy trộn nếu trộn thủ công bằng xẻng nhỏ thì cần đánh tơi đất trước khi cho ximăng, sau đó trộn đều khoảng (10÷15) phút
Cho hỗn hợp vào khuôn thành 3 lớp, dùng que gỗ đường kính 10 mm, dài 400 mm để đầm chọc, lớp dưới cùng đến tận đáy, các lớp sau vào sâu trong lớp trước 10mm; lớp trên cùng đỡ thêm bằng dao vòng để chiều cao, cao hơn miệng khuôn 10mm
Hình 2.3 Đúc mẫu ĐXM thí nghiệm Đưa mẫu vào máy ép, lực ép khoảng (100 ± 25) kg, thờigian ép từ 5÷7 phút, đối với đất bão hoà khi thấy nước bắt đầu thoát lên mặt tấm ép thì dừng.
Khi không có máy ép thì dùng que thép đường kính 10mm, dài 350 mm, một đầu hình đầu viên đạn để đầm; đầm xoọc từ ngoài vào trong theo hình xoắn ốc, lớp đầu tiên xuống tận đáy, các lớp sau sâu vào lớp trước (10÷15) mm Gạt bỏ hỗn hợp thừa trên mặt khuôn,miết phẳng bề mặt, đậy nắp cao su.
Kiểm tra khối lượng mẫu bằng cách tính γ’ k quy ước:
Trong đó: G1 là khối lượng hỗn hợp trong khuôn, không kể khối lượng của khuôn và nắp (g); V là thể tích của hỗn hợp, V = 196,35 cm 3
Nếu sai số so với γkban đầu không quá ± 0,05g/cm 3 là mẫu chế bị đạt yêu cầu.
- Bảo dưỡng: mẫu được bảo dưỡng trong khuôn đặt trong phòng bảodưỡng tiêu chuẩn, được duy trì ở nhiệt độ gần tương tự nhiệt độ nền đất cần xử lý Kết quả thí nghiệm mẫu sau 28 ngày sẽ dùng trong tính toán thiết kế (cả phòng lún và ổn định) Các độ tuổi 7, 14 ngày dùng để so sánh với kết quả thí nghiệm hiện trường
34 d Thí nghiệmxác định cường độ kháng nén của hỗn hợp ĐXM
+ Thiết bị: Máy nén có hành trình để khi đạt tới tải trọng phá hoại dự kiến của mẫu thử không nhỏ hơn 20% và không vượt quá 80% tổng hành trình Sai số tương đối của số đọc không quá 2%
+ Trình tự, phương pháp thí nghiệm: ° Tiến hành thí nghiệm ngay sau khi lấy mẫu ra khỏi phòng bảo dưỡng để tránh thay đổi độ ẩm và nhiệt độ ° Đặt mẫu vào giữa tâm bàn nén dưới của máy nén Khi bàn nén trên tiếp gần mẫu điều chỉnh bệ hình cầu đểcho tiếp xúc đều ° Gia tải với tốc độ (10÷15) N/s (hoặc (1÷2) mm/phút) khi mẫu có biến dạng nhanh, gần tới phá hoại, ngừng điều chỉnh van đầu máy nén, khi mẫu bị phá hoại thì ghi lại lực phá hoại.
+ Tính toán kết quả thí nghiệm
Cường độ kháng nén của mẫu đất ximăng được tính theo công thức: qu = P/A (2.1)
Trong đó: qu là cường độ kháng nén của mẫu đất ximăng ở tuổi thí nghiệm (kPa)
P là tải trọng phá hoại (kN)
A là diện tích chịu nén của mẫu (m 2 )
Một nhóm mẫu thử gồm 3 mẫu Khi kết quả tính toán của một mẫu thử vượt quá ±15% trị số bình quân của nhóm thì chỉ lấy trị số của 2 mẫu còn lại để tính, nếu không đủ 2 mẫu thì phải làm lại thí nghiệm.
Ghi chú: Cường độ kháng cắt của mẫu có thể tính bằng qu/2 Tuy nhiên kết quả thí nghiệm hiện trường cho số liệu tin cậy hơn.
2.2.1.2 Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng và sự phát triển cường độ vật liệu tạo cọc ĐXM
Bảng 2.8 Cường độ chịu nén ở 7 ngày tuổi
Cường độ ch ị u nén ở 7 ngày tu ổ i (daN/cm 2 )
Tỉ lệ N/XM Hàm lượng xi măng (kg)
Tỉ lệ (N/XM) cư ờn g đ ộ ch ịu n én (d aN /cm 2)
Hình 2.4 Quan hệ giữa tỉ lệN/XM và cường độ nén nở hông ở 7 ngày
Hàm lượng xi măng cư ờn g đ ộ ch ịu n én (d aN /cm 2)
Hình 2.5 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ nén nở hông ở 7 ngày
Bảng 2.9 Cường độ chịu nén ở 14 ngày tuổi
Cường độ ch ị u nén ở 14 ngày tu ổ i (daN/cm 2 )
Tỉ lệ N/XM Hàm lượng xi măng (kg)
Tỉ lệ (N/XM) cư ờn g đ ộ ch ịu n én (d aN /cm 2)
Hình 2.6 Quan hệ giữa tỉ lệN/XM và cường độ nén nở hông ở 14 ngày
Hàm lượng xi măng cư ờn g đ ộ ch ịu n én (d aN /cm 2)
Hình 2.7 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ nén nở hông ở 14 ngày
Bảng 2.10 Cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi
Cường độ ch ị u nén ở 28 ngày tu ổ i (daN/cm 2 )
Tỉ lệ N/XM Hàm lượng xi măng (kg)
Tỉ lệ (N/XM) cư ờng độ c hị u né n (da N /c m 2)
Hình 2.8 Quan hệ giữa tỉ lệN/XM và cường độ nén nở hông ở 28 ngày
Hàm lượng xi măng cư ờn g đ ộ ch ịu n én (d aN /cm 2)
Hình 2.9 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ nén nở hông ở 28 ngày
2.3.2 Phân tích k ết quả thí nghiệm
2.3.2.1 Về hàm lượng xi măng
Hàm lượng xi măng được sử dụng cho thí nghiệm từ 190kg đến 290kg (trên 1m 3 đất) để xác định sự ảnh hưởng của hàm lượng xi măng lên mẫu thử tại thời điểm 7, 14 và
28 ngày tuổi Kết quả cường độ nén nở hông của mẫu thử được trình bày ở bảng 2.8, bảng 2.9, bảng 2.10 và hình 2.4, 2.5 2.6, 2.7, 2.8, 2.9
Nghiên c ứu điề u ki ệ n làm vi ệ c c ủ a c ọc đất xi măng tạ i hi ện trườ ng
2.4.1 M ục đích , nội dung nghiên cứu
Cường độ của CĐXM nói riêng và các chỉ tiêu cơ lý nói chung chịu ảnh hưởng rất lớn của điều kiện địa chất thuỷ văn ở ngoài thực tế Công tác thí nghiệm điều kiện làm việc của cọc đất xi măng tại hiện trường được tiến hành trước khi thi công đại trà, trong khu vực thi công.
Mục đích nghiên cứu hiện trường là đểKiểm tra chất lượng, quá trình phát triển cường độ, khả năng chịu tải của CĐXM tại hiện trường, để kiểm tra giá trị thiết kế, qua đó có thể điều chỉnh lai thiết kế cho hợp lý với điều kiện thực tế.
Nội dung nghiên cứu gồm: Khoan lõi và nén kiểm tra cường độ vật liệu tạo cọc; thử tải tĩnh cọc và kiểm tra kích thước và hình dạng cọc.
Vị trí nghiên cứu hiện trường: tại đường vào cầu Mố A
2.4.2 Khoan lõi và nén ki ểm tra cường độ vật liệu tạo cọc a Phương pháp, kết quả nghiên cứu
Dùng thiết bị chuyên dùng để khoan lấy lõi CĐXM, lựa chọn kỹ thuật lấy lõi, đường kính lõi phụ thuộc vào loại cường độ của đất xử lý Số lượng lõi phụ thuộc quy mô hoặc độ phức tạp của dự án ít nhất cần khoan lấy lõi 3 hố cho một loại máy trộn, chiều sâu khoan đến mũi cọc xử lý Mẫu nguyên dạng được mang về phòng thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý mà thiết kế yêu cầu đểkiểm tra đánh giá được hiểu quả gia cố
Hình 2.10 Hình khoan lấy lõi cọc ĐXM
Bảng 2.11 Cường độ chịu nén tại Mố A, Cầu C16 Độ sâu khoan mẫu Trọng lượng mẫu (g) Khối lượng thể tích
Cường độ chịu nén (daN/cm 2 )
Hình 2.11 Cường độ mẫu khoan tại Mố A Cầu C16
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Độ sâu khoan mẫu cư ờn g đ ộ ch ịu n én (d aN /cm 2) b Phân tích kết quả nghiên cứu
Từ kết quả thể hiện ở bảng 2.11 cho thấy, cường độ cọc xi măng đất không đồng đều giữa các mẫu dọc theo chiều dài thân cọc và cường độ có sự khác nhau khá lớn giữa các lớp đất mà cọc xuyên qua Có những lớp có cường độ ĐXM rất thấp (6,646 kG/cm 2 ) và có những lớp có cường độ rất cao (11,015 kg/cm 2 ) chênh lệch nhau hơn
1,66 lần Đối sánh với mặt cắt địa chất của công trình thấy rằng trên thực tế thì địa tầng ở hiện trường có nhiều lớp đất khác nhau (có lớp đất yếu, có lớp đất tốt) nên cường độ khác nhau là phù Điều đó cũng cho thấy nét đặc trưng của đất yếu ở Sóc Trăng, Trà Vinh Và như vậy ở Sóc Trăng, Trà Vinh, để nâng cao hiệu quả xử lý nền bằng cọc ĐXM không nên thiết kế với cùng hàm lượng XM mà cần điều chỉnh hàm lượng xi măng hợp lý cho các lớp đất khác nhau Đối với những lớp đất có cường độ ĐXM cao nên giảm hàm lượng xi măng và ngược lại
2.4.3 Th ử tải tĩnh cọc a Phương pháp, kết quả thí nghiệm
Thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn để xác định sức chịu tải của cọc thực hiện theo tiêu chuẩn
TCVN 9393-2012 Kết quả thí nghiệm cho biết sức chịu tải cực hạn của trụ đơn ứng với độ lún bằng 10% đường kính trụ Qui trình gia tải, dỡ tải tuân theo các tiêu chuẩn của TCVN 9393-2012
Hình 2.12 thí nghiệm thử tải tĩnh cọc Để thực hiện nội dung nghiên cứu, tác giả đã tiến hành thí nghiệm nén tĩnh 03 cọc tại đường vào cầu (mố A) hình 2.12), số hiệu (cọc số 01, 93, 156), tải trọng thí nghiệm các cọc thể hiện ở bảng 2.12 Kết quả thí nghiệm được trình bày cụ thể trong bảng 2.13, 2.14 và 2.15.
Bảng 2.12 Bảng số hiệu cọc-tải trọng thí nghiệm
STT S ố hi ệ u c ọ c T ả i tr ọ ng thi ế t k ế
(tấn) T ả i tr ọ ng thí nghi ệ m Pmax (t ấ n)
Bảng 2.13 Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ lún cọc số 1
Tải trọng thí nghiệm (kN)
Thời gian lưu tải (Phút)
Chuyển vị đầu cọc (mm)
Bảng 2.14 Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ lún cọc số 93
Tải trọng thí nghiệm (kN)
Thời gian lưu tải (Phút)
Chuyển vị đầu cọc (mm)
Tả i trọng (kN) ẹ ộ luự n (mm)
Bảng 2.15 Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ lún cọc số 156
Tải trọng thí nghiệm (kN)
Thời gian lưu tải (Phút)
Chuyển vị đầu cọc (mm)
0.0 60 -1.621 0 b Phân tích kết quả thí nghiệm
Từ kết quả thí nghiệm đã tiến hành lập biểu đồ quan hệ P-S của các cọc thí nghiệm (Hình 2.13, 2.14, 2.15 ) và xác định được sức chịu tải của các cọc thí nghiệm (Bảng 2.16)
Hình 2.13 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún cọc số 1
Tả i trọng (kN) ẹ ộ luự n (mm)
Hình 2.14 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún cọc số 93
Tả i trọng (kN) ẹ ộ luự n (mm)
Hình 2.15 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún cọc số 156
Bảng 2.16 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc
STT Số hiệu cọc Tải trọng thiết kế Tải trọng thí nghiệm Tải trọng cho phép
Phân tích biểu đồ quan hệ P-S và sức chịu tải của các cọc thí nghiệm cho thấy: So sức chịu tải tính toán với thực tế thí nghiệm ta thấy, sức chịu tải thực tế (500kN) lớn hơn nhiều (>2 lần) so với thiết kế (250kN) Có sự khác nhau ở đâyvì khi tính toán và thiết kế ta chọn cường độ cọc là 6 kG/cm 2 nhưng thực tế cường độ cọc ĐXM ở hiện trường (dao động từ 6,646-11.015 kG/cm 2 ) cao hơn so với cường độ thiết kế.
Và như vậy, ở Sóc Trăng, Trà Vinh thiết kế như thế chưa hợp lý cần điều chỉnh lại hàm lượng, tỷ lệ hoặc điều chỉnh lại cường độ cọc ĐXM khi tính toán thiết kế
2.4.4 Kh ảo sát kích thước và hình dạng cọc
Hình 2.16 Đào để lộđầu cọc ĐXM để kiểm tra sốlượng và kích thước
Việc xác định kích thước cọc được thực hiện như sau: Kích thước cọc có thể kiểm tra bằng cách kéo nguyên cọc lên mặt đất, việc kéo cọc phải tiến hành đến giai đoạn ít
48 nhất là gãy hay phá hoại cọc Cọc sẽ được kiểm tra về kích thước, hình dáng, độ đồng nhất trong suốt chiều dài cọc đã được hoàn thành Phương pháp được tóm lược như sau: Đường kính cọc được kiểm tra bằng cách tiến hành đào lộ đầu cọc
Khoảng cách cọc được kiểm tra bằng cách đặt mia tại vị trí tim các cọc đã đào kiểm tra đường kính và dùng máy trắc đạcđể đo đạc hoặc có thể dùng thước dây để đo.
2.4.5 Phân tích, đánh giá điều kiện làm việc của cọc
Hiện nay vấn đề tính sức chịu tải và biến dạng của nền đất gia cố bằng cọc ĐXM và điều kiện làm việc của cọc nói chung vẫn còn là vấn đề tranh luận nhiều Nhưng tựu chung có 3 quan điểm chính như sau:
- Quan điểm trụ làm việc như cọc (tính toán như móng cọc)
- Quan điểm trụ và đất làm việc đồng thời (tính toán như đối với nền thiên nhiên)
Đề xu ấ t l ự a ch ọ n thông s ố thi ế t k ế c ọc đất xi măng
2.5.1 L ựa chọn các thông số của vật liệu tạo cọc ĐXM
- Xi măng nên dùng loại xi măng Holcim Stable Soil, nước dùng nước tại công trươngđể đảm bảo sự đồng nhất giữa thiết kế trong phòng và khi thi công.
Bảng 2.17 Các chỉ tiêu kỹ thuật của xi măng đề nghị sử dụng để tạo cọc ĐXM
Bảng 2.18 Mẫu nước mặt ởđộ sâu 1 mét
Từ những vấn đề trên ta thấy ở Sóc Trăng, Trà Vinh nên chọn các loại vật liệu sau khi thiết kế, thi công cọc đất xi măng:
- Hàm lượng xi măng 240kg/1m 3 đất, loại xi măng Holcim Stable Soil vì đây là một trong những loại có khả năng xử lý vấn đề nhiễm phèn và chứa nhiều hữu cơ ở ST-TV
STT Chỉ tiêu thử nghiệm Đơn vị Loại xi măng Holcim
Cường độ nén MPa ở 3 ngày 23,53 ở 7 ngày 42,19 ở 28 ngày 55,87
Thời gian đông kết Min
5 Độ ổn định thể tích % 0,55
8 Lượng tổn thất khi nung % 0,77
STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Phương pháp thử Kết quả
2 Hàm lượng Cl- mg/l TCVN 6194-1996 10520
3 Hàm lượng SO4 mg/l TCVN 6200-1996 5286
4 Cặn hòa tan (TDS) mg/l TCVN 4560-1988 3300
5 Cặn không tan (TSS) mg/l TCVN 4560-1988 3,84
6 Chất hữu cơ mg/l TCVN 6186-1996 6,97
- Nước nên dùng nước có độ PH nằm trong khoảng từ 4-12
2.5.2 L ựa chọn các chỉ tiêu, tính chất của đất nền
Bảng 2.19 Các chỉtiêu cơ lý đất tại Trà Vinh
Tên l ớp Lớp Lớp Lớp
Các ch ỉ tiêu cơ lý 1 2 3
- Hạt sét % 55,54 36,81 30,24 + Độẩm tự nhiên W % 61,11 59,03 26,34 + Dung trọng tự nhiên g/cm 3 1,64 1,71 1,97 + Dung trọng khô d g/cm 3 1,00 1,02 1,57 + Khối lượng riêng g/cm 3 2,65 2,66 2,73
+ Hệ số rỗng e 1,65 1,62 0,740 + Độ bão hòa G % 98,09 97,20 96,64
- Chỉ số dẻo % 22,19 22,19 14,31 + Độ sệt: B 1.21 1,10 0,17 + Hệ số nén lún a 1-2 cm 2 /kG 0,084 0,043 0,010 + Lực dính kết C kG/cm 2 0,032 0,059 0,182 + Góc nội ma sát độ 1º56' 3°13' 15º24'
2.5.3 L ựa chọn các thông số hình học của cọc
2.5.3.1 bán kính r của cọc Để lựa chọn bán kính r của cọc tác giả đã tính toán sức chịu tải, độ lún của cọc tương ứng với bán kính cọc khác nhau Kết quả cụ thể được trình bày ở bảng 2.19 Từ đó đã xây dựng biểu đồ quan hệ giữa bán kính cọc - sức chịu tải và bán kính cọc - độ lún của nền gia cố khi giữ nguyên chiều dài cọc và cho bán kính cọc r biến thiên (Hình 2.17 và Hình 2.18)
Bảng 2.20 Tính toán sức chịu tải và biến dạng của cọc khi bán kính r của cọc thay đổi r=D/2 (m)
Hình 2.17 Quan hệ giữa bán kính cọc và sức chịu tải của cọc r-S
Hình 2.18 Quan hệ giữa bán kính cọc và độ lún của nền gia cố
Từ kết quả tính toán và biểu đồ P-r, S-r cho thấy, khi tăng bán kính cọc mà không thay đổi khoảng cách cọc tức là tăng mật độ gia cố thì sức chịu tải của cọc tăng lên và độ lún của nền gia cố giảm đi đáng kể Đặc biệt, khi bán kính cọc tăng lên 0,7m thì độ lún giảm rất nhanh chỉ còn 0,0923m Tuy nhiên, khi tăng bán kính cọc cũng có nghĩa là lượng xi măng đưa vào trong đất cũng tăng lên Do đó khi tính toán thiết kếcọc ĐXM
57 ở Sóc Trăng, Trà Vinh có thể sử dụng biểu đồ hình 2.17 và hình 2.18 để lựa chọn bán kính cọc phù hợp Đồng thời cần cân nhắc tới yếu tố kinh tế khi tăng bán kính cọc để tăng sức chịu tải và giảm độ lún của nền
Với đường cấp 60 trở xuống có tầng mặt cấp cao A1 (22TCN 262 – 2000) yêu cầu về độ lún