Nghiên cứu ảnh hưởng của khoáng vật montmorillonite đến cường độ chịu nén của trụ đất xi măng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN NGỌC THẮNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KHOÁNG VẬT
MONTMORILLONITE ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA
TRỤ ĐẤT XI MĂNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN NGỌC THẮNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KHOÁNG VẬT
MONTMORILLONITE ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA
TRỤ ĐẤT XI MĂNG

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số chuyên ngành: 62.58.60.01

Phản biện độc lập 1:
Phản biện độc lập 2:

Phản biện 1:
Phản biện 2:

Phản biện 3:

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TS. Lê Văn Nam
2. PGS. TS. Nguyễn Minh Tâm


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực và không sao chép từ bất kỳ
một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã
được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận án

Nguyễn Ngọc Thắng

i


TÓM TẮT LUẬN ÁN
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là đồng bằng lớn nhất Việt Nam được phủ bởi
trầm tích Holocence do sự lắng đọng trầm tích của hệ thống sông Mekong. Đất sét
trong vùng này thông thường gồm có các thành phần khoáng vật là Montmorillonite
(MMT), Illite, Chlorite, Kaolinite. Khoáng vật MMT trong đất sét ảnh hưởng đáng kể
đến tính trương nở và co ngót của đất. Áp lực trương nở hoặc tính co ngót phát triển có
thể phá hoại sự làm việc ổn định của các công trình có tải trọng nhẹ và kết cấu mặt
đường.
Luận án này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng MMT đến cường độ chịu
nén của mẫu đất xi măng bằng thí nghiệm nén một trục nở hông kết hợp với phương

pháp phân tích bằng tia X. Tất cả mẫu được bảo dưỡng trong môi trường nước ngọt
với thời gian bảo dưỡng là 7, 14 và 28 ngày. Đầu tiên, thí nghiệm được thực hiện trên
mẫu đất xi măng được chế tạo bằng sét Kaolinite với hàm lượng xi măng 20%, độ ẩm
khi trộn là 80% và hàm lượng MMT thay đổi từ 0%, 3,3%, 6,5% đến 9,8%. Kết quả thí
nghiệm cho thấy cường độ chịu nén và giá trị CT-value của mẫu đất xi măng giảm khi
tăng hàm lượng MMT. Kết quả tương tự cũng được tìm thấy trong mẫu đất xi măng sử
dụng đất sét ở ĐBSCL. Kết quả nghiên cứu này cũng giúp tìm ra hàm lượng xi măng
thích hợp cho đất sét ở ĐBSCL có hàm lượng MMT khác nhau.
Ngoài ra, mô hình nghiên cứu 1-g trong phòng thí nghiệm cũng được thực hiện để
đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng MMT trong đất sét đến khả năng chịu tải nén của
nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng. Kết quả nghiên cứu trên mô hình thu nhỏ phòng thí
nghiệm cũng cho thấy với cùng một hàm lượng xi măng, khi tăng hàm lượng MMT,
cường độ chịu nén của nền đất gia cố trụ đất xi măng giảm.

ii


ABSTRACT
Mekong Delta, the largest delta in Vietnam, covered by Holocence sediment due to
sedimentation of Mekong River system. The soft clay in this area usually contains
minerals, including Montmorillonite (MMT), Illite, Chlorite, and Kaolinite. The
presence of MMT in clay has been reported to significantly affect to the swelling
properties of the soil. The development of swelling pressure or shrinkage of swelled
soil could reduce the stability of light building constructs and macroscopic structures
of road surface.
This research study focused on the influence of MMT content onto the unconfined
compressive strength of Cement Deep Mixing (CDM) by using the unconfined
compression test, X-ray CT method and laboratory scale model. All samples were
stabilized in fresh water for 7, 14 and 28 days before performing the test. The effect of
MMT content on the unconfined compression property of CDM specimens has been

performed using the standard samples (the diameter of 50 mm and the height of 100
mm), which were made of Kaolinite clay, cement (20%) and different MMT content
(0%, 3,3%, 6,5% and 9,8%) with 80% water content. From the experimental results,
we found that the unconfined compressive strength of CDM specimens and the CTvalue of soil cement specimens decreased with increasing the MMT content. The
similar behavior was also observed in the CDM specimens made of Mekong delta clay
with different MMT contents. This study also provide a good reference chart to
optimize the cement and MMT contents for improving the unconfined compressive
strength of the CDM specimens made of clays, which contain different amount of
MMT, including clay from Mekong River delta.
In addition, the 1-g laboratory model has been used to evaluate the influence of MMT
content in the clays on the compressive strength of soft ground supported CDM
columns. The results proved that the compressive strength of soft ground improved by
CDM columns when the MMT content increased.

iii


LỜI CÁM ƠN
Luận án được sự hướng dẫn tận tâm của PGS. TS. Lê Văn Nam, PGS. TS. Nguyễn
Minh Tâm. Luận án cũng được sự chỉ bảo và giúp đỡ của GS. TSKH. Nguyễn Văn
Thơ, PGS. TS. Võ Phán, PGS. TS. Châu Ngọc Ẩn, PGS. TS. Võ Ngọc Hà, PGS. TS.
Lê Bá Vinh, PGS. TS. Bùi Trường Sơn, TS. Lê Trọng Nghĩa, TS. Đỗ Thanh Hải, TS.
Trương Quang Hùng. Luận án được sự giúp đỡ của Dự án SUPREM – JICA, Bộ môn
Địa cơ – Nền Móng, Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM, Trường Đại học
Kumamoto và GS TS. Jun Otani, Trường Đại học Tiền Giang, Sở Khoa học Công
nghệ Tiền Giang. Xin chân thành cảm ơn do đã tạo mọi điều kiện cho tôi được học tập
và nghiên cứu để hoàn thành luận án này.
Nghiên cứu sinh xin chân thành ghi nhớ những công ơn này và sẽ cố gắng hơn nữa để
nâng cao năng lực và trình độ để phục vụ tốt cho công việc.

iv


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH................................................................................. vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..........................................................................................xi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT .................................................. xii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu .......................................................................1
2 Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................2
3 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................3
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..........................................................................3
5 Cấu trúc của luận án ...............................................................................................3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ GIA CỐ NỀN
ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG, CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ THÍ
NGHIỆM MÔ HÌNH ....................................................................................................5
Một số tính chất đặc trưng của đất yếu ở ĐBSCL ..........................................5
Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng ...................................6
Ảnh hưởng của khoáng vật MMT đến cường độ chịu nén của đất xi măng .12
Phương pháp phân tích địa kỹ thuật bằng tia X ............................................16
Các nghiên cứu xác định cường độ chịu nén của nền đất yếu gia cố trụ đất xi
măng bằng mô hình trong phòng thí nghiệm ............................................................20
Nhận xét .........................................................................................................28
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA KHOÁNG VẬT
MONTMORILLONITE ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA ĐẤT XI MĂNG .29
Khoáng vật Montmorillonite .........................................................................29
2.1.1

Thành phần hóa học của Montmorillonite ................................................29

2.1.2

Cấu trúc của Montmorillonite ...................................................................30
Ảnh hưởng của khoáng vật Montmorillonite đến tính trương nở của đất .....31

Ảnh hưởng của khoáng vật Montmorillonite đến cường độ chịu nén của đất
xi măng ......................................................................................................................34
Lý thuyết phân tích mẫu đất xi măng bằng phương pháp chụp tia X ...........36
Cơ sở xây dựng mô hình thu nhỏ trong phòng thí nghiệm............................40
Nhận xét .........................................................................................................42

v


CHƯƠNG 3 ẢNH HƯỞNG CỦA KHOÁNG VẬT MONTMORILLONITE
ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA MẪU ĐẤT XI MĂNG ..................................43
Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của Montmorillonite ..................................43
3.1.1

Chế tạo và bảo dưỡng mẫu đất xi măng ....................................................43

3.1.2

Thí nghiệm nén và chụp tia X mẫu đất xi măng .......................................47
Kết quả thí nghiệm ........................................................................................49

3.2.1

Sự thay đổi tính chất của hỗn hợp Kaolinite và Bentonite .......................49

3.2.2

Sự thay đổi tính chất của đất xi măng .......................................................50

3.2.3

Sự thay đổi cường độ chịu nén của đất xi măng .......................................59

3.2.4

Nhận xét kết quả thí nghiệm nén và chụp tia X mẫu đất xi măng ............75

Thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng thích hợp cho đất ĐBSCL có hàm
lượng MMT khác nhau ..............................................................................................75
Kết luận chương ............................................................................................83
CHƯƠNG 4 THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA
KHOÁNG VẬT MONTMORILLONITE ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA
NỀN ĐẤT YẾU GIA CỐ TRỤ ĐẤT XI MĂNG ......................................................84
Nội dung thí nghiệm ......................................................................................84
Xây dựng mô hình thí nghiệm trong phòng ..................................................84
Quy trình thao tác trên mô hình thí nghiệm ..................................................87
Kết quả thí nghiệm ........................................................................................92
Kết luận chương ............................................................................................93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ..................94
1 Kết luận.................................................................................................................94
2 Kiến nghị nghiên cứu tiếp theo ............................................................................95
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ...........................................................96
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................99

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Bản đồ phân vùng đất yếu khu vực ĐBSCL (Nguyễn Văn Thơ và Trần Thị
Thanh, 2002) ....................................................................................................................6
Hình 1.2 Dạng phá hoại của trụ đất xi măng ...................................................................8
Hình 1.3 Bố trí trụ đất xi măng........................................................................................9
Hình 1.3 Lún của nhóm trụ đất xi măng ........................................................................11
Hình 1.4 Các dạng bố trí trụ đất xi măng (Yang, D.S, 1997) ........................................12
Hình 1.5 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của mẫu đất xi măng với các loại đất
khác nhau (Thiam-Soon Tan và các đồng nghiệp, 2002) ..............................................14
Hình 1.6 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng của mẫu đất xi măng
với các loại đất khác nhau (Nozu, M. và Nakai, N., 2010) ...........................................15
Hình 1.7 Phân tích thành phần hạt của đất (Lenoir, N., 2002) ......................................16
Hình 1.8 Sự thấm của vật liệu Super Geo (Otani J. và các đồng nghiệp, 2002a) .........17
Hình 1.9 Phân bố ứng suất dưới mũi cọc (Toshifumi Mukunoki, 2010) ......................17
Hình 1.10 Máy TOSCANER 20000 min (Toshifumi Mukunoki, 2010) ......................18
Hình 1.11 Cấu tạo bên trong của máy chụp tia X (Toshifumi Mukunoki, 2010) .........19
Hình 1.12 Xây dựng ảnh 3D từ ảnh tia X (Otani J. và các đồng nghiệp, 2000) ...........19
Hình 1.13 Mô hình thí nghiệm ly tâm gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng
(Kitazume, M. và các đồng nghiệp, 1999) ....................................................................21
Hình 1.14 Mô hình thí nghiệm trụ đất xi măng chịu tải ngang (Larsson, S., 1999) .....23
Hình 1.15 Mô hình thí nghiệm khảo sát ứng xử của đất tại vùng tiếp giáp (Kosche, M.,
2004) ..............................................................................................................................24
Hình 1.16 Mô hình thí nghiệm trụ đất xi măng chịu tải đứng (Sengor, M.Y., 2011) ...25
Hình 1.17 Mô hình thí nghiệm trụ đất xi măng khi chịu tải đứng dưới tấm cứng (Ailin
Nur J.O. và các đồng nghiệp, 2011) ..............................................................................26
Hình 1.18 Mô hình thí nghiệm nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng chịu tải đứng và
ngang (K. Omine và đồng nghiệp, 1999) ......................................................................27
Hình 2.1 Đơn vị cơ bản của tinh thể MMT (Grim, R.E., 1959) ....................................30

Hình 2.2 Sơ đồ rút gọn về cấu tạo MMT (Lambe, T.W., 1953) ...................................31
Hình 2.3 Thành phần khoáng vật trong đất sét ở ĐBSCL (Nozu và các đồng nghiệp,
2010) ..............................................................................................................................31

vii


Hình 2.4 Kích thước một số khoáng vật sét (Yong và Warkentin, 1975) .....................32
Hình 2.5 Quá trình hình thành cường độ đất xi măng ...................................................35
Hình 2.6 Nguyên lý về phép chiếu tia X qua mẫu ........................................................37
Hình 2.7 Kỹ thuật chụp tia X.........................................................................................38
Hình 2.8 Một lát cắt được tạo thành từ n voxels x n voxels ..........................................38
Hình 2.9 Mối quan hệ giữa hạt đất và voxel .................................................................39
Hình 3.1 Quá trình tạo và bảo dưỡng mẫu đất xi măng ................................................46
Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm chụp tia X ngang mẫu đất xi măng ....................................48
Hình 3.3 Vị trí chụp tia X ngang qua mẫu đất xi măng ................................................48
Hình 3.4 Sự thay đổi giới hạn chảy, giới hạn dẻo và chỉ số dẻo khi đất có hàm lượng
MMT khác nhau ............................................................................................................50
Hình 3.5 Quan hệ giữa khối lượng thể tích và hàm lượng MMT của mẫu đất xi măng
ứng với thời gian bảo dưỡng 7 ngày..............................................................................51
Hình 3.6 Quan hệ giữa khối lượng thể tích và hàm lượng MMT của mẫu đất xi măng
ứng với thời gian bảo dưỡng 14 ngày............................................................................51
Hình 3.7 Quan hệ giữa khối lượng thể tích và hàm lượng MMT của mẫu đất xi măng
ứng với thời gian bảo dưỡng 28 ngày............................................................................52
Hình 3.8 Sự phân bố các hạt MMT trong hỗn hợp........................................................52
Hình 3.9 Ảnh tia X ngang các mẫu đất xi măng có hàm lượng MMT khác nhau khi tỉ
số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3.........................................................................54
Hình 3.10 Ảnh tia X ngang các mẫu đất xi măng có hàm lượng MMT khác nhau khi tỉ
số tổng lượng nước và xi măng wT/c=5.........................................................................55
Hình 3.11 Giá trị CT-value tại vị trí A-A của các mẫu đất xi măng có hàm lượng MMT

aMMT=0%, khi tỉ số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3, 5 .........................................56
Hình 3.12 Giá trị CT-value tại vị trí A-A của các mẫu đất xi măng có hàm lượng MMT
aMMT=3,3%, khi tỉ số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3, 5 ......................................56
Hình 3.13 Giá trị CT-value tại vị trí A-A của các mẫu đất xi măng có hàm lượng MMT
aMMT=6,5%, khi tỉ số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3, 5 ......................................57
Hình 3.14 Giá trị CT-value tại vị trí A-A của các mẫu đất xi măng có hàm lượng MMT
aMMT=9,8%, khi tỉ số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3, 5 ......................................57
Hình 3.15 Giá trị CT-value trung bình tại vị trí A-A của các mẫu đất xi măng có hàm
lượng MMT khác nhau khi tỉ số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3, 5 .....................58
Hình 3.16 Quan hệ giữa giá trị CT-value và khối lượng thể tích của đất xi măng .......58

viii


Hình 3.17 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng khi mẫu có hàm
lượng MMT aMMT= 0%..................................................................................................59
Hình 3.18 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng khi mẫu có hàm
lượng MMT aMMT= 3,3%...............................................................................................60
Hình 3.19 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng khi mẫu có hàm
lượng MMT aMMT= 6,5%...............................................................................................60
Hình 3.20 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng khi mẫu có hàm
lượng MMT aMMT= 9,8%...............................................................................................61
Hình 3.21 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT của mẫu đất xi măng
ứng với thời gian bảo dưỡng 7 ngày..............................................................................62
Hình 3.22 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT của mẫu đất xi măng
ứng với thời gian bảo dưỡng 14 ngày............................................................................62
Hình 3.23 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT của mẫu đất xi măng
ứng với thời gian bảo dưỡng 28 ngày............................................................................63
Hình 3.24 Ảnh tia X và sự phân bố giá trị CT-value ngang các mẫu đất xi măng có
hàm lượng MMT aMMT= 0% khi tỉ số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3.................64

Hình 3.25 Ảnh tia X và sự phân bố giá trị CT-value ngang các mẫu đất xi măng có
hàm lượng MMT aMMT= 3,3% khi tỉ số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3..............65
Hình 3.26 Ảnh tia X và sự phân bố giá trị CT-value ngang các mẫu đất xi măng có
hàm lượng MMT aMMT= 6,5% khi tỉ số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3..............66
Hình 3.27 Ảnh tia X và sự phân bố giá trị CT-value ngang các mẫu đất xi măng có
hàm lượng MMT aMMT= 9,8% khi tỉ số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3..............67
Hình 3.28 Quan hệ giữa giá trị CT-value và hàm lượng MMT của mẫu đất xi măng
trước và khi bị nén .........................................................................................................68
Hình 3.29 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng dọc trục của mẫu đất xi măng ............69
Hình 3.30 Mẫu đất trộn xi măng sau khi thí nghiệm nén, có aw=20%, wT/c=5 ............70
Hình 3.31 Ảnh chụp tia X ngang vết nứt bên trong của mẫu đất trộn xi măng trường
hợp 3 (aMMT=0%, aw=20%, wT/c=5) ..............................................................................71
Hình 3.32 Ảnh chụp tia X ngang vết nứt bên trong của mẫu đất trộn xi măng trường
hợp 6 (aMMT=3,3%, aw=20%, wT/c=5) ...........................................................................72
Hình 3.33 Ảnh chụp tia X ngang vết nứt bên trong của mẫu đất trộn xi măng trường
hợp 9 (aMMT=6,5%, aw=20%, wT/c=5) ...........................................................................73
Hình 3.34 Ảnh chụp tia X ngang vết nứt bên trong của mẫu đất trộn xi măng trường
hợp 12 (aMMT=9,8%, aw=20%, wT/c=5) .........................................................................74

ix


Hình 3.35 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng ứng với thời gian
bảo dưỡng 7 ngày ..........................................................................................................78
Hình 3.36 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT ứng với thời gian bảo
dưỡng 7 ngày .................................................................................................................79
Hình 3.37 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng ứng với thời gian
bảo dưỡng 14 ngày ........................................................................................................80
Hình 3.38 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT ứng với thời gian bảo
dưỡng 14 ngày ...............................................................................................................80

Hình 3.39 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng ứng với thời gian
bảo dưỡng 28 ngày ........................................................................................................81
Hình 3.40 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT ứng với thời gian bảo
dưỡng 28 ngày ...............................................................................................................82
Hình 4.1 Mặt cắt ngang nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng ........................84
Hình 4.2 Kích thước mô hình thí nghiệm ......................................................................85
Hình 4.3 Hộp mô hình thí nghiệm .................................................................................86
Hình 4.4 Khung tạo áp lực nén lên nền đất trong hộp mô hình ....................................87
Hình 4.5 Quá trình tạo lớp đất yếu ................................................................................88
Hình 4.6 Quá trình khoan tạo lỗ ....................................................................................89
Hình 4.7 Dụng cụ bơm hỗn hợp đất xi măng ................................................................90
Hình 4.8 Trụ đất xi măng trong lớp đất sét ...................................................................90
Hình 4.9 Bảo dưỡng lớp đất được gia cố bằng trụ đất xi măng ....................................90
Hình 4.10 Thí nghiệm nén lớp đất gia cố trụ đất xi măng.............................................91
Hình 4.11 Quan hệ giữa cường độ chịu nén của lớp đất sét gia cố trụ đất xi măng và
hàm lượng MMT ...........................................................................................................92
Hình 4.12 So sánh cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng và lớp đất gia cố trụ đất xi
măng khi hàm lượng MMT thay đổi .............................................................................93

x


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Cường độ chịu nén trong các dự án DMM tại U.S (Bruce, D.A., 2000) .........7
Bảng 1.2 Yếu tố ảnh hưởng đến cường độ đất xi măng (Terashi, M., 1997) ................13
Bảng 1.3 Đặc điểm của các máy chụp tia X (Toshifumi Mukunoki, 2010)..................18
Bảng 2.1 Hàm lượng các thành phần hóa học của MMT (Grim, R.E, 1959) ...............30
Bảng 2.2 Phân loại đất trương nở (Nguyễn Văn Thơ và Trần Thị Thanh, 2001) .........34
Bảng 3.1 Các trường hợp tạo mẫu đất xi măng với Kaolinite .......................................44
Bảng 3.2 Tính chất cơ bản của Kaolinite và Bentonite .................................................44

Bảng 3.3 Tính chất của xi măng ....................................................................................45
Bảng 3.4 Khối lượng vật liệu cho mỗi lần trộn .............................................................45
Bảng 3.5 Các trường hợp chụp tia X .............................................................................49
Bảng 3.6 Tính chất của Kaolinite khi thêm Bentonite ..................................................49
Bảng 3.7 Kết phân tích giá trị CT-value trung bình tại mặt cắt A-A ............................53
Bảng 3.8 Các tính chất của đất dùng thí nghiệm ...........................................................76
Bảng 3.9 Độ trương nở của đất tự nhiên và đất trộn xi măng .......................................77
Bảng 3.10 Các trường hợp thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng hợp thích hợp ....77
Bảng 3.11 Cường độ chịu nén của các mẫu đất xi măng ứng với 7 ngày bảo dưỡng ...78
Bảng 3.12 Cường độ chịu nén của các mẫu đất xi măng ứng với 14 ngày bảo dưỡng .79
Bảng 3.13 Cường độ chịu nén của các mẫu đất xi măng ứng với 28 ngày bảo dưỡng .81
Bảng 4.1 Cường độ chịu nén của lớp đất gia cố xi măng..............................................92

xi


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
CÁC KÝ HIỆU

Hệ số Poisson

(% ) Độ biến dạng tương đối dọc trục

(g/cm3)Khối lượng thể tích

(o)
Góc ma sát trong
L
(m) Biến dạng chiều dài
A

(m2) Diện tích tiết diện ngang của mẫu đất xi măng
ab
(%) Hàm lượng Bentonite
aMMT (%) Hàm lượng Montmorillonite
as
(%) Hệ số gia cố
aw
(%) Hàm lượng xi măng
c
(kPa) Lực dính đơn vị
D
(m) Đường kính trụ đất xi măng
E
(kPa) Module đàn hồi
F
(m2) Diện tích chịu nén của lớp đất gia cố
Gs
Tỷ trọng hạt
IP
(%) Chỉ số dẻo
Khc
Hệ số hiệu chỉnh cường độ giữa cường độ chịu nén của trụ đất xi măng
và mẫu nén
L0
(m) Chiều dài ban đầu của mẫu đất xi măng
N
Trị số xuyên tiêu chuẩn SPT
Pmax (kN) Lực nén dọc trục
qn
(kPa) Cường độ chịu nén của lớp đất gia cố trụ đất xi măng

qu
(kPa) Cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng
s
(m) Khoảng cách các trụ đất xi măng
Su
(kPa) Sức kháng cắt không thoát nước
W
(%) Độ ẩm
w/c
Tỉ lệ nước và xi măng tạo vữa
Wb
(g)
Khối lượng Bentonite
Wc
(g)
Khối lượng xi măng
Wk
(g)
Khối lượng Kaolinite
WL (%) Giới hạn chảy
WP (%) Giới hạn dẻo
WT (g)
Tổng khối lượng lượng nước
wT/c
Tỷ lệ tổng lượng nước và xi măng

xii


CÁC TỪ VIẾT TẮT

CDM

Cement Deep Mixing

DMM

Deep Mixing Method

CT

Computed Tomograph

CT-value

Computed Tomograph value (Giá trị CT)

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

FEM

Finite Element Method (Phương pháp phần tử hữu hạn)

MMT

Montmorillonite

TPHCM

Thành phố Hồ Chí Minh

XRD

X-ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)

XM

Xi măng

xiii


MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Hiện nay, tại TPHCM và ĐBSCL ngày càng có nhiều công trình sử dụng trụ đất xi
măng để gia cố nền đất yếu và đã được đánh giá khả năng ứng dụng vào thiết kế móng
của các công trình [1]. Giải pháp này cũng được áp dụng cho các dự án đường sân bay,
đường cao tốc để tăng sức chịu tải của nền đất yếu [2], [3], [4], [5]. Việc nghiên cứu
các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ trụ đất xi măng đóng vai trò quan trọng trong
quyết định lựa chọn đặc tính kỹ thuật cũng như giá trị kinh tế của công trình. Trong
các công trình gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng, việc xác định tính chất cơ học
và vật lý của trụ đất xi măng cần phải được thực hiện. Tính chất cơ học của trụ đất xi
măng thường căn cứ kết quả thí nghiệm nén mẫu hỗn hợp đất, xi măng và nước. Điều
này giúp cho người kỹ sư thiết kế biết rõ các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của trụ
đất xi măng và đề xuất hàm lượng xi măng sử dụng cho gia cố trụ đất xi măng hợp lý
[6].
ĐBSCL là đồng bằng lớn nhất Việt Nam, được phủ bởi trầm tích Holocence do sự
lắng đọng trầm tích của hệ thống sông Mekong. Thành phần khoáng vật trong đất sét
thông thường gồm có các thành phần khoáng vật như: MMT, Illite, Chlorite và

Kaolinite. Thành phần khoáng vật MMT trong đất sét ảnh hưởng lớn đến tính trương
nở và co ngót của đất. Theo nghiên cứu của J. David Rogers và các đồng nghiệp
(2005), áp lực trương nở hoặc co ngót trong nền đất có thể gây mất ổn định các công
trình có tải trọng nhẹ và kết cấu mặt đường [7].
Theo nghiên cứu của Phan Thị San Hà và các đồng nghiệp (2007), trong phân loại
khoáng vật sét theo thí nghiệm Methylene Blue hấp thụ kết hợp so sánh với phương
pháp nhiễu xạ tia X - XRD cho 42 mẫu đất lấy từ 5 hố khoan ở các độ sâu 5 m, 10 m,
15 m, 20 m, 25 m và 30 m tại Bình Chánh – TPHCM, hàm lượng khoáng vật MMT
trong đất có giá trị từ 11,3% đến 13,3% [8], theo nghiên cứu của James L. Post và
Richard L. Sloane (1971), hàm lượng MMT ở An Giang ở độ sâu 0,6 m đến 1,0 m có
giá trị từ 5% đến 10% [9] và theo Nguyen Huu Chiem (1993) với 38 hố khoan địa chất
phân bố khắp ĐBSCL, hàm lượng MMT từ 0% đến 8% [10]. Theo Luận án tiến sĩ địa

1


chất của Nguyễn Thị Nụ (2014) thì hàm lượng MMT trong đất bùn sét ở vùng này
trong khoảng từ 3% đến 8% và trong đất bùn sét pha từ 1% đến 6% [11].
Thành phần khoáng vật MMT có trong đất ảnh hưởng đến tính trương nở và co ngót
của đất nền, khi nền đất được gia cố bằng trụ đất xi măng hàm lượng MMT sẽ ảnh
hưởng đến quá trình đóng rắn và làm thay đổi cường độ chịu nén của trụ đất xi măng.
Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng khoáng vật MMT đến cường
độ chịu nén của mẫu đất xi măng và nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng. Kết quả
nghiên cứu cung cấp cho người làm công tác xây dựng có những đánh giá sát hơn về
hiệu quả khi chọn lựa áp dụng giải pháp này đối với các trường hợp cụ thể.
2 Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Các nghiên cứu về trụ đất xi măng ở ĐBSCL trước đây chưa phân tích nguyên nhân
cường độ mẫu đất xi măng thay đổi khi thay đổi loại đất và không phân tích cụ thể ảnh
hưởng của hàm lượng khoáng vật MMT đến cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng.
Khi thực hiện giải pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng cần phải nghiên cứu

ảnh hưởng của thành phần và hàm lượng khoáng vật MMT có trong đất đến cường độ
chịu nén của đất xi măng. Do đó, nghiên cứu được tiến hành với các mục đích:
i) Đánh giá nguyên nhân ảnh hưởng đến khả năng chịu nén của nền đất yếu gia cố trụ
đất xi măng.
ii) Nâng cao hiệu quả gia cố nền đất yếu bằng bằng trụ đất xi măng phù hợp với các
điều kiện cụ thể.
iii) Tương quan giữa hàm lượng MMT và cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng đối
với đất có các độ ẩm, thời gian bảo dưỡng khác nhau.
iv) Phân tích ảnh hưởng của hàm lượng MMT trong đất đến cường độ chịu nén của
nền đất gia cố bằng trụ đất xi măng.
v) Đề xuất hàm lượng xi măng thích hợp cho các vùng đất có hàm lượng thành phần
khoáng vật MMT khác nhau.

2


3 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu đã được dùng trong luận án là thực hiện tạo và thí nghiệm
nén mẫu trong phòng thí nghiệm kết hợp với phương pháp chụp tia X. Mô hình thu
nhỏ trong phòng cũng được nghiên cứu sử dụng để mô phỏng ứng xử của công trình
thực tế với tỉ lệ 1/50.
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Luận án nghiên cứu khả năng chịu nén của mẫu đất xi măng khi thay đổi hàm lượng
MMT dưới các điều kiện khác nhau về lượng nước khi trộn, hàm lượng xi măng và
thời gian bảo dưỡng mẫu. Kết quả thí nghiệm được phân tích bằng thí nghiệm nén một
trục nở hông, chụp tia X để xem xét các tính chất vật lý và cơ học của mẫu đất xi
măng. Đồng thời, mô hình nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng trong phòng thí nghiệm
cũng được thực hiện để xem xét ảnh hưởng của khoáng vật MMT có trong đất đến khả
năng chịu nén của nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng.
5 Cấu trúc của luận án

Luận án gồm có các phần: Mở đầu, 4 chương, kết luận và kiến nghị những nghiên cứu
tiếp theo và phần phụ lục. Tổng cộng luận án có 105 trang, trong đó có 79 hình, 19
bảng biểu và các công thức tính toán, phương trình phản ứng hóa học. Phần phụ lục có
44 trang. Nội dung chính của luận án được thể hiện qua các chương:
Chương 1: Phân tích tổng quan về tình hình nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố
ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng trong đó nhấn mạnh ảnh
hưởng của khoáng vật MMT. Phương pháp phân tích địa kỹ thuật bằng tia X và các
nghiên cứu xác định cường độ chịu nén của nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng bằng
mô hình trong phòng thí nghiệm cũng được trình bày trong chương này.
Chương 2: Trình bày cơ sở lý thuyết để phân tích ảnh hưởng của khoáng vật MMT
đến tính chất của đất và đất xi măng từ các tính chất cơ bản của MMT, cơ chế hình
thành cường độ đất xi măng khi có sự tham gia của MMT. Cơ sở lý thuyết của phương
pháp chụp tia X và cơ sở xây dựng mô hình thí nghiệm cũng được mô tả.

3


Chương 3: Thực hiện tạo mẫu và nén một trục mẫu đất xi măng với các điều kiện trộn
và bảo dưỡng khác nhau để xem xét sự ảnh hưởng của MMT đến khối lượng thể tích
và cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng. Từ kết quả thí nghiệm, hàm lượng xi
măng hợp lý được đề xuất cho đất có hàm lượng MMT khác nhau. Trong chương này,
thí nghiệm chụp tia X ngang qua các mẫu đất xi măng cũng được thực hiện trước,
trong và sau khi nén mẫu. Với thí nghiệm này, khối lượng thể tích của mẫu trước và
trong qua trình nén cũng được phân tích và so sánh với nhau. Hình dạng phá hoại của
mẫu được quan sát qua các ảnh tia X 2D và được xây dựng thành ảnh 3D bằng phần
mềm ImageJ.
Chương 4: Khả năng chịu nén của nền đất yếu được gia cố trụ đất xi măng được phân
tích mô phỏng bằng mô hình thí nghiệm trong phòng, còn gọi là mô hình 1-g, để xem
xét ảnh hưởng của hàm lượng khoáng vật MMT đến khả năng chịu nén của nền gia cố.
Kết luận và kiến nghị của nghiên cứu: Cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng và

lớp đất yếu gia cố trụ đất xi măng bị ảnh hưởng bởi hàm lượng MMT. Khi hàm lượng
MMT trong đất cao thì cường độ chịu nén đồng thời giá trị CT-value của mẫu đất xi
măng cũng giảm. Kiến nghị trong thi công trụ đất xi măng ngoài hiện trường cần chú ý
hàm lượng MMT, cao độ mực nước ngầm và độ ẩm của nền đất yếu để điều chỉnh hàm
lượng xi măng, lượng nước trộn cho thích hợp để cường độ chịu nén của đất xi măng
thích hợp nhất.

4


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ GIA
CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG, CÁC YẾU TỐ ẢNH
HƯỞNG VÀ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH
Một số tính chất đặc trưng của đất yếu ở ĐBSCL
Đất yếu có thể được định nghĩa là những loại đất không có khả năng tiếp nhận tải
trọng công trình nếu không có các biện pháp gia cố hoặc xử lý thích hợp. ĐBSCL
được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp
của đất nền dọc theo các dòng sông và bờ biển. Do đó, địa chất dưới nền móng của các
công trình nhà ở, nhà xưởng, đường xá, đê điều, đập chắn nước và một số công trình
khác ở đây thường đặt ra hàng loạt vấn đề cần phải giải quyết như sức chịu tải của nền
thấp, độ lún lớn.
Các loại đất yếu thường gặp ở ĐBSCL [12] như là đất sét mềm gồm các loại đất sét
hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; bùn là các loại
đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn ở trạng thái luôn no nước,
hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực; than bùn là loại đất yếu có nguồn gốc hữu
cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy.
Theo 22TCN 262: 2000 [13] và TCXD 245: 2000 [14], đất yếu là đất ở trạng thái tự
nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính
(c) theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 15 kPa trở xuống, góc ma sát trong ()

từ 0o đến 10o, lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường ≤ 35 kPa, sức chống mũi xuyên
tĩnh < 100 kPa, chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT < 5. Nói chung, đất sét yếu là loại đất có
sức chịu tải thấp và tính nén lún cao. Phần lớn các nước trên thế giới thống nhất về
định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước (Su) và trị số xuyên tiêu
chuẩn (N) như sau: đất rất yếu có Su ≤ 12,5 kPa hoặc N ≤ 2; đất yếu có Su ≤ 25 kPa
hoặc N ≤ 4.
Lê Bá Lương và các đồng nghiệp (2005) kết luận trong nghiên cứu về đất yếu ở
ĐBSCL là phần lớn đất thuộc dạng đất yếu và có chiều dày từ 10 m đến 40 m [15]. Sự
phân bố đất yếu ở ĐBSCL theo Nguyễn Văn Thơ và Trần Thị Thanh (2002) như bản
đồ Hình 1.1 [16]

5


CAMPUCHIA

BÌNH PHƯỚC
TP. HỒ CHÍ MINH

Hồng Ngự
IVb

Châu Đốc

Tân An

IId

Mỹ Tho

Cao Lãnh

Hà
Tiên

I

Long Xuyên

IIa

Vĩnh Long

IIIa

Bến Tre

Cần Thơ

VỊNH
THÁI LAN

Rạch Giá

Trà Vinh

IIb

IIIb

IIId

VIa

Sóc Trăng

Bạc Liêu

GHI CHÚ:
Cà Mau

Đất sét màu xám nâu, xám vàng

IIa

Đất bùn sét, bùn á sét, bùn á cát xen kẹp
với các lớp á cát (IIa, IIb, IIc, IId)
Cát hạt mịn, á cát xen kẹp ít bùn á cát
(IIIa, IIIb, IIIc)
Đất than bùn xen kẹp bùn sét, bùn á sét,
cát bụi, á cát (IVa, IVb)
Bùn á sét và bùn á cát ngậm nước

V

Hình 1.1 Bản đồ phân vùng đất yếu khu vực ĐBSCL (Nguyễn Văn Thơ và Trần Thị
Thanh, 2002) [16]
Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng
Có nhiều phương pháp xử lý và ổn định nền đất yếu, Han-Georg Kempfert (2006) đã
phân loại phương pháp xử lý và ổn định nền đất yếu theo ba nhóm chính là cố kết, thay

thế đất và các phần tử dạng trụ [17]. Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi
măng là một trong những phương pháp phần tử dạng trụ trong cách phân loại này.

6


Phương pháp cơ học để thi công trụ đất gia cố bằng thiết bị trộn được gọi là phương
pháp trộn sâu (DMM – Deep Mixing Method). DMM trở thành một thuật ngữ chung
để mô tả kỹ thuật cải tạo đất yếu. Bruce, D. A. (2000) đã đề nghị các kỹ thuật DMM
được phân loại dựa trên các đặc điểm như phương pháp đưa chất kết dính vào đất,
phương pháp trộn và vị trí của các lưỡi trộn [18].
Một số cụm từ khác đôi khi cũng được dùng như “mixed – in – place piles”, “in situ
soil mixing” và “soil cement columns” [19], [20], [21]. Trong nghiên cứu này, sẽ sử
dụng thuật ngữ trộn sâu (DMM) và sản phẩm của quá trình thi công trộn sâu là trụ đất
xi măng (CDM column – Cement Deep Mixing column).
Mặc dù có nhiều kỹ thuật trộn sâu khác nhau, nhưng kết quả chung nhất là tạo ra các
cột gia cố bằng thiết bị khoan với một hoặc nhiều cần trộn để đưa chất kết dính vào đất
tự nhiên nơi gia cố. Chất kết dính thường được sử dụng là hỗn hợp xi măng hoặc xi
măng/vôi và nước. Kết quả của sự trộn chất kết dính và đất tạo ra một vật liệu có
cường độ và độ cứng lớn hơn đất tự nhiên (Bảng 1.1).
Bảng 1.1 Cường độ chịu nén trong các dự án DMM tại U.S (Bruce, D.A., 2000) [18]
Dự án

Loại đất/ Hàm lượng chất kết dính

I-95 Route 1,
Alexandria, VA

Phương pháp trộn ướt
Đất hữu cơ

Hàm lượng xi măng: 300 kg/m3, w/c=1
Phương pháp trộn ướt
Đất san lấp, đất hữu cơ và đất sét Boston
Blue
Hàm lượng xi măng: 20 - 300 kg/m3,
w/c = 0,9
Phương pháp trộn ướt
Đất cát san lấp và đất sét yếu
Hàm lượng xi măng: 60 - 240 kg/m3

Central Artery
Project, Boston,
MA

Oakland Airport
Roadway,
California

Cường độ nén, qu
Trung bình qu ≥ 1,100 kPa
khoảng 1,517 kPa
Nhỏ nhất qu ≥ 690 kPa
Nhỏ nhất qu ≥ 2,100 kPa
Lớn nhất qu ≥ 6,900 kPa

Trung bình qu ≥ 1,035 kPa
Nhỏ nhất qu ≥ 690 kPa

Chức năng chính của trụ đất xi măng dùng trong gia cố nền đất yếu chịu tải trọng đứng
là truyền tải trọng phía trên xuống nền đất bên dưới đồng thời giảm độ lún của nền đất.

Các quan điểm tính toán trụ đất xi măng hiện nay: Quan điểm 1 là trụ đất xi măng làm
việc như cọc đơn chịu lực. Tính toán thiết kế như móng cọc. Quan điểm 2 là trụ đất xi

7


măng và nền đất tự nhiên làm việc đồng thời như một nền tương đương. Tính toán
thiết kế như nền thông thường với chiều dày bằng chiều dài trụ đất xi măng. Quan
điểm 3 là kết hợp hai quan điểm trên, sức chịu tải tính toán như móng cọc, trong khi
biến dạng tính theo nền tương đương.
Trong thực tế, trụ đất xi măng thường được thi công xuyên qua toàn bộ lớp đất yếu
nằm trên địa tầng rắn chắc lúc này trụ làm việc gần giống với cọc chống. Đôi khi các
trụ này chỉ nằm trong phạm vi lớp đất yếu còn gọi là trụ treo. Khi trụ đất xi măng đơn
chịu tải trọng đứng có thể xảy ra 1 trong 3 dạng phá hoại là phá hoại do phình nén, phá
hoại do cắt và phá hoại do xuyên thủng (Hình 1.2).

a) Phá hoại phình nén

b) Phá hoại cắt

c) Phá hoại xuyên

Hình 1.2 Dạng phá hoại của trụ đất xi măng
Phá hoại do phình nén (Hình 1.2a) do trụ đất xi măng có đường kính bé trong khi
chiều dài lớn và mũi trụ tựa vào tầng cứng còn gọi là trụ mềm. Phá hoại do phình nén
thường xảy ra tại đầu trụ dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng.
Ngược lại, phá hoại do cắt (Hình 1.2b) ngay tại vùng được gia cố, trụ đất xi măng có
đường kính lớn nhưng chiều dài bé và mũi trụ tựa vào tầng đất cứng. Khả năng mang
tải của từng đoạn trụ bị chi phối bởi sức kháng cắt của đất được xử lý cũng như cường
độ cắt của đất không được xử lý xung quanh trụ. Mặt trượt phá hoại cắt ngang trụ và

đất.
Phá hoại xuyên do mũi trụ (Hình 1.2c) nằm trong tầng đất yếu, sức chịu tải của trụ chủ
yếu do thành phần ma sát xung quanh trụ. Lực đứng lớn hơn khả năng chịu tải do
8


thành phần ma sát. Dạng phá hoại này thì trụ di chuyển theo một khối trong lớp đất
yếu khi mất ổn định.
Khi nền đất được gia cố để mang tải trọng thẳng đứng của công trình bên trên thì trụ
đất xi măng đơn tối ưu cho việc xử lý nền đất yếu. Trong xử lý nền đất yếu bên dưới
nền đất đắp, trụ đất xi măng đơn nên được sử dụng tại vùng chủ động bên dưới tại tâm
khối đất đắp vì tải trọng tác dụng thẳng đứng dọc theo trục của trụ đất xi măng và
chuyển vị của trụ nhỏ. Trong khi tại vùng bị động và vùng cắt chuyển vị của trụ đất xi
măng rất lớn. Bengt B. Homs (1999) khuyên rằng trụ đất xi măng đơn không nên sử
dụng để gia cố nền đất yếu tại hai vùng này [21].
Trường hợp nền đất được gia cố bằng trụ đất xi măng, các trụ đất xi măng được bố trí
theo dạng ô vuông như Hình 1.3. Khả năng chịu tải của trụ đất xi măng được tính toán
theo các công thức từ 1.1 đến 1.12.

Hình 1.3 Bố trí trụ đất xi măng
Qcol  Qmax
ult,col

(1.1)

Qcol  Q max
ult,soil

(1.2)
(1.3)

Qcol  q col.Acol
q
q col 
E col
E eq

(1.4)

E eq  E cola s  1  a s Esoil

πd
as   
4 s 

(1.5)

2

(1.6)

9


1
πdLc  2,25π, 2 cu,soil
FS
A col.q1,max
Q max
ult,col 

FS
q1,max  0,95a s σ ult
Q ult,soil 

(1.7)
(1.8)
(1.9)
(1.10)
(1.11)
(1.12)

σ ult  3,5c u,col  3σ h

σ h  σ v  5c u,soil
σ v  q  γ' Lc

Trong đó:
Qcol: Tải tác dụng lên đầu cột đất trộn xi măng;
Qult,soil: Khả năng mang tải của cột đất trộn xi măng được xác định theo điều kiện
đất nền;
Qult,col : Khả năng mang tải của cột đất trộn xi măng được xác định theo điều kiện
vật liệu;
Eeq: Mô đun đàn hồi tương đương của đất và cột đất trộn xi măng;
Ecol: Mô đun đàn hồi của cột đất trộn xi măng;
Esoil: Mô đun đàn hồi của lớp đất yếu;
q: Tải trên đường;
Acol : Diện tích mặt cắt ngang cột đất trộn xi măng;
as: Hệ số diện tích xử lý;
Lc: Chiều dài cột đất trộn xi măng;
d: Đường kính cột đất trộn xi măng;

s: Khoảng cách các cột đất trộn xi măng;
cucol: Sức kháng cắt không thoát nước của cột đất trộn xi măng; cusoil: Sức kháng
cắt không thoát nước của đất xung quanh cột đất trộn xi măng;
FS: Hệ số an toàn;
ult: Khả năng mang tải giới hạn của cột đất trộn xi măng đơn;
h: Áp lực ngang giữa đất và cột đất trộn xi măng;
v: Áp lực đất;
’: Dung trọng đẩy nổi.
Độ lún của nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng gồm độ lún của nền đất đã được gia cố
và nền đất phía dưới vùng gia cố, được tính toán như công thức 1.13, 1.14, 1.15.

10