Thí nghiệm cường độ đất gia cố xi măng cho nền đường khu công nghệ cao Hòa Lạc

THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG CHO
NỀN ĐƯỜNG KHU CÔNG NGHỆ CAO HÕA LẠC
VŨ BÁ THAO, NGUYỄN THU HƢƠNG,
QUÁCH HOÀNG HẢI*

Laboratory tests on strength of soil stabilization by cement to build the
road foundation at Hoa Lac Hi-Tech industrial zone
Abstract: This study aims to investigate reasonable cement contents
for stabilizing the soft soil to build the road foundation in Hoa Lac
Hi-Tech industrial zone. Strength of four types of clay stabilized with
cement contents of 150, 175, 200, and 250 kg/m 3 were tested at curing
periods of 3, 7, 14, and 28 days. The results show that the strength of
soil stabilization increases with cement content and curing time.
Strength of soil-cement meets designated requirement, larger than 1
MPa, when cement content is 200 to 250 kg/m 3 , depending on type of
soil. Relation between the soil-cement strength at 28 days and 7 days
is qu28 = 1.25qu7 + 191 (kPa). However, in case organic content of soil
is greater than 10%, effects of cement on stabilizing the soft soil is
quite limited.
Từ khóa: Soil cement, Soft soil, Road foundation
1. ĐẶT VẤN ĐỀ*
Xi măng đất trộn sâu là phƣơng pháp xử lý
đất yếu hiện đang đƣợc các nƣớc trên thế giới
đánh giá cao, đặc biệt là Nhật Bản và các
nƣớc vùng Scandinaver [1]. Ở Việt Nam,
phƣơng pháp này cũng đã đƣợc áp dụng đại
trà để gia cố nền đất yếu cho các công trình
quan trọng nhƣ: dự án cảng Ba Ngòi (Khánh
Hòa) sử dụng 4000m cọc đất - xi măng có
đƣờng kính 0.6m, gia cố nền móng cho nhà
máy nƣớc Vụ Bản tỉnh Hà Nam, xử lý móng

cho bồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ thành phố
Hải Phòng, dự án sân bay Cần Thơ, dự án
cảng Bạc Liêu. Tại thành phố Hồ Chí Minh
cọc xi măng đất sử dụng rất phổ biến, nhƣ dự
án đại lộ Đông Tây, building Sai Gon Times
Square [2].
*

Phòng Nghiên cứu Địa kỹ thuật, Viện Thuỷ Công,
Viện Khoa h c Thủy lợi Việt Nam
Email:

32

Theo một số kết quả thí nghiệm xi măng đất ở trong phòng, cƣờng độ nén không hạn
chế nở hông q u thƣờng từ 4.08 - 40.8 kG/cm2
(408 - 4080 kPa), lớn hơn mấy chục đến hàng
trăm lần đất tự nhiên, tuy nhiên kết quả này
lại phụ thuộc vào nhiều nhân tố nhƣ: thành
phần và điều kiện của đất, điều kiện và
phƣơng pháp trộn, điều kiện dƣỡng hộ [3].
Do đó với bất cứ công trình nào trƣớc khi thi
công cần tiến hành các thí nghiệm trong
phòng nhằm biết rõ hiệu quả gia cố đối với
từng loại đất nhằm chọn đƣợc hàm lƣợng xi
măng phù hợp [3].
Bài báo trình bày các kết quả thí nghiệm
trong phòng nén một trục không hạn chế nở
hông đối với một số loại đất sét gia cố xi
măng với các hàm lƣợng khác nhau để lựa

chọn hàm lƣợng xi măng phù hợp gia cố nền
đƣờng khu công nghệ cao Hòa Lạc.
2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mẫu đất và xi măng
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018


Hình 1. Ảnh chụp lấy mẫu t i hiện tr

ng

Bảng 1. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất
Số hiệu tổ hợp mẫu
Chỉ tiêu
Sạn(sỏi)
Cát
Thành phần hạt
(%)
Bụi
Sét
Độ ẩm tự nhiên (W%)
Khối lƣợng thể tích tự nhiên
(, g/cm3)
Khối lƣợng thể tích khô
(c, g/cm3)
Tỷ trọng (, g/cm3)
Hệ số rỗng (eo)
Giới hạn chảy (Wl, %)
Giới hạn dẻo (Wp,%)
Hệ số nén lún (a1-2,cm2/N)

Cƣờng độ kháng nén một
trục không hạn chế nở hông
(qu, kPa)
Hàm lƣợng hữu cơ (%)

Phân loại đất

CP1

CP9

CP19
Giá trị

CP2

CP14

13.9
61.3
24.8
48.6

4.1
17.2
47.8
30.9
71.3

14.9

55
30.1
64.9

6.4
56.7
36.9
35

12.6
44.5
42.9
37.9

1.69

1.50

1.61

1.82

1.85

1.14

0.89

0.98

1.35

1.35

2.66
1.339
50.7
33.9
0.0173

2.61
1.984
73.7
41.3
0.0115

2.68
1.745
65.9
39.7
0.0113

2.72
1.018
43.1
22.4
0.005

2.78
1.069

51.7
29.7
0.0025

30.41

28.5

27.49

65.57

89.73

7.02

11.0

5.61

3.05

1.39

Sét hữu
cơ, chảy

Sét hữu
cơ, dẻo
chảy

Sét dẻo
cao chứa
hữu cơ,
dẻo chảy

Sét bụi,
dẻo mềm

Sét béo,
dẻo mềm

Theo yêu cầu thiết kế [4], [5], cƣờng độ
kháng nén một trục không hạn chế nở hông của
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018

mẫu đất thí nghiệm trong phòng phải đạt 1000
kPa trở lên sau 28 ngày tuổi.
33


Mẫu đất đƣợc chọn gồm 5 tổ hợp mẫu đƣợc
lấy từ độ sâu 1.2-2.0 (m), 3.4-4.0 (m) và 11.212.0 (m) tại các hố khoan ABH5 (thuộc tuyến
8), ABH6, ABH7 (thuộc tuyến 9) khu vực Hòa
Lạc. Hình ảnh khoan lấy mẫu thể hiện trên Hình
1. Tiến hành phân tích các chỉ tiêu cơ lý của đất.
Thí nghiệm xác định thành phần vật chất hữu cơ
theo tiêu chuẩn ASTM D294, thí nghiệm nén
một trục không hạn chế nở hông theo tiêu chuẩn
D2166. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý

của mẫu đất đƣợc trình bày trong Bảng 1. Năm
loại đất dùng trong nghiên cứu này gồm: Sét
hữu cơ, chảy; Sét hữu cơ, dẻo chảy; Sét dẻo cao
chứa hữu cơ, dẻo chảy; Sét bụi, dẻo mềm; Sét
béo, dẻo mềm.
Xi măng đƣợc sử dụng để trộn với đất theo yêu
cầu thiết kế là xi măng pooc lăng Bút Sơn PC40.
2.2. Phƣơng pháp thí nghiệm
Quy trình thí nghiệm xi măng – đất đƣợc thực
hiện theo tiêu chuẩn JGS 0821-2000; TCVN

9403: 2012. Các mẫu đất sau khi đƣợc xác định
các chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng, đem trộn
đều với xi măng theo hàm lƣợng lần lƣợt là 150
kg/m3, 175 kg/m3, 200 kg/m3, 250 kg/m3 tạo ra
80 tổ hợp mẫu. Mỗi tổ hợp đƣợc chia ra làm 4
phần đều nhau, đúc thành 4 mẫu, tổng cộng tạo
ra 320 mẫu. Mẫu thí nghiệm đƣợc ký hiệu theo
tổ hợp các chữ và số gồm: tên tổ hợp mẫu – hàm
lƣợng xi măng – số thứ tự mẫu thí nghiệm. Các
mẫu đƣợc bảo dƣỡng trong tủ bảo dƣỡng mẫu ở
nhiệt độ 20±3 độ C, độ ẩm 90%.
Mỗi tổ hợp mẫu đƣợc bảo dƣỡng theo các
ngày tuổi 3, 7, 14, 28. Tại thời điểm theo các
ngày tuổi, mẫu thí nghiệm đƣợc lấy ra khỏi tủ
bảo dƣỡng, tiến hành cân xác định khối lƣợng,
đo đƣờng kính, chiều cao và nén một trục không
hạn chế nở hông xác định qu. Thí nghiệm xác
định qu theo tiêu chuẩn ASTM D2166. Một số
hình ảnh thiết bị và mẫu thí nghiệm thể hiện

trên Hình 2.

Hình 2: Thiết bị và các mẫu thí nghiệm nén một trục.
3. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Kết quả thí nghiệm nén một trục không hạn
chế nở hông của các mẫu hỗn hợp xi măng đất

khu vực tuyến 8 và tuyến 9 – khu công nghệ cao
Hòa Lạc đƣợc trình bày trong Bảng 2.

Bảng 2. Kết quả qu của các mẫu đất gia cố xi măng
Tên tổ
hợp
CP1

34

Hàm lƣợng xi măng
(kg/m3)
Tuổi (ngày)
3

150

175

200

250
qu(kPa)

156.95

183.71

222.12

384.29

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018


Tên tổ
hợp

Hàm lƣợng xi măng
(kg/m3)

150

175

200

250

7

182.87

213.76

357.58

649.81

14

246.97

395.77

515.18

783.35

28

355.81

488.16

594.93

957.55

Tuổi (ngày)
CP9

qu(kPa)

3

54.29

77.3

94.74

149.78

7

76.86

102.96

121.67

182.76

14

99.95

128.69

181.2

218.83

28

116.26

212.51

359.76

417.97

Tuổi (ngày)
CP19

qu(kPa)

3

125.22

177.45

215.9

307.34

7

148.96

257.91

319.04

433.31

14

214.81

363.63

481.86

610.55

28

412.8

542.85

774.01

1024.75

Tuổi (ngày)
CP2

qu(kPa)

3

339.96

412.54

540.44

649.75

7

454.14

500.53

799.43

1023.14

14

505.76

659.35

947.86

1208.74

28

611.44

757.43

1043.5

1410.25

Tuổi (ngày)
CP14

qu(kPa)

3

306.46

388.71

455.48

565.25

7

356.26

469.99

611.24

743.79

14

509.74

626.02

805.14

963.18

28

666.87

874.7

934.94

1238.99

Qua Bảng 2 nhận thấy cƣờng độ nén một trục
không hạn chế nở hông của các mẫu đất phụ
thuộc vào hàm lƣợng xi măng, thời gian dƣỡng
hộ và hàm lƣợng hữu cơ của đất. Các yếu tố ảnh

hƣởng đến cƣờng độ sẽ lần lƣợt đƣợc phân tích
trong các mục dƣới đây.
3.1. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng xi măng
đến cƣờng độ đất xi măng
Quan hệ giữa cƣờng độ nén không hạn chế
nở hông của các tổ hợp mẫu thí nghiệm CP1,
CP2, CP9, CP14, CP19 và hàm lƣợng xi măng
đƣợc trình bày ở Hình 3.
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018

Trên cơ sở đồ thị Hình 13 và Bảng 2 nhận
thấy cƣờng độ của các loại đất gia cố xi măng
đều tăng theo hàm lƣợng xi măng và thời gian
dƣỡng hộ. Khi hàm lƣợng xi măng 250 kg/m3,
cƣờng độ nén không hạn chế nở hông 28 ngày
của tổ hợp mẫu CP2 đạt giá trị cao nhất 1410.25
kPa, của tổ hợp mẫu CP9 đạt giá trị thấp nhất
417.97 kPa. Mẫu đất CP9 là đất sét hữu cơ trạng
thái dẻo chảy, hàm lƣợng hữu cơ cao nhất (11%)
trong các loại đất thí nghiệm. Trong khi đó mẫu
đất sét dẻo mềm CP2 và CP14 có hàm lƣợng hữu
cơ nhỏ (3%), có giá trị cƣờng độ cao nhất.
35


(b) Tổ hợp mẫu CP9

(a) Tổ hợp mẫu CP1

(c) Tổ hợp mẫu CP14

(d) Tổ hợp mẫu CP19

(e) Tổ hợp mẫu CP2
Hình 3. Quan hệ giữa c

ng độ đất gia c và hàm l ợng xi măng.

3.2. Ảnh hƣởng của thời gian dƣỡng hộ
đến cƣờng độ của đất xi măng.
Quan hệ giữa thời gian dƣỡng hộ và cƣờng
độ nén không hạn chế nở hông của các mẫu
đƣợc trình bày ở Hình 4.
Từ các đồ thị Hình 4 có thể nhận thấy cƣờng
độ nén không hạn chế nở hông qu của xi măng
đất tăng theo thời gian dƣỡng hộ và hàm lƣợng xi
măng. Tuy nhiên, tùy từng loại đất khác nhau sẽ
cho giá trị qu khác nhau. Xu hƣớng tăng cƣờng
36

độ theo thời gian của các mẫu đất gia cố tƣơng
đối tuyến tính, riêng tổ hợp mẫu CP9 có sự tăng
vọt của qu giữa 14 và 28 ngày tuổi. Tuy vậy,
cƣờng độ 28 ngày của mẫu đất CP9 nhỏ hơn
1MPa nên không đạt yêu cầu làm nền đƣờng.
Cƣờng độ của xi măng - đất tăng theo thời
gian [3], nhƣng mối tƣơng quan về sự phát triển
cƣờng độ lại phụ thuộc vào loại đất và
loại/lƣợng chất kết dính. Do đó với mỗi công
trình, việc đƣa ra đƣợc mối tƣơng quan giữa

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018


cƣờng độ nén 7 ngày (qu7) và cƣờng độ nén 28
ngày (qu28) có ý nghĩa cho áp dụng đại trà và địa
chất tƣơng tự; đồng thời làm căn cứ để dự đoán

cƣờng độ ngày muộn dựa vào cƣờng độ nén 7
ngày, giảm bớt đƣợc khối lƣợng thí nghiệm cho
các công trình có điều kiện địa chất tƣơng tự.

(a) Tổ hợp mẫu CP1

(b) Tổ hợp mẫu CP9

(c) Tổ hợp mẫu CP14

(d) Tổ hợp mẫu CP19

(e) Tổ hợp mẫu CP2

Hình 4: uan hệ giữa c

ng độ đất gia c và th i gian d ỡng hộ

Kawasaki (1981) đã xây dựng quan hệ dựa
trên phân tích tƣơng quan hiệu chỉnh cƣờng
độ nén nở hông cho đất sét biển vùng vịnh
Tokyo trộn với xi măng Pooc lăng nhƣ trong
công thức (1):

0.49qu28 – 64 < qu7< 0.71qu28 + 5%
(1)
Ở đây, qu7, qu28 tính theo kPa.
Hiệp hội CDMA (Cement Deep Mixing
Association of Japan) của Nhật Bản (1994) đã
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018

hiệu chỉnh quan hệ trên thành:
qu28 = (1.49-1.56) qu7
(2)
Ở Việt Nam cũng có một số công trình
nghiên cứu đã chỉ ra mối tƣơng quan này, nhƣ
Đậu Văn Ngọ với đất bùn sét hữu cơ trong dự
án Đại lộ Đông tây Sài Gòn:
qu28 = 1.26qu7 + 401.5 (kN/m2)
(3)
Đối với vùng nghiên cứu – tuyến 8, tuyến 9
khu công nghệ cao Hòa Lạc, quan hệ giữa
37


cƣờng độ đất gia cố xi măng tuổi 28 ngày và 7
ngày có thể đạt đƣợc nhƣ trên Hình 5. Quan hệ
này có thể tham khảo cho các dự án có điều kiện

Hình 5: M i t ơng quan giữa c
3.3. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng hữu cơ
trong đất đối với cƣờng độ của đất xi măng.
Quan hệ giữa hàm lƣợng hữu cơ trong đất và
qu đƣợc thể hiện trong Hình 6. Hình 6 cho thấy,

hàm lƣợng hữu cơ càng cao cƣờng độ của xi
măng đất càng có xu hƣớng giảm. Khi hàm
lƣợng hữu cơ lớn hơn 10%, ảnh hƣởng của hàm

Hình 6: uan hệ giữa c

(4)

ng độ đất xi măng 28 và 7 ngày tuổi.
lƣợng xi măng đối với qu28 giảm rõ rệt, tác dụng
của xi măng trong gia cố đất thấp. Do đó, đối
với đất yếu khu vực tuyến 8, tuyến 9 khu công
nghệ cao Hòa Lạc, loại đất có hàm lƣợng hữu
cơ lớn hơn 10% cần xem xét việc dùng xi măng
để gia cố.

ng độ mẫu thử 28 ngày tuổi và thành phần hữu cơ trong đất

4. KẾT LUẬN
Trên cơ sở các kết quả t hí nghiệm nén
một trục không hạn chế nở hông của năm
tổ hợp xi măng - đất ở các hàm lƣợng xi
38

địa chất tƣơng tự.
qu28 = 1.25qu7 + 191 (kN/m2)

măng khác nhau thuộc tuyến 8 và tuyến
9 dự án phát triển hạ tầng khu công nghệ
cao Hòa Lạc, có thể rút ra một số kết

luận sau:
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018


 Gia cố nền đất yếu bằng xi măng là
phƣơng pháp tƣơng đối phù hợp với tính chất
đất yếu của khu công nghệ cao Hòa Lạc. Tùy
theo từng loại đất khác, để đạt yêu cầu thiết kế
cƣờng độ đất gia cố tuổi 28 ngày 1 MPa, hàm
lƣợng xi măng cần dùng là 200 kg/m3 hoặc
250 kg/m3.
 Cƣờng độ kháng nén một trục không hạn
chế nở hông của các tổ hợp mẫu tăng theo
hàm lƣợng xi măng và thời gian dƣỡng hộ
mẫu. Mối tƣơng quan giữa q u7 và qu28 nhƣ sau:
qu28 = 1.25 qu7+191 (kPa).
 Cƣờng độ nén không hạn chế nở hông
của đất sét gia cố xi măng phụ thuộc nhiều
vào hàm lƣợng hữu cơ trong đất. Khi hàm
lƣợng hữu cơ trong đất lớn hơn 10%, ảnh
hƣởng của hàm lƣợng xi măng đến cƣờng độ
gần nhƣ không đáng kể, ở hàm lƣợng xi măng
250 kg/m3 vẫn không đạt đƣợc yêu cầu cƣờng
độ thiết kế. Do đó, khi hàm lƣợng hữu cơ lớn
hơn 10% cần có những nghiên cứu sâu hơn để
có biện pháp gia cố đất yếu cho phù hợp đảm
bảo yêu cầu thiết kế đã đặt ra.

Ng

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Thái Hồng Sơn, Trịnh Minh Thụ, Trịnh
Công Vấn (2014). Lựa chọn hàm lƣợng xi măng
và tỷ lệ nƣớc - xi măng hợp lý cho gia cố đất
yếu vùng ven biển Đồng bằng Sông Cửu Long.
Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi
trƣờng, số 44 (3/2014).
2. Nguyễn Mạnh Thủy, Ngô Tấn Phong
(2007). Một số kết quả nghiên cứu gia cố đất
yếu khu vực quận 9, TP.HCM bằng vôi, xi
măng. Science & Technology Development,
Vol 10, No.10 - 2007.
3. Đậu Văn Ngọ (2009). Các nhân tố ảnh
hƣởng đến cƣờng độ xi măng đất. Science
& Technology Development, Vol 12,
No.05 - 2009.
4. Factual Report On Soil Investigation at
Project CP1A - Line 8.
5. Factual Report On Result of Lab. Soil
Cement Mixing Test at Line 9.
6. Đoàn Thế Mạnh - Khoa công trình thủy,
trƣờng ĐHHH - Phƣơng pháp gia cố nền đất
yếu bằng trụ đất - xi măng.

i phản biện: PGS.TSKH TRẦN MẠNH LIỂU

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018

39