Xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa cá chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xi măng đất phục vụ tính toán xử lý nền đất yếu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NƠNG THƠN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

ĐẶNG ĐÌNH THÀNH

XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA CÁC
CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XIMĂNG ĐẤT PHỤC VỤ
TÍNH TỐN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NƠNG THƠN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

ĐẶNG ĐÌNH THÀNH

XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA CÁC
CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XIMĂNG ĐẤT PHỤC VỤ
TÍNH TỐN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

Chun ngành: Xây dựng Cơng trình Thuỷ
Mã số:60-58-40

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Nguyễn Quốc Dũng
2.

Hà Nội, 2011

TS. Phan Trường Giang


Lời cảm ơn
Lun vn Xõy dng mi quan h thc nghiệm giữa các chỉ tiêu cơ lý
của vật liệu xi măng đất phục vụ tính tốn xử lý nền đất yếu” được hoàn
thành với đầy đủ nội dung nghiên cứu, đáp ứng yêu cầu đặt ra.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thày cơ giáo Phịng Đào Tạo Đại
học và Sau Đại học, các Thày cô giáo các bộ mơn của Trường Đại học Thuỷ
lợi đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian tác giả học
tập tại trường.
Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng, TS
Phan Trường Giang, NCS Phùng Vĩnh An đã dành nhiều tâm huyết và lịng
tận tình hướng dẫn để tác giả hồn thành luận văn này.
Nhân đây tác giả cũng xin chân thành cảm ơn GS Nguyễn Công Mẫn,
giảng viên Trường Đại học Thuỷ Lợi, ThS Đỗ Thế Quynh, ThS Vương Xuân
Huynh cùng toàn thể cán bộ Trung tâm Cơng trình Ngầm- Viện Thuỷ cơng đã
nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác giả công tác cũng như trong
nghiên cứu khoa học.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, các bạn cùng lớp,
các bạn đồng nghiệp…đã đóng góp ý kiến, động viên, cổ vũ cho tác giả trong
quá trình hồn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày

tháng 10 năm 2011

Tác giả luận văn


Lý lịch khoa học
I. Lý lịch sơ l-ợc:

ảnh

Họ và tên : Đặng Đình Thành
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh :
14/05/1985
Nơi sinh: Bắc Ninh
Quê quán: TT Chờ -Yên Phong - Bắc Ninh Dân tộc: Kinh
Chức vụ, đơn vị công tác trước khi đi học tập, nghiên cứu:
Nghiên cứu viên Viện Thuỷ Công - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc :
Số 46 ngõ Liên Việt- Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội
Điện thoại cơ quan: (04) 62761037
Fax:
(04) 62761037
Di động:
0972409896
II. Quá trình đào tạo:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo :

Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:

Điện thoại nhà riêng:
E-mail:

Thời gian từ

/

đến

/

2. Đại học:
Hệ đào tạo :
Chính quy
Thời gian từ 09/2003 đến 06/2008
Nơi học :
Trường Đại học Thủy lợi Hà nội
Ngành học:
Công trình Thủy lợi
Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hồ chứa Bản Lải
Ngày và nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 06/2008 tại Hà Nội
Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Cảnh Thái
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo : Chính quy
Thời gian từ 9/2009 đến 5/2010
Nơi học : Trường Đại học Thủy lợi Hà nội
Ngành học:

Xây dựng Công trình thuỷ
Tên luận văn: Xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa các chỉ tiêu cơ lý của vật
liệu Ximăng đất phục vụ tính toán xử lý nền đất yếu.
Người hướng dẫn:
PGS.TS. Nguyễn Quốc Dũng
TS. Phan Trường Giang
Ngày và nơi bảo vệ:
06/2011 tại Hà Nội
4. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh
5. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng, ngày cấp và nơi cấp:


Học vị
Số hiệu bằng
Ngày cấp
Nơi cấp

:
:
:
:

Kỹ sư thuỷ lợi
A0153174
16/06/2008
Trường Đại học Thủy lợi - Hà Nội

III. Quá trình công tác chuyên môn từ khi tốt nghiệp đại học
:
Thời gian

Công việc đảm
nhiệm

Nơi công tác

06/2008 ữ
08/2008

Trung tâm thuỷ Công Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt
Nam

Nghiên cứu viên

08/2008 ữ
nay

Viện thuỷ Công Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam

Nghiên cứu viên

VI.

Khen th-ởng và kỷ lụật trong quá trình học cao học:

- Không
IV. Các công trình khoa học đà công bố :
-Không
Xác nhận của cơ quan công tác
(Ký tên, đóng dấu)

Ngày

tháng 10 năm 2011
Người khai ký tên

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

1

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................4
T
4

T
4

CHƯƠNG 1................................................................................................................7
TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU ................................................7
XI MĂNG ĐẤT .........................................................................................................7
1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU ...........................................................................7
T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

1.1.1 Khái niệm về đất yếu và các tính chất của đất yếu .....................................7
1.1.2 Sự phân bổ và tính chất các vùng đất yếu ở Việt Nam...............................9
1.1.3 Những vấn đề kỹ thuật khi xây dựng cơng trình trên đất yếu ..................10
T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

1.2 TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRỘN SÂU VÀ VẬT LIỆU XIMĂNGĐẤT .......................................................................................................................11
T
4

T
4

1.2.1 Lịch sử phát triển, phân loại cơng nghệ trộn sâu ......................................11
1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ trộn sâu trên thế giới .......11
1.2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam .......................................14
1.3 CƠ CHẾ LÀM CỨNG CỦA CỌC XIMĂNG ĐẤT ......................................17
1.3.1 Giai đoạn hoà tan ......................................................................................18
1.3.2 Giai đoạn hoá keo .....................................................................................19
1.3.3 Giai đoạn kết tinh......................................................................................19
1.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU XI
MĂNG ĐẤT ..........................................................................................................19
1.4.1 Loại đất .....................................................................................................20
1.4.2 Ảnh hưởng của tuổi Ximăng đất ..............................................................22
1.4.3 Ảnh hưởng của chất kết dính ....................................................................23
1.4.4 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng .........................................................24

1.4.5 Ảnh hưởng của lượng nước ......................................................................25
1.5 KẾT LUẬN .....................................................................................................26
T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T

4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T

4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

CHƯƠNG 2..............................................................................................................27
PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG ..........................27
CỌC XI MĂNG ĐẤT .............................................................................................27
2.1 CÁC TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN XỬ

LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC XIMĂNG ĐẤT ..............................................27
2.1.1 Hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam .................................................................27
T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

Luận văn Thạc sĩ

T
4

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

2

2.1.2 Hệ thống tiêu chuẩn nước ngồi ...............................................................27
2.1.3 Các Tiêu chuẩn khác có liên quan trong và ngồi nước gồm ...................27
T
4

T
4

T
4

T
4

2.2 MỤC ĐÍCH GIA CỐ ĐẤT YẾU BẰNG CỌC XIMĂNG ĐẤT ................28
2.3 TÍNH TỐN XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC XIMĂNG ĐẤT VÀ CÁC VẤN ĐỀ
ĐẶT RA ................................................................................................................30
T
4

T
4

T
4

T
4

2.3.1 Phương pháp tính tốn theo quan điểm cột làm việc như “cọc” ..............30
2.3.2 Phương pháp tính tốn theo quan điểm như nền tương đương ................33
T
4

T
4

T
4

T
4

2.3.3 Phương pháp tính tốn theo quan điểm hỗn hợp ......................................36
2.4 KẾT LUẬN .....................................................................................................37
T
4

T

4

T
4

T
4

CHƯƠNG 3..............................................................................................................39
XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU
XI MĂNG ĐẤT .......................................................................................................39
3.1 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CỦA CỌC
XIMĂNG ĐẤT TRONG THIẾT KẾ ....................................................................39
3.1.1 Giới thiệu chung .......................................................................................39
3.1.2 Phương pháp thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của vật liệu Ximăng đất ........44
3.2 MỘT SỐ KẾT QUẢ THÍ NGIỆM KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỌC
XIMĂNG ĐẤT .....................................................................................................45
3.2.1 Quy trình thí nghiệm đánh giá chất lượng cọc Ximăng đất .....................45
3.2.2 Một số kết quả thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của cọc Ximăng đất .........47
3.3 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA CƯỜNG ĐỘ NÉN NỞ HÔNG
CỦA VẬT LIỆU XIMĂNG ĐẤT VỚI HÀM LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ TRONG
ĐẤT .......................................................................................................................47
3.4 XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA CƯỜNG ĐỘ NÉN NỞ HÔNG qu VỚI
T
4

T
4

T

4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T

4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

GĨC MA SÁT TRONG ϕ VÀ LỰC DÍNH ĐƠN VỊ C CỦA VẬT LIỆU
XIMĂNG ĐẤT .....................................................................................................49
3.4.1 Xây dựng mối quan hệ giữa các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu Ximăng đất đối
với đất nền miền Bắc .........................................................................................49
3.4.2 Xây dựng mối quan hệ giữa các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu Ximăng đất đối
với đất nền miền Trung ......................................................................................51
3.4.3 Xây dựng mối quan hệ giữa các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu Ximăng đất đối
với đất nền miền Nam ........................................................................................53
3.5 KẾT LUẬN .................................................................................................56
T

4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

CHƯƠNG 4..............................................................................................................58
T
4

T
4

Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

3

TÍNH TỐN XỬ LÝ NỀN KÈ KIẾN GIANG BẰNG CỌC XIMĂNG ĐẤT ..58
4.1 TỔNG QUÁT CÔNG TRÌNH KÈ KIẾN GIANG .........................................58
T
4

T
4

T
4

T
4

4.1.1 Điều kiện vị địa lý, địa hình, địa mạo .......................................................58
4.1.2 Địa chất cơng trình....................................................................................59
4.1.4 Các thơng số cơ bản của cơng trình ..............................................................62
T

4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

4.1.5 Các chỉ tiêu tính tốn thiết kế .......................................................................62
4.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC HẠNG MỤC CƠNG TRÌNH .......................63
T
4

T
4

T
4

T
4

4.2.1 Thiết kế các kích thước hạng mục cơng trình...........................................63
4.2.2 Sơ bộ tính tốn ổn định các hạng mục cơng trình ........................................66
4.2.3 Tính tốn sức chịu tải của nền móng tường kè .........................................70
T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

4.3 LỰA CHỌN CÁC CHỈ TIÊU TÍNH TỐN DỰA VÀO MỐI QUAN HỆ
T
4

Q U VỚI ϕ,C, ECỦA VẬT LIỆU XIMĂNG ĐẤT ................................................72
R

R

T
4

4.3.1 Phương án gia cố ......................................................................................72
T
4

T
4

4.3.2 Lựa chọn các chỉ tiêu tính toán dựa vào mối quan hệ qu với ϕ,C, E của
T
4

vật liệu Ximăng đất ............................................................................................72
4.4 TÍNH TỐN THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ..........................................................73
4.4.1 Tính tốn sức chịu tải của nền ..................................................................73
4.4.2.Tính tốn ổn định tổng thể ........................................................................74
T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

4.4.3 Tính tốn độ lún ........................................................................................75
4.5 KẾT QUẢ QUAN TRẮC SAU KHI THI CÔNG ..........................................78
4.6 KẾT LUẬN .....................................................................................................81
T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .......................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................83
PHỤ LỤC .................................................................................................................84
T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

T
4

Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

4

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Đất nước ta đang trong thời kì phát triển mạnh mẽ, việc xây dựng các
cơng trình nói chung và cơng trình Thủy lợi nói riêng để phục vụ cho nhu cầu
thực tiễn là rất lớn. Tuy nhiên việc xây dựng các cơng trình ấy cũng gặp
những khó khăn nhất định, nhất là việc xây dựng các cơng trình trên nền đất
yếu.
Trong việc thiết kế và xây dựng các công trình trên nền đất yếu cũng đã
sử dụng một số biện pháp sau: Thay đất yếu của nền cũ bằng lớp đất mới có
tính chất tốt hơn ; Gia cố nền bằng cọc tre, cọc tràm…và một số ứng dụng các
công nghệ tiến tiến như: Xử lý nền bằng bấc thấm; Đệm cát; Cọc cát; Cọc đá;
Cọc bê tông cốt thép...Tuy nhiên qua các biện pháp trên đã bộc lộ một số giới
hạn như: Hiệu quả thấp, không tận dụng được khả năng làm việc của đất nền,
thi công phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.
Hiện nay trên thế giới công nghệ Jet-Grouting tạo cọc xi măng đất đang
được ứng dụng rộng rãi và có giá trị về nhiều mặt. Ở Việt Nam ta, việc ứng
dụng công nghệ này vào xử lý nền cơng trình đã đạt được một số kết quả nhất
định. Ưu điểm của công nghệ là tốc độ thi cơng nhanh, ít phụ thuộc vào yếu
tố thời tiết, không ảnh hưởng tới môi trường, một phần vật liệu tạo cọc chính
là đất nền, do vậy điều kiện vật liệu luôn đảm bảo, xử lý hiệu quả khi tầng đất
yếu dày…
Tuy nhiên, việc tính tốn thiết kế xử lý nền thế nào lại phụ thuộc rất lớn
vào chỉ tiêu cơ lý của cọc xi măng đất. Chính vì vậy, để thiết kế xử lý nền
đảm bảo được tính kinh tế và kĩ thuật thì đề tài “Xây dựng mối quan hệ thực
nghiệm giữa các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xi măng đất phục vụ tính tốn
xử lý nền đất yếu” là thiết thực và không thể thiếu trong giai đoạn hiện nay.
Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành

Trường Đại học Thuỷ Lợi

5

2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
- Dựa vào tài liệu trong và ngoài nước, kết quả nghiên cứu thí nghiệm
trên một cơng trình cụ thể đã thực hiện:
+ Xác định các yếu tố địa chất ảnh hưởng tới tính chất cọc xi măng đất.
+ Xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa cường độ nén không nở
hơng q u với mơ đuyn đàn hồi E, góc ma sát trong ϕ, lực dính đơn vị C cho
R

R

một số loại đất điển hình phục vụ tính tốn xử lý nền đất yếu.
- Phạm vi nghiên cứu:
Cọc xi măng đất thi công bằng công nghệ Jet -grouting.
3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Cách tiếp cận
3.1.1 Tiếp cận trên cơ sở đánh giá nhu cầu
Hiện nay việc xây cơng trình trên nền đất yếu ở nước ta là rất lớn. Các
giải pháp xử lý nền hiện có chỉ đáp ứng được một phần nhu cầu này. Việc
nghiên cứu và ứng dụng cọc măng-đất thi công bằng công nghệ Jet- grouting
là yêu cầu cấp bách.
3.1.2 Tiếp cận trên cơ sở đảm bảo các tiêu chuẩn hiện hành
- Các tiêu chuẩn xử lý nền cơng trình trên nền đất yếu.
- Các tiêu chuẩn về vật liệu.
3.1.3 Tiếp cận với thực tiễn cơng trình

- Qua các cơng đã ứng dụng cọc xi măng đất thấy rằng việc lựa chọn
các chỉ tiêu tính tốn ban đầu thường lấy theo một cơng trình tương tự nào đó.
Việc lựa chọn các chỉ tiêu này rất khó khăn, do ban đầu khơng có những cơng
trình và nghiên cứu cụ thể về vấn đề này. Các kết quả thí nghiệm về cọc xi
măng đất chỉ có mỗi giá trị q u . Đối với người thiết kế, chỉ mỗi giá trị q u thì
R

R

R

R

khơng biết chọn các chỉ tiêu ϕ, C, E như thế nào? Vậy mối quan hệ giữa q u và
R

R

ϕ, C, E như thế nào, và lựa chọn yếu tố địa chất nào ảnh hưởng tới q u ?
R

Luận văn Thạc sĩ

R

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

6

- Hiện nay, do các công trình và nghiên cứu về xi măng đất tương đối
nhiều, vì vậy có thể xây dựng mối quan hệ trên bằng công thức kinh nghiệm.
3.1.4 Tiếp cận trên cơ sở Hợp tác Quốc tế
- Công nghệ thông tin ngày càng phát triển cho phép tiếp cận nhanh
chóng với các tiến bộ kỹ thuật của thế giới.
- Tham khảo ý kiến chuyên gia nước ngoài.
3.2 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập thông tin:
+ Thu thập từ các đề tài nghiên cứu , sách báo nói về việc xử lý nền đất
yếu bằng cọc xi măng đất thi công theo công nghệ Jet- grouting.
+ Dự án liên quan đến xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất thi công
theo công nghệ Jet- grouting.
+ Thu thập từ mạng Internet công nghệ xử lý nền đất yếu bằng cọc xi
măng đất.
- Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia.
- Xử lý thông tin:
+ Các cơ chế làm cứng cọc xi măng đất.
+ Thống kê tính chất cọc xi măng đất, từ đó xác định các yếu tố ảnh địa
chất ảnh hưởng tới q u .
R

R

+ Xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa cường độ nén không nở
hông q u với mơ đuyn đàn hồi E, góc ma sát trong ϕ, lực dính đơn vị C.
R

R

Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

7

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
XI MĂNG ĐẤT
1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU
1.1.1 Khái niệm về đất yếu và các tính chất của đất yếu
Đất yếu là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 – 1,0
daN/cm2) có tính nén lún lớn, hầu như bão hồ nước, có hệ số rỗng lớn (e>1),
P

P

môdun biến dạng thấp (E o <50 daN/cm2), lực chống cắt nhỏ. Nói chung các
R

R

P

P

loại đất yếu thường có những đặc điểm sau:
- Đất sét có lẫn hữu cơ hoặc nhiều hoặc ít
- Hàm lượng nước cao và trọng lượng đơn vị thể tích nhỏ
- Tính thấm nước rất nhỏ
- Cường độ chống cắt nhỏ và tính nén lún cao
Với những đặc tính nêu trên nếu khơng có các biện pháp xử lý đúng đắn
thì việc xây dựng cơng trình trên đất yếu sẽ rất khó khăn hoặc khơng thể thực
hiện được.
Về nguồn gốc, đất yếu có thể được thành tạo trong điều kiện lục địa,
vũng vịnh hoặc vịnh biển. Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều
kiện hình thành, vị trí khơng gian, điều kiện địa lý và khí hậu ... mà tồn tại các
loại đất yếu khác nhau như đất sét mềm, cát hạt mịn, than bùn, các loại trầm
tích bị mùn hóa, than bùn hóa ... Việt Nam chúng ta thường gặp các loại đất
yếu sau đây.
1.1.1.1 Bùn
Theo quan điểm địa chất thì bùn là các lớp đất mới được tạo thành
trong môi trường nước ngọt hoặc trong môi trường biển, gồm các hạt rất mịn
(nhỏ hơn 200 µ) với tỷ lệ phần trăm các hạt < 2 µ cao, bản chất khống vật
Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

8

thay đổi và thường có kết cấu tổ ong. Theo quy phạm Liên Xơ SNIP II-1.62
thì bùn là trầm tích thuộc giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại
sét, được thành tạo trong nước, có sự tham gia của các q trình vi sinh vật.

Theo thành phần hạt, bùn có thể là á cát, á sét và cũng có thể là cát mịn và đều
có chứa một hàm lượng hữu cơ nhất định (đôi khi đến 10-12%), càng xuống
sâu hàm lượng này càng giảm. Trong thành phần khoáng vật của bùn biển
thường chứa nhiều khống vật sét thuộc nhóm ilit và mơnmơnilơnit. Trong
bùn nước ngọt thì có nhiều ilit và kaolinit.
Khả năng chịu tải của bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn, mô dun biến dạng
chỉ vào khoảng 1-5 daN/cm2 (với bùn sét) và từ 10-25 daN/cm2 (với bùn á sét
P

P

P

P

và bùn á cát), hệ số nén lún thì có thể đặt tới 2-3 cm2/daN.
P

P

1.1.1.2 Bùn thối
Bùn thối là loại bùn nước ngọt, được hình thành từ sản vật phân rã xác.
Chủ yếu là thực vật dưới vùng nước đọng, chứa trên 10% khối lượng vật chất
hữu cơ dưới dạng mùn và tàn tích thực vật.
Bùn thối có hệ số rỗng e o > 3, độ sệt B > 1, tính phân tán cao, lượng
R

R

chứa các hạt lớn hơn 0,25 mm thường không vượt quá 5% theo khối lượng.

1.1.1.3 Than bùn
Là loại đất hữu cơ được hình thành từ các thực vật chết khơ tự nhiên
vùng đầm lầy chưa phân hủy hồn tồn do khơng đủ dưỡng khí trong điều
kiện độ ẩm cao, chứa trên 50% khối lượng các vật chất hữu cơ. Than bùn có
dung trọng khơ rất thấp (3-9 kN/m3), hàm lượng hữu cơ chiếm từ 20-80%,
P

P

thường có màu đen hoặc nâu sẫm, cấu trúc khơng mịn, cịn thấy tàn dư thực
vật.
1.1.1.4 Đất than bùn
Đất than bùn là loại đất cát và đất sét, chứa 10 đến 50% khối lượng
than bùn khi cân khơ.
Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

9

1.1.1.5 Đất sét mềm
Đất sét mềm là các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, bão hịa nước
và có cường độ cao hơn so với bùn. Theo cách phân loại thì loại đất này có
chỉ số dẻo > 17 và độ sệt từ 0,5 ÷ 0,7. Đất sét gồm chủ yếu là các hạt nhỏ như
thạch anh, fenspat và các khoáng vật sét. Các khống vật sét này là các silicat
alumin có thể chứa các ion Mg, K, Ca, Na và Fe... chia thành 3 loại chính là
ilit, kaolinit và mơn-mơnilơnit. Đây là những khống vật làm cho đất sét có

đặc tính riêng của nó.
1.1.2 Sự phân bổ và tính chất các vùng đất yếu ở Việt Nam
Giống như khu vực Đông Nam Á, các vùng đất mềm yếu ở Việt Nam
chủ yếu là những tầng trầm tích mới được thành tạo trong thế kỷ thứ tư. Theo
kết quả nghiên cứu về địa chất, tầng trầm tích này chủ yếu là trầm tích tam
giác châu, thường gặp ở các miền đồng bằng. Căn cứ vào nguồn gốc và điều
kiện hình thành có thể có một số nhận xét như sau:
1.1.2.1 Đất yếu đồng bằng Bắc Bộ
Theo tài liệu địa chất kiến tạo thì đồng bằng Bắc Bộ được hình thành
trên một miền võng rộng lớn. Đầu tiên chịu chế độ biển rồi đến chế độ vũng
hồ, sau đó là trầm tích kỷ thứ tư. Về mặt địa hình, địa mạo thì đây là miền
đồng bằng thuộc loại địa hình bồi tụ. Do các điều kiện địa hình, địa chất nên
chiều dày tầng trầm tích kỷ thứ tư rất dày, từ hàng chục mét.
1.1.2.2 Đất yếu đồng bằng ven biển Miền Trung
Là đồng bằng mài mịn bồi tụ điển hình. Trầm tích kỷ thứ 4 ở đây
thường thấy ở vùng thung lũng các sông và thường là loại phù sa bồi tích. So
với vùng đồng bằng Bắc bộ, tầng trầm tích kỷ thứ 4 ở đây khơng dày lắm.
Tuy nhiên, các trầm tích ở đây cũng rất đa dạng, có loại trầm tích bồi tụ tam
giác châu, có loại trầm tích bồi tụ ven biển. Vùng duyên hải Miền trung thuộc
loại trầm tích phát triển trên các đầm phá cạn dần và nó chính là bồi tích trong
điều kiện lắng đọng tĩnh.
Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

10

1.1.2.3 Đất yếu đồng bằng sông Cửu Long
Vùng đồng bằng sông Cửu Long là vùng đồng bằng châu thổ của hệ
thống sông Mê Kông chảy vào nước ta. Đây là vùng phân bố các trầm tích
mềm yếu có bề dày lớn, nguồn vật liệu xây dựng khóang tự nhiên hầu như rất
khan hiếm. Theo các tài liệu nghiên cứu về địa chất, trong vùng chủ yếu các
thành tạo trầm tích.
Ở Việt Nam ta đã xây dựng nhiều cơng trình trên nền đất yếu, điển hình
là các hệ thống đê điều. Ngày nay, do tốc độ phát triển nhanh chóng của nền
kinh tế - xã hội, cơng tác xây dựng địi hỏi khơng được phép kéo dài thời gian
thi cơng, việc chọn tuyến cơng trình nhiều khi không tránh được việc phải đặt
trên đất yếu. Để xử lý nền đất yếu hiện nay có nhiều phương pháp, trong đó
phương pháp sử dụng cơng nghệ trộn sâu tạo cọc xi măng đất (XMĐ) là
phương pháp mới để giải quyết vấn để này.
1.1.3 Những vấn đề kỹ thuật khi xây dựng cơng trình trên đất yếu
Chi phí xử lý nền móng khi xây dựng cơng trình trên nền đất yếu
thường chiếm một tỷ trọng lớn trong toàn bộ giá thành xây dựng cơng trình.
Bài tốn cần đặt ra để giải quyết khi xây dựng cơng trình trên nền đất
yếu là:
- Độ lún tuyệt đối và chênh lệch lún: độ lún tuyệt đối có giá trị lớn và
kéo dài, nhưng chênh lệch lún giữa các bộ phận của kết cấu mới là vấn đề
quan trọng. Nhiều trường hợp do chênh lệch lún đã làm phá hủy kết cấu, gây
nứt, vỡ ...
- Ổn định tổng thể: Do cường độ đất nền không đủ khả năng chịu tải
dẫn đến phá hoại mái dốc. Bài tốn phải giải quyết là tính tốn tính sức chịu
tải của móng, ổn định của nền đắp, ổn định của mái dốc, áp lực đất lên tường
chắn, sức chịu tải ngang của cọc…
- Số liệu đầu vào phục vụ thiết kế xử lý đất yếu là hết sức quan trọng,
bao gồm: phương pháp khảo sát, phương pháp thí nghiệm và thiết bị thí
Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

11

nghiệm, lựa chọn thông số đầu vào ứng với các trạng thái làm việc, lựa chọn
mô hình tính, ...
Những vấn đề trên chỉ là quan tâm bắt buộc khi tính tốn xử lý nền đất
yếu nói chung, nó cũng là vấn đề hết sức quan trọng khi xử lý bằng cọc XMĐ.
1.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRỘN SÂU VÀ VẬT LIỆU
XIMĂNG-ĐẤT
1.2.1 Lịch sử phát triển, phân loại công nghệ trộn sâu
Công nghệ trộn sâu (Deep mixing method - DM) là cơng nghệ trộn
chất kết dính với đất tại chỗ dưới sâu. Tùy thuộc vào vật liệu kết dính và
phương pháp trộn mà nó được phân thành các loại khác nhau.
Theo thiết bị trộn, có 2 kiểu là phương pháp trộn kiểu tia (Jet–
Grouting) và phương pháp trộn cánh cơ khí (Mechanical). Theo vật liệu trộn,
có kiểu trộn ướt (vữa) và kiểu trộn khô (phun xi măng khơ).

Hình 1.1- Phân loại DMM theo phương pháp trộn và vật liệu kết dính
B
0

Trong thực tế nghiên cứu và sản suất cho thấy chất lượng của vật liệu
XMĐ trộn ướt tốt hơn nhiều so với trộn khơ. Chính vì vậy, trong Luận văn
chỉ tập trung nghiên cứu XMĐ trộn kiểu tia (Jet-grouting).
1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ trộn sâu trên thế giới
Từ năm 1960, Nhật Bản là nước dẫn đầu trong việc nghiên cứu và phát

triển cơng nghệ DM. Ban đầu chất kết dính được nghiên cứu là vơi (DLM).
Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

12

Năm 1975, phương pháp trộn ướt sử dụng chất kết dính là xi măng (CDM) ra
đời.
Việc nghiên cứu sau đó ở Nhật Bản được thực hiện một cách bài bản
để nâng cao hiệu quả gia cố. Bao gồm 3 vấn đề: (1) Các nghiên cứu lý thuyết
phục vụ cho thiết kế. Ví dụ như nghiên cứu về khả năng chịu động đất
(Inatomi và nnk, 1984, 1986) về tính chất của xi măng- đất (Honjo, 1982),
khả năng chống hoá lỏng (Hirama và Toriihara, 1983; Suzuki và nnk, 1986),
khả năng chịu rung động (Inatomi và nnk, 1985), kiểm soát hố đào (Tanaka,
1993; Matsushi ta và nnk, 1993); (2) Các nghiên cứu cải tiến thiết bị thi
cơng. Ví dụ như của Nishibafashi, 1985. Các nghiên cứu này tập trung vào
phương pháp phụt áp suất cao, công nghệ tạo ra cột XMĐ có hình dạng khác
nhau; (3) Các nghiên cứu về kiểm soát chất lượng như của Mitsuhashi và nnk,
1996; Zheng và shi, 1996.
Năm 1980, Bộ Xây dựng Nhật Bản đã phát triển phương pháp khoan
phụt khô gọi tắt là DJM dựa trên các tài liệu của Thủy Điển. Ngày nay,
phương pháp này đang được sử dụng nhiều và có nhiều cải tiến thiết bị để
nâng cao năng suất thi cơng.
Hiện nay, Nhật bản có 3 tài liệu cơ bản phục vụ cho thiết kế thi công
xử lý đất yếu bằng cọc XMĐ. Bao gồm: (1) Mục đích, thiết kế và thi công
bằng phương pháp trộn sâu do Viện nghiên cứu và phát triển Cảng đường

Thủy xuất bản; (2) Hướng dẫn thiết kế, thi cơng và kiểm sốt chất lượng do
hiệp hội XMĐ Nhật bản xuất bản; (3) Hướng dẫn thiết kế và quản lý chất
lượng xử lý nền móng nơng và sâu các cơng trình xây dựng bằng phương
pháp trộn sâu do Viện quản lý đất đai và Cơ sở hạ tầng hợp tác với Viện
nghiên cứu kiến trúc xuất bản.
Tiếp cận với công nghệ xử lý đất yếu bằng công nghệ trộn sâu từ
những năm 1960. Năm 1978, được sử dụng để xử lý nền các khu công
Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

13

nghiệp ở Thượng Hải. Hiện nay, Trung Quốc trên cơ sở thiết bị của Nhật Bản
đã chế tạo được thiết bị riêng và có một số cải tiến so với thiết bị gốc. Trong
tính tốn, thiết kế Trung Quốc cũng đã xuất bản tiêu chuẩn “Gia cố đất yếu”
DBJ-08-40-94 chủ yếu sử dụng cho phương pháp trộn cơ khí.
Tại châu Âu, việc nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và
Phần Lan. Thiết bị sử dụng theo kiểu trộn cơ khí với chất kết dính là vơi. Thử
nghiệm đầu tiên tại sân bay Ska Edeby. Năm 1974, một đê đất thử nghiệm
cao 6 m, dài 8 m đã được xây dựng ở Phần Lan sử dụng cột vơi đất, nhằm
mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng và chiều dài cột về mặt khả năng
chịu tải (Rathmayer và Liminen, 1980).
Từ những năm 1970 và đến những năm 1980, các cơng trình nghiên
cứu và ứng dụng tập trung chủ yếu vào việc tạo ra vật liệu gia cố, tối ưu hoá
hỗn hợp ứng với các loại đất khác nhau. Trong thời gian này, nhiều loại phụ
gia khác như thạch cao, tro bay…vvv đã được nghiên cứu làm chất độn để

cứng hố nhanh hơn. Ví dụ, các nghiên cứu của Nieminen 1977, Viitanen,
1977, Kujala, 1982 hoặc của Holin và nnk (1983). Do khó khăn trong bước
thiết kế ban đầu, Kukko và Ruohomaki (1995) dựa trên kết quả của 1355 thí
nghiệm trong phịng với 195 loại hỗn hợp và 21 loại đất đã xây dựng một mơ
hình tốn để dự đốn cường độ kháng nén cực hạn của XMĐ theo tỉ lệ nướcxi măng, hàm lượng mùn, và tỉ lệ hạt mịn.
Năm 1977, sổ tay “Cột đất vôi và xi măng vôi, hướng dẫn lập dự án,
xây dựng và kiểm soát chất lượng” do Viện địa kỹ thuật Thụy Điển thực
hiện. Năm 1995, tài liệu này được tái bản lần 2 và đến nay nó vẫn được sử
dụng.
Ra đời trước nhưng do việc ứng dụng trong thực tế rất chậm, mãi đến
cuối những năm 80, việc ứng dụng ở Mỹ mới bắt đầu với các thiết bị thi công
của Nhật Bản. Ban đầu, chỉ với mục đích chống thấm và ổn định hố đào. Ví
Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

14

dụ như đập đất Lockington ở Ohio (Walker, 1994); đập đất Jackson Lake ở
Wyoming (Taki và Yang, 1991); đập đất Cushman ở Washington (Yang và
Takeshima, 1994) …vv. Sau đó lan ra các lĩnh vực khác.
Năm 2000, Bộ Giao thông Vận tải Mỹ cũng xuất bản tiêu chuẩn
“Phương pháp trộn sâu trong các ứng dụng địa kỹ thuật” FHWA-RD-99-138.
Trong tiêu chuẩn này, nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực Xây dựng, Giao
thông, Thủy lợi đã được giới thiệu một cách khá tỷ mỷ. Đặc biệt là chống
thấm cho đập đất và xử lý nền móng cho các cơng trình dưới nước.
Qua nghiên cứu và qua cơng trình thực tế, các chuyên gia trong lĩnh

vực cho rằng vật liệu XMĐ bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố sau:
- Đất tại chỗ
- Ngày tuổi
- Chất kết dính
- Hàm lượng xi măng
- Phụ gia
1.2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu gia cố đất trộn sâu theo phương pháp trộn
cơ khí đã được bắt đầu nghiên cứu từ những năm đầu thập kỷ 80. Một số các
kết quả nghiên cứu liên quan đến cơng nghệ này về tính chất vật liệu XMĐ,
các yếu tố ảnh hưởng như loại đất, tỷ lệ kết dính, nhân tố thời gian ...vv như
của TS. Hồ Chất, TS. Đỗ Minh Toàn, tuy nhiên cả 2 nghiên cứu trên đều được
thực hiện ở trong phịng thí nghiệm. Do đó, kết quả nghiên cứu mang tính
định hướng là chính.
Năm 2001, Cơng ty Hecules kết hợp với Cơng ty Phát triển Kỹ thuật
Xây dựng thi công cột XMĐ làm nền móng cho bể chứa xăng dầu tại khu
cơng nghiệp Trà Nóc – Cần Thơ với khối lượng 50.000 m dài cột. Tại cơng
trình này, những nghiên cứu cơ bản như thí nghiệm hàm lượng xi măng thích
hợp, đo đạc, quan trắc lún sau khi thi cơng cơng trình đã được thực hiện.
Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

15

Năm 2002, dự án cảng Ba Ngịi - Khánh Hồ đã sử dụng 4000m cọc
XMĐ có đường kính 600 cm thi cơng bằng trộn khơ. Xử lý nền cho bồn chứa

xăng dầu đường kính 35m, cao 4m ở Cần Thơ. Cùng thời gian này, Viện
KHCN Xây dựng đã có đề tài nghiên cứu về cọc Ximăng – vôi.
Năm 2004, cọc XMĐ được sử dụng để gia cố nền móng cho nhà máy
nước huyện Vụ Bản - Hà Nam, xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ
- Hải Phịng.
Cho đến nay nhiều dự án sử dụng phương pháp trộn cơ khí đã, đang và
sẽ được triển khai trong các lĩnh vực Giao Thông và Xây dựng. Tiêu biểu là
các dự án đường Láng – Hịa Lạc, đại lộ Đơng Tây, đường sắt Bắc Nam…vv.
Trong lĩnh vực xây dựng là khu đô thị Phú Mỹ Hưng, Building Sai Gon
Times Square, dự án nhiệt điện Ô Mon, …vv. Bộ Xây dựng đã ban hành
TCXDVN 385:2006 “Gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng” áp dụng chủ
yếu cho phương pháp này.
Phương pháp trộn kiểu tia xâm nhập vào nước ta muộn hơn. Việc
nghiên cứu được bắt đầu từ năm 2005. Cho đến nay, công nghệ này đã có
nhiều ứng dụng thực tế trên cả 3 lĩnh vực Xây dựng, Giao thông và Thủy lợi
cho mục đích chống thấm và xử lý đất yếu.
- Ứng dụng cho mục đích xử lý đất yếu:
Năm 2007, ứng dụng xử lý nền cho các cống thuộc dự án Omon –
Xano là Mương Đình, Rạch Gập, Tám thước, 9500 ……vv.
Năm 2008, 2009 ứng dụng xử lý nền cho cơng trình kè AnKer – Vũng
Tàu và cống KG 2, cống Lung Dừa tại Cà Mau; hỗ trợ thi công tường vây
cọc Barret tại tòa nhà Vinafood – Hà Nội.
Năm 2010, đã hồn thành việc xử lý nền cho 2 cơng trình có ý nghĩa
lớn là cơng trình đập Khe Ngang – Huế và đê nối tiếp cống Trà Linh –Thái
Bình. Cũng trong thời gian này, cũng đã hoàn thành việc xử lý nền cho cống
Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành

Trường Đại học Thuỷ Lợi

16

Hói Đại và kè sơng Kiến Giang - Quảng Bình. Sau đó, đã xử lý thành cơng túi
bùn của cơng trình Trung tâm Thương mại Chợ Mơ – Hà Nội và xử lý chống
lún nghiêng cho tòa nhà Phúc Lộc Thọ đường Trần Duy Hưng – Hà nội.
Hiện nay cọc XMĐ nói chung và cọc XMĐ thi cơng bằng cơng nghệ
Jet Grouting nói chung đang được sự quan tâm chú ý trong lĩnh vực xây dựng.

Hình 1.2- Xử lý nền cho các cơng trình Thủy lợi xây dựng trên đất yếu
B
1

Hình 1.3- Xử lý nền cho các cơng trình Dân dụng trên đất yếu
B
2

Mặc dù đã có một số đề tài nghiên cứu, một số luận văn thực hiện tại
trường Đại học Thủy lợi và một số ứng dụng bước đầu, tuy nhiên hiện nay đối
với việc thiết kế cọc XMĐ thi công bằng công nghệ Jet grouting cịn gặp một
số khó khăn:
Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

17

- Việc lựa chọn độ bền cọc XMĐ (ϕ, c) thiết kế gặp khó khăn vì trong
các tiêu chuẩn, quy phạm và các tài liệu trong và ngồi nước có liên quan rất
ít. Phụ thuộc lớn vào kinh nghiệm của người thiết kế. Vì thế, cùng với một số
liệu đầu vào việc lựa chọn các chỉ tiêu này nhiều khi khác nhau.
- Việc lựa chọn độ cứng của cọc XMĐ (E, µ) cho thiết kế thơng thường
theo các cách:
+ Theo TCVN 385 – 2006. E = (50 ÷ 100)C c hoặc E = (25 ÷ 50) q u ;
R

R

R

R

+ Theo tiêu chuẩn Mỹ FHWH – RD -99-138. E = (100 ÷ 300) q u ;
R

R

+ Theo kết quả thí nghiệm của các cơng trình tương tự.
Vì vậy, luận văn đặt vấn đề nghiên cứu tính chất cọc XMĐ (thi công
bằng công nghệ Jet Grouting ở Việt nam) làm cơ sở cho việc lựa chọn độ bền
và độ cứng phục vụ việc tính tốn thiết kế.
1.3 CƠ CHẾ LÀM CỨNG CỦA CỌC XIMĂNG ĐẤT
Trong quá trình trộn xi măng với đất, có 3 loại phản ứng (theo
Diamond và Kinter, 1965; Assarson và nnk, 1974) đó là:
- Quá trình Hydrat hố
- Q trình trao đổi ion

- Phản ứng Puzơlan hố
Trong q trình hydrat hố, nước trong hỗn hợp sẽ được xi măng hút
và tạo ra Hidroxit Canxi Ca(OH) 2 . Nồng độ Hidroxit Canxi trong nước làm
R

R

tăng sự tập trung điện tử và pH của nước lỗ rỗng, kết quả là các điện tích
Ca++ sẽ hút vào các hạt đất mang điện tích âm (Assarson và nnk, 1974). Sự
P

P

trao đổi ion như vậy làm kết bông các hạt đất.
Cường độ kháng cắt của xi măng - đất tăng lên từ từ theo thời gian, chủ
yếu do kết quả của phản ứng puzơlan hoá. Hydroxit Canxi trong đất sẽ phản
ứng với puzơlan (Silicat và nhôm) tạo ra vật liệu xi măng hoá. Cần chú ý
rằng, nếu một hỗn hợp đất sét và chất gia cố được trộn sơ bộ, các hạt đất sét
sẽ hình thành các huyền phù bao bọc bởi vữa.
Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

18

Hình 1.4- Cơ chế làm cứng.
Đây là q trình biến đổi hố lý phức tạp, chia làm hai thời kỳ: thời kỳ

ninh kết và thời kỳ rắn chắc. Trong thời kỳ ninh kết, vữa xi măng mất dần
tính dẻo và đặc dần lại nhưng chưa có cường độ. Trong thời kỳ rắn chắc, chủ
yếu xảy ra q trình thuỷ hố các thành phần khống vật của clinke, gồm
silicattricalcit 3CaO.SiO 2 , silicat bicalcit 2CaO.SiO 2 , aluminat tricalcit
R

R

R

R

3CaO.Al 2 O 3 , fero-aluminat tetracalcit 4CaO.Al 2 O 3 Fe 2 O 3 :
R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

3CaO.SiO2 + nH 2 O ⇒ Ca(OH) 2 + 2CaO.SiO 2 (n-1)H 2 O.
R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

2CaO.SiO 2 + mH2O ⇒ 2CaO.SiO 2 mH2O.
R

R

R

R

3CaO.Al 2 O 3 + 6H 2 O ⇒ 3CaO.Al 2 O 3 .6H 2 O.
R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

4CaO.Al 2 O 3 Fe 2 O 3 + nH 2 O ⇒ 3CaO.Al 2 O 3 .6H 2 O +CaO.Fe 2 O 3 .mH 2 O
R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

Các sản phẩm chủ yếu được hình thành sau q trình thuỷ hố là
Ca(OH) 2 , 3CaO.Al 2 O 3 .6H 2 O, 2CaO.SiO2 mH 2 O và CaO.Fe 2 O 3 .mH 2 O. Q
R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

trình rắn chắc của xi măng có thể chia ra làm 3 giai đoạn:
1.3.1 Giai đoạn hoà tan
Các chất Ca(OH) 2 , 3CaO.Al 2 O 3 .6H 2 O sinh ra sau q trình thuỷ hố
R

R

R

R

R

R

R

R

hồ tan được trong nước sẽ ngay lập tức hoà tan tạo thành thể dịch bao quanh
mặt hạt xi măng.
Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

19

1.3.2 Giai đoạn hoá keo
Đến một giới hạn nào đó, lượng các chất Ca(OH) 2 , 3CaO.Al 2O 3 .6H 2 O
R

R

R

R

R

R

R

R

khơng hồ tan được nữa sẽ tồn tại ở thể keo. Chất silicat bicalcit (2CaO.SiO 2 )
R

R

vốn khơng hồtan sẽ tách ra ở dạng phân tán nhỏ trong dung dịch, tạo thành
keo phân tán. Lượng keo này ngày càng sinh ra nhiều, làm cho các hạt keo
phân tán tương đối nhỏ tụ lại thành những hạt keo lớn hơn ở dạng sệt khiến
cho xi măng mất dần tính dẻo và ninh kết lại dần dần nhưng chưa hình thành
cường độ.
1.3.3 Giai đoạn kết tinh
Các chất Ca(OH) 2 , 3CaO.Al 2 O 3 .6H 2 O từ thể ngưng keo chuyển sang
R

R

R

R

R

R

R

R

dạng kết tinh, các tinh thể nhỏ đan chéo nhau làm cho xi măng bắt đầu có
cường độ, chất 2CaO.SiO 2 mH 2 O tồn tại ở thể keo rất lâu, sau đó có một phần
R

R

R

R

chuyển thành tinh thể. Do lượng nước ngày càng mất đi, keo dần dần bị khô,
kết chặt lại và trở nên rắn chắc. Sản phẩm của giai đoạn này chính là vật liệu
XMĐ.
1.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU XI
MĂNG ĐẤT
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của đất gia cố nhân tạo. Một
vài yếu tố quan trọng nhất rút ra từ các thí nghiệm là:
- Bản chất hố lý của đất như kích thước hạt, độ khống, hàm lượng
nước, hàm lượng mùn hữu cơ, pH và giới hạn Atterberg;

- Số lượng và chất lượng của chất làm cứng và các phụ gia (nếu có);
- Điều kiện trộn và điều kiện đóng rắn như tỉ lệ nước/ximăng, thời gian
trộn và thời gian ninh kết;
- Phương pháp chế mẫu và thí nghiệm như sự phân bố mẫu, loại thiết
bị của phịng thí nghiệm, cấp biến dạng và phương pháp đo biến dạng.
Luận văn Thạc sĩ

Đặng Đình Thành


Trường Đại học Thuỷ Lợi

20

1.4.1 Loại đất
Bản chất lý hoá của đất (như đường cong thành phần hạt, hàm lượng
ngậm nước, giới hạn Silicát và nhôm, pH của nước lỗ rỗng và hàm lượng
chất mùn hữu cơ) ảnh hưởng đến tính chất của khối XMĐ.
1.4.1.1 Thành phần hạt
Theo tài liệu “Cơ học đất và phân loại nền móng cơng trình” của tạp chí
kỹ thuật Mỹ: Loại đất là nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới tính chất của
vật liệu XMĐ. Nếu loại đất không phù hợp( Thành phần hạt, hàm lượng các
chất) sẽ ảnh hưởng tới kết quả của vật liệu XMĐ. Nhìn chung kinh nghiệm đã
chỉ ra rằng loại đất có thành phần dưới đây có thể làm cho vật liệu XMĐ có
cường độ lớn hơn:
- Phần trăm hạt nhỏ nhất (0.002mm) nhỏ hơn 35%
- Phần trăm hạt 4.76mm lớn hơn 55%
- Hạt có kích thước lớn nhất (3inch) 7,62 cm
- Giới chảy nhỏ hơn 50%
- Chỉ số dẻo nhỏ hơn 25%

Thí nghiệm kiểm tra từ nhiều mẫu đất từ nhiều vùng khác nhau bởi
Catton chỉ ra rằng kích thước hạt, độ chặt, hàm lượng nước, hàm lượng chất
hữu cơ ảnh hưởng tới hàm lượng gia cố Ximăng.
Bảng thông số cường độ vật liệu XMĐ khi gia cố 10% theo khối lượng
của các loại đất khác nhau.
Bảng1.1- Thông số cường độ XMĐ
Loại đất

TT
1
2
3
4

Đất sét và đất hữu cơ
Bùn phù sa, bùn sét, đất ít hữu cơ
Đất bùn sét, sét pha
Đất bùn cát, cát pha

Luận văn Thạc sĩ

Hàm lượng Ximăng
%
10
10
10
10

qu
KN/m2

<352
352-1056
704-1760
1760-3521
R

P

Đặng Đình Thành