Nghiên cứu ứng dụng trụ đất trộn xi măng trong vùng đất nhiễm phèn ở ô môn – cần thơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH NGỌC THẮM

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG
TRONG VÙNG ĐẤT NHIỄM PHÈN Ở Ô MÔN – CẦN THƠ

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã số: 60 58 02 11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2015


Cơng trình được hồn thành tại trường: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS ĐỖ THANH HẢI

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS NGUYỄN VIỆT TUẤN

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS VÕ PHÁN

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM
ngày 08 tháng 01 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. GS.TS TRẦN THỊ THANH – CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
2. TS NGUYỄN VIỆT TUẤN – CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1
3. PGS. TS VÕ PHÁN – CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2
4. TS. PHẠM TƯỜNG HỘI - ỦY VIÊN HỘI ĐỒNG
5. TS. NGUYỄN MẠNH TUẤN - THƯ KÝ HỘI ĐỒNG

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: HUỲNH NGỌC THẮM

MSHV: 7140772

Ngày, tháng, năm sinh: 29/06/1982

Nơi sinh: Bạc Liêu

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã số: 60.58.02.11

I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG VÙNG ĐẤT
NHIỄM PHÈN Ở Ô MÔN – CẦN THƠ
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nhiệm vụ: Xác định loại xi măng, hàm lượng xi măng đến cường độ trụ đất trộn xi
măng xử lý nền đất yếu ở khu vực Ơ Mơn thành phố Cần Thơ. Ứng dụng kết quả thí
nghiệm, tính tốn theo phương pháp giải tích và theo phương pháp mô phỏng bằng phần tử
hữu hạn cho cơng trình tuyến đường LIA 4 – quận Ơ Môn thành phố Cần Thơ
Nội dung:
Mở đầu:
Chương 1: Tổng quan về trụ đất trộn xi măng và tình hình nghiên cứu, ứng dụng trụ
đất trộn xi măng
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn và các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của trụ
đất trộn xi măng
Chương 3: Thí nghiệm xác định sự thay đổi cường độ và mô đun đàn hồi của mẫu đất
trộn xi măng theo loại xi măng và hàm lượng xi măng.
Chương 4: Ứng dụng xử lý nền đất yếu cơng trình tuyến đường LIA 4 – quận Ơ Mơn
thành phố Cần Thơ
Kết luận và kiến nghị:
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

06/07/2015

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

04/12/2015

V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. ĐỖ THANH HẢI

Tp. HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015

CÁN BỘ
HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

KHOA QUẢN LÝ
CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

TS. ĐỖ THANH HẢI

PGS.TS LÊ BÁ VINH

PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy Cơ trong bộ mơn Địa cơ – nền móng,
khoa Kỹ thuật xây dựng trường Đại học Bách khoa đã tận tình giảng dạy, truyền đạt
cho em những kiến thức rất cần thiết, những kinh nghiệm hết sức hữu ích trong trong
thời gian tham gia khóa học.
Với tất cả lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy
Tiến sĩ Đỗ Thanh Hải. Mặc dù Thầy rất bận rộn trong công tác giảng dạy và nghiên
cứu khoa học, nhưng Thầy vẫn nhiều thời gian quý báu để hướng dẫn tận tình, cụ thể,
và tào điều kiện tốt nhất, giúp em hoàn thành luận văn trong thời gian quy định.

Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã ln
động viên, giúp đỡ em trong q trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 1015
Học viên HUỲNH NGỌC THẮM


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên đề tài:
“Nghiên cứu ứng dụng trụ đất trộn xi măng trong vùng đất nhiễm phèn ở Ơ
Mơn – Cần Thơ”.
Tóm tắt đề tài:
Luận văn tập trung nghiên cứu loại xi măng và hàm lượng xi măng đến cường
độ chịu nén và mô đun đàn hồi của trụ đất trộn xi măng theo kết quả thí nghiệm nền
đất yếu – có độ pH thấp ở khu vực Ơ Mơn – Cần Thơ. Từ kết quả thí nghiệm tác giả đã
xác định được loại xi măng phù hợp cho vùng đất này và hàm lượng xi măng thích hợp
để xử lý nền đất yếu. Ứng dụng kết quả thí nghiệm vào tính tốn cơng trình cụ thể ở
khu vực, kết quả tính tốn độ lún giảm hơn 8 lần so với nền đất yếu chưa gia cố.

SUMMARY OF THESIS
TOPIC
“Researching application of soil cement column in alum earth areas Omon –
Cantho”
ABSTRACT
This study investigates cement species and cement content to compressive
strength and modulus of soil cement column test results from weak ground - low pH
in areas Omon – Cantho. From the experimental results the authors have identified
cements suitable for this land and cement content suitable for processing soft clay
foundation. Application of test results to calculate the specific projects in the areas,
settlement calculation results redution more than 8 times the soft ground not
reinforced.

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, đây là công trình khoa học do chính tơi nghiên cứu,
được thực hiện dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Đỗ Thanh Hải.
Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa được
ai công bố trong bất cứ cơng trình nghiên cứu nào trước đây.
Nếu có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước hội đồng
về kết quả luận văn của mình.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015
Tác giả


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 9
1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................................. 9
2. Mục tiêu đề tài............................................................................................................ 9
3. Mục đích đề tài ........................................................................................................... 9
4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 10
5. Nội dung nghiên cứu................................................................................................ 10
6. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................. 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG VÀ TÌNH HÌNH
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG .................................. 11
1.1. Tổng quan về trụ đất trộn xi măng ..................................................................... 11
1.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ đất
trộn xi măng trên thế giới [7]...................................................................................... 11
1.3. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ xi
măng đất tại Việt Nam ................................................................................................ 11
1.4. Các công nghệ thi công......................................................................................... 13
1.4.1. Công nghệ trộn khô: .......................................................................................... 13

1.4.2. Công nghệ trộn ướt: .......................................................................................... 13
1.5. Ưu điểm trụ đất trộn xi măng ............................................................................. 14
1.6. Kết luận chương 1................................................................................................. 14
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN VÀ CÁC NHÂN TỐ ẢNH
HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CỦA TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG ........................... 15
2.1. Q trình cơ học và hóa lý của trụ đất trộn xi măng ........................................ 15
2.1.1. Quá trình nén chặt cơ học................................................................................. 15
2.1.2. Quá trình cố kết thấm ....................................................................................... 16
2.1.2.1. Giai đoạn hòa tan: ............................................................................................. 16
2.1.2.2. Giai đoạn hóa keo: ............................................................................................ 16
2.1.2.3. Giai đoạn kết tinh: ............................................................................................ 17
2.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ trụ đất trộn xi măng ............................ 17
2.2.1. Ảnh hưởng của loại đất ..................................................................................... 17
2.2.2. Ảnh hưởng của tuổi đất trộn xi măng ............................................................. 18
2.2.3. Ảnh hưởng loại xi măng .................................................................................... 19
1


2.2.4. Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng ................................................................ 19
2.2.5. Ảnh hưởng của lượng nước .............................................................................. 20
2.2.6. Ảnh hưởng của độ pH ....................................................................................... 21
2.2.7. Ảnh hưởng của độ rỗng .................................................................................... 22
2.3. Các phương pháp tính tốn trụ đất trộn xi măng ............................................. 22
2.3.1. Phương pháp tính tốn theo quan điểm trụ đất trộn xi măng làm việc như
cọc .................................................................................................................................. 22
a/. Ðánh giá ổn định trụ đất trộn xi măng theo trạng thái giới hạn 1 ......................... 22
b/. Ðánh giá ổn định trụ đất trộn xi măng theo trạng thái giới hạn 2
....................................................................................................................................... 23
2.3.2. Phương pháp tính tốn theo quan điểm như nền tương đương.................... 23
2.3.3. Phương pháp tính tốn theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu

Á .................................................................................................................................... 23
a/. Khả năng chịu tải của trụ đơn ......................................................................................
....................................................................................................................................... 23
b/. Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ ................................................................ 24
2.3.4 Tính tốn các thơng số trụ đất trộn xi măng ................................................... 26
2.4. Thiết kế thành phần hỗn hợp trụ đất trộn xi măng .......................................... 26
2.4.1. Lựa chọn tỷ lệ xi măng – đất ............................................................................ 27
2.4.2. Lựa chọn lượng nước ........................................................................................ 28
2.5. Kết luận chương 2................................................................................................. 28
Chương 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỰ THAY ĐỔI CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN
VÀ MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA MẪU ĐẤT TRỘN XI MĂNG THEO LOẠI XI
MĂNG VÀ HÀM LƯỢNG XI MĂNG ...................................................................... 30
3.1. Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của mẫu đất trộn với xi măng ...........300
3.1.1. Dụng cụ thiết bị thí nghiệm và chuẩn bị vật tư ............................................300
3.1.2. Các đặc trưng cơ lý của đất, xi măng làm thí nghiệm .................................311
3.1.2.1. Đặc trưng cơ lý của đất tự nhiên ....................................................................311
3.1.2.2. Lựa chọn và thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý các loại xi măng tạo trụ đất trộn
xi măng ........................................................................................................................322
a/. Lựa chọn loại xi măng tạo tạo trụ đất trộn xi măng............................................322
b/. Thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý các loại xi măng tạo trụ đất trộn xi măng ......322
3.2. Công tác chế bị mẫu thử trụ đất trộn xi măng ................................................333
3.2.1. Chuẩn bị đất thí nghiệm .................................................................................333
2


3.2.2. Xác định lượng xi măng dùng trong thí nghiệm...........................................333
3.2.3. Xác định lượng nước dùng trong thí nghiệm................................................344
3.2.4. Đúc mẫu và bảo dưỡng mẫu ...........................................................................344
3.2.5. Thí nghiệm nén xác định cường độ trụ đất trộn xi măng ............................365
3.2.6. Tính tốn kết quả thí nghiệm………………………………………………37

3.2.7. Kết quả thí nghiệm ........................................................................................3838
a/. Kết quả thí nghiệm với xi măng Tây Đơ PCB40 ở 7, 14 và 28 ngày tuổi ............3838
b/. Kết quả thí nghiệm với xi măng Tây Đô Stable Soil ở 7, 14 và 28 ngày tuổi ......3939
3.3. Phân tích kết quả thí nghiệm .............................................................................411
3.4. Kết luận chương 3...............................................................................................455
Chương 4: ỨNG DỤNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CƠNG TRÌNH TUYẾN
ĐƯỜNG LIA 4 - QUẬN Ô MÔN THÀNH PHỐ CẦN THƠ ................................466
4.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên ............................................................................4646
4.1.1. Vị trí địa lý ......................................................................................................... 46
4.1.2. Đặc điểm địa hình .............................................................................................. 46
4.1.3.

hí hậu ...........................................................................................................4747

4.1.4. Tài nguyên đất, tài nguyên nước ..................................................................4747
4.1.5. Tài nguyên khoáng sản .................................................................................4747
4.2. Mơ tả cơng trình .................................................................................................467
4.3. Địa tầng khu vực Ơ Mơn thành phố Cần Thơ. ................................................488
4.4. Tính tốn độ lún và ổn định của nền đường khi chưa gia cố .........................500
4.4.1. Tính tốn theo tiêu chuẩn 22 TCN262-2000 .................................................500
4.4.2. Mơ phỏng bài tốn bằng phương pháp phần tử hữu hạn ............................. 54
4.4.3. Phân tích kết quả ............................................................................................... 56
4.5. Tính tốn độ lún và ổn định của nền đường đã gia cố trụ đất trộn xi măng .. 56
4.5.1. Tính tốn bằng phương pháp giải tích ............................................................ 56
4.5.1.1. Tải trọng tính tốn ............................................................................................ 56
a/. Số liệu tính tốn ........................................................................................................ 56
b/. Ước lượng độ lún của nền đường đã gia cố trụ đất trộn xi măng .......................... 56
4.5.1.2. Tính tốn thiết kế trụ đất trộn xi măng ............................................................. 58
a/. Xác định khả năng chịu tải của trụ đơn theo đất nền .............................................. 58
b/. Xác định khả năng chịu tải của trụ đơn theo vật liệu .............................................. 58

3


c/. Xác định khoảng cách giữa các trụ .......................................................................... 59
d/. Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ ................................................................ 61
e/ Tính tốn các thơng số của nền tương đương ........................................................... 61
f/. Kiểm tra tải trọng tác dụng lên trụ đất trộn xi măng ................................................ 62
4.5.1.3. Tính tốn độ lún tổng cộng của nền đất yếu sau khi gia cố trụ đất trộn xi măng
....................................................................................................................................... 63
a/ Tính tốn độ lún h1 trong khối gia cố ...................................................................... 63
b/ Tính tốn độ lún h2 dưới khối gia cố ....................................................................... 64
4.5.2. Mô phỏng bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn ............................. 66
4.5.2.1. Vật liệu đất trộn xi măng được mô phỏng theo mơ hình đàn hồi tuyến tính
(Linear elastic). ............................................................................................................. 67
4.5.2.2. Vật liệu đất trộn xi măng được mô phỏng theo nền tương đương. ................687
4.5.3. Tổng hợp kết quả ................................................................................................. 70
4.6. Nghiên cứu độ lún cơng trình khi thay đổi tỷ lệ bố trí trụ thơng qua phần
mềm Plaxis.................................................................................................................... 70
4.6.1. Giữ nguyên chiều dài trụ, giảm khoảng cách trụ xuống 1,2m (vật liệu xi
măng – đất được mô phỏng theo nền tương đương) ............................................7069
4.6.2. Giữ nguyên chiều dài trụ, giảm khoảng cách trụ xuống 1,0m (vật liệu xi
măng – đất được mô phỏng theo nền tương đương) ..............................................721
4.6.3. Tổng hợp kết quả…………………………………………………………..…73
4.7. Kết luận chương 4.............................................................................................. 754
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 76
1. Kết luận .................................................................................................................... 76
2. Kiến nghị .................................................................................................................. 76

4

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Qult

(kN)

: sức chịu tải giới hạn của trụ đất trộn xi măng.

[M]

(kNm)

: moment giới hạn của trụ đất trộn xi măng.
: là hệ số an toàn.

Fs
[S]

S

i

(cm)

: độ lún giới hạn cho phép.

(cm)

: độ lún tổng cộng của móng trụ.
: Gọi as là tỉ lệ giữa diện tích trụ đất trộn xi măng thay

as
thế trên diện tích đất nền.
Ap

(m2)

: diện tích đất nền thay thế bằng đất trộn xi măng.

As

(m2)

: diện tích đất nền cần thay thế.

Ecol

(kN/m2)

: mô đun đàn hồi của trụ đất trộn xi măng.

Cucol

(kN/m2)

: cường độ kháng cắt của vật liệu đất trộn xi măng.

φucol

(độ)

: góc ma sát trongcủa trụ đất trộn xi măng.

Acol

(m2)

: diện tích tiết diện ngang của trụ đất trộn xi măng.

Asoil

(m2)

: diện tích vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh

Esoil

(kN/m2)

: Mô đun đàn hồi của nền tự nhiên.

Cu.soil

(kN/m2)

: lực dính của nền tự nhiên.

φsoil

(độ)

: góc ma sát trong của vùng đất yếu.

Etđ

(kN/m2)

: mô đun đàn hồi nền tương đương.

Ctđ

(kN/m2)

: mực dính tương đương của nền đất yếu được gia cố.

φtđ

(độ)

: Góc ma sát trong của nền tương đương.

E50

(kN/m2)

: là mô đun đàn hồi của trụ đất trộn xi măng đạt đến

d

(m)

: đường kính trụ.

Lcol

(m)

: chiều dài trụ.

B, L, H

(m)

: chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm trụ đất

(m)

: chiều dày lớp đất tính tốn thứ i.

trụ đất trộn xi măng.

50% phá hủy.

trộn xi măng.
hi
ei 0

: độ rỗng ban đầu của lớp đất tính tốn thứ i.

Cc

: chỉ số nén.

Cr

: chỉ số nở.


 vzi

(kN/m2)

: áp lực hữu hiệu do trọng lượng bản thân các lớp đất

tự nhiên nằm trên lớp i.

 ipz

(kN/m2)

: áp lực tiền cố kết ở lớp i.

 zi

(kN/m2)

: áp lực do tải trọng gây lún ở lớp i;

Qp

kN

: khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cọc

ffs

: hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất

fq

: hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài

H

(m)

: chiều cao nền đắp.

q

(kN/m2)

: tải trọng ngoài tác dụng lên đỉnh cột đất.
: hệ số ứng với tải phân bố đều trên diện tích chữ

k0
nhật.
Zi

(m)

: khoảng cách từ đỉnh cột đất đến trọng tâm lớp thứ i.

γ’ i

(kN/m3)

: trọng lượng riêng đẩy nổi ở lớp đất thứ i.

Si

(m)

: độ lún cố kết ở lớp thứ i.

Wc

(g)

: khối lượng xi măng.

W0

(g)

: khối lượng đất phơi khô.

w

(%)

: hàm lượng nước tự nhiên của đất.

w0

(%)

: hàm lượng nước của đất phơi khô.
: tỷ lệ trộn của xi măng.

aw
Ww

(g)

μ

: kối lượng nước.
: tỷ lệ nước – xi măng.

(kN/m2)

: cường độ chịu nén của mẫu xi măng – đất ở tuổi thí

P

(kN)

: tải trọng phá hoại.

A

(m2)

: diện tích chịu nén của mẫu.

qumax

(kN/m2)

: cường độ chịu nén lớn nhất của mẫu xi măng – đất ở

ε

(%)

: biến dạng phá hoại.

∆h

(cm)

: biến dạng.

h0

(cm)

: chiều cao mẫu ban đầu.

B

(m)

: chiều rộng mặt đường.

qu
nghiệm.

tuổi thí nghiệm.


MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Sơ đồ cơng nghệ thi công trụ đất trộn xi măng theo phương pháp trộn khơ 13
Hình 1.2. Sơ đồ cơng nghệ thi cơng trụ đất trộn xi măng theo phương pháp trộn ướt. 14
Hình 2.1. Ảnh hưởng của loại đất ................................................................................. 17
Hình 2.2. Ảnh hưởng của loại xi măng đến cường độ nén ............................................ 19
Hình 2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ nén ................................. 20
Hình 2.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ xi măng đến cường độ nén nở hông cầu Khánh Hội.... 20
Hình 2.5. Ảnh hưởng của lượng nước ban đầu đến cường độ nén ............................... 21
Hình 2.6. Ảnh hưởng của độ pH đến cường độ nén nở hông ở đại lộ Đơng tây Sài Gịn
....................................................................................................................................... 21
Hình 2.7. Ảnh hưởng của độ rỗng đến cường độ nén nở hông ở đại lộ Đơng tây Sài
Gịn ................................................................................................................................ 22
Hình 2.8. Mơ hình tính lún trường hợp A ...................................................................... 24
Hình 2.9. Mơ hình tính lún cho trường hợp B ............................................................... 26
Hình 3.1. Máy đo pH ...................................................................................................300
Hình 3.2. Máy nén đơn khơng hạn chế nở hơng..........................................................300
Hình 3.3. Máy trộn mẫu xi măng - đất ........................................................................311

Hình 3.4. Quá trình trộn và đúc mẫu xi măng – đất ...................................................355
Hình 3.5. Mẫu xi măng – đất sau khi được tháo khn và bảo dưỡng .......................355
Hình 3.6. Mẫu xi măng – đất sau khi được gia công và lắp đặt vào máy nén ............366
Hình 3.7. Mẫu xi măng – đất sau khi bị phá hoại .......................................................366
Hình 3.8. Cường độ của xi măng - đất tăng lên theo hàm lượng xi măng ở 28 ngày tuổi
.....................................................................................................................................411
Hình 3.9. Mối tương quan giữa cường độ chịu nén 7 ngày và 28 ngày tuổi (xi măng
Tây Đơ PCB40) ...........................................................................................................422
Hình 3.10. Mối tương quan giữa cường độ chịu nén 7 ngày và 28 ngày tuổi (xi măng
Tây Đơ Stable Soil) ......................................................................................................422
Hình 3.11. Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến mô đun đàn hồi ở 28 ngày tuổi .433
Hình 3.12. Cường độ của xi măng - đất tăng lên theo thời gian với hàm lượng 13% 433
Hình 3.13. Mối tương quan giữa biến dạng phá hoại trung bình của mẫu xi măng – đất
với hàm lượng xi măng (Xi măng Tây Đô PCB40) .....................................................444
Hình 3.14. Mối tương quan giữa biến dạng phá hoại của mẫu xi măng – đất với hàm
lượng xi măng (Xi măng Tây Đô Stable Soil) ..............................................................444
5


Hình 4.1. Vị trí địa lý thành phố Cần Thơ ..................................................................... 46
Hình 4.2. Địa tầng đại diện tại khu vực Ơ Mơn ............................................................ 48
Hình 4.3. Mơ hình tính lún theo phương pháp tổng lớp phân tố của lớp đất 1 ..........522
Hình 4.4. Mơ hình tính lún theo phương pháp tổng lớp phân tố của nền tự nhiên .....544
Hình 4.5. Mơ phỏng nền đường chưa gia cố ...............................................................555
Hình 4.6. Kết quả tính tốn tổng độ lún khi đắp đất trực tiếp trên nền tự nhiên ........555
Hình 4.7. Sơ đồ xác định Lp, Ls...................................................................................... 60
Hình 4.8. Kích thước cơ bản nền tự nhiên đã được gia cố trụ xi măng – đất ............... 60
Hình 4.9. Mơ hình tính lún theo phương pháp tổng lớp phân tố của nền sau khi gia cố
trụ đất trộn xi măng .....................................................................................................665
Hình 4.10. Mơ hình nền đường gia cố trụ đất trộn xi măng ......................................... 67

Hình 4.11. Kết quả tính tốn tổng chuyển vị nền đường gia cố trụ đất trộn xi măng 687
Hình 4.12. Kết quả tính tốn hệ số ổn định nền đường...............................................687
Hình 4.13. Mơ hình nền đường gia cố trụ đất trộn xi măng .......................................698
Hình 4.14. Kết quả tính tốn tổng độ lún nền đường gia cố gia cố trụ đất trộn xi măng
....................................................................................................................................... 69
Hình 4.15. Kết quả tính tốn hệ số ổn định nền đường đã gia cố trụ đất trộn xi măng
.....................................................................................................................................709
Hình 4.16. Mơ hình nền đường gia cố với a=0.196 ...................................................... 71
Hình 4.17. Kết quả tính tốn tổng chuyển vị nền đường S = 4,193 (cm)....................721
Hình 4.18. Kết quả tính tốn hệ số ổn định nền đường đã gia cố trụ đất trộn xi măng
.....................................................................................................................................721
Hình 4.19. Mơ hình nền đường gia cố với a = 0,283 .................................................... 73
Hình 4.20. Kết quả tính tốn tổng chuyển vị nền đường S = 4,096 (cm)....................743
Hình 4.21. Kết quả tính tốn hệ số ổn định nền đường đã gia cố trụ đất trộn xi măng
.....................................................................................................................................743

6


MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1.Tỷ lệ xi măng với đất tối ưu tương ứng với các loại đất khác nhau (Mitchell
and Freitag, 1959) .......................................................................................................... 27
Bảng 2.2. Tỷ lệ xi măng với các loại đất khác nhau theo hệ thống phân loại Unified
(Mitchell and Freitag, 1959) .......................................................................................... 27
Bảng 3.1. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất làm thí nghiệm ...........................311
Bảng 3.2. Thành phần hóa học của xi măng Tây Đơ PCB40 ......................................322
Bảng 3.3. Đặc tính

thu t của xi măng Tây Đơ PCB40 ...........................................322

Bảng 3.4. Thành phần hóa học của xi măng Tây Đô Stable Soil ................................333
Bảng 3.5. Đặc tính

thu t của xi măng Tây Đơ Stable Soil .....................................333

Bảng 3.6. Số lượng mẫu xi măng – đất .......................................................................366
Bảng 3.7. Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + xi măng Tây Đô PCB40 với aw = 13% và
nén ở 7 ngày tuổi .......................................................................................................3838
Bảng 3.8. Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + xi măng Tây Đô PCB40 với aw = 13% và
nén ở 14 ngày tuổi .....................................................................................................3838
Bảng 3.9. Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + xi măng Tây Đơ PCB40 với hàm lượng
xi măng hác nhau và nén ở 28 ngày tuổi .................................................................3939
Bảng 3.10. Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + xi măng Tây Đô Stable Soil với aw =
13% và nén ở 7 ngày tuổi ..........................................................................................3939
Bảng 3.11. Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + xi măng Tây Đô Stable Soil với aw =
13% và nén ở 14 ngày tuổi ..........................................................................................400
Bảng 3.12. Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + xi măng Tây Đô Stable Soil với hàm
lượng xi măng hác nhau và nén ở 28 ngày tuổi.........................................................400
Bảng 3.13. So sánh tỷ lệ gia tăng cường độ của 2 loại xi măng ở hàm lượng aw = 13%
.....................................................................................................................................411
Bảng 3.14. Bảng tổng hơp chênh lệch về cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi giữa xi
măng Tây Đô Stable Soil và xi măng Tây Đô PCB40 ................................................411
Bảng 3.15. Bảng tổng hơp mô đun đàn hồi của 2 loại xi măng ứng với các hàm lượng
xi măng hác nhau .......................................................................................................433
Bảng 4.1. Tổng hợp thành phần địa chất các lớp đất .................................................... 49
Bảng 4.2. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý .........................................................................500
7

Bảng 4.3. Độ lún của lớp đất 1 hi chưa gia cố ..........................................................511
Bảng 4.4. Bảng tính dự báo độ lún cố kết theo thời gian của lớp đất 1 ......................533
Bảng 4.5. Độ lún của nền tự nhiên hi chưa gia cố.....................................................534
Bảng 4.6. Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng đất nền tự nhiên.....................555
Bảng 4.7. Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng lớp đất 1 .........................................................587
Bảng 4.8. Bảng tính dự báo độ lún cố kết theo thời gian của lớp 1 sau khi gia cố trụ đất
trộn xi măng .................................................................................................................643
Bảng 4.9. Độ lún của đất chưa gia cố, dưới mũi trụ ....................................................654
Bảng 4.10. Tổng hợp độ lún của nền đường chưa và đã gia cố bằng trụ xi măng – đất
theo phương pháp giải tích ..........................................................................................665
Bảng 4.11. Thơng số đầu vào dùng cho việc mô phỏng đất nền .................................676
Bảng 4.12. Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng v t liệu xi măng – đất..........676
Bảng 4.13. Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng đất nền .................................687
Bảng 4.14. Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng v t liệu đất trộn xi măng .....698
Bảng 4.15. Bảng tổng hợp kết quả các giải pháp xử lý đất yếu .................................... 69
Bảng 4.16. Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng đất nền .................................710
Bảng 4.17. Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng v t liệu xi măng – đất..........710
Bảng 4.18. Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng đất nền .................................732
Bảng 4.19. Thông số đầu vào dùng cho việc mô phỏng v t liệu xi măng – đất..........732
Bảng 4.20. Bảng tổng hợp kết quả các giải pháp xử lý đất yếu ..................................743

8


MỞ ĐẦU
1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Đồng bằng sơng Cửu Long nói chung và khu vực thành phố Cần Thơ nói riêng
có điều kiện địa chất khơng thu n lợi cho việc xây dựng, nền đất tự nhiên trong nhiều
trường hợp chưa đáp ứng được khả năng chịu tải của các cơng trình thiết kế bên trên
như nhà, đường xá, kho bãi, cầu, cống…

Trong thực tế, có nhiều phương pháp xử lý gia cố nền đất yếu hác nhau đã áp
dụng như: cọc bê tông cốt thép, cọc cát, cọc tràm, bấc thấm kết hợp gia tải trước, giếng
cát…Tuy nhiên, mỗi phương pháp điều có những ưu nhược điểm giới hạn về mặt kinh
tế và k thu t. Đặc biệt với nền đất yếu chịu tải trọng công trình bên trên nhẹ, diện tích
rộng và kéo dài thì phương pháp trụ xi măng đất đáp ứng được nhiều ưu điểm về giá
thành cũng như hiệu quả k thu t.
Điều kiện địa chất và thủy văn của khu vực có nhiều vùng đất bị nhiễm phèn,
có độ pH thấp. Việc gia cố nền đất trộn xi măng trong vùng đất nhiễm phèn sẽ làm
giảm cường độ của hỗn hợp. Do đó, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng trụ đất xi măng
trong vùng đất nhiễm phèn ở Ơ Mơn - Cần Thơ” được thực hiện nhằm đánh giá sự
thay đổi cường độ này và tìm ra loại xi măng thích hợp cho hỗn hợp. Kết quả nghiên
cứu có thể giúp cho những k sư địa k thu t và k sư xây dựng có được một phương
pháp thích hợp khi triển khai thiết kế, thi công cho khu vực thành phố Cần Thơ.
2. Mục tiêu đề tài
- Thí nghiệm xác định loại xi măng và hàm lượng xi măng ảnh hưởng đến
cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi của hỗn hợp đất trộn xi măng. Ứng dụng kết quả
thu được từ thí nghiệm, tính tốn độ lún và độ ổn định cho nền đất yếu cơng trình
tuyến đường LIA 4 – qu n Ơ Mơn thành phố Cần Thơ bằng phương pháp giải tích và
phương pháp phần tử hữu hạn, so sánh kết quả tính tốn này với nền đất tự nhiên chưa
được gia cố.
3. Mục đích đề tài
Giúp cho những người làm cơng tác xây dựng có được một kho tài liệu và cơ sở
tham khảo để xử lý nền đất yếu có độ pH thấp cho các cơng tình có tải trọng nhẹ, khối
đắp, ổn định mái dốc… ở khu vực Ơ Mơn, cũng như ở các khu vực khác có nền đất
yếu tương tự.
9


4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về trụ đất trộn xi

măng. Tổng hợp và phân tích về việc hình thành cường độ của hỗn hợp xi măng đất.
- Phương pháp tính tốn: Áp dụng lý thuyết để tính tốn thiết kế trụ đất trộn xi
măng.
- Phương pháp thực nghiệm: Khoan lấy mẫu đất tự nhiên, đo pH ở điều kiện tự
nhiên, chế bị mẫu xi măng đất với các loại xi măng và hàm lượng xi măng khác nhau.
- Phương pháp mơ phỏng phần tử hữu hạn để kiểm tốn điều kiện ổn định cơng
trình.
5. Nội dung nghiên cứu
- Tình hình, nghiên cứu ứng dụng phương pháp trụ đất trộn xi măng
- Cơ sở lý thuyết phương pháp tính tốn thiết kế trụ đất trộn xi măng.
- Công nghệ thi công trụ đất trộn xi măng.
- Đặc điểm nền đất yếu ở Ơ Mơn – Cần Thơ.
- Nghiên cứu, chọn loại xi măng và hàm lượng xi măng tạo trụ đất trộn xi măng
cho đất yếu ở Ơ Mơn.
- Ứng dụng phương pháp trụ đất trộn xi măng cho cơng trình ở Ơ Mơn.
6. Phạm vi nghiên cứu
Ứng dụng của phương pháp trụ đất trộn xi măng trong vùng đất yếu ở Ơ Mơn –
Cần Thơ

10


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG VÀ TÌNH
HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG
1.1. Tổng quan về trụ đất trộn xi măng
Trụ đất trộn xi măng (hay còn gọi là cột đất trộn xi măng, cọc đất trộn xi măng)
là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi
thiết bị hoan phun. Mũi hoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến hi đạt độ sâu
lớp đất cần gia cố thì quay ngược lại và dịch chuyển lên. Trong quá trình dịch chuyển
lên, xi măng được phun vào nền đất (bằng áp lực hí nén đối với hỗn hợp khô hoặc

bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt).
Quá trình phun (hoặc bơm) chất gia cố để trộn với đất trong hố khoan, tùy theo
yêu cầu có thể được thực hiện ở cả hai pha khoan xuống và rút lên của mũi hoan hoặc
chỉ thực hiện ở pha rút mũi hoan lên.
Khi mũi hoan được rút khỏi hố hoan, đất trong hố hoan đã được trộn đều
với chất kết dính dần dần đơng cứng tạo thành trụ đất trộn xi măng.
1.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ đất
trộn xi măng trên thế giới [7].
Tại Châu Âu, công nghệ trụ đất trộn xi măng được nghiên cứu bắt đầu ở Thụy
Điển và Phần Lan vào năm 1967. Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (cao 6m, dài 8m)
đã được xây dựng ở Phần Lan, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng và
chiều dài trụ về mặt khả năng chịu tải.
Tại Châu Á, nước ứng dụng trụ đất trộn xi măng nhiều nhất là Nh t Bản và các
nước vùng Scandinaver. Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nh t Bản), tính chung
trong giai đoạn 80-96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3. Riêng từ 1977 đến 1993,
lượng đất gia cố bằng trụ đất trộn xi măng ở Nh t vào khoảng 23,6 triệu m3 cho các dự
án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng 300 dự án. Hiện nay hàng năm thi công
khoảng 2 triệu m3.
Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu vào những năm 1970, tổng khối
lượng xử lý bằng trụ đất trộn xi măng ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1
triệu m3.
1.3. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ xi
măng đất tại Việt Nam
11


Tại Việt Nam, việc áp dụng thi công đại trà gia cố nền đất sử dụng công nghệ
trộn khô thi công trụ đất trộn xi măng bắt đầu được tiến hành từ những năm đầu thế kỷ
21. Năm 2001, t p đồn Hercules của Thụy Điển hợp tác với cơng ty Cổ phần phát
triển xây dựng (TDC) thuộc Tổng công ty xây dựng Hà Nội đã thi công xử lý nền

móng cho 08 bể chứa xăng dầu có đường kính 21m, cao 9m (dung tích 3000m3/bể) của
cơng ty Tổng ho xăng dầu Cần Thơ bằng trụ đất trộn xi măng. Từ năm 2002 đến
2005 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng trụ đất xi măng vào xây dựng các cơng
trình trên nền đất yếu như: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m trụ
đất trộn xi măng có đường kính 0,6m, 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), dự án
thốt nước đơ thị Đồ Sơn – Hải Phòng, dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu,
các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn hô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m, tham
khảo tài liệu [7].
Năm 2004, Viện khoa học Thủy lợi đã tiếp nh n chuyển giao công nghệ khoan
phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nh t Bản. Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này
trong nghiên cứu sức chịu tải của trụ đơn và nhóm trụ, khả năng chịu lực ngang, ảnh
hưởng của hàm lượng xi măng đến tính chất của trụ đất trộn xi măng …nhằm ứng
dụng trụ đất trộn xi măng vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các cơng trình thủy lợi
[7].
Tại Nghệ An, nhóm đề tài cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại, cống
D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An), tại thành phố Đà Nẵng, trụ đất trộn xi măng
được ứng dụng ở plazza Vĩnh Trung dưới 2 hình thức: làm tường trong đất và làm cọc
thay cọc nhồi [7].
Tại Hà Nội, hầm đường bộ Kim Liên được xây dựng trong khu vực địa chất
yếu, nhất là khu vực phía đường Đào Duy Anh, chính vì v y nền đất dưới hầm đã
được cải tạo bằng phương pháp trụ đất gia cố xi măng với chiều dày khoảng 1,5 –
6,0m. Việc gia cố đất tại đáy bằng phương pháp trụ đất gia cố xi măng hông nhằm gia
cố nền đất mà chỉ với mục đích chống trượt trồi hi đào xuống độ sâu lớn (trên 10m)
và cũng hông phải gia cố tại tất cả các vị trí đào mà căn cứ theo điều kiện địa chất
từng khu vực, có nơi gia cố, có nơi hơng. Việc gia cố ảnh hưởng đến độ lún của các
đốt hầm. Đường Láng Hòa Lạc nối Thủ đô Hà Nội với khu công nghệ cao Hịa Lạc đi
qua nhiều sơng ngịi và có nhiều gia cắt với đường bộ, đường sắt, dọc theo con đường
12

này có nhiều hạng mục cơng trình trong q trình thi công đã dùng trụ đất trộn xi
măng để xử lý nền đất yếu, chống lún chống trượt đất cho mái dốc, ổn định đất đường
hầm.
Tại thành phố Hồ Chí Minh, trụ đất trộn xi măng được sử dụng trong dự án Đại
lộ Đông Tây, buidling Saigon Times Square…Hiện nay, các k sư hãng Orbitec đang
đề xuất sử dụng trụ đất trộn xi măng để chống thấm ổn định công trình Hồ bán nguyệt
– hu đơ thị Phú M Hưng, dự án đường trục Bắc Nam (giai đoạn 3) cũng iến nghị
chọn trụ xi măng đất xử lý đất yếu [7].
Tại Cần Thơ - H u Giang - Kiên Giang, trụ đất trộn xi măng được sử dụng
trong Tiểu dự án khép kín tuyến đê, cống vùng Ơ Mơn – Xà No giai đoạn 1, Tiểu dự
án được thiết kế bởi Liên danh HECII-Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam và Công ty
TV & GCCN Đại học Thủy Lợi, thực hiện cho 10 gói thầu với cơng nghệ trộn ướt.
1.4. Các công nghệ thi công
1.4.1. Công nghệ trộn khô:
Trộn khô là quá trình gồm xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn bột xi
măng hô với đất có hoặc khơng có phụ gia.
Ngun lý trộn hơ được mơ tả trên hình 1.1

Hình 1.1. Sơ đồ cơng nghệ thi công trụ đất trộn xi măng theo phương pháp trộn khơ
1.4.2. Cơng nghệ trộn ướt:
Trộn ướt là q trình gồm xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn vữa xi
măng gồm nước, xi măng, có hoặc khơng có phụ gia với đất
Ngun lý trộn ướt được mơ tả trên hình 1.2

13


Hình 1.2. Sơ đồ cơng nghệ thi cơng trụ đất trộn xi măng theo phương pháp trộn ướt
1.5. Ưu điểm trụ đất trộn xi măng

- Phạm vi ứng dụng rộng, thích hợp mọi loại đất từ bùn sét đến sỏi cuội.
- Có thể xử lý lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến lớp đất tốt.
- Thi cơng được trong nước.
- Mặt bằng thi cơng nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến
các cơng trình lân c n.
- Rất sạch sẽ và giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường.
- Thiết bị thi công, v t liệu sử dụng hông quá đắt. Hiệu quả kinh tế cao, giá
thành hạ hơn nhiều so với các phương án xử lý khác.
1.6. Kết luận chương 1
- Phương pháp trụ đất trộn xi măng đã và đang được ứng dụng có hiệu quả ở
nhiều nước trên thế giới. Ở Việt Nam, phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi và
kết quả đạt được tốt ở các cơng trình có quy mơ khơng q lớn, tải trọng cơng trình
bên trên nhẹ và có tầng đất yếu dày như ở ĐBSCL…
- Đất yếu ở ĐBSCL phân bố trên diện rộng, có chiều dày lớn. Vì v y tác giả
chọn Ơ Mơn là vùng đất được đề c p để nghiên cứu loại xi măng và hàm lượng xi
măng đén cường độ của trụ đất trộn xi măng.
- Ưu điểm của trụ đất trộn xi măng; Công nghệ thi công trụ đất trộn xi măng, sự
giống và khác nhau của từng loại công nghệ.

14


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN VÀ CÁC NHÂN TỐ ẢNH
HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CỦA TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG

2.1. Q trình cơ học và hóa lý của trụ đất trộn xi măng
2.1.1. Quá trình nén chặt cơ học
Gia cố nền bằng trụ đất trộn xi măng là dùng thiết bị chuyên dụng đưa một
lượng xi măng vào nền đất. Lượng xi măng này sẽ chiếm chỗ các lỗ rỗng trong đất làm
cho độ lỗ rỗng giảm đi, các hạt đất sắp xếp lại, kết quả là đất nền được nén chặt. Xét

một khối đất có thể tích ban đầu V0, thể tích hạt rắn Vh0, thể tích lỗ rỗng ban đầu Vr0,
ta có:
V0 = Vh0 + Vr0

(2-1)

Sau khi gia cố, thể tích khối đất sẽ là V, thể tích hạt rắn là Vh, thể tích lỗ rỗng là
Vr :
V = Vh + V r

(2-2)

Như v y, sự thay đổi thể tích khối đất là:
ΔV=V0 -V = (Vh0 + Vr0) - (Vh + Vr)

(2.3)

Thể tích các hạt rắn xem như hơng đổi trong q trình gia cố, nghĩa là Vh0 =
Vh, do đó:
ΔV=Vr0 -Vr

ΔV = ΔVr

(2-4)

Biểu thức (2.4) cho thấy: sự thay đổi thể tích khối đất khi gia cố chính là sự
thay đổi thể tích lỗ rỗng trong khối đất.
Như v y, khi gia cố bằng bằng trụ đất trộn xi măng quá trình nén chặt đất xảy ra
tức thời. Hiệu quả nén chặt phụ thuộc vào thể tích xi măng đưa vào nền, nghĩa là phụ
thuộc vào số lượng, đường ính cũng như hoảng cách giữa các trụ, hình dạng bố trí

trụ. Việc xác định đường kính trụ, khoảng cách giữa các trụ và sơ đồ bố trí trụ hồn
tồn có thể xác định như đối với cọc cát. Còn chiều sâu gia cố phụ thuộc vào chiều sâu
vùng hoạt động nén ép dưới đáy móng cơng trình, nghĩa là, tại độ sâu mà ở đó thỏa
mãn một trong các điều kiện sau đây:
- Ứng suất nén ép ( σ z ) nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 ứng suất bản thân ( σ bt ) của đất.
- Ứng suất nén ép ( σ z ) nhỏ hơn hoặc bằng áp lực bắt đầu cố kết thấm của đất.
15


- Ứng suất nén ép σ z  20 – 30KPa
Việc kiểm tra đánh giá định lượng tác dụng nén chặt đất khi gia cố bằng trụ đất
trộn xi măng có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp như hoan lấy mẫu đất trong
phạm vi giữa các trụ để xác định hệ số rỗng cũng như hối lượng thể tích của đất sau
gia cố hoặc dùng thí nghiệm xuyên tĩnh hay nén tĩnh nền.
2.1.2. Q trình cố kết thấm
Ngồi tác dụng nén chặt đất, trụ đất trộn xi măng có tác dụng làm tăng nhanh
quá trình cố kết của đất nền.
Quá trình hình thành cường độ của bằng trụ đất trộn xi măng là q trình biến
đổi hóa lý phức tạp, có thể chia làm hai giai đoạn chính: giai đoạn ninh kết và giai
đoạn rắn chắc. Trong thời gian ninh kết, vữa xi măng mất dần tính dẻo và đặc dần lại
nhưng cường độ còn thấp. Trong giai đoạn rắn chắc, chủ yếu xảy ra q trình thủy hóa
các thành phần khoáng v t của clinke, gồm silicat tricalcit 3CaO.SiO2, silicat bicalcit
2CaO.SiO2,

aluminat

tricalcit

3CaO.Al2O3,

fero-aluminat

tetracalcit

4CaO.Al2O3Fe2O3, phản ứng thủy hóa có thể biểu diễn:
3CaO.SiO2 + nH2O = Ca(OH)2 + 2CaO.SiO2(n-1)H2O
2CaO.SiO2 + mH2O = 2CaO.SiO2mH2O
3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O
4CaO.Al2O3Fe2O3 + nH2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.mH2O
Các sản phẩm chủ yếu được hình thành sau quá trình thủy hóa là Ca(OH)2,
3CaO.Al2O3.6H2O, 2CaO.SiO2mH2O và CaO.Fe2O3.mH2O. Q trình ninh kết của xi
măng có thể chia ra làm ba giai đoạn như sau:
2.1.2.1. Giai đoạn hòa tan:
Các chất Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O sinh ra sau q trình thủy hóa hịa tan
được trong nước sẽ diễn ra ngay l p tức hòa tan tạo thành thể dịch bao quanh mặt hạt
xi măng.
2.1.2.2. Giai đoạn hóa keo:
Khi đến một giới hạn nào đó, lượng các chất Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O
khơng thể hịa tan được nữa và sẽ tồn tại ở dạng thể keo. Chất silicat bicalcitc
(2CaO.SiO2) khơng hịa tan sẽ tách ra ở dạng phân tán nhỏ trong dung dịch, tạo thành
dạng eo phân tán. Lượng keo này ngày càng sinh ra nhiều, làm cho các hạt keo phân

16


tán tương đối nhỏ kết 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.
2.1.2.3. Giai đoạn kết tinh:
Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O từ dạng thể ngưng eo chuyển sang dạng kết tinh,
các tinh thể nhỏ đan chéo nhau làm cho xi măng bắt đầu có cường độ,

2CaO.SiO2mH2O tồn tại ở dạng thể keo rất lâu, sau đó có một phần chuyển thành tinh
thể. Do hàm lượng nước ngày càng mất đi, eo dần dần bị khô, ninh kết chặt lại và trở
nên rắn chắc.
Các giai đoạn hịa tan, hóa keo và kết tinh không xảy ra độc l p mà xảy ra đồng
thời với nhau, xen kẽ nhau hạt keo với tinh thể, chúng phát triển và tăng dần cường độ.
2.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ trụ đất trộn xi măng
2.2.1. Ảnh hưởng của loại đất
Bản chất hóa lý của đất (như đường cong thành phần hạt, hàm lượng ng m
nước, giới hạn Silicat và nhôm, pH của nước lỗ rỗng và hàm lượng mùn hữu cơ) ảnh
hưởng đến tính chất của khối xi măng – đất.
Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng (sử dụng với khối lượng lớn) theo phân bố
thành phần hạt được trình bày ở hình 2.1 (Kaki và Yang, 1991), tham khảo tài liệu [8],
nói chung nếu hàm lượng sét tăng thì số lượng xi măng yêu cầu cũng tăng, có thể đó là
do với các hạt nhỏ thì diện tích bề mặt lớn và lượng tiếp xúc giữa xi măng và các hạt
đất sẽ tăng.

Hình 2.1. Ảnh hưởng của loại đất
17