Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc xi măng đất trộn ướt trên nền đất nhiễm phèn ở tỉnh long an
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.27 MB, 163 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
_____________________
LÊ TẤN LỘC
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC
XI MĂNG ĐẤT TRỘN ƯỚT TRÊN NỀN ĐẤT NHIỄM PHÈN
Ở TỈNH LONG AN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH – 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
_____________________
LÊ TẤN LỘC
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC
XI MĂNG ĐẤT TRỘN ƯỚT TRÊN NỀN ĐẤT NHIỄM PHÈN
Ở TỈNH LONG AN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT
Mã số: 60.58.0204
TP. HCM – 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
_____________________
LÊ TẤN LỘC
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC
XI MĂNG ĐẤT TRỘN ƯỚT TRÊN NỀN ĐẤT NHIỄM PHÈN
Ở TỈNH LONG AN
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số: 60.58.0204
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học: TS. BÙI VĂN TRƯỜNG
TP. HCM – 2014
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình khoa học do chính tơi nghiên
cứu và thực hiện.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác. Tác giả hồn tồn chịu trách nhiệm về
tính xác thực và nguyên bản của luận văn.
Tác giả
Lê Tấn Lộc
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn là
thầy TS. BÙI VĂN TRƯỜNG đã hướng dẫn trực tiếp, tận tình chỉ bảo và giúp
đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám hiệu, khoa Cơng trình,
các thầy giáo tổ bộ môn Địa kỹ thuật xây dựng của Trường Đại học Thủy lợi
đã tạo những điều kiện thuận lợi, đóng góp ý kiến quý báu cho tác giả trong
q trình nghiên cứu.
Để hồn thành được luận văn của mình, tác giả nhận được sự
động viên, ủng hộ, chia sẻ kịp thời từ gia đình trong những lúc khó khăn
nhất, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn và chia sẻ những thành cơng có được
của bản thân đến gia đình.
Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn đến bạn bè và đồng
nghiệp đã giúp đỡ, động viên, ủng hộ, chia sẻ trong q trình tác giả
hồn thành luận văn của mình.
Long An, tháng 01 năm 2015
Tác giả
Lê Tấn Lộc
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỬ VIẾT TẮT
a: Tỷ số diện tích.
ap: Tỷ diện tích đất được thay thế.
A: Diện tích nền đất do một cọc đỡ.
Ac: Diện tích tiết diện cọc.
Ap: Diện tích tiết diện của cọc.
Acol: Diện tích tiết diện ngang của cọc xi măng đất.
Af: Diện tích vùng xử lý.
B: Bề rộng của nhóm cọc.
c: Lực dính của đất nền.
c’tđ, c’col, c’n: Lực dính thốt nước của nền tương đương, đất gia cố và nền tự nhiên.
Cc: Sức kháng cắt của vật liệu cọc.
Cc, Cs: Chỉ số nén, chỉ số nở.
Cu: Sức kháng cắt khơng thốt nước của đất nền.
Cucol, Cusoil: Sức kháng cắt của cọc, đất nền.
Cri: Chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải.
Cci: Chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún.
Cr: Chỉ số phục hồi.
Cv: Hệ số cố kết trung bình.
D: Đường kính cọc
e0i: Hệ số rỗng của lớp đất i ở trạng thái tự nhiên ban đầu
en: Hệ số rỗng ban đầu của lớp đất thứ n
Esoil, Ecol: Mô đun biến dạng của nền đất và cọc xi măng đất.
Ec: Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc.
Es: Mô đun biến dạng của đất nền giữa các cọc.
Ep: mô đun co nén của cọc đất xi măng.
Esp: Mô đun co nén của thân cọc.
Etđ , Enen: Mô đun biến dạng của nền tương đương, nền tự nhiên.
fs: Khả năng chịu tải cho phép của đất giữa các cọc.
fcu: Cường độ chị nén của mẫu thử đất gia cố xi măng.
ffs: Hệ số tải trọng do đất đắp.
fp: Hệ số tải trọng do hoạt tải.
FS: Hệ số an toàn.
G: Trọng lượng xe hoạt tải tiêu chuẩn.
h: Chiều cao đất đắp.
Δh: Chiều dày của lớp địa chất.
hn: Chiều dày của lớp đất thứ n.
hi: Chiều dày phân tố.
H: Chiều sâu của khối gia cố.
IL: Độ sệt.
Kmin: Giá trị thấp nhất của hệ số ổn định nền đường.
li: Chiều dày lớp đất thứ i.
Lc: Chiều dài cọc xi măng đất theo thiết kế.
m: Tỷ diện thay thế.
Msoil: Mô đun biến dạng của đất nền xung quanh cọc.
N: Trị số SPT tại độ sâu đang xét.
p: Ứng suất cố kết ở giữa lớp đất thứ n.
P: Tải trọng của nền đất đắp do một cọc đỡ.
ΔP: Tổng tải trọng phân bố của nền đắp.
Pa: Lực nén lớn nhất mà cọc có thể chịu được.
Po: Áp lực trung bình tại đỉnh cọc.
Poz: Áp lực tại mũi cọc.
Pac: Tải trọng tính tốn của 1 cọc đơn bao gồm cả hoạt tải.
Pgroup: Tải trọng tính tốn của nhóm cọc.
Pgl: Tải trọng đất đắp.
Pht: Tải trọng đất dưới khối đất đắp nằm trên nhóm cọc.
qu: Cường độ chịu nén của cọc.
qtt: Hoạt tải và tải trọng đất đắp.
qsi: Lực ma sát của lớp đất xung quanh cọc.
qp: Khả năng chịu tải của đất dưới mũi cọc.
qu: Cường độ nén nở hông của xi măng đất.
Q: Tải tác dụng lên cọc.
Qp: Khả năng chịu tải cho phép của mỗi cọc.
Qcoc: Sức chịu tải của cọc theo điều kiện vật liệu.
Qcol: Sức chịu tải của cọc theo điều kiện đất nền.
Qgroup: Sức chịu tải của nhóm cọc.
R: Bán kính ảnh hưởng của cọc.
Ru: Sức chịu tải cực hạn của cọc gia cố.
Rpu: Sức chịu tải mũi cực hạn của cọc gia cố.
S: Độ lún tổng.
S1: Độ lún bản thân khối gia cố.
S2: Độ lún của đất chưa gia cố, dưới mũi cọc.
S14: là cường độ ở 14 ngày tuổi.
SD: là cường độ ở D ngày tuổi.
Sn: Độ lún cuối cùng của lớp đất thứ n.
Su: Sức kháng cắt khơng thốt nước của đất nền.
Sutđ, Suc, Sunen: Sức kháng cắt khơng thốt nước của nền tương đương, đất gia cố và
nền tự nhiên
t: Thời gian cố kết.
U: Độ cố kết.
Up: Chu vi cọc đất gia cố.
Ux, Uy: Chuyển vị theo phương x, y
w1, w2: Tải trọng của đất đắp.
W: Độ ẩm tự nhiên.
WL: Giới hạn chảy.
WP: Giới hạn dẻo.
x: Khoảng cách giữa các cọc.
: Dung trọng.
γw: Dung trọng ướt.
γk: Dung trọng khô.
γtđ , γc , γnen: Dung trọng của nền tương đương, đất gia cố, nền tự nhiên.
Δ: Tỷ trọng.
C: Lực dính kết.
: Góc ma sát trong.
φ'tđ, φ’c, φ’nen: Góc ma sát trong (điều kiện thoát nước) của nền tương đương, đất gia
cố và nền tự nhiên.
σn: Áp lực ngang tổng cộng tác dụng lên cọc ximăng đất.
σp: Ứng suất phân bố dưới đáy khối gia cố.
E: Môđun tổng biến dạng.
XMĐ: Xi măng đất.
CXMĐ: Cọc xi măng đất.
HSS: Holcim Stable Soil.
MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................................................. …1
1.Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................................ 1
2. Mục đích của đề tài........................................................................................................................ 2
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ............................................................................................... 2
4. Nội dung nghiên cứu..................................................................................................................... 2
5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................................ 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU Ở ĐBSCL VÀ TÌNH HÌNH
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CXMĐ TRỘN ƯỚT ........................................................... 3
1.1. Tổng quan về đất yếu vùng ĐBSCL
............................................................................. 3
1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng CXMĐ............................................................... 7
1.2.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng CXMĐ trên thế giới
................................ 7
1.2.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng CXMĐ tại Việt Nam.............................. 10
1.3. Nhu cầu sử dụng CXMĐ ở Long An và ĐBSCL .................................................. 15
1.4. Kết luận Chương 1
............................................................................................................... 16
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CỌC XI MĂNG ĐẤT VÀ
CƠNG NGHỆ THI CƠNG CXMĐ TRỘN ƯỚT .................................................................. 17
2.1. Cơ sở hóa lý của CXMĐ..................................................................................................... 17
2.2. Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế CXMĐ ................................................................. 19
2.2.1. Phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn Việt Nam
2.2.2. Phương pháp tính tốn theo quy trình Nhật Bản
........................................... 19
.............................................. 20
2.2.2.1. Sức chịu tải của cọc đất xi măng theo vật liệu
.......................................... 20
2.2.2.2. Sức chịu tải của cọc đất xi măng theo đất nền ............................................ 20
2.2.2.3. Tính độ lún của nền đất gia cố ........................................................................... 21
2.2.3. Phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn Châu Âu
............................................. 22
2.2.3.1. Kiểm tra theo vật liệu làm cọc .......................................................................... 23
2.2.3.2. Kiểm tra theo theo đất nền
................................................................................. 24
2.2.3.3. Kiểm tra sức chịu tải theo nhóm cọc đơn
.................................................... 24
2.2.3.4. Độ lún của khối thân cọc
.................................................................................... 25
2.2.3.5. Độ lún của đất dưới mũi cọc
............................................................................... 26
2.2.4. Phương pháp tính tốn theo quy trình Trung Quốc
2.2.4.1. Sức chịu tải của khối gia cố
2.2.4.2. Độ lún của nền đất gia cố
........................................ .26
............................................................................... 26
................................................................................... 27
2.2.5. Tổng hợp các phương pháp tính tốn.................................................................. …28
2.2.6. Ưu và nhược điểm của các phương pháp tính tốn
..................................... …29
2.3. Công nghệ thi công cọc xi măng đất trộn ướt ........................................................ 30
2.3.1. Khái qt q trình thi cơng ........................................................................................ 30
2.3.2. Công nghệ thi công trộn ướt (Wet Mixing, Jet-grounting)............................ 31
2.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng cọc xi măng đất trộn ướt .................. 32
2.4.1. Ảnh hưởng của loại đất ................................................................................................. 32
2.4.2. Ảnh hưởng của tuổi xi măng - đất ............................................................................ 32
2.4.3. Ảnh hưởng loại xi măng ............................................................................................... 34
2.4.4. Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng ........................................................................ 34
2.4.5. Ảnh hưởng của lượng nước ......................................................................................... 35
2.4.6. Ảnh hưởng của độ pH .................................................................................................... 35
2.4.7. Ảnh hưởng của độ rỗng................................................................................................. 35
2.5. Kết luận Chương 2 ............................................................................................................... 36
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN CXMĐ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
NHIỂM PHÈN TỈNH LONG AN.................................................................................................. 37
3.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên ............................................................................................ 37
3.2. Các loại xi măng và phụ gia tạo CXMĐ .................................................................... 40
3.2.1 Các loại xi măng ................................................................................................................ 40
3.2.2. Phụ gia .................................................................................................................................. 41
3.2.2.1. Các loại phụ gia
...................................................................................................... 41
3.2.2.2. Phụ gia sử dụng trong q trình thí nghiệm
............................................... 42
3.3. Nghiên cứu lựa chọn loại xi măng và phụ gia tạo cọc XMĐ xử lý nền
đất yếu tỉnh Long An ............................................................................................................. ………45
3.3.1. Phương pháp chế bị, đúc và bảo dưỡng mẫu ................................. …………..45
3.3.2. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý cho các loại xi măng tạo CXMĐ ………..47
3.3.2.1. Thí nghiệm xi măng Holcim PCB-40 ......................................... …………..47
3.3.2.2. Thí nghiệm xi măng Holcim Stable Soil (HSS) ..................... …………..48
3.3.2.3. Thí nghiệm xi măng Xỉ Sài Gịn ................................................... …………..49
3.3.3. Thí nghiệm xác định cường độ nén các tổ hợp mẫu XMĐ cho các loại
xi măng và chất phụ gia ....................................................................................................................... 49
3.3.3.1. Kết quả thí nghiệm đất trộn xi măng các loại khác nhau .. …………..50
3.3.3.2. Kết quả thí nghiệm đất trộn xi măng + phụ gia khác nhau ... ………..58
3.3.4. Tổng hợp và nhận xét kết quả thí nghiệm ........................................................ 59
3.3.4.1. Tổng hợp kết quả thí nghiệm ........................................................ …………..59
3.3.4.2. Nhận xét kết quả thí nghiệm
......................................................... …………..61
3.4. Kết luận Chương 3 ................................................................................................................ 64
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN ỨNG DỤNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CƠNG
TRÌNH TUYẾN ĐƯỜNG N1 – H. MỘC HÓA, T.LONG AN BẰNG CXMĐ........ 65
4.1. Giới thiệu chung về cơng trình ....................................................................................... 65
4.1.1. Thơng tin chung về cơng trình ................................................................................... 65
4.1.2. Các thơng số kỹ thuật của tuyến đường ................................................................. 66
4.2. Đặc điểm địa chất nền tuyến đường
........................................................................... 66
4.3.Tính tốn độ lún và ổn định của nền đường khi chưa gia cố .......................... 68
4.3.1.Tính tốn theo tiêu chuẩn 22 TCN 262-2000 ....................................................... 68
4.3.2. Kiểm toán ổn định nền bằng phần mềm Geoslope. .......................................... 71
4.3.3. Thiết kế xử lý nền đường bằng giải pháp CXMĐ ............................................. 72
4.3.3.1. Thiết kế nền đất gia cố CXMĐ theo phương pháp nền hỗn hợp ........ 72
4.3.3.2. Xác định khả năng chịu tải cho phép của CXMĐ ..................................... 73
4.3.3.3. Xác định khoảng cách giữa các CXMĐ......................................................... 74
4.3.3.4. Kiểm tra tải trọng tác dụng lên CXMĐ .......................................................... 75
4.3.3.5. Tính độ lún và ổn định nền đường gia cố...................................................... 77
4.3.3.6. Nhận xét chung ......................................................................................................... 79
4.4. Kiểm tra ổn định nền cơng trình bằng phần mềm địa kỹ thuật .................. 79
4.4.1. Lựa chọn phần mềm tính tốn. .................................................................................. 79
4.4.2. Kiểm tra ổn định bằng phần mềm GeoSlope....................................................... 80
4.4.2.1. Giới thiệu phần mềm Geoslope ......................................................................... 80
4.4.2.2. Các bước xây dựng mơ hình ............................................................................... 81
4.4.2.3. Mơ hình hóa nền đường ........................................................................................ 81
4.4.2.4. Mơ hình tính tốn nền đường bằng phần mềm Geoslope ...................... 84
4.4.2.5. Kết quả tính tốn mơ hình .................................................................................... 86
4.4.3. Kiểm tra ổn định bằng phần mềm Plaxis. ............................................................. 90
4.4.3.1. Giới thiệu phần mềm Plaxis ................................................................................ 90
4.4.3.2. Các thông số đưa vào xây dựng mơ hình ...................................................... 93
4.4.3.3. Kết quả tính tốn mơ hình .................................................................................... 94
4.4.4. Phân tích kết quả tính tốn ............................................................................ .…...99
4.5. Kết luận Chương 4 ............................................................................................................... 99
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................... 101
Tài liệu tham khảo .................................................................................................................. 103 - 106
Phụ lục số 1 ................................................................................................................................ 106 - 113
Phụ lục số 2 ................................................................................................................................ 114 - 122
Phụ lục số 3 ................................................................................................................................ 123 - 131
Phụ lục số 4 ................................................................................................................................ 132 - 137
Phụ lục số 5 ................................................................................................................................ 137 - 143
MỤC LỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sự phân bố đất yếu ĐBSCL ...........................................................................................................5
Hình 1.2: Phục hồi kết cấu cơng trình đường sắt cơng trình năm 1996 tại Pháp ................8
Hình 1.3: Cơng trình xây dựng một nhà ga ngầm cho Singapore năm 1997 – 1999 .......8
Hình 1.4: Xây dựng móng tầng hầm 3 khách sạn cao tầng năm 2007 tại Singapore .......9
Hình 1.5: Nâng cấp cửa sơng trong cơng tác hàng hải năm 2007 tại Bỉ ...................................9
Hình 1.6: Chống thấm Cống Trại . Nghệ An, năm 2004 ...............................................................13
Hình 1.7: Chống thấm Cống D10 . Hà Nam, năm 2005..................................................................13
Hình 1.8: Xử lý nền cống Mương Đình . Hậu Giang, năm 2007 ............................................... 14
Hình 1.9: Xử lý nền kè biển ANKER YARD, Vũng Tàu, năm 2007..................................... 14
Hình 2.1: Một số dạng sơ đồ bố trí CXMĐ .............................................................................................18
Hình 2.2: Phân chia tải trọng tác dụng lên CXMĐ và đất nền.....................................................25
Hình 2.3: Mũi khoan ...............................................................................................................................................31
Hình 2.4: Sơ đồ thi cơng trộn xi măng ướt ...............................................................................................32
Hình 2.5: Thiết bị thi cơng theo cơng nghệ trộn ướt...........................................................................32
Hình 3.1: Địa tầng đại diện tại khu vực huyện Mộc Hóa ................................................................38
Hình 3.2: Hình vẽ minh họa q trình đẩy nước ra ngoài phần tử đất tạo cấu trúc bền
vững trong phần tử đất ...............................................................................................................43
Hình 3.2a: Hình vẽ minh họa khi đưa DZ33 vào trung hoài các phần tử sét......................43
Hình 3.2b: Hình vẽ minh họa DZ33 đang trong quá trình khử nước trong đất .................43
Hình 3.2c: Hình vẽ minh họa các phần tử đất đang gia cố với DZ33 .....................................43
Hình 3.2d: Hình vẽ minh họa liên kết các phần tử đất + DZ33 tạo cấu…
..................43
Hình 3.3: Biểu đồ biểu diển cường độ chịu nén của CXMĐ với các loại ximăng và
phụ gia khác nhau ..........................................................................................................................60
Hình 3.4: Kiểm tra các thiết bị tạo các mẫu XMĐ ..............................................................................61
Hình 3.5: Cơng tác trộn cốt liệu của các mẫu XMĐ hình trụ .......................................................61
Hình 3.6: Các mẫu XMĐ hình trụ..................................................................................................................62
Hình 3.7: Bảo dưỡng mẫu XMĐ ....................................................................................................................62
Hình 3.8: Thí nghiệm cường độ nén mẫu XMĐ...................................................................................63
Hình 4.1: Họa đồ vị trí tuyến Đường N1 . huyện Mộc Hóa – Long An ................................65
Hình 4.2: Cắt dọc địa chất đoạn qua xã Bình Hiệp . Mộc Hóa....................................................66
Hình 4.3: Đắp đất cao 4m, chiều dày đất yếu 15m..............................................................................69
Hình 4.4: Đắp đất cao 5,5m, chiều dày đất yếu 18m..........................................................................70
Hình 4.5: Kiểm tốn ổn định trượt của nền khi đắp 4m đất trực tiếp trên nền...................71
Hình 4.6: Kiểm toán ổn định trượt của nền khi đắp 5,5m đất trực tiếp trên nền ..............71
Hình 4.7: Mơ hình hồn thiện bài tốn đắp cao 4m ............................................................................81
Hình 4.8: Mơ hình tính ứng suất tự nhiên của đất nền ......................................................................82
Hình 4.9: Mơ hình sau khi đã gia cố nền và thi cơng nền đắp......................................................82
Hình 4.10: Mơ hình hồn thiện bài tốn .....................................................................................................83
Hình 4.11: Mơ hình tính ứng suất tự nhiên của đất .............................................................................83
Hình 4.12: Mơ hình tính tốn nền sau khi thi cơng xong ................................................................84
Hình 4.13: Mơ hình tính ổn định tổng thể .................................................................................................84
Hình 4.14: Mơ hình hóa tính tốn ổn định tổng thể ............................................................................85
Hình 4.15: Ứng suất tự nhiên trong đất khi chưa thi cơng nền đường ....................................85
Hình 4.16: Ứng suất trong đất khi thi công nền đường, gia cố CXMĐ .................................86
Hình 4.17: Ước lượng độ lún Uy của nền gia cố 35cm ....................................................................86
Hình 4.18: Chuyển vị ngang Ux=18cm......................................................................................................87
Hình 4.19: Ứng suất tự nhiên của đất nền .................................................................................................87
Hình 4.20: Ứng suất đất nền sau khi gia cố cọc xi măng và tải trọng ngồi .......................88
Hình 4.21: Dự báo độ lún theo Uy= 42cm ...............................................................................................88
Hình 4.22: Dự báo chuyển vị ngang Ux=19cm.....................................................................................89
Hình 4.23: Hình dạng cung trượt và hệ số ổn định..............................................................................89
Hình 4.24: Hình dạng cung trượt và hệ số ổn định..............................................................................90
Hình 4.25: Ứng dụng phương pháp PTHH trong phân tích,tính tốn địa kỹ thuật .........91
Hình 4.26: Lưới phần tử hữu hạn....................................................................................................................92
Hình 4.27: Vị trí nút và điểm ứng suất của phần tử đất ....................................................................93
Hình 4.28: Độ lún Uy phương án cọc đất xi măng sau 2 tháng Uy=16,36cm ...................94
Hình 4.29: Chuyển vị Ux phương án cọc đất xi măng sau 2 tháng Ux=13,24cm ...........94
Hình 4.30: Độ lún tổng Uy phương án CXMĐ Uy=39,0cm ........................................................95
Hình 4.31: Phân bố ứng suất trong đất nền sau khi thi cơng CXMĐ ......................................95
Hình 4.32: Biểu đồ lún theo thời gian tại vị trí tim và vai đường...............................................96
Hình 4.33: Độ lún Uy phương án CXMĐ sau 2 tháng Uy=21,41cm......................................96
Hình 4.34: Chuyển vị Ux phương án CXMĐ sau 2 tháng Ux=17,58cm. ............................97
Hình 4.35: Độ lún tổng Uy phương án CXMĐ Uy=55,24cm. ....................................................97
Hình 4.36: Phân bố ứng suất trong đất nền sau khi thi cơng CXMĐ. .....................................98
Hình 4.37: Biểu đồ lún theo thời gian tại vị trí tim và vai đường. .............................................98
MỤC LỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1: Tổng hợp 4 phương pháp kiểm toán CXMĐ ..................................................................28
Bảng 2-2: Ưu, nhược điểm 4 phương pháp tính tốn CXMĐ......................................................29
Bảng 3-1: Bảng tổng hợp chỉ tiều cơ lý của DZ33 ..............................................................................44
Bảng 3-2: Điều kiện thí nghiệm.......................................................................................................................46
Bảng 3-3: Quy trình chế bị và thử nghiệm mẫu ....................................................................................46
Bảng 3-4: Thành phần hoá học của xi măng Holcim PCB40.......................................................47
Bảng 3-5: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm xi măng Holcim PCB40 .................................47
Bảng 3-6a: Thành phần hoá học của xi măng Holcim Stable Soil (HSS) ............................48
Bảng 3-6b: Thành phần hoá học của xi măng Holcim Stable Soil (HSS) ............................48
Bảng 3-7: Tổng hợp kết quả thí nghiệm xi măng Holcim Stable Soil (HSS).....................48
Bảng 3-8: Thành phần hoá học của xi măng Xỉ Sài Gòn ................................................................ 49
Bảng 3-9: Tổng hợp kết quả thí nghiệm xi măng Xỉ Sài Gịn ......................................................49
Bảng 3-10: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất +ximăng Holcim PCB40: 7 ngày tuổi...50
Bảng 3-11: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + ximăng Holcim PCB40: 14 ngày tuổi ..51
Bảng 3-12: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + ximăng Holcim PCB40: 28 ngày tuổi ..51
Bảng 3-13: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + ximăng Holcim PCB40: 60 ngày tuổi ..52
Bảng 3-14: Tổng hợp kết quả thí nghiệm với đất trộn xi măng Holcim PCB-40 với các
khối lượng khác nhau và nén ở 28 ngày tuổi.............................................................................................52
Bảng 3-15: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + ximăng HSS: 7 ngày tuổi..........................53
Bảng 3-16: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + ximăng HSS: 14 ngày tuổi .......................53
Bảng 3-17: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + ximăng HSS: 28 ngày tuổi .......................54
Bảng 3-18: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + ximăng HSS: 60 ngày tuổi .......................54
Bảng 3-19: Tổng hợp kết quả thí nghiệm với đất trộn xi măng HSS với các khối
lượng khác nhau và nén ở 28 ngày tuổi ......................................................................................................55
Bảng 3-20: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + ximăng Xỉ Sài Gòn: 7 ngày tuổi ...........55
Bảng 3-21: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + ximăng Xỉ Sài Gịn: 14 ngày tuổi ........56
Bảng 3-22: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + ximăng Xỉ Sài Gòn: 28 ngày tuổi ........56
Bảng 3-23: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất + ximăng Xỉ Sài Gòn: 60 ngày tuổi ........57
Bảng 3-24: Tổng hợp kết quả thí nghiệm với đất trộn xi măng Xỉ SG với các khối
lượng khác nhau và nén ở 28 ngày tuổi ......................................................................................................57
Bảng 3-25: Tổng hợp kết quả thí nghiệm với đất trộn xi măng Holcim PCB40 +
DZ33 với các khối lượng khác nhau và nén ở 28 ngày tuổi ..........................................................58
Bảng 3-26: Tổng hợp kết quả thí nghiệm với đất trộn xi măng Holcim PCB-40 và
chất phụ gia OED với các khối lượng khác nhau và nén ở 28 ngày tuổi...............................59
Bảng 3-27: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm XMĐ với các loại ximăng và phụ gia....59
Bảng 3-28: Bảng thống kê độ tăng cường độ nén của mẫu XMĐ dùng xi măng HSS
và Xỉ SG so với xi măng PCB40 ...................................................................................................................60
Bảng 3-29: Bảng thống kê độ tăng cường độ nén của mẫu XMĐ có phụ gia so với
khơng phụ gia ..............................................................................................................................................................60
Bảng 4-1: Thành phần địa chất của các lớp..............................................................................................67
Bảng 4-2: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đất của tuyến N1 - huyện Mộc Hóa...............................67
Bảng 4-3: Hệ số ổn định và độ lún của nền đường khi đắp trực tiếp trên nền ...................70
Bảng 4-4: Tổng hợp kết quả tính tốn độ lún và ổn định nền đường ......................................79
Bảng 4-5: Các thông số đưa vào xây dựng mơ hình...........................................................................93
Bảng 4-6: Tổng hợp kết quả các giải pháp xử lý đất yếu ................................................................99
1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Xây dựng các cơng trình đường bộ, cầu, cảng, sân bay, đê đập, bến bãi… ở
đồng bằng sơng Cửu Long (ĐBSCL) nói chung và ở Long An nói riêng đều liên
quan tới thuật ngữ “nền đất yếu”. ĐBSCL có đặc trưng là vùng trũng thấp, sơng
ngịi chằng chịt, đất sét bão hịa rất yếu, ngập lũ thường xuyên hàng năm nên
biến dạng theo thời gian rất lớn là điều tất yếu. Điều đó cho thấy mức độ phức
tạp trong xây dựng liên quan tới u cầu ổn định nền móng cơng trình do đất
yếu gây ra.
Về mặt kỹ thuật, đã có nhiều giải pháp truyền thống để xử lý nền đất yếu như:
cọc bê tông cốt thép, cọc đá, cọc cát, cọc tràm, bấc thấm kết hợp gia tải, gia tải từng
bước... tuy nhiên, mỗi giải pháp đều có những ưu nhược điểm nhất định về kinh tế
và kỹ thuật. Đặc biệt khi chiều sâu tầng đất yếu lớn, nền đất chịu tải trọng trên diện
rộng kéo dài thì nhiều giải pháp truyền thống chưa đảm bảo về kỹ thuật và kinh tế.
Giải pháp gia cố sâu bằng cọc ximăng đất (CXMĐ) đã được áp dụng nhiều và
rộng rãi để gia cố sâu đất nền. Đây là giải pháp hữu ích, khơng cần thời gian chất
tải, tăng cường độ ổn định của nền và chứng tỏ nhiều lợi thế về hiệu quả kỹ thuật và
kinh tế. Một số dự án ở ĐBSCL như: Đường vào sân đỗ cảng hàng không Cần Thơ
và đường băng sân bay Cần Thơ [3] (theo phương pháp trộn ướt) đã sử dụng giải
pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp này. Kết quả xử lý đảm bảo ổn định, có
hiệu quả kinh tế cho các cơng trình.
Tỉnh Long An có diện tích 4.491,22 km 2, trong đó đất yếu có bề dày lớn
phân bố rộng. Chiều sâu lớp đất yếu thay đổi từ vài mét đến vài chục mét, đất
thường có tính nhiễm phèn cao. Chất lượng CXMĐ được quyết định bởi nhiều
yếu tố mà đặc điểm đất nhiễm phèn có ảnh hưởng khơng nhỏ tới cường độ của
đất gia cố.
Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc xi
măng đất trộn ướt trên nền đất nhiễm phèn ở tỉnh Long An” là cần thiết, phục
vụ mục tiêu phát triển kinh tế lâu dài của Tỉnh.
2
2. Mục đích của đề tài
Mục đích chính của đề tài là: Xác định khả năng ứng dụng giải pháp CXMĐ, lựa
chọn loại ximăng và chất phụ gia phù hợp để xử lý nền đất yếu nhiễm phèn ở tỉnh
Long An.
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Đối tượng đề tài tập trung nghiên cứu là giải pháp CXMĐ và nền đất yếu ở phạm
vi tỉnh Long An.
4. Nội dung nghiên cứu
- Đặc điểm nền đất yếu ở ĐBSCL;
- Tình hình, nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọc XMĐ;
- Cơ sở lý thuyết phương pháp tính tốn thiết kế CXMĐ;
- Cơng nghệ thi công CXMĐ;
- Đặc điểm nền đất yếu ở Long An;
- Nghiên cứu, lựa chọn loại XM và chất phụ gia tạo CXMĐ cho đất yếu nhiễm
phèn ở Long An;
- Ứng dụng giải pháp CXMĐ cho cơng trình thực tế ở Long An để khẳng định
hiệu quả của giải pháp;
- Nghiên cứu, lựa chọn phần mềm kiểm toán nền đất yếu gia cố bằng CXMĐ ở
Long An.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng hợp, phân tích lý thuyết.
- Phương pháp tính tốn lý thuyết để tính tốn thiết kế CXMĐ.
- Phương pháp thực nghiệm để thí nghiệm lựa chọn loại xi măng, loại chất
phụ gia.
- Phương pháp mô hình số với việc dùng các phần mềm để kiểm tốn điều kiện
ổn định cơng trình.
3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU Ở ĐBSCL VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU,
ỨNG DỤNG CỌC XI MĂNG ĐẤT TRỘN ƯỚT
1.1. Tổng quan về đất yếu vùng ĐBSCL
Thuật ngữ “đất yếu” là rất quen thuộc trong khoa học xây dựng, đặc biệt là
trong lỉnh vực địa kỹ thuật. “Đất yếu” được hiểu là đất khơng đủ sức chịu tải, khơng
có đủ độ bền và biến dạng rất nhiều, do vậy không thể dùng làm nền “tự nhiên” cho
cơng trình xây dựng.
Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều cơng trình bị phá hoại do bị lún, sập
hay hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu là do khơng có những biện pháp xử lý
phù hợp, khơng đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất. Do vậy,
việc đánh giá chính xác các tính chất cơ lý của nền đất yếu để làm cơ sở và đề ra
các giải pháp xử lý nền móng [9] phù hợp là một vấn đề hết sức quan trọng, nó địi
hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa năng lực kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để
giải quyết, hướng đến giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng cơng trình khi xây dựng
trên nền đất yếu.
Đất yếu có các đặc tính là: Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước
G> 0,8, độ sệt lớn (B > 1), khả năng chống cắt bé (c và ϕ bé), khả năng thấm nước
bé, hệ số rỗng e lớn (e > 1,0), đất có tính nén lún lớn (a> 0,1 cm2/kG), mođun biến
dạng nhỏ (E< 50kG/cm2), dung trọng bé [1].
Tầng trầm tích mới ĐBSCL là đối tượng nghiên cứu chủ yếu về mặt địa
chất cơng trình [18]. Các lớp đất chính thường là loại sét hữu cơ và sét khơng hữu
cơ trạng thái độ sệt khác nhau. Bên cạnh còn phải kể đến những lớp đất cát, sét bùn
lẫn vỏ sò sạn laterit. Ngay trong sét còn gặp các vệt cát mỏng.
Dựa theo hình trụ các hố khoan trong phạm vi độ sâu khoảng 30m của các
cơng trình thuộc các tỉnh Long An, Tiền Giang, Vĩnh Long, Hậu Giang, Cà Mau
[13], Bạc Liêu, thành phố Hồ Chí Minh… có thể phân chia các lớp đất như sau:
Lớp đất trên mặt: Dày khoảng 0,5 – 1,5 m, gồm những loại sét hạt bụi đến
hạt cát, có màu xám nhạt đến vàng xám. Có nơi là bùn sét hữu cơ màu xám đen.
4
Lớp này có nơi nằm trên mực nước ngầm có nơi dưới mực nước ngầm (vùng
sình lầy).
Lớp sét hữu cơ: Nằm dưới lớp mặt là lớp sét hữu cơ, có chiều dày thay đổi
từ 3 - 4 m (Long An), 9 -10 m (Thạch An, Hậu Giang) đến 18 - 20 m (vùng Long
Phú - Hậu Giang). Chiều dày lớp này tăng dần về phía biển. Lớp sét hữu cơ thường
có màu xám đen, xám nhạt hoặt màu vàng nhạt. Hàm lượng sét chiếm khoảng 4070%. Hàm lượng hữu cơ thường gặp là 2 - 8 %, các chất hữu cơ phân giải gần hết.
Ở lớp gần mặt thường có những khối hữu cơ ở dạng than bùn.
Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn laterit là vỏ sị hoặc lớp cát: Lớp này dày
khoảng 3-5m, thường nằm chuyển tiếp giữa sét lớp hữu cơ với lớp sét không hữu
cơ. Cũng có nơi như Mỹ Tứ (Hậu Giang ) lớp cát lại nằm giữa lớp đất sét. Lớp này
không liên tục trên tồn vùng ĐBSCL.
Lớp đất sét khơng lẫn hữu cơ: Lớp đất sét này khá dày xuất hiện ở các độ
sâu khác nhau. Một số hố khoan ở Long An cho thấy: Lớp đất sét tương đối chặt
nằm chặt cách mặt đất 3 - 4 m. Ở những nơi khác lớp đất sét tương tự nằm cách mặt
khảng 9 - 10m (Thạch An, Hậu Giang), 15 - 16m (Vĩnh Qui, Tân Long, Hậu
Giang), 25 - 26m (Mỹ Thanh, Hậu Giang), càng gần ven biển, lớp đất sét càng nằm
sâu cách mặt đất tự nhiên. Sự phân bố các loại đất yếu ĐBSCL được trình bày ở
Hình 1.4. Theo chiều dày và thành phần có thể phân vùng đất yếu vùng ĐBSCL
như sau:
Khu vực I
Khu đất sét màu xám nâu, xám vàng: bao gồm các loại đất sét, á sét
màu xám nâu, có chỗ đất mềm yếu nằm gối lên trên trầm tích nén chặt QI-II và
chiều dày khơng q 5m.
Khu vực này thuộc đồng bằng tích tụ, có chỗ trũng lầy nội địa, cao độ
từ 1 - 3m. Nước dưới đất gặp ở độ sâu 1 - 5m. Nước này có tính ăn mịn acid và
ăn mịn sulfat.
Khu vực II
5
Bao gồm các loại đất yếu: bùn sét, bùn á sét, bùn á cát xen kẹp với các lớp á
cát. Khu vực này gồm ba phân khu
Hình 1.1: Sự phân bố đất yếu ĐBSCL [5].
