Nghiên cứu sự ảnh hưởng của môi trường xung quanh đến cường độ của cọc đất trộn xi măng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
--------------------

LÝ HUỲNH ANH LÝ

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG XUNG
QUANH ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CỦA CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG

CHUYÊN NGÀNH : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ SỐ NGÀNH

: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11/2007


LỜI CẢM ƠN
Qua một thời gian dài học tập và nghiên cứu tại trường Đại Học Bách Khoa
Tp.HCM, em cảm thấy mình nhận được nhiều kiến thức khoa học hơn cũng như
các kiến thức về thực tế và kinh nghiệm của những người đi trước. Đặc biệt
trong ngành Địa kỹ thuật xây dựng em đã được các thầy cô đem lại cho em
những kiến thức trong từng bài giảng và những ví dụ thực tế sinh động để em
thu nhận để góp phần trong việc hòan thành luận văn này.
Với lòng tri ân sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn tất cả các giáo sư, tiến só
đã dành nhiều tâm huyết, kiến thức và kinh nghiệm của mình đã truyền đạt
thông qua các bài giảng để em nắm bắt, cảm nhận và nâng cao tầm hiểu biết
trong nghiên cứu khoa học cũng như trong công việc chuyên môn thực tế.

Để hoàn thành luận văn này, một phần là nhờ vào sự hướng dẫn tận tình của
thầy TS. Nguyễn Minh Tâm. thầy là người động viên khích lệ khi em chọn đề
tài nghiên cứu, chỉ cho em hướng đi đúng và giúp em vượt qua những khó khăn
gặp phải trong quá trình thực hiện luận văn. Với lòng biết ơn sâu sắc em xin
chân thành cảm ơn thầy vì tất cả những gì mà thầy đã giảng và dành cho em ở
luận văn tốt nghiệp thạc só này cũng như sự khuyến khích em nghiên cứu tiếp
tục về sau để có ứng dụng trong thực tế.
Qua đây em cũng xin chân thành cảm ơn thầy TS. Võ Phán, thầy TS.
Nguyễn Văn Chánh, trong quá trình giảng dạy cũng như góp ý, tìm những sai
sót trong quá trình thực hiện đề cương, thực hiện luận văn để em có thể hòan
thành luận văn này được tốt hơn.
Với sự hòan thành luận văn thạc só này cũng là cơ hội để em được tỏ lòng
cảm ơn tới tất cả các thầy cô đã giảng dạy em ở đại học và thầy cô giảng dạy ở
ngành cao học “ Địa Kỹ Thuật Xây dựng”.
Xin chân thành cảm ơn công ty Obayashi, công ty GS E&C đã cung cấp các
tài liệu liên quan và thời gian để giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Xin cảm ơn các anh chị và các bạn trong lớp cao học Địa kỹ thuật xây dựng
K2005 và các bạn bè khác đã ủng hộ và động viên tôi hòan thành luận văn này.


TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN ÁN
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của kinh tế đất nước, nhu
cầu xây dựng và xây dựng hệ thống đường giao thông, hạ tầng kỹ thuật tại khu
vực đồng bằng sông Cửu Long, Tp. HCM, Cần Giờ, … ngày càng trở nên cấp
thiết nhằm nhanh chóng hoàn thiện cơ sở hạ tầng thu hút đầu tư nước ngoài.
Hầu hết các dự án đã được triển khai xây dựng trên nền đất yếu đã gặp không
ít khó khăn và tốn kém trong công tác xử lý nền đất yếu.
Hiện có nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu, nhưng lựa chọn giải pháp phù
hợp với chi phí thấp là vấn đề cần được nghiên cứu và giải quyết.
Trong những năm gần đây, giải pháp cọc đất trộn xi măng được xem là một

giải pháp mới và hiệu quả. Tuy nhiên, việc ứng dụng nó cho đất yếu nhiễm
phèn, nhiễm mặn, đất vùng ngập lụt sao cho có hiệu quả chưa được nghiên cứu
thấu đáo.
Vì vậy trong luận văn này, tác giả muốn đề cập đến các yếu tố ảnh hưởng từ
môi trường xung quanh đến cường độ của cọc đất trộn xi măng khi ứng dụng
giải pháp này cho đất nhiễm phèn, ngập mặn, ngập lụt. Các vấn đề chính sẽ
được nghiên cứu trong luận văn này là:
- Cường độ của cọc đất trộn xi măng trong các môi trường làm việc.
- Cường độ của cọc đất trộn xi măng sẽ bị ảnh hưởng như thế nào khi:
o Chịu ảnh hưởng của nước ( trong điều kiện ngập lụt)
o Sự thay đổi độ pH trong nước, trong đất.
o Hàm lượng muối trong đất, trong nước thay đổi.
- So sánh sự khác biệt giữa cường độ của cọc đất xi măng từ thực tế và
trong phòng thí nghiệm.
Luận văn gồm 6 chương, 100 trang, sử dụng 26 tài liệu tham khảo bằng tiếng Việt
và tiếng nước ngoài.


ABSTRACT

In Mekong Delta, Ho Chi Minh City and adjacent areas, arising many problems
with soft soil improvement for foundation of upper structure. There are many
solution for improvement but the choice of suitable solution with lower expense
is difficult to solve.
In recent years, the soil mixing cement column is known as the new and
effective solution for soft soil improvement. But, the application effectively of
this solution for alum soil regions, salt-marsh, flood regions has been not yet
researched throughly.
In this thesis, author wants to be concern with the element of affecting to the
strength of soil – cement mixing column from around environment as follow :

- Strength of Soil – Cement mixing in environment conditions.
- The effect of water to strength of Soil – Cement mixing.
- The effect of pH in soil, in water to strength of Soil – Cement mixing.
- The effect of salt content in soil, in water to strength of Soil – Cement
mixing.
- The difference between actual strength in site and strength of specimen in
laboratory of Soil – Cement mixing.
This thersis including 6 chapter, 100 pages, using 24 documents in Vietnamese
and foreign languge for refering.


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc.
Tp.HCM, ngày

tháng

năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Lý Huỳnh Anh Lý
Ngày, tháng, năm sinh: 11/01/1978
Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Khoá (Năm trúng tuyển) : 2005

Phái: nam

Nơi sinh: An Giang
MSHV:00905221

I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của môi trường xung quanh đến cường độ
của cọc đất trộn xi măng”
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Chương 1 : Giới thiệu về vấn đề nghiên cứu.
Chương 2: Tổng quan về nghiên cứu và ứng dụng cọc đất trộn xi măng
trong cải tạo nền đất yếu.
Chương 3: Các thí nghiệm liên quan đến nội dung nghiên cứu
Chương 4: Kết quả thí nghiệm.
Chương 5: So sánh kết quả cường độ nén một trục của cọc đất trộn xi măng từ
mẫu ngoài hiện trường và mẫu được chế tạo từ phòng thí nhiệm
Chương 6: Kết luận và kiến nghị
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: :.......................................................................
IV- NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ:.......................................................................
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. NGUYEÃN MINH TÂM
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MƠN
QL CHUN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chun ngành thơng qua.

TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH

Ngày tháng
năm
TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn 1 :
Tiến só : NGUYỄN MINH TÂM.

Cán bộ hướng dẫn 2 :

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn cao học này được bảo vệ tại :
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ngày tháng
năm 2007


MỤC LỤC
Trang

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.

3

1.1 Tính cấp thiết của đề tài.

3

1.2. Mục đích và vấn đề nghiên cứu của đề tài.

4

1.3. Nội dung nghiên cứu

5

1.4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu của đề tài.

7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CỌC ĐẤT
TRỘN XI MĂNG, CỌC ĐẤT TRỘN VÔI TRONG CẢI TẠO NỀN ĐẤT YẾU

7

2.1. Lịch sử phát triển và ứng dụng trụ đất trộn xi măng để gia cố nền đất yếu.

7

2.1.1 Lịch sử phát triển của phương pháp cọc đất trộn xi măng.

7

2.1.2 Nguyên lý hình thành cường độ của cọc đất trộn xi măng.

10

2.1.3 Ứng dụng trụ đất trộn xi măng để gia cố nền đất yếu.

11

2.2. Các kết quả nghiên cứu và ứng dụng cọc đất trộn xi măng trên thế giới

17

2.3. Các kết quả nghiên cứu và ứng dụng cọc đất trộn xi măng trong nước

25

2.4. Sơ lược phương pháp thi công.

29

2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của trụ đất trộn xi măng

36

CHƯƠNG 3:CÁC THÍ NGHIỆM LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

37

3.1 Quá trình lấy mẫu đất

37

3.1 Các thí nghiệm vật lý cơ bản của đất

39

3.1.1 Độ ẩm

39

3.1.2 Dung trọng

40

3.1.3 Thành phần hạt

41

3.1.4 Các giới hạn Atterberg

41

3.3 Thí nghiệm nén đơn với mẫu đất nguyên daïng .

43


3.4 Qui trình chế tạo và bảo dưởng mẫu đất trộn xi măng

45

3.5 Thí nghiệm nén đơn với các mẫu đất trộn xi măng ứng với các tỷ lệ và điều 51
kiện bảo dưỡng.
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT:

53

4.1 Đặc tính của đất nghiên cứu

53

4.2 Kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm

54

4.3 Kết quả thí nghiệm cường độ nén nở hông của đất trộn xi măng.

60

4.4 Nhận xét, phân tích kết quả thí nghiệm

70

CHƯƠNG 5: SO SÁNH KẾT QUẢ CƯỜNG ĐỘ NÉN MỘT TRỤC CỦA 73
CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG SỬ DỤNG GIA CỐ ĐƯỜNG DẪN CẦU NƯỚC
LÊN VỚI KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG
73
5.1 Mô tả công trình.
5.2 Thiết kế cọc đất xi măng.

77

5.3 Thi công cọc thử ngoài hiện trường

89

5.4. Các thí nghiệm hiện trường
5.5. So sánh kết quả thí nghiệm về cường độ của mẫu lấy từ cọc thử và mẫu trộn
trong phòng

91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận

96
96

Hướng nghiên cứu tiếp theo

97

CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO

99

94


Trang 3

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.



1.1 Tính cấp thiết của đề tài.
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của kinh tế đất nước, nhu
cầu xây dựng và xây dựng hệ thống đường giao thông, hạ tầng kỹ thuật tại khu
vực đồng bằng sông Cửu Long, Tp. HCM, Cần Giờ, … ngày càng trở nên cấp thiết
nhằm nhanh chóng hoàn thiện cơ sở hạ tầng thu hút đầu tư nước ngoài. Một số dự
án mang tính chiến lược đang và sẽ triển khai như: Dự án Đại lộ Đông Tây
Tp.HCM, dự án đường cao tốc Sài Gòn – Trung Lương, các dự án đầu tư xây dựng
hạ tầng từ nguồn vốn vay. Hầu hết các dự án đã được triển khai xây dựng trên nền
đất yếu đã gặp không ít khó khăn và tốn kém trong công tác xử lý nền đất yếu.
Các biện pháp xử lý nền đất yếu truyền thống nhằm tăng độ bền của đất,
giảm độ lún công trình như: đệm vật liệu rời, đệm đất; gia tải trước có kết hợp
thiết bị thoát nước thẳng đứng (giếng cát, bấc thấm), cọc vật liệu rời chưa mang
lại hiệu quả như mong muốn đối với đất á sét yếu hoặc bùn sét ở đồng bằng Sông
Cửu Long, Quận 2, Quận 7, Cần Giờ vì hệ số thấm của đất quá bé, thời gian thoát
nước chậm nên hiệu quả giảm thế tích lỗ rỗng của đất trong quá trình thi công là
không đáng kể.
Trong khi đó, giải pháp cột hoặc cọc đất trộn xi măng (trộn sâu) lại thích
hợp cho sét yếu. Kỹ thuật đất gia cố xi măng - đất được áp dụng và phát triển
mạnh mẽ tại Thuỷ Điển, Nhật Bản trong việc xây dựng các lớp móng đường, ổn
định hố đào, nền đê đập, nền cho các móng bồn chứa, nền nhà có tầng cao trung
bình, các công trình ven biển, trên biển,...
Vào năm 2005 có sự hợp tác thi công thử nghiệm gia cố nền đất yếu bằng
phương pháp cọc đất trộn xi măng thi công theo phương pháp trộn ướt (công nghệ
Nhật Bản) tại Khu vực đồng bằng sông Cửu Long giữa Công ty thiết kế và tư vấn
xây dựng công trình hàng không ADCC và Công ty FUDO là một trong những
công ty hàng đầu của Nhật Bản trong công tác xử lý nền đất yếu. Kết quả đạt
được cho thấy đây là giải pháp có tính khả thi cao, phù hợp với điều kiện nền đất
yếu ở Việt Nam đặc biệt là Khu vực đồng bằng sông Cửu Long.
Tuy nhiên, đồng bằng Sông Cửu Long lại là khu vực thường xuyên bị ngập lũ,
một số tỉnh trong khu vực có đất nhiễm phèn, nhiễm mặn, ngập mặn.

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm


Trang 4

Sự xâm nhập của thuỷ triều kéo theo sự xâm nhập của nước mặn. Trong mùa
mưa nhờ có lượng nước nguồn phong phú nên ranh giới mặn bị đẩy lùi ra gần bờ
biển. Trong mùa khô lưu lượng nước ngọt giảm mạnh nên nước mặn lấn sâu vào
nội đồng. Theo thống kê thời kỳ mặn xâm nhập sâu nhất là vào tháng 4 và đầu
tháng 5, vào các tháng naøy hầu hết các tỉnh ven biển ĐBSCL đang bị mặn xâm nhập
vào sâu trong nội đồng từ 30 - 40km, với độ mặn lên tới 0,4~0,5% (4~5g/lít).
Các vùng Đồng Tháp Mười, vùng Tứ giác Long Xuyên, do ảnh hưởng của
triều yếu nên nước đầu mùa mưa rất chua (pH ≈ 3).
Các nghiên cứu trước đây về đất nhiễm mặn và nhiễm phèn cho thấy rằng:
- Đối với đất nhiễm mặn: khi hàm lượng muối trong đất ít hơn 0,3% không
ảnh hưởng đến chỉ tiêu cơ lý của đất. Tuy nhiên khi hàm lượng muối trong đất
chứa nhiều hơn 0,3% hàm lượng muối dễ hoà tan thì phần lớn cho thấy tính chất
của đất bị biến đổi đáng kể. Kết quả nghiên cứu đối với đất sét ở Bình Thuận cho
thấy khi độ mặn thay đổi từ 0~1% thì góc ma sát giảm gần 4o, lực dính giảm
khoảng 1,5 lần.
- Đối với đất nhiễm phèn: theo kết quả nghiên cứu của Viện Khoa học Thuỷ
lợi Miền Nam trên đất sét có nguồn gốc phèn ở Trạm Thanh (Long An), đập Chủ
chí (Bạc Liêu), và ở Rạch Giá Kiên Giang bước đầu cho thấy sức chống cắt của
đất phèn giảm khi môi trường nước xung quanh có độ pH tăng.
Chính vì vậy cần nghiên cứu xem xét sự ảnh hưởng của hàm lượng muối và
độ pH trong đất cũng như môi trường nước xung quanh đến cường độ của đất trộn
xi măng như thế nào để việc ứng dụng giải pháp cọc đất trộn xi măng trong gia cố
nền đất yếu ở đồng bằng Sông Cửu Long và các vùng khác có điều kiện tương

đồng đạt hiệu quả cao nhất, ít tốn kém nhất.
1.2. Mục đích và vấn đề nghiên cứu của đề tài:
Từ tính cấp thiết của đề tài, để đẩy mạnh việc ứng dụng giải pháp này đạt hiệu quả
cao tại khu vực ĐBSCL và các vùng đất yếu khác cần xem xét đánh giá :
- nh hưởng của môi trường xung quanh đến cường độ của cọc đất trộn xi
măng: nước lũ, hàm lượng muối trong đất (nước biển), độ pH trong đất.
- So sánh sự khác biệt giữa cường độ trong phòng và ngoài hiện trường.
- Hàm lượng xi măng tối ưu khi chịu ảnh hưởng của các điều kiện đó.
Đó chính là mục đích nghiên cứu của đề tài.

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Taâm


Trang 5

1.3. Nội dung đề tài:
Đề tài bao gồm 6 chương có nội dung chính như sau:
Chương 1: Giới thiệu về vấn đề nghiên cứu:
Đề cập đến tính cấp thiết của đề tài, mục đích vấn đề nghiên cứu.
Chương 2: Tổng quan về nghiên cứu và ứng dụng cọc đất trộn xi măng
trong cải tạo nền đất yếu:
Trình bày về lịch sử phát triển và ứng dụng của cọc đất trộn xi măng
trên thế giới và trong nước. Sơ lược về phương pháp thi công, các yếu
tố ảnh hưởng đến cường độ cọc đất trộn xi măng.
Chương 3: Các phương pháp thí nghiệm liên quan đến nội dung nghiên
cứu:
Trình bày các thí nghiệm vật lý cơ bản cần thiết phục vụ cho nghiên
cứu của đề tài: độ ẩm, dung trọng, thành phần hạt, các giới hạn

Atterberg, thí nghiệm nén đơn để nén mẫu đất tự nhiên nguyên dạng và
mẫu đất trộn xi măng, chế tạo mẫu đất trộn xi măng.
Chương 4: Kết quả thí nghiệm:
Giới thiệu các số liệu thí nghiệm thu được, đánh giá đặc tính của đất
nghiên cứu thông qua các thí nghiệm vật lý cơ bản, hàm lượng xi măng sử
dụng trong nghiên cứu, phân tích kết quả thí nghiệm.
Chương 5: ng dụng thực tiễn từ kết quả nghiên cứu:
Ứng dụng kết quả nghiên cứu cho công trình thực tế, đánh giá ổn định,
đánh giá biến dạng của công trình.
Kết luận và kiến nghị:
Đưa ra các kết luận cụ thể từ kết quả nghiên cứu, kiến nghị hướng nghiên
cứu tiếp theo.

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Taâm


Trang 6

1.4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu của đề tài:
- Do thời gian hạn hẹp, và một số hạn chế trong trang thiết bị nghiên cứu nền đề
tài chỉ mới nghiên cứu được một số tác nhân ảnh hưởng đến cường độ cọc đất trộn xi
măng (Độ pH của nước trong đất, hàm lượng muối trong đất, độ pH trong đất, hàm
lượng xi măng tối ưu, so sánh với các thí nghiệm hiện trường).
- Đề tài chưa xét đến các tác nhân ảnh hưởng khác như : năng lượng trộn, thời
gian trộn, hàm lượng hữu cơ trong đất, ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình trộn...
- Đề tài chưa xét đến yếu tố giá thành của giải pháp, chưa đánh giá được hiệu
quả kinh tế so với các giải pháp khác.
- Do bị giới hạn về thời gian nên số lượng mẫu thí nghiệm không nhiều ảnh

hưởng đến kết quả nghiên cứu.
Trong tương lai bản thân sẽ tiếp tục nghiên cứu để phát triển đề tài ở mức độ hoàn
thiện hơn.

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Taâm


Trang 7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CỌC ĐẤT

TRỘN XI MĂNG TRONG CẢI TẠO NỀN ĐẤT YẾU
2.1. Lịch sử phát triển và ứng dụng trụ đất trộn xi măng gia cố nền đất yếu:
2.1.1 Lịch sử phát triển của giải pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất trộn xi măng:

Từ rất lâu người ta đã nhận thấy rằng nếu trộn đất sét với một lượng vôi, xi
măng hoặc một chất kết dính tương tự thì sẽ được vật liệu mới có tính chất cơ học
cao hơn hẳn đất sét lúc chưa gia cố.
Phương pháp trộn vôi, xi măng được dùng để cải tạo đất, nó từng được ứng
dụng để gia cường đất sét với vôi để xây dựng Vạn Lý trường thành ở Trung Quốc
cách đây hơn 5000 năm.
Ban đầu, họ tiến hành khoan các lỗ có đường kính từ 30~50cm, cách nhau
2~5m rồi tiến hành cho vôi cục chưa tôi vào. Khi tác dụng với nước,, vôi sống
được tôi sẽ tăng thể tích (có thể tăng đường kính cọc lên 60~80%), vì thế nó làm
cho đất xung quanh bị nén chặt hơn. Đồng thời vôi còn có tác dụng gia cố đất xung
quanh cọc làm tăng cường độ, hút nước vào rồi tạo ra phản ứng tỏa nhiệt, làm bốc
hơi nước do đó làm giảm độ ẩm của đất yếu xung quanh cọc vôi. Tuy nhiên, do độ
thấm của sét rất nhỏ nên sự lan truyền của vôi trong khối đất bị hạn chế, vì vậy

việc cải thiện tính chất của đất yếu của cọc vôi còn rất cục bộ.
Để khắc phục nhược điểm trên, người ta đã tiến hành trộn trực tiếp vôi hoặc
xi măng với đất sét mềm ngay trong nền đất yếu tạo thành các cọc đất vôi hoặc
cọc đất xi măng có đường kính 50cm bằng một thiết bị khoan đặc biệt. Lưỡi khoan
được xoắn vào trong đất đến độ sâu yêu cầu tương ứng với chiều dài thiết kế của
cọc và được rút lên khi xoay ngược chiều. Vôi sống hoặc xi măng khô sẽ được
chuyển đồng thời với khí nén từ hệ thống xi lô qua ống dẫn bên trong cần khoan
vào trong đất. Tốc độ rút lên có liên quan đến hiệu quả khuấy trộn vật liệu, có thể
điều chỉnh tùy theo tính chất của đất. Quá trình khuấy trộn đồng thời cũng làm
chặt đất trong cọc. Tác dụng hoá lý giữa vôi hoặc xi măng và đất xảy ra, quá trình
rắn chắc của đất gia cố phát triển theo thời gian tạo thành các cọc có sức chịu tải
nhất định. Ngày nay để tận dụng các phế phẩm công nghiệp vào việc gia cố đất,
ngoài vôi và xi măng người ta còn sử dụng hổn hợp các chất sau làm chất kết đính

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm


Trang 8

trong gia cố đất như : Tro xỉ (fly ash) + vôi, Tro xỉ + enzymes cũng đã thu được
hiệu quả tương tự.
Từ những năm 1925, ở Liên Xô đã dùng vôi để cải tạo tính chất của đất
phục vụ xây dựng đường giao thông, thủy lợi, các công trình nhà…
Vào những năm 1954, IU.B. Osipov đã dùng vôi sống để cải tạo tính chất
xây dựng của đất. Theo ông, vôi sống có khả năng ngưng kết (hoá cứng) trong
vòng 5-10 phút ở điều kiện xác định, tức là nó ngưng kết nhanh gấp 50-100 lần
vôi tôi.
Từ năm 1960, Nhật Bản và Thụy Điển đã độc lập nghiên cứu và phát triển

kỹ thuật trộn đất dưới sâu sử dụng vôi hoạt tính dạng hạt. Người Nhật chú trọng
đến kỹ thuật gia cường đất mà có thể sử dụng thích hợp cho các dự án ở biển
và sông. Trong khi Thụy Điển thì chú trọng đến kỹ thuật gia cường đất sét yếu
cho các dự án xây dựng đường ô tô và tường chắn đất.
Đến năm 1970, phương pháp trộn khô sử dụng vôi sống trộn với đất ở hiện
trường để tạo thành các trụ vôi đã được thực hiện ở Thụy Điển và Nhật Bản. Xi
măng khô được sớm thêm vào để tăng cường ổn định và tạo ra trụ có cường độ
cao hơn. Những trụ vôi/xi măng hoặc trụ xi măng sử dụng ngày nay đã thay thế
hoàn toàn những trụ vôi [12]. Phương pháp mà bột vôi khô và xi măng được sử
dụng để tăng cường ổn định được gọi là phương pháp trộn khô (‘Dry Method of
Deep Mixing’).
Giữa năm 1970, một nổ lực để tăng cường sự đồng nhất của đất đã được gia
cường bằng phương pháp trộn sâu, người Nhật cũng bắt đầu đưa ra phương
pháp tăng cường ổn định mà sử dụng vữa xi măng lỏng được gọi là phương
pháp trộn ướt (‘Wet Method of Deep Mixing’). Phương pháp ướt ban đầu được
giới thiệu ở Nhật để ổn định đất sét trên biển, nhưng sau này nó được sử dụng
cả cho trên đất. Ngày nay cả phương pháp ướt và khô vẫn đang được sử dụng ở
Nhật Bản.
Đến thập niên 80 của thế kỷ XX, phương pháp trộn sâu được áp dụng rộng
rãi trong xây dựng. Ở Mỹ vào năm 1980, phương pháp trộn sâu vẫn còn được
xem như là một kỹ thuật mới xuất hiện. Tuy nhiên với sự gia tăng của thiết bị

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm


Trang 9

sẵn có và kinh nghiệm của nhà thầu xây dựng, phương pháp trộn đất đã trở

thành một kỹ thuật xây dựng được chấp nhận.
Phương pháp trộn sâu để tăng cường đất nhằm đạt cường độ cao hơn, giảm
độ dẻo và hệ số nén thấp hơn đất nguyên gốc. Chất lượng của việc gia cường
đất phụ thuộc mật độ và dạng hình học của móng, quá trình thi công, đặc tính
của đất gốc, thời gian thi công và nhiệt độ. Phương pháp ướt được thiết kế để
cung cấp cường độ cao hơn phương pháp khô; tuy nhiên, vật liệu được sản xuất
bằng phương pháp ướt đạt được cường độ chậm hơn trong thời gian dài [16].
Ngày nay phương pháp trộn sâu được sử dụng trên khắp thế giới, đặc biệt ở
châu u, Bắc Mỹ và châu Á với nhiều tên gọi khác nhau. Bruce (2000) đã
thống kê 24 loại khác nhau của phương pháp trộn sâu. Tên chung ‘Deep
Mixing Method’- viết tắt là DMM- được sử dụng để bao gồm tất cả các phương
pháp trộn sâu [16]. Các dự án xây dựng có gia cố đất bằng phương pháp trộn
sâu tiêu biểu như Sypress Freeway – California – Mỹ; đường xe lửa West
Coast ở Ledsgard – Thụy Điển; sân bay Kansai – Nhật Bản…
Tại Việt Nam, công nghệ cọc đất - vôi/xi măng bắt đầu nghiên cứu vào năm
1980 với sự giúp đỡ của Viện địa Kỹ thuật Th Điển (SGI). Đề tài nghiên cứu
được Bộ xây dựng nghiệm thu vào năm 1985 và đã được áp dụng cho một số
công trình dân dụng và công nghiệp ở Hà Nội và Hải Phòng. Công trình đầu
tiên ở phía Nam do công ty Hercules kết hợp với công ty phát triển kỹ thuật
xây dựng thi công là công trình Tổng kho xăng dầu Hậu Giang tại khu công
nghiệp Trà Nóc, TP Cần Thơ vào đầu năm 2001 với khối lượng khoảng 50.000
dài cọc. Hiện tại đang áp dụng công nghệ này vào các dự án xây dựng lớn như
công trình đại lộ Đông Tây – TP. Hồ Chí Minh, sử dụng phương pháp khô với
chiều sâu trụ đất trộn xi măng lên tới 26m; công trình sân bay quốc tế Cần Thơ,
sử dụng phương pháp khô với chiều sâu trụ đất trộn xi măng 6m.

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Taâm

Trang 10

2.1.2 Nguyên lý hình thành cường độ của cọc đất trộn xi măng:
- Hạt ximăng là một hợp chất (heterrogeneous) bao goàm Tri Calcium Silicate
(C3S), Di Calcium Silicate (C2S) và các chất rắn hòa tan như Tetracalcium
Alumino – Ferrite (C4A). Bốn phần tử chính này tạo nên sản phẩm hỗn hợp tạo
đô bền chủ yếu. Khi nứơc lỗ rỗng của đất gặp ximăng, thủy hóa ximăng xảy ra
nhanh chóng và sản phẩm chính yếu của sự thủy hóa bao goàm Hydrate Calcium
Silicates (C2SHx, C3SHx) Hydrate Calcium Aluminate (C3AHx, C4AHx) và
Hydroxyl vôi Ca(OH)2. Hai sản phẩm Hydrate liệt kê ở đầu tiênở trên là hai sản
phẩm kết dính ximăng được hình thành và thủy hóa vôiđược sử dụng như những
pha tinh thể rắn riêng biệt. Những phần tử ximăng này kết hợp với các hạt
ximăng nằm kế bên với nhua trong suốt qúa trình hóa cứng để tạo thành hỗn
hợp bộ khung được hóa cứng bao quanh các hạt đất nguyên vẹn. Các pha
Silicate và Alumino được kết hợp nội tại, do đó hầu như không có pha nào kết
tinh hòan tòan. Một phần của pha Ca(OH)2 cũng có thể kết hợp với các hydrate
khác mà chỉ có một phần kết tinh. Hơn nữa thủy hóa ximăng dẫn đến gia tăng
độ pH của nứơc lỗ rỗng gây ra sự phân li của Vôi Hydrate. Các bazơ mạnh hòa
tan Silicate và Aluminate từ cả khóang vật sét và các chất vô cơ định hình khác
trên những mặt của các hạt sét, theo cách tương tự như phản ứng giữa các axít
yếu với bazơ mạnh. Các Silica và Alumina ngậm nước sau đó sẽ từ từ phản ứng
với các ion Calcium tự do từ sự thủy phân ximăng để tạo thành hợp chất không
hòa tan (đây là các sản phẩm ximăng thứ yếu), hóa cứng khi được xử lí gia cố
nền đất yếu. Phản ứng thứ yếu này được gọi là phản ứng pozzolan. Hợp chất
của thủy hóa ximăng thì vẫn xác định rõ ràng bởi các công thức hóa học.
- Khi trộn ximăng vào trong đất, độ rắn chắc cho đất gia cố nhờ vào các phản
ứng thủy hoá ximăng như sau :
+ Khi ximăng tiếp xúc với nước ở giai đoạn đầu xảy ra quá trình tác dụng
nhanh của alít với nước tạo ra hiđrosilicat canxi và hiđroxit canxi :

2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
+ Vì đã có Ca(OH)2 tách ra từ alít nên belit thuỷ hoá chậm hơn alit :
2(2CaO.SiO2) + 4H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm


Trang 11

+ Mặt khác, khi được tiếp xúc với nước, trên bề mặt các hạt ximăng đã có
lớp sản phẩm xốp, không bền, có tinh thể dạng tấm mỏng lục giác của
4CaO.Al2O3.9H2O và 2CaO.Al2O3.8H2O phản ứng nhanh với nước tạo ra
dạng ổn định :
3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3 . 6H2O
và 4CaO.Al2O3.Fe2O3 + mH2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.nH2O
- Khi phản ứng thuỷ hoá này diễn ra sẽ cần một lượng nước cho quá trình
thuỷ hoá, vì vậy nước lỗ rỗng của đất yếu sẽ được lấy đi nên sẽ sẽ có hiệu
quả làm giảm độ ẩm của đất trong cọc và xung quanh cọc.
2.1.3 ng dụng trụ đất trộn xi măng để gia cố nền đất yếu:

Ứng dụng của đất trộn xi măng, một kỹ thuật gia cố đất, đã được báo cáo trong
các xuất bản khác nhau (Ryan and Jasperse, 1989; Schaefer et al, 1997; Yang et al,
1998). Chúng được sử dụng với nhiều ứng dụng khác nhau trong xây dựng dân dụng,
nền móng công trình cầu đường, kết cấu tường chắn, làm giảm sự hóa lỏng của đất,
chống vách hố đào… Có 7 nhóm ứng dụng cơ bản có thể thích hợp cho phương pháp
trộn sâu hiện nay là:
- Tường ngăn nước: những tường DMM để ngăn nước thấm qua hoặc sự phát
triển của nước ở dưới cấu trúc tường chắn. Hình 2.1

Hình 2.1: Tường chắn và ngăn nước khi thi công và khi hoàn thành, Mỹ

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm


Trang 12

Hình 2.2: Tường chắn có cốt thép
- Tường chắn: những tường DMM có cốt thép dùng chống lại áp lực đất xung
quanh trong thi công hố đào sâu, như chống đỡ hầm và tầng hầm. Hình 2.2
- Làm nền cho các kết cấu: những khối đất trộn xi măng có cường độ cao hơn và
đồng nhất thay thế đất yếu tự nhiên. Hình 2.3

Hình 2.3: Trụ DCM chịu lực như cọc hoặc móng khối
a- Trụ DCM sử dụng như cọc; b- Trụ DCM sử dụng như móng khối

- Gia cố, tăng cường nền đất: những phần tử DMM được sử dụng để làm tăng khả
năng biến dạng tổng thể của đất dưới nền đường. Hình 2.4

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm


Trang 13

a- Gia cố nền đường b- Gia cố đường đầu cầu c- n định lún cho công trình ngầm

Hình 2.4: Tăng cường khả năng biến dạng của nền đất yếu

- Làm giảm sự hóa lỏng của đất: DMM dạng hộp hoặc cấu trúc có vách ngăn làm
giảm khuynh hướng hóa lỏng đất và sự lan truyền chấn động do động đất ra
xung quanh bên dưới nền đường hoặc tòa nhà lớn.
- Xử lý ô nhiễm môi trường đất: hydrat hóa đất ô nhiễm tại chỗ và ngăn ngừa sự
lây lan của đất ô nhiễm.
- Tăng cường ổn định trượt: những trụ DCM làm tăng ổn định cho nền đường đắp
trên đất yếu và vách hố đào. Hình 2.5

a- Ổn định trượt nền đắp b-Ổn định công trình lân cận

c-Ổn định trượt mái dốc

Hình 2.5: Sử dụng cọc đất trộn xi măng để tăng cường ổn định trượt

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm


Trang 14

Những dạng hình học của bố trí móng
Những kỹ thuật DMM khác nhau có thể được sử dụng để thi công móng với
các dạng hình học bố trí khác nhau trong điều kiện trên biển và trên đất. Xem
hình 1.6. Có 4 nhóm:
- Trụ đơn.
- Hàng gồm nhiều trụ đơn chèn vào nhau (những tường hoặc những panel)
- Dạng lưới hoặc lưới mắt cáo.

- Dạng các khối trụ.
Những trụ đơn có thể được sử dụng để chịu tải trọng nén dọc trục, trong khi
đó những trụ dạng khối , tường hoặc lưới được sử để gia tăng khả năng kháng cắt
theo mặt trượt (Want et al, 1999).
Khoảng cách thiết kế, đường kính và chiều dài của các trụ đơn phụ thuộc
vào độ lún cho phép và độ lún từng phần, và khả năng được yêu cầu để ngăn ngừa
phá hoại ổn định. Dạng hình học của trụ trộn sâu được xác định dựa trên những
yếu tố khác nhau bao gồm (Kivelo, 1998; Carlsten and Ekstrom, 1997):
- Cường độ cắt của đất hiện trường.
- Thời gian được đề nghị cho áp lực nước lỗ rỗng bị triệt tiêu trong thời gian
gia tải nếu gia tải được sử dụng.
- Cường độ cắt của trụ.
- Chiều cao của nền đường đắp.

Kiểu tường

Kiểu lưới

Kiểu khối

Toàn diện tích

a. Những dạng hình học của móng gia cố bằng trụ đất trộn xi măng

Kiểu khối

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

Kiểu tường

Kiểu lưới

Kiểu trụ

GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm


Trang 15

Trụ tiếp xúc

Tường tiếp xúc

Lưới tiếp xúc

Khối tiếp xúc

b. Những dạng móng gia cố bằng trụ đất trộn xi măng ở điều kiện trên biển
Hình 2.6: Các dạng hình học bố trí móng bằng trụ đất gia cố xi măng

Trụ trộn khô thường sử dụng dạng trụ đơn , dạng lưới hoặc dạng khối.
Những trụ đơn được bố trí dạng lưới vuông hoặc tam giác. Những trụ đơn trộn khô
thường cách khoảng 1,0m – 1,6m . Khoảng cách trụ gia tăng tương ứng với sự gia
tăng của đường kính . Trụ có đương kính bằng đường kính của thiết bị trộn được sử
dụng, đường kính trụ ở khoảng 0,4m-1,0m. Thụy Điển và Phần Lan đường kính
trung bình của trụ trộn sâu là 0,6m [12]. Hầu hết những công cụ trộn thường được
sử dụng ở Mỹ có đường kính là 0,8m [14]. Chiều dài tối đa của trụ trộn khô được
đề nghị là 25m-35m [13]; tuy nhiên , với những thiết bị được sử dụng ở Mỹ chiều
sâu tối đa xấp xỉ 24m (Forte, 2002).
Kỹ thuật trộn ướt tiện lợi khi bố trí trụ đơn hoặc tường, khối hoặc lưới mắt

cáo. Trụ đơn trộn ướt như trụ xi măng đất được bố trí có đường kính 0,9m-2,4m.
chiều dài tối đa của trụ này được đề nghị là 30m-40m (Bruce, 2000).

a. Dạng khối

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Taâm


Trang 16

b. Dạng tường
Hình 2.7: Trụ đất trộn xi măng được khai quật, d=0,6m, Thụy Điển

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm


Trang 17

2.2. Các kết quả nghiên cứu và ứng dụng cọc đất trộn xi măng/vôi trên thế giới:

2.2.1 Các kết quả nghiên cứu trên thế giới:
Theo báo cáo của các nhà khoa học trên thế giới, việc xử lí nền đất bằng cột
đất – vôi, đất - vôi/ximăng cho nền đất yếu đạt được những kết quả như sau :
− Trong lượng đơn vị của đất hữu cơ, đất sét nhạy (độ nhạy >15), và than bùn
thông thường được tăng lên với hàm lượng vôi và ximăng khi đất có độ ẩm ban
đầu cao.

− Với hàm lượng vôi khỏang 2% có tác động đáng kể đến giới hạn dẻo và chỉ
số dẻo của đất (Bell và Tyrer 1989). Theo Sherwood (1967) giới hạn dẻo của đất
sét London tăng từ 24% đến 42% với 4% hàm lượng vôi.
− Độ ẩm tự nhiên của mẫu sẽ giảm nhanh trong quá trình vôi tôi. Theo
Assarson, 1972, độ ẩm có thể giảm từ 20%-30%.
− Cột vôi và vôi/ximăng sẽ trtương nở trong suốt quá trình vôi tôi. Chính vì vậy,
áp lực đất xung quanh các cột lớn. Chính áp lực này sẽ làm cố kết đất sét yếu
không gia cố giữa các cột.
− Độ bền chống cắt không thóat nước lớn nhất có thể đạt được với vôi sống
thường từ 200 – 300 KPa trong khi với từ 10% đến 20% vôi/ximăng có thể đạt tới
500 KPa.
− Độ bền chống cắt gia tăng nhanh chóng khi gia cố đất với vôi, vôi/ximăng,
ximăng. Độ bền chống cắt của hỗn hợp đất với vôi, vôi/ximăng, ximăng gia tăng
nhanh trong khỏang thời gian 1 tháng sau đó tăng chậm dần. Độ bền chống cắt
khi gia cố ban đầu với 10% vôi sẽ thấp hơn 10% vôi/ximăng và 10% ximăng.
− Khi trị số độ bền chống cắt thấp (<100KPa) thì thí nghệm trong phòng thường
cho kết quả thấp hơn so với ngòai hiện trường. (theo Ahnberg, 1994).

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm


Trang 18

Hình 2.8: Quan hệ giữa ứng suất cắt với thời gian
− Với độ bền chống cắt lớn (từ 200 KPa) trở lên thì chênh lệch giữa thí nghiệm
trong phòng và ngoài trời càng lớn. Lúc đó độ bền chống cắt thíonghiệm trong
phòng cho kết qủa cao hơn.
− Theo Ekstưrm modul nén nở hông của đất gia cố bằng vôi/ximăng bằng 50 –

150 lần độ bền chống cắt không thóat nước vào khỏang 100 –400 KPa, bằng 100
– đến 200 lần độ bền chống cắt không thóat nước vào khỏang 100 –400 KPa với
đất gia cố bằng vôi/ximăng, bằng 150-250 lần độ bền chống cắt không thóat nước
vào khỏang 200 –400 KPa với đất gia cố bằng ximăng.
Nghiên cứu của Bengt B Broms: đối với đất bùn sét có độ ẩm 100% 200%, hàm lượng vôi sống tối ưu từ 10% - 20%
™

Nghiên cứu của Bergado et al. (1996) và Lin (2000) về ảnh hưởng của
hàm lượng xi măng.
™

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm


Trang 19

Bergado et al. (1996)

A

Lin (2000)

Hình 2.9: Quan hệ giữa cường độ nén nở hông và hàm lượng xi măng

SVTH: Lý Huỳnh Anh Lý

GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm