Mục đích của đề tài
Mục tiêu của nghiên cứu là xác định khả năng áp dụng giải pháp CXMĐ, đồng thời lựa chọn loại ximăng và chất phụ gia thích hợp để xử lý nền đất yếu nhiễm phèn tại tỉnh Long An.
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 toán thiết kế CXMĐ;
- Công 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 công 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.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng hợp, phân tích lý thuyết
- Phương pháp tính toán lý thuyết để tính toán 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 toán điều kiện ổn định công trình.
TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU Ở ĐBSCL VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CXMĐ TRỘN ƯỚT
Tổng quan về đất yếu vùng ĐBSCL
Thuật ngữ “đất yếu” trong khoa học xây dựng, đặc biệt là địa kỹ thuật, chỉ loại đất không đủ sức chịu tải và có độ bền kém, dẫn đến biến dạng lớn Do đó, loại đất này không thể được sử dụng làm nền “tự nhiên” cho các công trình xây dựng.
Trong xây dựng, nhiều công trình gặp phải tình trạng lún, sập hoặc hư hỏng do xây dựng trên nền đất yếu mà không có biện pháp xử lý phù hợp Việc đánh giá chính xác các tính chất cơ lý của nền đất yếu là rất quan trọng để đề ra các giải pháp xử lý nền móng hiệu quả Điều này đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tiễn nhằm giảm thiểu sự cố và hư hỏng trong quá trình xây dựng Đặc tính của đất yếu bao gồm hàm lượng nước cao, độ bão hòa nước lớn hơn 0,8, độ sệt cao, khả năng chống cắt thấp, khả năng thấm nước kém, hệ số rỗng lớn hơn 1,0, tính nén lún cao, và mođun biến dạng nhỏ.
Tầng trầm tích mới của Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là chủ đề nghiên cứu quan trọng trong địa chất công trình Các lớp đất chính bao gồm sét hữu cơ và sét vô cơ với độ sệt khác nhau, cùng với sự hiện diện của các lớp cát, sét bùn và vỏ sò sạn laterit Đặc biệt, trong các lớp sét còn có sự xuất hiện của các vệt cát mỏng.
Dựa trên hình trụ của các hố khoan trong độ sâu khoảng 30m, bài viết phân tích các công trình tại các tỉnh Long An, Tiền Giang, Vĩnh Long, Hậu Giang và Cà Mau.
[13], Bạc Liêu, thành phố Hồ Chí Minh… có thể phân chia các lớp đất như sau:
Lớp đất trên bề mặt có độ dày từ 0,5 đến 1,5 mét, bao gồm các loại sét từ hạt bụi đến hạt cát, có màu sắc từ xám nhạt đến vàng xám Ở một số khu vực, lớp đất này là bùn sét hữu cơ có màu xám đen.
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, có độ dày thay đổi từ 3-4 m ở Long An, 9-10 m tại Thạch An, Hậu Giang, đến 18-20 m ở vùng Long Phú, Hậu Giang, với độ dày tăng dần về phía biển Lớp sét này thường có màu xám đen, xám nhạt hoặc vàng nhạt, với hàm lượng sét chiếm khoảng 40-70% Hàm lượng hữu cơ trong lớp này dao động từ 2-8%, trong khi các chất hữu cơ đã phân giải gần hết Ở lớp gần mặt, thường xuất hiện những khối hữu cơ dạng than bùn.
Lớp sét cát lẫn ít sạn và mảnh vụn laterit, bao gồm vỏ sò hoặc lớp cát, có độ dày khoảng 3-5m Lớp này thường nằm chuyển tiếp giữa sét hữu cơ và sét không hữu cơ, nhưng ở một số khu vực như Mỹ Tứ (Hậu Giang), lớp cát lại xuất hiện giữa các lớp đất sét Đáng lưu ý, lớp này không phân bố đồng nhất trên toàn vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL).
Lớp đất sét không lẫn hữu cơ tại Đồng Bằng Sông Cửu Long có độ dày và vị trí khác nhau, thường nằm ở độ sâu từ 3 - 4 m cho đến 25 - 26 m so với mặt đất Các hố khoan tại Long An cho thấy lớp đất sét chặt nằm ở độ sâu 3 - 4 m, trong khi ở Thạch An, Hậu Giang, lớp đất này nằm ở độ sâu 9 - 10 m; Vĩnh Qui, Tân Long là 15 - 16 m; và Mỹ Thanh là 25 - 26 m Đặc biệt, lớp đất sét càng gần ven biển thì càng nằm sâu hơn Sự phân bố của các loại đất yếu tại ĐBSCL được minh họa trong Hình 1.4, cho thấy sự phân vùng theo chiều dày và thành phần của đất yếu trong khu vực.
Khu đất sét màu xám nâu và xám vàng bao gồm các loại đất sét và á sét màu xám nâu, với một số khu vực có đất mềm yếu nằm trên trầm tích nén chặt QI-II, có chiều dày không vượt quá 5m.
Khu vực này nằm trong đồng bằng tích tụ, với độ cao từ 1 đến 3m và có những vùng trũng lầy nội địa Mực nước ngầm xuất hiện ở độ sâu từ 1 đến 5m, và nước này có đặc tính ăn mòn do acid và sulfat.
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]
Bùn sét và bùn á sét phân bố không đều, xen kẹp trên nền sét chặt QI-III với chiều dày tối đa 20m Khu vực này là đồng bằng thấp, có độ cao từ 1 - 1,5m đến 3 - 4m Mực nước ngầm nằm cách mặt đất từ 0,5 - 1,0m, với nước có hoạt tính có khả năng ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép.
Khu vực này thường xuyên xuất hiện các loại đất yếu như bùn sét và bùn á sét, với sự phân bố không đồng đều và có thể xen kẹp nhau Đặc biệt, chiều dày của các tầng đất yếu có thể lên tới 80m.
Trong quá trình xây dựng công trình, thường gặp phải các loại đất yếu như bùn sét và bùn á sét Những loại đất này thường phân bố không đồng đều và có thể xen kẹp giữa các lớp đất sét chặt từ QI đến III, với độ dày tối đa không vượt quá 25m.
Phân khu II thường gặp các dạng đất nền yếu, đặc biệt là ở các phân khu IIa, IIb và IIc Đặc điểm nổi bật là bề dày của tầng đất yếu thường nhỏ hơn 30m.
Khu vực III đất nền bao gồm các loại như cát hạt mịn, á cát và xen kẹp ít bùn á cát, được phân chia thành các phân khu khác nhau.
Tình hình nghiên cứu và ứng dụng CXMĐ
1.2.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng CXMĐ trên thế giới
Sau gần 40 năm phát triển, công nghệ xử lý nền đất yếu đã trở nên phổ biến và hoàn thiện hơn trên toàn cầu Kể từ năm 1967, phương pháp CXMĐ đã được áp dụng tại Phần Lan và Thụy Điển, và hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới đã ứng dụng rộng rãi các phương pháp xử lý đất yếu.
Hình 1.2: Phục hồi kết cấu công trình cảng Tunne Miami – năm 1962
Hình 1.3: Mở rộng các trung tâm lưu trữ chất thải của Lewarde – Pháp, năm 2009
Hình 1.4: Đất ướt trộn để hỗ trợ các bể chứa dầu tại Galliano, LA
Công nghệ xi măng trộn đất (CXMĐ) đã được nghiên cứu và ứng dụng tại Châu Âu từ năm 1990, với một ví dụ tiêu biểu là phương pháp trộn ướt được áp dụng tại một bệnh viện ở Ventura, CA.
1967, như Thụy Điển và Phần Lan
Công nghệ khoan phụt cao áp (jet-grouting) hay còn gọi là CXMĐ, được phát minh tại Nhật Bản vào năm 1970 và đã thu hút sự quan tâm của nhiều công ty quốc tế như Laynerchristen (Mỹ), Soletanne-Bachy (Pháp), Bauer (Đức) và Frankipile (Úc) Nhật Bản là quốc gia dẫn đầu trong việc ứng dụng công nghệ CXMĐ tại Châu Á, với thống kê từ hiệp hội CDM cho thấy từ năm 1980 đến 1996 đã có khoảng 2.345 dự án sử dụng 26 triệu m³ cho cả dự án ngoài biển và trong đất liền Hiện nay, hàng năm, khoảng 2 triệu m³ được thi công, minh chứng cho sự phát triển và ứng dụng rộng rãi của công nghệ này.
Công tác nghiên cứu xử lý nước tại Trung Quốc đã bắt đầu từ năm 1970, với tổng khối lượng xử lý bằng công nghệ CXMĐ ước tính đạt hơn 1 triệu m³ cho đến nay.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng CXMĐ tại Việt Nam
Mặc dù công nghệ khoan phụt cao áp (CXMĐ) đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia như Thái Lan và Singapore, nhưng tại Việt Nam, công nghệ này vẫn chưa được biết đến nhiều Một số nhà nghiên cứu, như PGS TS Nguyễn Bá Kế, đã đề cập đến công nghệ này trong cuốn "Sự cố nền móng công trình" Gần đây, lần đầu tiên máy móc thiết bị CXMĐ đã được đưa vào thử nghiệm tại công trình sửa chữa Cống Trại ở Diễn Châu, Nghệ An, do các kỹ sư của Trung tâm Công nghệ cao thuộc Viện Khoa học Thủy lợi và Công ty VICT Co., Ltd thực hiện.
IBST là đơn vị tiên phong trong việc áp dụng chất gia cố xi măng, khởi đầu từ phương pháp cột vôi, điều này đã được xác nhận tại hội nghị gia cố sâu diễn ra ở Stockholm vào năm 2001 Phương pháp này đã được nghiên cứu từ những năm đầu của thập kỷ.
Vào những năm 80 của thế kỷ trước, với sự hỗ trợ từ Viện Địa kỹ thuật Thụy Điển (SGI), một thiết bị thi công đã được phát triển dưới sự chủ trì của TS Nguyễn Trấp Đề tài nghiên cứu này đã hoàn thành vào năm.
Năm 1986, thiết bị đã được chuyển giao cho LICOGI, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong quá trình phát triển Đồng thời, trong giai đoạn này, một đề án tốt nghiệp về chủ đề này cũng được thực hiện tại Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội vào năm 1983.
Hai luận văn cao học đã được bảo vệ tại Việt Nam, một tại Đại học Kiến trúc Hà Nội vào năm 2003 và một tại Đại học Xây dựng Hà Nội vào năm 2004 Luận án của Đại học Xây dựng tập trung vào khả năng chịu tải trọng ngang trong việc gia cố hố đào.
Vào năm 2000, phương pháp áp dụng trong lĩnh vực xăng dầu đã trở lại với việc chấp nhận độ lún cao hơn bình thường nhưng mang lại hiệu quả kinh tế cao, do COFEC và hiện nay là C&E Consultants thực hiện Trong thời gian này, C&E đã tiến hành nhiều thí nghiệm hiện trường để quan trắc công trình, với quy mô không kém cạnh các đồng nghiệp khác Hiện tại, C&E đang thực hiện thí nghiệm quan trắc áp lực nước dưới đáy khối gia cố tại TP Hồ Chí Minh, với độ sâu hơn 20 m, nhằm nghiên cứu tính cố kết của đất nền, và đã lắp đặt hai đầu đo để phục vụ cho nghiên cứu lâu dài.
Vào năm 2001, Tập đoàn Hercules của Thụy Điển đã hợp tác với Công ty Cổ phần Phát triển Kỹ thuật Xây dựng (TDC) thuộc Tổng Công ty Xây dựng Hà Nội để thi công xử lý nền móng cho 08 bể chứa xăng dầu, mỗi bể có đường kính 21m, chiều cao 9m và dung tích 3000m³ Công trình này thuộc Tổng kho Xăng dầu Cần Thơ và được thực hiện bằng công nghệ CXMĐ.
Từ năm 2002 đến 2005, một số dự án đã áp dụng công nghệ CXMĐ trong xây dựng các công trình nền đất, bao gồm cả dự án cảng Ba Ngòi tại Khánh Hòa với 4.000m CXMĐ đường kính 0,6m, gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản ở Hà Nam, xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu tại Đình Vũ, Hải Phòng, và dự án thoát nước khu đô thị Đồ Sơn, Hải Phòng, với độ sâu xử lý khoảng 20m.
Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản, ứng dụng trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, và ảnh hưởng của hàm lượng XM đến tính chất của CXMĐ Mục tiêu là áp dụng CXMĐ trong việc xử lý đất yếu cho các công trình thủy lợi.
Nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh tại Quảng Ninh đã áp dụng công nghệ phun ướt để đối phó với địa chất công trình phức tạp, bao gồm đá mồ côi ở độ sâu 11-12m và đất đồi cứng khó khoan Để đáp ứng tiến độ gấp gáp của dự án, có lúc lên đến 6 máy khoan được sử dụng đồng thời.
Hầm đường bộ Kim Liên ở Hà Nội được xây dựng trong khu vực địa chất yếu, đặc biệt là khu vực đường Đào Duy Anh, do đó nền đất dưới hầm đã được cải tạo bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng với chiều dày khoảng 1,5 - 6m Mục đích của việc gia cố này không phải để gia cố nền đất mà để chống trượt trồi khi đào sâu hơn 10m, và việc gia cố không áp dụng cho tất cả các vị trí mà dựa vào điều kiện địa chất từng khu vực Gia cố này ảnh hưởng đến độ lún của các đốt hầm Đường Láng Hòa Lạc kết nối Hà Nội với khu công nghệ cao Hòa Lạc, đi qua nhiều sông ngòi và có nhiều điểm giao cắt với đường bộ và đường sắt, trong quá trình thi công, nhiều hạng mục công trình đã sử dụng CXMĐ để xử lý nền đất yếu, chống lún và chống trượt cho mái dốc, ổn định đất đường hầm.
Nhu cầu sử dụng CXMĐ ở Long An và ĐBSCL
Long An và ĐBSCL có địa tầng yếu, do đó, việc lựa chọn giải pháp và công nghệ xử lý nền phù hợp với địa chất khu vực là cần thiết và cấp bách để phát triển đô thị hiệu quả.
Xây dựng công trình trên nền đất yếu gặp nhiều thách thức trong việc xử lý nền đất Các biện pháp truyền thống hiện nay chưa đạt hiệu quả cao như kỳ vọng.
Công nghệ CXMĐ nổi bật trong các giải pháp xử lý nền hiện nay nhờ khả năng xử lý sâu lên đến 50m, rất phù hợp với đất yếu tại khu vực ĐBSCL Phương pháp này có thể thi công trong điều kiện ngập nước, như tại Long An mùa lũ, và trong các không gian chật hẹp Đặc biệt, CXMĐ đã chứng minh hiệu quả kinh tế vượt trội so với các giải pháp khác, như cọc bê tông hay cọc khoan nhồi, vốn tốn kém hơn nhiều Nghiên cứu tại một số công trường cho thấy, với lớp đất dày 30m, việc áp dụng CXMĐ giúp tiết kiệm chi phí đáng kể cho mỗi móng xi lô.
Một trong những công ty hàng đầu Nhật Bản đã hợp tác thực hiện thi công thử nghiệm gia cố nền đất yếu bằng phương pháp CXMĐ tại khu vực ĐBSCL, như đường vào sân đỗ cảng hàng không Cần Thơ và đường băng sân bay Cần Thơ Kết quả cho thấy phương pháp này có tính khả thi cao, phù hợp với điều kiện nền đất yếu ở Việt Nam, đặc biệt là tại Long An.
Những thuận lợi và khó khăn của khu vực Long An
-Có nhu cầu xử lý nền đất yếu rất lớn; đặc điểm cấu trúc nền đất yếu có triển vọng với giải pháp CXMĐ
- Vật tư, thiết bị và máy móc có tại địa phương và các vùng lân cận có thể đáp ứng xử lý nền đất yếu bằng CXMĐ;
-Có sự chuyển giao công nghệ khoa học về CXMĐ
- Nhân sự nắm bắt khoa học và công nghệ CXMĐ còn hạn chế;
-Địa chất phức tạp sẽ gây khó khăn trong việc xử lý nền đất yếu;
Hàm lượng mùn và hữu cơ, cùng với thành phần khoáng vật, đặc biệt là tính nhiễm phèn và độ pH của đất, đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nền, nhất là trong các công trình xây dựng CXMĐ.
Kết luận Chương 1
Đất yếu là loại đất có sức chịu tải thấp và tính biến dạng lớn, cần được xử lý khi xây dựng công trình Tại ĐBSCL, đất yếu phân bố rộng rãi với chiều dày lớn, chủ yếu là bùn sét và các loại đất pha như bùn cát, sét pha và cát pha trong trạng thái chảy, thường chứa nhiều hữu cơ Đặc biệt, ở Long An, nhiều khu vực đất bị nhiễm phèn, ảnh hưởng đến hiệu quả của các giải pháp xử lý, nhất là khi sử dụng các chất kết dính như xi măng và vôi.
CXMĐ là giải pháp hiệu quả cho xử lý nền đất yếu, đã được áp dụng thành công ở nhiều quốc gia Tại Việt Nam, CXMĐ cũng đã được thử nghiệm và cho thấy hiệu quả cao, đặc biệt trong các công trình quy mô nhỏ và vùng đất yếu dày như ở Đồng bằng sông Cửu Long.
Nghiên cứu áp dụng công nghệ CXMĐ tại Long An hiện còn hạn chế và chưa được thử nghiệm Do đó, cần tiến hành nghiên cứu sâu về cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán thiết kế CXMĐ Đặc biệt, các yếu tố như loại chất kết dính, bao gồm ximăng và chất phụ gia, cần được xem xét để đảm bảo hiệu quả cao trong việc áp dụng giải pháp CXMĐ trong điều kiện đất nhiễm phèn tại Long An.
An là vấn đề cần nghiên cứu ở đề tài này.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC XI MĂNG ĐẤT VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CXMĐ TRỘN ƯỚT
Cơ sở hóa lý của CXMĐ
Chất gia cố được sử dụng trong bài viết này là ximăng Portland, được sản xuất bằng cách thêm thạch cao vào clinker và nghiền thành bột mịn Clinker bao gồm các thành phần chính như 3CaO.SiO2, 2CaO.SiO3, 3CaO.Al2O3 và 4CaO.Al2O3 Fe2O3.
Quá trình thủy hóa của xi măng diễn ra nhanh chóng, với phần lớn cường độ của cọc đạt được chỉ sau vài tuần Trong quá trình này, hydrat canxi được hình thành và các phản ứng với hạt đất sét diễn ra, giúp tăng cường độ của đất, mặc dù phản ứng này diễn ra chậm và kéo dài trong vài năm.
Quá trình hình thành cường độ của CXMĐ diễn ra qua hai giai đoạn chính: ninh kết và rắn chắc Trong giai đoạn ninh kết, vữa xi măng mất dần tính dẻo và trở nên đặc hơn, nhưng cường độ vẫn còn thấp Giai đoạn rắn chắc chủ yếu liên quan đến quá trình thủy hoá các thành phần khoáng vật của clinke, bao gồm silicat tricalcit (3CaO.SiO2), silicat bicalcit (2CaO.SiO2), aluminat tricalcit (3CaO.Al2O3) và fero-aluminat tetracalcit (4CaO.Al2O3Fe2O3) Phản ứng thủy hóa này là yếu tố chính quyết định cường độ cuối cùng của CXMĐ.
3CaO.SiO2 + nH2O = Ca(OH)2 + 2CaO.SiO2(n-1)H2O
2CaO.SiO2 + mH2O = 2CaO.SiO2mH2O
4CaO.Al2O3Fe2O3 + nH2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.mH2O
Quá trình thủy hóa xi măng tạo ra các sản phẩm chính như Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O, 2CaO.SiO2mH2O và CaO.Fe2O3.mH2O Quá trình ninh kết của xi măng được chia thành ba giai đoạn: Giai đoạn hòa tan, khi Ca(OH)2 và 3CaO.Al2O3.6H2O hòa tan trong nước tạo thành dung dịch quanh hạt xi măng; Giai đoạn hóa keo, khi lượng Ca(OH)2 và 3CaO.Al2O3.6H2O không còn hòa tan, tạo thành thể keo và làm cho xi măng mất tính dẻo; và Giai đoạn kết tinh, khi các sản phẩm chuyển từ thể ngưng keo sang dạng tinh thể, giúp xi măng bắt đầu có cường độ và trở nên rắn chắc khi nước giảm dần.
Các giai đoạn hòa tan, hóa keo và kết tinh không diễn ra độc lập mà xảy ra đồng thời, xen kẽ giữa hạt keo và tinh thể, dẫn đến sự phát triển và tăng cường cường độ của chúng.
Tùy tính chất sử dụng, các CXMĐ có thể bố trí theo các cách sau [11]:
Hình 2.1: Một số dạng sơ đồ bố trí CXMĐ.
Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế CXMĐ
Khi dùng CXMĐ tức là ta tín đến bài toán gia cố đất nền, có 3 tiêu chuẩn cần được thỏa mãn:
Tiểu chuẩn cường độ: c,ϕcủa nền được gia cố phải thỏa mãn điều kiện sức chịu tải dưới tác dụng của tải trọng công trình
Tiêu chuẩn biến dạng: Mô đun biến dạng tổng của nền được gia cố phải thỏa mãn điều kiện lún của công trình
Điều kiện thoát nước: Áp lực nước lỗ rỗng dư trong đất cần được "giải phóng" càng nhanh càng tốt
2.2.1 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam [7] - Tính toán nền gia cố theo biến dạng Độ lún tổng (ký hiệu là S) của nền gia cố được xác định bằng tổng độ lún của toàn bộ bản thân khối gia cố và độ lún của đất dưới khối gia cố:
S1: Độ lún bản thân khối gia cố
S2: Độ lún của đất chưa gia cố, dưới mũi cọc Độ lún của bản thân khối gia cố S1 được tính theo công thức:
Trong đó: q: Tải trọng công trình truyền lên khối gia cố (kN);
H: Chiều sâu của khối gia cố (m); a: Tỷ số diện tích, a = (nAc / BL); n- Tổng số cọc;
Ac: Diện tích tiết diện cọc;
B, L: Kích thước khối gia cố; s c tb
Ec: Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc; Có thể lấy Ec = (50100) Cc
(với Cc là sức kháng cắt của vật liệu cọc);
E: Mô đun biến dạng của đất nền giữa các cọc; có thể lấy theo công thức thực nghiệm Es = 250Cu, với Cu là sức kháng cắt không thoát nước của đất nền; Độ lún của đất chưa gia cố S2 dưới mũi cọc được tính theo nguyên lý cộng lún của từng lớp Phạm vi vùng ảnh hưởng lún đến chiều sâu mà tại đó áp lực gây lún không vượt quá 10% áp lực đất tự nhiên
2.2.2 Phương pháp tính toán theo quy trình Nhật Bản [13]
2.2.2.1 Sức chịu tải của cọc đất xi măng theo vật liệu
Khả năng chịu tải của cọc đất xi măng được tính toán theo công thức sau:
P: Tải trọng của nền đất đắp do một cọc đỡ, (kN); ΔP: Tổng tải trọng phân bố của nền đắp, (kN/m 2 );
A: Diện tích nền đất do một cọc đỡ, (m 2 );
Với: x là khoảng cách giữa các cọc (tính từ tim cọc);
Pa: Lực nén lớn nhất mà cọc có thể chịu được (kN);
Pa = qu.Ap (2.5) Khi đó: qu: Cường độ chịu nén của cọc (kN/m 2 );
Ap: Diện tích tiết diện của cọc (m 2 )
2.2.2.2 Sức chịu tải của cọc đất xi măng theo đất nền
Ru: Sức chịu tải cực hạn của cọc gia cố;
Rpu: Sức chịu tải mũi cực hạn của cọc gia cố;
Sức chịu tải mũi cực hạn của cọc gia cố phụ thuộc vào loại đất:
: Trị số SPT trung bình trên và dưới 1 lần đường kính cọc; c: Lực dính của đất nền;
Ap: Diện tích tiết diện của cọc;
L: Chu vi cọc gia cố τdi: Ma sát thành bên cực hạn của cọc gia cố;
Ma sát thành bên cực hạn của cọc được tính theo công thức sau:
Đối với đất dính: hoặc (2.10)
Trong đó: qu: Cường độ sức kháng nén đơn của cọc;
N: Trị số SPT tại độ sâu đang xét; hi: Chiều dày phân tố
2.2.2.3 Tính độ lún của nền đất gia cố Độ lún tổng (S) của nền gia cố được xác định bằng tổng độ lún của bản thân khối gia cố và độ lún của đất dưới khối gia cố:
S1: Độ lún trong phần đất được gia cố;
S2: Độ lún của lớp đất yếu chưa được gia cố dưới mũi cọc
Độ lún S1 được tính theo
Trong đó: ap: Tỷ diện tích đất được thay thế; n: Tỷ số mô đun, với n được tính theo công thức:
Sn: Độ lún cuối cùng của lớp đất thứ n, trong bài toán tính lún khi nền đất chưa được gia cố và tính theo công thức:
Cc là chỉ số nén của lớp đất thứ n, trong khi e0 đại diện cho hệ số rỗng ban đầu của lớp đất này Chiều dày của lớp đất thứ n được ký hiệu là hn Tải trọng của đất đắp được biểu thị bằng w1 và w2 Ứng suất cố kết tại giữa lớp đất thứ n được tính bằng công thức p = max (pc, σ2), với σ1 và σ2 là ứng suất hiệu quả do tải trọng gây ra.
Độ lún S2 của đất yếu dưới khối gia cố CXMĐ được xác định bằng phương pháp phân tầng cộng lún của từng lớp phân tố, coi khối đất gia cố như một khối móng quy ước.
2.2.3 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn châu Âu [17 ]
Xác định khoảng cách giữa các CXMĐ là một vấn đề quan trọng, cần tính toán sao cho khoảng cách giữa các cọc lớn nhất có thể, đáp ứng nhu cầu kinh tế và yêu cầu kỹ thuật Giới hạn tối đa cho khoảng cách giữa các cọc khi bố trí theo lưới ô vuông có thể được xác định bằng một công thức cụ thể.
Qp: Khả năng chịu tải cho phép của mỗi cọc; ffs: Hệ số tải trọng do đất đắp, khi xét trạng thái giới hạn cường độ; ffs = 1,3 ÷ 1,5;
Hệ số tải trọng do hoạt tải (fp) trong trạng thái giới hạn cường độ có giá trị từ 1,3 đến 1,5 Hoạt tải (q) được phân bố đều trên bề mặt đất đắp, trong khi chiều cao đất đắp được ký hiệu là h, và trọng lượng trung bình của đất đắp được biểu thị bằng γ.
2.2.3.1 Kiểm tra theo vật liệu cọc
Tải trọng tác dụng lên cọc:
Sức chịu tải của mỗi CXMĐ như sau:
Qcoc = Acol (3,5Cucol + 3σn) (2.19) Trong đó:
Acol: Diện tích tiết diện ngang của CXMĐ; σn: Áp lực ngang tổng cộng tác dụng lên CXMĐ, và được tính theo công thức: σn = σp + 5Cusoil (2.20)
Cucol và Cusoil đóng vai trò quan trọng trong việc xác định sức kháng cắt của cọc và đất nền Ứng suất phân bố dưới đáy khối gia cố bằng CXMĐ, ký hiệu là σp, được tính theo công thức σp = qtt + γđn Lcol, trong đó qtt là hoạt tải và tải trọng đất đắp, và a là tỷ diện thay thế của CXMĐ.
Esoil, Ecol: Mô đun biến dạng của nền đất và CXMĐ
Và Hệ số vượt tải phải đảm bảo điều kiện:
2.2.3.2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền
Kiểm tra theo điều kiện đất nền được thực hiện theo phương pháp hệ số vượt tải phải thỏa điều kiện:
Sức chịu tải của cọc đất theo điều kiện đất nền:
Qcol = (π*D*Lc + 2,25* π *D 2 )*Su (2.24) Trong đó:
FS: Hệ số an toàn;
Su: Sức kháng cắt không thoát nước của đất nền
Pac: Tải trọng tính toán của 1 cọc đơn bao gồm cả hoạt tải 2.2.3.3 Kiểm tra sức chịu tải của nhóm cọc đơn
Kiểm tra theo điều kiện đất nền của nhóm cọc được thực hiện theo phương pháp hệ số vượt tải với điều kiện:
Sức chịu tải của nhóm cọc tính theo công thức của Broms và Boman
(1978), Bergado và nnk (1996) và tính theo công thức:
Qgroup = 2Su*Lc*(B + L) + (6÷9)*Su*B * L (2.26) Tải trọng tính toán:
Pgroup = (Pgl + Pht)*B*L (2.27) Trong đó:
B: Bề rộng của nhóm cọc;
Su: Sức kháng cắt không thoát nước của đất nền;
Pgl: Tải trọng đất đắp;
Pht: Tải trọng đất dưới khối đất đắp và trên nhóm cọc;
Hệ số lấy bằng 6 khi móng hình chữ nhật có L>>B (ví dụ như móng băng)
2.2.3.4 Độ lún của khối thân cọc Độ lún tổng cộng của một công trình đặt trên nền đất gia cường bằng CXMĐ gồm hai thành phần là độ lún cục bộ của khối đất được gia cố (Δh1) và độ lún của đất không ổn định nằm dưới khối (Δh2)
Tính độ lún cục bộ của khối đất gia cố (Δh1) liên quan đến độ tăng tải trọng q từ công trình, trong đó một phần tải trọng (q1) được truyền lên cọc và phần còn lại (q2) được truyền cho đất xung quanh, như thể hiện trong Hình 2.1.
Hình 2.2 minh họa sự phân chia tải trọng tác động lên CXMĐ và đất nền Độ lún do tải trọng q1 và q2 gây ra lần lượt được xác định qua các công thức (2.28) và (2.29) Độ lún cục bộ của phần cọc xi măng đất Δh1 được tính theo giả thiết tải trọng q không thay đổi dọc theo chiều cao khối, với tải trọng trong khối không giảm, dẫn đến việc cọc và đất nền có cùng độ lún.
Trong đó: a: Tỷ diện thay thế của CXMĐ;
Ecol: Mô đun đàn hồi của CXMĐ;
Msoil: Mô đun biến dạng của đất nền xung quanh cọc; Δh: Chiều dày của lớp địa chất
2.2.3.5 Độ lún của đất dưới mũi cọc Độ lún Δh2 của đất chưa gia cố dưới mũi cọc được tính theo nguyên lý cộng lún từng lớp phân tố và quy về móng khối quy ước
Trong đó: hi: Bề dày lớp đất tính lún thứ I; e0i: Hệ số rỗng của lớp đất i ở trạng thái tự nhiên ban đầu;
Cri: Chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải;
Cci là chỉ số nén lún thể hiện độ dốc của đoạn đường cong nén lún Ứng suất nén thẳng đứng σ’v0 được xác định bởi trọng lượng của các lớp đất tự nhiên nằm trên lớp i Gia tăng ứng suất thẳng đứng được ký hiệu là Δσ'v, trong khi ứng suất tiền cố kết được biểu thị bằng σ'p.
2.2.4 Phương pháp tính toán theo quy trình Trung Quốc [16]
Tiêu chuẩn này chỉ chủ yếu đề cập đến vấn đề lực thẳng đứng là chính mà chưa đề cập đến tải trọng ngang
2.2.4.1 Sức chịu tải của khối gia cố
Sức chịu tải cho phép của CXMĐ được xác định thông qua thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn tại hiện trường Tuy nhiên, giá trị này cũng có thể được ước tính theo một công thức nhất định, và trong trường hợp này, nên chọn giá trị nhỏ hơn để đảm bảo tính an toàn.
P . fcu: Cường độ chị nén của mẫu thử đất gia cố xi măng trong phòng thí nghiệm ở thời điểm 90 ngày tuổi trong điều kiện bảo dưỡng tiêu chuẩn;
Ap: Diện tích mặt cắt ngang cọc η: Hệ số chiết giảm cường độ thân cọc, có thể lấy bằng 0,3 ÷ 0,4;
Chu vi cọc đất gia cố (Up) được tính toán dựa trên lực ma sát của lớp đất xung quanh cọc (qsi) và chiều dày lớp đất thứ i (li) Hệ số chiết giảm khả năng chịu tải của đất dưới mũi cọc (α) thường có giá trị từ 0,4 đến 0,6 Khả năng chịu tải của đất dưới mũi cọc (qp) là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của cọc đất gia cố.
Công nghệ thi công cọc xi măng đất trộn ướt
2.3.1 Khái quát quá trình thi công
CXMĐ được thi công bằng phương pháp khoan trộn sâu, sử dụng thiết bị khoan chuyên dụng để khoan vào lòng đất với kích thước và độ sâu theo thiết kế Trong quá trình khoan, đất không được lấy ra, dẫn đến việc cấu trúc đất bị phá vỡ và được nghiền nát, sau đó trộn đều với chất kết dính như xi măng, vôi, thạch cao, phụ gia và cát.
Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng CXMĐ sử dụng máy khoan với hệ thống lưới có đường kính linh hoạt theo thiết kế cột Hệ thống còn bao gồm các xilô chứa xi măng kết hợp với máy bơm nén có áp lực lên tới 12 kg/cm² Các thiết bị khoan từ Thụy Điển và Trung Quốc có khả năng khoan sâu đến 35 m và tự động điều chỉnh để giữ cần khoan luôn thẳng đứng.
Khi mũi khoan được rút ra khỏi hố, đất trong hố sẽ được trộn đều với chất kết dính, từ đó dần dần đông cứng và hình thành CXMĐ.
Hiện nay trên thế giới có hai công nghệ được áp dụng phổ biến là công nghệ của Châu Âu và công nghệ của Nhật Bản
Hiện nay, tại Việt Nam, hai công nghệ thi công cọc xi măng đất phổ biến là Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay Jet-grouting), cả hai đều có nguồn gốc từ Nhật Bản.
2.3.2 Công nghệ thi công trộn ướt (Wet Mixing, Jet-grounting)
Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có hoặc không có chất phụ gia
Quá trình phun hoặc bơm chất kết dính vào đất trong hố khoan có thể được thực hiện trong cả hai pha khoan xuống và rút mũi khoan lên, hoặc chỉ thực hiện trong pha rút mũi khoan.
Sử dụng máy khoan để đưa ống bơm với vòi phun đến độ sâu cần gia cố, sau đó tiến hành bơm vữa xi măng Hệ thống cánh trộn sẽ kết hợp dung dịch vữa, được sắp xếp theo tỷ lệ quy định giữa đất và vữa dựa trên khối lượng hạt Khi vữa đã cứng lại, nó sẽ hình thành cột xi măng đất.
Công nghệ trộn xi măng ướt mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm khả năng áp dụng rộng rãi cho mọi loại đất và thi công hiệu quả trong môi trường nước Phương pháp này cho phép xử lý sâu hơn so với trộn khô, đồng thời có thể cải thiện lớp đất yếu mà không ảnh hưởng đến lớp đất tốt xung quanh Quá trình hình thành cường độ của cọc đất gia cố diễn ra đồng đều hơn và ít gây chấn động, giúp bảo vệ tối đa các công trình lân cận.
Công nghệ trộn ướt có nhược điểm là sử dụng nhiều xi măng hơn so với trộn khô, do xi măng có thể bị cuốn theo dòng trào ngược Đặc biệt, trong các nền đất có nhiều túi bùn hoặc rác hữu cơ, axit humic trong đất có thể làm chậm hoặc gây hại cho quá trình ninh kết của hỗn hợp đất xi măng.
Hình 2.5: Thiết bị thi công theo công nghệ trộn ướt.
Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng cọc xi măng đất trộn ướ t
2.4.1 Ảnh hưởng của loại đất
Nước Xi măng Phụ gia
Kiểm soát lưu lượng Kiểm soát độ sâu và độ quay
Bản chất hóa lý của đất, bao gồm đường cong thành phần hạt, hàm lượng ngậm nước, giới hạn Silicat và nhôm, pH của nước lỗ rỗng và hàm lượng mùn hữu cơ, ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của khối ximăng - đất Hàm lượng xi măng sử dụng với khối lượng lớn cũng có tác động theo phân bố thành phần; cụ thể, khi hàm lượng sét tăng, số lượng xi măng yêu cầu cũng tăng do diện tích bề mặt lớn của các hạt nhỏ, dẫn đến tăng cường lượng tiếp xúc giữa xi măng và các hạt đất.
Đất có hàm lượng hữu cơ cao và hàm lượng muối lớn, đặc biệt là muối Sunfat, có thể cản trở quá trình Hydrat hóa của ximăng Đối với những công trình gặp khó khăn với đất mặn, như vùng ven biển, có thể khắc phục bằng cách tăng lượng ximăng sử dụng Nghiên cứu cho thấy khoáng chất Montmorilonite phản ứng dễ dàng hơn Illite do cấu trúc tinh thể đơn giản hơn, và đất chứa Montmorilonite và Kaolanh có tác động mạnh mẽ hơn trong phản ứng Puzzolan so với đất chứa Illite.
Hàm lượng hữu cơ trong đất ảnh hưởng đến quá trình hydrat hóa của xi măng, làm giảm cường độ của hỗn hợp xi măng - đất Sự gia tăng hàm lượng hạt sét, với kích thước nhỏ và diện tích bề mặt lớn, yêu cầu nhiều xi măng hơn để tạo liên kết hiệu quả Khi các hạt sét liên kết chặt chẽ, chúng tạo ra một lớp nền cứng, nâng cao cường độ của xi măng - đất Do đó, việc thiết kế cấp phối trong phòng thí nghiệm và thi công cọc thử tại hiện trường là rất quan trọng.
2.4.2 Ảnh hưởng của tuổi xi măng - đất
Cường độ của xi măng - đất gia tăng theo thời gian, giống như bê tông Kawasaki (1981) đã phát triển một mối quan hệ dựa trên phân tích tương quan để điều chỉnh cường độ nén nở hông cho đất sét biển tại vùng vịnh Tokyo, khi kết hợp với xi măng Portland.
0,26qu28 < qu3 < 0,63qu28 (2.38) 0,49qu28 – 64 < qu7 < 0,71qu28 + 5% (2.39) qu60 = 1,17 qu28 (2.40)
Cường độ qu28 ở 28 ngày tuổi được tính theo KPa, theo Hiệp hội CDMA (Cement Deep Mixing Association of Japan) năm 1994, có thể được điều chỉnh như sau: qu28 = (1,49 ~ 1,56) qu7, qu91 = (1,85 ~ 1,97) qu7, và qu28 = (1,2 ~ 1,33) qu28.
Cường độ nén nở hông của xi măng - đất được đo sau 7 ngày, 28 ngày và 91 ngày, tương ứng với các quận qu7, qu28 và qu91 Nagaraj (1997) đã đề xuất một mối quan hệ để xác định cường độ xi măng - đất dựa trên vi cấu trúc và định luật Abram, tức là sự phân bố lực hút giữa đất và vữa, thông qua phân tích tương quan đa chiều.
Cường độ xi măng - đất, ký hiệu là SD ở D ngày tuổi và S14 ở 14 ngày tuổi, tăng lên theo thời gian tương tự như bê tông Tuy nhiên, việc áp dụng định luật Abram để xác định cường độ này cần được thực hiện cẩn thận, như đã lưu ý bởi Hampton và Edil (1998) Mỗi loại đất và lượng chất kết dính khác nhau yêu cầu nghiên cứu mối tương quan về sự phát triển cường độ Do đó, trong mỗi công trình, cần chỉ rõ mối quan hệ giữa cường độ nén ở 7 ngày và 28 ngày, từ đó có thể nội suy hoặc ngoại suy các kết quả dự đoán Dự đoán mối tương quan này rất quan trọng để rút ngắn tiến độ cho các dự án.
Theo kết quả thực nghiệm thì mối quan hệ giữa cường độ nén nở hông 7 ngày và 28 ngày theo phương trình sau: qu28 = 1,26qu7 + 401,5 (kN/m 2 ) (2.45)
2.4.3 Ảnh hưởng loại xi măng
Loại và chất lượng xi măng ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển cường độ đối với mọi loại đất, đặc biệt loại đất nhiễm phèn
2.4.4 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng
Khi tăng lượng xi măng, cường độ của xi măng đất cũng gia tăng, điều này phụ thuộc vào loại đất và tính chất của xi măng Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng, được tính theo lượng xi măng trên mỗi mét khối đất, có vai trò quan trọng trong việc cải thiện cường độ nén của nền đất yếu khi được gia cố.
Các kết quả thực tế cho thấy mối quan hệ giữa tỷ lệ xi măng và cường độ nén nở hông của mẫu xi măng – đất là tuyến tính Khi lượng xi măng tăng, cường độ nén nở hông cũng tăng theo Dựa vào yêu cầu thiết kế về cường độ nén nở hông của mẫu, có thể tính toán lượng xi măng cần dùng cho 1m³ đất thông qua phương pháp ngoại suy hoặc nội suy.
2.4.5 Ảnh hưởng của lượng nước
Tăng lượng nước trong đất sẽ làm giảm cường độ khối xi măng đất Thực nghiệm cho thấy hàm lượng nước từ 60 đến 120% ảnh hưởng đến mẫu thí nghiệm của loại đất được xử lý với 5 đến 20% xi măng sau 60 ngày ninh kết Kết quả cho thấy cường độ giảm đối với mọi hàm lượng xi măng.
2.4.6 Ảnh hưởng của độ pH
Các nghiên cứu cho thấy rằng độ pH của đất ảnh hưởng đến cường độ của mẫu xi măng – đất trong một phạm vi nhất định Cường độ nén nở hông không chỉ phụ thuộc vào độ pH mà còn vào độ ẩm của đất, bao gồm tỷ lệ nước và hàm lượng xi măng Đất có độ pH từ 5 đến 6,3 có tác động tích cực đến cường độ nén nở hông, trong khi độ pH tăng sẽ cải thiện cường độ xi măng – đất Tuy nhiên, khi độ pH nằm trong khoảng từ 6,3 đến 6,9, nó lại có ảnh hưởng tiêu cực đến cường độ của mẫu xi măng đất.
2.4.7 Ảnh hưởng của độ rỗng
Các thí nghiệm cho thấy hệ số rỗng ảnh hưởng không lớn đến cường độ nén nở hông của mẫu xi măng – đất Tuy nhiên, có một xu thế rõ ràng: độ rỗng cao hơn dẫn đến cường độ mẫu xi măng – đất tăng lên Khi độ rỗng trong đất lớn, việc trộn xi măng vào đất giúp lấp đầy các lỗ rỗng, từ đó gia tăng khả năng gia cố nền đất yếu.
Kết luận Chương 2
Quá trình hình thành cường độ của CXMĐ là một quá trình hóa lý phức tạp, bao gồm giai đoạn ninh kết và rắn chắc Trong đó, quá trình ninh kết diễn ra qua các giai đoạn hòa tan, keo hóa và kết tinh, tất cả xảy ra đồng thời Sự phát triển của các quá trình này phụ thuộc vào thành phần vật chất của XM và môi trường đất nền, quyết định cường độ và thời gian hình thành cường độ CXMĐ Do đó, việc nghiên cứu và lựa chọn loại XM cùng chất phụ gia phù hợp với đất nền là rất cần thiết.
Công tác tính toán thiết kế CXMĐ đã được tiêu chuẩn hóa ở nhiều quốc gia, với mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng nhằm xác định độ lún, sức chịu tải và mật độ CXMĐ trong móng Tuy nhiên, các phương pháp này chủ yếu dựa vào giải tích truyền thống và chưa đề cập đến cường độ chịu kéo của cọc khi chịu tải trọng ngang cũng như khả năng chọc thủng cấu trúc trên cọc Đặc biệt, trong điều kiện đất yếu ở ĐBSCL, nhất là Long An, việc áp dụng tiêu chuẩn nước ngoài cho thiết kế CXMĐ cần được lựa chọn cẩn thận và kiểm toán bằng các phương pháp và phần mềm hiện đại, phù hợp với thực tế địa phương.
Chất lượng của CXMĐ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó thành phần môi trường đất như khoáng chất, chất hữu cơ và mức độ nhiễm phèn đóng vai trò quan trọng Việc nghiên cứu và lựa chọn loại XM cùng với các phụ gia phù hợp là cần thiết để đạt được hiệu quả tối ưu cho CXMĐ.
NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN CXMĐ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU NHIỂM PHÈN TỈNH LONG AN
Đặc điểm điều kiện tự nhiên
Tỉnh Long An có địa hình chủ yếu bằng phẳng, có xu hướng thấp dần từ phía Bắc – Đông Bắc xuống phía Nam – Tây Nam Địa hình nơi đây bị chia cắt bởi hai con sông Vàm Cỏ Đông và Vàm Cỏ Tây, cùng với hệ thống kênh rạch dày đặc Hầu hết diện tích đất của tỉnh Long An thuộc vùng đất ngập nước.
Khu vực phía Bắc và Đông Bắc tỉnh có địa hình cao, bao gồm Đức Huệ và Đức Hòa, trong khi Đồng Tháp Mười chiếm gần 66,4% diện tích tự nhiên của tỉnh với địa hình thấp, thường xuyên bị ngập lụt Tại Đức Hòa, một phần Đức Huệ và Bắc Vĩnh Hưng, có những khu vực đất tốt với sức chịu tải cao, dễ dàng cho việc xử lý nền móng Tuy nhiên, hầu hết các vùng đất còn lại đều có nền đất yếu và sức chịu tải kém.
Về địa chất, Long An chủ yếu có đất xám (phù sa cổ) thuộc trầm tích Pleistocene, trong khi phần lớn đất đai được hình thành từ phù sa trẻ và trầm tích Holocene Đất ở đây thường có cấu trúc bời rời với nhiều tạp chất hữu cơ, dẫn đến tính chất cơ lý kém Các vùng thấp, trũng tích tụ độc tố, làm cho đất trở nên chua phèn Qua điều tra, Long An được xác định có các nhóm đất chính.
Nhóm đất phèn chủ yếu phân bố tại vùng Đồng Tháp Mười, nằm giữa hai dòng sông Vàm Cỏ Đông và Vàm Cỏ Tây Đất ở đây có hàm lượng chất hữu cơ cao, nhưng lại chứa nồng độ độc tố lớn như Cl-, Al3+, Fe2+ và SO42-, đồng thời gặp phải tình trạng mất cân bằng nghiêm trọng về NPK.
• Nhóm đất phèn nhiễm mặn: phần lớn phân bố trong vùng đất hạ thấp của tỉnh Long An và bị nhiễm mặn trong mùa khô
Nhóm đất than bùn phân bổ ở phía Nam huyện Đức Huệ, giáp huyện Thạnh Hóa, cho thấy nền đất Long An gặp nhiều bất lợi trong công tác xây dựng Với đặc thù của vùng Đồng bằng Sông Cửu Long và những sắc thái riêng của đất chua, phèn, mặn, tỉnh cần có các giải pháp phù hợp để định hướng phát triển vùng.
Hình 3.1: Địa tầng đại diện tại khu vực huyện Mộc Hóa [2]
Dựa vào quan sát mặt cắt địa tầng, mô tả đất đá từ các hố khoan, cùng với tài liệu thu thập trong khu vực và kết quả phân tích mẫu cơ lý, tôi nhận diện khu vực này có cấu trúc địa chất đặc trưng với 4 lớp từ trên xuống.
Ngày khởi công - Started date: 20/02/2006 Mực nước ổn định - Depth of ground water (m): 0.0
Ngày kết thúc - Finished date: 21/02/2006 Mẫu đất nguyên dạng - UD samples: 12 mẫu
Cao độ miệng hố - Elevation (m): Mẫu nước - Water sample:
Chieàu saõu hoỏ khoan - Depth (m): 24.0 Thớ nghieọm SPT - SPT tests: 12
The Wednesday report details the depth of the stratum bottom in meters and the thickness of the layer in meters.
The lithology description includes sample depth measurements and standard blow count numbers, indicating soil characteristics Each sample is assessed for its blow count over 15 cm, providing insights into soil density and composition The results are visually represented in a diagram that illustrates the correlation between blow count and lithological properties.
Bùn sét màu xám đen, lẫn
22 Sét pha, vàng, xám trắng, 21.7-22.0 K1-11 19 3 7 12 trạng thái dẻo cứng
4 24.0 0.5 Cát pha lẫn sạn thạch anh, chvừa
Lớp này gặp ở trên mặt, đến độ sâu 1,1m (lỗ khoan K1) Do chiều dày của lớp nhỏ và có thành phần phức tạp
Lớp 2: Bùn sét lẫn mùn thực vật, xám đen
Lớp bùn sét nằm ngay dưới lớp 1, có độ sâu từ 1,1m đến 20,5m (theo lỗ khoan K1), với thành phần chủ yếu là bùn sét pha lẫn mùn thực vật, có màu xám đen và trạng thái chảy.
Kết quả thí nghiệm SPT cho giá trị từ 1-3 búa nện tiêu chuẩn
Các chỉ tiêu tính toán chủ yếu là:
Dung trọng tự nhiên I= 1.41 g/cm 3
Lực dính kết CI = 0,048 kg/cm 2
Mô đun tổng biến dạng E1-2,4 kG/cm 2
Lớp 3: Sét pha cát, vàng - xám trắng
Lớp địa chất này nằm ngay dưới lớp 2, xuất hiện ở độ sâu từ 20,5m đến 23,5m (lỗ khoan K1) Thành phần chủ yếu bao gồm sét, bột và cát hạt mịn đến trung, có màu vàng - xám trắng và có trạng thái dẻo cứng.
Kết quả thí nghiệm SPT cho giá trị trung bình là 11 búa nện tiêu chuẩn
Các chỉ tiêu tính toán chủ yếu là:
Dung trọng tự nhiên I = 2,07 g/cm 3
Lực dính kết CI = 0,246 kg/cm 2
Mô đun tổng biến dạng E1-2i,0 kG/cm 2
Lớp 4: Cát pha sét lẫn sạn thạch anh, vàng nâu - xám trắng
Lớp địa chất này nằm ngay dưới lớp 3, có độ sâu từ 23,5m đến 24,0m tại lỗ khoan K1 Chiều dày của lớp chưa được xác định hoàn toàn Thành phần chủ yếu bao gồm cát hạt mịn đến trung, sạn sỏi thạch anh, cùng với sét và bột, có màu vàng nâu - xám trắng và trạng thái dẻo cứng.
Kết quả thí nghiệm SPT cho giá trị trung bình là 34 búa nện tiêu chuẩn
Các chỉ tiêu tính toán chủ yếu là:
Dung trọng tự nhiên I= 2,13 g/cm 3
Lực dính kết CI = 0,098 kg/cm 2
Mô đun tổng biến dạng E1-2 = 124,1 kG/cm 2
-Lớp đất 1 và 2 là lớp đất yếu, khi xây dựng cần phải có biện pháp xử lý;
- Lớp đất thứ 2 nhiễm phèn, cần lưu ý khi áp dụng các giải pháp xử lý nền đặc biệt là giải pháp dùng chất kết dính hóa học;
- Lớp đất thứ 3 và 4 nằm trong trạng thái dẽo cứng (sét pha), chặt vừa có thể đặt móng và mũi cọc tựa vào tầng đất này.
Các loại xi măng và phụ gia tạo CXMĐ
Theo Phòng Kỹ thuật – Tổng Công ty Xi măng Việt Nam, xi măng thông dụng hiện nay gồm xi măng Pooclăng (không có phụ gia khoáng) và xi măng Pooclăng hỗn hợp (có phụ gia khoáng), với ba mác chủ yếu là 30, 40, 50, tương ứng với cường độ nén sau 28 ngày lớn hơn hoặc bằng 30, 40, 50 N/mm2 Xi măng PC30 và PCB30 là các loại xi măng Pooclăng mác 30, trong khi PC40 và PCB40 là mác 40 Trên thị trường, phổ biến nhất là xi măng PCB30, dùng cho xây dựng dân dụng và nhà cao tầng, còn PCB40 (hoặc PC40, PC50) được sử dụng cho công trình yêu cầu kết cấu bê tông chịu lực cao Để đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm, người dùng cần tuân thủ hướng dẫn sử dụng trên bao bì hoặc theo tư vấn của nhà sản xuất, tránh tình trạng sử dụng không đúng cách dẫn đến chất lượng bê tông không đạt yêu cầu hoặc lãng phí xi măng.
Hiện nay trên thi trường có rất nhiều phụ gia, với đặc tính khác nhau
3.2.2.1 Các loại phụ gia a) Phụ gia giảm nước Đó là các phụ gia truyền thống được dùng ở Việt Nam từ những năm 60 cho phép giảm nước trong khi trộn để có cùng tính dễ đổ, hoặc tăng tính dễ đổ với cùng hàm lượng nước
Các phụ gia cải thiện khả năng biến dạng của vữa và bê tông tươi khi bị tác động bởi phương pháp đầm Phụ gia giảm nước là các sản phẩm hữu cơ giúp giảm sức căng bề mặt, từ đó bôi trơn các hạt xi măng, làm cho chúng tách rời nhau Sự phân tán này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình làm ướt và thủy hóa Phụ gia siêu dẻo cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao tính linh hoạt của hỗn hợp bê tông.
Phụ gia siêu dẻo là loại phụ gia giúp giảm lượng nước trong trộn bê tông mà không ảnh hưởng đến thời gian ninh kết, tạo ra bê tông có độ linh động cao Ban đầu, tác dụng của phụ gia này chỉ kéo dài 30 phút, yêu cầu kiểm tra chặt chẽ thời điểm trộn Hiện nay, đã có các loại phụ gia với thời gian tác dụng lên đến 180 phút, mang lại sự linh hoạt hơn trong quá trình thi công.
Phụ gia tạo bọt khí trong bê tông giúp nâng cao khả năng chịu đóng băng và tan, đồng thời tăng tính linh động khi thi công ở nhiệt độ thấp Tuy nhiên, hiệu quả của phụ gia này sẽ giảm khi nhiệt độ bê tông tăng cao hoặc khi hàm lượng xi măng lớn và có thêm chất độn như tro bay Phụ gia đông cứng nhanh cũng là một lựa chọn quan trọng trong các ứng dụng này.
Phụ gia đông cứng nhanh là loại phụ gia được sử dụng trong hỗn hợp bê tông nhằm rút ngắn thời gian ninh kết, giúp tăng cường hiệu suất thi công và rút ngắn tiến độ xây dựng.
Phụ gia trợ bơm có tác dụng tăng nhanh quá trình ninh kết và cải thiện cường độ bê tông trong giai đoạn đầu Tuy nhiên, việc sử dụng loại phụ gia này có thể dẫn đến việc giảm cường độ bê tông trong thời gian dài.
Phụ gia bê tông giúp tăng độ trơn và khả năng bơm bê tông cho khoảng cách xa, ngăn ngừa hiện tượng phân tầng Chức năng chính của phụ gia này là ép nước trong hồ xi măng, tạo độ dẻo cho hồ xi măng và cho phép nó lấp đầy các khe hở trong cốt liệu, từ đó cải thiện tính chất của bê tông.
3.2.2.2 Phụ gia sử dụng trong quá trình thí nghiệm
Sau khi nghiên cứu các chất phụ gia phổ biến trên thị trường, tác giả đã chọn hai loại phụ gia DZ33 và OED để thực nghiệm trong các công trình giao thông Cả hai phụ gia này có đặc tính nổi bật là giảm độ dẻo, giảm độ thẩm thấu, tăng độ chặt và nâng cao khả năng chịu tải của đất.
Sử dụng phụ gia “ổn định Đất DZ33” trong cải tạo và tái sử dụng nguyên vật liệu làm đường giúp tiết kiệm chi phí xây dựng đáng kể Phụ gia này không chỉ giảm thiểu hiện tượng hư hỏng như ổ gà và lún vệt bánh xe mà còn cải thiện các đặc tính kỹ thuật của vật liệu làm đường DZ33 cho phép tận dụng vật liệu địa phương, giảm nhu cầu vật liệu cấp phối và tổng chi phí vật liệu Bằng cách thay đổi các đặc tính cơ lý của đất, phụ gia này làm giảm độ dẻo, độ thẩm thấu, tăng độ chặt và khả năng chịu tải của đất Cơ chế hoạt động của DZ33 là đưa các cation hữu cơ vào trong đất, trung hòa điện tích âm trên các phân tử sét, từ đó nâng cao hiệu quả thi công.
Hình 3.2a minh họa quá trình đưa DZ33 vào để trung hòa các phân tử sét Phản ứng ion diễn ra khi DZ33 tham gia, làm yếu đi liên kết giữa lớp nước tự nhiên bao quanh phân tử sét, từ đó giúp quá trình khử nước trở nên dễ dàng hơn.
Hình 3.2b minh họa quá trình khử nước trong đất của DZ33 Qua quá trình lu lèn, phản ứng "polime hóa" giữa các phân tử đất diễn ra, giúp đẩy nước và khí ra ngoài Điều này cho phép các phân tử đất được gia cố với DZ33 sắp xếp đồng đều và liên kết chặt chẽ.
Các phân tử đất được gia cố bằng DZ33 tạo nên các liên kết đa phương, hình thành một cấu trúc khối bền vững Điều này không chỉ cải thiện đáng kể sức chịu tải mà còn nâng cao hệ số thấm của kết cấu vật liệu.
Hình 3.2d: Hình vẽ minh họa liên kết của các phân tử đất vớ DZ33 tạo cấu trúc bền vững
Hình 3.2: Hình vẽ minh họa quá trình đẩy nước ra khỏi phân tử đất tạo cấu trúc bền vững trong phân tử đất
Bảng 3-1: Bảng tổng hợp chỉ tiều cơ lý của DZ33
Chỉ tiêu thử nghiệm Đơn vị
Phương pháp thử nghiệm Kết quả thử nghiệm
Cảm quan Dạng lỏng, màu nâu
Mùi Mùi men nhẹ pH pH Metter 4,4
Hàm lượng nước % USP XXII 82,42
Hàm lượng chất bay hơi ở 105°c % sấy 105°C đến không đổi 82,77
Hàm lượng đường tổng % Bertrand 0,00
Hàm lượng tro % Ref: AOAC: 923.03 0,45 Độ chớp cháy °C ASTM D 92 Không cháy ở nhiệt độ 100 o C
Phenol và hợp chất của
Hàm lượng chì (Pb) ppm
Hàm lượng kẽm (Zn) ppm 24,02
Hàm lượng nicken (Ni) ppm 0,07
Hàm lượng đồng (Cu) ppm 0,11
Hàm lượng Crom (Cr) ppm Không phát hiện (LCD: 0,01) Hàm lượng Cadimi (Cd) ppm Không phát hiện (LOD: 0,01)
Hàm lượng thiếc (Sn) ppm Không phát hiện (LOD: 1)
Hàm lượng antimony (Sb) ppm 0,006
Hàm lượng thủy ngân (Hg) ppm Không phát hiện
Phụ gia OED là một hóa chất gốc nước an toàn, không độc hại, được sản xuất từ polymer cao su Sản phẩm này áp dụng công nghệ không ăn mòn và phân tích nhũ hóa hòa tan trong nước, với thành phần chính là chuỗi các loại nhựa Acrylic.
Khi sử dụng phụ gia OED để cải thiện đất nền, sản phẩm này không làm thay đổi màu sắc của đất và hoàn toàn không độc hại cho động vật, thực vật và sinh vật thủy sinh, đồng thời không gây ô nhiễm môi trường Phụ gia OED được trộn với xi măng theo tỷ lệ phù hợp trên giàn khoan, sau đó phun hỗn hợp với áp lực từ 200 đến 400 kgf/cm2 trong quá trình rút lên để đảm bảo trộn đều với đất Cường độ yêu cầu sẽ đạt được sau khoảng 15 đến 28 ngày gia cố.
Kết luận Chương 3
Hỗn hợp đất trộn với xi măng, đặc biệt là xi măng HSS hoặc xi măng Xỉ SG, mang lại cường độ chịu nén cao, từ đó có thể ứng dụng giải pháp CXMĐ để gia cố nền đất yếu nhiễm phèn tại Long An.
- CXMĐ dùng xi măng HSS hoặc Xỉ SG có hàm lượng xỉ lò cao cho sức kháng nén cao, phù hợp với đất nhiễm phèn ở Long An
- Trong điều kiện đất nhiễm phèn ở Long An dùng phụ gia OED cho cọc XMĐ có cường độ chịu nén tốt hơn chất phụ gia DZ33.