Phần mở đầu. Tổng quan về cọc đất gia cố xi măng. Chương II. Nghiên cứu một số vấn đề khi tính toán và thiết kế xử lý nền đất yếu dưới nền đường bằng cọc đất gia cố xi măng.
Chương III. Phân tích đánh giá hiệu quả việc xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố xi măng ở công trình Đường Liên cảng Cái Mép – Thị Vải, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Chương IV. Các kết luận và kiến nghị - Tài liệu tham khảo.
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG BẰNG CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG. Khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu cần phải có biện pháp xử lý nền bên dưới móng công trình, nhất là những vùng có tầng đất yếu khá dày. Với đất yếu là bùn sét và bùn á sét có độ thấm kém hơn 10-6 cm/s thì khả năng ứng dụng cọc vật liệu rời không hiệu quả vì đất không nén chặt được trong quá trình thi công, vì nước trong lỗ rỗng rất khó thoát đi để lỗ rỗng có thể giảm nhỏ lại. Mặt khác vật liệu rời có thể chìm dần trong bùn do hệ số rỗng lớn nên không thể giữ được hình dáng cọc sau khi thi công.
Trong quá trình thiết kết và thẩm tra một số dự án liên quan đến việc sử dụng cọc đất gia cố xi măng để gia cố nền đất yếu tác giả nhận thấy rằng việc chế bị mẫu trong phòng, trộn thử, thực hiện thí nghiệm, chỉnh lý số liệu thí nghiệm, lựa chọn thông số tính toán và quan niệm tính toán chưa sát với thực tế dẫn đến kết quả là công trình bị thiết kế quá an toàn, gây lãng phí. Tác giả cố gắng tập hợp một số kết quả thi công và thử nghiệm thực tế cho cọc đất gia cố xi măng để có thể rút ra được một số kinh nghiệm nhằm cải thiện công tác thiết kế có xử dụng cọc đất gia cố xi măng để cải tạo nền đất yếu. Công tác chế bị mẫu và thử nghiệm mẫu trong phòng. TCXDVN 385-2006 được ban hành năm 2006 dùng cho công tác thiết kế cọc đất gia cố xi măng, tuy nhiên tiêu chuẩn này có một số điểm cần được làm rõ.
Ngay trong cách tạo mẫu cũng có sự phân biệt cho trộn khô thì sử dụng mẫu trụ trong khi trộn ướt lại qui định sử dụng mẫu lập phương. Quy trình tạo mẫu không được đề cập một cách rõ ràng dẫn đến một số kết quả nén nở hông mẫu trộn trong phòng hoàn toàn trái ngược với quy luật gia tăng cường độ của mẫu đất trộn ximăng theo ngày tuổi bảo dưỡng mẫu. Tỷ lệ nước so với xi măng cũng cần được quan tâm đúng mức, tránh sử dụng những tỷ lệ nước so với xi măng quá bé dẫn đến công tác tạo mẫu không đều và kết quả về cường độ sẽ không tốt. Với cọc đất trộn xi măng các chỉ tiêu sau đây cần được thực hiện thử nghiệm thông qua chế bị mẫu trong phòng thí nghiệm: Hàm lượng hữu cơ của đất yếu, thành phần hóa học của nước ngầm, chế - 22 - bị mẫu đất trộn xi măng theo phương pháp trộn ướt, xác định cường độ kháng nén nở hông, xác định đặc trưng nén lún thông qua thí nghiệm nén lún, xác định dung trọng của đất gia cố xi măng.
Trong đó thí nghiệm nén lún thường cho kết quả về mô đun lớn hơn rất nhiều so với mô đun một chiều Eoed. Việc chế bị mẫu trong phòng chủ yếu dùng để xác định cường độ nén cũng như đặc trưng biến dạng theo hàm lượng xi măng và tỷ lệ nước so với xi măng (N/XM) để phục vụ cho công tác thiết kế công trình. Các hàm mục tiêu chính là: thay đổi cường độ theo hàm lượng xi măng và thay đổi cường độ theo ngày tuổi, thay đổi cường độ theo lọai xi măng. Điều kiện chế bị mẫu theo Bảng 2-1.
Quy trình chế bị mẫu nên thực hiện theo tiêu chuẩn của Nhật Bản theo bảng 2-2 Bảng 2-1: Điều kiện thí nghiệm trộn thử trong phòng Tỷ lệ N/XM của vữa 90 % và 70 % Kích thước mẫu Φ = 5cm, H = 10cm Hàm lượng ximăng Khối lượng kg/m3 đất yếu Số ngày bảo dưỡng 7, 14, và 28 Điều kiện dưỡng hộ Ẩm Bảng 2-2: Quy trình chế bị và thử nghiệm mẫu CDTI-2002 và Phương pháp gia cố sâu và phương pháp chế bị và bảo JGS 0821-2000 dưỡng mẫu đất ximăng ASTM D2166-00 Phương pháp thử nén nở hông tự do cho đất TCVN 4200-1995 Phương pháp xác định tính nén lún trong phòng thí nghiệm Để tạo được đất sét đồng nhất cho việc trộn với xi măng, các mẫu đất được chọn đại diện và trộn với nhau bằng cối trộn thể tích lớn. Đất sét sau khi chuẩn bị được giữ ẩm để tránh bị thay đổi độ ẩm trước khi trộn với xi măng. Sau khi cân đất, thể tích của chúng được ước tính thông qua dung trọng trung bình (đo trước và sau khi trộn các mẫu đất với nhau). Sau đó cân lượng xi măng tương ứng.
Một lượng nước được xác định theo tỷ lệ nước so với xi măng (cần chọn tỷ lệ phù hợp cho từng loại đất yếu). Nước và xi măng được trộn lẫn với nhau để tạo ra vữa xi măng ngay trước khi chế bị mẫu đất trộn xi măng. Quá trình trộn mẫu có thể tóm tắt như - 23 - sau đây : “Đất sét trước tiên được cho vào cối trộn. Sau đó dung dịch vữa xi măng được đổ vào.
Để tránh sự bắn tóe của vữa xi măng khi cánh trộn quay nhanh, hỗn hợp được trộn bằng tay trước khi dung máy trộn. Theo JGS 0821-2000, ba bước sau đây được thực hiện trong quá trình trộn: 1) Trộn 5 phút bằng máy, 2) Trộn 1 phút bằng tay để tạo độ đồng nhất của hỗn hợp, cùng với vật liệu dính vào cánh trộn và cối trộn 3) Trộn 5 phút bằng máy trộn”. Mẫu sau đó được cho vào khuôn để bão dưỡng theo độ ẩm thích hợp bằng cách phun hơi nước và nhiệt độ thích hợp cho thí nghiệm nở hông tự do và thí nghiệm nén lún. Thí nghiệm nén nở hông tự do.
Kết quả thí nghiệm nén nở hông tự do (UCS) ảnh hưởng rất lớn đến công tác thiết kế cọc đất gia cố ximăng. Dựa vào kết quả này tác giả rút ra được mô đun đàn hồi cho cọc đất xi măng tương ứng với 50% cường độ cực đại (hay hệ số an toàn là 2) E50. Khi mặt mẫu không được chuẩn bị kỹ sẽ làm cho giá trị mô đun E50 giảm đáng kế vì mẫu sẽ trải qua sự biến dạng lớn ở cấp tải khá bé đều này sẽ ảnh hưởng đến kết quả phân tích biến dạng của nền hỗn hợp gia cố xi măng. Kết quả sẽ cho độ lún khá lớn đến vài chục cm, khác xa với kết quả thực tế hiện trường.
Hình 2-1a trình bày kết quả so sánh giữa hai mẫu cùng hàm lượng xi măng, cùng tỷ lệ nước so với xi măng. Mẫu thứ nhất mặt mẫu không được chuẩn bị tốt và mẫu thứ hai mặt mẫu được chuẩn bị rất tốt. Kết quả cho thấy rằng cường độ nở hông tự do của hai mẫu này khá tương đương nhau, trong khi biến dạng tại 50% của mẫu thứ nhất là 0.17732% và mẫu thứ hai là 0.44532% khác biệt giữa hai kết quả này đến xấp xỉ 251% dẫn đến mô đun E50 của hai mẫu lần lượt là 200707.9kPa cho kết quả khác biệt về mô đun E50 cho hai mẫu này đến 257. Điều này hoàn toàn không phù hợp trong điều kiện các mẫu này chế bị trong cùng điều kiện, kết quả cường độ nở hông tự do tương tự nhau, độ dốc của đường quan hệ ứng suất biến dạng từ qu = 200~650kPa có độ dốc song song với nhau.
Vì thế có thể kết luận là mô đun E50 chịu ảnh hưởng đáng kể bởi mặt mẫu trong quá trình thử nghiệm. Vậy kết quả cho mẫu có mặt gia công chưa tốt phải được hiệu chỉnh bằng việc kéo dài đoạn ứng suất biến dạng qu = 200~650kPa so với trục hoành theo hàm đường thẳng qu=kε + b, từ đó ta có thể dễ dàng xác định được giá trị biến dạng cần được hiệu chỉnh khi tính toán E50 cho mẫu có mặt chuẩn bị không tốt. Trong Hình 2-1b thể - 24 - hiện giá trị ε hiệu chuẩn. Từ đó chúng ta xác định được biến dạng thực tế của mẫu là 0.19532% và mô đun E50 là 177724.
Nén nở hông tự do Nén nở hông tự do 800 800 700 700 600 600 500 500 qu (kPa) qu (kPa) qu = 2000 - 500 400 400 0 = 0.25% tại trục hoành 300 300 200 200 Mặt mẫu không tốt qu=ke + b 100 100 Mặt mẫu không tốt Mặt mẫu được chuẩn bị tốt Linear (qu=ke + b) 0 0 0.00 (a) (b) Hình 2-1: So sánh kết quả nén khi điều kiện gia công mặt mẫu khác nhau và hiệu chuẩn kết quả cho mẫu có mặt chuẩn bị không tốt Theo Hình 2-2 dễ nhận thấy rằng cường độ tăng trưởng theo thời gian dưỡng hộ của mẫu so với cường độ 7 ngày tuổi. Hệ số tỷ lệ tương ứng cho mẫu ở 28 ngày tuổi là 1.60 (giá trị bé nhất trong dải từ 1. Do đó với mẫu đất được trộn trong phòng một cách đúng đắn thì kết quả nén nở hông phù hợp với qui luật cường độ phát triển tăng theo thời gian bảo dưỡng mẫu theo hình 2-2 bên dưới. Việc lập mối quan hệ giữa cường độ 28 ngày tuổi so với hàm lượng xi măng trộn gia cố cần thực hiện theo hình 2-3 với các hàm lượng đủ rộng biến thiên từ 200 đến 240 kg/m3 để có thể xác định đường cong chuẩn này một cách chính xác nhằm phục vụ cho công tác thiết kế được tốt hơn.
Tuy nhiên được cong này cần phải được xác nhận bằng thực tế nén mẫu trộn thử hiện trường cũng như nén mẫu trong giai đoạn thi công đại trà.7 Tỷ số qu/qu 7 ngày 1.0421 900 800 700 Đường cong chuẩn trung bình 600 Power (Đường cong chuẩn trung bình) 500 180 200 220 240 260 3 Hàm lượng ximăng kg/m Hình 2-3: Đường cong trung bình mối quan hệ giữa qu(28) và hàm lượng xi măng Mối quan hệ trung bình giữa qu(28) và hàm lượng xi măng được trình bày theo Hình 2-3. Theo tài liệu thiết kế cọc đất trộn ximăng CDM (The Deep Mixing Method –Principle, Design and Construction-CDIT), cường độ thiết kế tiêu chuẩn có thể được liên hệ với cường độ trong phòng thí nghiệm theo phương trình (2-1). Dựa theo kinh nghiệm ở Nhật, ở Nhà Bè và kết quả thử nghiệm mẫu trộn thử đối với đất Vũng Tàu ta có thể dùng hệ số 0.