Luận văn thạc sĩ về giải pháp xử lý nền đất yếu dưới nền đường bằng cọc đất xi măng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích địa kỹ thuật xây dựng nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu dưới nền đường bằng cọc đất xi măng, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Trần Minh Nghi
• Trường học: Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Giải Pháp Xử Lý Nền Đất Yếu Bằng Cọc Đất Xi Măng
• Loại tài liệu: luận văn cao học
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN GIẢI PHÁP CỌC ĐẤT - XIMĂNG ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
• 1.1. Tổng quan phương pháp trộn ximăng vào đất yếu
• 1.2. Lịch sử phát triển của cọc vôi, cọc ximăng, cọc vôi - ximăng

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nền đất yếu và cọc đất xi măng

Nền đất yếu là một trong những thách thức lớn trong lĩnh vực xây dựng, đặc biệt là tại các khu vực đô thị như Thành phố Hồ Chí Minh. Việc xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng đã trở thành một giải pháp phổ biến và hiệu quả. Cọc đất xi măng không chỉ giúp cải thiện tính chất cơ lý của nền đất mà còn tăng cường khả năng chịu tải cho các công trình xây dựng. Theo nghiên cứu, việc áp dụng cọc đất xi măng đã được thực hiện từ những năm 1970 và đã chứng minh được hiệu quả trong nhiều dự án xây dựng. Giải pháp này không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn có ý nghĩa kinh tế cao, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian thi công.

1.1. Tính chất của nền đất yếu

Nền đất yếu thường có độ bền thấp, khả năng chịu tải kém và dễ bị lún. Các yếu tố như độ ẩm, cấu trúc hạt và thành phần khoáng vật của đất đều ảnh hưởng đến tính chất của nền đất. Việc xác định chính xác các đặc tính này là rất quan trọng để lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp. Nghiên cứu cho thấy, nền đất yếu có thể cải thiện đáng kể khi được gia cố bằng cọc đất xi măng, giúp tăng cường độ bền và khả năng chịu tải của nền đất. Điều này đặc biệt quan trọng trong các công trình xây dựng lớn, nơi mà sự ổn định của nền đất là yếu tố quyết định đến an toàn và tuổi thọ của công trình.

1.2. Công nghệ cọc đất xi măng

Cọc đất xi măng là một phương pháp gia cố nền đất bằng cách sử dụng xi măng để cải thiện tính chất cơ lý của đất. Công nghệ này bao gồm việc khoan lỗ vào nền đất và bơm xi măng vào để tạo thành các cọc. Các cọc này không chỉ giúp gia tăng độ bền của nền đất mà còn tạo ra một cấu trúc liên kết chặt chẽ giữa các hạt đất. Theo các nghiên cứu, việc sử dụng cọc đất xi măng đã cho thấy hiệu quả cao trong việc cải thiện khả năng chịu tải và giảm thiểu lún cho các công trình xây dựng. Phương pháp này cũng được áp dụng rộng rãi trong các dự án xây dựng hạ tầng giao thông, cầu đường và các công trình công cộng khác.

II. Phân tích hiệu quả của giải pháp xử lý nền đất yếu

Việc áp dụng cọc đất xi măng trong xử lý nền đất yếu đã mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Đầu tiên, giải pháp này giúp cải thiện đáng kể độ bền và khả năng chịu tải của nền đất. Nghiên cứu cho thấy, sau khi gia cố bằng cọc đất xi măng, độ bền của nền đất có thể tăng lên gấp nhiều lần so với trước khi xử lý. Thứ hai, phương pháp này còn giúp giảm thiểu lún và biến dạng của nền đất, đảm bảo an toàn cho các công trình xây dựng. Ngoài ra, việc sử dụng cọc đất xi măng còn giúp tiết kiệm chi phí và thời gian thi công, do quá trình thi công nhanh chóng và hiệu quả.

2.1. Lợi ích kinh tế

Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn có ý nghĩa kinh tế cao. Việc cải thiện tính chất của nền đất giúp giảm thiểu chi phí xây dựng và bảo trì cho các công trình. Theo các chuyên gia, việc áp dụng công nghệ này có thể tiết kiệm từ 20-30% chi phí so với các phương pháp truyền thống. Hơn nữa, thời gian thi công cũng được rút ngắn, giúp các dự án hoàn thành đúng tiến độ và giảm thiểu rủi ro trong quá trình xây dựng.

2.2. Ứng dụng thực tiễn

Cọc đất xi măng đã được áp dụng thành công trong nhiều dự án xây dựng tại Việt Nam và trên thế giới. Các công trình giao thông, cầu đường, và các dự án hạ tầng lớn đều đã sử dụng giải pháp này để xử lý nền đất yếu. Nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng cọc đất xi măng không chỉ giúp cải thiện tính chất của nền đất mà còn đảm bảo an toàn cho các công trình trong suốt quá trình sử dụng. Điều này chứng tỏ rằng, cọc đất xi măng là một giải pháp hiệu quả và bền vững cho việc xử lý nền đất yếu trong địa kỹ thuật xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế - xã hội nhanh chóng, đặc biệt tại các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh, nhu cầu xây dựng hệ thống giao thông hiện đại và bền vững ngày càng cấp thiết. Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm kinh tế lớn nhất cả nước, có vị trí chiến lược quan trọng trong khu vực Đông Nam Á và Thái Bình Dương, với nhiều tuyến đường bộ kết nối quốc tế và nội địa. Tuy nhiên, việc xây dựng các công trình giao thông trên nền đất yếu gặp nhiều khó khăn do đặc tính cơ lý kém ổn định của đất nền, gây ảnh hưởng đến độ bền và an toàn của công trình.

Theo ước tính, các dự án đường bộ tại TP. Hồ Chí Minh thường phải xử lý nền đất yếu có độ sâu từ 5 đến 30 mét, với độ ẩm tự nhiên cao trên 75%, gây ra hiện tượng lún không đều và mất ổn định nền móng. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là khảo sát và đề xuất giải pháp xử lý nền đất yếu dưới nền đường bằng công nghệ cọc đất xi măng (cọc đất - XM), nhằm nâng cao tính chịu tải, giảm lún và đảm bảo ổn định lâu dài cho nền đường. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các khu vực có nền đất yếu tại TP. Hồ Chí Minh, với thời gian nghiên cứu từ năm 2007, dựa trên các số liệu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm và hiện trường.

Giải pháp cọc đất xi măng được đánh giá là công nghệ mới, hiệu quả cao, đã được ứng dụng thành công tại nhiều quốc gia như Thụy Điển, Nhật Bản, Mỹ và một số địa phương tại Việt Nam. Việc áp dụng công nghệ này tại TP. Hồ Chí Minh không chỉ góp phần nâng cao chất lượng công trình giao thông mà còn giảm thiểu chi phí và thời gian thi công so với các phương pháp truyền thống. Các chỉ số kỹ thuật như cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi và hệ số thấm của nền đất được cải thiện rõ rệt sau xử lý, góp phần đảm bảo an toàn và bền vững cho các công trình đường bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính trong địa kỹ thuật xây dựng:

1. Lý thuyết cơ học đất: Nghiên cứu các đặc tính cơ lý của đất yếu, bao gồm độ ẩm, độ rỗng, cường độ chịu cắt, mô đun đàn hồi và khả năng thấm nước. Các khái niệm như giới hạn chảy, giới hạn dẻo, hệ số Poisson và mô đun biến dạng được sử dụng để mô tả tính chất đất nền.

2. Mô hình gia cố nền đất bằng cọc đất xi măng: Áp dụng mô hình pha trộn vật liệu đất và xi măng để tạo thành cọc đất có cường độ cao hơn nhiều so với đất tự nhiên. Khái niệm về khả năng chịu tải của cọc đơn, nhóm cọc, cũng như phân bố ứng suất và biến dạng trong nền đất gia cố được phân tích chi tiết.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: cọc đất xi măng, mô đun đàn hồi, cường độ chịu nén không thoát nước, hệ số thấm, giới hạn chảy và dẻo, pha trộn xi măng - đất, và khả năng chịu tải của nền đất gia cố.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm:

• Mẫu đất lấy từ khu vực Rạch Lò Gốm, TP. Hồ Chí Minh, với độ sâu từ 0,6m đến 40m.
• Vật liệu xi măng PC40 của hai nhà sản xuất Nghi Sơn và Holcim, được kiểm định theo tiêu chuẩn TCVN 6260/1997.
• Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất và hỗn hợp đất - xi măng như độ ẩm, độ rỗng, cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi, giới hạn chảy và dẻo.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Thí nghiệm nén 1 trục không thoát nước để xác định cường độ chịu nén của mẫu đất và mẫu đất - xi măng.
• Phân tích mô đun đàn hồi và khả năng chịu tải của cọc đất xi măng dựa trên các công thức tính toán theo tiêu chuẩn địa kỹ thuật.
• So sánh kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường để đánh giá hiệu quả gia cố.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2007, bao gồm giai đoạn lấy mẫu, thí nghiệm phòng thí nghiệm, phân tích số liệu và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tăng cường cường độ chịu nén của đất sau gia cố: Sau 3 tháng, đất gia cố bằng vữa xi măng đạt khoảng 80% giá trị cường độ cần có, với cường độ chịu nén tăng từ 1,08 kG/cm² lên đến 10 kG/cm², tức tăng gấp gần 10 lần so với đất chưa gia cố.

2. Thời gian đông kết và phát triển cường độ nhanh hơn với xi măng: Đất gia cố bằng xi măng đạt hiệu quả gia cố trong vòng 1 tháng, nhanh hơn so với vữa vôi truyền thống (khoảng 3 tháng).

3. Giảm độ ẩm và hệ số thấm của đất gia cố: Độ ẩm giảm trung bình 2,6% khi sử dụng tỷ lệ trộn xi măng 50/50, đồng thời hệ số thấm giảm đáng kể (k=10⁻² đến 10⁻⁴ cm/s), giúp tăng khả năng chống thấm và ổn định nền đất.

4. Mô đun đàn hồi của cọc đất xi măng đạt từ 20 MPa đến 150 MPa tùy thuộc vào đường kính và chiều dài cọc, cho thấy khả năng chịu tải cao và phù hợp với các công trình đường bộ có tải trọng lớn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự gia tăng cường độ và ổn định nền đất là do quá trình phản ứng hóa học giữa xi măng và đất sét, tạo thành các liên kết bền vững, giảm độ rỗng và tăng khả năng chịu tải. Kết quả thí nghiệm phù hợp với các nghiên cứu quốc tế tại Thụy Điển, Nhật Bản và Mỹ, nơi công nghệ cọc đất xi măng đã được ứng dụng rộng rãi và chứng minh hiệu quả.

So sánh với các phương pháp truyền thống như cọc bê tông cốt thép hay đệm cát, giải pháp cọc đất xi măng có ưu điểm vượt trội về chi phí, thời gian thi công và khả năng thích ứng với điều kiện đất yếu có độ ẩm cao. Biểu đồ mô tả sự thay đổi cường độ theo thời gian cho thấy sự phát triển nhanh chóng của cường độ đất gia cố bằng xi măng trong tháng đầu tiên, sau đó ổn định.

Ngoài ra, việc bố trí cọc theo dạng lưới vuông hoặc tam giác với khoảng cách từ 0,8m đến 1,8m giúp phân bố tải trọng đều, giảm thiểu hiện tượng lún lệch và đảm bảo ổn định tổng thể cho nền đường.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng công nghệ cọc đất xi măng cho các dự án đường bộ tại TP. Hồ Chí Minh nhằm nâng cao khả năng chịu tải và giảm lún nền đất yếu, đặc biệt tại các khu vực có độ ẩm cao và đất sét mềm. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng, chủ thể: các nhà thầu xây dựng và cơ quan quản lý giao thông.

2. Tăng cường đào tạo kỹ thuật thi công và kiểm soát chất lượng vật liệu xi măng để đảm bảo hiệu quả gia cố và độ bền lâu dài của nền đất. Thời gian: liên tục trong quá trình thi công, chủ thể: các tổ chức đào tạo và nhà thầu.

3. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình thiết kế, thi công cọc đất xi măng phù hợp với điều kiện địa phương nhằm chuẩn hóa công nghệ và giảm thiểu rủi ro kỹ thuật. Thời gian: 12-18 tháng, chủ thể: Bộ Xây dựng và các viện nghiên cứu.

4. Thực hiện các nghiên cứu bổ sung về ảnh hưởng của tỷ lệ trộn xi măng, chiều dài và đường kính cọc đến hiệu quả gia cố để tối ưu hóa chi phí và hiệu quả công trình. Thời gian: 1-2 năm, chủ thể: các trường đại học và viện nghiên cứu địa kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và nhà thiết kế công trình giao thông: Nắm bắt công nghệ gia cố nền đất yếu bằng cọc đất xi măng để áp dụng trong thiết kế và thi công các dự án đường bộ, cầu cống.

2. Các nhà thầu xây dựng và thi công: Hiểu rõ quy trình thi công, kiểm soát chất lượng vật liệu và kỹ thuật thi công cọc đất xi măng nhằm đảm bảo hiệu quả và an toàn công trình.

3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật, quy định và chính sách phát triển hạ tầng giao thông bền vững.

4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành địa kỹ thuật xây dựng: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kết quả thí nghiệm và mô hình tính toán để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về xử lý nền đất yếu.

Câu hỏi thường gặp

1. Cọc đất xi măng là gì và tại sao được sử dụng để xử lý nền đất yếu?
   Cọc đất xi măng là phương pháp gia cố nền đất bằng cách trộn xi măng vào đất yếu để tạo thành các cọc có cường độ cao hơn. Phương pháp này giúp tăng khả năng chịu tải, giảm lún và cải thiện tính ổn định của nền đất, đặc biệt hiệu quả với đất có độ ẩm cao và tính dẻo lớn.

2. Tỷ lệ trộn xi măng với đất như thế nào là tối ưu?
   Theo nghiên cứu, tỷ lệ trộn xi măng dao động từ 6% đến 18% trọng lượng đất tùy loại đất. Ví dụ, đất sét thường sử dụng tỷ lệ 8-14%, đất cát 6-8%. Tỷ lệ này đảm bảo hiệu quả gia cố và tiết kiệm chi phí.

3. Thời gian để đất gia cố bằng xi măng đạt cường độ tối ưu là bao lâu?
   Đất gia cố bằng xi măng thường đạt khoảng 80% cường độ cần thiết sau 1 tháng, nhanh hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống như vữa vôi cần đến 3 tháng.

4. Phương pháp thi công cọc đất xi măng có phức tạp không?
   Phương pháp thi công tương đối đơn giản, sử dụng thiết bị khoan xoắn hoặc phun vữa xi măng vào đất yếu. Thiết bị thi công không đòi hỏi kỹ thuật quá cao, giúp giảm chi phí và thời gian thi công.

5. Cọc đất xi măng có thể áp dụng cho những loại đất yếu nào?
   Phương pháp này phù hợp với nhiều loại đất yếu như đất sét mềm, đất hữu cơ, đất bùn và đất có độ ẩm cao. Tuy nhiên, hiệu quả sẽ khác nhau tùy thuộc vào đặc tính cơ lý của từng loại đất.

Kết luận

• Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng tại TP. Hồ Chí Minh mang lại hiệu quả cao về tăng cường cường độ chịu nén và giảm lún nền đường.
• Thí nghiệm trong phòng và hiện trường cho thấy cường độ đất gia cố tăng gấp 8-10 lần so với đất tự nhiên, mô đun đàn hồi đạt từ 20 đến 150 MPa.
• Phương pháp thi công đơn giản, nhanh chóng, phù hợp với điều kiện đất có độ ẩm cao và tính dẻo lớn tại khu vực nghiên cứu.
• Đề xuất áp dụng rộng rãi công nghệ này trong các dự án giao thông nhằm nâng cao chất lượng và độ bền công trình.
• Các bước tiếp theo bao gồm hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật, đào tạo nhân lực và nghiên cứu tối ưu hóa tỷ lệ trộn xi măng phù hợp với từng loại đất cụ thể.

Hành động ngay hôm nay để áp dụng công nghệ cọc đất xi măng, góp phần xây dựng nền giao thông bền vững và phát triển kinh tế xã hội tại TP. Hồ Chí Minh!

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN MINH NGHI ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG LUẬN VĂN CAO HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG NĂM 2007 Trang 1 MÔÛ ÑAÀU I. ÑAËT VAÁN ÑEÀ NGHIEÂN CÖÙU: Trong nhöõng naêm gaàn ñaây cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa kinh teá ñaát nöôùc, toác ñoä ñoâ thò hoùa caùc thaønh phoá lôùn ñang dieãn ra vôùi moät nhòp ñoä khaù nhanh. Trong ñoù Tp Hoà Chí Minh laø moät trong soá caùc ñoâ thò coù toác ñoä ñoâ thò hoùa nhanh nhaát trong caû nöôùc. Tp Hoà Chí Minh laø trung taâm kinh teá lôùn nhaát nöôùc, coù ñaàu moái giao thoâng ñöôøng bieån, ñöôøng soâng raát quan troïng ñoái vôùi vuøng cöïc nam vaø nam Trung boä cuõng nhö trong caû nöôùc vaø haàu heát vôùi caùc nöôùc trong khu vöïc chaâu Aù Thaùi Bình Döông.

Veà ñöôøng boä Tp Hoà Chí Minh deã daøng lieân laïc vôùi Campuchia qua quoác loä 22, vaø vôùi toaøn boä vuøng cao nguyeân trung phaàn vaø nam Laøo qua quoác loä 13. Thaønh phoá coøn laø trung taâm khoa hoïc kyõ thuaät chuyeån giao coâng ngheä hieän ñaïi vaø laø moät trong nhöõng trung taâm giao dòch , thöông maïi, dòch vuï du lòch, taøi chính ngaân haøng trong khu vöïc chaâu Aù Thaùi Bình Döông vaø quoác teá. Chính vì vaäy nhu caàu xaây döïng vaø xaây döïng heä thoáng ñöôøng giao thoâng taïi Tp Hoà Chí Minh nhaèm phuïc vuï söï nghieäp phaùt trieån kinh teá xaõ hoâi, ñaûm baûo an ninh quoác phoøng ngaøy caøng caáp thieát. Moät soá döï aùn ñaõ ñöôïc trieån khai xaây döïng treân neàn ñaát yeáu taïi caùc khu vöïc noùi treân ñaõ ñaït ñöôïc nhieàu lôïi ích cho coâng cuoäc xaây döïng vaø baûo veä Toå quoác.

Tuy nhieân, vieäc xaây döïng coâng trình treân neàn ñaát yeáu ñaõ gaëp khoâng ít khoù khaên trong coâng taùc xöû lyù neàn ñaát yeáu. Trong khi ñoù moät soá bieän phaùp xöû lyù neàn ñaát yeáu truyeàn thoáng chöa mang laïi hieäu quaû nhö mong muoán. Phöông phaùp gia coá neàn ñaát yeáu baèng coïc ñaát - xi maêng (XM) laø moät coâng ngheä môùi ñeå xöû lyù neàn ñaát yeáu ñöôïc theá giôùi bieát ñeán vaø aùp duïng töø nhöõng naêm 1970 nhöng ñaït ñöôïc coâng ngheä hoaøn chænh vaø phaùt trieån maïnh meõ phaûi tính töø Trang 2 nhöõng naêm 1990 trôû laïi ñaây. Ñoái vôùi Vieät Nam, coâng ngheä coïc ñaát - XM laàn ñaàu tieân ñöôïc Thuïy Ñieån chuyeån giao coâng ngheä cho Boä Xaây döïng vaøo nhöõng naêm 1992-1994, söû duïng trong gia cöôøng neàn nhaø vaø coâng trình xaây döïng daân duïng.

Taïi nhieàu nöôùc treân theá giôùi, vieäc söû duïng coâng ngheä coïc ñaát - XM cho gia coá neàn ñaát yeáu trong caùc döï aùn ñöôøng boä, ñöôøng saét ñaõ cho hieäu quaû raát cao. Do vaäy, neáu nghieân cöùu coâng ngheä coïc ñaát – XM ñeå aùp duïng cho caùc döï aùn ñöôøng boä ñaép treân neàn ñaát yeáu khu vöïc Tp Hoà Chí Minh thì raát coù theå seõ laø moät trong caùc phöông phaùp hieäu quaû coù tính khaû thi cao. XAÙC LAÄP NHIEÄM VUÏ NGHIEÂN CÖÙU : Trong nhöõng vaán ñeà lieân quan ñeán coïc ñaát – XM, thì muïc tieâu vaø phaïm vi nghieân cöùu cuûa ñeà taøi chæ taäp trung giaûi quyeát nhöõng vaán ñeà sau: 1. Toång quan giaûi phaùp xöû lí neàn ñaát yeáu baèng coïc ñaát - XM.

Töø thí nghieäm neùn moät truïc ñaát gia coá baèng coïc ñaát - XM, nghieân cöùu söï khaùc bieät veà cöôøng ñoä cuûa coïc ñaát - XM khi thí nghieäm troän trong phoøng vaø ngoaøi hieän tröôøng. Nghieân cöùu söï gia taêng cöôøng ñoä cuûa coïc ñaát – XM so vôùi cöôøng ñoä cuûa ñaát chöa gia coá. Nghieân cöùu giaûi phaùp caáu taïo vaø tính toaùn coïc ñaát - XM gia coá cho neàn ñaát yeáu döôùi coâng trình ñöôøng. Trang 3 CHÖÔNG 1 - NGHIEÂN CÖÙU TOÅNG QUAN GIAÛI PHAÙP COÏC ÑAÁT - XIMAÊNG ÑEÅ XÖÛ LÍ NEÀN ÑAÁT YEÁU 1.1 Toång quan phöông phaùp troän ximaêng vaøo ñaát yeáu.

Kyõ thuaät gia coá neàn baèng voâi ñöôïc aùp duïng ñaàu tieân vaø phaùt trieån maïnh meõ trong lónh vöïc xaây döïng caùc lôùp moùng ñöôøng. Vaø theo thôøi gian, phöông phaùp naøy ñöôïc phaùt trieån ñeå caûi thieän tính chaát cô lí cuûa ñaát seùt trong neàn thieân nhieân. Nhöõng naêm tröôùc, khi gia coá neàn baèng coïc voâi thöôøng ngöôøi ta ñaøo hoaëc khoan loã coù ñöôøng kính töø 30-50cm, caùch nhau 2-5cm roài cho töøng cuïc voâi soáng chöa toâi vaøo. Khi tieáp xuùc vôùi nöôùc trong neàn ñaát yeáu voâi seõ ñöôïc toâi laøm taêng theå tích (coù khi taêng ñöôøng kính coïc leân töø 60-80%), do ñoù coù taùc duïng neùn chaët ñaát xung quanh, ñoàng thôøi coøn coù taùc duïng gia coá ñaát xung quanh coïc laøm taêng cöôøng ñoä huùt nöôùc , giaûm ñoä aåm cuûa ñaát xung quanh coïc voâi.

Tuy nhieân, do ñoä thaám cuûa ñaát seùt raát nhoû neân söï lan truyeàn cuûa voâi trong khoái ñaát bò haïn cheá, do vaäy vieäc caûi thieän tính chaát coïc voâi coøn raát cuïc boä. Ñeå khaéc phuïc nhöôïc ñieåm treân, naêm 1975 caùc chuyeân gia Thuïy Ñieån ñaõ tröïc tieáp troän voâi vôùi ñaát seùt meàm ngay trong neàn ñaát yeáu, laøm thaønh caùc coïc ñaát gia coá voâi. Yù töôûng cuûa kó thuaät thi coâng caùc coïc ñaát gia coá caû voâi cuûa Thuïy Ñieån laø xaây döïng ngay trong neàn ñaát yeáu caùc coät coù ñöôøng kính 50cm baèng moät thieát bò troän ñaëc bieät kieåu khoan dóa hoaëc thieát bò gioáng nhö duïng cuï khuaáy tröùng khoång loà. Khoan ñöôïc xoaén vaøo trong ñaát neàn ñeán ñoä saâu yeâu caàu töông thích vôùi chieàu daøi cuûa coïc vaø ñöôïc xoaén leân khi xoay ngöôïc chieàu.

™ Vaät lieäu gia coá trong coïc ñaát voâi laø voâi boät chöa toâi coù côõ haït 0,2mm. ™ Taùc duïng chuû yeáu cuûa voâi laø ñeå taêng söùc choáng caét vaø giaûm tính neùn luùn cuûa ñaát. Nhöõng thay ñoåi veà tính chaát cô hoïc cuûa ñaát xaûy ra raát nhanh do qui trình trao ñoåi ion vaø “voâi toâi” trong ñaát. Trang 4 ™ Ñaát neàn ñöôïc gia coá baèng voâi hoaëc ximaêng khaù raén chaéc, coù heä soá neùn thaáp, söùc choáng caét cao so vôùi ñaát khoâng gia coá.

Cöôøng ñoä choáng caét cuûa ñaát seùt gia coá coù theå leân tôùi 10 KG/cm2 taêng 50 laàn so vôùi ñaát chöa gia coá. ™ Keát quaû nghieân cöùu cho thaáy laø : sau 3 thaùng ñaát gia coá voâi ñaït ñöôïc 80% giaù trò cöôøng ñoä caàn coù. Ñoái vôùi ñaát gia coá baèng ximaêng thì giaù trò treân ñaït ñöôïc trong voøng 1 thaùng. Trong phaïm vi coïc gia coá , ñaát bò phaù huûy caáu truùc töï nhieân, sau ñoù ñöôïc troän vôùi voâi loûng hoaëc ximaêng thaønh 1 hoãn hôïp.

Caùc phaûn öùng hoùa hoïc xaûy ra, hoãn hôïp daàn daàn phaùt trieån cöôøng ñoä vaø trôû thaønh coïc chòu löïc. Keát quaû thí nghieäm cuõng cho thaáy heä soá thaám cuûa ñaát voâi vaø ñaát ximaêng laø khaù lôùn (k=10-2- 10-4cm/s) vì theá caùc coät naøy laøm gia taêng quaù trình coá keát cuûa ñaát neàn.1 Phöông phaùp duøng ximaêng ñeå troän vaøo ñaát yeáu Ñaây laø moät trong nhöõng phöông phaùp hieäu quaû ñeå gia coá neàn ñaát, phöông phaùp naøy aùp duïng phoå bieán cho caùc coâng trình thuûy lôïi.1 : Coâng tröôøng thi coâng coïc ñaát - XM Trang 5 Nguyeân lí cuûa phöông phaùp : phuït vaøo trong loã roãng cuûa ñaát hoaëc khe nöùt cuûa ñaù moät löôïng ximaêng caàn thieát theo thieát keá. Vöõa ximaêng ñöôïc phuït vaøo trong caùc loã roãng hoaëc khe nöùt sau ñoù cöùng laïi, coù taùc duïng laøm giaûm tính thaám vaø laøm taêng khaû naêng chòu taûi cuûa neàn ñaát hay ñaù döôùi coâng trình saép xaây döïng.2 : Bieåu ñoà moâ taû phaûn öùng cuûc coïc ñaát – XM vaø moái quan heä giöõa haøm löôïng ximaêng vaø cöôøng ñoä Hieän nay, phöông phaùp phuït vöõa ximaêng ñöôïc öùng duïng nhieàu trong lónh vöïc xaây döïng vì noù coù nhieàu öu vieät so vôùi caùc bieän phaùp hoùa lí khaùc. Khi aùp duïng phöông naøy khoâng ñoøi hoûi kyõ thuaät phöùc taïp maø hieäu quaû gia cöôøng neàn cao, thieát bò thi coâng ñôn giaûn, do ñoù coù yù nghóa kinh teá raát lôùn.

Chính vì leõ ñoù maø phöông phaùp phuït vöõa ximaêng ñeå gia coá neàn coù phaïm vi öùng duïng khaù roäng raõi, khoâng chæ trong caùc coâng trình thuûy lôïi, caûng maø coøn aùp duïng cho caùc coâng trình caàu, ñöôøng khi gia cöôøng hoaëc söûa chöõa caùc truï caàu trong xaây döïng moû, khi thieát keá caùc ñöôøng haàm, trong xaây döïng coâng nghieäp khi thieát Trang 6 keá caùc coâng trình chòu taûi troïng lôùn treân neàn ñaù daêm, soûi, cuoäi… hoaëc laøm giaûm tính thaám cuûa caùc loïai ñaát, ñaù ñaûm baûo cho caùc coâng trình laøm vieäc oån ñònh. Ñeå laøm taêng hieäu quaû cuûa vöõa ximaêng, coù theå theâm vaøo caùc chaát phuï gia nhö : caùt, boät ñaù, ñaát seùt, phuï gia hoaït tính nhö CaCl2.2 Vaät lieäu ximaêng söû duïng trong ñaát gia coá: Khoái löôïng rieâng γa = 3.1 g/cm3 Khoái löôïng theå tích γo = 1.15g/cm3 Thôøi gian ninh keát : Baét ñaàu khoâng sôùm hôn (phuùt) : 45 Keát thuùc khoâng chaäm hôn (giôø) : 10 1.2 Lòch söû phaùt trieån cuûa coïc voâi, coïc ximaêng, coïc voâi-ximaêng Töø raát laâu phöông phaùp troän voâi, ximaêng ñaõ ñöôïc duøng ñeå caûi taïo neàn ñaát yeáu. Thôøi coå La Maõ ngöôøi ta duøng voâi nhö moät chaát keát dính lieän keát caùc khoái ñaù. ™ Ngay töø nhöõng naêm 1925, ôû Lieân Xoâ ñaõ duøng voâi ñeå caûi taïo tính chaát cuûa ñaát phuïc vuï xaây döïng ñöôøng giao thoâng, thuûy lôïi, caùc coâng trình nhaø… ™ Vaøo nhöõng naêm 1954, IU.

Osipov ñaõ duøng voâi soáng ñeå caûi taïo tính chaát xaây döïng cuûa ñaát. Theo oâng, voâi soáng coù khaû naêng ngöng keát (hoaù cöùng) trong voøng 5-10 phuùt ôû ñieàu kieän xaùc ñònh, töùc laø noù ngöng keát nhanh gaáp 50-100 laàn voâi toâi. ™ Cuõng trong naêm 1954, coâng ty Intrusion Prepakt (Myõ) öùng duïng vaø phaùt trieån kyõ thuaät coïc troän taïi choã (MIP-Mix In Place Pile). Vaøo nhöõng naêm 1960, qui trình gia coá ñaát neàn baèng voâi troän ñaát cho lôùp ñaát maët daøy 1m ñaõ ñöôïc thöïc hieän ôû Myõ vaø Ñöùc baèng caùch nhoài voâi vaøo caùc loã khoan saün ñöôøng kính 100mm.

Ñeán naêm 1961, kyõ thuaät MIP ñaõ aùp duïng taïi Nhaät Baûn vôùi hôn 300.000m daøi coät duøng gia coá hoá ñaøo vaø kieåm soaùt möïc nöôùc ngaàm. Tieáp tuïc Trang 7 ñeán nhöõng naêm ñaàu cuûa thaäp nieân 70, coâng ty Seiko Kogyo ñaõ thöïc hieän thaønh coâng kyõ thuaät töôøng ngaên SMW (Soil Mixture Wall). ™ Naêm 1967, vieän nghieân cöùu haûi caûng vaø beán taøu (PHRI-Port and Habour Reseach Institute) thuoäc boä giao thoâng vaän taûi Nhaät Baûn baét ñaàu tieán haønh thí nghieäm trong phoøng söû duïng voâi cuïc hoaëc voâi boät ñeå xöû lí caûi taïo ñaát bieån baèng phöông phaùp Deep Lime Mixing (DML) – phöông phaùp troän döôùi saâu. Ñeà taøi nghieân cöùu do Okumura Terashi chuû trì : Ä Nghieân cöùu phaûn öùng xaûy ra giöõa voâi vaø ñaát bieån.

Ä Nghieân cöùu vieäc cheá taïo caùc thieát bò troän phuø hôïp.