Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất trộn ướt tại Long An

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC

1. PHẦN MỞ ĐẦU

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

1.2. Mục đích của đề tài

1.3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

1.4. Nội dung nghiên cứu

1.5. Phương pháp nghiên cứu

2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU Ở ĐBSCL VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CXMĐ TRỘN ƯỚT

2.1. Tổng quan về đất yếu vùng ĐBSCL

2.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng CXMĐ

2.2.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng CXMĐ trên thế giới

2.2.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng CXMĐ tại Việt Nam

2.3. Nhu cầu sử dụng CXMĐ ở Long An và ĐBSCL

2.4. Kết luận Chương 1

3. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC XI MĂNG ĐẤT VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CXMĐ TRỘN ƯỚT

3.1. Cơ sở hóa lý của CXMĐ

3.2. Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế CXMĐ

3.2.1. Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam

3.2.2. Phương pháp tính toán theo quy trình Nhật Bản

3.2.3. Sức chịu tải của cọc đất xi măng theo vật liệu

3.2.4. Sức chịu tải của cọc đất xi măng theo đất nền

3.2.5. Tính độ lún của nền đất gia cố

3.2.6. Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu

3.2.6.1. Kiểm tra theo vật liệu làm cọc

3.2.6.2. Kiểm tra theo theo đất nền

3.2.6.3. Kiểm tra sức chịu tải theo nhóm cọc đơn

3.2.6.4. Độ lún của khối thân cọc

3.2.6.5. Độ lún của đất dưới mũi cọc

3.2.7. Phương pháp tính toán theo quy trình Trung Quốc

3.2.7.1. Sức chịu tải của khối gia cố

3.2.7.2. Độ lún của nền đất gia cố

3.2.8. Tổng hợp các phương pháp tính toán

3.2.9. Ưu và nhược điểm của các phương pháp tính toán

3.3. Công nghệ thi công cọc xi măng đất trộn ướt

3.3.1. Khái quát quá trình thi công

3.3.2. Công nghệ thi công trộn ướt (Wet Mixing, Jet-grounting)

3.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng cọc xi măng đất trộn ướt

3.4.1. Ảnh hưởng của loại đất

3.4.2. Ảnh hưởng của tuổi xi măng - đất

3.4.3. Ảnh hưởng loại xi măng

3.4.4. Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng

3.4.5. Ảnh hưởng của lượng nước

3.4.6. Ảnh hưởng của độ pH

3.4.7. Ảnh hưởng của độ rỗng

3.5. Kết luận Chương 2

4. NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN CXMĐ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU NHIỄM PHÈN TỈNH LONG AN

4.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên

4.2. Các loại xi măng và phụ gia tạo CXMĐ

4.2.1. Các loại xi măng

4.2.2. Các loại phụ gia

4.2.3. Phụ gia sử dụng trong quá trình thí nghiệm

4.3. Nghiên cứu lựa chọn loại xi măng và phụ gia tạo cọc XMĐ xử lý nền đất yếu tỉnh Long An

4.3.1. Phương pháp chế bị, đúc và bảo dưỡng mẫu

4.3.2. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý cho các loại xi măng tạo CXMĐ

4.3.2.1. Thí nghiệm xi măng Holcim PCB-40

4.3.2.2. Thí nghiệm xi măng Holcim Stable Soil (HSS)

4.3.2.3. Thí nghiệm xi măng Xỉ Sài Gòn

4.3.3. Thí nghiệm xác định cường độ nén các tổ hợp mẫu XMĐ cho các loại xi măng và chất phụ gia

4.3.4. Kết quả thí nghiệm đất trộn xi măng các loại khác nhau

4.3.5. Kết quả thí nghiệm đất trộn xi măng + phụ gia khác nhau

4.3.6. Tổng hợp và nhận xét kết quả thí nghiệm

4.3.6.1. Tổng hợp kết quả thí nghiệm

4.3.6.2. Nhận xét kết quả thí nghiệm

4.4. Kết luận Chương 3

5. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CÔNG TRÌNH TUYẾN ĐƯỜNG N1 – H.LONG AN BẰNG CXMĐ

5.1. Giới thiệu chung về công trình

5.1.1. Thông tin chung về công trình

5.1.2. Các thông số kỹ thuật của tuyến đường

5.2. Đặc điểm địa chất nền tuyến đường

5.3. Tính toán độ lún và ổn định của nền đường khi chưa gia cố

5.3.1. Tính toán theo tiêu chuẩn 22 TCN 262-2000

5.3.2. Kiểm toán ổn định nền bằng phần mềm Geoslope

5.4. Thiết kế xử lý nền đường bằng giải pháp CXMĐ

5.4.1. Thiết kế nền đất gia cố CXMĐ theo phương pháp nền hỗn hợp

5.4.2. Xác định khả năng chịu tải cho phép của CXMĐ

5.4.3. Xác định khoảng cách giữa các CXMĐ

5.4.4. Kiểm tra tải trọng tác dụng lên CXMĐ

5.4.5. Tính độ lún và ổn định nền đường gia cố

5.4.6. Nhận xét chung

5.5. Kiểm tra ổn định nền công trình bằng phần mềm địa kỹ thuật

5.5.1. Lựa chọn phần mềm tính toán

5.5.2. Kiểm tra ổn định bằng phần mềm GeoSlope

5.5.2.1. Giới thiệu phần mềm Geoslope

5.5.2.2. Các bước xây dựng mô hình

5.5.2.3. Mô hình hóa nền đường

5.5.2.4. Mô hình tính toán nền đường bằng phần mềm Geoslope

5.5.2.5. Kết quả tính toán mô hình

5.5.3. Kiểm tra ổn định bằng phần mềm Plaxis

5.5.3.1. Giới thiệu phần mềm Plaxis

5.5.3.2. Các thông số đưa vào xây dựng mô hình

5.5.3.3. Kết quả tính toán mô hình

5.5.3.4. Phân tích kết quả tính toán

5.6. Kết luận Chương 4

6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tài liệu tham khảo

Phụ lục số 1

Phụ lục số 2

Phụ lục số 3

Phụ lục số 4

Phụ lục số 5

MỤC LỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

I. Tổng quan về đất yếu vùng ĐBSCL

Đất yếu là thuật ngữ phổ biến trong lĩnh vực địa kỹ thuật, đặc biệt ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Đất yếu được định nghĩa là loại đất không đủ khả năng chịu tải, có độ bền thấp và biến dạng lớn, không phù hợp làm nền tự nhiên cho công trình xây dựng. Đặc điểm chính của đất yếu bao gồm hàm lượng nước cao, độ bão hòa lớn (G > 0,8), độ sệt lớn (B > 1), khả năng chống cắt thấp (c và φ nhỏ), hệ số rỗng lớn (e > 1,0), và mô đun biến dạng nhỏ (E < 50 kG/cm²). Những đặc tính này dẫn đến nguy cơ lún, sập hoặc hư hỏng công trình nếu không được xử lý đúng cách. Việc đánh giá chính xác các tính chất cơ lý của đất yếu là cơ sở quan trọng để đề ra các giải pháp xử lý nền móng hiệu quả, đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế.

1.1. Đặc điểm đất yếu ở ĐBSCL

ĐBSCL là vùng trũng thấp, có hệ thống sông ngòi dày đặc, đất sét bão hòa nước và thường xuyên ngập lũ. Điều này khiến đất yếu ở khu vực này có biến dạng lớn theo thời gian, gây khó khăn trong xây dựng. Đất yếu ở ĐBSCL thường có chiều dày lớn, từ vài mét đến vài chục mét, và thường bị nhiễm phèn. Những đặc điểm này đòi hỏi các giải pháp xử lý nền đất yếu phải đảm bảo cả về kỹ thuật và kinh tế.

1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng CXMĐ

Cọc xi măng đất (CXMĐ) là một trong những giải pháp hiệu quả để xử lý nền đất yếu. Phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi ở ĐBSCL, đặc biệt trong các dự án như đường vào sân đỗ cảng hàng không Cần Thơ và đường băng sân bay Cần Thơ. CXMĐ không chỉ tăng cường độ ổn định của nền đất mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tuy nhiên, chất lượng CXMĐ phụ thuộc nhiều vào đặc điểm đất nền, đặc biệt là đất nhiễm phèn, đòi hỏi nghiên cứu kỹ lưỡng để lựa chọn loại xi măng và phụ gia phù hợp.

II. Cơ sở lý thuyết và công nghệ thi công CXMĐ

Cọc xi măng đất (CXMĐ) là phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cách trộn đất với xi măng và nước để tạo thành cọc có khả năng chịu tải cao. Phương pháp này dựa trên cơ sở hóa lý của quá trình phản ứng giữa xi măng và đất, tạo ra các liên kết bền vững. Các phương pháp tính toán thiết kế CXMĐ bao gồm tiêu chuẩn Việt Nam, Nhật Bản, Châu Âu và Trung Quốc, mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng. Công nghệ thi công CXMĐ trộn ướt (Wet Mixing) là quá trình phun hỗn hợp xi măng và nước vào đất nền, tạo ra cọc có độ bền cao. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng CXMĐ bao gồm loại đất, tuổi xi măng, hàm lượng xi măng, lượng nước, độ pH và độ rỗng của đất.

2.1. Phương pháp tính toán thiết kế CXMĐ

Các phương pháp tính toán thiết kế CXMĐ được áp dụng phổ biến bao gồm tiêu chuẩn Việt Nam (22 TCN 262-2000), quy trình Nhật Bản, tiêu chuẩn Châu Âu và quy trình Trung Quốc. Mỗi phương pháp có cách tiếp cận khác nhau trong việc xác định sức chịu tải của cọc, độ lún của nền đất và kiểm tra ổn định. Việc lựa chọn phương pháp tính toán phụ thuộc vào đặc điểm địa chất và yêu cầu kỹ thuật của công trình.

2.2. Công nghệ thi công trộn ướt

Công nghệ thi công trộn ướt (Wet Mixing) là quá trình phun hỗn hợp xi măng và nước vào đất nền bằng thiết bị chuyên dụng. Quá trình này tạo ra cọc có độ bền cao và khả năng chịu tải tốt. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng CXMĐ bao gồm loại đất, tuổi xi măng, hàm lượng xi măng, lượng nước, độ pH và độ rỗng của đất. Việc kiểm soát chặt chẽ các yếu tố này là điều kiện tiên quyết để đảm bảo chất lượng và hiệu quả của CXMĐ.

III. Nghiên cứu ứng dụng CXMĐ tại Long An

Tỉnh Long An có diện tích lớn với đất yếu phân bố rộng, đặc biệt là đất nhiễm phèn. Nghiên cứu này tập trung vào việc lựa chọn loại xi măng và phụ gia phù hợp để xử lý nền đất yếu nhiễm phèn bằng phương pháp CXMĐ. Các thí nghiệm được thực hiện với các loại xi măng như Holcim PCB-40, Holcim Stable Soil (HSS) và Xỉ Sài Gòn, cùng với các phụ gia như DZ33 và OED. Kết quả thí nghiệm cho thấy xi măng HSS và Xỉ Sài Gòn có khả năng tăng cường độ nén của mẫu XMĐ so với xi măng PCB-40. Việc sử dụng phụ gia cũng giúp cải thiện đáng kể cường độ của CXMĐ.

3.1. Lựa chọn xi măng và phụ gia

Nghiên cứu lựa chọn loại xi măng và phụ gia phù hợp để xử lý nền đất yếu nhiễm phèn tại Long An. Các thí nghiệm được thực hiện với xi măng Holcim PCB-40, Holcim Stable Soil (HSS) và Xỉ Sài Gòn, cùng với các phụ gia như DZ33 và OED. Kết quả cho thấy xi măng HSS và Xỉ Sài Gòn có khả năng tăng cường độ nén của mẫu XMĐ so với xi măng PCB-40.

3.2. Kết quả thí nghiệm và đánh giá

Kết quả thí nghiệm cho thấy việc sử dụng phụ gia giúp cải thiện đáng kể cường độ của CXMĐ. Các mẫu XMĐ sử dụng xi măng HSS và Xỉ Sài Gòn có cường độ nén cao hơn so với xi măng PCB-40. Điều này khẳng định hiệu quả của việc lựa chọn loại xi măng và phụ gia phù hợp trong xử lý nền đất yếu nhiễm phèn tại Long An.

IV. Ứng dụng thực tế và kiểm toán nền đất yếu

Nghiên cứu ứng dụng giải pháp CXMĐ cho công trình tuyến đường N1 tại huyện Mộc Hóa, Long An. Công trình này được thiết kế với chiều cao đắp đất từ 4m đến 5,5m trên nền đất yếu có chiều dày từ 15m đến 18m. Phương pháp tính toán độ lún và ổn định của nền đường được thực hiện theo tiêu chuẩn 22 TCN 262-2000 và kiểm toán bằng phần mềm Geoslope. Kết quả cho thấy giải pháp CXMĐ giúp giảm đáng kể độ lún và tăng cường độ ổn định của nền đường. Phần mềm Geoslope và Plaxis được sử dụng để kiểm tra ổn định nền công trình, cho kết quả chính xác và đáng tin cậy.

4.1. Thiết kế và tính toán nền đường

Công trình tuyến đường N1 tại huyện Mộc Hóa được thiết kế với chiều cao đắp đất từ 4m đến 5,5m trên nền đất yếu có chiều dày từ 15m đến 18m. Phương pháp tính toán độ lún và ổn định của nền đường được thực hiện theo tiêu chuẩn 22 TCN 262-2000. Kết quả cho thấy giải pháp CXMĐ giúp giảm đáng kể độ lún và tăng cường độ ổn định của nền đường.

4.2. Kiểm toán bằng phần mềm Geoslope và Plaxis

Phần mềm Geoslope và Plaxis được sử dụng để kiểm tra ổn định nền công trình. Kết quả tính toán cho thấy giải pháp CXMĐ giúp tăng cường độ ổn định và giảm độ lún của nền đường. Các mô hình tính toán được xây dựng chi tiết, đảm bảo độ chính xác và đáng tin cậy trong việc đánh giá hiệu quả của giải pháp CXMĐ.

Luận văn thạc sĩ: Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc xi măng đất trộn ướt trên đất nhiễm phèn ở Long An