ĐẶT VẤN ĐỀ Vỡ đê gây ra nhiều thiệt hại về người và vật chất ở vùng đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) (Hình 0. Đê bao được xây dựng ở những vùng trồng lúa, hoa màu, và khu vực tập trung dân cư với mục đích ngăn lũ, chống ngập, và đảm bảo an toàn cho người dân sinh sống và sản xuất. Ở những vùng ngập mặn, đê còn có tác dụng chống thấm và ngăn nhiễm mặn. Đến mùa lũ, bên cạnh phù sa bồi đắp hoa màu và nguồn lợi thủy sản dồi dào, sự cố vỡ đê làm hư hỏng cầu đường, nhà cửa, và hoa màu.
Trong tháng 10 năm 2013, lũ gây ngập 1.900 m đường giao thông nông thôn (GTNT) bị ngập, 3.188 m đường GTNT sạt lở, 292 ha lúa Thu Đông, 2 ao cá bị ngập, và 126 ha cây ăn trái tính đến ngày 14/10/2011, kinh phí gia cố lên đến 70 tỷ đồng (Cổng thông tin điện tử An Giang 15/10/2013). Các sự cố vỡ đê và sạt lở mái dốc do đê xây dựng trên nền đất yếu. Các giải pháp gia cố đê không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật nên đê kém ổn định và nguy cơ vỡ đê khi nước lũ dâng cao. Ở nước ta, đê kết hợp với đường GTNT nên ngoài tác dụng của triều cường, đê còn chịu tác động của tải trọng xe.
Những biện pháp gia cố như cừ tràm, rọ đá hoặc đắp với mái dốc thoải kết hợp trồng cây chỉ phù hợp với chiều cao đắp nhỏ. Khi chiều cao đắp đê lớn kết hợp mực nước sông cao dẫn đến mái dốc bị xói lở và trượt sâu. Giải pháp khắc phục hiện nay là dùng tường chắn bêtông cốt thép (BTCT) và cọc bản BTCT nhưng các giải pháp này đòi hỏi chi phí xây dựng lớn (Lê Xuân Việt và Trần Nguyễn Hoàng Hùng 2011). Nhiều kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy công nghệ cọc đất ximăng có nhiều ưu điểm phù hợp với việc gia cố đường đê, nhưng việc ứng dụng công nghệ còn gặp nhiều trở ngại do hạn chế về công nghệ.
Gia cố thân đê bằng tường cọc đất ximăng làm tăng tính ổn định và chống thấm, giảm nguy cơ sạt lở, hoặc vỡ đê (Kitazume and Terashi 2013, Lê Khắc Bảo et al. 2014, Nguyễn Quốc Dũng và Phùng Vĩnh An 2005). Công nghệ cọc đất ximăng bằng cánh trộn kim loại 2 ở nước ta chủ yếu ứng dụng gia cố nền móng công trình (như cầu đường, cảng biển, dân dụng, khu công nghiệp, tầng hầm v.) với mục đích giảm lún, giảm sạt lở, tăng ổn định hố móng, và chống thấm (Kitazume and Terashi 2013, EuroSoil Stab 2002, TCVN 9403 2012). Ứng dụng gia cố đê với mục đích chống sạt lở, chống thấm còn hạn chế do các thiết bị thi công cọc đất ximăng thường có kích thước, trọng lượng lớn so với kích thước đê bao kết hợp đường GTNT (như bề rộng mặt đê khoảng 3 m).
Công nghệ thi công cọc đất ximăng theo phương pháp trộn sâu và trộn ướt của tập đoàn SomeThing - Nhật Bản (công nghệ NSV) với ưu điểm thiết bị thi công nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ và linh hoạt, có thể thi công trên những đường đê có kích thước nhỏ, nhưng chưa được ứng dụng trong gia cố đê ở Việt Nam. Công nghệ NSV được ứng dụng rộng rãi trong gia cố nền móng công trình ở Nhật nhưng các báo cáo, nghiên cứu về công nghệ NSV và số liệu về chất lượng cọc đất tạo ra bởi công nghệ NSV ở Việt Nam còn hạn chế. Thiết bị NSV đã triển khai thi công ở quận 2 và quận 6 thành phố Hồ Chí Minh nhưng dùng trong gia cố chống lún nền đất yếu (Kamimura và Trương Thiên Khang 2013). Thiết bị và thông số thi công (như tốc độ nâng hạ cánh trộn, tốc độ quay cánh trộn, và thời gian trộn) ảnh hưởng đến chất lượng cọc đất ximăng thi công ngoài hiện trường nên việc nghiên cứu ảnh hưởng của thông số vận hành thiết bị NSV đến chất lượng cọc đất ximăng là điều cần thiết nhằm đánh giá khả năng ứng dụng của thiết bị NSV.
Thông số vận hành phù hợp giúp đất được trộn đều với ximăng và tạo ra cọc có chất lượng tốt với năng lượng trộn thấp nhất.1: Đê bao kết hợp GTNT bị phá hủy trong mùa lũ ở ĐBSCL 4 2. TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Nghiên cứu tổng quan về công nghệ đất trộn ximăng nhằm có những kiến thức về lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ, những nghiên cứu về cơ chế hình thành cường độ và các yếu tố ảnh hưởng đến đất trộn ximăng, các loại thiết bị, công cụ trộn đã được phát minh v. Nghiên cứu tổng quan sẽ cung cấp những hiểu biết cần thiết trong việc đưa ra giải pháp gia cố nền bằng công nghệ đất trộn ximăng hiệu quả và chọn lựa loại thiết bị phù hợp với mục đích gia cố. Nghiên cứu tổng quan về đê bao kết hợp đường giao thông nông thôn nhằm tìm hiểu và đánh giá các phương pháp gia cố đê đang sử dụng ở ĐBSCL.
ưu và nhược điểm của từng giải pháp. Từ kết quả phân tích, so sánh các giải pháp gia cố đê, đề xuất giải pháp gia cố đê phù hợp với điều kiện ở ĐBSCL. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu tổng quan được trình bày cụ thể trong Phụ lục A. Các nội dung chính được tóm tắt như sau: 2.
Tổng quan về công nghệ đất trộn xi măng Công nghệ đất trộn ximăng là phương pháp cải thiện đất bằng cách trộn đất tại chỗ với ximăng. Các phản ứng hóa học xảy ra giữa đất và ximăng tạo ra vật liệu đất ximăng có đặc tính kỹ thuật tốt hơn so với đất nguyên dạng. Công nghệ CDM được nghiên cứu và phát triển từ năm 1950, đến nay công nghệ vẫn được phát triển và ứng dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. Phạm vi ứng dụng Công nghệ CDM được dùng nhiều trong lĩnh vực giao thông, dân dụng, công trình cảng biển và phòng chống ô nhiễm môi trường với các mục đích: (1) Tăng khả năng chịu lực, ổn định: tăng cường độ nền đất yếu, giảm lún, ổn định mái dốc v.
(2) Chống thấm: tường chống thấm cho đê, đập, và ngăn nước thấm vào hầm, vách hố đào v. (3) Ngăn ngừa ô nhiễm môi trường: chống hóa lỏng đất nền, ngăn dòng thấm ô nhiễm v. 5 Công nghệ có thể gia cố cho nhiều loại đất khác nhau như: sét dẻo, bùn sét, đất hữu cơ, đất bùn, cát chảy, đất ven biển. Phân loại công nghệ (1) Phân loại theo chiều sâu gia cố có hai loại: phương pháp trộn nông (SMM, Shalow Mixing Method, chiều sâu gia cố nhỏ hơn 3 m) và phương pháp trộn sâu (DMM, Deep Mixing Method, chiều sâu gia cố 3 ÷ 40 m).
(3) Phân loại theo phương pháp trộn gồm: phương pháp trộn cơ học (Mechanical Mixing), trộn bằng tia vữa áp lực cao (Jet Mixing), và phương pháp trộn cơ học kết hợp tia vữa áp lực cao. (4) Phân loại theo cấu tạo công cụ trộn gồm cánh trộn dạng vít xoắn, bố trí dọc theo trục trộn và cánh trộn dạng tấm, bố trí cuối trục trộn. Ưu điểm của công nghệ (1) Chiều sâu gia cố lớn, áp dụng cho nhiều loại đất khác nhau, thời gian thi công nhanh, và phù hợp cho nhiều mục đích gia cố. (2) Quá trình thi công ít gây ảnh hưởng đến các công trình lân cận và môi trường (như chấn động, chuyển vị, tiếng ồn và ô nhiễm môi trường v.
(4) Với công trình có chiều sâu xử lý lớn và khối lượng gia cố nhiều thì công nghệ CDM có thể mang lại hiệu quả về mặt kỹ thuật và kinh tế hơn so với các phương án xử lý nền khác. Nhược điểm của công nghệ CDM (1) Chi phí thi công cao so với những dự án có qui mô nhỏ. 6 (3) Chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều yếu tố như: điều kiện địa chất, loại và lượng chất liên kết, thiết bị và quy trình công nghệ, điều kiện bảo dưỡng và kinh nghiệm của chuyên gia v. (4) Công nghệ không phù hợp cho gia cố đất có độ cứng cao (SPT lớn hơn 8) hoặc có chứa đá lớn và chiều sâu xử lý lớn hơn 40 m.
(5) Đối với phương pháp trộn ướt cần có biện pháp xử lý phần đất trồi dư sau khi xử lý. Nguyên lý hình thành cường độ đất trộn ximăng Quá trình hình thành đất ximăng gồm bốn bước: thủy phân ximăng, phản ứng trao đổi ion, hình thành sản phẩm hydrat hóa của ximăng, và hình thành sản phẩm pozzolanic. Hàm lượng nước ban đầu giảm do quá trình thủy phân ximăng và các quá trình hấp thụ tiếp theo. Phản ứng trao đổi ion làm thay đổi tính chất vật lý và giảm độ dẻo ban đầu của đất, giúp đất dễ nén và đạt độ chặt cao hơn.
Sự hình thành các sản phẩm thủy hóa ximăng và các phản ứng pozzolanic sẽ gia tăng cường độ đất trộn ximăng. Bốn quá trình này là kết quả phản ứng hóa học giữa sét, ximăng, và nước. (1) Phản ứng thủy phân là phản ứng hóa học giữa ximăng và nước. Các thành phần khoáng trong ximăng phản ứng với nước trong đất tạo thành các sản phẩm thủy phân dạng keo (C-S-H) bao phủ và liên kết các hạt đất, chúng hóa cứng theo thời gian, và hình thành bộ khung vững chắc bao quanh các hạt đất.
Quá trình thủy phân sản sinh ra Ca(OH)2, một phần Ca(OH)2 phản ứng với các sản phẩm thủy phân khác tạo thành tinh thể, một phần sẽ làm tăng độ pH của nước lỗ rỗng và tham gia vào phản ứng pozzolanic. (2) Phản ứng pozzolanic: trong môi trường có nồng độ pH cao, silica và aluminum trong đất sét hòa tan vào nước lỗ rỗng và phản ứng với ion canxi để tạo thành một gel canxi silicat (C-S-H) và canxi aluminate (C-A-H) không tan vào trong nước. Các keo này liên kết các hạt đất và cứng dần theo thời gian làm tăng cường độ đất ximăng. 7 (3) Phản ứng trao đổi ion gây ra bởi các cation Ca++ phân ly trong nước lỗ rỗng thay thế các ion kiềm của bề mặt điện âm của hạt đất sét làm thay đổi cấu trúc đất.
Các hạt đất di chuyển, sắp xếp chặt lại, và hình thành những hạt có kích thước lớn hơn, từ đó tăng cường độ và độ cứng. Các đặc tính kỹ thuật của đất ximăng (1) Cường độ nén nở hông tự do (qu) của đất ximăng lớn hơn nhiều lần so với đất nguyên dạng, qu thường có giá trị lớn hơn hoặc bằng 0.5 MPa tùy thuộc vào loại đất và hàm lượng gia cố. Tỷ số E50/qu bằng khoảng từ 50 đến 1. (3) Đất ximăng có cường độ cao thì biến dạng lúc phá hoại giảm.