Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Khoáng Vật Montmorillonite Đến Cường Độ Chịu Nén Của Trụ Đất Xi Măng

Nghiên cứu ảnh hưởng của khoáng vật montmorillonite đến cường độ chịu nén của trụ đất xi măng trong luận án tiến sĩ địa kỹ thuật xây dựng.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Thắng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Minh Tâm
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Khoáng Vật Montmorillonite Đến Cường Độ Chịu Nén Của Trụ Đất Xi Măng
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Nghiên Cứu Khoáng Vật Montmorillonite Trụ Đất Xi Măng

Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của khoáng vật Montmorillonite đến cường độ chịu nén của trụ đất xi măng. Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) có đất yếu, chứa nhiều Montmorillonite, ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của đất. Áp lực trương nở và co ngót do Montmorillonite gây ra có thể phá hoại sự ổn định của công trình. Nghiên cứu này sử dụng thí nghiệm nén một trục nở hông và phân tích tia X để đánh giá ảnh hưởng này. Mục tiêu là tìm ra hàm lượng xi măng thích hợp cho đất sét ở ĐBSCL, nơi có hàm lượng Montmorillonite khác nhau. Ngoài ra, mô hình 1-g trong phòng thí nghiệm cũng được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của Montmorillonite trong đất sét đến khả năng chịu tải nén của nền đất yếu gia cố bằng trụ đất xi măng. "Theo nghiên cứu của J. David Rogers và các đồng nghiệp (2005), áp lực trương nở hoặc co ngót trong nền đất có thể gây mất ổn định các công trình có tải trọng nhẹ và kết cấu mặt đường".

1.1. Tổng Quan Về Khoáng Vật Montmorillonite Trong Đất Sét

Khoáng vật Montmorillonite (MMT) là một khoáng vật sét quan trọng, có mặt trong nhiều loại đất, đặc biệt là đất ở vùng ĐBSCL. MMT có cấu trúc lớp, cho phép hấp thụ nước và các ion, dẫn đến trương nở và co ngót đáng kể. Hàm lượng MMT trong đất ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ lý của đất, bao gồm cường độ chịu nén, độ lún và độ ổn định. Việc hiểu rõ đặc tính của MMT là rất quan trọng trong xây dựng và cải tạo đất.

1.2. Trụ Đất Xi Măng Giải Pháp Gia Cố Nền Đất Yếu Hiệu Quả

Trụ đất xi măng là một phương pháp gia cố nền đất yếu phổ biến. Bằng cách trộn xi măng với đất tại chỗ, tạo thành các trụ đất có cường độ cao, giúp tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún của nền đất. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong việc xử lý các loại đất sét yếu, bao gồm cả đất chứa Montmorillonite. Việc lựa chọn tỷ lệ trộn xi măng và các yếu tố khác như thời gian bảo dưỡng là rất quan trọng để đạt được hiệu quả gia cố tối ưu.

II. Vấn Đề Montmorillonite Cường Độ Chịu Nén Trụ Đất Xi Măng

Montmorillonite gây ra nhiều vấn đề cho trụ đất xi măng. Sự trương nở và co ngót của Montmorillonite làm giảm cường độ chịu nén của trụ đất xi măng. Ngoài ra, Montmorillonite cản trở quá trình hydrat hóa xi măng, làm giảm hiệu quả ổn định đất. Vấn đề này đặc biệt nghiêm trọng ở ĐBSCL, nơi đất chứa hàm lượng Montmorillonite cao. Nghiên cứu cần tìm ra giải pháp để giảm thiểu tác động tiêu cực của Montmorillonite đến cường độ chịu nén của trụ đất xi măng. Theo nghiên cứu của Phan Thị San Hà và các đồng nghiệp (2007), trong phân loại khoáng vật sét theo thí nghiệm Methylene Blue hấp thụ kết hợp so sánh với phương pháp nhiễu xạ tia X - XRD cho 42 mẫu đất lấy từ 5 hố khoan ở các độ sâu 5 m, 10 m, 15 m, 20 m, 25 m và 30 m tại Bình Chánh – TPHCM, hàm lượng khoáng vật MMT trong đất có giá trị từ 11,3% đến 13,3%.

2.1. Ảnh Hưởng Của Montmorillonite Đến Tính Chất Cơ Lý Của Đất

Montmorillonite có khả năng hấp thụ một lượng lớn nước, dẫn đến sự trương nở đáng kể. Khi đất khô, Montmorillonite co ngót, tạo ra các vết nứt và làm suy yếu cấu trúc đất. Sự trương nở và co ngót này ảnh hưởng đến cường độ cắt, độ ổn định và khả năng chịu tải của đất. Các công trình xây dựng trên nền đất chứa Montmorillonite có nguy cơ bị lún, nứt và hư hỏng.

2.2. Cơ Chế Suy Giảm Cường Độ Chịu Nén Trụ Đất Xi Măng Do MMT

Montmorillonite can thiệp vào quá trình hydrat hóa xi măng, làm giảm lượng chất kết dính được tạo ra. Ngoài ra, sự trương nở của Montmorillonite tạo ra áp lực bên trong trụ đất xi măng, gây ra các vết nứt vi mô và làm suy yếu cấu trúc. Theo thời gian, các vết nứt này lan rộng, dẫn đến sự suy giảm đáng kể cường độ chịu nén của trụ đất xi măng.

III. Phương Pháp Phân Tích Ảnh Hưởng Montmorillonite Tia X Nén

Nghiên cứu sử dụng kết hợp thí nghiệm nén một trục và phân tích tia X để đánh giá ảnh hưởng của Montmorillonite đến cường độ chịu nén của trụ đất xi măng. Thí nghiệm nén xác định cường độ chịu nén thực tế của mẫu đất. Phân tích tia X (XRD và SEM) cung cấp thông tin về cấu trúc vi mô, thành phần khoáng vật và quá trình hydrat hóa xi măng. Kết hợp hai phương pháp này giúp hiểu rõ cơ chế ảnh hưởng của Montmorillonite và đề xuất các giải pháp cải tạo đất hiệu quả. Theo Luận án tiến sĩ địa chất của Nguyễn Thị Nụ (2014) thì hàm lượng MMT trong đất bùn sét ở vùng này trong khoảng từ 3% đến 8% và trong đất bùn sét pha từ 1% đến 6%.

3.1. Thí Nghiệm Nén Một Trục Đánh Giá Cường Độ Chịu Nén Thực Tế

Thí nghiệm nén một trục được thực hiện trên các mẫu trụ đất xi măng có hàm lượng Montmorillonite khác nhau. Kết quả thí nghiệm cho biết cường độ chịu nén, ứng suất và biến dạng của mẫu. Dữ liệu này được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của Montmorillonite đến khả năng chịu tải của trụ đất xi măng và xác định tỷ lệ trộn xi măng phù hợp.

3.2. Phân Tích XRD SEM Nghiên Cứu Cấu Trúc Vi Mô Đất Xi Măng

Phân tích XRD (Nhiễu xạ tia X) xác định thành phần khoáng vật của đất và các sản phẩm hydrat hóa xi măng. Phân tích SEM (Kính hiển vi điện tử quét) cung cấp hình ảnh về cấu trúc vi mô của trụ đất xi măng, cho thấy sự phân bố của Montmorillonite và các chất kết dính. Hai phương pháp này giúp hiểu rõ cơ chế tương tác giữa Montmorillonite và xi măng ở cấp độ vi mô.

3.3. Thí Nghiệm Xác Định Hàm Lượng Xi Măng Thích Hợp

Các thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng thích hợp cho đất ĐBSCL có hàm lượng MMT khác nhau được thực hiện. Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ chịu nén và giá trị CT-value của mẫu đất xi măng giảm khi tăng hàm lượng MMT. Kết quả tương tự cũng được tìm thấy trong mẫu đất xi măng sử dụng đất sét ở ĐBSCL.

IV. Kết Quả Montmorillonite Làm Giảm Cường Độ Trụ Đất Xi Măng

Kết quả nghiên cứu cho thấy Montmorillonite làm giảm cường độ chịu nén của trụ đất xi măng. Hàm lượng Montmorillonite càng cao, cường độ chịu nén càng giảm. Phân tích tia X cho thấy Montmorillonite cản trở quá trình hydrat hóa xi măng và làm thay đổi cấu trúc vi mô của trụ đất xi măng. Nghiên cứu cũng xác định được hàm lượng xi măng cần thiết để bù đắp ảnh hưởng tiêu cực của Montmorillonite. "Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ chịu nén và giá trị CT-value của mẫu đất xi măng giảm khi tăng hàm lượng MMT."

4.1. Cường Độ Chịu Nén Giảm Khi Tăng Hàm Lượng Montmorillonite

Thí nghiệm nén cho thấy mối quan hệ nghịch biến giữa hàm lượng Montmorillonite và cường độ chịu nén. Các mẫu trụ đất xi măng có hàm lượng Montmorillonite cao hơn có cường độ chịu nén thấp hơn đáng kể so với các mẫu có hàm lượng Montmorillonite thấp. Sự suy giảm cường độ chịu nén này ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của nền đất.

4.2. Ảnh Hưởng Của Montmorillonite Đến Quá Trình Hydrat Hóa Xi Măng

Phân tích XRD cho thấy Montmorillonite làm giảm lượng các sản phẩm hydrat hóa xi măng được tạo ra, chẳng hạn như canxi silicat hydrat (C-S-H). Điều này cho thấy Montmorillonite cản trở quá trình hydrat hóa xi măng, làm giảm khả năng kết dính và cường độ của trụ đất xi măng.

4.3. Biến Đổi Cấu Trúc Vi Mô Trụ Đất Xi Măng Do Montmorillonite

Ảnh SEM cho thấy Montmorillonite làm thay đổi cấu trúc vi mô của trụ đất xi măng. Montmorillonite phân bố không đều trong ma trận xi măng, tạo ra các vùng yếu và dễ bị nứt. Sự phân bố không đồng đều này làm giảm tính đồng nhất và độ bền của trụ đất xi măng.

V. Ứng Dụng Gia Cố Đất Yếu Chứa Montmorillonite Hiệu Quả

Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học để gia cố đất yếu chứa Montmorillonite hiệu quả hơn. Kết quả nghiên cứu giúp kỹ sư lựa chọn hàm lượng xi măng phù hợp, sử dụng phụ gia xi măng và áp dụng các biện pháp cải tạo đất để giảm thiểu tác động tiêu cực của Montmorillonite. Việc áp dụng các giải pháp này giúp tăng cường độ chịu nén và độ ổn định của trụ đất xi măng, đảm bảo an toàn cho các công trình xây dựng. "Ngoài ra, mô hình nghiên cứu 1-g trong phòng thí nghiệm cũng được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng MMT trong đất sét đến khả năng chịu tải nén của nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng."

5.1. Lựa Chọn Hàm Lượng Xi Măng Phù Hợp Theo Tỷ Lệ Montmorillonite

Kết quả nghiên cứu cho thấy cần tăng hàm lượng xi măng khi hàm lượng Montmorillonite trong đất cao hơn. Việc điều chỉnh hàm lượng xi măng giúp bù đắp sự suy giảm cường độ do Montmorillonite gây ra và đảm bảo trụ đất xi măng đạt được khả năng chịu tải yêu cầu.

5.2. Sử Dụng Phụ Gia Xi Măng Để Cải Thiện Liên Kết Đất

Việc sử dụng các phụ gia xi măng như tro bay, silica fume có thể cải thiện quá trình hydrat hóa xi măng và tăng cường liên kết giữa xi măng và đất. Các phụ gia này giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của Montmorillonite và tăng cường độ của trụ đất xi măng.

5.3. Biện Pháp Cải Tạo Đất Giảm Ảnh Hưởng Của Montmorillonite

Các biện pháp cải tạo đất như xử lý nhiệt, hóa học có thể làm giảm tính trương nở của Montmorillonite và cải thiện tính chất cơ lý của đất. Việc áp dụng các biện pháp này giúp tạo ra nền đất ổn định hơn và tăng hiệu quả của phương pháp gia cố bằng trụ đất xi măng.

VI. Kết Luận Tối Ưu Hóa Trụ Đất Xi Măng Chứa Montmorillonite

Nghiên cứu này đã làm sáng tỏ ảnh hưởng của Montmorillonite đến cường độ chịu nén của trụ đất xi măng và đề xuất các giải pháp khắc phục. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa thiết kế và thi công trụ đất xi măng ở các vùng đất yếu chứa Montmorillonite, đặc biệt là ở ĐBSCL. Nghiên cứu sâu hơn về tác dụng của phản ứng pozzolanic và cấu trúc vi mô của đất sẽ giúp hoàn thiện phương pháp này. Cần có nghiên cứu tiếp theo về các điều kiện địa chất khác nhau.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Về Ảnh Hưởng Montmorillonite

Montmorillonite làm giảm cường độ chịu nén của trụ đất xi măng bằng cách cản trở quá trình hydrat hóa xi măng và làm thay đổi cấu trúc vi mô của đất. Cần điều chỉnh hàm lượng xi măng, sử dụng phụ gia và áp dụng các biện pháp cải tạo đất để giảm thiểu tác động tiêu cực của Montmorillonite.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Về Ổn Định Đất và Xi Măng

Nghiên cứu tương lai nên tập trung vào việc nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tương tác giữa Montmorillonite và xi măng, đánh giá hiệu quả của các phụ gia và biện pháp cải tạo đất khác nhau, và phát triển các mô hình dự đoán cường độ và độ ổn định của trụ đất xi măng trong điều kiện thực tế.

6.3. Tác Động của Phản Ứng Pozzolanic đến Cấu Trúc Vi Mô Đất

Nghiên cứu tác động của phản ứng pozzolanic và cấu trúc vi mô của đấtsẽ giúp hoàn thiện phương pháp này. Cần có nghiên cứu tiếp theo về các điều kiện địa chất khác nhau để cho ra một kết quả chính xác và hiệu quả nhất. Các ứng dụng thực tiễn trong xây dựng sẽ được cải thiện hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Phân tích tổng quan về tình hình nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng trong đó nhấn mạnh ảnh hưởng của khoáng vật MMT. Phương pháp phân tích địa kỹ thuật bằng tia X và các nghiên cứu xác định cường độ chịu nén của nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng bằng mô hình trong phòng thí nghiệm cũng được trình bày trong chương này. Chương 2: Trình bày cơ sở lý thuyết để phân tích ảnh hưởng của khoáng vật MMT đến tính chất của đất và đất xi măng từ các tính chất cơ bản của MMT, cơ chế hình thành cường độ đất xi măng khi có sự tham gia của MMT. Cơ sở lý thuyết của phương pháp chụp tia X và cơ sở xây dựng mô hình thí nghiệm cũng được mô tả.

Chương 3: Thực hiện tạo mẫu và nén một trục mẫu đất xi măng với các điều kiện trộn và bảo dưỡng khác nhau để xem xét sự ảnh hưởng của MMT đến khối lượng thể tích và cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng. Từ kết quả thí nghiệm, hàm lượng xi măng hợp lý được đề xuất cho đất có hàm lượng MMT khác nhau. Trong chương này, thí nghiệm chụp tia X ngang qua các mẫu đất xi măng cũng được thực hiện trước, trong và sau khi nén mẫu. Với thí nghiệm này, khối lượng thể tích của mẫu trước và trong qua trình nén cũng được phân tích và so sánh với nhau.

Hình dạng phá hoại của 3 mẫu được quan sát qua các ảnh tia X 2D và được xây dựng thành ảnh 3D bằng phần mềm ImageJ. Chương 4: Khả năng chịu nén của nền đất yếu được gia cố trụ đất xi măng được phân tích mô phỏng bằng mô hình thí nghiệm trong phòng, còn gọi là mô hình 1-g, để xem xét ảnh hưởng của hàm lượng khoáng vật MMT đến khả năng chịu nén của nền gia cố. Kết luận và kiến nghị của nghiên cứu: Cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng và lớp đất yếu gia cố trụ đất xi măng bị ảnh hưởng bởi hàm lượng MMT. Khi hàm lượng MMT trong đất cao thì cường độ chịu nén đồng thời giá trị CT-value của mẫu đất xi măng cũng giảm.

Kiến nghị trong thi công trụ đất xi măng ngoài hiện trường cần chú ý hàm lượng MMT, cao độ mực nước ngầm và độ ẩm của nền đất yếu để điều chỉnh hàm lượng xi măng, lượng nước trộn cho thích hợp để cường độ chịu nén của đất xi măng thích hợp nhất. 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG, CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH Một số tính chất đặc trưng của đất yếu ở ĐBSCL Đất yếu có thể được định nghĩa là những loại đất không có khả năng tiếp nhận tải trọng công trình nếu không có các biện pháp gia cố hoặc xử lý thích hợp. ĐBSCL được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền dọc theo các dòng sông và bờ biển. Do đó, địa chất dưới nền móng của các công trình nhà ở, nhà xưởng, đường xá, đê điều, đập chắn nước và một số công trình khác ở đây thường đặt ra hàng loạt vấn đề cần phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn.

Các loại đất yếu thường gặp ở ĐBSCL [12] như là đất sét mềm gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; bùn là các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực; than bùn là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy. Theo 22TCN 262: 2000 [13] và TCXD 245: 2000 [14], đất yếu là đất ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính (c) theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 15 kPa trở xuống, góc ma sát trong () từ 0o đến 10o, lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường ≤ 35 kPa, sức chống mũi xuyên tĩnh < 100 kPa, chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT < 5. Nói chung, đất sét yếu là loại đất có sức chịu tải thấp và tính nén lún cao. Phần lớn các nước trên thế giới thống nhất về định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước (Su) và trị số xuyên tiêu chuẩn (N) như sau: đất rất yếu có Su ≤ 12,5 kPa hoặc N ≤ 2; đất yếu có Su ≤ 25 kPa hoặc N ≤ 4.

Lê Bá Lương và các đồng nghiệp (2005) kết luận trong nghiên cứu về đất yếu ở ĐBSCL là phần lớn đất thuộc dạng đất yếu và có chiều dày từ 10 m đến 40 m [15]. Sự phân bố đất yếu ở ĐBSCL theo Nguyễn Văn Thơ và Trần Thị Thanh (2002) như bản đồ Hình 1.1 [16] 5 CAMPUCHIA BÌNH PHƯỚC TP. HỒ CHÍ MINH Hồng Ngự IVb Tân An Châu Đốc IId Cao Lãnh Mỹ Tho I Hà Tiên Long Xuyên IIa Vĩnh Long IIIa Bến Tre Cần Thơ VỊNH THÁI LAN Rạch Giá Trà Vinh IIb IIIb Sóc Trăng IIId VIa Bạc Liêu GHI CHÚ: Cà Mau Đất sét màu xám nâu, xám vàng IIa Đất bùn sét, bùn á sét, bùn á cát xen kẹp với các lớp á cát (IIa, IIb, IIc, IId) V Cát hạt mịn, á cát xen kẹp ít bùn á cát (IIIa, IIIb, IIIc) Đất than bùn xen kẹp bùn sét, bùn á sét, cát bụi, á cát (IVa, IVb) Bùn á sét và bùn á cát ngậm nước Hình 1.1 Bản đồ phân vùng đất yếu khu vực ĐBSCL (Nguyễn Văn Thơ và Trần Thị Thanh, 2002) [16] Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng Có nhiều phương pháp xử lý và ổn định nền đất yếu, Han-Georg Kempfert (2006) đã phân loại phương pháp xử lý và ổn định nền đất yếu theo ba nhóm chính là cố kết, thay thế đất và các phần tử dạng trụ [17]. Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng là một trong những phương pháp phần tử dạng trụ trong cách phân loại này.

6 Phương pháp cơ học để thi công trụ đất gia cố bằng thiết bị trộn được gọi là phương pháp trộn sâu (DMM – Deep Mixing Method). DMM trở thành một thuật ngữ chung để mô tả kỹ thuật cải tạo đất yếu. Một số cụm từ khác đôi khi cũng được dùng như “mixed – in – place piles”, “in situ soil mixing” và “soil cement columns” [19], [20], [21]. Trong nghiên cứu này, sẽ sử dụng thuật ngữ trộn sâu (DMM) và sản phẩm của quá trình thi công trộn sâu là trụ đất xi măng (CDM column – Cement Deep Mixing column).

Mặc dù có nhiều kỹ thuật trộn sâu khác nhau, nhưng kết quả chung nhất là tạo ra các cột gia cố bằng thiết bị khoan với một hoặc nhiều cần trộn để đưa chất kết dính vào đất tự nhiên nơi gia cố. Chất kết dính thường được sử dụng là hỗn hợp xi măng hoặc xi măng/vôi và nước. Kết quả của sự trộn chất kết dính và đất tạo ra một vật liệu có cường độ và độ cứng lớn hơn đất tự nhiên (Bảng 1.1 Cường độ chịu nén trong các dự án DMM tại U., 2000) [18] Dự án Loại đất/ Hàm lượng chất kết dính Cường độ nén, qu I-95 Route 1, Phương pháp trộn ướt Trung bình qu ≥ 1,100 kPa Alexandria, VA Đất hữu cơ khoảng 1,517 kPa Hàm lượng xi măng: 300 kg/m3, w/c=1 Nhỏ nhất qu ≥ 690 kPa Central Artery Phương pháp trộn ướt Nhỏ nhất qu ≥ 2,100 kPa Project, Boston, Đất san lấp, đất hữu cơ và đất sét Boston Lớn nhất qu ≥ 6,900 kPa MA Blue Hàm lượng xi măng: 20 - 300 kg/m3, w/c = 0,9 Oakland Airport Phương pháp trộn ướt Trung bình qu ≥ 1,035 kPa Roadway, Đất cát san lấp và đất sét yếu Nhỏ nhất qu ≥ 690 kPa California Hàm lượng xi măng: 60 - 240 kg/m3 Chức năng chính của trụ đất xi măng dùng trong gia cố nền đất yếu chịu tải trọng đứng là truyền tải trọng phía trên xuống nền đất bên dưới đồng thời giảm độ lún của nền đất. Các quan điểm tính toán trụ đất xi măng hiện nay: Quan điểm 1 là trụ đất xi măng làm việc như cọc đơn chịu lực.

Tính toán thiết kế như móng cọc. Quan điểm 2 là trụ đất xi 7 măng và nền đất tự nhiên làm việc đồng thời như một nền tương đương. Tính toán thiết kế như nền thông thường với chiều dày bằng chiều dài trụ đất xi măng. Quan điểm 3 là kết hợp hai quan điểm trên, sức chịu tải tính toán như móng cọc, trong khi biến dạng tính theo nền tương đương.

Trong thực tế, trụ đất xi măng thường được thi công xuyên qua toàn bộ lớp đất yếu nằm trên địa tầng rắn chắc lúc này trụ làm việc gần giống với cọc chống. Đôi khi các trụ này chỉ nằm trong phạm vi lớp đất yếu còn gọi là trụ treo. Khi trụ đất xi măng đơn chịu tải trọng đứng có thể xảy ra 1 trong 3 dạng phá hoại là phá hoại do phình nén, phá hoại do cắt và phá hoại do xuyên thủng (Hình 1. a) Phá hoại phình nén b) Phá hoại cắt c) Phá hoại xuyên Hình 1.2 Dạng phá hoại của trụ đất xi măng Phá hoại do phình nén (Hình 1.2a) do trụ đất xi măng có đường kính bé trong khi chiều dài lớn và mũi trụ tựa vào tầng cứng còn gọi là trụ mềm.

Phá hoại do phình nén thường xảy ra tại đầu trụ dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng. Ngược lại, phá hoại do cắt (Hình 1.2b) ngay tại vùng được gia cố, trụ đất xi măng có đường kính lớn nhưng chiều dài bé và mũi trụ tựa vào tầng đất cứng. Khả năng mang tải của từng đoạn trụ bị chi phối bởi sức kháng cắt của đất được xử lý cũng như cường độ cắt của đất không được xử lý xung quanh trụ. Mặt trượt phá hoại cắt ngang trụ và đất.

Phá hoại xuyên do mũi trụ (Hình 1.2c) nằm trong tầng đất yếu, sức chịu tải của trụ chủ yếu do thành phần ma sát xung quanh trụ. Lực đứng lớn hơn khả năng chịu tải do 8 thành phần ma sát. Dạng phá hoại này thì trụ di chuyển theo một khối trong lớp đất yếu khi mất ổn định. Khi nền đất được gia cố để mang tải trọng thẳng đứng của công trình bên trên thì trụ đất xi măng đơn tối ưu cho việc xử lý nền đất yếu.