CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA MÔ ĐUN BIẾN DẠNG EC VÀ CƯỜNG ĐỘ NÉN NỞ HÔNG QU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu tương quan giữa Ec và qu trong xử lý nền đất yếu trong và ngoài nước Công nghệ trộn sâu (Deep Mixing – DM) được phát minh đồng thời tại Thụy Điển và Nhật Bản vào giữa những năm 70 của thế kỷ XX [1]. Với sự phát triển lâu đời của công nghệ trụ đất xi măng, phương pháp tính toán toán và nghiên cứu cũng ngày càng được hoàn thiện nhằm tối ưu giữa bài toán kỹ thuật và kinh tế,. Các tính toán chỉ ra rằng, modun đàn hồi cọc có ảnh hưởng quyết định đến lún của nền đất xử lý bằng trụ đất xi măng, tuy nhiên xác định giá trị Ec phức tạp và khó chính xác. Bên cạnh đó giá trị qu có thể xác định nhanh và chính xác.
Giá trị qu đóng vai trò quan trọng trong tính toán sức chịu tải cọc, còn giá trị E c đóng vài trò mật thiết trong tính toán độ lún. Trong tính toán nền móng, sức chịu tải và độ lún nền là hai bài toán được đặt biệt quan tâm. Từ đó việc đánh giá tương quan giá trị Ec và qu là rất cần thiết cho công tác thiết kế sơ bộ trong gia cố nền bằng trụ đất xi măng. Đã có nhiều tính án đề xuất cho giá trị tương quan Ec và qu cho nhiều loại đất yếu tại Việt Nam và trên thế giới, có thể kể đến như : Nghiên cứu của Chen (1985) [2], nghiên cứu cho bùn sét Đài Loan đã đưa ra kiến nghị Ec = 105 - 390qu.
(1990) [3] nghiên cứu cho đất bùn sét ở Đài Loan, đưa ra kiến nghị giá trị Ec= 200qu Qua nghiên cứu đất sét biển Singapore, ứng dụng Jetgrouting trong việc xây dựng các đường hầm tại đường Race Course, công tác xây dựng nhà ga tại ga Clarke Quay và xây dựng Tuyến Vận tải Nhanh Đông Bắc ở Singapore, Dazhiwen (2005) cũng có một trong những kết quả đưa ra đó là Ec = 200qu [4] Kawasaki et al (1991)[5], nghiên cứu đất sét của vùng Tokyto, Chiba , Kanagawa, Aichi, Osaka, Mie, Hiroshima, Fukuoka đã đưa ra tương quan giữa giá trị Module đàn hồi và cường độ chịu nén qu : Ec = 350 – 1000qu 4 Hình 1. Tương quan giữa giá trị Ec và qu theo nghiên cứu của Kawasaki et al (1991) [5] Theo Terashi et al., 1977 [6] nghiên cứu cho đất sét biển tại Bến tàu Honmoku (sét có đặc tính wL = 92.9%) và cảng Kawasaki (sét có đặt tính wL = 87. Kết quả chỉ ra rằng, tại vùng bến tàu Honmoku giá trị Ec = (75 - 200 )qu và Ec = (200 - 1000)qu tại vùng cảng Kawasaki. Tương quan giữa giá trị Ec và qu theo nghiên cứu của Terashi et al., (1977) [6] 5 Qua nghiên cứu nén một trục không hạn chế nở hông (qu) của 2672 mẫu lõi khoan lấy từ trụ đất xi măng bằng phương pháp trộn ướt, Navin và Filz tìm ra tương quan Ec= 300qu [7] Theo đó, sổ tay thiết kế trụ đất xi măng trộn sâu cho nền đường và móng công trình của Mỹ, tiêu chuẩn Mỹ [8] kiến nghị lấy: Ec = 300qu cho trụ đất xi măng trộn ướt, Ec= 150qu cho phương pháp trộn khô.
Theo JSG Association of Japan (1986) đề nghị mối tương quan Ec = 100 ÷ 300qu [8] Từ các nghiên cứu trụ đất xi măng theo phương pháp Jetgrouting tại Thổ Nhĩ Kì ,Gallavresi đã rút ra một trong những kết quả tương quan Ec = 280–1000qu [9] Hình 1. Quan hệ giữa Ec và qu của mẫu nén 28 ngày tuổi theo nghiên cứu của Gallavresi [9] Theo nghiên cứu của Asano et al [10] thì kết quả Ec/qu trong khoảng từ 140 đến 500, còn theo theo nghiên cứu của Fang [11] giá trị này là Ec = (30 – 300)qu Theo nghiên cứu của F. Chung cho các loại đất trộn xi măng khu vực Hồng Kông, tác giả đã rút ra một số kết quả trong đó có xét tương quan giữa Ec/qu = 150 – 650 [12] 6 Hình 1. Quan hệ giữa Ec và qu của mẫu nén 28 ngày tuổi theo nghiên cứu của F.
Quan hệ giữa Ec và qu của mẫu nén 28 ngày tuổi theo nghiên cứu của Yeong Lee (2005) [13] 7 Theo nghiên cứu của Tan et al. [14] cho sét biển Singapore với đặc tính chung của đất sét này có độ dẻo cao với giới hạn chảy và giới hạn dẻo thường dao động từ 65 - 85 và 38 - 55. Trọng lượng riêng trung bình là 15,2 + 0,6 kN/m3 và độ ẩm tự nhiên khoảng 50- 69%. Lớp sét bên trên có tính dẻo cao với giới hạn chảy và dẻo tương ứng từ 76 -101 và 45 - 69.
Trọng lượng riêng trung bình là l6,3 + 0,5 kN/m3 và độ ẩm tự nhiên khoảng 60% - 92%. Nghiên cứu đã chỉ ra tương quan Ec = (350 – 800)qu Hình 1. 6 Tương quan giữa giá trị Ec và qu theo nghiên cứu của T. Yong (2002) [14] Theo nghiên cứu của Van Impe and Flores (2006) [15], với đất được nghiên cứu ở trầm tích hạt mịn, là kết quả của quá trình lắng đọng kéo dài ở tuyến đường thủy trong bến cảng Antwerp, Bỉ.
Đặc tính cơ lý cơ bản của lớp đất yếu với hàm lượng nước tự nhiên khoảng 115%, chỉ số dẻo 77 và hàm lượng hữu cơ khoảng 6%. Một trong những kết luận của nghiên cứu đưa ra tương quan giữa Ec = (110 –714)qu 8 Hình 1. 7 Tương quan giữa giá trị Ec và qu theo nghiên cứu của W. Theo kết quả nghiên cứu của ThS.
Trịnh Viết Linh, tổng công ty tư vấn thiết kế GTVT- TEDI [17], đã thực hiện nhiều mẫu thí nghiệm xác định module đàn hồi của đất trộn xi măng trong phòng, kết quả bước đầu của 24 mẫu thử (28 ngày tuổi) tại dự án Xử lý nền đất yếu bằng trụ đất xi măng dự án nâng cấp và mở rộng đường cao tốc Pháp Vân – Cầu Giẽ cho thấy tỉ số module đàn hồi Ec/qu thay đổi từ 359 – 833. Quan hệ cường độ - Module đàn hồi theo thí nghiệm của TEDI [17] 9 Tổng hợp tương quan Ec và qu của các tác giả nghiên cứu trong và ngoài nước Tác giả nghiên cứu Giá trị tương quan Ec và qu Chen (1985) Ec = 105 - 390qu Woo. (1990) Ec= 200qu Dazhiwen (2005) Ec = 200qu Kawasaki et al (1991) Ec = 350 - 1000qu Terashi et al., 1977 Ec = 200 - 1000qu Navin và Filz Ec= 300qu ThS. Trịnh Viết Linh Ec = 359 - 833qu JSG Association of Japan (1986) Ec = 100 - 300 qu Gallavresi Ec = 280 - 1000 qu Asano et al.
Chung Ec=150 - 650qu Fang et al. Ec = 30 - 300qu Lee et al. Flores Ec = 110 - 714qu 1. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ đất xi măng 1.1 Khái niệm về nền đất yếu Đất yếu xét khái niệm về định tính là loại đất mà bản thân nó không đủ khả năng tiếp thu tải trọng của công trình bên trên như các công trình nhà cửa, đường xá, đê đập… Về định lượng, đất yếu là loại đất có sức chịu tải kém, dễ bị phá hoại, biến dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình dựa trên những số liệu về chỉ tiêu cơ lý cụ thể: Dựa vào chỉ tiêu vật lý Dung trọng : γW ≤ 17 kN/m3.
Dựa vào các chỉ tiêu cơ học [1] Sức chịu tải: R = 50 ÷ 100 kN/m2 Modun biến dạng : E0 ≤ 500 kN/m2 Hệ số rỗng e>1 10 Hệ số nén tương đối ao > 0. Lực dính (đối với đất dính): c = 5 ÷ 10 kN/m2 Theo [18] Terzaghi và Peck (1967) định nghĩa sét rất yếu khi cường độ nén đơn nhỏ hơn 25kPa và yếu khi nó lớn hơn 25kPa và nhỏ hơn 50kPa. Cũng có 1 số nhà nghiên cứu cho rằng sét yếu có su < 40kPa. Các loại nền đất yếu thường gặp Đất sét mềm : Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp.
Đất 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 (hàm lượng hữu cơ từ 20 -80%) Đất 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 hay gần bờ sông Cát chảy : Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy. Đất bazan : là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sụt. Theo nghiên cứu của Ths.
Phan Văn Tuyến - Liên đoàn quy hoạch và điều tra tài nguyên nước Miền Nam [19], với điều kiện địa chất công trình, địa mạo trên cơ sở bản đồ địa chất công trình 1/50.0000, đặc biệt tầng cấu trúc trên của tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu gồm các trầm tích Holocen. Đó là lớp trên cùng của cấu trúc Cenozoi có bề dày không quá lớn (<40m). Chúng được cấu thành bởi 3 tập trầm tích tương ứng với 3 mức tuổi Holocen sớm - giữa(Q21-2), Holocen giữa - muộn(Q22-3), Holocen muộn(Q23). Trầm tích giữa muộn và muộn có khả năng chịu tải kém (<1kG/cm2) thuộc loại đất yếu nên không thuận lợi cho làm nền thiên nhiên xây dựng các công trình.2 Khái quát sơ lược về trụ đất xi măng Trụ đất xi măng là trụ tròn bằng hỗn hợp đất - xi măng, hay đất – vữa xi măng được chế tạo bằng cách trộn cơ học xi măng hoặc vữa xi măng với đất tại chỗ [18].
11 Xi măng được sử dụng là xi măng Portland thông thường hoặc xi măng xỉ lò cao. Xi măng sẽ phản ứng thủy hoá với nước trong vữa trộn ( trường hợp sử dụng vữa xi măng - phương pháp trộn ướt) hoặc với nước tồn tại trong lỗ rỗng của đất (trường hợp sử dụng bột xi măng khô - phương pháp trộn khô) tạo nên sự kết dính của các thành phần hạt trong đất, cải thiện đáng kể các đặc tính cơ lý của đất. Hạt xi măng Portland là một hợp chất bao gồm Tricalcium Silicate (3CaO.SiO2), Bicalcium Silicate (2CaO.SiO2), Tricalcium Aluminate (3CaO.Al2O3) và các chất rắn hòa tan như Tetracalcium Alumino-Ferrit (4CaO. Bốn phần tử chính này tạo nên sản phẩm hỗn hợp tạo độ bền chủ yếu Hình 1.