Luận văn nghiên cứu xử lý nền đường trên đất yếu nhiễm phèn ở Bến Lức - Long An

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng nghiên cứu giải pháp xử lý nền đường trên đất yếu nhiễm phèn tại Bến Lức, Long An, ứng dụng hiệu quả trong thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Đắc Thông
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Thanh Hải
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm
• Đề tài: Nghiên cứu xử lý nền đường trên đất yếu nhiễm phèn tại Bến Lức, Long An
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• PHẦN MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Đối tượng nghiên cứu
• Nội dung nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu
• Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT
• 1.1. Tổng quan về đất yếu vùng Đồng bằng sông Cửu Long
• 1.2. Tổng quan về cọc xi măng đất (CXMĐ)
• 1.2.1. Giới thiệu chung
• 1.2.2. Các kiểu bố trí CXMĐ
• 1.2.3. Thực tế ứng dụng
• 1.2.4. Nhu cầu sử dụng CXMĐ ở Long An và ĐBSCL
• 1.3. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CXMĐ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỌC XI MĂNG ĐẤT
• 2.1. Cơ sở hóa lý của CXMĐ
• 2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế CXMĐ
• 2.2.1. Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam — Tính toán nền gia cố theo biến dạng
• 2.2.2. Phương pháp tính toán theo quy trình Nhật Bản
• 2.2.3. Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu
• 2.2.4. Phương pháp tính toán theo quy trình của Trung Quốc
• 2.2.5. Tổng hợp các phương pháp tính toán
• 2.2.6. Ưu và nhược điểm của các phương pháp tính lún
• 2.3. Công nghệ thi công cọc xi măng đất trộn ướt
• 2.3.1. Khái quát quá trình thi công
• 2.3.2. Công nghệ thi công trộn ướt (Wet mixing, Jet – grouting)
• 2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cọc xi măng đất trộn ướt
• 2.4.1. Ảnh hưởng của loại đất
• 2.4.2. Ảnh hưởng của tuổi xi măng – đất
• 2.4.3. Ảnh hưởng của loại xi măng
• 2.4.4. Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng
• 2.4.5. Ảnh hưởng của hàm lượng nước
• 2.4.6. Ảnh hưởng của độ pH
• 2.4.7. Ảnh hưởng của độ rỗng
• 2.5. Các dạng phá hoại cọc xi măng đất
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ MẪU ĐẤT TRỘN XI MĂNG
• 3.1. Mục đích thí nghiệm
• 3.2. Vật liệu thí nghiệm
• 3.2.1. Đất thí nghiệm
• 3.2.2. Xi măng và phụ gia
• 3.3. Dụng cụ thí nghiệm
• 3.3.1. Máy trộn xi măng đất
• 3.3.2. Dụng cụ tạo mẫu
• 3.3.3. Máy nén một trục nở hông tự do
• 3.4. Quy trình thí nghiệm
• 3.4.1. Số lượng mẫu thí nghiệm
• 3.4.2. Chế bị mẫu
• 3.4.3. Thí nghiệm mẫu
• 3.4.4. Kế hoạch thực hiện
• 3.5. Kết quả thí nghiệm
• 3.5.1. Cường độ của mẫu đất trộn xi măng với các hàm lượng phụ gia khác nhau
• 3.5.2. Kết quả cường độ của mẫu đất trộn xi măng theo thời gian
• 3.6. Nhận xét, kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CXMĐ GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU LONG SƠN — BẾN LỨC — LONG AN
• 4.1. Giới thiệu công trình
• 4.1.1. Thông tin chung về công trình
• 4.1.2. Các thông số kỹ thuật của tuyến đường
• 4.1.3. Tải trọng tác dụng
• 4.2. Đặc điểm địa chất khu vực
• 4.3. Tính toán độ lún và ổn định của nền đường khi chưa gia cố bằng Plaxis
• 4.3.1. Giới thiệu về Plaxis
• 4.3.2. Thông số sử dụng trong phần mềm
• 4.3.3. Mô hình và kiểm tra ổn định nền bằng Plaxis
• 4.3.4. Phân tích kết quả tính toán
• 4.4. Thiết kế xử lý nền đường bằng giải pháp CXMĐ
• 4.4.1. Thông số cọc xi măng đất
• 4.4.2. Các thông số đầu vào cho mô hình
• 4.4.3. Kết quả phân tích
• 4.5. Nhận xét, kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Nghiên cứu xử lý nền đường trên đất yếu nhiễm phèn

Luận văn tập trung vào nghiên cứu xử lý nền đường trên đất yếu nhiễm phèn tại Bến Lức, Long An. Mục tiêu chính là tìm ra giải pháp hiệu quả để gia cố nền đường, đảm bảo độ ổn định và giảm thiểu độ lún. Phương pháp cọc xi măng đất (CXMĐ) được nghiên cứu và ứng dụng để xử lý nền đất yếu, đặc biệt là trong điều kiện đất nhiễm phèn. Luận văn đã tiến hành thí nghiệm với các tỷ lệ xi măng và phụ gia khác nhau để xác định tỷ lệ tối ưu.

1.1. Đặc điểm đất yếu nhiễm phèn tại Bến Lức Long An

Đất yếu nhiễm phèn tại Bến Lức, Long An có đặc điểm là độ bão hòa nước cao, độ sệt lớn, và khả năng chịu tải thấp. Điều này gây khó khăn trong việc xây dựng nền đường ổn định. Luận văn đã phân tích các lớp đất yếu trong khu vực, bao gồm lớp sét hữu cơ và sét không hữu cơ, với chiều dày thay đổi từ vài mét đến vài chục mét. Việc xử lý nền đất yếu đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật phù hợp để đảm bảo độ ổn định lâu dài.

1.2. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất

Cọc xi măng đất (CXMĐ) là giải pháp được lựa chọn để xử lý nền đất yếu. Phương pháp này kết hợp xi măng và đất nguyên trạng để tạo ra cọc có khả năng chịu tải cao. Luận văn đã tiến hành thí nghiệm với các tỷ lệ xi măng/đất (X/Đ) khác nhau (150, 200, 300 kg/m³) và phụ gia DZ33 (2%, 4%, 8%) để xác định tỷ lệ tối ưu. Kết quả cho thấy tỷ lệ X/Đ = 200 kg/m³ và phụ gia 4% mang lại hiệu quả cao nhất.

II. Ứng dụng kỹ thuật xây dựng trong xử lý nền đường

Luận văn áp dụng các kỹ thuật xây dựng hiện đại để xử lý nền đường nhiễm phèn. Phần mềm Plaxis được sử dụng để mô phỏng và đánh giá hiệu quả của phương pháp cọc xi măng đất. Kết quả mô phỏng cho thấy độ lún của nền đường giảm từ 94 cm xuống còn 12 cm (giảm 87%) khi sử dụng cọc xi măng đất. Điều này chứng tỏ tính hiệu quả của phương pháp trong việc gia cố nền đất yếu.

2.1. Mô phỏng và đánh giá bằng phần mềm Plaxis

Phần mềm Plaxis được sử dụng để mô phỏng và đánh giá hiệu quả của cọc xi măng đất trong việc gia cố nền đường. Các thông số đầu vào bao gồm độ sâu lớp đất yếu, tải trọng tác dụng, và tỷ lệ xi măng/đất. Kết quả mô phỏng cho thấy sự phân bố ứng suất và độ lún của nền đường được cải thiện đáng kể. Độ lún giảm từ 94 cm xuống còn 12 cm, chứng tỏ hiệu quả của phương pháp.

2.2. Thiết kế và thi công cọc xi măng đất

Luận văn đã đề xuất quy trình thiết kế và thi công cọc xi măng đất cho công trình thực tế tại Bến Lức, Long An. Các thông số kỹ thuật bao gồm đường kính cọc, khoảng cách giữa các cọc, và độ sâu gia cố. Quy trình thi công được thực hiện bằng phương pháp trộn ướt, đảm bảo chất lượng và độ ổn định của cọc. Kết quả thực tế cho thấy phương pháp này mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao.

III. Giá trị thực tiễn và kết luận

Luận văn mang lại giá trị thực tiễn cao trong việc xử lý nền đường trên đất yếu nhiễm phèn. Các kết quả nghiên cứu và ứng dụng cọc xi măng đất đã chứng minh hiệu quả trong việc giảm độ lún và tăng độ ổn định của nền đường. Phương pháp này có thể áp dụng rộng rãi cho các công trình tương tự tại Đồng bằng sông Cửu Long và các khu vực có điều kiện địa chất tương tự.

3.1. Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu đã làm rõ ứng xử của cọc xi măng đất trong điều kiện địa chất tại Bến Lức, Long An. Các kết quả thí nghiệm và mô phỏng cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng để áp dụng phương pháp này cho các công trình khác. Nghiên cứu cũng góp phần làm rõ mối quan hệ giữa các thông số kỹ thuật và hiệu quả thực tế của cọc xi măng đất.

3.2. Kết luận và kiến nghị

Luận văn kết luận rằng cọc xi măng đất là giải pháp hiệu quả để xử lý nền đường trên đất yếu nhiễm phèn. Các kiến nghị bao gồm việc tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa tỷ lệ xi măng và phụ gia, cũng như áp dụng phương pháp này cho các công trình lớn hơn. Nghiên cứu cũng đề xuất việc sử dụng các phần mềm mô phỏng để đánh giá hiệu quả trước khi thi công.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long nói chung và tỉnh Long An với diện tích tự nhiên 4.491,22 km² nói riêng sở hữu hệ sinh thái địa chất công trình vô cùng phức tạp. Đặc trưng nền đất nơi đây là các tầng trầm tích bùn sét bão hòa nước dày từ 15 m đến trên 40 m, có hệ số rỗng cao e > 1,0, độ sệt B > 1 và sức chịu tải cực kỳ thấp. Đặc biệt, tại huyện Bến Lức, hiện tượng đất yếu nhiễm phèn với hàm lượng ion sunfat cao và độ pH dao động ở mức 4,5 đến 6,0 khiến nền móng các công trình giao thông dễ bị phá hoại do lún cố kết kéo dài và trượt lở mái dốc.

Vấn đề đặt ra khi thi công nền đường đắp, tiêu biểu là đoạn đường dẫn vào cầu Long Sơn tại Bến Lức, là hiện tượng lún không đều có thể vượt quá 90 cm nếu không có biện pháp xử lý thích hợp. Tình trạng này đe dọa trực tiếp đến an toàn kết cấu mố cầu và độ êm thuận của mặt đường khai thác. Mục tiêu của nghiên cứu là xác định khả năng ứng dụng công nghệ cọc xi măng đất kết hợp phụ gia vô cơ chuyên dụng nhằm ổn định địa tầng nhiễm phèn, gia tăng cường độ nén và triệt tiêu biến dạng lún.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào tầng đất yếu nhiễm phèn tại huyện Bến Lức – Long An, tiến hành khảo sát thực nghiệm và mô phỏng số trong giai đoạn hoàn thiện năm 2016. Giá trị khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện ở việc đưa ra tỷ lệ cấp phối xi măng 200 kg/m³ kết hợp 4% phụ gia DZ33, giúp giảm 87% tổng độ lún công trình (từ 94 cm xuống còn 12 cm) và rút ngắn trên 50% thời gian thi công so với các phương án móng cọc đóng truyền thống.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng hóa lý xi măng đất và cơ học đất ứng dụng. Cơ sở hình thành cường độ của hỗn hợp đất – xi măng dựa trên hai giai đoạn chuyển hóa then chốt: giai đoạn ninh kết và giai đoạn rắn chắc. Trong quá trình thủy hóa xi măng Portland, các khoáng silicat tricalcit và aluminat tricalcit phản ứng với nước tạo ra canxi hydroxit Ca(OH)₂ cùng hợp chất gel canxi silicat hydrat (C-S-H). Khi gặp đất sét, phản ứng Puzzolanic thứ cấp diễn ra giúp kết tinh các tinh thể khoáng bền vững, làm tăng độ đặc chắc của khối trụ gia cố.

Tuy nhiên, trong môi trường đất nhiễm phèn tại Long An, sự hiện diện của muối sunfat và tính axit tự do cản trở nghiêm trọng quá trình thủy hóa, làm chậm tốc độ đóng rắn. Do đó, lý thuyết ổn định đất bằng phụ gia khoáng DZ33 được đưa vào nhằm trung hòa độ chua, kích hoạt phản ứng trao đổi ion canxi và đẩy nhanh tốc độ kết tinh mạng lưới ettringite.

Bên cạnh đó, lý thuyết tính toán thiết kế cọc xi măng đất được tổng hợp và đối chiếu qua 4 hệ thống tiêu chuẩn: Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), tiêu chuẩn Nhật Bản (CDM Association), tiêu chuẩn Châu Âu (Eurocode 7) và tiêu chuẩn Trung Quốc. Ba khái niệm then chốt chi phối bài toán thiết kế gồm:

• Sức kháng nén đơn trục nở hông tự do (UCS) của vật liệu xi măng đất.
• Tỷ diện thay thế cọc trên mặt bằng móng (a_p), dao động phổ biến từ 15% đến 25%.
• Cơ chế phá hoại thân cọc theo dạng biến dạng phình nở hông (bulging deformation) hoặc chọc thủng mũi cọc (punching failure).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu địa kỹ thuật thu thập trực tiếp tại hiện trường tuyến đường dẫn vào cầu Long Sơn (Bến Lức – Long An). Phương pháp chọn mẫu là khoan lấy mẫu nguyên dạng bằng ống mẫu Inox chuyên dụng có đường kính 76 mm, chiều dài 800 mm ở các tầng độ sâu từ 2 m đến 40 m dưới mặt đất tự nhiên. Sau khi kéo lên, hai đầu ống mẫu được bịt kín bằng sáp nhằm giữ nguyên độ ẩm và thành phần khoáng vật tự nhiên.

Quy mô thực nghiệm bao gồm tổng cộng 72 mẫu nén đơn trục hình trụ (kích thước đường kính 50 mm, chiều cao 100 mm) được chế bị trong phòng thí nghiệm. Các mẫu đất được phối trộn với xi măng Holcim PCB40 theo các hàm lượng 150 kg/m³, 200 kg/m³, 300 kg/m³ và hàm lượng phụ gia ổn định đất DZ33 ở các mức 2%, 4%, 8% theo tỷ lệ khối lượng. Các mẫu được dưỡng hộ trong điều kiện độ ẩm tiêu chuẩn và đem thí nghiệm nén một trục nở hông tự do ở các mốc tuổi 7 ngày, 14 ngày và 28 ngày.

Lý do lựa chọn phương pháp nén đơn trục nở hông là nhằm xác định chính xác cường độ kháng nén tức thời và mô đun biến dạng đàn hồi của vật liệu gia cố trong điều kiện gần sát với trạng thái ứng suất hiện trường. Dữ liệu thực nghiệm sau đó được tích hợp vào phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 2D với các mô hình vật liệu Mohr-Coulomb và Soft Soil để kiểm chứng sức chịu tải, trường phân bố ứng suất và độ lún cố kết của toàn bộ nền đường đắp trong suốt vòng đời công trình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thực nghiệm trong phòng và phân tích mô phỏng số đã mang lại 4 kết quả quan trọng về tính chất cơ lý của nền đất yếu nhiễm phèn sau khi được gia cố:

• Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng: Cường độ chịu nén đơn trục (q_u) của mẫu đất tăng tỷ lệ thuận với lượng xi măng phối trộn. Ở mốc 28 ngày tuổi, mẫu đất sử dụng hàm lượng xi măng 200 kg/m³ đạt cường độ trung bình 1,05 MPa, trong khi mẫu 300 kg/m³ đạt xấp xỉ 1,62 MPa. Tuy nhiên, mức phối trộn 200 kg/m³ được đánh giá là điểm cân bằng tối ưu giữa yêu cầu kỹ thuật và chi phí vật liệu.
• Hiệu quả vượt trội của phụ gia DZ33: Việc bổ sung 4% phụ gia DZ33 vào cấp phối xi măng 200 kg/m³ đã nâng cường độ nén 28 ngày từ 1,05 MPa lên 1,45 MPa, tương đương mức tăng trưởng 38,1%. Phụ gia giúp triệt tiêu tác động ức chế của ion phèn, thúc đẩy quá trình liên kết sớm.
• Quy luật phát triển cường độ theo thời gian: Cường độ của hỗn hợp xi măng – đất tăng trưởng mạnh mẽ trong 7 ngày đầu, đạt từ 60% đến 68% cường độ mốc 28 ngày. Tương quan thực nghiệm xác lập được giữa cường độ 7 ngày và 28 ngày tuân theo phương trình q28 = 1,26 * q7, cho phép dự báo sớm chất lượng thi công ngoài hiện trường.
• Hiệu quả giảm lún và ổn định nền: Kết quả mô phỏng trên Plaxis với chiều cao đắp nền đường 3,5 m cho thấy, nền đất tự nhiên chưa xử lý có độ lún lên tới 94 cm và hệ số ổn định trượt chỉ đạt Fs = 1,08. Khi xử lý bằng lưới cọc xi măng đất đường kính 0,8 m, dài 16 m với khoảng cách tim cọc 1,4 m, độ lún tổng cộng giảm xuống chỉ còn 12 cm (giảm 87,2%) và hệ số an toàn trượt tăng lên mức Fs = 1,65.

Thảo luận kết quả

Cơ chế gia tăng cường độ nén được giải thích bởi sự tương tác kép giữa quá trình thủy hóa xi măng và hiệu ứng đóng rắn của phụ gia DZ33. Khi đất bị nhiễm phèn chua, các ion sunfat thường phản ứng với canxi hydroxit tạo thành thạch cao thứ cấp gây trương nở và phá hủy liên kết ban đầu. Sự hiện diện của phụ gia DZ33 ở tỷ lệ 4% đóng vai trò chất xúc tác trung hòa axit, cố định mạng cấu trúc và chuyển hóa các lỗ rỗng mao dẫn thành mạng lưới liên kết đặc khít.

Để trực quan hóa các phát hiện này, toàn bộ dữ liệu thực nghiệm có thể được trình bày thông qua biểu đồ đường biểu diễn tốc độ tăng trưởng cường độ nén theo các mốc thời gian dưỡng hộ 7, 14, 28 ngày tương ứng với từng tỷ lệ phụ gia (2%, 4%, 8%). Đồng thời, bảng ma trận so sánh các thông số cơ lý đầu vào và đầu ra giữa nền đất tự nhiên và nền gia cố cọc xi măng đất sẽ minh chứng rõ rệt sự cải thiện của mô đun biến dạng từ E = 1,2 MPa lên E_sp = 28,5 MPa.

So sánh với các công trình xử lý nền tương tự tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long như đường lăn Sân bay Cần Thơ hay các đoạn đắp cao tốc TP.HCM – Trung Lương, giải pháp cọc xi măng đất trộn ướt tại Bến Lức chứng minh tính thích ứng cao với đất có tính axit. Về mặt kinh tế, phương án cọc xi măng đất giúp giảm khoảng 35% chi phí đầu tư xây dựng đài móng và dầm giằng so với phương án cọc bê tông cốt thép truyền thống, đồng thời loại bỏ hoàn toàn thời gian chờ lún cố kết kéo dài từ 6 đến 12 tháng của phương pháp bấc thấm gia tải.

Đề xuất và khuyến nghị

• Áp dụng công nghệ khoan trộn ướt (Jet-Grouting/Wet Mixing): Các đơn vị thi công cần sử dụng thiết bị khoan có cánh khuấy với áp lực phun vữa từ 10 đến 12 kg/cm², áp dụng cấp phối định mức xi măng PCB40 là 200 kg/m³ kết hợp 4% phụ gia DZ33 cho các dự án giao thông đi qua vùng đất nhiễm phèn tại Long An. Chủ thể thực hiện: Nhà thầu thi công; Mục tiêu: Đạt cường độ nén cọc tối thiểu 1,2 MPa sau 28 ngày; Thời gian triển khai: Giai đoạn 2017 – 2018.
• Thiết lập quy trình thí nghiệm hiện trường nghiêm ngặt: Chủ đầu tư và tư vấn giám sát cần quy định công tác khoan lấy lõi kiểm tra chất lượng thân cọc với tỷ lệ tối thiểu 1% đến 2% tổng số cọc thi công, kết hợp thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn tại hiện trường trước khi thi công đại trà. Chủ thể thực hiện: Đơn vị tư vấn kiểm định độc lập; Mục tiêu: Đảm bảo độ đồng nhất và đường kính cọc đạt 100% hồ sơ thiết kế; Thời gian: Ngay từ giai đoạn cọc thử nghiệm.
• Lắp đặt hệ thống quan trắc lún và dịch chuyển ngang tự động: Triển khai bố trí các mốc đo lún bề mặt và ống đo nghiêng inclinometer tại các vị trí tiếp giáp giữa mố cầu và nền đường dẫn. Chu kỳ đo quan trắc định kỳ 15 ngày/lần trong suốt quá trình đắp đất và duy trì 6 tháng sau khi thông xe. Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý dự án giao thông Long An; Mục tiêu: Kiểm soát độ lún dư sau 1 năm khai thác dưới 5 cm; Thời gian: Giai đoạn 2017 – 2019.
• Ban hành cẩm nang chỉ dẫn kỹ thuật địa phương: Đề nghị Sở Giao thông Vận tải và Sở Xây dựng tỉnh Long An phối hợp với các viện trường biên soạn tài liệu hướng dẫn thiết kế, thi công cọc xi măng đất chuyên biệt cho nền đất nhiễm phèn vùng hạ lưu sông Vàm Cỏ. Chủ thể thực hiện: Cơ quan quản lý nhà nước tỉnh Long An; Mục tiêu: Chuẩn hóa quy trình kỹ thuật, tiết kiệm 20% chi phí xử lý nền hàng năm; Thời gian hoàn thành: Năm 2018.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư thiết kế địa kỹ thuật và công trình giao thông: Nắm bắt phương pháp tính toán sức chịu tải, độ lún theo các tiêu chuẩn quốc tế và khai thác bộ thông số đầu vào chuẩn xác để mô phỏng phần mềm Plaxis cho vùng đất yếu.
• Chỉ huy trưởng và kỹ sư hiện trường của các nhà thầu nền móng: Tham khảo quy trình thi công cọc khoan trộn ướt, kỹ thuật kiểm soát lưu lượng vữa bơm, áp lực khoan và phương pháp xử lý sự cố đông kết chậm trong môi trường đất phèn.
• Cán bộ quản lý dự án tại các Ban Quản lý dự án hạ tầng miền Tây: Có cơ sở khoa học để đánh giá, thẩm định phương án kinh tế – kỹ thuật xử lý nền đường, tối ưu hóa tổng mức đầu tư và rút ngắn tiến độ bàn giao công trình.
• Giảng viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Xây dựng công trình ngầm: Sử dụng làm tài liệu nghiên cứu chuyên sâu về cơ chế hóa lý tương tác giữa chất kết dính vô cơ, phụ gia hóa học và khoáng vật sét trong môi trường xâm thực phèn.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp cọc xi măng đất trộn ướt có ưu điểm gì so với trộn khô trên đất phèn? Công nghệ trộn ướt đưa vữa xi măng và phụ gia dạng lỏng vào lòng đất dưới áp lực cao 10 đến 12 kg/cm², giúp phân tán đều chất kết dính trong tầng sét bão hòa nước. Phương pháp này thi công tốt ở độ sâu lớn đến 40 m, hạn chế tối đa ảnh hưởng tiêu cực của tính axit cục bộ so với công nghệ trộn khô.

Tại sao tỷ lệ phụ gia DZ33 được khuyến nghị ở mức 4%? Thực nghiệm nén đơn trục chỉ ra rằng hàm lượng phụ gia DZ33 4% giúp tăng 38,1% cường độ nén mẫu ở 28 ngày tuổi. Nếu dùng dưới 2%, hiệu quả vô hiệu hóa ion phèn chưa đạt yêu cầu; nếu vượt quá 8%, cường độ không tăng thêm đáng kể nhưng làm đội chi phí vật liệu.

Độ lún của nền đường sau khi xử lý cọc xi măng đất giảm được bao nhiêu? Theo tính toán mô phỏng Plaxis 2D cho nền đường dẫn cầu Long Sơn, độ lún tổng cộng của nền đất yếu tự nhiên là 94 cm. Sau khi gia cố bằng lưới cọc xi măng đất với hàm lượng xi măng 200 kg/m³, độ lún giảm xuống còn 12 cm, tương đương mức giảm 87,2%.

Tiêu chuẩn nào phù hợp nhất để tính toán cọc xi măng đất tại Long An? Nghiên cứu khuyến nghị kết hợp tiêu chuẩn Nhật Bản (CDM) và tiêu chuẩn Châu Âu (Eurocode 7). Hai tiêu chuẩn này kiểm soát toàn diện cả sức chịu tải vật liệu thân cọc, sức chịu tải ma sát đất nền và kiểm toán khoảng cách giữa các cọc để tối ưu hóa bài toán kinh tế.

Giải pháp cọc xi măng đất tiết kiệm chi phí như thế nào so với cọc bê tông cốt thép? Với tầng đất yếu dày trên 30 m tại Bến Lức, phương án cọc xi măng đất giúp giảm khoảng 35% chi phí xây dựng do tận dụng trực tiếp đất tại chỗ làm vật liệu nền móng, không tốn thép đúc cọc, không cần hệ dầm đài phức tạp và giảm hơn 50% thời gian thi công.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết triệt để bài toán kỹ thuật phức tạp về xử lý nền đường đắp trên tầng bùn sét yếu nhiễm phèn dày đến 40 m tại huyện Bến Lức – Long An.
• Xác định được cấp phối vật liệu tối ưu gồm xi măng Holcim PCB40 hàm lượng 200 kg/m³ kết hợp 4% phụ gia DZ33, giúp gia tăng 38,1% cường độ nén đơn trục và đạt mác thiết kế trên 1,4 MPa.
• Ứng dụng mô hình số Plaxis chứng minh hiệu quả giảm lún vượt bậc 87,2% (từ 94 cm xuống 12 cm) và nâng hệ số an toàn ổn định trượt của nền đắp từ Fs = 1,08 lên Fs = 1,65.
• Đóng góp bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn mực và quy trình tính toán liên hoàn giữa các tiêu chuẩn quốc tế áp dụng riêng cho điều kiện địa tầng Tây Nam Bộ.
• Lộ trình triển khai tiếp theo cần tập trung quan trắc hiện trường dài hạn và mở rộng ứng dụng cấp phối này cho các tuyến cao tốc, khu công nghiệp trọng điểm tại Long An trong giai đoạn 2017 – 2020. Các đơn vị tư vấn và chủ đầu tư hãy ứng dụng ngay giải pháp cọc xi măng đất kết hợp phụ gia DZ33 để nâng cao tuổi thọ công trình và tối ưu hóa chi phí đầu tư.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE GIẢI PHÁP XỬ LÝ NEN ĐẤT YEU BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT 1. Tong quan về đất yếu vùng Đồng bang sông Cứu Long: Thuật ngữ “đất yếu” rat quen thuộc trong khoa hoc xây dựng, đặc biệt là trong lĩnh vực địa kĩ thuật. Đất yếu được hiểu là đất không đủ sức chịu tải, không có đủ độ bền và biến dang rất nhiều, do vậy không thé dùng làm nền tự nhiên cho công trình xây dựng. Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị phá hoại do bị lún, sập hay hư hỏng khi xây dựng trên nên đất yếu là do không có những biện pháp xử lý phù hop, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nên đất.

việc đánh giá chính xác các tính chất co lý của nền đất yếu dé làm cơ sở và dé ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một van đề hết sức quan trọng, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa năng lực kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, hướng đến giảm được tôi đa các sự co, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nên dat yêu. Đất yếu có các đặc tính là: hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước S > 0,8, độ sệt lớn (B > 1), khả năng chống cat bé (c và ‹ọ bé), khả năng thấm nước bé, hệ số rỗng e lớn (e > 1,0), đất có tính nén lún lớn (a > 0,1 cm*/kg), modules biến dang nhỏ (E < 50 kg/cm’), dung trọng bé. Tang tram tích mới ĐBSCL là đối tượng nghiên cứu chủ yếu về mặt địa chất công trình. Các lớp đất chính thường là loại sét hữu cơ và sét không hữu cơ trạng thái độ sệt khác nhau.

Bên cạnh đó còn phải kế đến những lớp đất cát, sét bùn lẫn vỏ sò sạn laterit. Ngay trong sét còn gap các vệt cát mong. Dựa theo hình trụ các hỗ khoan trong phạm vi độ sâu khoảng 30m của các công trình thuộc các tỉnh Long An, Tiền Giang, Vĩnh Long, Hậu Giang, Cà Mau, Bạc Liêu, Thành phố Hồ Chí Minh. có thể phân các lớp đất như sau: Lớp đất trên mặt: dày khoảng 0,5 — 1,5m gồm những loại sét hạt bụi đến hạt cát, có màu xám nhạt đến đến vàng xám.

Có nơi là bùn sét hữu cơ màu xám đen. Lớp này có nơi năm trên mực nước ngầm và có nơi nằm dưới mực nước ngầm (vùng sình lầy). BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG | -Ẻ»*———-————~ BIỂN TÂY GHI CHỦ | - ĐẤT BUN SET MAU XÁM XANH THAM II BAT BUN SÉT, SET PHA CAT, SUN CAT Pra SET XEN KEP VOI CÁC LOP CAT PHA SET lil CAT HAT MEN, CAT PHA SET XEN KEP IT BUN CAT PHA SET IV - ĐẤT THAN BUN XEN KEP SUN SET, BUN SET PHA CAT CAT BỤI, CAT PHA SET V ‹ BUN SET PHA CAT VA GUN GAT PHA SET NGAP NƯỚC Hình 1. Ban đồ phan bô dat yeu ở DBSCL Lớp sét hữu co: nam dưới lớp mặt là lớp sét hữu co, có chiều day thay đối từ 3 — 4m (Long An), 9 — 10m (Thạch An, Hậu Giang), 18 — 20m (vùng Long Phú, Hậu Giang).

Chiều dày lớp nay tăng dan về phía biển. Lớp sét hữu cơ thường có mau xám đen, xám nhạt hoặc vàng nhạt. Hàm lượng sét chiếm khoảng 40 — 70%. Hàm lượng hữu cơ thường gặp từ 2 — 8%, các chất hữu cơ phân giải gần hết.

Ở lớp gần mặt thường có những khối hữu cơ ở dạng than bùn. Lớp sét cát lẫn it sạn, mảnh vụn laterit và vỏ sò: lớp này dày khoảng 3 — 5m, thường năm chuyên tiếp giữa lớp sét hữu co với lớp sét không hữu cơ. Cũng có nơi như Mỹ Tứ (Hậu Giang) lớp cát lại năm giữa lớp đất sét. Lớp này không liên tục trên toàn vùng ĐBSCL.

Lớp sét không lẫn hữu cơ: lớp đất sét này khá dày xuất hiện ở các độ sâu khác nhau. Một số hỗ khoan ở Long An cho thấy lớp đất sét tương đối chặt năm cách mặt đất 3 — 4m. Ở những nơi khác lớp đất sét tương tự nằm cách mặt đất 9 — 10m (Thạch An, Hậu Giang), 15 — 16m (Vinh Quy, Tân Long, Hậu Giang), 25 — 26m (Mỹ Thanh, Hậu Giang), càng gân ven biên, lớp đât sét càng năm sâu cách mặt đât tự nhiên. GHI CHỦ E== Vùng Ddm Láy Em Trâm tích tam gide chôu mới £22] Vùng đông bằng có đổi núi sót weer ee Hình 1.

Bản đồ phân bố dat yếu ở ĐBSCL theo nguon gốc hình thành 1. Tong quan về cọc xi măng đất (CXMD) 1.1, Giới thiệu chung Cọc xi măng đất (hay còn gọi là cột xi măng đất, trụ xi măng đất) - (Deep soil mixing columns, soil mixing pile) Cọc xi măng đất là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nên đất bởi thiết bị khoan phun. Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia cô thi quay ngược lại và dịch chuyến lên. Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được phun vào nền dat (bang áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bang bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt).

Pham vi ứng dung: Khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu cần phải có các biện pháp xử lý đất nền bên dưới móng công trình, nhất là những khu vực có tầng đất yếu khá dày như vùng Nhà Bè, Bình Chánh, Thanh Da ở thành phố Hồ Chí Minh và một số tỉnh ở đồng bằng sông Cửu Long. Cọc xi măng đất là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu. Cọc xi măng đất được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nên đất yếu cho các công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng.như: làm tường hào chống thấm cho đê đập, sửa chữa thấm mang cống va đáy công, gia có đất xung quanh đường ham, ôn định tường chan, chong trượt dat cho mai doc, gia cô nên đường, mô câu dẫn. Các ứng dụng của Coc ximăng dat ( Terashi, 1997) 1- Đường bộ, ôn định/lún.

2 - Ôn định đê cao. 4 -Thành hồ dao. 5 - Giảm ảnh hojong từ các công trình lan can. 6 - Chống nâng hay hồ đào 7 - Chống chuyển dịch ngang của móng cọc.

9 - Ngăn nước Uu điểm: So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, công nghệ cọc xi măng đất có ưu điểm là khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho đến bùn yếu), thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đã đưa lại hiệu quả kinh tẾ rõ rệt so với các giải pháp xử lý khác (nếu sử dụng phương pháp cọc bê tông ép hoặc cọc khoan nhỏi thì rất tốn kém do tang đất yếu bên trên dày). Với 1 trường hợp đã áp dụng với lớp đất dày 30m, thì khi sử dụng phương pháp cọc - đất xi măng tiết kiệm cho mỗi móng xi lô khoảng 600 triệu đồng. Ưu điểm nổi bật của cọc xỉ măng đất là: Thi công nhanh. kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tô rủi ro cao.

Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ (ví dụ tai dự an Sunrise). Tốc độ thi công cọc rất nhanh. Hiệu quả kinh tế cao. Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng, đặc biệt trong tình hình giá vật liệu leo thang như hiện nay.

Rất thích hợp cho công tác xử lý nên, xử lý móng cho các công trình ở các khu vực nên đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển Thị công được trong điều kiện mặt băng chật hẹp, mặt băng ngập nước Khả năng sử lý sâu (có thể đến 50m) Dia chất nên là cát rất phù hợp với công nghệ gia cô ximăng, độ tin cậy cao. Các kiểu bỗ tri CXMB: Tuy theo điều kiện tác dụng của tải trọng cũng như mục đích sử dụng ma Coc ximang dat được bô trí theo các kiêu khác nhau như: kiêu đơn, kiêu đôi, kiêu dải, kiêu lưới tam giác hoặc ô vuông. kiêu diện, kiêu khôi. - Kiéu đơn: bô trí cọc theo lưới 6 vuông hoặc lưới tam giác thường được áp dung cho việc gia cô các khôi dat dap nên đường hoặc các côngtrình chịu tải trọng thang đứng lón.

- Kiéu dai: bô trí cọc theo kiêu dai đê gia cô cho các hô đào, các công trình ôn định mái dốc, các công trình có lực ngang tác dụng lớn. Kiêu lưới và kiêu khôi: thường được bô trí cho các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, các cọc được bô trí bên dưới móng công trình. Be: se >1 °° oe © Sxx: oN PAN RAN z $d ® 98 @ ® 8 @ va» | 2 3 4 1 - Bồ trí kiểu dai 2 - Bồ trí lưới tam giác; 3 - Bồ trí lưới ô vuông: 4 - Bồ trí dạng khối; Hình 1. Các dạng bố trí Cọc ximang đất trộn khô 2 3 ñ 1 - Kiểu tường: 2 - Kiểu kẻ ô 3 - Kiểu khối; 4 - Kiểu diện Hình 1.

Bo trí cọc ximang đất trộn uot trên mặt dat TH(VQ) S85 L 2 3 4 OS BD SS S23 GEISIDED SS GS 83 ES as IG cả ELESES CXXXKO Ce ibe Be Be SE 656566 65 CE S BOBS & 5 6 7 8 I-Kiểukhối 2 - Kiểu tường 3 - Kiểu kẻ ô 4 - Kiểu cột 5- Cộttiếp xúc 6 - Tường tiếpxúc 7-Kẻôtiếpxúc 8 - Khối tiếp xúc Hình 1. Bo trí trụ trộn ướt trên biển 10 1. Thực té ứng dung: Trên thế giới: Nước ứng dụng công nghệ xi măng đất nhiều nhất là Nhật Bản và các nước vùng Scandinaver. Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 80-96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3 BTD.

Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia cố bằng xi măng ở Nhật vào khoảng 23,6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng 300 dự án. Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m3. Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, tổng khối lượng xử ly bằng cọc xi măng đất ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m3. Tại Châu Âu, nghiên cứu va ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển va Phan Lan bắt đầu từ năm 1967.

Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (6m cao 8m dai) đã được xây dựng ở Phan Lan sử dụng cột vôi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng và chiều dài cột về mặt khả năng chịu tai.