Thí nghiệm cường độ đất gia cố xi măng cho nền đường khu công nghệ cao Hòa Lạc

THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG CHO<br /> NỀN ĐƯỜNG KHU CÔNG NGHỆ CAO HÕA LẠC<br /> <br /> VŨ BÁ THAO, NGUYỄN THU HƢƠNG,<br /> QUÁCH HOÀNG HẢI*<br /> <br /> <br /> Laboratory tests on strength of soil stabilization by cement to build the<br /> road foundation at Hoa Lac Hi-Tech industrial zone<br /> Abstract: This study aims to investigate reasonable cement contents<br /> for stabilizing the soft soil to build the road foundation in Hoa Lac<br /> Hi-Tech industrial zone. Strength of four types of clay stabilized with<br /> cement contents of 150, 175, 200, and 250 kg/m 3 were tested at curing<br /> periods of 3, 7, 14, and 28 days. The results show that the strength of<br /> soil stabilization increases with cement content and curing time.<br /> Strength of soil-cement meets designated requirement, larger than 1<br /> MPa, when cement content is 200 to 250 kg/m 3 , depending on type of<br /> soil. Relation between the soil-cement strength at 28 days and 7 days<br /> is qu28 = 1.25qu7 + 191 (kPa). However, in case organic content of soil<br /> is greater than 10%, effects of cement on stabilizing the soft soil is<br /> quite limited.<br /> Từ khóa: Soil cement, Soft soil, Road foundation<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ* Theo một số kết quả thí nghiệm xi măng -<br /> Xi măng đất trộn sâu là phƣơng pháp xử lý đất ở trong phòng, cƣờng độ nén không hạn<br /> đất yếu hiện đang đƣợc các nƣớc trên thế giới chế nở hông q u thƣờng từ 4.08 - 40.8 kG/cm2<br /> đánh giá cao, đặc biệt là Nhật Bản và các (408 - 4080 kPa), lớn hơn mấy chục đến hàng<br /> nƣớc vùng Scandinaver [1]. Ở Việt Nam, trăm lần đất tự nhiên, tuy nhiên kết quả này<br /> phƣơng pháp này cũng đã đƣợc áp dụng đại lại phụ thuộc vào nhiều nhân tố nhƣ: thành<br /> trà để gia cố nền đất yếu cho các công trình phần và điều kiện của đất, điều kiện và<br /> quan trọng nhƣ: dự án cảng Ba Ngòi (Khánh phƣơng pháp trộn, điều kiện dƣỡng hộ [3].<br /> Hòa) sử dụng 4000m cọc đất - xi măng có Do đó với bất cứ công trình nào trƣớc khi thi<br /> đƣờng kính 0.6m, gia cố nền móng cho nhà công cần tiến hành các thí nghiệm trong<br /> máy nƣớc Vụ Bản tỉnh Hà Nam, xử lý móng phòng nhằm biết rõ hiệu quả gia cố đối với<br /> cho bồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ thành phố từng loại đất nhằm chọn đƣợc hàm lƣợng xi<br /> Hải Phòng, dự án sân bay Cần Thơ, dự án măng phù hợp [3].<br /> cảng Bạc Liêu. Tại thành phố Hồ Chí Minh Bài báo trình bày các kết quả thí nghiệm<br /> cọc xi măng đất sử dụng rất phổ biến, nhƣ dự trong phòng nén một trục không hạn chế nở<br /> án đại lộ Đông Tây, building Sai Gon Times hông đối với một số loại đất sét gia cố xi<br /> Square [2]. măng với các hàm lƣợng khác nhau để lựa<br /> chọn hàm lƣợng xi măng phù hợp gia cố nền<br /> *<br /> Phòng Nghiên cứu Địa kỹ thuật, Viện Thuỷ Công, đƣờng khu công nghệ cao Hòa Lạc.<br /> Viện Khoa h c Thủy lợi Việt Nam 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> Email: vubathao@gmail.com 2.1. Mẫu đất và xi măng<br /> <br /> 32 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018<br />  Hình 1. Ảnh chụp lấy mẫu t i hiện tr ng<br /> <br /> Bảng 1. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất<br /> <br /> Số hiệu tổ hợp mẫu CP1 CP9 CP19 CP2 CP14<br /> Chỉ tiêu Giá trị<br /> Sạn(sỏi) 4.1<br /> Thành phần hạt Cát 13.9 17.2 14.9 6.4 12.6<br /> (%) Bụi 61.3 47.8 55 56.7 44.5<br /> Sét 24.8 30.9 30.1 36.9 42.9<br /> Độ ẩm tự nhiên (W%) 48.6 71.3 64.9 35 37.9<br /> Khối lƣợng thể tích tự nhiên<br /> 1.69 1.50 1.61 1.82 1.85<br /> (, g/cm3)<br /> Khối lƣợng thể tích khô<br /> 1.14 0.89 0.98 1.35 1.35<br /> (c, g/cm3)<br /> Tỷ trọng (, g/cm3) 2.66 2.61 2.68 2.72 2.78<br /> Hệ số rỗng (eo) 1.339 1.984 1.745 1.018 1.069<br /> Giới hạn chảy (Wl, %) 50.7 73.7 65.9 43.1 51.7<br /> Giới hạn dẻo (Wp,%) 33.9 41.3 39.7 22.4 29.7<br /> Hệ số nén lún (a1-2,cm2/N) 0.0173 0.0115 0.0113 0.005 0.0025<br /> Cƣờng độ kháng nén một<br /> trục không hạn chế nở hông 30.41 28.5 27.49 65.57 89.73<br /> (qu, kPa)<br /> Hàm lƣợng hữu cơ (%) 7.02 11.0 5.61 3.05 1.39<br /> Sét dẻo<br /> Sét hữu<br /> Sét hữu cao chứa Sét bụi, Sét béo,<br /> Phân loại đất cơ, dẻo<br /> cơ, chảy hữu cơ, dẻo mềm dẻo mềm<br /> chảy<br /> dẻo chảy<br /> <br /> Theo yêu cầu thiết kế [4], [5], cƣờng độ mẫu đất thí nghiệm trong phòng phải đạt 1000<br /> kháng nén một trục không hạn chế nở hông của kPa trở lên sau 28 ngày tuổi.<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 33<br />  Mẫu đất đƣợc chọn gồm 5 tổ hợp mẫu đƣợc 9403: 2012. Các mẫu đất sau khi đƣợc xác định<br /> lấy từ độ sâu 1.2-2.0 (m), 3.4-4.0 (m) và 11.2- các chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng, đem trộn<br /> 12.0 (m) tại các hố khoan ABH5 (thuộc tuyến đều với xi măng theo hàm lƣợng lần lƣợt là 150<br /> 8), ABH6, ABH7 (thuộc tuyến 9) khu vực Hòa kg/m3, 175 kg/m3, 200 kg/m3, 250 kg/m3 tạo ra<br /> Lạc. Hình ảnh khoan lấy mẫu thể hiện trên Hình 80 tổ hợp mẫu. Mỗi tổ hợp đƣợc chia ra làm 4<br /> 1. Tiến hành phân tích các chỉ tiêu cơ lý của đất. phần đều nhau, đúc thành 4 mẫu, tổng cộng tạo<br /> Thí nghiệm xác định thành phần vật chất hữu cơ ra 320 mẫu. Mẫu thí nghiệm đƣợc ký hiệu theo<br /> theo tiêu chuẩn ASTM D294, thí nghiệm nén tổ hợp các chữ và số gồm: tên tổ hợp mẫu – hàm<br /> một trục không hạn chế nở hông theo tiêu chuẩn lƣợng xi măng – số thứ tự mẫu thí nghiệm. Các<br /> D2166. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý mẫu đƣợc bảo dƣỡng trong tủ bảo dƣỡng mẫu ở<br /> của mẫu đất đƣợc trình bày trong Bảng 1. Năm nhiệt độ 20±3 độ C, độ ẩm 90%.<br /> loại đất dùng trong nghiên cứu này gồm: Sét Mỗi tổ hợp mẫu đƣợc bảo dƣỡng theo các<br /> hữu cơ, chảy; Sét hữu cơ, dẻo chảy; Sét dẻo cao ngày tuổi 3, 7, 14, 28. Tại thời điểm theo các<br /> chứa hữu cơ, dẻo chảy; Sét bụi, dẻo mềm; Sét ngày tuổi, mẫu thí nghiệm đƣợc lấy ra khỏi tủ<br /> béo, dẻo mềm. bảo dƣỡng, tiến hành cân xác định khối lƣợng,<br /> Xi măng đƣợc sử dụng để trộn với đất theo yêu đo đƣờng kính, chiều cao và nén một trục không<br /> cầu thiết kế là xi măng pooc lăng Bút Sơn PC40. hạn chế nở hông xác định qu. Thí nghiệm xác<br /> 2.2. Phƣơng pháp thí nghiệm định qu theo tiêu chuẩn ASTM D2166. Một số<br /> Quy trình thí nghiệm xi măng – đất đƣợc thực hình ảnh thiết bị và mẫu thí nghiệm thể hiện<br /> hiện theo tiêu chuẩn JGS 0821-2000; TCVN trên Hình 2.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2: Thiết bị và các mẫu thí nghiệm nén một trục.<br /> <br /> 3. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM khu vực tuyến 8 và tuyến 9 – khu công nghệ cao<br /> Kết quả thí nghiệm nén một trục không hạn Hòa Lạc đƣợc trình bày trong Bảng 2.<br /> chế nở hông của các mẫu hỗn hợp xi măng đất<br /> Bảng 2. Kết quả qu của các mẫu đất gia cố xi măng<br /> Tên tổ Hàm lƣợng xi măng<br /> 150 175 200 250<br /> hợp (kg/m3)<br /> Tuổi (ngày) qu(kPa)<br /> CP1<br /> 3 156.95 183.71 222.12 384.29<br /> <br /> <br /> 34 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018<br />  Tên tổ Hàm lƣợng xi măng<br /> 150 175 200 250<br /> hợp (kg/m3)<br /> 7 182.87 213.76 357.58 649.81<br /> 14 246.97 395.77 515.18 783.35<br /> 28 355.81 488.16 594.93 957.55<br /> Tuổi (ngày) qu(kPa)<br /> 3 54.29 77.3 94.74 149.78<br /> CP9 7 76.86 102.96 121.67 182.76<br /> 14 99.95 128.69 181.2 218.83<br /> 28 116.26 212.51 359.76 417.97<br /> Tuổi (ngày) qu(kPa)<br /> 3 125.22 177.45 215.9 307.34<br /> CP19 7 148.96 257.91 319.04 433.31<br /> 14 214.81 363.63 481.86 610.55<br /> 28 412.8 542.85 774.01 1024.75<br /> Tuổi (ngày) qu(kPa)<br /> 3 339.96 412.54 540.44 649.75<br /> CP2 7 454.14 500.53 799.43 1023.14<br /> 14 505.76 659.35 947.86 1208.74<br /> 28 611.44 757.43 1043.5 1410.25<br /> Tuổi (ngày) qu(kPa)<br /> 3 306.46 388.71 455.48 565.25<br /> CP14 7 356.26 469.99 611.24 743.79<br /> 14 509.74 626.02 805.14 963.18<br /> 28 666.87 874.7 934.94 1238.99<br /> <br /> Qua Bảng 2 nhận thấy cƣờng độ nén một trục Trên cơ sở đồ thị Hình 13 và Bảng 2 nhận<br /> không hạn chế nở hông của các mẫu đất phụ thấy cƣờng độ của các loại đất gia cố xi măng<br /> thuộc vào hàm lƣợng xi măng, thời gian dƣỡng đều tăng theo hàm lƣợng xi măng và thời gian<br /> hộ và hàm lƣợng hữu cơ của đất. Các yếu tố ảnh dƣỡng hộ. Khi hàm lƣợng xi măng 250 kg/m3,<br /> hƣởng đến cƣờng độ sẽ lần lƣợt đƣợc phân tích cƣờng độ nén không hạn chế nở hông 28 ngày<br /> trong các mục dƣới đây. của tổ hợp mẫu CP2 đạt giá trị cao nhất 1410.25<br /> 3.1. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng xi măng kPa, của tổ hợp mẫu CP9 đạt giá trị thấp nhất<br /> đến cƣờng độ đất xi măng 417.97 kPa. Mẫu đất CP9 là đất sét hữu cơ trạng<br /> Quan hệ giữa cƣờng độ nén không hạn chế thái dẻo chảy, hàm lƣợng hữu cơ cao nhất (11%)<br /> nở hông của các tổ hợp mẫu thí nghiệm CP1, trong các loại đất thí nghiệm. Trong khi đó mẫu<br /> CP2, CP9, CP14, CP19 và hàm lƣợng xi măng đất sét dẻo mềm CP2 và CP14 có hàm lƣợng hữu<br /> đƣợc trình bày ở Hình 3. cơ nhỏ (3%), có giá trị cƣờng độ cao nhất.<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 35<br />  (b) Tổ hợp mẫu CP9<br /> (a) Tổ hợp mẫu CP1<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (c) Tổ hợp mẫu CP14 (d) Tổ hợp mẫu CP19<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (e) Tổ hợp mẫu CP2<br /> Hình 3. Quan hệ giữa c ng độ đất gia c và hàm l ợng xi măng.<br /> <br /> 3.2. Ảnh hƣởng của thời gian dƣỡng hộ độ theo thời gian của các mẫu đất gia cố tƣơng<br /> đến cƣờng độ của đất xi măng. đối tuyến tính, riêng tổ hợp mẫu CP9 có sự tăng<br /> Quan hệ giữa thời gian dƣỡng hộ và cƣờng vọt của qu giữa 14 và 28 ngày tuổi. Tuy vậy,<br /> độ nén không hạn chế nở hông của các mẫu cƣờng độ 28 ngày của mẫu đất CP9 nhỏ hơn<br /> đƣợc trình bày ở Hình 4. 1MPa nên không đạt yêu cầu làm nền đƣờng.<br /> Từ các đồ thị Hình 4 có thể nhận thấy cƣờng Cƣờng độ của xi măng - đất tăng theo thời<br /> độ nén không hạn chế nở hông qu của xi măng gian [3], nhƣng mối tƣơng quan về sự phát triển<br /> đất tăng theo thời gian dƣỡng hộ và hàm lƣợng xi cƣờng độ lại phụ thuộc vào loại đất và<br /> măng. Tuy nhiên, tùy từng loại đất khác nhau sẽ loại/lƣợng chất kết dính. Do đó với mỗi công<br /> cho giá trị qu khác nhau. Xu hƣớng tăng cƣờng trình, việc đƣa ra đƣợc mối tƣơng quan giữa<br /> <br /> 36 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018<br /> cƣờng độ nén 7 ngày (qu7) và cƣờng độ nén 28 cƣờng độ ngày muộn dựa vào cƣờng độ nén 7<br /> ngày (qu28) có ý nghĩa cho áp dụng đại trà và địa ngày, giảm bớt đƣợc khối lƣợng thí nghiệm cho<br /> chất tƣơng tự; đồng thời làm căn cứ để dự đoán các công trình có điều kiện địa chất tƣơng tự.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (a) Tổ hợp mẫu CP1 (b) Tổ hợp mẫu CP9<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (c) Tổ hợp mẫu CP14 (d) Tổ hợp mẫu CP19<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (e) Tổ hợp mẫu CP2<br /> <br /> Hình 4: uan hệ giữa c ng độ đất gia c và th i gian d ỡng hộ<br /> <br /> Kawasaki (1981) đã xây dựng quan hệ dựa hiệu chỉnh quan hệ trên thành:<br /> trên phân tích tƣơng quan hiệu chỉnh cƣờng qu28 = (1.49-1.56) qu7 (2)<br /> độ nén nở hông cho đất sét biển vùng vịnh Ở Việt Nam cũng có một số công trình<br /> Tokyo trộn với xi măng Pooc lăng nhƣ trong nghiên cứu đã chỉ ra mối tƣơng quan này, nhƣ<br /> công thức (1): Đậu Văn Ngọ với đất bùn sét hữu cơ trong dự<br /> 0.49qu28 – 64 < qu7< 0.71qu28 + 5% (1) án Đại lộ Đông tây Sài Gòn:<br /> Ở đây, qu7, qu28 tính theo kPa. qu28 = 1.26qu7 + 401.5 (kN/m2) (3)<br /> Hiệp hội CDMA (Cement Deep Mixing Đối với vùng nghiên cứu – tuyến 8, tuyến 9<br /> Association of Japan) của Nhật Bản (1994) đã khu công nghệ cao Hòa Lạc, quan hệ giữa<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 37<br /> cƣờng độ đất gia cố xi măng tuổi 28 ngày và 7 địa chất tƣơng tự.<br /> ngày có thể đạt đƣợc nhƣ trên Hình 5. Quan hệ qu28 = 1.25qu7 + 191 (kN/m2) (4)<br /> này có thể tham khảo cho các dự án có điều kiện<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5: M i t ơng quan giữa c ng độ đất xi măng 28 và 7 ngày tuổi.<br /> <br /> 3.3. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng hữu cơ lƣợng xi măng đối với qu28 giảm rõ rệt, tác dụng<br /> trong đất đối với cƣờng độ của đất xi măng. của xi măng trong gia cố đất thấp. Do đó, đối<br /> Quan hệ giữa hàm lƣợng hữu cơ trong đất và với đất yếu khu vực tuyến 8, tuyến 9 khu công<br /> qu đƣợc thể hiện trong Hình 6. Hình 6 cho thấy, nghệ cao Hòa Lạc, loại đất có hàm lƣợng hữu<br /> hàm lƣợng hữu cơ càng cao cƣờng độ của xi cơ lớn hơn 10% cần xem xét việc dùng xi măng<br /> măng đất càng có xu hƣớng giảm. Khi hàm để gia cố.<br /> lƣợng hữu cơ lớn hơn 10%, ảnh hƣởng của hàm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6: uan hệ giữa c ng độ mẫu thử 28 ngày tuổi và thành phần hữu cơ trong đất<br /> <br /> 4. KẾT LUẬN măng khác nhau thuộc tuyến 8 và tuyến<br /> Trên cơ sở các kết quả t hí nghiệm nén 9 dự án phát triển hạ tầng khu công nghệ<br /> một trục không hạn chế nở hông của năm cao Hòa Lạc, có thể rút ra một số kết<br /> tổ hợp xi măng - đất ở các hàm lƣợng xi luận sau:<br /> <br /> <br /> 38 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018<br />   Gia cố nền đất yếu bằng xi măng là TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> phƣơng pháp tƣơng đối phù hợp với tính chất<br /> đất yếu của khu công nghệ cao Hòa Lạc. Tùy 1. Thái Hồng Sơn, Trịnh Minh Thụ, Trịnh<br /> theo từng loại đất khác, để đạt yêu cầu thiết kế Công Vấn (2014). Lựa chọn hàm lƣợng xi măng<br /> cƣờng độ đất gia cố tuổi 28 ngày 1 MPa, hàm và tỷ lệ nƣớc - xi măng hợp lý cho gia cố đất<br /> lƣợng xi măng cần dùng là 200 kg/m3 hoặc yếu vùng ven biển Đồng bằng Sông Cửu Long.<br /> 250 kg/m3. Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi<br />  Cƣờng độ kháng nén một trục không hạn trƣờng, số 44 (3/2014).<br /> 2. Nguyễn Mạnh Thủy, Ngô Tấn Phong<br /> chế nở hông của các tổ hợp mẫu tăng theo<br /> (2007). Một số kết quả nghiên cứu gia cố đất<br /> hàm lƣợng xi măng và thời gian dƣỡng hộ<br /> yếu khu vực quận 9, TP.HCM bằng vôi, xi<br /> mẫu. Mối tƣơng quan giữa q u7 và qu28 nhƣ sau:<br /> măng. Science & Technology Development,<br /> qu28 = 1.25 qu7+191 (kPa).<br /> Vol 10, No.10 - 2007.<br />  Cƣờng độ nén không hạn chế nở hông<br /> 3. Đậu Văn Ngọ (2009). Các nhân tố ảnh<br /> của đất sét gia cố xi măng phụ thuộc nhiều<br /> hƣởng đến cƣờng độ xi măng đất. Science<br /> vào hàm lƣợng hữu cơ trong đất. Khi hàm & Technology Development, Vol 12,<br /> lƣợng hữu cơ trong đất lớn hơn 10%, ảnh No.05 - 2009.<br /> hƣởng của hàm lƣợng xi măng đến cƣờng độ 4. Factual Report On Soil Investigation at<br /> gần nhƣ không đáng kể, ở hàm lƣợng xi măng Project CP1A - Line 8.<br /> 250 kg/m3 vẫn không đạt đƣợc yêu cầu cƣờng 5. Factual Report On Result of Lab. Soil<br /> độ thiết kế. Do đó, khi hàm lƣợng hữu cơ lớn Cement Mixing Test at Line 9.<br /> hơn 10% cần có những nghiên cứu sâu hơn để 6. Đoàn Thế Mạnh - Khoa công trình thủy,<br /> có biện pháp gia cố đất yếu cho phù hợp đảm trƣờng ĐHHH - Phƣơng pháp gia cố nền đất<br /> bảo yêu cầu thiết kế đã đặt ra. yếu bằng trụ đất - xi măng.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Ng i phản biện: PGS.TSKH TRẦN MẠNH LIỂU<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 39<br />