BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ
Tên đề tài
NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN CỦA ĐẤT ĐẮP
KHI SỬ DỤNGVẬT LIỆU GIA CƯỜNG CONSOLID
TRONG XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN
BÁO CÁO TỔNG HỢP
CƠ QUAN CHỦ QUẢN: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
CƠ QUAN CHỦ TRÌ: Trường Đại học Thuỷ lợi
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: ThS. Hoàng Việt Hùng
Hà nội, 12-2010
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ
Tên đề tài
NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN CỦA ĐẤT ĐẮP
KHI SỬ DỤNG VẬT LIỆU GIA CƯỜNG CONSOLID
TRONG XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN
BÁO CÁO TỔNG HỢP
Cơ quan chủ trì đề tài
Chủ nhiệm đề tài
ThS.Hoàng Việt Hùng
Hà nội, 12-2010
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ
Tên đề tài
NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN CỦA ĐẤT ĐẮP
KHI SỬ DỤNG VẬT LIỆU GIA CƯỜNGCONSOLID
TRONG XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN
BÁO CÁO TỔNG HỢP
CÁC CÁN BỘ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Họ và tên
ThS. Hoàng Việt Hùng
PGS.TS.Trịnh Minh Thụ
ThS. Nguyễn Mai Chi
ThS.Phạm Huy Dũng
ThS. Nguyễn Ngọc Hương
GS.TS. Ngô Trí Viềng
ThS. Nguyễn Thị Loan
ThS.Nguyễn Việt Phương
KS. Ngô Văn Linh
KTV.Hoàng Thị Thanh Mai
Đơn vị công tác
Bộ môn Địa kỹ thuật
Bộ môn Địa kỹ thuật
Bộ môn Thuỷ công
Bộ môn Địa kỹ thuật
Bộ môn Địa kỹ thuật
Đại học Thành Tây
Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Bộ môn Địa kỹ thuật
Ban Đào tạo-Cơ sở 2-ĐHTL
Phòng TN Địa kỹ thuật
Hà nội, 12-2010
Nhiệm vụ
Chủ nhiệm ĐT
P.Chủ nhiệm
Uỷ viên TK
Uỷ viên BCN
Uỷ viên BCN
Tham gia
Tham gia
Tham gia
Tham gia
Tham gia
Báo cáo Tổng hợp
1
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
MỤC LỤC
ChươngI: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ SỬ DỤNG ...................................... 2
PHỤ GIA TRONG XÂY DỰNG ................................................................... 2
I. Khái quát về xây dựng công trình trên đất yếu ........................................................2
II. Một số phụ gia truyền thống dùng để gia cường đất xây dựng. ............................9
III. Phụ gia Consolid .....................................................................................................19
IV. Kết luận về vấn đề sử dụng phụ gia trong xây dựng ...........................................35
Chương II: THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN CONSOLID ........................ 37
I. Mục đích thí nghiệm ..................................................................................................37
II. Nội dung ....................................................................................................................37
III. Quy trình thí nghiệm ..............................................................................................39
IV. Nội dung chi tiết một số thí nghiệm cơ bản ..........................................................39
V. Các thí nghiệm trong phòng xác định ảnh hưởng của thành phần hạt đến hàm
lượng phụ gia .................................................................................................................50
VI. Kết luận ....................................................................................................................53
Chương III: QUY TRÌNH VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG ..................... 55
I. Giới thiệu quy trình thi công ....................................................................................55
II. Thiết bị thi công........................................................................................................59
III. Đặc điểm thi công khối đất đắp và vỏ bọc thân đê khi sử dụng phụ gia. ..........63
Chương IV: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XÓI BỀ MẶT CỦA ĐẤT CÓ
PHỤ GIA KHI NƯỚC TRÀN ..................................................................... 65
I. Mục đích .................................................................................................................65
II.
Qui trình và kết quả thí nghiệm .......................................................................65
Chương V: XÂY DỰNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ, THI CÔNG VỎ
BỌC ĐẤT CÓ PHỤ GIA TRONG XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN ..................... 68
I. QUY ĐỊNH CHUNG .................................................................................................68
II.QUY TRÌNH THỰC HIỆN ......................................................................................69
Chương VI: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ........................ 73
CÁC KẾT LUẬN-KIẾN NGHỊ .................................................................. 73
I. Những kết quả nghiên cứu chính của đề tài ............................................................73
II. Kết luận .....................................................................................................................73
III.Kiến nghị ..................................................................................................................73
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
2
Báo cáo Tổng hợp
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ SỬ DỤNG
PHỤ GIA TRONG XÂY DỰNG
Vấn đề gia cường đất xây dựng bao gồm cả vấn đề gia cường đất nền và đất
đắp là một vấn đề lớn mà nhiều ngành xây dựng cơ bản đều quan tâm và nghiên
cứu. Khi xây dựng công trình nói chung và công trình đất (đê, đập) nói riêng, vấn
đề ổn định nền công trình và bản thân công trình được quan tâm đặc biệt. Trong
phần tổng quan này luận văn trình bày tổng quát về các giải pháp gia cố đất nền và
đất đắp khi sử dụng phụ gia. Trên cơ sở đó có thể đánh giá ưu, nhược điểm của vấn
đề ứng dụng các phụ gia mới sau này.
I. Khái quát về xây dựng công trình trên đất yếu
1. Khái niệm
Khái niệm đất yếu cho đến nay vẫn chưa thật rõ ràng. Khái niệm này chỉ là
tương đối và phụ thuộc vào trạng thái vật lý của đất, cũng như tương quan giữa khả
năng chịu lực của đất với tải trọng mà móng công trình truyền lên.
Đa số các nhà nghiên cứu gọi đất yếu là những đất có khả năng chịu lực vào
khoảng 0,5 – 1,0kg/cm2, ít khi lớn hơn, có tính nén lún mạnh và nếu không áp dụng
các biện pháp xử lý, thì việc xây dựng công trình trên những đất đó hoặc khó, hoặc
không thể thực hiện được.
Đất yếu hầu như hoàn toàn bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (thường ε >
1,0), hệ số nén lún lớn (a tới vài phần mười hoặc vài ba đơn vị), mô đun tổng biến
dạng bé (nói chung E 0 ≤ 50kg/cm2)) và trị số sức chống cắt không đáng kể.
Đất yếu gồm các loại đất sét mềm có nguồn gốc ở nước, thuộc các giai đoạn
đầu của quá trình hình thành đất sét; các loại cát hạt nhỏ, mịn, rời rạc; than bùn; các
loại trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa, v..v.. Chúng rất đa dạng về thành phần
khoáng vật, nhưng thường giống nhau về tính chất cơ lý và chất lượng xây dựng.
Xét theo nguồn gốc thì đất yếu có thể được thành tạo trong điều kiện lục địa,
vũng vịnh hoặc biển. Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích (eluvi), sườn tích
(deluvi), hồng tích (proluvi), lở tích (koluvi), do gió, do lầy, do băng và do con
người (đất đắp). Nguồn gốc vũng vịnh có thể là cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh
biển. Đất nguồn gốc biển có thể được thành tạo ở khu vực nước nông (không sâu
quá 200m), thềm lục địa (200 – 3000m) hoặc biển sâu (hơn 3000m).
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
3
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí
trong không gian, điều kiện địa lý và khí hậu, những biến đổi sau khi được tạo nên,
v.v… mà tồn tại các loại đất khác nhau hiện nay.
Trong thực tế xây ở nước ta thường gặp nhiều nhất là đất sét yếu bão hòa
nước. Chúng có những tính chất đặc biệt, đồng thời cũng có một số tính chất tiêu
biểu cho các loại đất yếu nói chung. Vì vậy, dưới đây sẽ chú ý đặc biệt đến loại đất
này, còn về các loại đất yếu khác thì chỉ trình bày tóm tắt.
Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng
nhiều, do vậy không thể làm nền thiên nhiên cho công trình xây dựng. Khi xây
dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thủy lợi thường gặp các loại nền đất yếu,
tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người
ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất,
giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình.
Nền đất yếu có một số đặc điểm như: nền đất yếu thường là nền đất sét có
lẫn nhiều hữu cơ, Sức chịu tải nhỏ (0,5 – 1 kg/cm2), đất có tính nén lún lớn (a> 0,1
cm2/kg), Hệ số rỗng e lớn (e>1,0), độ sệt lớn (B>1), mô đun biến dạng nhỏ (E <
50kg/cm2), khả năng chống cắt bé (ϕ, c nhỏ), khả năng thấm nước kém, độ bão hòa
nước G>0,8; dung trọng nhỏ.
2. Các loại đất yếu thường gặp
2.1. Đất sét yếu
Đất sét yếu có những đặc điểm riêng biệt, nhưng cũng có nhiều tính chất
chung như các đất đá khác thuộc loại sét. Sự khác nhau giữa đất sét yếu và các loại
đất đá sét còn lại có khi rất lớn, tưởng như hoàn toàn thuộc về bản chất, nhưng thực
ra chỉ là ở số lượng, ở mức độ thể hiện. Suy cho cùng, đó là sự biến đổi, chuyển
hóa liên tục của các trầm tích, gốc dưới tác dụng của nhiều nhân tố khác nhau trong
các thời đại địa chất, trong đó đất sét yếu là sản phẩm giai đoạn đầu của quá trình
hình thành đất đá loại sét
a. Hạt sét và các khoáng chất sét.
Trong đất sét có hai phần: phần phân tán mịn và phần phân tán thô. Ở phần
phân tán thô (kích thước > 0,002mm) chủ yếu có các khoáng chất nguồn gốc lục
địa như thạch anh, fenspat, v..v..Phần phân tnas mịn gồm những hạt rất bé (kích
thước 2-0.1µ), hầu như không chứa các sản phẩm nguyên sinh do phá hoại cơ giới,
tức là các vật liệu nguồn gốc lục địa. Phần phân tán mịn gồm chủ yếu là các sản
phẩm phân hủy hóa học: các khoáng chất sét. Những khoáng chất này quyết định
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
4
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
tính chất cowlys của đất sét. Có nhiều khoáng chất sét, nhưng thường gặp nhất là ba
nhóm điển hình: kaolinit, ilit và mônmorilonit.
Kaolinit Al(Si 4 O 10 )(OH) 8 được thành tạo do phong hóa đá phun trào (phún
xuất), đá biến chất và đá trầm tích trong điều kiện môi trường axit (pH=5-6), ví dụ
khi các đá ấy chịu tác động của nước chứa nhiều H2CO3 hoặc các axit hữu cơ.
Kaolinit có thể được thành tạo khi kết tinh ngưng giao lắng từ dung dịch keo.
Những quá trình như vậy xảy ra trong vỏ phong hóa, cũng như trong các điều kiện
thiên nhiên khác.
Đặc điểm của mạng tinh thể kaolinit là tương đối bền, ổn định và ít có khả
năng di động. Đó là do các liên kết giữa tập (paket) này với tập kia. Lớp trên của
tập dưới gồm các hiđrôxit, còn lớp dưới của tập trên kế đó thì gồm các nguyên tử
ôxi. Các tinh thể của kaolinit có kích thước khá lớn, chỉ hút nước và trương nở
không đáng kể.
Mônmôrilônit [Mg 3 (Si 4 O 10 ) (OH) 2 ] x p [(Al,Fe) 2 (Si 4 O 10 ) (OH) 2 . nH 2 O,
phổ biến nhất là loại chứa ôxit nhôm. Cấu tạo mạng tinh thể mônmôrilônit nói
chung gần giống kaolinit, nhưng ở đây các tập của lớp đều phân bố đối xứng qua
các lớp nước ở giữa. Các lớp như nhau (gồm các nguyên tử ôxi) ở các tập lân cận
hướng lại với nhau, do đó mối liên kết giữa chúng yếu hơn so với ở kaolinit. Mạng
tinh thể kém bền vững; nước dễ xuyên vào và gây trương nở mạnh. Khoáng chất
nhóm mônmôrilônit có lượng ngâm nước thay đổi theo độ ẩm của môi trương xung
quanh. Ngoài việc khoáng chất có thể hút nước từ không khí ẩm, nước cũng có thể
tách ra khỏi khoáng chất để đi vào không khí, nếu như không khí có độ ẩm bé.
Ilit KAl 2 [(Si,Al) 4 O 10 ] (OH) 2 . nH 2 O là một khoáng chất đại biểu của nhóm
lớn hiđrô mica. Nhóm này là sản phẩm hi đrat hóa (ngậm nước) của mica ở mức độ
khác nhau và chiếm vị trí trung gian giữa mica và mônmôrilônit. Hiđrô mica khác
mica ở chỗ: chứa nhiều nước và ít kali, còn khác mônmôrilônit ở chỗ: chứa nhiều
kali hơn, không có hoặc ít có khả năng trương nở dưới tác dụng của nước và các
hợp chất hữu cơ.
Hiđrô mica được thành tạo trong nhiều điều kiện khác nhau, nhưng chủ yếu
là ở các môi trường kiềm (pH tới 9,5), trung tính và axit yếu, luôn luôn chứa khá
nhiều kali trong dung dịch nước. Sự có mặt của kali trong hi đrô mica chứng tỏ các
khoáng chất gốc mới bị phong hóa hóa học tương đối yếu. Trương hợp này thường
gặp ở những điều kiện khí hậu lạnh nửa khô và lạnh ẩm. Hiđrô mica thường thấy ở
những tướng khác nhau: lục địa cũng như ở biển. Ở biển, nhờ có kali trong nước, hi
đrô mica có thể phát sinh từ các sản phẩm biến đổi của các khoáng chất sét khác
nhau.
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
5
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
Đặc điểm của mạng tinh thể ilit là: giữa các tập (paket) có ion kali; những
lớp ở xa chỗ liên kết giữa các tập hoàn toàn giống ở kaolinit, còn những lớp gần
chỗ liên kết thì bao giỡ cũng chỉ có các nguyên tử ôxi, chứ không phải ở một tập là
O và tập tiếp theo có (OH)- như ở kaolinit. Như vậy, về cấu tạo mạng tinh thể, ilit
cũng chiếm vị trí trung gian giữa kaolinit và mônmôrilônit.
Các khoáng chất sét không những là dấu hiệu của các điều kiện môi trường
nó thành tạo, mà còn có tầm quan trọng chủ đạo quyết định các tính chất cơ lý của
đất sét. Vì vậy, khi đánh giá đất sét về phương diện địa chất công trình, cần tiến
hành nghiên cứu thành phần khoáng vật, đặc biệt là phần phân tán mịn của chúng.
b. Nước trong đất sét.
Trong trường hợp chung, đất là một hệ phân tán ba pha gồm các hạt khoáng,
nước lỗ rỗng và hơi. Khi một phần nước bị đóng băng thì đất có bốn pha, tức là
them một pha cứng. Vì đất sét yếu thường bão hòa nước nên có thể coi chúng là
một hệ hai pha.
Theo những quan niệm hiện đại nhất thì các hạt khoáng được bao bọc bởi
một màng nước gồm nhiều lớp. Từ trong ra ngoài lần lượt có: lớp nước hấp phụ
(còn gọi là nước hút bám hay nước liên kết chặt), nước của các lớp mặt (còn gọi là
nước của màng sonvat, lớp khuếch tán hoặc nước liên kết rời, ngoài cùng là nước
tự do. Nước thuộc hai lớp trong gọi chung là nước liên kết vật lý, hoặc gọi tắt là
nước liên kết. Chiều dạy của màng nước liên kết không vượt quá 0,5µ.
Căn cứ vào sự gắn bó giữa hạt khoáng và nước liên kết, người ta quy ước
gọi tập hợp này là cốt đất. Như vậy, điểm cần lưu ý là: cốt đất gồm không chỉ riêng
hạt khoáng, mà còn cả nước liên kết.
Ngoài nước liên kết ra, trong đất còn có ba loại nước khác: nước dạng hơi,
nước dạng cứng và nước tự do.
c. Hiện tượng hấp thụ
Hiện tượng hấp thụ là một trong những biểu hiện rõ rệt về khả năng đặc biệt
của hạt sét. Đó là khả năng của đất hút từ môi trường xung quanh và giữ lại trên
chúng những vật chất khác nhau: cứng, lỏng và hơi, những ion, phân tử và các hạt
keo. Sự hấp thụ ở đất sét có bản chất phức tạp và thường gồm một số quá trình xảy
ra đồng thời.
Hấp thụ được chia làm năm loại: cơ học, vật lý, hóa lý, hóa học và sinh vật.
1. Hấp thụ cơ học là sự giữ lại các hạt lơ lửng trong nước khi nước thấm qua
đất. Loại hấp thụ này đặc trưng cho đất các và được sử dụng để làm hệ thống lọc và
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
6
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
thoát nước. Sự bất lợi của loại hấp thụ này là làm giảm hệ số thấm và độ bền của
đất, do tích tụ lại các chất bẩn chịu lực kém.
2. Hấp thụ vật lý là sự hút các vật chất xung quanh do bề mặt hạt đất gây
nên. Đơn vị đo lực hấp thụ (tức là hấp phụ bề mặt) là sức căng bề mặt. Khi do hấp
thụ mà sức căng bề mặt giảm thì hiện tượng hấp thụ gọi là dương, còn trường hợp
ngược lại thì gọi hấp thụ âm. Trường hợp đầu thường có ở những chất hữu cơ, còn
trường hợp sau ở những chất vô cơ.
Hấp thụ vật lý được ứng dụng để làm giảm khả năng ưa nước của đất hoặc
biến nước thành vật liệu kỵ nước, ví dụ: cho đất sét hút các nhũ tương bitum.
3. Hấp thụ hóa lý là hiện tượng rất đặc trưng cho đất sét. Đó là khả năng của
đất trao đổi một phần nào đó các cation hoặc anion hấp thụ phân bố trong lớp
khuếch tán của các hạt keo sét cho một số lượng tương đương các cation trong
dung dịch tiếp cận với nó. Dưới tác dụng của lực tĩnh điện và phân tử các cation bị
hấp thụ từ dung dịch sẽ tham gia hóa hợp với pha khoáng của đất. Thay vào chỗ
chúng có một số lượng tương ứng với các cation khác chuyển từ lớp khuếch tán
thuộc pha khoáng của đất sang dung dịch. Nói một cách khác, đó là khả năng trao
đổi một số cation với một số lượng tương đương các cation khác. Vì vậy, có thể gọi
hiện tượng đó là hấp thụ trao đổi. Hiện tượng này phụ thuộc trước hết vào thành
phần khoáng vật phần phân tán mịn của đất, rồi đến mức độ phân tán và đặc điểm
của môi trường xung quanh (pH càng lớn thì hấp thụ càng mạnh).
d. Tính dẻo.
Một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét là tính dẻo. Tính chất này
biểu thị sự lưu động của đất sét ở một độ ẩm nào đó khi chịu tác dụng của ngoại lực
và chứng tỏ rằng: về mức độ biến dạng của đất sét chiếm vị trí trung gian giữa thể
cứng và thể lỏng hoặc chảy nhớt.
Độ dẻo phụ thuộc vào nhiều nhân tố: mức độ phân tán và thành phần khoáng
vật của đất, thành phần và độ khoáng hóa của dung dịch nước làm bão hòa đất,
v.v… Những nghiên cứu mới nhất chứng tỏ rằng: nhân tố chủ đạo chi phối độ dẻo
là thành phần khoáng vật nhóm hạt kích thước nhỏ hơn 0,002mm và hoạt tính của
chúng đối với nước. Sét bão hòa ion hóa trị một dẻo hơn sét bão hòa ion hóa trị hai;
trong các ion hóa trị một thì Na+ và Li+ có hoạt tính mạnh nhất. Sét kaolinit có chỉ
số dẻo 1-40, sét hiđrô mica: 25-40, còn sét mônmôrilônit: từ 44 đến hơn 600.
Trong thực tế xây dựng, người ta dùng các giới hạn độ ẩm (giới hạn
Atterberg) để đánh giá độ dẻo của đất loại sét. Giới hạn lăn ứng với lúc đất chuyển
từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo; giới hạn chảy ứng với lúc đất chuyển từ
trạng thái dẻo sang trạng thái chảy.
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
7
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
Theo cách phân loại quen dùng thì đất sét yếu có độ sệt (độ đặc) từ dẻo chảy
đến chảy. Gần đây có nhứng ý kiến cho rằng: việc đánh giá độ sệt như vậy mang
tính chất quy ước, bởi vì giới hạn chảy không tương ứng với trạng thải chảy thực
sự, còn việc xác định giới hạn lăn thì thường hay chứa những sai số chủ quan của
người thí nghiệm.
Điều cần lưu ý là cách phân loại đất loại sét theo chỉ số dẻo (với các ranh
giới 1-7-17) đôi khi không tương ứng với cách phân loại theo thành phần hạt, bởi vì
độ dẻo của đất có thể tăng hay giảm thùy theo thành phần khoáng vật của phần
phân tán mịn, hàm lượng cao hay thấp của các tạp chất (hạt bụi, chất hữu cơ, các
loại muối, v.v…). Ngoài ra, kết quả phân tích thành phần hạt phụ thuộc rất nhiều
vào phương pháp chuẩn bị mẫu (phương pháp phá kết tủa và làm phân tán các hạt).
Việc lấy nhóm kích thước nhỏ hơn 0,005mm làm hạt sét cũng là một lý do nữa gây
nên sự chênh lệch giữa kết quả xác định chỉ số dẻo và thành phần hạt.
Vì vậy, khi thí nghiệm hàng loạt và dùng chỉ số dẻo làm chỉ tiêu phân loại
đơn giản nhất, nên tiến hành phân tích thành phần hạt một số lượng mẫu hạn chế để
so sánh và chính xác hóa kết quả nhận được. Đồng thời phải coi hạt sét là những
hạt nhỏ hơn 0,002mm.
e. Građien ban đầu
Đất loại sét có đặc tính thấm thấu khác thường: chỉ cho nước thấm qua khi
građien (độ dốc) cột nước vượt quá một trị số nhất định nào đó. Trị số này gọi là
građien ban đầu.
Građien ban đầu là độ chênh tối thiểu nào đó của áp lực cột nước, mà thấp
hơn nó tốc độ thấp giảm xuống nhiều, trở nên bé đến mức thực tế có thể bỏ qua và
coi đất như không thấm nước.
g. Độ bền cấu trúc
Một trong những tính chất quan trọng nhất của đất sét yếu là độ bền cấu trúc
của chúng. Nếu tải trọng ngoài được truyền lên đất sét yếu nhỏ hơn trị số độ bền
cấu trúc, thì biến dạng của đất bé đến mức có thể bỏ qua, còn khi vượt quá độ bền
cấu trúc thì đường cong liên hệ giữa hệ số rỗng và áp lực bắt đầu có độ dốc lớn. Trị
số độ bền cấu trúc của đất sét yếu chừng 0,2-0,3 kG/cm2, nhưng đôi khi cũng có
thể lớn hơn.
2.2. Đất cát yếu
Cát có thể thành tạo ở biển hoặc vũng vịnh. Về thành phần khoáng vật, cát
chủ yếu là thạch anh, đôi khi có lẫn tạp chất. Cát gồm những hạt kích thước 0,05 –
2mm. Cát chỉ được gọi là “yếu” khi cỡ hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống; đồng thời
có kết cấu rời rạc, ở trạng thái bão hòa nước, có thể bị nén chặt và pha loãng đáng
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
8
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
kể, chứa nhiều di tích hữu cơ và chất lẫn sét. Những loại cát đó khi chịu tác dụng
rung hoặc chấn động thì trở thành trạng thái lỏng nhớt, gọi là cát chảy.
2.3. Bùn
Loại đất đã có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt được xếp vào một
nhóm riêng trong bảng phân loại tổng hợp địa chất công trình. Nhóm này gồm có:
bùn, than bùn, đất than bùn, đất đắp, đất đóng băng, thạch cao, muối mỏ, đất muối,
v..v…
Bùn là những trầm tích hiện đại, được tạo thành chủ yếu do kết quả tích lũy
các vật liệu phân tán mịn bằng con đường cơ học hoặc hóa học ở tại đáy biển, vũng
vịnh, hồ bãi lầy, hồ chứa nước hoặc bãi bồi của sông. Vì vậy, thường phân biệt bùn
biển, bùn vũng, bùn hồ, bùn lầy và bùn bồi tích. Bùn chỉ liên quan với các chỗ trữ
nước, là trầm tích mới lắng đọng, no nước và rất yếu về mặt chịu lực.
Theo định nghĩa của quy phạm Liên Xô [28.3], bùn là trầm tích thuộc giai
đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại sét, được tạo nên trong nước, có sự
tham gia của các quá trình vi sinh vật. Bùn luôn luôn có độ ẩm vượt quá giới hạn
chảy và hệ số rỗng ε>1 đối với cát pha sét và sét pha cát và ε>1,5 đối với sét.
Theo thành phần hạt, bùn có thể là cát pha sét, sét pha cát, sét, và cũng có
thể là cát, nhưng chỉ là loại cát nhỏ trở xuống. Cát trung, cát to và các loại trầm tích
hiện đại hạt thô, hòn to, dù bão hòa nước cũng không gọi là bùn.
2.4. Than bùn và đất than bùn
Than bùn là đất nguồn gốc hữu cơ, được thành tạo do kết quả phân hủy các
di tích hữu cơ, chủ yếu là thực vật, tại các bãi lầy và những nơi bị hóa lầy. Đất loại
này chứa các hỗn hợp vật liệu sét và cát.
Theo quy phạm CH И П.Џ-Б.1-62 của Liên Xô, than bùn là đất chứa trên 60%
di tích thực vật, còn đất than bùn thì chứa 10-60%.
Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất. Hệ số nén
lún có thể đạt 3-8, thậm chí 10cm2/kg. Không thể thí nghiệm than bùn trong dụng
cụ nén thông thường với chiều cao mẫu 15-20mm. Chiều cao của mẫu thí nghiệm ít
ra phải bằng 40-50mm.
Khi xây dựng ở vùng có than bùn, cần áp dụng các biện pháp: làm đai cốt
thép, khe lún, cắt nhà thành từng ngăn cứng riêng rẽ, làm nền cọc, đào vất một phần
hoặc toàn bộ than bùn.
2.5. Đất bazan
Đây cũng là đất yếu với đặc điểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng
thấm nước cao, dễ bị sập lún
3. Vấn đề xử lý đất yếu trong xây dựng
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
9
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
Vấn đề xử lý đất yếu trong xây dựng bao gồm vấn đề xử lý nền đất yếu và
xử lý đất gia cường khối đắp.
1. Xử lý nền
Với các đặc điểm của đất yếu như trên, muốn đặt móng xây dựng công trình
trên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng xây dựng
của nó. Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo.
Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào nhiều
điều kiện như: đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất, v.v…Với điều kiện cụ
thể mà người thiết kế đưa ra biện pháp xử lý thích hợp.
Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải
thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: giảm hệ số rỗng, giảm tính nén
lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất,
v…v…..
Đối với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn giảm tính thấm của
đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp. Các biện pháp xử lý nền thông thường bao
gồm:
a) Các biện pháp cơ học: bao gồm các phương pháp làm chặt bằng đầm, đầm chấn
động, phương pháp làm chặt bằng các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc xi măng đất,
cọc vôi, cọc vôi đất, cọc balat, …..)
b) Các biện pháp vật lý: gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp
dùng giếng cát, bấc thấm, điện thấm,….
c) Các biện pháp hóa học: gồm các phương pháp keo kết đất bằng xi măng, vữa xi
măng, phương pháp silicat hóa, phương pháp điện hóa,….
2. Vấn đề xử lý gia cường cho khối đắp
Để đảm bảo sự ổn định của khối đắp, cần phải gia cường vật liệu đắp với
mục đích khối đắp ổn định, hoặc chống thấm hoặc không xuất hiện biến dạng quá
lớn
Trong phạm vi của luận văn này chúng ta chỉ đề cập đến xử lý gia cường
cho khối đắp bằng phụ gia Consolid là một loại phụ gia đã được nghiên cứu và sử
dụng thành công trên thế giới hơn 40 năm, và hiện nay đang được nghiên cứu để
đưa vào ứng dụng tại Việt Nam.
II. Một số phụ gia truyền thống dùng để gia cường đất xây dựng.
Để gia cường đất xây dựng cho đạt yêu cầu thiết kế người ta đã sử dụng
nhiều giải pháp gia cường nhằm tăng khả năng chịu lực và giảm độ lún của công
trình một trong những giải pháp là sử dụng phụ gia gia cường chẳng hạn xi măng
đất, tro bay …
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
10
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
1. Tro bay
a) Nguồn gốc tro bay và phạm vi ứng dụng
Tro bay được sản xuất từ việc đốt than cám trong lò hơi đốt than của nhà
máy nhiệt điện than đá (ví dụ Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại – Hình 1.2) ở dạng bột
mịn, những hạt bụi được đưa ra qua các đường ống khói sau đó được thu hồi bằng
phương pháp kết sương tĩnh điện học hoặc nhà kín hoặc máy thu chuyên dụng bằng
phương pháp lốc xoáy.
Hình 1.1 Đóng tro bay vào bao jumpo
Khi than cám được đốt thành tro khô bằng lò nằm khô thì có khoảng 80% xỉ
than còn lại từ lò nằm dưới dạng tro bay (Fly Ash) phần còn lại được đưa qua ống
khói.
b) Đặc tính của tro bay
Tro bay là một loại puzzolan nhân tạo, có tính puzzolan cao, nó bao gồm:
silic oxit, nhôm oxít, canxi oxit, mange oxit là lưu huỳnh oxít và một lượng than
chưa cháy hết (gọi là hàm lượng mất khi nung).
Quy cách sản phẩm phù hợp với ngành bê tông khi lượng than chưa cháy
hết dưới 6%
Tro bay là những tinh cầu tròn siêu mịn, độ lọt sàng 10μm đến 50 μm, tỉ
diện 300 đến 600m2/kg.
c) Hiệu quả
- Giảm nhiệt thủy hóa nên thích hợp cho bê tông khối lớn (Theo QĐ số 84
/2002/QĐ-BNN)
- Giảm lượng nước sử dụng, giảm độ co, gẫy, cải thiện bề mặt thành phẩm.
- Giảm phân tầng và tiết nước
- Có khả năng chống phản ứng kiềm với silic.
- Giảm khả năng xâm thực của nước, chống chua, mặn
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
11
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
- Tạo ra bêtông bền sulfat, clo
- Tăng độ bền với thời gian.
- Dễ dàng trong việc thao tác bơm phun nhờ những tinh cầu tròn siêu nhỏ.
- Giảm giá thành, nâng cao chất lượng công trình.
d) Tỷ lệ sử dụng
Cấu trúc bê tông: thay thế xi măng trong bê tông tới 20% tạo ra bê tông tro
bay làm tăng độ bền, giảm 10% nước.
Hồ / Vữa trát tường: Thay thế xi măng lên đến 30 – 35% trọng lượng để tạo
ra bề mặt tốt, mịn, chống thấm, giảm 10%nước và cát.
Sử dụng trong gạch block: thay thế 25 – 30% xi măng nhằm cải thiện độ kết
dính, giảm 10% lượng nước, và cát.
Lưu ý: Định mức trên đây chỉ mang tính tham khảo, Tùy theo nhu cầu sử dụng cho
từng công trình khác nhau mà có tỷ lệ trộn tro bay thích hợp nhất.
* Các công trình có thể sử dụng tro bay
- Công trình bê tông khối lớn.
- Công trình nhà máy nhiệt điện/thủy điện.
- Bêtông theo công nghệ đầm lăn.
- Công trình nước/ xử lý nước thải.
- Công trình cầu kè/ bến cảng.
- Hạng mục công trình biển/ ven biển.
- Công trình nhà cao tầng/chung cư.
- Sản xuất xi măng bền sulfat.
Hình 1.2 Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại, nguồn cung cấp tro bay ở Việt Nam
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
12
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
Sở dĩ tro bay được quan tâm như thế, theo một tài liệu kinh điển về bê tông
đã viết: tro bay là một puzzolan phổ biến nhất cho bê tông. Khi nhu cầu nhiều mà
tro bay lại không đủ cung cấp. Có nhiều người còn lo rằng nếu quyết định dùng tro
bay trong bê tông cho công trình X lớn như vậy, liệu có đủ tro bay để dùng và việc
cung cấp có kịp tiến độ thi công không? và rồi đường sá xa xôi như thế, giá tro bay
sẽ đội lên, thì giá phế phẩm tro bay và chính phẩm xi măng có khi xấp xỉ nhau. Có
dự án xây dựng biết lo xa tính trước và để giữ thế chủ động trong thi công đã quyết
định thay thế tro bay bằng một loại puzzolan thiên nhiên nào đó ở gần công trình
xây dựng, đó cũng là điều tốt: sử dụng tro bay trong xây dựng có thể đạt được 3 lợi
ích không nhỏ chút nào: một là ngành xây dựng có phụ gia khoáng hoạt tính pha
vào xi măng và bê tông để cải thiện tính chất của nó theo hướng mong muốn, hai là
nhà máy nhiệt điện có thêm lợi ích và ba là môi trường không bị ô nhiễm. Hồ chứa
tro bay Phả Lại là một kho vàng đen nho nhỏ, có lúc vơi, đầy, nhưng không bao giờ
cạn. Ở Trung Quốc tro bay thừa thãi sẵn sàng bán cho ta khi có yêu cầu, nhưng phí
vận tải sẽ rất cao.
Tro bay có thể làm tăng hoặc làm giảm độ dẻo tức là giảm hoặc tăng lượng
nước yêu cầu của hỗn hợp bê tông, điều đó tuỳ thuộc vào hàm lượng than chưa
cháy và độ mịn của tro bay.Việc làm tăng lượng nước yêu cầu được giải thích băng
việc hút nước của các phần tử cacbon (than chưa cháy), sự cản trở giữa các hạt tro
bay lớn, cũng như cốt liệu làm cho pha hồ có độ nhớt cao. Như vậy tro bay loại F
có thể làm giảm độ dẻo của hỗn hợp cacbon cao (biểu thị bằng lượng mất khi
nung). Việc làm giảm lượng nước yêu cầu có thể do các nguyên nhân: hạt tro bay
tròn nhẵn dễ dịch chuyển và thể tích hồ trong bê tông tăng lên (do tro bay nhẹ hơn
xi măng, nên bay là giảm hàm lượng khí trong bê tông nó có tác dụng chống băng
giá. Hàm lượng cacbon (lượng mất khi nung) lớn trong tro bay loại F gây nên sự cố
này.
Như vậy, qua một số tư liệu nêu trên chúng ta thấy rõ các vấn đề quan trọng sau
đây:
1. Ảnh hưởng của tro bay đối với hầu hết các tinh chất của bê tông;
2. Ảnh hưởng xấu của hàm lượng than chưa cháy chủ yếu là tăng lượng nước cần
thiết, tạo ra những hạt thô trong tro bay và giảm lượng khí trong hỗn hợp bê tông;
3. Tro bay loại C nói chung tốt hơn tro bay loại F, riêng về chống Sunfat có kém
hơn, ở nước ta hiện nay mới chỉ dùng tro bay Phả Lại thuộc loại F. Sau này có thể
tro bay của nhà máy nhiật điện khác; nếu có được tro loại C thì cũng là điều đáng
mừng.
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
13
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
Hy vọng rằng cùng với sự phát triển nhiệt điện sản lượng tro bay trong tương
lai ở nước ta sẽ tăng lên gấp bội để dùng cho ngành xây dựng của chúng ta. Tuy
nhiên, khi mà tro bay chưa đủ cung cấp thì các dự án luôn luôn phải dự phòng một
loại Puzzolan thiên nhiên nào đó để thay tế tro bay khi cần thiết.
2. Vôi đất
a) Chế tạo cọc đất – vôi
Việc chế tạo cọc đất – vôi khá phức tạp và phải sử dụng các máy chuyên
dụng. Cấu tạo của máy gồm hai bộ phận: phần máy điều khiển và xi lô đựng vôi
bột (máy Alimak của Thụy Điển sản xuất).
Lưỡi khoan có đường kính khoảng 500mm có tác dụng tạo lỗ và làm cho đất
tơi ra tại chỗ, chiều sâu khoan có thể đạt tới 20m, khi khoan đến độ sâu thiết kế thì
bắt đầu quá trình phun vôi. Vôi bột được chứa trong xi lô dung tích 2,5m3. Khi máy
vận hành, một bộ phận máy nén khí tạo nên một áp lực trong xi lô và áp lực đó đẩy
vôi bột từ xi lô vào ống cao su dẫn qua cần khoan vào lỗ khoan và chui ra một lỗ
nhỏ φ=30mm ở dưới lưỡi khoan và phun vào đất vôi bột tác dụng với nước lỗ rỗng
tạo nên liên kết xi măng và các liên kết này gắn kết với các hạt khoáng vật trong đất
lại và làm cho đất cứng hơn
b) Hiệu quả và ứng dụng
Khi tạo cọc vôi đất thì cường độ của cọc này phụ thuộc vào lượng vôi và
thời gian. Kết quả nghiên cứu cho thấy lượng vôi càng nhiều thì độ cứng của cọc
càng tăng nhanh. Ở nước ta với đất yếu có độ ẩm tự nhiên từ 40-70% thì dùng hàm
lượng vôi từ 6-12% là hợp lý. Với tỷ lệ đó thì cường độ cọc đạt 50% sau 1 tháng và
70-80% sau 3 tháng. Cọc đất – vôi xử lý làm tăng cường độ chống cắt của đất lên
hàng 10 lần, có thể sử dụng cọc vôi đất này làm tường cừ hoặc làm nền cho công
trình. Khoảng cách giữa các cọc vôi tùy thuộc đặc điểm nền và tải trọng, theo kinh
nghiệm lấy bằng 0,75m; chiều dài cọc phải vượt chiều sâu chịu nén của đất, lưới
cọc trùm ra diện tích đáy móng là b/4 với b là bề rộng móng.
Việc kiểm tra sức chịu tải của nền khi xử lý cần xác định bằng thí nghiệm
nén tĩnh tại hiện trường, với kích thước bàn nén là 100 x 100cm.
3. Xi măng đất
a) Xi măng đất được sản xuất từ đâu
Cọc xi măng đất (XMĐ) tạo ra cột đất gia cố từ vữa phụt và đất nền. Nhờ tia
nước và vữa phun ra với áp suất cao (200 – 700 atm), vận tốc lớn (≥ 100m/s), các
phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hoà trộn với vữa phụt, sau khi
đông cứng tạo thành một khối đồng nhất gọi là xi măng đất.
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
14
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
b) Cường độ của xi măng đất
Cường độ chịu nén của xi măng đất từ 50 ÷ 100 kg/cm2, phụ thuộc vào:
+ Loại vữa, nếu là xi măng thì phụ thuộc hàm lượng ximăng và tỷ lệ nước –
xi măng. Thông thường N/X = 1,5.
+ Loại đất nền, nếu nền bùn có thể đạt 5 ÷ 20 kg/cm2, nếu nền cuội sỏi có
thể đạt 20 ÷ 100 kg/cm2.
+ Phụ thuộc ngày tuổi. Trong các tiêu chuẩn nước ngoài, người ta thiết kế ở
tuổi 90 ngày.
c. Khả năng chống thấm của xi măng đất
Hiệu quả chống thấm của xi măng đất đạt được bằng cách lựa chọn loại vữa
thích hợp, hệ số thấm có thể đạt 10-5cm/s.
Khả năng chống thấm phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản sau:
+ Hàm lượng xi măng trộn vào trong đất (kg/m3)
+ Hàm lượng Bentonite trộn vào trong đất (kg/ m3)
+ Ngày tuổi của xi măng đất sau khi khoan phụt (7; 14; 28 và 90 ngày).
+ Trị cột nước áp lực tác dụng (m)
Những yếu tố trên lại phụ thuộc vào:
+ Đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu và xử lý, nếu trong đất có kiềm (đất
phèn) có khả năng hạn chế quá trình thuỷ hoá của xi măng; độ bão hoà nước của
đất.
Như vậy, về cường độ và khả năng chống thấm của cọc xi măng đất phụ
thuộc vào nhiều yếu tố, cả yếu tố chủ quan và yếu tố khách quan.
d. Phạm vi ứng dụng.
Cọc xi măng đất được sử dụng nhiều trên thế giới. Tại Mỹ, việc xử lý và
nâng cấp các đập đất nhằm đáp ứng mục tiêu an toàn trong vận hành và ngăn ngừa
hiện tượng thấm rất được quan tâm. Xi măng đất đã được ứng dụng để nâng cấp
các đập đất hiện có, tạo ra các tường chống thấm. Để kiểm soát dòng thấm, các
tường bê tông đất được cắm vào đá gốc xuyên qua đập đất và lớp trầm tích. Tường
dày 0.6m và dài 51 - 61m, sâu 43m. Tổng diện tích tường là 1.733m2. một trường
hợp khác là ở hồ Jackson Lake, tường chống thấm bằng bê tông đất được xây dựng
để chống thấm và ngăn ngừa nền có khả năng hoá lỏng khi có động đất. Còn tại đập
Lockington, tường bê tông đất làm nâng cao lõi chống thấm để đảm bảo yêu cầu an
toàn.
Việc chế tạo cọc đất – xi măng cũng giống như đối với cọc đất – vôi, ở đây
xilô chứa xi măng và phun vào đất với tỷ lệ định trước. Lưu ý sàn xi măng trước
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
15
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
khi đổ vào xilô để đảm bảo ximăng không bị vón cục và các hạt xi măng có kích
thước đều < 0,2mm, để không bị tắc ống phun.
Hàm lượng xi măng có thể từ 7 – 15% và kết quả cho thấy gia cố đất bằng xi
măng tốt hơn vôi và đất bùn gốc cát thì hiệu quả cao hơn đất bùn gốc sét.
Qua kết quả thí nghiệm xuyên cho thấy sức kháng xuyên của đất nền tăng
lên từ 4-5 lần so với trước khi gia cố.
Ở nước ta đã sử dụng loại cọc đất – xi măng này để xử lý gia cố một số công
trình và hiện nay triển vọng sử dụng loại cọc đất – xi măng này để gia cố nền là rất
tốt.
4. Phương pháp dùng nhựa tổng hợp
Trong những năm gần đây, ở những nước có trình độ khoa học và kỹ thuật
cao, đã bắt đầu ứng dụng nhựa tổng hợp để gia cường nền đất. Hàng loạt công trình
nghiên cứu đã được công bố và giới thiệu trong các hội nghị quốc tế chuyên đề.
Gia cường bằng nhựa tổng hợp nhằm mục đích nâng cao khả năng chịu lực
của đất nền và làm giảm hoặc hạn chế đến mức tối đa tính thấm của đất có ảnh
hưởng đến điều kiện làm việc của công trình.
Hiện nay một số loại nhựa như: nhựa cacbamit, nhựa urêfoocmanđêhit, nhựa
phiến thạch lỏng, nhựa fuafurôn, v..v.. đã được ứng dụng để gia cường nền đất dưới
các công trình.
Nhựa phiến thạch lỏng và nhựa fuafurôn được dùng để gia cường đất cát và
đất sét pha cát dưới nền đường và nền sân bay. Nhựa urêfoocmanđêhit dùng để gia
cường các loại cát nhỏ và cát trung có lẫn hàm lượng sét, còn nhựa cacbamit được
ứng dụng trong đất cát nhỏ khô và bão hòa có hệ số thấm 0,5 – 5,0m/ngày đêm
hoặc các loại đất hoàng thổ. Khi trong cát có chứa trên 3% hạt sét hoặc cacbonat
(tính theo trọng lượng) thì không nên dùng nhựa để gia cường. Nếu hàm lượng hạt
sét 1 – 3% hoặc cacbonat chiếm 0,1 – 3% trong cát thì khi dùng nhựa để gia cường
cần thêm 3 – 5% dung dịch clohyđric.
Nhựa cacbamit là một trong những loại nhựa được áp dụng phổ biến để gia
cường nền đất và được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm tới.
Khi gia cường cát, người ta thường pha trộn nhựa cacbamit và dung dịch
axit clohyđric.
Khi gia cường đất hoàng thổ, có thể dùng nhựa cacbamit nhưng không cần
phải pha trộn thêm axit clohyđric. Sau khi gia cường đất bằng nhựa này thì sẽ khắc
phục được tính lún sập và đất sẽ không thấm.
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
16
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
Trình tự thiết kế gia cường đất bằng các loại nhựa như xác định khoảng cách
các lỗ phụt, bố trí lỗ phụt, lưu lượng phụt dung dịch, v..v.. hoàn toàn giống phương
pháp phụt silicat vào trong cát.
Cường độ chịu nén của đất cát sau khi gia cường bằng nhựa cacbamit có thể
đạt 10 – 25kg/cm2 và của đất hoàng thổ là 7 – 15kg/cm2.
Trong hội nghị gia cường nền đất lần thứ 6 họp ở Moxkva, N.S. Bêlêvitina
dựa vào kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã đưa ra nhận xét rằng, việc áp dụng
nhựa cacbamit có thêm thành phần muối đã làm giảm 20% giá thành gia cường đất
khi so sánh dùng nhựa không pha trộn.
Ê.X.Tsalikova nghiên cứu tác dụng của nhựa cacbamit đối với đất cát trong
các môi trường khác nhau và đã rút ra được một số kết luận sau đây:
+ Đất sét được gia cường bằng nhựa cacbamit sẽ có cường độ cao khi ở
trong các môi trường muối, axit có độ pH = 3 – 6 và kiềm có độ pH = 8 – 13.
+ Các môi trường axit có độ pH < 3 và kiềm có độ pH > 13 là các môi
trường xâm thực, tùy theo tỷ lệ giữa đất cát và nhựa cacbamit gia cường.
+ Kết quả nghiên cứu đã cho thấy rằng, sức chịu tải của các mẫu đất cát
được gia cường trong môi trường xâm thực phụ thuộc vào kích thước mẫu thí
nghiệm: mẫu càng lớn thì sức chịu đựng càng cao. Từ đó, có thể đánh giá rằng ảnh
của môi trường xâm thực đối với lớp đất gia cường bằng nhựa cacbamit không lớn,
vì rằng khối đất được gia cường ở ngoài hiện trường bao giờ cũng rất lớn.
5. Phương pháp dùng nhựa bitum
Khi xây dựng các công trình trên nền đất đá dăm, cuội, sỏi hoặc trên nền đá
có nhiều vết nứt nẻ, người ta thường dùng phương pháp phụt nhựa bitum để gia
cường.
Tác dụng chính của nhựa bitum là làm giảm tính thấm và đồng thời làm tăng
khả năng chịu lực của đất nền, do đó nó được ứng dụng trong các công trình thủy
lợi. Hiện nay trên thế giới, người ta thường dùng hai phương pháp: phụt nhựa
bitum nóng và phụt nhựa bitum lạnh (còn gọi là nhũ tương bitum) để gia cường
nền.
a) Phương pháp dùng nhựa bitum nóng
Phương pháp dùng nhựa bitum nóng có tính ưu việt hơn so với các phương
pháp gia cường khác ở chỗ nó có thể ứng dụng trong điều kiện tốc độ thấm cao và
trong môi trường nước ngầm có tính xâm thực mạnh. Đối với các khe nứt trong nền
đá có kích thước lớn hơn 0,2 – 0,3mm; dùng phương pháp phụt nhựa bitum nóng sẽ
có tác dụng , tuy nhiên nếu kích thước nhỏ hơn, hiệu quả nhét đầy bitum trong các
khe nứt sẽ không đảm bảo.
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
Báo cáo Tổng hợp
17
Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2010
Nội dung của phương pháp này là phụt nhựa bitum lỏng qua những lỗ khoan
hoặc ống phụt vào trong lỗ rỗng của đất hoặc các khe nứt của đá gốc. Ở nhiệt độ
bình thường, bitum ở trạng thái cứng hoặc dẻo cứng, nhưng khi đun nóng lên đến
nhiệt độ 200 – 2000C thì nó sẽ chuyển sang trạng thái lỏng. Ở trạng thái này nó dễ
chui vào các lỗ rỗng của đất và các khe nứt của đá gốc.
Bitum để phụt thường có số hiệu 3-5 và có độ sệt 10 – 70mm.
Theo kinh nghiệm thiết kế, khoảng cách giữa các ống phụt bi tum nóng nên
bố trí trong phạm vi 0,75 – 2,00m. Đường kính ống phụt thường được chọn 40 50mm. Phần dưới ống phụt đục nhiều lỗ khoan có đường kính 100mm. Áp lực phụt
luôn luôn phải lớn hơn áp lực thủy tĩnh, có thể lấy bằng 25atm.
Thiết bị thi công phụt nhựa bitum nóng bao gồm nồi hơi đun nóng bitum,
bơm, ống phụt và bộ phận điện.
Theo kinh nghiệm thiết kế, phương pháp phụt nhựa bitum nóng có thể ứng
dụng trong điều kiện tốc độ thấm lớn hơn hoặc bằng 100m/ngày đêm.
Tuy nhiên, phương pháp này có những nhược điểm sau: thiết bị thi công
cồng kềnh và phức tạp; đối với khe nứt trong đá gốc và lỗ rỗng của đất nhỏ thì
nhựa bitum khó có khả năng nhét đầy; nhựa bitum sau khi lạnh thì thể tích giảm và
không có khả năng ngăn ngừa biến dạng, đặc biệt là biến dạng dẻo dưới tải trọng
của công trình tác dụng theo thời gian.
Chính vì những lý do trên, nên hiệu quả ứng dụng của phương pháp phụt
nhựa bitum nóng trong một chừng mực nào đó có những hạn chế nhất định.
b) Phương pháp dùng nhựa bitum lạnh
Phương pháp dùng nhựa bitum lạnh còn được gọi là phương pháp dùng nhũ
tương bitum để gia cường các loại đất cát và đá gốc có vết nứt nhỏ. Nhũ tương
bitum trong trường hợp này ở dạng lỏng và gồm 60 – 65 % bitum, 35 – 40% nước
và chất gây ra nhũ tương. Phương pháp này có ưu việt hơn phương pháp dùng nhựa
bi tum nóng ở chỗ là nó gia cường được các loại đất cát nhỏ có hệ số thấm
10m/ngày đêm.
Theo kết quả nghiên cứu của V.V.Axkalonov thì những yếu tố như thành
phần, độ nhớt và mức độ ẩm có ảnh hưởng lớn đến quá trình thấm của nhũ tương
bitum. Ví dụ nhũ tương bitum có nồng độ 45 – 50% thì hầu như không thấm trong
đất cát hạt nhỏ ở trạng thái khô hoặc ít ẩm.
M.F. Teeeerruxalimxka dựa vào kết quả nghiên cứu ở trong phòng và ở
ngoài hiện trường đã có nhận xét rằng, nếu tron nhũ tương bitum có thêm ximăng
hoặc vôi thì hiệu quả gia cường trong đất rời sẽ lớn nhất.
Nghiên cứu độ bền của đất đắp khi sử dụngvật liệu gia cường Consolid
trong xây dựng đê biển
- Xem thêm -