Hiện nay, tại TP. Hồ Chí Minh và Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) ngày càng có nhiều công trình sử dụng trụ đất xi măng để gia cố nền đất yếu và đã được đánh giá có khả năng ứng dụng vào thiết kế móng của các công trình. Giải pháp này cũng được áp dụng cho các dự án đường sân bay, đường cao tốc để tăng sức chịu tải của nền đất yếu. Việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ trụ đất xi măng đóng vai trò quan trọng trong quyết định lựa chọn đặc tính kỹ thuật cũng như giá trị kinh tế của công trình. Trong các công trình gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng, việc xác định tính chất cơ học và vật lý của trụ đất xi măng cần phải được thực hiện.

Tính chất cơ học của trụ đất xi măng thường căn cứ kết quả thí nghiệm nén mẫu hỗn hợp đất, xi măng và nước. Điều này giúp cho người kỹ sư thiết kế biết rõ các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của trụ đất xi măng và đề xuất hàm lượng xi măng sử dụng cho gia cố trụ đất xi măng hợp lý. ĐBSCL là đồng bằng lớn nhất Việt Nam, được phủ bởi trầm tích Holocence do sự lắng đọng trầm tích của hệ thống sông Mekong. Thành phần khoáng vật trong đất sét thông thường gồm có các thành phần khoáng vật như: Montmorillonite (MMT), Illite, Chlorite và Kaolinite. Thành phần khoáng vật MMT trong đất sét ảnh hưởng lớn đến tính trương nở và co ngót của đất. Theo nghiên cứu của J. David Rogers và các đồng nghiệp (2005), áp lực trương nở hoặc co ngót trong nền đất có thể gây mất ổn định các công trình có tải trọng nhẹ và kết cấu mặt đường. Theo nghiên cứu của Phan Thị San Hà và các đồng nghiệp (2007), trong phân loại khoáng vật sét theo thí nghiệm Methylene Blue hấp thụ kết hợp so sánh với phương pháp nhiễu xạ tia X - XRD cho 42 mẫu đất lấy từ hố khoan ở các độ sâu 5m, 10m, 15m, 20m, 25m và 30m tại Bình Chánh - TPHCM, hàm lượng khoáng vật MMT trong đất có giá trị từ 11,3% đến 13,3%, theo nghiên cứu của James L. Post và Richard L. Sloane (1971), hàm lượng MMT ở An Giang ở độ sâu 0,6 m đến 1,0 m có giá trị từ 5% đến 10% và theo Nguyen Huu Chiem (1993) với 38 hố khoan địa chất phân bố khắp ĐBSCL, hàm lượng MMT từ 0% đến 8%. Theo Luận án tiến sĩ địa chất của Nguyễn Thị Nụ (2014) thì hàm lượng MMT trong đất bùn sét ở vùng này trong khoảng từ 3% đến 8% và trong đất bùn sét pha từ 1% đến 6%. Thành phần khoáng vật MMT có trong đất ảnh hưởng đến tính trương nở và co ngót của đất nền, khi nền đất được gia cố bằng trụ đất xi măng hàm lượng MMT sẽ ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn và làm thay đổi cường độ chịu nén của trụ đất xi măng.

Nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng khoáng vật MMT đến cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng và nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng để cung cấp cho người làm công tác xây dựng có những đánh giá sát hơn về hiệu quả khi chọn lựa áp dụng giải pháp này đối với các trường hợp cụ thể, nhóm nghiên cứu Trường Đại học Giao thông vận tải TP. Hồ Chí Minh do TS. Nguyễn Anh Tuấn đứng đầu đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của khoáng vật Montmorillonite đến cường độ chịu nén nhằm tối ưu hoá trụ đất xi măng trong xử lý nền công trình giao thông đồng bằng sông Cửu Long”.

Trên cơ sở nghiên cứu thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng MMT đến cường độ chịu nén của mẫu, thí nghiệm đánh giá khả năng chịu nén của nền đất gia cố trụ đất xi măng bằng mô hình trong phòng thí nghiệm, các kết luận của được rút ra như sau:

 1. Cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng bị ảnh hưởng bởi hàm lượng MMT và lượng nước khi trộn tạo mẫu. Khi hàm lượng MMT tăng 6,5% (từ 3,3% đến 9,8%) thì cường độ nén của mẫu giảm lớn nhất là 19% và nhỏ nhất là 8%. Đồng thời khi tăng tỉ số tổng lượng nước và xi măng (wT/c= 3, 4, 5) thì cường độ nén của mẫu giảm rất lớn 61% do tính hút nước cao của MMT trong hỗn hợp. Hàm lượng MMT trong đất nền được xem là tối ưu để sử dụng công nghệ gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng là 3,3%.

2. Khối lượng thể tích của mẫu đất xi măng giảm khi tăng hàm lượng MMT, tuy nhiên sự giảm này là nhỏ: khi tăng hàm lượng MMT từ 3,3% đến 9,8% thì khối lượng thể tích của mẫu đất xi măng giảm xuống từ 1,70 g/cm3 xuống 1,68 g/cm3 (1,20%) khi tỉ số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3; từ 1,60 g/cm3 xuống 1,57 g/cm3 (1,90%) khi wT/c=4; và từ 1,53 g/cm3 xuống 1,51 g/cm3 (1,31%) ứng với wT/c=5. Sự giảm khối lượng thể tích này cũng phù hợp với sự giảm giá trị CT-value trong thí nghiệm chụp tia X ngang mẫu.

3. Hình dạng phá hoại của mẫu đất xi măng quan sát bằng ảnh tia X thể hiện tính giòn. Tính giòn của mẫu đất xi măng tăng theo thời gian bảo dưỡng và giảm khi tăng hàm lượng MMT và tăng lượng nước. Độ biến dạng lớn nhất tương ứng với trạng thái phá hoại của mẫu đất xi măng chứa 9,8% MMT ở 7 ngày bảo dưỡng chỉ 1,0%.

4. Căn cứ vào biểu đồ quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT ứng với thời gian bảo dưỡng 28 ngày, hàm lượng xi măng thích hợp cho các loại đất có chứa khoáng vật MMT với các hàm lượng khác nhau có thể được lựa chọn, từ đó có thể giảm được chi phí thi công do tiết kiệm lượng xi măng sử dụng.

5. Lớp đất yếu trong mô hình có hàm lượng MMT 6% được gia cố với hàm lượng xi măng 10%, hệ số gia cố 13% thì cường độ chịu nén tăng 3,3 lần (từ 20 kPa lên 66 kPa) so với lớp không được gia cố. Khi đất có hàm lượng MMT 15% thì cường độ chịu nén này chỉ tăng 1,25 lần (từ 20 kPa lên 25 kPa). Khi hàm lượng MMT tăng 9% (từ 6% đến 15%) thì cường độ chịu nén của lớp đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng giảm 63% (từ 66 kPa xuống 25 kPa).

6. Khi đất có hàm lượng MMT cao thì sử dụng hệ số hiệu chỉnh cường độ giữa cường độ chịu nén của trụ đất xi măng hiệu chỉnh và mẫu nén lớn: hệ số hiệu chỉnh cường độ chịu nén cho đất có hàm lượng MMT từ 0% ÷ 6% là 1 ÷ 1,08; từ 6% ÷ 9% là 1,08 ÷ 1,47; từ 9% ÷129% là 1,47 ÷ 1,50; từ 12% ÷ 15% là 1,50 ÷ 2,86.

Bên cạnh những kết quả đạt được, Đề tài cũng có một số hạn chế trong quá trình thực hiện nghiên cứu như mô hình thu nhỏ không được thực hiện với thí nghiệm ly tâm nên kết quả nghiên cứu chỉ dừng lại ở nghiên cứu khả năng chịu nén của nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng mà không xét đến trọng lượng bản thân của vật liệu. Cường độ chịu nén của nền đất gia cố trụ đất xi măng chỉ xét trong thời điểm tức thời. Mô hình không được thực hiện ngoài thực tế hiện trường nên kết quả có thể còn bị ảnh hưởng bởi điều kiện thi công, điều kiện địa chất của công trình thực tế.

Các hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm nghiên cứu các biện pháp nhằm hạn chế trương nở của MMT trong trụ đất xi măng; nghiên cứu các tính chất của vật liệu đất trộn xi măng khi bị nước biển xâm nhập mặn; thực hiện mô hình nghiên cứu với nhiều lớp đất có các tính chất khác nhau.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17213/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)