Luận án tóm tắt Nghiên cứu ảnh hưởng của khoáng vật Montmorillonite đến cường độ chịu nén của trụ đất xi măng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA 
NGUYỄN NGỌC THẮNG 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KHOÁNG VẬT 
MONTMORILLONITE ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA 
TRỤ ĐẤT XI MĂNG 
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG 
Mã số chuyên ngành: 62.58.60.01 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2017 
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM 
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS. TS. Lê Văn Nam 
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS. TS. Nguyễn Minh Tâm 
Phản biện độc lập 1: PGS. TS. Nguyễn Phi Lân 
Phản biện độc lập 2: PGS. TS. Tô Văn Lận 
Phản biện 1: GS. TS. Trần Thị Thanh 
Phản biện 2: PGS. TS. Trần Tuấn Anh 
Phản biện 3: PGS. TS. Võ Phán 
Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại: Phòng chuyên đề 
Khoa Kỹ thuật Xây dựng – Trường Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh. 
vào lúc 09 giờ 00 ngày 19 tháng 01 năm 2017. 
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 
- Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp. HCM. 
- Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM. 
1 
MỞ ĐẦU 
1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 
Hiện nay, tại Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM) 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 khả năng ứng dụng vào thiết kế móng của các công 
trình [1]. 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. Theo nghiên cứu của 
Phan Thị San Hà và các đồng nghiệp (2007) hàm lượng khoáng vật MMT có 
giá trị từ 11,3% đến 13,3% [8], theo nghiên cứu của James L. Post và Richard 
L. Sloane (1971), hàm lượng MMT ở An Giang có giá trị từ 5% đến 10% [9] và 
theo Nguyen Huu Chiem (1993) hàm lượng MMT từ 0% đến 8% [10]. 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% [11]. 
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. Luận án tập trung 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. Kết quả nghiên cứu 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. 
2 Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 
Các nghiên cứu về trụ đất xi măng ở ĐBSCL trước đây chưa phân tích nguyên 
nhân cường độ mẫu đất xi măng thay đổi khi thay đổi loại đất và không phân 
tích cụ thể ảnh hưởng của hàm lượng khoáng vật MMT đến cường độ chịu nén 
của mẫu đất xi măng. Khi thực hiện giải pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi 
2 
măng cần phải nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần và hàm lượng khoáng vật 
MMT có trong đất đến cường độ chịu nén của đất xi măng. Do đó, nghiên cứu 
được tiến hành với các mục đích: Phân tích mối tương quan giữa hàm lượng 
MMT và cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng đối với đất có các độ ẩm và 
thời gian bảo dưỡng khác nhau. Đánh giá nguyên nhân ảnh hưởng đến khả năng 
chịu nén của nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng để nâng cao hiệu quả gia cố nền 
đất yếu bằng bằng trụ đất xi măng phù hợp với các điều kiện cụ thể. Từ đó đề 
xuất hàm lượng xi măng thích hợp cho các vùng đất có hàm lượng thành phần 
khoáng vật MMT khác nhau. 
3 Phương pháp nghiên cứu 
Phương pháp nghiên cứu đã được dùng trong luận án là thực hiện tạo và thí 
nghiệm nén mẫu trong phòng thí nghiệm kết hợp với phương pháp chụp tia X. 
Mô hình thu nhỏ trong phòng cũng được nghiên cứu sử dụng để mô phỏng ứng 
xử của công trình thực tế với tỉ lệ 1/50. 
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
Luận án nghiên cứu khả năng chịu nén của mẫu đất xi măng khi thay đổi hàm 
lượng MMT dưới các điều kiện khác nhau về lượng nước khi trộn, hàm lượng 
xi măng và thời gian bảo dưỡng mẫu. Kết quả thí nghiệm được phân tích bằng 
thí nghiệm nén một trục nở hông, chụp tia X để xem xét các tính chất vật lý và 
cơ học của mẫu đất xi măng. Đồng thời, mô hình nền đất yếu gia cố trụ đất xi 
măng trong phòng thí nghiệm cũng được thực hiện để xem xét ảnh hưởng của 
khoáng vật MMT có trong đất đến khả năng chịu nén của nền đất yếu gia cố trụ 
đất xi măng. 
5 Cấu trúc của luận án 
Luận án gồm có các phần: Mở đầu, 4 chương, kết luận và kiến nghị những 
nghiên cứu tiếp theo. Tổng cộng có 103 trang, trong đó có 79 hình, 19 bảng 
biểu và các công thức tính toán, phương trình phản ứng hóa học. Phần phụ lục 
có 54 trang. 
3 
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ GIA 
CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG, CÁC YẾU TỐ ẢNH 
HƯỞNG VÀ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH 
1.1 Một số tính chất của đất yếu ở ĐBSCL 
Đất yếu có thể được định nghĩa là những loại đất không có khả năng tiếp nhận 
tải trọng công trình nếu không có các biện pháp gia cố hoặc xử lý thích hợp. 
Các loại đất yếu thường gặp ở ĐBSCL như là đất sét mềm gồm các loại đất sét 
hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; bùn là 
các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn ở trạng 
thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực; than bùn là loại 
đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất 
hữu cơ có ở các đầm lầy. Lê Bá Lương và các đồng nghiệp (2005) kết luận 
trong nghiên cứu về đất yếu ở ĐBSCL là phần lớn đất thuộc dạng đất yếu và có 
chiều dày từ 10 m đến 40 m [15]. 
1.2 Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng 
Có nhiều phương pháp xử lý và ổn định nền đất yếu, Han-Georg Kempfert 
(2006) đã phân loại phương pháp xử lý và ổn định nền đất yếu theo ba nhóm 
chính là cố kết, thay thế đất và các phần tử dạng trụ [17]. Phương pháp gia cố 
nền đất yếu bằng trụ đất xi măng là một trong những phương pháp phần tử dạng 
trụ trong cách phân loại này. Phương pháp cơ học để thi công trụ đất gia cố 
bằng thiết bị trộn được gọi là phương pháp trộn sâu (DMM – Deep Mixing 
Method). Mặc dù có nhiều kỹ thuật trộn sâu khác nhau, nhưng kết quả chung 
nhất là tạo ra các cột gia cố bằng thiết bị khoan với một hoặc nhiều cần trộn để 
đưa chất kết dính vào đất tự nhiên nơi gia cố. Chất kết dính thường được sử 
dụng là hỗn hợp xi măng hoặc xi măng/vôi và nước. Kết quả của sự trộn chất 
kết dính và đất tạo ra một vật liệu có cường độ và độ cứng lớn hơn đất tự nhiên. 
1.3 Ảnh hưởng của MMT đến cường độ chịu nén của đất xi măng 
Terashi, M. (1997) đã thống kê tất các các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu 
nén của mẫu đất xi măng như đặc điểm của tác nhân gia cố, đặc điểm và điều 
kiện của đất, điều kiện trộn và điều kiện bảo dưỡng [23]. Trong các yếu tố này, 
4 
yếu tố quan trọng làm ảnh hưởng lớn đến cường độ chịu nén của đất xi măng là 
đặc điểm và điều kiện của môi trường nền đất cần gia cố. 
Thiam-Soon Tan và các đồng nghiệp (2002) đã làm thí nghiệm xác định cường 
độ chịu nén của mẫu đất xi măng trên 3 loại đất sét ở ba vùng biển khác nhau: 
đất sét vùng biển Eunos, City Hall và SAC với hàm lượng xi măng 20% và độ 
ẩm 90% [24]. Sau thời gian bảo dưỡng 7 ngày, cường độ chịu nén của các mẫu 
đất xi măng khác nhau rất lớn. 
Nozu, M. và Nakai, N. (2010) thực hiện thí nghiệm mẫu đất xi măng với ba loại 
đất có khoáng vật sét khác nhau giữa đất sét miền Nam Việt Nam, đất sét Mỹ 
và đất sét Nhật Bản [25]. Mẫu đất xi măng được tạo bằng đất sét Việt Nam và 
Mỹ rất khó thực hiện do đất có tính hút nước của khoáng vật MMT có trong 
đất. Đồng thời, kết quả thí nghiệm nén một trục thì đất sét Việt Nam và Mỹ đều 
có cường độ thấp. 
Tiêu chuẩn TCVN 9403:2012 đặt ra yêu cầu phải xác định đặc trưng vật lý và 
thành phần khoáng của đất trong khâu khảo sát địa kỹ thuật trước khi thiết kế 
gia cố nền đất yếu bằng công nghệ trụ đất xi măng [26]. 
Tính chất cơ học của đất được gia cố xi măng bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố 
như lượng nước, hàm lượng sét, hàm lượng chất hữu cơ trong đất; loại và tỉ lệ 
chất kết dính và phụ gia. Viện Phát Triển công nghệ ven biển – Nhật Bản 
(CDIT, 2002) nhận định rằng tất cả các yếu tố trên ảnh hưởng đến cường độ 
của đất được gia cố bằng trụ đất xi măng, ngay cả sự khác nhau tương đối nhỏ 
trong đất dùng để trộn nhưng kết quả lại khác nhau rất lớn trong tính chất cơ 
học của đất xi măng [27]. 
1.4 Phương pháp phân tích địa kỹ thuật bằng tia X 
Phương pháp phân tích bài toán địa kỹ thuật bằng tia X (X-ray CT: X-ray 
Computed Tomograph) được sử dụng nhiều trong nghiên cứu. Phương pháp 
này cho phép nhận biết sự thay đổi ứng suất, biến dạng bên trong vật liệu mà 
không gây bất kỳ sự phá hủy nào [28], [29], [30]. Một số kết quả nghiên cứu 
ứng dụng tia X như đặc tính của đất, sự phá huỷ của đất nén cố kết; sự phá hủy 
5 
của đất trộn với bùn, xi măng, xỉ xốp; nghiên cứu sự tương tác thành phần và 
cấu trúc của đất; nghiên cứu đặc tính thấm và thoát nước phục vụ công tác cải 
tạo nền đất yếu; phát triển thiết bị nén ba trục; khả năng chịu tải của nền đất 
dưới tải trọng của cọc; sử dụng số liệu thu được để giải các bài toán của phương 
pháp số [31], [32], [33], [34]. 
1.5 Các nghiên cứu xác định cường độ chịu nén của nền đất yếu gia cố 
trụ đất xi măng bằng mô hình trong phòng thí nghiệm 
Phương pháp mô phỏng bằng mô hình trong phòng thí nghiệm là dùng các mô 
hình có kích thước nhỏ hơn so với thực tế để mô phỏng lại ứng xử của công 
trình thực. Với thí nghiệm trong phòng, các trạng thái ứng suất, biến dạng, quá 
trình phá hoại của nền đất được quan sát dễ dàng. Mô hình thí nghiệm trong 
phòng có ưu điểm là ít tốn kém, không bị chi phối bởi các điều kiện về thời 
gian, không gian, thời tiết, khí hậu và nhiệt độMột số mô hình thí nghiệm 
nghiên cứu xác định cường độ của nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng: Mô hình 
thí nghiệm của Kitazume, M. và các đồng nghiệp (1999) [35], mô hình thí 
nghiệm của Larsson, S. (1999) [36], mô hình thí nghiệm của Kosche, M. (2004) 
[37], mô hình thí nghiệm của Sengor, M.Y. (2011) [38], mô hình thí nghiệm 
của Ailin Nur J.O. và các đồng nghiệp (2011) [39], mô hình thí nghiệm của K. 
Omine và các đồng nghiệp (1999) [40]. 
1.6 Nhận xét 
Thành phần khoáng vật trong đất sét ở ĐBSCL được phân tích bằng thí nghiệm 
nhiễu xạ tia X góc hẹp - XRD gồm có các thành phần khoáng vật như MMT, 
Illite, Chlorite và Kaolinite. Thành phần khoáng vật MMT trong đất ảnh hưởng 
đến tính trương nở và co ngót của đất, khi nền đất được gia cố bằng trụ đất xi 
măng thành phần MMT sẽ ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn và làm thay đổi 
cường độ chịu nén của trụ đất xi măng. Do đó, ảnh hưởng của hàm lượng thành 
phần khoáng vật MMT đến cường độ chịu nén của đất xi măng được phân tích 
bằng các thí nghiệm nén một trục nở hông, chụp tia X mẫu đất xi măng và mô 
hình thu nhỏ trong phòng thí nghiệm. 
6 
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ PHÂN TÍCH SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA KHOÁNG 
VẬT MONTMORILLONITE ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA ĐẤT 
XI MĂNG 
2.1 Khoáng vật MMT [41][49] 
MMT là một thành phần của họ Smectite thường được gọi bằng tên Bentonite 
và là một khoáng vật Alumino-silicate rất mềm thông thường tạo thành các tinh 
thể khoáng vật sét. Tên gọi MMT lấy theo địa danh Montmorillon ở Pháp từ 
năm 1874. MMT là thành phần khoáng vật chính của sét Bentonite, thông 
thường MMT chiếm từ 60% đến 70%, với hàm lượng MMT lớn nên Bentonite 
được gọi tên theo khoáng vật chính là MMT. 
2.1.1 Thành phần hóa học của MMT 
Công thức chung của MMT có dạng: Mx(Al4-x-Mgx)Si8O20(OH)4. Trong đó M 
là cation hóa trị, x là mức độ thế và có giá trị từ 0,5 đến 1,3. Có 2 dạng MMT 
thông dụng là Montmorillonite Natri và Montmorillonite Canxi, với công thức 
hóa học chung là: (Na,Ca)0,33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2•nH2O. 
2.1.2 Cấu trúc của MMT 
MMT là một khoáng vật được tạo bởi 2 lớp Si và 1 lớp Al. Do đó, MMT được 
gọi là khoáng vật có tỷ lệ 2:1. Khối bát diện (Al) nằm giữa hai khối tứ diện (Si) 
bởi các đỉnh tứ diện liên kết với các nguyên tử hydroxyl (OH) nằm ở đỉnh khối 
bát diện tạo thành một lớp hoàn chỉnh. Bề dày của lớp có tỷ lệ 2:1 này khoảng 
0,96nm và phát triển không hạn chế theo 2 phương kia (Hình 2.1 và Hình 2.2). 
Hình 2.1 Đơn vị cơ bản của tinh thể MMT 
(Grim, R.E., 1959) 
Hình 2.2 Sơ đồ rút gọn về cấu tạo MMT 
(Lambe, T.W., 1953) 
7 
2.2 Ảnh hưởng của khoáng vật MMT đến tính trương nở của đất 
Trong đất sét gồm có các thành phần khoáng vật như MMT, Illite, Chlorite và 
Kaolinite [25]. Kích thước tương đối của bốn khoáng vật sét phổ biến với tỷ 
diện tích của chúng. Khoáng vật Kaolinite có kích thước lớn nhất với bề dày 
khoảng vài μm, trong khi khoáng vật MMT có kích thước nhỏ nhất với bề dày 
chỉ khoảng vài nm. Bề mặt hoạt động của khoáng vật phụ thuộc vào đường kính 
hạt, vì vậy khoáng vật MMT có mức độ hoạt động mạnh hơn khoáng vật 
Kaolinite và bề mặt hoạt động của cát hoặc bụi gần như bằng không [49], [50]. 
Lực hút dính Van der Waals giữa các lớp Silicate nằm phía trên yếu và có độ 
hút điện tích âm thực trong lớp bát diện nên nước và các ion trao đổi có thể xâm 
nhập vào phần và chia tách các lớp mạng. Do đó, tinh thể MMT có thể hấp thụ 
nhiều nước và trương nở rất mạnh. Đất có chứa khoáng vật MMT rất dễ bị 
trương nở khi gặp nước và co ngót lại khi mất nước. 
Khi nước bị hấp thụ vào giữa các lớp sẽ làm thay đổi chiều dày lớp cấu trúc. 
Tính chất này được gọi là tính chất trương nở. Sự trương nở phụ thuộc vào bản 
chất khoáng sét, cation trao đổi, sự thay thế đồng hình trong các lớp bát diện và 
sự có mặt của các ion trong môi trường phân tán. Lượng nước được hấp thụ vào 
giữa các lớp phụ thuộc vào khả năng hydrate hóa của các cation trao đổi. 
2.3 Ảnh hưởng của khoáng vật MMT đến cường độ nén của đất xi măng 
[6], [52] 
Trụ đất xi măng là hỗn hợp giữa đất tự nhiên nơi gia cố và hỗn hợp xi măng 
được phun xuống thông qua thiết bị khoan trộn. Mũi trộn được đưa xuống đất 
bằng cách khoan xoay, khi tới độ sâu thiết kế, mũi trộn đảo chiều quay ngược 
lại và đồng thời rút dần lên trộn đất tại chỗ với chất gia cố. Trong suốt quá trình 
rút lên, hỗn hợp xi măng được phun vào bằng khí nén ở đầu mũi trộn. 
Việc hình thành cường độ xảy ra thông qua quá trình ninh kết của hỗn hợp đất 
xi măng qua các phản ứng chủ yếu như phản ứng thủy giải và thủy hóa của xi 
măng; tác dụng của các hạt đất với các chất thủy hóa của xi măng; tác dụng 
cacbonate hóa. Quá trình hydrate hóa xi măng và có dạng chung là: 
8 
Xi măng + H2O → Keo C-S-H + Ca(OH)2 (2.8) 
Ca(OH)2 → Ca++ + 2(OH)- (2.9) 
Ca++ + 2(OH)- → Keo C-S-H (2.10) 
Trong đó C là CaO, S là SiO2 và H là H2O 
Phản ứng này diễn ra nhanh và mạnh, đồng thời tỏa ra một nhiệt lượng lớn làm 
bốc hơi nước có trong đất. Hiện tượng này cũng làm đất được gia cố xi măng 
tăng độ bền hơn trước. Tuy nhiên, khi đất có hàm lượng MMT cao, MMT sẽ 
hút nước có trong đất làm ngăn cản quá trình Hydrate hóa này, từ đó lượng keo 
C-S-H sinh ra ít hơn, đồng thời khối lượng thể tích của trụ đất xi măng sau đó 
cũng bị giảm do phản ứng thủy ...  đất trộn xi măng giảm khi hàm lượng 
MMT tăng (Hình 3.39 và Hình 3.40). 
18 
Hình 3.39 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và 
hàm lượng xi măng ứng với thời gian bảo 
dưỡng 28 ngày 
Hình 3.40 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và 
hàm lượng MMT ứng với thời gian bảo dưỡng 
28 ngày 
3.4 Kết luận chương 
Cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng bị ảnh hưởng bởi hàm lượng MMT và 
hàm lượng nước khi trộn tạo mẫu. Khi hàm lượng MMT tăng thì cường độ nén 
của mẫu giảm. Đồng thời khi tăng tỉ số tổng lượng nước và xi măng thì cường 
độ nén của mẫu giảm rất lớn do tính hút nước cao của MMT trong hỗn hợp. 
Hàm lượng MMT được xem là tối ưu để sử dụng công nghệ gia cố nền đất yếu 
bằng trụ đất xi măng là 3,3%. 
Khi tăng hàm lượng MMT 0% đến 3,3% thì khối lượng thể tích của mẫu đất xi 
măng tăng từ 3,3% đến 9,8% thì khối lượng thể tích của mẫu đất xi măng giảm. 
Tương ứng với sự gia tăng và giảm giá trị CT-value của các ảnh tia X chụp 
ngang qua mẫu. 
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 chỉ 1,0%. 
Căn cứ vào biểu đồ quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT ứng 
với thời gian bảo dưỡng 28 ngày, có thể lựa chọn hàm lượng xi măng thích hợp 
cho các loại đất ở ĐBSCL có chứa khoáng vật MMT với các hàm lượng khác 
nhau. 
19 
CHƯƠNG 4 THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG 
CỦA KHOÁNG VẬT MONMORILLONITE ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU 
NÉN CỦA NỀN ĐẤT YẾU GIA CỐ TRỤ ĐẤT XI MĂNG 
4.1 Nội dung thí nghiệm 
Thí nghiệm trên mô hình kỹ thuật trong điều kiện mô hình thu nhỏ để xem xét, 
đánh giá sự ảnh hưởng của khoáng vật MMT đến cường độ chịu nén của nền 
đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng. Các bước thực hiện như sau: Chế tạo 
mô hình thí nghiệm trong phòng; Thực hiện thí nghiệm trên mô hình: tạo trụ đất 
xi măng trong lớp đất yếu và thực hiện nén lớp đất gia cố, trong quá trình nén 
kết hợp quan sát, chụp ảnh, đo trị số áp lực nén và chuyển vị lớp đất yếu gia cố 
trụ đất xi măng. 
4.2 Xây dựng mô hình thí nghiệm trong phòng 
Dùng mô hình thu nhỏ xem xét cường độ chịu nén của của nền đất yếu dày 10,0 
m được gia cố bằng các trụ đất xi măng có đường kính 1,0 m, khoảng cách các 
trụ 2,5 m. Số lượng trụ đất xi măng bố trí theo phương ngang là 8 trụ. 
Hình 4.1 Mặt cắt ngang nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng 
Tính toán kích thước hình học mô hình thí nghiệm trong phòng, căn cứ vào 
kích thước công trình ngoài thực tế và điều kiện thí nghiệm trong phòng, chọn 
mô hình có tỉ lệ so với thực tế là 1/50. Do đó trụ đất xi măng trong mô hình có 
đường kính 20 mm, chiều dài 200 mm, khoảng cách các trụ 50 mm. Mô hình 
thí nghiệm có cấu tạo và các kích thước như Hình 4.2: 
20 
Hình 4.2 Kích thước mô hình thí nghiệm 
Hình 4.4 Khung tạo áp lực nén lên nền đất 
trong hộp mô hình 
4.3 Quy trình thao tác trên mô hình thí nghiệm 
Đất lấy về được phơi, nghiền nhỏ và cho qua rây 5 mm để loại bỏ tạp chất. 
Trộn Bentonite vào đất với các tỉ lệ về khối lượng 0%, 5%, 10%, 15%. Hỗn hợp 
được trộn đều với nước tạo độ ẩm 80% và ủ hỗn hợp 24 giờ trong thùng kín. 
Sau đó cho hỗn hợp vào hộp mô hình với chiều dày 300 mm; bên dưới là lớp 
cát dày 200 mm. Lớp đất này được gia tải cố kết dưới các cấp áp lực 0,025 
kG/cm2; 0,05 kG/cm2 và 0,1 kG/cm2 bằng hệ thống đòn bẩy lực, mỗi cấp áp lực 
được nén cho đến khi biến dạng ổn định để đất có được các tính chất gần đúng 
với đất tự nhiên về độ ẩm (49 ÷ 50%) và dung trọng (17,2 ÷ 17,4 kN/m3), gạt 
bỏ phần đất dư phía trên để lớp đất yếu còn 200 mm. Dùng khoan điện cầm tay 
khoan các lỗ có đường kính 20 mm, dài 200 mm trong lớp đất yếu. Ống nhựa 
đường kính ngoài 20 mm được chèn vào lỗ khoan để lỗ khoan không bị biến 
dạng. Hỗn hợp đất xi măng được bơm vào các lỗ đã khoan này để tạo trụ đất xi 
măng. Trong quá trình bơm, ống nhựa được rút từ từ ra khỏi lỗ khoan. 
Hàm lượng xi măng được chọn để tạo trụ đất xi măng trong mô hình là 10%, tỉ 
số tổng lượng nước và xi măng, wT/c=5. 
Sau quá trình tạo trụ đất xi măng trong lớp đất yếu, lớp đất gia cố này được bảo 
dưỡng 28 ngày với nhiệt độ trong phòng. Trong quá trình bảo dưỡng, mực nước 
Đơn vị đo: mm 
21 
trong mô hình luôn duy trì ngang mặt trên của lớp đất gia cố để tránh co ngót 
do nước bốc hơi. Sau thời gian bảo dưỡng, đưa hộp mô hình vào khung nén và 
sử dụng hệ thống bơm thủy lực tạo áp lực nén phía trên. Đo áp lực nén thẳng 
đứng và chuyển vị của lớp đất gia cố trụ đất xi măng. 
Hình 4.8 Trụ đất xi măng trong lớp đất 
sét 
Hình 4.10 Thí nghiệm nén lớp đất gia cố trụ đất xi 
măng 
Quá trình thí nghiệm bằng cách tăng dần lực nén thẳng đứng đến khi nền đất 
gia cố bị phá hoại hoặc biến dạng dọc theo trục trụ đất xi măng đạt 5%. Tốc độ 
tăng áp lực nén được kiểm soát để tốc độ của biến dạng dọc trục khoảng 0,5% ÷ 
2%/ phút. Cường độ chịu nén của lớp đất yếu được gia cố trụ đất xi măng là tải 
dọc trục tối đa đạt được trên một đơn vị diện tích hoặc tải trên một đơn vị diện 
tích khi biến dạng lún đạt 10 mm, tùy vào trường hợp nào xảy ra trước. Cường 
độ chịu nén của lớp đất gia cố (kPa) được tính theo công thức: 
q
n
=
Pmax
An
 (4.1) 
Trong đó qn là cường độ chịu nén của lớp đất gia cố [kPa], Pmax là lực nén dọc 
trục lớn nhất đọc và tính toán từ đồng hồ đo áp lực [kN], An là diện tích chịu 
nén của lớp đất gia cố [m2]. 
4.4 Kết quả thí nghiệm 
Lớp đất tự nhiên có hàm lượng MMT 6% được gia cố bằng trụ đất xi măng với 
hàm lượng xi măng 10%, hệ số diện tích 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, nhưng khi đất có 
hàm lượng MMT 15% thì cường độ chịu nén chỉ tăng 1,25 lần (từ 20 kPa lên 25 
22 
kPa). Cường độ chịu nén của lớp đất yếu gia cố trụ đất xi măng giảm khi hàm 
lượng MMT tăng (Hình 4.11): Khi hàm lượng MMT tăng 9% (từ 6% đến 15%), 
cường độ chịu nén của nền đất gia cố giảm 2,6 lần (từ 66 kPa xuống 25 kPa). 
Hình 4.11 Quan hệ giữa cường độ chịu nén của 
lớp đất sét gia cố trụ đất xi măng và hàm lượng 
MMT 
Hình 4.12 So sánh cường độ chịu nén của mẫu 
đất xi măng và lớp đất gia cố trụ đất xi măng 
khi hàm lượng MMT thay đổi 
Lớp đất yếu có hàm lượng MMT 6% được gia cố trụ đất xi măng có cường độ 
chịu nén thấp hơn cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng 7,9 lần và 16,0 lần 
đất có khi hàm lượng MMT 15% (Hình 4.12). Biểu đồ cũng cho thấy khi hàm 
lượng MMT thay đổi từ 6% đến 9% thì độ dốc của đường biểu diễn cường độ 
chịu nén của mẫu và nền gia cố gần bằng nhau, nhưng khi hàm lượng MMT 
thay đổi từ 9% đến 15% thì độ dốc của đường biểu thị cường độ mẫu thí 
nghiệm trong phòng lớn hơn độ dốc của đường biểu diễn cường độ chịu nén 
của nền gia cố. Điều này cho thấy hàm lượng MMT trong mẫu đất xi măng ảnh 
hưởng đến cường độ chịu nén lớn hơn cường độ chịu nén của nền gia cố trụ đất 
xi măng. 
4.5 Kết luận chương 
Khi đất có hàm lượng MMT cao thì hiệu quả gia cố nền bằng công nghệ trụ đất 
xi măng không cao. Vì vậy khi gia cố nền đất yếu cần chú ý hàm lượng MMT 
để nâng cao cường độ nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng và hiệu quả 
của giải pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng. 
23 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 
1. Kết luận 
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 luận án 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 
24 
đất sét có chứa khoáng vật MMT với các hàm lượng khác nhau có thể được 
lựa chọn. 
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). 
Những hạn chế của nghiên cứu 
1. 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. 
2. Cường độ chịu nén của nền đất gia cố trụ đất xi măng chỉ xét trong thời điểm 
tức thời. 
3. Vì điều kiện kinh tế và thời gian, 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. 
2. Kiến nghị nghiên cứu tiếp theo 
Thực hiện thí nghiệm mẫu đất xi măng với hàm lượng MMT cao hơn và thời 
gian bảo dưỡng mẫu kéo dài hơn để xem xét hiện tượng bóc vỏ bề mặt của mẫu 
đất xi măng. 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 
A. Bài báo khoa học công bố trên tạp chí khoa học trong nước 
1. Nguyễn Thành Đạt, Lê Anh Tuấn, Nguyễn Minh Tâm và Nguyễn Ngọc Thắng, “Các 
yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu uốn và tương quan giữa cường độ chịu nén và 
uốn của vật liệu đất trộn xi măng,” Tạp chí địa kỹ thuật-Viện địa kỹ thuật, tập 14, số 
4, trang 23-28, 2010. 
2. Nguyễn Ngọc Thắng, Lê Văn Nam, Nguyễn Minh Tâm và Jun Otani, “Nghiên cứu 
ảnh hưởng của hàm lượng Montmorillonite đến tính chất cơ học của đất trộn xi 
măng,” Tạp chí địa kỹ thuật-Viện địa kỹ thuật, tập 15, số 4, trang 11- 19, 2011. 
3. Lê Văn Nam, Nguyễn Minh Tâm và Nguyễn Ngọc Thắng, “Nghiên cứu sử dụng mô 
hình trong phòng thí nghiệm để đánh giá sức chịu tải của đất yếu gia cố cột đất trộn 
xi măng dưới nền đường khi nền đất có hàm lượng Montmorillonite khác nhau,” 
Tạp chí xây dựng-Bộ Xây dựng, tập 54, số 4, trang 89-92, 2015. 
4. Nguyễn Ngọc Thắng, Nguyễn Minh Tâm và Lê Văn Nam, “Nghiên cứu sự ảnh 
hưởng hàm lượng lượng xi măng đến cường độ chịu nén của mẫu đất trộn xi măng 
khi đất có hàm lượng khoáng vật Montmorillonite khác nhau,” Tạp chí xây dựng-Bộ 
Xây dựng, tập 54, số 9, trang 65-68, 2015. 
B. Bài báo khoa học công bố trong kỷ yếu hội nghị/ hội thảo trong nước 
1. Nguyễn Ngọc Thắng, Lê Văn Nam, Nguyễn Minh Tâm, Jun Otani, Mukunoki, 
“Nghiên cứu địa kỹ thuật bằng tia X-ray CT,” Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ 
12, Trường Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh, Tp. Hồ Chí Minh, 2011, trang 20. 
2. Nguyễn Ngọc Thắng, Lê Văn Nam, Nguyễn Minh Tâm, Jun Otani, “Nghiên cứu ảnh 
hưởng của hàm lượng Montmorillonite đến tính chất cơ học của đất trộn xi măng,” 
Hội nghị vật lý chất rắn và khoa học vật liệu toán quốc lần thứ 7 (SPMS-2011), Tp. 
Hồ Chí Minh, 2011, trang 269. 
3. Nguyễn Ngọc Thắng, Lê Văn Nam, Nguyễn Minh Tâm, Makato Kawamura, “Thiết 
kế ứng dụng cột đất trộn xi măng hợp lý trong xử lý nền đường đất yếu ở Đồng 
bằng sông Cửu Long,” Hội nghị cơ học toàn quốc lần thứ 9, Hà Nội, 2012, trang 
180-186. 
4. Nguyễn Ngọc Thắng, Nguyễn Minh Tâm và Lê Văn Nam, “Phân tích sự ảnh hưởng 
của khoáng vật Montmorillonite đến nền đường đất yếu gia cố cột đất trộn xi măng 
bằng mô hình trong phòng thí nghiệm,” Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ 13, 
Trường Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh, Tp. Hồ Chí Minh, 2013, trang 525-
531. 
5. Lê Văn Nam, Nguyễn Minh Tâm và Nguyễn Ngọc Thắng, “Nghiên cứu sự ảnh 
hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ chịu nén của mẫu đất trộn xi măng khi 
đất có hàm lượng Montmorillonite khác nhau,” Hội Nghị Cơ học Kỹ thuật Toàn 
quốc năm 2015, Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, 2015, trang 80. 
6. Nguyễn Ngọc Thắng, Nguyễn Minh Tâm và Lê Văn Nam , “Nghiên cứu sự ảnh 
hưởng của khoáng vật Montmorillonite đến cường độ chịu nén của nền đất yếu gia 
cố trụ đất xi măng,” Hội Thảo khoa học quốc gia – Hạ tầng giao thông với phát 
triển bền vững , Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, 2016, trang 515-521. 
C. Bài báo khoa học công bố trong kỷ yếu hội nghị/ hội thảo quốc tế 
1. Nguyen Thang Ngoc, Makoto Kawamura, Jun Otani, “A study on stabilization of 
soft ground due to embankment load using Deep Cement Mixing columns,” in 
ICAST 2010, Conference on Advanced Science and Technology, Japan, 2010, pp. 
315-316. 
2. Nguyen Ngoc Thang, Nguyen Thanh Dat, Nguyen Minh Tam, Le Anh Tuan, “An 
analytical study on Cement column stabilized in the riverbank by Deep Mixing 
Method,” in ICAST 2011, Conference on Advanced Science and Technology, China, 
2011, pp. 183-184. 
3. Nguyen Ngoc Thang, “An Analytical Study on Cement Column Configuration in the 
Foundation Improved by Deep Mixing Method,” in GEOTECHANOI 2011, 
International Conference on Geotechnics for sustainable development, Vietnam, 
2011, pp. 733-737. 
4. Nguyen Minh Tam, Nguyen Ngoc Thang, Le Van Nam, “Study on using laboratory 
model to research for bearing capacity of soft ground improved by deep cement 
mixing columns due to embankment load with different Montmorillonite contents,” 
in ISEM 2011, 10th International Symposium on Advanced Science and Technology 
in Experimental Mechanics, Japan, 2015, pp. 23-28. 
5. Nguyen Ngoc Thang, Le Van Nam, Nguyen Minh Tam, “Effect of Montmorillonite 
content on the bearing capacity of soft ground by deep mixing column using scale 
model,” in GEOTEC HANOI 2016, International Conference on Geotechnics for 
sustainable infrastructure development, Vietnam, 2016, pp. 735-740. 
D. Công trình NCKH đã tham gia 
Tham gia đề tài NCKH cấp Trường mang tên “Ảnh hưởng của hàm lượng 
Montmorillonite trong đất đến độ bền cơ học của cọc đất - xi măng dùng xử lý nền 
móng công trình xây dựng trên đất yếu,” 2011-2012. 
E. Tham gia trao đổi, học tập ở nước ngoài 
Tham gia trao đổi, học tập tại trường Đại học Kumamoto (Nhật Bản) từ tháng 
10/2010 đến tháng 09/2011.