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

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