Đề tài nghiên cứu khoa học Công nghệ mới nâng cao chất lượng nền đường trong xây dựng

Đề tài nghiên cứu khoa học Công nghệ mới nâng cao chất lượng nền đường trong xây dựng

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

MỞ ĐẦU 6

1 Tính cấp thiết của đề tài 8

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn 8

3 Đối tượng nghiên cứu 9

4 Phạm vi nghiên cứu 9

5 Phương pháp nghiên cứu 9

CHƯƠNG 1: YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG 10

1 1 Yêu cầu thiết kế 10

1 2 Yêu cầu thi công 10

1 3 Yêu cầu về nghiệm thu 12

1.4 Các dạng nền đường điển hình 12

1 5 Yêu cầu chung đối với nền đường 14

1 5 1 Các dạng hư hỏng của nền đường 14

1 5 2 Các yêu cầu kỹ thuật chính đối với nền đường 14

1 5 3 Nguyên nhân gây hư hỏng nền đường 15

1 6 Những tiêu chuẩn đánh giá chất lượng và cơ sở để nghiệm thu nền đường .17

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MỚI TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU HIỆN NAY Ở NƯỚC TA 23

2.1 Giới thiệu về một số công nghệ mới xử lý nền đất yếu 23

2.2 Ứng dụng các công nghệ mới xử lý nền đất yếu ở nước ta hiện nay 23

2.2.1 Công nghệ cố kết hút chân không 23

2.2.1.1 Tổng quát 23

2.2.1.2 Nhóm phương pháp thi công có màng kín khí 23

2.2.1.3 Nhóm phương pháp thi công không có màng kín khí 25

2.2.1.4 Chi tiết công nghệ bơm hút chân không 25

2.2.1.5 Lựa chọn hình thức xử lý nền 31

2.2.1.6 Tính toán thiết kế xử lý nền bằng bơm hút chân không 31

2.2.1.6.1 Xác định chiều dày lớp gia tải 31

2.2.1.6.2 Xác định chiều sâu cắm bấc thấm 32

2.2.1.6.3 Lựa chọn loại bấc thấm 33

2.2.1.6.4 Lựa chọn sơ đồ cắm bấc 33

2.2.1.6.5 Xác định khoảng cách cắm bấc (d) 33

2.2.1.6.6 Lựa chọn máy bơm và sơ đồ nối ống 34

2.2.1.6.7 Bố trí hệ thống hào vây 34

2.2.1.6.8 Bố trí thiết bị quan trắc 34

2.2.2 Cọc đất gia cố xi măng 36

2.2.2.1 Giới thiệu chung về cọc đất gia cố xi măng 36

2.2.2.2 Phạm vi ứng dụng cọc đất gia cố xi măng 36

2.2.2.3 Ưu điểm nổi bật của cọc đất gia cố xi măng 37

2.2.2.4 Giới thiệu chung về khoan bơm vữa xi măng cao áp (Jet-grounting) 37

2.2.2.5 Công nghệ thi công cọc xi măng đất 38

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP Ô NGĂN HÌNH MẠNG NEOWEB TRONG GIA CƯỜNG NỀN ĐƯỜNG 48

3 1 Tổng quan về công nghệ Neoweb 48

3 2 Nguyên lý gia cố của hệ thống gia cố ô ngăn hình mạng Neoweb 51

3 3 Phân tích đánh giá các trường hợp sử dụng vật liệu Neoweb trong gia cố kết cấu nền đường 58

CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN PHẠM VI ỨNG DỤNG HỢP LÝ, CÓ HIỆU QUẢ VÀ ÁP DỤNG THỰC TẾ TẠI DỰ ÁN ĐƯỜNG CAO TỐC HỒ CHÍ MINH -LONG THÀNH - DẦU GIÂY 64

4 1 Điều kiện của từng địa phương 64

4 1 1 Khu vực miền Bắc 64

4 1 2 Khu vực miền Trung 64

4 1 3 Khu vực miền Nam 64

4 1 4 Điều kiện khí hậu, địa chất và thủy văn 64

4 2 Các chỉ tiêu về kinh tế 65

4 3 Chỉ tiêu về phương pháp, thời gian và thiết bị thi công 65

4 4 Chỉ tiêu về tác động môi trường 65

4 5 Tính đa dạng trong chức năng và khả năng ứng dụng 65

4 6 Giới thiệu dự án 66

4 6 1 Mô tả dự án 66

4 6 2 Điều kiện tự nhiên 66

4 6 3 Đặc điểm địa tầng 66

4 6 4 Đặc điểm thuỷ văn và địa chất thuỷ văn khu vực khảo sát 72

4 7 Phương án xử lý nền đường 73

4 7 1 Tổng quan về kỹ thuật đoạn tuyến 73

4 7 2 Phương án xử lý đề xuất 74

4 7 3 Trình tự thi công 75

4 7 4 Một số hình ảnh trong quá trình thi công 76

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79

Những nội dung đã thực hiện 79

Các kết quả đã đạt được 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

PHỤ LỤC 84

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1: Các dạng nền đường điển hình 13

Hình 1 2: Nền đường đắp 13

Hình 1.3: Nền đường đáp có gia cố mái taluy bằng đá hộc xây vữa có lớp lót là vải địa kỹ thuật… 14

Hình 1 4: Nền đường đào 15

Hình 1 5: Các dạng hư hỏng của nền đường 14

Hình 1 6: Cấu tạo tổng thể nền - mặt đường 18

Hình1 7:Đường cong của tải trọng thí nghiệm tấm ép 19

Hình 2 1: Sơ đồ nguyên lý phương pháp MVC 25

Hình 2 2: Sơ đồ nguyên lý phương pháp thi công không có màng kín khí 26

Hình 2 3: Vấn đề làm đường trên nền đất yếu và cát 27

Hình 2 4: Vấn đề mặt đường cấp thấp bị hư hỏng trong điều kiện ẩm ướt 28

Hình 2 5: Mặt đường bị phá hoại do móng đường không đảm bảo cường độ 29

Hình 2 6: Vấn đề taluy và mái dốc bị sạt lở mất ổn định 30

Hình 2 7: Cọc đất gia cố xi măng……… ………37

Hình 2.8: Công nghệ thi công cọc đất gia cố xi măng………39

Hình 2.9: Trình tự công nghệ thi công cọc đất gia cố xi măng……… 40

Hình 2.10: Quan hệ giữa tỷ lệ xi măng với đất và cường độ của xi măng-đất(Lin 2000)……… ……43

Hình 3 1: Cấu tạo hệ thống các ô ngăn hình mạng Neoweb 49

Hình 3 2: Các loại Neoweb và vật liệu chèn lấp khác nhau 50

Hình 3 3: Các áp dụng tiêu biểu của công nghệ ô ngăn hình mạng Neoweb 52

Hình 3 4: Sức chịu tải của nền đường thông thường không gia cố 53

Hình 3 5: Sức chịu tải của đất nền được gia cố hệ thống Neoweb 54

Hình 3 6: Ứng suất theo phương ngang tác dụng lên thành ô ngăn Neoweb 54

Hình 3 7: Sức kháng xung quanh ô ngăn Neoweb 55

Hình 3 8: Sức kháng bị động của các ô xung quanh 55

Hình 3 9: Sức kháng ma sát tiếp xúc của thành ô 56

Hình 3 10: Biểu đồ ứng suất mô men uốn 56

Hình 3 11: Tác dụng của từ biến, mỏi, cường độ mối nối lên ổn định kích thước ngăn 57

Hình 3 12: Lực dính tương đương 57

Hình 3 13: Chống mài mòn xuống cấp vật liệu 58

Hình 3 14: Tăng khả năng thoát nước theo phương ngang 58

Hình 3 15: Biều đồ sự giảm chiều dầy kết cấu áo đường theo tải trọng trục tương đương 59

Hình 3 16: Mặt cắt ngang nền đường đưa ra nghiên cứu bằng phương pháp phần tử hữu hạn 61

Hình 3 17: Mô hình thí nghiệm và kiểm tra thực nghiệm 61

Hình 4 1: Phương án đề xuất 75

Hình 4 2: Định vị hệ thống bơm hút chân không 76

Hình 4 3: Thi công bấc thấm 77

Hình 4 4: Lắp đặt màng kín 78

Hình 4 5: Lắp đặt hệ thống bơm hút chân không 79

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Giao thông vận tải luôn được xem như là huyết mạch, vì vậy để có đượcmột hệ thống giao thông hoàn thiện là yêu cầu tất yếu của bất kỳ quốc gia nàotrong đó không ngoại lệ Việt Nam

Một công trình giao thông đường bộ nói riêng muốn có chất lượng tốt thìđiều quan trọng và cốt lõi của nó là phải có một nền móng vững vàng, hay nóimột cách khác đó là nó cần một nền đường chất lượng tốt

Công nghệ mới trong xây dựng nền đường ô tô đã được nhiều nướcnghiên cứu và đưa ra các vật liệu mới cũng như công nghệ, máy móc vào thicông nền đường và đã đem lại hiệu quả to lớn Trong điều kiện nước ta hiện naythì công nghệ mới trong xây dựng nền đường cần được chú ý ở một số tiêu chínhư: tận dụng vật liệu địa phương, kết hợp với những tính năng của vật liệu mớitạo nên sản phẩm chất lượng cao; sử dụng máy móc hiện có; đặc biệt là có thểthi công trong điều kiện khí hậu nước ta ngay trong mùa mưa và điều quan trọng

là chất lượng phải đi đôi với hiệu quả kinh tế của nó đem lại thông qua việc hạgiá thành sản phẩm

Xuất phát từ những yêu cầu trên, đề tài “ Công nghệ mới nâng cao chất lượng xây dựng nền đường” được thực hiện nhằm giải quyết vấn đề khoa học

và thực tiễn đối với xây dựng nền đường trong điều kiện nước ta hiện nay

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn

Xuất phát từ yêu cầu thực tế hiện nay về việc nâng cao chất lượng xây dựngnói chung và chất lượng công trình giao thông đường bộ nói riêng Trong khuônkhổ đề tài tập trung nghiên cứu các tiêu chí về vật liệu, công nghệ thi công mới

và tình hình áp dụng thi công trong điều kiện nước ta hiện nay, nhằm mục đíchxác định được chi phí đầu tư xây dựng hợp lý và đảm bảo chất lượng tốt nhất

3 Đối tượng nghiên cứu

Đánh giá vai trò và yêu cầu của nền đường trong xây dựng đường ô tô.Phân tích ý nghĩa của các giải pháp gia cường nền đường và công trình trênđường

Phân tích các giải pháp kỹ thuật và công nghệ gia cường ổn định nền đường

ở Việt Nam để làm sáng tỏ ưu nhược điểm của từng phương pháp

Nghiên cứu về công nghệ xử lý nền đường, phạm vi áp dụng và ưu nhượcđiểm của giải pháp công nghệ này

4 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu về các công nghệ xử lý nền đường và việc áp dụng tại nước

ta, đặc biệt là công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm hút chânkhông

5 Phương pháp nghiên cứu

- Kết hợp giữa lý thuyết về gia cường ổn định nền đường ô tô, lý thuyết vềgia cố

- Tham khảo về công nghệ xử lý và ổn định nền đường trên thế giới

- Đánh giá một số dự án cụ thể áp dụng công nghệ bơm hút chân không

6 Kết cấu của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, nội dung luậnvăn được thể hiện ở 3 chương:

- Chương 1: Yêu cầu kỹ thuật đối với nền đường

- Chương 2: Ứng dụng công nghệ mới trong xử lý nền đất

yếu hiện nay ở nước ta

- Chưong 3: Phương pháp ô ngăn hình mạng Neoweb

trong gia cường nền đường

- Chương 4: Lựa chọn phạm vi ứng dụng hợp lý, có hiệu

quả và áp dụng thực tế tại dự án đường cao tốc Hồ ChíMinh – Long Thành – Dầu Giây

CHƯƠNG 1: YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG

1 1 Yêu cầu thiết kế

- Trên cơ sở phân tích cơ học, đề ra các nguyên lý để xác định các yếu tố cơbản của đường trên bình đồ, mặt cắt dọc và mặt cắt ngang

- Thiết kế nền đường và các công trình chống đỡ nền đường Nền đường làcông trình trên đất nhằm tạo ra một bề rộng cho xe chạy Nền đường phải ổnđịnh và bền vững dưới tác dụng của xe cộ và thiên nhiên Các nguyên lý về

cơ học đất, địa chất công trình được vận dụng ở đây làm cơ sở cho tính ổnđịnh nền đường

- Tính toán xác định khẩu độ cống và quy hoạch bố trí các công trình thoátnước ngầm và nước mặt ra xa nền đường nhằm đảm bảo cho nền đường khôráo, có cường độ cao

- Thiết kế các công trình phục vụ khai thác và đảm bảo giao thông trên đườngnhằm nâng cao tính phục vụ và tính hiệu quả của con đường

- Các phương pháp điều tra và dự báo khối lượng vận chuyển trong tương lai

để có một phương án tuyến đường tốt nhất trên cơ sở vững chắc là phân tích,luận chứng kinh tế kỹ thuật Các vấn đề này cần phải giải quyết trên cơ sở lýthuyết dự báo, thống kê và kinh tế

- Các phương pháp khảo sát thiết kế tuyến đường ở văn phòng và ngoài hiệntrường, các phương pháp khảo sát trên các vùng địa hình khác nhau, cácphương pháp thiết kế nhanh, trên các vùng không có bản đồ địa hình

- Luôn luôn đảm bảo cho con đường phục vụ giao thông theo các chỉ tiêu chủ

yếu : An toàn – Thuận lợi – Kinh tế

1 2 Yêu cầu thi công

Nền đường là bộ phận chủ yếu của công trình đường Nhiệm vụ của nó làđảm bảo cường độ và độ ổn định của kết cấu mặt đường Nó là nền tảng của áođường; cường độ, tuổi thọ và chất lượng sử dụng của kết cấu áo đường phụthuộc rất lớn vào cường độ và độổn định của nền đường Nền đường yếu, mặt

đường sẽ biến dạng, rạn nứt và hư hỏng mau Cho nên trong bất kỳ tình huốngnào, nền đường cũng phải có đủ cường độ và độ ổn định, đủ khả năng chốngđược các tác dụng phá hoại của các nhân tố bên ngoài Yếu tố chủ yếu

ảnh hưởng tới cường độ và độ ổn định của nền đường là tính chất đất của nềnđường, phương pháp đắp, chất lượng đầm lèn, biện pháp thoát nước và biệnpháp bảo vệ nền đường

Công tác xây dựng nền đường nhằm biến đổi nội dung các phương án vàbản vẽ thiết kế tuyến và nền đường trên giấy thành hiện thực Trong quá trìnhnày cần phải tiết kiệm tiền vốn, nhân lực làm sao hoàn thành được nhiệm vụ,đúng khối lượng, đúng chất lượng, đúng tiến độ Do vậy, khi xây dựng nềnđường, phải thực hiện các yêu cầu cơ bản dưới đây:

* Để bảo đảm nền đường có tính năng sử dụng tốt, vị trí, cao độ, kích thướcmặt cắt, quy cách vật liệu, chất lượng đầm nén hoặc sắp xếp đá của nền đường(bao gồm: thân nền và các hạng mục công trình có liên quan về thoát nước,phòng hộ và gia cố) phải phù hợp với hồ sơ thiết kế và các quy định hữu quantrong quy phạm kỹ thuật thi công Yêu cầu này có nghĩa là phải làm tốt công táclên khuôn đường phục vụ thi công, phải chọn vật liệu sử dụng một cách hợp lý,phải lập và hoàn chỉnh các quy trình thao tác kỹ thuật thi công và chế độ kiểmtra, nghiệm thu chất lượng

* Chọn phương pháp thi công thích hợp tuỳ theo các điều kiện về địa hình, tìnhhuống đào đắp, loại đất đá, cự ly vận chuyển, thời hạn thi công và công cụthiết bị Phải điều phối và sử dụng nhân lực, máy móc, vật liệu một cách hợp

lý, làm sao “tận dụng được tài năng con người và của cải” để tăng năng suất laođộng, hạ giá thành và bảo đảm chất lượng công trình

* Các hạng mục công tác xây dựng nền đường phải phối hợp chặt chẽ, côngtrình nền đường cũng phải phối hợp tiến độ với các công trình khác và tuân thủ

sự bố trí sắp xếp thống nhất về tổ chức và kế hoạch thi công của toàn bộ côngviệc xây dựng đường nhằm hoàn thành nhiệm vụ thi công đúng hoặc trước thờihạn

* Thi công nền đường phải quán triệt phương châm an toàn sản xuất, tăngcường giáo dục về an toàn phòng hộ, quy định các biện pháp kỹ thuật đảm bảo

an toàn, nghiêm túc chấp hành quy trình làm việc an toàn, làm tốt công tác đềphòng tai nạn, bảo đảm thi công thực sự an toàn

Tóm lại: Cần phải chú trọng về các mặt kỹ thuật thi công và tổ chức quản lý đểthực hiện được các yêu cầu về chất lượng tốt, rẻ, nhanh và an toàn

1 3 Yêu cầu về nghiệm thu

- Phù hợp với quy định hiện hành

- Đảm bảo chất lượng công trình , phục vụ cho tiến độ thi công

- Khắc phục địa hình thiên nhiên để tạo ra một dải đủ rộng dọc theo tuyến có

đủ tiêu chuẩn về bình đồ, trắc đọc, trắc ngang đáp ứng được điều kiện chạy xevới lưu lượng xe thiết kế trong suốt thời kỳ khai thác

- Làm nền trực tiếp đặt kết cấu mặt đường Có thể nói lớp mặt trên của nềnđường (subgrade) với chiều dày từ 30 - 50cm kể từ đáy áo đường xuống đượccoi như là lớp cuối cùng của áo đường cùng với các lớp trên chịu tác dụng tảitrọng xe cộ lặp lại nhiều lần trong suốt thời kì khai thác Do vậy, chất lượngcủa nền đường ảnh hưởng lớn đến tình trạng khai thác của cả kết cấu tổng thểnền mặt đường Nhiều trạng thái phá hỏng của mặt đường là do chất lượng kémcủa nền đường gây nên

- Các dạng nền đường điển hình thường gặp:

 Nền đường nửa đào, nửa đắp, hình 1 1a

 Nền đường đắp thấp - chiều cao đắp Hđ = 1,0 - 1,5m, hình l lb

Hình 1 1: Các dạng nền đường điển hình

- Nền đường đắp (hình 1 2)

 Loại có chiểu đắp l.5m <Hđ< 6m có một mái dốc taluy (hình 1 2a)

 Loại đắp cao 6m < Hđ≤ 12m có 2 mái dốc taluy (hình 1 2b)

 Loại nền đắp cao, thường có nước mặt ở 2 bên mái taluy như nền đườngđắp qua đồng bằng, hai bên là ruộng lúa, đường dọc ven theo sông, suốihoặc ven biển (hình 1 3)

Hình 1 2: Nền đường đắp

Hình 1 3 Nền đường đắp có gia cố mái taluy bằng đá hộc xây vữa có lớp lót là

vải địa kỹ thuật

- Nền đường đào:

 Nền đào hình chữ L một mái dốc (hình 1 4a)

 Nền đường đào nhiều mái dốc (hình 1 4b)

Hình 1 4: Nền đường đào

1 5 Yêu cầu chung đối với nền đường

1 5 1 Các dạng hư hỏng của nền đường

Các dạng hư hỏng của nền đường bao gồm:

- Trượt cục bộ mái taluy nền đường đắp (hình 1 5a)

- Trượt trồi (trượt toàn khối)của nền đắp trên đất yếu (hình 1 5b)

- Lún sụt nền đắp cao trên đất yếu do độ lún quá lớn làm nứt nền đường(hình 1 5c)

- Trượt phần đất đắp của nền đường nửa đào nửa đắp trên sườn dốc

- Sụt lở mái taluy nền đào của nền đào hình chữ L trên sườn dốc

- Trượt toàn khối ở nền đường đào làm mất hẳn nền đường

Hình 1 5: Các dạng hư hỏng của nền đường

1 5 2 Các yêu cầu kỹ thuật chính đối với nền đường

- Nền đường có đủ cường độ và độ ổn định cao khi ở trạng thái bão hoà nước

- Nền đường luôn bảo đảm ổn định toàn khối Trong mọi hoàn cảnh nềnđường cần đảm bảo đúng kích thước hình học và dạng của nền đường không bịphá hoại hoặc biến dạng quá lớn gây bất lợi cho việc thông xe, không cho phépxuất hiện có dạng phá hỏng như trình bày ở hình 1 5

Nền đường đắp cao trên đất yếu ở các đoạn đường dẫn lên cầu hoặc cácđoạn đắp cao qua vùng đồng chiêm thường xuyên có mực nước đọng cao thìxảy ra loại phá hỏng như hình 1 5c

1 5 3 Nguyên nhân gây hư hỏng nền đường

Nền đường trong quá trình khai thác chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tốgây phá hoại nền đường và làm cho nền đường không đạt được các yêu cầu đảmbảo khai thác Các nguyên nhân chính bao gồm:

- Sự phá hoại của thiên nhiên như mưa, tích nước hai bên nền đường làmgiảm cường độ của đất cả ở taluy nền đường và bên trong nền đường phần xechạy Hiện tượng mưa hoặc nước chảy xói lở bề mặt và taluy…gây mất ổn địnhtoàn khối và ngấm vào nền đất gây mất ổn định cường độ

- Điều kiện địa chất thủy văn tại chỗ không tốt về cấu tạo tầng lớp, về mức

độ phong hóa, đặc biệt là sự phá hoại của nước ngầm (nước ngầm lôi theo đấtgây hiện tượng xói ngầm và thấm ẩm, giảm cường độ đất)

- Do tác dụng nhiều lần của tải trọng xe, đặc biệt các tải trọng rất nặng (siêunặng) nền đường phát sinh biến dạng tích luỹ (lún dư không phục hồi) lớn cũnggây phá hỏng nền đường

- Chất lượng đồ án thiết kế kém, không phù hợp với điều kiện thực tế

- Chất luợng thi công không đạt yêu cầu (đầm nén kém, đất xấu ), côngtác duy tu, bảo dưỡng không kịp thời cũng là một nguyên nhân lớn dẫn đến pháhỏng nền đường

Do vậy trong quá trình thiết kế và xây dựng nền đường cần có các giảipháp kỹ thuật để đảm bảo ổn định toàn khối, thiết kế tăng cường và đảm bảo ổnđịnh cường độ của nền đường

Công việc thiết kế nền đường nhằm giải quyết các vấn đề:

- Thiết kế ổn định toàn khối

- Thiết kế gia cường cường độ

- Nắm vững quan điểm kinh tế - kĩ thuật, vận dụng hợp lí các yêu cầu tiêuchuẩn kĩ thuật trong điểu kiện cụ thể Gặp trường hợp phức tạp thường sử dụngcác biện pháp xử lí tổng hợp với các vật liệu mới, tiên tiến ví dụ như: Sử dụngVĐKT, lưới địa kĩ thuật (Geegrid - LĐKT) các loại kè, tường chắn (đặc biệt

là tường chắn có cốt hoặc mềm hoặc cốt cứng), tường chắn kiểu rọ đá mạ,công nghệ neo cố trong đất Với nền đắp cao trên đất yếu dùng thiết bị tiêunước thẳng đứng (PVD, VCT hoặc SW) kết hợp với gia tải trước

đường

1 6 Những tiêu chuẩn đánh giá chất lượng và cơ sở để nghiệm thu nền đường

Hình 1 6: Cấu tạo tổng thể nền - mặt đường

 Các yêu cầu kỹ thuật với nền đường

1 Nền đường phải ổn định

Nền đường xây dựng trên mặt đất, tất yếu phải cải biến trạng thái vốn cócủa các lớp đất nguyên thổ Do ảnh hưởng của các nhân tố bất lợi (địa chất, thuỷvăn, khí hậu, tải trọng xe chạy ) nền đường có thể phát sinh sụt, trượt máiđốc, xuất hiện lún và trượt của nền đường gây gián đoạn giao thông hoặc tai nạn

do chạy xe

Để xe chạy thuận lợi và an toàn trên đường phải xác định chuẩn xác hìnhdạng và kích thước , mặt cắt ngang của nền đường, phải có biện pháp thoátnước, phòn hộ và gia cố cần thiết để bảo đảm kết cấu chỉnh thể của nền đường(bao gồm lớp đất xung quanh) có độ ổn định đầy đủ

2 Nền đường phải vững chắc

Phần nền đường trong phạm vi chiều sâu tác dụng tải trọng gọi là khuvực công tác của nền đường Bộ phận này là lớp đất dày khoảng 1,5m - 2m nằmtrực tiếp dưới kết cấu mặt đường còn gọi là nền đất Nếu nền đất qúa ẩm mềm

1 2 3

5 4

P 1 P

5- Lớp trên nền đường 6- tấm ép đường kính D=33cm

7- Tấm ép D=60- 80cm

7

P 1

p b

P 1

và điều kiện thuỷ nhiệt xấu thì dưới tác dụng của bánh xe có thể sinh ra biếndạng lún qúa lớn, thậm chí dẫn tới hiện tượng sình lầy làm cho mặt đường bị hưhỏng qúa sớm, do nền móng lún không đều

Để đảm bảo tính năng sử dụng cho mặt đường, giảm nhẹ nhiệm vụ củamặt đường, hạ giá thành công trình thì nền đường phải đủ năng lực chịu tải và

ổn định với nước

Chính vì vậy lớp trên nền đường tốt nhất phải được đắp bằng đất tốt, phải đượcđầm nén cần thận, khi cần thiết phải có lớp cách ly hoặc có các biện pháp xử lýkhác

 Các chỉ tiêu kỹ thuật của nền đường

1 Độ võng

Độ võng là một chỉ tiêu tổng quát về sức mang của đất, hoặc của mặt đường,đây là biến dạng theo chiều thẳng đứng mà một điểm trên mặt đất hoặc mặtđường phải chịu khi có một trục xe chạy qua Thường thì đo giữa 2 bánh xe củamột trục kép mang 1 tải trọng nhất định ( P = 6.5T- 13T- 10T), [Mỹ đo với xetrục 18 kips hoặc 8.2 T]

Đo độ võng với đơn vị là 1/100 mm

Có thể phân biệt 3 loại

- Độ võng tổng cộng: là độ võng tối đa đạt được trong khi tải trọng tác dụng

- Độ võng tàn dư hoặc độ võng dẻo (độ võng còn dư): là độ lún vĩnh cửu, tồn tạilại sau khi đã cất tải

- Độ võng đàn hồi: Là hiệu số của hai độ võng trên

Về mặt lý thuyết quan hệ giữa tải trọng thẳng đứng và độ võng đàn hồi của mặtbán không gian đàn hồi đồng nhất, vô hạn có môt mặt nằm ngang





E,  là mô duyn đàn hồi và hệ số Poát xông của vật liệu bán không gian vô

hạn

2 Moduyn đàn hồi của nền đường

Để xét tới tác dụng của tải trọng bánh xe lên đỉnh nền đường thường dùng

moduyn đàn hồi đo được bằng phương pháp nén tấm ép tròn lên nền đường

- Biến dạng đàn hồi được hiểu theo nghĩa có thể khôi phục được, cũng phản ánh

tính chất đàn hồi của khối đất

Do vậy nền đường thường xem là bán không gian đàn hồi vô hạn đồng nhất

- Thông qua thí nghiệm tấm ép ta có thể vẽ được đường cong quan hệ giữa tải

trọng ở đỉnh nền đường (áp lực đơn vị), và biến dạng đàn hồi (độ võng), tính

được moduyn đàn hồi đại diện cho cả nền đường (từ trên xuống)

- Khi thí nghiệm thường dùng tấm ép bằng kim loại, dùng phương pháp gia tải,

dỡ tải dần từng cấp để đo trị số biến dạng đàn hồi dưới tác dụng của các cấp tải

trọng và vẽ đường cong quan tải trọng và biến dạng đàn hồi (hình1.7)

- Thường thì đường cong thí nghiệm có dạng như hình vẽ ( một số ít khi đất

khô và chặt có quan hệ gần với đường thẳng) Do đó trị số moduyn đàn hồi của

nền đường vẫn là 1 đại lượng thay đổi, giảm xuống khi áp lực tăng Vì vậy cần

dựa vào áp lực thu nhận thực tế của nền đường, hoặc sự lớn nhỏ của độ võng

đàn hồi có thể sinh ra để chọn cho phù hợp

- Khi thiết kế mặt đường mềm thường lấy trị số độ võng 1mm để xác định trị số

moduyn đàn hồi Còn khi thiết kế mặt đường cứng do trị số áp lực ở đỉnh nền

đường (lớp móng ) và độ võng đều nhỏ hơn mặt đường mềm, do vậy trị sốmoduyn đàn hồi phải lấy lớn hơn một ít

Đường kính tấm ép lớn hay nhỏ cũng ảnh hưởng đối với kết quả xác địnhđược

Moduyn đàn hồi của nền đất Eo hoặc moduyn đàn hồi tương đương (tổng hợp)của nền móng Et quy định lấy biến dạng đàn hồi không qú 1 mm, dùng phươngpháp quy nạp tuyến tính để tiến hành tính toán:

- Hệ số poisson, với đất nền lấy = 0.35 các lớp móng = 0.3;

Pi áp lực đơn vị tải trọng các cấp trước khi biến dạng 1mm

li:Biến dạng đàn hồi tưương ứng với pi(cm)

Trị số moduyn phản ứng nền k cũng được xác định bằng thí nghiệm tấm

ép, thông qua đường kính cong tải trọng - tổng biến dạng đo được theo phươngpháp gia tải từng cấp có thể biết được trị số k thay đổi theo áp lực hoặc độ lúncần lấy

Trị số l với việc xét đến áp lực dưới tấm bê tông có thể lấy l=1.27 hoặcp=0.07 MPa khi nền đất tương đối chắc

4 Hệ số CBR

- CBR là một chỉ tiêu xác định năng lực chịu tải của đất nền đường và củavật liệu mặt đường đề ra ở bang Caliphonia (Mỹ) dùng để biểu thị khả năngchống lại biến dạng dỡ tải trong nén cục bộ và biểu thị bằng trị số tương đối sovới năng lực chịu tải của khối đá dăm tiêu chuẩn

- Thí nghiệm CBR được tiến hành trong một cối đường kính trong 152,4

mm, cao 177,3mm Dùng pít tông nén lún đường kính 4.95 cm- tốc độ nén lún1.24mm/phút và đo được trị số tải trọng ứng với các độ sâu lún khác nhau rồidựa vào công thức dưới đây để tính CBR

(%)100

1

x p

5 Tiêu chuẩn đầm nén

- Nền đường sau khi đầm nén đảm bảo tiêu chuẩn sẽ chặt khít lại, giảmnhỏ tính ép lún, tính thấm nước và thay đổi thể tích, tăng cường độ tăng nănglực chống biến dạng và độ ổn định đối với nước, khắc phục được được việc sinh

ra biến dạng lún chặt dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, của tác dụng lặplại của xe chạy, khống chế được việc tích tụ ẩm dẫn đến hiện tượng đôngchướng và lầy lội, tránh được các hư hỏng lún sụt do nước gây ra

- Tỷ số của độ chặt sau khi đầm nén trên độ chặt lớn nhất tìm được bằngthí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn ( thí nghiệm Proctor) để biểu thị mức độ nénchặt, gọi là độ nén chặt làm chỉ tiêu yêu cầu phải nén chặt

- Hiện nay đang quy định:

+ Với đường cấp 3 và cấp 4 cho phép theo độ chặt lớn nhất xác định bằng thínghiệm bằng Proctor thường

+ Với đường ôtô cao tốc và đường ôtô cấp 1 thì độ chặt của nền đường đắptrong phần trên nền đường 0 - 80 cm và nền đào từ 0 - 30 cm phải >95% + Với các khu vực khô hạn và ẩm ướt đặc biệt, các trị số độ chặt có thể giảmxuống 2- 3%

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MỚI TRONG XỬ LÝ NỀN

ĐẤT YẾU HIỆN NAY Ở NƯỚC TA

2.1 Giới thiệu về một số công nghệ mới xử lý nền đất yếu

Thi công đường trong khu vực đất yếu luôn là một thách thức vô cùng lớn vớikhông chỉ quốc gia nào Tuy nhiên hiện nay đã có rất nhiều công nghệ mới được

áp dụng để xử lý triệt để hiện tượng trên Một trong số những công nghệ mớihiện nay có thể được kể đến như sau:

+ Công nghệ xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố xi măng

+ Công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân không… Công nghệ bơm hút chân không là một trong những công nghệ mới được ứngdụng vào nước ta và đã có những thành công đáng kể

2.2 Ứng dụng các công nghệ mới xử lý nền đất yếu ở nước ta hiện nay

2.2.1 Công nghệ cố kết hút chân không

2.2.1.1 Tổng quát

Hút chân không (HCK) là phương pháp xử lý nền bằng cách bơm hút nước

ra khỏi đất nền để giảm hệ số rỗng, tăng liên kết giữa các hạt đất, nhờ đó màgiảm được độ lún và tăng sức chịu tải của nền khi xây dựng công trình Hiệnnay trên thế giới có rất nhiều công ty xây dựng triển khai công nghệ HCK, mỗimột công ty lại có những cải tiến riêng, những thiết bị riêng để phù hợp với cáccông trình xây dựng mà công ty đó thực hiện Vì vậy trong thực tế có nhiềubiện pháp thi công HCK khác nhau Tuy nhiên các phương pháp này đều dùnggia tải để hỗ trợ quá trình rút nước khỏi nền Về cơ bản có thể phân thành hailoại chính là thi công HCK có màng kín khí và không có màng kín khí

2.2.1.2 Nhóm phương pháp thi công có màng kín khí

Màng kín khí thông thường là màng địa kỹ thuật (geo- membrane) bao kíntoàn bộ khu vực thi công Trong quá trình bơm hút, mực nước ngầm hạ xuống

và không khí cũng được rút ra, tạo một vùng áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyểntrong lớp đất gia tải nằm dưới màng, từ đó hình thành một gia tải phụ do sựchênh lệch về áp suất không khí ở trên và dưới màng kín khí (hình 2 12) Đạidiện của nhóm phương pháp thi công HCK có màng kín khí là phương phápMVC (Menard Vacuum Consolidation)

Khi thi công MVC cần lưu ý các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Duy trì hệ thống thoát nước hoạt động có hiệu quả nằm dưới màng chốngthấm để thoát nước và khí trong suốt quá trình bơm hút, không để tắc hoặc hở

- Giữ cho vùng đất dưới màng kín khí không bão hòa nước

- Giữ ổn định áp suất chân không dưới màng

- Giữ kín khí trên toàn bộ diện tích màng phủ, đặc biệt đoạn nối máy bơm

và màng

- Neo giữ và kín khí toàn bộ hệ thống tại biên khu vực xử lý (hàobentonite)

- Hạn chế dòng thấm của nước ngầm đi vào khu vực xử lý

Hình 2 1 Sơ đồ nguyên lý phương pháp MVCNhìn chung, phương pháp MVC có ưu điểm là có thể giảm khối lượng giatải, tuy nhiên công tác chuẩn bị thi công phức tạp do phải hàn nối màng kín khí

và kiểm soát chặt chẽ khả năng kín khí của màng

2.2.1.3 Nhóm phương pháp thi công không có màng kín khí

Nguyên tắc của nhóm phương pháp thi công không có màng kín khí dựatrên việc đơn giản hóa phương pháp MVC bằng cách bỏ đi màng kín khí, cũng

là bỏ đi sự trợ giúp của áp suất khí quyển Thay vào đó, nhóm phương pháp

này yêu cầu đắp lớp gia tải cao hơn để bù đắp sự thiếu hụt về áp lực gia tải (hình2.13) Nhìn chung nhóm phương pháp này thi công đơn giản, nhưng khốilượng gia tải lại tương đối lớn

Đại diện cho nhóm thi công HCK không có màng kín khí là phương phápBeaudrain (hệ thống ống tập trung nước được thi công lắp đặt ngầm dưới mặtđất) và phương pháp Beaudrain- S (hệ thống ống tập trung nước được thi cônglắp đặt nổi trên mặt đất, sau đó đắp lớp gia tải phủ lên trên)

Để gia tăng hiệu quả bơm hút chân không trên diện rộng, cả hai nhómphương pháp đều có thể áp dụng các biện pháp cải tiến như là nối ống kín trựctiếp với bấc Điều này làm cho áp suất chân không trong bấc đạt tới độ sâu lớnhơn, tăng lưu lượng nước bơm hút được

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý phương pháp thi công không có màng kín khí

2.2.1.4 Chi tiết công nghệ bơm hút chân không

Đặt vấn đề

Vấn đề xây dựng nền đường trên nền đất yếu luôn là thách thức trong quátrình xây dựng các công trình giao thông

Hình 2 3: Vấn đề làm đường trên nền đất yếu và cátMặt đường cấp thấp thường xuyên mất ổn định trong điều kiện trời mưa vàđiều kiện ẩm ướt

Hình 2 4: Vấn đề mặt đường cấp thấp bị hư hỏng trong điều kiện ẩm ướtCác mặt đường cấp cao sẽ nhanh chóng bị phá hoại kết cấu mặt khi kết cấumóng đường không đảm bảo ổn định

Hình 2 5: Mặt đường bị phá hoại do móng đường không đảm bảo cường độ

Vấn đề ổn định mái dốc ta luy cho các công trình giao thông

Hình 2 6: Vấn đề taluy và mái dốc bị sạt lở mất ổn định

Tổng quan về công nghệ cố kết hút chân không

 Khái quát chung

Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, vấn đề luôn được quan tâm

là cải tạo nền đất yếu để làm giảm độ lún của nền, tăng khả năng chịu tải vàlàm giảm tính thấm của nền trong thời gian ngắn nhất, kinh tế nhất Phươngpháp cố kết chân không ra đời từ các nước tiên tiến, bước đầu áp dụng tạiViệt Nam đã đáp ứng được yêu cầu trên

Cố kết chân không là một phương pháp hiệu quả để gia cố nền đất yếubão hòa nước Khi cần gia cố vị trí nền nào đó, người ta dùng một lớp vải bạthay màng nhựa phủ kín vùng đó không cho không khí lọt vào và tạo chân không

ở bên dưới lớp màng này Để tạo chân không người ta dùng hệ thống ống hút vàbơm chân không Công nghệ này có thể tạo ra một tải trọng nén trước tươngđương với một khối đắp nén trước cao khoảng 4 - 5m

Thay vì gia tăng ứng suất trong khối đất bằng cách tăng ứng suất tổng theophương pháp chất tải thông thường, phương pháp cố kết chân không tạo ra tảitrọng nén trước bằng cách giảm áp lực nước lỗ rỗng trong khi vẫn giữ nguyênứng suất tổng

Các nội dung tính toán thiết kế xử lý nền đất yếu bằng hút chân không

+ Tài liệu về công trình xây dựng

Cần thu thập thông tin về nhiệm vụ, cấp công trình; bố trí cụ thể côngtrình, phạm vi chiếm đất, tải trọng lớn nhất của công trình lên nền, các yêu cầu

về xử lý nền (hạn chế lún, tăng cường độ, giảm hệ số thấm); yêu cầu về thờigian thi công xử lý nền

+ Tài liệu địa hình

- Bình đồ khu vực xây dựng công trình

- Hiện trạng mặt bằng khu vực xây dựng: cây cối, khe lạch, tình trạngngập nước …

- Các công trình ở lân cận khu vực xây dựng: quy mô, cự ly đến biêncông trình

+ Tài liệu địa chất công trình

+ 1) Các tài liệu từ khảo sát địa chất thông thường

- Địa tầng khu vực nền công trình

- Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất: thành phần hạt, độ ẩm tự nhiên, hệ

số rỗng tự nhiên, dung trọng tự nhiên, dung trọng khô, tỷ trọng hạt, giới hạnchảy, giới hạn dẻo, hệ số nén lún (nén nhanh), lực dính đơn vị và góc ma sáttrong (cắt trực tiếp), hệ số thấm

- Mực nước ngầm

+ 2) Các tài liệu khảo sát bổ sung cho việc thiết kế xử lý nền bằng hút chânkhông

- Sức kháng cắt không thoát nước Cu hoặc Su

- Chỉ tiêu độ bền cu, Ccu (cố kết không thoát nước)

+ ) Đất yếu có cường độ chịu tải nhỏ hơn 0,9 daN/cm2

+ ) Nền địa chất có tính chất đồng nhất tương đối

+ ) Chiều sâu yêu cầu xử lý không quá 30m Trường hợp chiều sâu bắtbuộc phải xử lý lớn hơn 30m thì tính hiệu quả của phương pháp bơm hút chânkhông giảm hẳn, khi đó cần phân tích, so sánh một số phương án để lựa chọnhợp lý

+ ) Các công trình ở lân cận không bị ảnh hưởng bởi quá trình xử lý Việc

hạ thấp mực nước ngầm trong xử lý bằng bơm hút chân không không làm mất

ổn định các công trình lân cận

Điều kiện để lựa chọn xử lý hút chân không bằng phương pháp có màng kín khí

b1) Có các điều kiện ở trên

b2) Có mặt bằng thi công đủ rộng để bố trí thiết bị, đào hào vây;

b3) Có hạn chế về khối lượng vật liệu gia tải;

Điều kiện để lựa chọn hút chân không bằng phương pháp không có màng kín khí

c1) Có các điều kiện ở trên

c2) Mặt bằng thi công bị hạn chế

c3) Có đủ khối lượng vật liệu gia tải phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của nềncông trình

c4) Có hệ thống thiết bị công nghệ phù hợp

2.2.1.6 Tính toán thiết kế xử lý nền bằng bơm hút chân không

2.2.1.6.1 Xác định chiều dày lớp gia tải

 Đối với phương pháp hút chân không có màng kín khí

Theo phương pháp này, lớp gia tải có vai trò chính là tạo khoảng không

để bơm hút khí, tạo áp lực chân không phía dưới màng kín khí Vì vậy, vật liệugia tải cần có hệ số thấm khí lớn, còn chiều dày lớp gia tải thì không cần lớn,thường trong khoảng 0,5÷1,5 m, tùy thuộc loại máy bơm và khả năng cung cấpvật liệu gia tải Máy bơm có công suất lớn thì chọn chiều dày gia tải thiên lớn

 Đối với phương pháp hút chân không không có màng kín khí

Trường hợp này, chiều dày lớp gia tải phải đủ lớn để ngăn không khí đivào nền đang được xử lý bơm hút Ngoài ra, lớp gia tải còn có tác dụng tăngtốc độ cố kết đất nền

Theo điều kiện kín khí, chiều dày gia tải Hs(m) được xác định theo côngthức (1):

A K Q

P

a w

vac S





(1)trong đó:

Pvac: áp suất chân không dưới lớp gia tỉa kín khí (KN/m2);

w: trọng lượng riêng của nước (KN/m3);

Qa: lưu lượng máy bơm hút chân không (m3/s);

Kair: hệ số thấm khí của lớp gia tải kín khí (m/s);

A: diện tích bề mặt xử lý (m2)

2.2.1.6.2 Xác định chiều sâu cắm bấc thấm

Chiều sâu cắm bấc thấm phụ thuộc vào điều điện địa chất nền, cấp tảitrọng do công trình tác dụng lên nền và yêu cầu hạn chế độ lún sau khi xây dựngcông trình Trước khi quyết định biện pháp xử lý nền cần thực hiện các tínhtoán địa kỹ thuật, xác định:

- Ổn định tổng thể của công trình trên nền (trạng thái giới hạn I);

- Độ lún của công trình (lún sơ cấp, lún cố kết, lún dư): theo trạng tháigiới hạn II

Từ các tính toán nêu trên sẽ xác định được yêu cầu về xử lý nền để tăngcường độ (đảm bảo ổn định) và giảm độ lún dư (đảm bảo điều kiện biến dạng)

Chiều sâu nền cần xử lý là trị số lớn nhất xác định từ 2 điều kiện đã nêu Chiềusâu cắm bấc được xác định như sau:

- Trường hợp chiều dày lớp đất yếu trong nền nhỏ hơn chiều sâu cần xử

lý theo tính toán: lấy chiều sâu cắm bấc bằng chiều dày lớp đất yếu, tức là hútchân không xử lý toàn bộ lớp đất yếu trong nền

- Trường hợp chiều dày lớp đất yếu trong nền lớn hơn chiều sâu cần xử lýtheo tính toán: lấy chiều sâu cắm bấc bằng chiều sâu cần xử lý

- Nếu chiều sâu cắm bấc xác định như trên đây có giá trị L ≥ 30m thì cầnluận chứng bằng cách so sánh với một số phương án xử lý khác

2.2.1.6.3 Lựa chọn loại bấc thấm

Việc lựa chọn loại bấc thấm chủ yếu phụ thuộc vào khả năng cung cấp của thịtrường và thông số kỹ thuật của máy cắm bấc Hiện nay, điều kiện cung cấpbấc thấm của thị trường là tương đối dễ dàng Vì vậy việc lựa chọn loại bấc làtheo đặc tính kỹ thuật của hệ thống thiết bị do từng đơn vị thi công sở hữu

2.2.1.6.4 Lựa chọn sơ đồ cắm bấc

Trong thi công thường gặp 2 sơ đồ cắm bấc chính là sơ đồ tam giác và sơ

đồ hình vuông Việc chọn sơ đồ nào là phụ thuộc vào cách vận hành thiết bịcắm bấc

Bài toán xác định mối quan hệ giữa khoảng cách cắm bấc với các thông

số khác (chiều sâu cắm bấc, chiều dày gia tải, áp lực chân không, thời gian xử

lý …) có thể được giải theo các phương pháp khác nhau Thường sử dụng cácphần mềm tính toán chuyên dụng (ví dụ: các phần mềm Plaxis, Fossa,Msettle…)

2.2.1.6.6 Lựa chọn máy bơm và sơ đồ nối ống

Thông thường đối với một đơn vị thi công, hệ thống máy bơm đã đượctrang bị sẵn và được sử dụng cho nhiều công trình Khi đó nội dung tính toánkhông phải là chọn máy bơm mà là chọn sơ đồ nối ống tập trung nước vào máybơm, theo các bước sau:

- Tính toán khả năng tập trung nước của một bấc thấm Qg (m3/s);

- Tính toán số bấc thấm do 1 máy bơm phụ trách:

g

a b

Q K

n 

(2)trong đó:

Qa: năng lực của máy bơm (m3/s);

Qg: khả năng tập trung nước của 1 giếng (bấc), m3/s;

Kb: hệ số xét đến tổn thất năng lượng trong hệ thống tập trung nước Khi một máy bơm phụ trách hút nước cho nhiều ống thì thường nối ốngtheo sơ đồ phân cấp: cấp 1- ống nối với máy bơm; cấp 2- các ống cùng đổ vàomột ống cấp 1; cấp 3- các ống cùng đổ vào một ống cấp 2

2.2.1.6.8 Bố trí thiết bị quan trắc

Thiết bị quan trắc thường bao gồm: quan trắc lún đứng bề mặt (lún tổng);quan trắc lún cho từng lớp địa chất; quan trắc lún nghiêng (chuyển vị ngang);quan trắc áp lực nước lỗ rỗng trong đất, áp lực chân không trong bấc thấm Các số liệu quan trắc được sử dụng trong quá trình xử lý để điều chỉnh áplực chân không khi bơm hút cho phù hợp với sơ đồ tính toán và quyết định thờiđiểm dừng bơm hút (khi độ cố kết đã đạt yêu cầu thiết kế)

 Ưu nhược điểm

Việc sử dụng phương pháp cố kết chân không trong công trình mang lại rấtnhiều ưu điểm vượt trội: Rút ngắn thời gian thi công 50% so với phương phápbấc thấm và cọc cát gia tải thông thường; Xử lý lún triệt để với độ cố kết đạtđược >90%, độ lún dư thấp; Dễ dàng kiểm soát chất lượng trong và sau quátrình thi công thông qua hệ thống quan trắc đồng bộ; Tiết kiệm chi phí khoảng10% so với phương pháp bấc thấm gia tải thông thường và tiết kiệm 40% - 50%

so với phương pháp cọc đất gia cố xi măng; Không tác động xấu đến môi trường

do không sử dụng bất kì hóa chất hay phụ gia; Áp dụng rất hiệu quả cho cácvùng đất yếu nguồn gốc sông, biển, đầm lầy với chất lượng được kiểm soátchặt chẽ trong từng công đoạn thi công; Sử dụng diện tích thi công ít hơn so vớiphương án gia tải thông thường; Giảm thiểu rủi ro xảy ra cho các công trình lâncận

Ở Việt Nam, phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cố kết chân không lần đầuđược áp dụng tại cụm công trình khí điện đạm Cà Mau vào năm 2002 bởi mộtnhà thầu Pháp với giá thành khá cao Chỉ đến năm 2008, khi mà Công ty đầutiên của Việt Nam là Công ty CP Kỹ thuật nền móng và công trình ngầmFECON trực tiếp thi công, đưa công nghệ này vào dự án nhà máy Nhiệt điệnNhơn Trạch 2 với giá bằng 40% của nhà thầu Pháp thì bài toán giá thành chophương pháp thi công này mới được giải quyết, phù hợp với điều kiện kinh tếViệt Nam

 Một số dự án áp dụng

Sau khi thành công với dự án Nhơn Trạch 2, nhiều dự án trọng điểm khác đãđược áp dụng và triển khai thành công như: Nhà máy xơ sợi tổng hợp polyesterĐình Vũ (Hải Phòng), Công trình Kho lạnh LPG Thị Vải (Bà Rịa - Vũng Tàu),Nhà máy Nhiệt điện Long Phú 1 (Sóc Trăng), Nhà máy Nhiệt điện Thái Bình 2,Khu liên hợp thép Formosa Hà Tĩnh, dự án đường cao tốc thành phố Hồ ChíMinh - Long Thành – Dầu Giây…(Đình kèm phụ lục ví dụ tính toán)

2.2.2 Cọc đất gia cố xi măng

2.2.2.1 Giới thiệu chung về cọc đất gia cố xi măng

- Cọc đất gia cố xi măng (hay còn gọi là trụ đất gia cố xi măng - Soil mixingpile)

- Cọc đất gia cố xi măng là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măngđược phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun Mũi khoan được khoan xuốnglàm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia cố thì quay ngược lại và dịchchuyển lên Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được phun vào nền đất(bằng áp lực khí nén đối với hỗn hợp chất kết dính khô “xi măng” hoặc bằngbơm vữa xi măng đối với hỗn hợp dạng vữa ướt

Hình 2.7: Cọc đất gia cố xi măng

2.2.2.2 Phạm vi ứng dụng cọc đất gia cố xi măng

- Khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu cần phải có cácbiện pháp xử lý đất nền bên dưới móng công trình, nhất là những khu vực cótầng đất yếu khá dày Một trong những biện pháp xử lý hiệu quả và kinh tế làdùng Cọc đất gia cố xi măng

- Cọc đất gia cố xi măng được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nềnđất yếu cho các công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng…như: làm tường hào chống thấm cho đê đập, sửa chữa thấm mang cống và đáy

cống, sử dụng tường chắn, gia cố đất xung quanh đường hầm, chống trượt đấtcho mái dốc, gia cố nền đường, mố cầu dẫn…

2.2.2.3 Ưu điểm nổi bật của cọc đất gia cố xi măng

- Tốc độ thi công cọc rất nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp Tiết kiệmthời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ

- Hiệu quả kinh tế cao Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án xử lý khác

- Rất thích hợp cho công tác xử lý nền, xử lý móng cho các công trình ở các khuvực đất yếu như: bãi bồi, ven sông, ven biển

- Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước

- Khả năng xử lý sâu (có thể đến 50m)

- Địa chất nền đất pha cát càng phù hợp với công nghệ gia cố ximăng, độ tin cậycao

- Hiệu qủa kinh tế cao

2.2.2.4 Giới thiệu chung về khoan bơm vữa xi măng cao áp (Jet-grounting)

- Khoan bơm vữa xi măng là quy trình kỹ thuật đặc biệt tạo ra hỗn hợp vữaximăng và đất ngay tại vị trí thi công Sau khi khoan tới độ sâu theo yêu cầu, cầnkhoan vừa quay và rút dần lên trên bề mặt với vận tốc nhất định, và tiến hànhbơm vữa xi măng với áp suất cao, tạo thành một cột đất – vữa xi măng Với hìnhdạng như thiết kế, các cột này sẽ chống đỡ rất hiệu quả các khối đất lớn Cột vữabơm trám tạo sự ổn định cho đất và chống đỡ cho các trụ cột, chịu được tải trọnglớn Phương pháp bơm vữa xi măng đem lại hiệu quả kinh tế như mong muốn

- Đây là phương pháp được sử dụng nhiều nhất cho các công trình kết cấu phứctạp hoặc dễ biến động Vữa xi măng thuần túy được bơm qua một ống thủy lựcnhỏ với áp suất cao và được trộn ngay với đất ở tại vị trí cần trám Phương phápnày tạo ra hỗn hợp vữa đất gia cố xi măng đồng đều nhất có độ bền cao

- Để khoan hơn

 Phạm vi ứng dụng khoan bơm vữa xi măng cao áp

- Ổn định chống trượt đất, mái dốc, chống đỡ cho công tác khai thác quặng mỏ

- Gia cố cấu trúc móng, tường chắn, gia cố nền đường, mố cầu dẫn

- Xử lý môi trường…

 Ưu điểm nổi bật của khoan bơm vữa xi măng cao áp:

- Độ bền nén của đất đá lớn hơn so với các phương pháp gia cố khác

- Xử lý đất đồng bộ hơn

- Có khả năng cải thiện theo từng vùng riêng biệt

chủ yếu sử dụng công nghệ khoan xoay với dung dịch và cần khoan chuyêndụng Khi cột cần khoan đạt đến độ sâu thiết kế, bắt đầu tiến hành quá trình bơm

ép xi măng Vữa xi măng được bơm ép qua ống cao áp hướng kính với vận tốccao và ở áp suất cao phá vỡ cấu trúc đất và tạo cấu trúc mới vững chắc

2.2.2.5 Công nghệ thi công cọc xi măng đất

Hình 2.8: Công nghệ thi công cọc xi măng đất

 Các ứng dụng chủ yếu trong xây dựng:

- Ổn định thành hố đào

- Làm tường vây để xây dựng các công trình ngầm

- Gia cố nền đất yếu để giảm độ lún và lún lệch cho công trình

- Tăng khả năng chống trượt của mái dốc, triền dốc

- Tăng cường độ chịu tải của đất nền, bờ sông, biển

- Ngăn sự hóa mềm để chống lún, lệch, trồi đất, thẩm thấu mực nước ngầm

- Cọc chịu tải của nhà xưởng, nhà cao tầng

 Trình tự thi công cọc xi măng đất

Hình 2.9: Trình tự thi công cọc đất gia cố xi măng

Bước 1: Đinh vị máy khoan vào vị trí khoan cọc (bằng máy toàn đạc điện tử.)Bước 2: Bắt đầu khoan vào đất, quá trình mũi khoan đi xuống đến độ sâu theoqui định thiết kế

Bước 3: Bắt đầu bơm vữa theo qui định và trộn đều, tốc độ mũi khoan đixuống : 0,5m-0.7m/phút.

Bước 4: Tiếp tục hành trình khoan đi xuống, bơm vữa và trộn đều, đảm bảo lưulượng vữa thiết kế

Bước 5: Khi đến độ sâu mũi cọc, dừng khoan và dừng bơm vữa và tiền hànhquay mũi ngược lại và rút cần khoan lên, quá trình rút lên kết hợp trộn đều 1 lần

và nén chặt vữa trong lòng cọc, nhờ vào cấu tạo mũi khoan Tốc độ rút cầnkhoan lên tb: 0.8m-1.2m/phút

Bước 6: Sau khi mũi khoan được rút lên khỏi miệng hố khoan, 01 cây cọc vữa được hoàn thành Thực hiện công tác dọn dẹp phần phôi vữa rơi vãi ở hố khoan, chuyển máy sang vị trí cọc mới

 Thông số năng lượng trộn:

Số lần trộn trên 1md là tổng số lượng tổng cộng các cánh trộn đi qua 1md thân cọc và được tính bằng công thức :

Trong quá trình thi công, tùy thuộc vào địa chất công trình, công suất của máy

và cấu tạo mũi khoan mà điều chỉnh tốc độ vòng quay, tốc độ khoan xuống và khoan rút lên của cần khoan, đảm bảo năng lượng yêu cầu

2.2.2.6 Trình tự tính toán thi công cọc đất gia cố xi măng

Một trong những thông số quan trọng khi thiết kế cọc xi măng đất là lựa chọn được tỷ lệ xi măng với đất hợp lý; nó ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của vật liệu, sức chịu tải của nền và giá thành công trình

 Ảnh hưởng của tỷ lệ xi măng với đất đến tính chất của hỗn hợp vật liệu, sức chịu tải của cọc xi măng-đất và sức chịu tải của nền đất sau khi được

lệ trộn xi măng với đất dính khác nhau cho kết quả như bảng sau:

Bảng 1 Kết quả thí nghiệm trong phòng xác định cường độ kháng nén của hỗn hợp vật liệu xi măng đất

Hình 2.10: Quan hệ giữa tỷ lệ xi măng với đất và cường độ của xi măng-đất (Lin

2000)

Tùy thuộc yêu cầu về sức chịu tải của cọc mà lựa chọn tỷ lệ aw để thỏa mãn yêucầu vật liệu chế tạo cọc.

b) Ảnh hưởng của tỷ lệ xi măng với đất đến sức chịu tải của cọc đơn

Sức chịu tải của cọc đơn là chỉ tiêu để tính toán sức chịu tải của nền (sau khi đãđược xử lý)

Sức chịu tải cho phép của cọc đơn xi măng-đất có thể ước tính theo các côngthức:

Theo sức kháng cắt của vật liệu cọc xi măng-đất

c) Ảnh hưởng của tỷ lệ xi măng với đất đối với sức chịu tải của nền đất sau khi được xử lý bằng cọc xi măng-đất

Sức chịu tải của nền sau khi được xử lý bằng cọc xi măng-đất phụ thuộc vào sứcchịu tải của cọc đơn, mật độ cọc và phạm vi xử lý Các yếu tố đó chịu ảnhhưởng trực tiếp của tỷ lệ xi măng với đất Để tính sức chịu tải của nền sau khiđược gia cố người ta đưa ra các quan điểm khác nhau:

- Phân tích của một khối cứng (tính toán như móng cọc)