Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng cọc đất gia cố xi măng cho khu vực quận 2, thành phố hồ chí minh luận văn thạc sỹ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -@&? - LƯU XUÂN THƯỞNG NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG CHO KHU VỰC QUẬN 2, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -@&? - LƯU XUÂN THƯỞNG NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG CHO KHU VỰC QUẬN 2, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG MÃ SỐ: 60 – 58 – 02 – 05 CHUYÊN SÂU: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS VŨ THẾ SƠN TP Hồ Chí Minh – 2015 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên Lưu Xuân Thưởng LỜI CẢM ƠN Trước hết, chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Giao thông Vận tải q Thầy, Cơ tận tình giảng dạy, truyền đạt cho kiến thức quý báu suốt khóa học Tơi bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Vũ Thế Sơn - Bộ môn Đường bộ, Trường Đại học Giao thông Vận tải - Cơ sở tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình làm luận văn, giúp tơi hiểu rõ mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu từ có định hướng nghiên cứu phương pháp nghiên cứu đắn để thực tốt nội dung đề tài luận văn Thạc sĩ Tôi chân thành cảm ơn lãnh đạo nhà trường, Thầy phịng, ban đào tạo sau đại học Trường Đại học Giao thông vận tải tạo điều kiện, giúp đỡ học tập thực luận văn Tôi chân thành cảm ơn anh chị công tác Công ty cổ phần Tư vấn thiết kế Giao thơng Vận tải phía Nam (Tedi South), Công ty Cổ phần đầu tư địa ốc Đại Quang Minh tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tuy nhiên luận văn cịn thiếu sót định Kính mong nhận góp ý thẳng thắn chân tình Thầy TP, Hồ Chí Minh, Tháng 04 năm 2015 Lưu Xuân Thưởng PHẦN MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài: Thành phố Hồ Chí Minh trung tâm kinh tế, văn hóa, khoa học kỹ thuật lớn khu vực phía Nam thành phố đông dân nước Sự phát triển không ngừng Thành phố phương diện kinh tế, văn hóa, khoa học đến giáo dục, y tế tạo sức ép lớn nhu cầu phát triển mở rộng đô thị Đề án phát triển Quận với trọng tâm khu đô thị Thủ Thiêm rộng 737ha gồm khu vực thương mại lớn, khu văn phịng, trung tâm tài chính, ngân hàng khu dân cư chất lượng cao đề án phát triển đô thị quan trọng Thành phố Hồ Chí Minh Khu thị Thủ Thiêm quy hoạch trung tâm Thành phố, với khu trung tâm tạo thành đối xứng qua sơng Sài Gịn Bờ hữu ngạn khu trung tâm cũ, bờ tả ngạn khu trung tâm đại mang tầm cỡ khu vực giới Việc đầu tư xây dựng hệ thống đường giao thơng khu thị, có bốn (4) tuyến đường chính: Đại Lộ Vịng Cung (R1), đường Ven Hồ Trung Tâm (R2), đường Ven Sông Sài Gòn (R3) đường Vùng Châu Thổ (R4) tạo tiền đề để kêu gọi thu hút nhà đầu tư, doanh nghiệp đầu tư vào Khu đô thị Thủ Thiêm Khu vực Quận vùng đồng thấp thường xuyên bị ảnh hưởng triều cường sơng Sài Gịn, cấu tạo trầm tích đại, thành phần gồm sét, bột cát thực vật phân huỷ, nguồn gốc hỗn hợp đầm lầy sông Dựa kết khảo sát địa chất hữu số dự án khu vực Quận 2, lớp đất yếu phức tạp với chiều dày thay đổi từ 10m đến 39m Do đó, giải pháp xử lý đất yếu cọc đất gia cố xi măng (Deep Soil Mixing Column – DSMC) giải pháp đề xuất lựa chọn để đảm bảo ổn định chung đường đắp, độ lún lại nhỏ rút ngắn thời gian thi cơng với giá thành chấp nhận Giải pháp xử lý đất yếu cọc đất gia cố xi măng sử dụng cho số dự án giao thông khu vực Quận 2, thành phố Hồ Chí Minh Hiệu giải pháp xử lý chủ yếu phụ thuộc vào việc nâng cao chất lượng trình thi cơng Chính đề tài “Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng cọc đất gia cố xi măng cho khu vực Quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh” đề tài khoa học cấp bách thiết thực II Mục tiêu nghiên cứu đề tài: Trên sở nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm kết hợp với thống kê, đưa giải pháp nhằm nâng cao chất lượng phương pháp xử lý đất yếu cọc đất xi măng cho khu vực Quận 2, thành phố Hồ Chí Minh Qua xem xét đề xuất giải pháp phù hợp với điều kiện đất yếu khu vực Thành phố III Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu yếu tố địa chất khu vực Quận 2, công nghệ - thiết bị thi công, yếu tố ảnh hưởng giải pháp nâng cao chất lượng cọc đất gia cố xi măng q trình thi cơng IV Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên cứu giới hạn khu vực Quận 2, thành phố Hồ Chí Minh loại chất dính kết, cơng nghệ - thiết bị thi công áp dụng cho dự án khu vực Quận số dự án điển hình Thành phố V Phương pháp nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu kết hợp phương pháp lý thuyết, thực nghiệm kết hợp thống kê VI Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học đề tài: Nghiên cứu, phân tích kết thí nghiệm, đánh giá mức độ ảnh hưởng nhân tố đến chất lượng cọc đất ga cố xi măng - Ý nghĩa thực tiễn đề tài: Đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng cọc đất xi măng VII Kết cấu luận văn - Phần mở đầu - Chương 1: Điều kiện tự nhiên khu vực Quận - Chương 2: Tổng quan đất yếu giải pháp xử lý đất yếu - Chương 3: Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng cọc đất gia cố xi măng cho khu vực Quận 2, thành phố Hồ Chi Minh - Kết luận kiến nghị - Hướng nghiên cứu CHƯƠNG 1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC QUẬN 2, TP HCM Giới thiệu chung dự án khu vực Quận TP HỒ CHÍ MINH Hình 1.1: Bản đồ vị trí thành phố Hồ Chí Minh Cùng với phát triển mạnh mẽ nước kèm theo q trình thị hóa nhanh chóng thành phố lớn, Thành phố Hồ Chí Minh - trung tâm kinh tế xã hội lớn nước - điểm đến thu hút mạnh mẽ nhà đầu tư nước, nhu cầu hạ tầng đô thị nhà đặt ngày lớn Bán đảo Thủ Thiêm đối diện với trung tâm Quận thành phố Hồ Chí Minh, trái tim, phổi xanh thành phố ngày khẳng định hướng nhìn chủ đạo yếu tố mở rộng địa bàn thành phố, tạo phát triển bền vững cho khu vực phía Đơng sơng Sài gịn gắn liền với vùng Đông Nam đầy tiềm năng, khu vực thuận lợi cho phát triển, mở rộng thị hóa Đề án phát triển Quận với trọng tâm khu đô thị Thủ Thiêm rộng 737ha gồm khu vực thương mại lớn, khu văn phòng, trung tâm tài chính, ngân hàng khu dân cư chất lượng cao đề án phát triển đô thị quan trọng Thành phố Hồ Chí Minh Khu đô thị Thủ Thiêm quy hoạch trung tâm Thành phố, với khu trung tâm tạo thành đối xứng qua sơng Sài Gịn Bờ hữu ngạn khu trung tâm cũ, bờ tả ngạn khu trung tâm đại mang tầm cỡ khu vực giới Việc đầu tư xây dựng hệ thống đường giao thơng khu thị, có bốn (4) tuyến đường chính: Đại Lộ Vịng Cung (R1), đường Ven Hồ Trung Tâm (R2), đường Ven Sơng Sài Gịn (R3) đường Vùng Châu Thổ (R4) tạo tiền đề để kêu gọi thu hút nhà đầu tư, doanh nghiệp đầu tư vào Khu đô thị Thủ Thiêm [9] Cùng với trục Đại lộ Đông Tây hầm đường vượt sơng Sài gịn hồn thành, tuyến đường Khu thị Thủ Thiêm tạo thành trục giao thông xương sống kết nối toàn khu chức qui hoạch Thủ Thiêm với hệ thống giao thông khu vực khu trung tâm thành phố hữu, tạo tiền đề thúc đẩy nhanh trình thu hút đầu tư, xây dựng sớm đưa vào khai thác Khu đô thị Thủ Thiêm Do đó, việc đầu tư xây dựng tuyến đường khu thị Thủ Thiêm cần thiết cấp bách Phạm vi đề tài nghiên cứu giới hạn ba dự án: - Dự án Hạ tầng kỹ thuật khu dân cư tái định cư Bình Khánh; - Dự án khu nhà thấp tầng thuộc khu dân cư phía nam đại lộ Đông Tây ( khu II) khu đô thị Thủ Thiêm; - Dự án đầu tư xây dựng tuyến đường khu thị Thủ Thiêm Hình 1.2: Mặt tổng thể quy hoạch Khu đô thị Thủ Thiêm 1.1.1 Tổng quan dự án hạ tầng kỹ thuật khu dân cư tái định cư Bình Khánh 1.1.1.1 Tên dự án Dự án Hạ tầng kỹ thuật khu dân cư tái định cư Bình Khánh 1.1.1.2 Địa điểm xây dựng Phường Bình Khánh thuộc Khu đô thị Thủ Thiêm, Quận 2, TP Hồ Chí Minh, giới hạn khu đất tái định cư sau: - Phía Tây Bắc: giáp dự án dân cư Thời Báo Kinh Tế Sài Gòn phần giáp dân cư hữu phường Bình Khánh; 32 3CaO.Al2O3.6H2O khơng hồ tan tồn thể keo Chất silicat bicalcit (2CaO.SiO2) vốn khơng hồ tan tách dạng phân tán nhỏ dung dịch, tạo thành keo phân tán Lượng keo ngày sinh nhiều, làm cho hạt keo phân tán tương đối nhỏ tụ lại thành hạt keo lớn dạng sệt khiến cho xi măng dần tính dẻo ninh kết lại chưa hình thành cường độ; - Giai đoạn kết tinh: chất Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O từ thể ngưng keo chuyển sang dạng kết tinh, tinh thể nhỏ đan chéo làm cho xi măng bắt đầu có cường độ, chất 2CaO.SiO2mH2O tồn thể keo lâu, sau có phần chuyển thành tinh thể Do lượng nước ngày đi, keo bị khô, kết chặt lại trở nên rắn Các giai đoạn hoà tan, hố keo kết tinh khơng xảy độc lập, mà xảy đồng thời với nhau, xen kẽ nhau, hạt keo tinh thể, chúng phát triển tăng dần cường độ Tùy theo mục đích sử dụng mà bố trí cọc đất gia cố xi măng theo cách sau: Hình 2.1 Sơ đồ bố trí cọc đất gia cố xi măng 33 2.3.2 Giới thiệu chung ứng dụng công nghệ cọc đất gia cố xi măng 2.3.2.1 Lịch sử phát triển ứng dụng công nghệ cọc đất gia cố xi măng giới Từ lâu, người cải tạo đất yếu cách trộn với chất liên kết vôi, xi măng Phương pháp cọc trộn chỗ, gọi “Mixed In Place Pile”, (gọi tắt phương pháp MIP) dùng chất liên kết vôi nước Mỹ nghiên cứu thành công sau Đại chiến giới thứ năm 1954, dùng cọc có đường kính từ 0.3 – 0.4 m, dài 10 -12 m Nhưng 1996 cọc đất gia cố xi măng với mục đích thương mại sử dụng với số lượng lớn Sự phát triển công nghệ trộn sâu Thụy Điển Nhật Bản từ năm 1960 Trộn khô dùng vôi hạt (vôi sống) làm chất gia cố đưa vào thực tế Nhật vào năm 1970 Cũng khoảng thời gian trộn khơ Thụy Điển dùng vôi bột trộn vào để cải tạo đặc tính lún đất sét dẻo mềm, mềm yếu Trộn ướt dùng vữa xi măng làm chất gia cố áp dụng thực tế Nhật từ năm 1970 Năm 1967, Viện nghiên cứu hải cảng bến tàu thuộc Bộ giao thông vận tải Nhật Bản bắt đầu thí nghiệm phịng sử dụng vôi cục vôi bột để xử lý đất biển phương pháp trộn vôi sâu Công việc nghiên cứu Okumura, Terashi người khác suốt năm đầu thập niên 70 Năm 1974, Viện nghiên cứu hải cảng bến tàu báo cáo phương pháp trộn vôi sâu bắt đầu ứng dụng toàn diện Nhật Bản Năm 1976, viện nghiên cứu công chánh thuộc Bộ xây dựng Nhật Bản hợp tác với Viện nghiên cứu máy xây dựng Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu phương pháp trộn phun khô sâu bột xi măng, bước thử nghiệm hoàn thành vào cuối năm 1980 Năm 1977, Nhật Bản lần phương pháp trộn xi măng sâu áp dụng thực tế 34 Những nước ứng dụng công nghệ DM nhiều Nhật Bản Theo thống kê hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung giai đoạn 1980 ~ 1996 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3 đất gia cố xi măng Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia cố DM Nhật vào khoảng 23.6 triệu m3 cho dự án biển đất liền, với khoảng 300 dự án Hiện hàng năm thi công khoảng triệu m3 Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu năm 1970, từ cuối năm 1960, kỹ sư Trung Quốc học hỏi phương pháp trộn vôi sâu CDM Nhật Bản Thiết bị DM dùng đất liền xuất năm 1978 sử dụng để xử lý khu công nghiệp Thượng Hải Tổng khối lượng xử lý DM Trung Quốc vào khoảng triệu m3 Từ năm 1987 đến 1990, công nghệ DM sử dụng, tổng cộng 513000m3 đất gia cố, bao gồm móng kè, móng tường chắn phía sau bến cập tàu Đến năm 1992, hợp tác Nhật Trung Quốc tạo thúc đẩy cho bước công nghệ CDM Trung Quốc, cơng trình hợp tác cảng Yantai Trong dự án 60.000m3 xử lý biển thiết kế thi cơng kỹ sư Trung Quốc Tại Châu Âu, nghiên cứu ứng dụng bắt đầu Thụy Điển Phần Lan Trong năm 1967, Viện Địa chất Thụy Điển nghiên cứu cột vôi theo đề xuất Jo Kjeld Páue sử dụng thiết bị theo thiết kế Linden - Alimak AB (Rathmayer, 1997) Thử nghiệm sân bay Ska Edeby với cột vơi có đường kính 0.5m chiều sâu tối đa 15m cho kinh nghiệm cột vơi cứng hố (Assarson, 1974) Năm 1974, đê đất thử nghiệm (6m cao 8m dài) xây dựng Phần Lan sử dụng cột vơi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu hình dạng chiều dài cột mặt khả chịu tải Từ năm 1970 đến năm 1980, cơng trình nghiên cứu ứng dụng tập trung chủ yếu vào việc tạo vật liệu gia cố, tối ưu hoá hỗn hợp ứng với loại đất khác 35 Năm 1993, Hiệp hội DJM (Deep jet mixing -phun trộn khô sâu) Nhật Bản xuất sách hướng dẫn thông tin thiết kế thi công cọc đất xi măng Năm 1996, triệu m3 cọc vôi vôi xi măng thi công Thụy Điển kể từ năm 1975 Sản phẩm năm Thụy Điển Phần Lan lúc sản lượng Vào tháng 11 năm 1999 hội nghị quốc tế phương pháp trộn khô tổ chức Stokholm, Thụy Điển Tại Mỹ, việc xử lý nâng cấp đập đất nhằm đáp ứng mục tiêu an toàn vận hành ngăn ngừa tượng thấm quan tâm CDM ứng dụng để nâng cấp đập đất có, tạo tường chống thấm Tại Bungari, đường sắt thường xây dựng sét khó kiếm đất tốt Loại đất khó đầm nén đường thường bị lún nghiêm trọng Người ta sử dụng cột CDM đường kính 0.25m cách 2.5m để gia cố, kết sau xử lý cho thấy khơng có dấu hiệu lún tốc độ tàu chạy 100 ~ 120 km/h Tại Đông Nam Á, cọc đất – vôi hay xi măng chưa thơng dụng lý chủ yếu máy móc thi cơng, chi phí khai thác vôi sống tinh khiết cao Xu hướng phát triển công nghệ CDM Thế giới hướng vào việc khai thác mặt mạnh CDM Khi phát minh, yêu cầu CDM ban đầu nhằm đạt cường độ cao chi phí thấp; gần nan giải xây dựng đặt yêu cầu cao tin cậy hồn chỉnh cơng nghệ Xu quan trọng cơng nghệ chỗ cho phép xử lý chỗ cô lập chất ô nhiễm đất, hứa hẹn cho nghiên cứu tiếp tục Trong lĩnh vực chống động đất, người ta tiếp tục nghiên cứu ứng dụng CDM nhằm ngăn chặn hố lỏng đất, tìm phương án có hiệu kinh tế, sử dụng vật liệu có sợi để chịu uốn có động đất.[5] [17] 36 2.3.2.2 Ứng dụng công nghệ cọc đất gia cố xi măng Việt Nam Tại Việt Nam, công nghệ cọc đất – vôi hay xi măng bắt đầu nghiên cứu vào năm 1980 với giúp đỡ Viện địa Kỹ thuật Thụy Điển (SGI) Đề tài nghiên cứu Bộ Xây dựng nghiệm thu vào năm 1985 áp dụng cho số cơng trình dân dụng công nghiệp Hà Nội Hải Phịng Cơng trình phía Nam cơng ty Hercules kết hợp với công ty phát triển kỹ thuật xây dựng thi cơng cơng trình Tổng kho xăng dầu Hậu Giang khu cơng nghiệp Trà Nóc, TP Cần Thơ vào đầu năm 2001 với khối lượng khoảng 50.000m dài cọc Năm 2002, có số dự án bắt đầu ứng dụng cọc đất xi măng vào xây dựng cơng trình đất yếu Việt nam Cụ thể như: Dự án Cảng Ba Ngịi (Khánh hồ) sử dụng 4000m cọc đất xi măng có đường kính 600cm thi cơng trộn khơ; Năm 2003, Việt kiều Nhật thành lập cơng ty xử lý móng TP Hồ Chí Minh, ứng dụng thiết bị trộn khô để tạo cọc đất xi măng lồng ống thép Năm 2004, cọc đất xi măng sử dụng để gia cố móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản, xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu Đình vũ (Hải Phịng) Các dự án sử dụng cơng nghệ trộn khô, độ sâu xử lý khoảng 20m Tháng năm 2004, nhà thầu Nhật sử dụng Jet - Grouting để sửa chữa khuyết tật cho cọc nhồi cầu Thanh trì (Hà nội) Năm 2005, số dự án áp dụng cọc đất xi măng như: dự án nước, khu thị Đồ Sơn - Hải phòng, dự án đường cao tốc TP Hồ Chí Minh Trung Lương, dự án Đại lộ Đơng Tây – Sài Gịn hay dự án cải tạo, nâng cấp đường hạ cất cánh, đường lăn sân đỗ máy bay cảng hàng không Cần Thơ, đặc biệt cảng nằm khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu SP-PSA, SITV… [5] 2.3.3 Công nghệ thi công cọc đất gia cố xi măng Cọc xi măng đất thi công tạo thành theo phương pháp khoan trộn sâu Dùng máy khoan thiết bị chuyên dùng (cần khoan, mũi khoan…) khoan vào đất với đường kính chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế Đất q trình khoan khơng lấy lên khỏi lỗ khoan mà bị phá vỡ kết cấu, cánh mũi khoan 37 nghiền tơi, trộn với chất kết dính (chất kết dính thơng thường xi măng vơi, thạch cao… đơi có thêm chất phụ gia cát) Tuỳ theo điều kiện cụ thể, q trình phun chất kết dính để trộn với đất hố khoan thực pha sau: + Phun chất kết dính pha khoan xuống; + Phun chất kết dính pha khoan lên; + Phun chất kết dính kết hợp 1/2 pha khoan xuống (phía dưới) 1/2 pha khoan lên (phía trên) Khi mũi khoan rút lên khỏi hố khoan, hố khoan lại đất trộn với chất kết dính đơng cứng tạo thành cọc xi măng đất Hình 2.2 Sơ đồ mơ tả q trình khoan phun chất kết dính pha khoan xuống Hiện Việt Nam phổ biến hai công nghệ thi công cọc xi măng đất là: Công nghệ trộn khô (Dry Mixing) Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay gọi Jet-grouting) 38 - Ưu điểm giải pháp cọc đất gia cố xi măng: + Chất lượng cao: Quá trình trộn lẫn đều, đồng tạo cột đất-ximăng đất tới hiệu cao Dễ dàng san phẳng mặt cơng trình, làm đầu cọc; + An tồn thi cơng: nguy hiểm vận hành, giảm thiểu lao động; + Nhanh chóng đem lại thuận lợi cho cơng trình: Hiệu nhanh, vơ hại cho đất, chu kỳ thi công ngắn, đơn giản tiết kiệm nhiều nguyên liệu, thời gian lao động, vận chuyển; + Ứng dụng kép: Công nghệ cọc đất gia cố xi măng sử dụng rộng rãi cho nhiều loại đất: cát, sét có độ dẻo cao, đất nhiều mùn; + Không gây ô nhiễm cơng trình xung quanh: Khơng gây chấn độ đất hay gây tiếng ồn; Quy trình khơng gây chất thải; không bị trường hợp xâm thực nước ngầm, muối khống, axít hữu vơ cơ, nước biển… + Cột đất ximăng khơng bị phình trướng sau thi công; + Nền đất xung quanh cột không bị chèn, phá lệch gây ảnh hưởng xấu đến nhà lân cận; + Kết cấu đầu cọc mố, bệ đơn giản, tốn kém, chống phá vỡ động đất hay gió mạnh; - Nhược điểm giải pháp cọc đất gia cố xi măng: + Chi phí cao + Vì cơng nghệ nên tiêu chuẩn ngành, tiêu chuẩn Việt Nam hướng dẫn công nghệ cọc đất trộn xi măng chưa thực hoàn chỉnh TCVN 9403:2012 "Gia cố đất yếu – Phương pháp trụ đất xi măng" ban hành năm 2012 sở chuyển đổi từ TCXDVN 385: 2006 chưa có hướng dẫn cụ thể tính tốn thiết kế cột đất ximăng; + Các cơng trình sử dụng giải pháp cột đất trộn xi măng chủ yếu 39 thiết kế cách vay mượn quy trình nước Châu Âu, Thụy Điển, Nhật Bản, Trung Quốc.[5], [8] 2.3.3.1 Công nghệ thi công trộn khô (Dry Mixing) Trộn khơ q trình phun trộn xi măng khơ với đất có khơng có chất phụ gia Cơng nghệ sử dụng cần khoan có gắn cánh cắt đất, chúng cắt đất sau trộn đất với vữa xi măng bơm theo trục khoan, tóm lược qua sơ đồ sau: M¸y nÐn khÝ Xe tải Máy sấy Xi măng Nhà kiểm tra Bồn chứa khí Silo Nguồn điện Xi măng Thi công trụ Hỡnh 2.3 Sơ đồ thi công trộn khô Ưu điểm công nghệ trộn khô: Thiết bị thi công đơn giản; Hàm lượng xi măng sử dụng hơn; quy trình kiểm sốt chất lượng đơn giản cơng nghệ trộn ướt Nhược điểm công nghệ trộn khô: Do cắt đất cánh cắt nên gặp hạn chế đất có lẫn rác, đất sét, cuội đá, cần xuyên qua lớp đất cứng bê tông; Không thi công phần xử lý ngập nước Chiều sâu xử lý khoảng 15 ~ 20m 40 Hình 2.4 Thiết bị thi cơng theo công nghệ trộn khô 2.3.3.2 Công nghệ thi công trộn ướt (Wet Mixing, Jet-grounting) Trộn ướt trình bơm trộn vữa xi măng với đất có khơng có chất phụ gia Quá trình phun (hoặc bơm) chất kết dính để trộn với đất hố khoan, tuỳ theo yêu cầu thực hai pha khoan xuống rút lên mũi khoan thực pha rút mũi khoan lên Dùng máy khoan để đưa ống bơm có vịi phun vào tới độ sâu phải gia cố, bắt đầu bơm vữa xi măng, hệ thống cánh trộn trộn lẫn dung dịch vữa, xếp lại theo tỉ lệ có qui luật đất vữa theo khối lượng hạt Sau vữa cứng lại thành cột xi măng đất, tóm lược qua s sau: 41 Nước Xi măng Phụ gia Trộn Bồn chứa Bơm áp lực Kiểm soát độ sâu độ quay Tạo trụ Kiểm soát lưu lượng Hỡnh 2.5 Sơ đồ thi công trộn ướt Ưu điểm công nghệ trộn ướt: Phạm vi áp dụng rộng rãi, thích hợp với loại đất, thi cơng nước, phạm vi xử lý sâu trộn khơ, xử lý lớp đất yếu cục mà không ảnh hưởng đến lớp đất tốt, trình hình thành cường độ cọc đất gia cố diễn đồng hơn, chấn động nên hạn chế tối đa đến cơng trình lân cận Nhược điểm cơng nghệ trộn ướt: Hàm lượng xi măng sử dụng nhiều trộn khơ có xi măng theo dịng trào ngược đặc biệt đất có nhiều túi bùn rác hữu axit humic đất làm chậm phá hoại trình ninh kết hỗn hợp đất xi măng Do sử dựng máy sở di chuyển bánh xích, nên tính động cao, tốc độ làm việc thiết bị khoan lớn Đặc biệt, tổ hợp thiết bị trang bị hệ thống điều khiển đại, toàn thao tác thi công cọc gia cố tự động hóa theo chương trình, số liệu lượng xi măng sử dụng mét cọc hiển thị, lưu giữ in thành bảng kết thi cơng cho cọc Đây tiêu quan trọng đánh giá chất lượng thiết bị chất lượng cọc gia cố thi cơng 42 Hình 2.6 Thiết bị thi cơng theo công nghệ trộn ướt 2.4 Kết luận chương Trên sở so sánh, phân tích giải pháp xử lý đất yếu, tùy thuộc vào điều kiện kinh tế - kỹ thuật cụ thể công trình mà lựa chọn giải pháp xử lý cho phù hợp Giải pháp xử lý đất yếu cọc đất gia cố xi măng áp dụng rộng rãi Việt Nam 43 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG CHO KHU VỰC QUẬN 2, TP HCM 3.1 Lựa chọn giải pháp xử lý đất yếu 3.1.1 Quan điểm thiết kế 3.1.1.1 Tiêu chuẩn Các điều kiện địa chất khu vực dự án cho thấy lớp đất bề mặt khu vực dự án có lớp sét yếu với độ dày thay đổi từ 15m đến 39m Do tuyến đường dự án đường đắp xây dựng lớp đất bề mặt, tải trọng đường đắp lớp đất bề mặt gây độ lún lớn và/hoặc gây ổn định Để đảm bảo an toàn cho đường đắp, phương pháp xử lý đất yếu DSMC, PVDV PS đề xuất giai đoạn TKKT Phần trình bày tiêu chí thiết kế tiêu chuẩn tính tốn đề cập phân tích xử lý đất yếu TKKT [9], [10], [11] Các tiêu chuẩn áp dụng cho TKKT nguyên tắc Tiêu chuẩn Việt Nam Các tiêu chuẩn, hướng dẫn, dẫn sách tương đương tham khảo bước TKKT Các tiêu chuẩn áp dụng cho công tác thiết kế xử lý đất yếu cho dự án: - Quy trình khảo sát thiết kế đường ơtơ đắp đất yếu 22TCN 262-2000; - Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05; - Gia cố đất yếu – Phương pháp trụ đất xi măng TCVN 9403:2012; - Gia cố đất yếu bấc thấm thoát nước TCVN 9355:2012; - Quyết định số 384/QĐ-BGTVT ngày 07/02/2013 Ban hành kỹ thuật tạm thời kỹ thuật thi công nghiệm thu hạng mục xử lý đất yếu phương pháp hút cố kết chân khơng có màng kín khí xây dựng cơng trình giao thơng; - Quyết định số 3095/QĐ-BGTVT ngày 07/10/2013 Ban hành quy định tạm thời giải pháp kỹ thuật công nghệ đoạn chuyển tiếp đường cầu (cống) đường ôtô; 44 - Áo đường mềm - Các yêu cầu dẫn thiết kế 22TCN 211-06; - Qui trình thi cơng nghiệm thu lớp cát gia cố xi măng kết cấu áo đường ôtô 22TCN 246-98 3.1.1.2 Kết cấu đường đắp Kết cấu đắp áo đường thiết kế đường tuân theo quy định Việt Nam Độ dày áo đường giả định 1.0m Mái dốc đắp giả định 1(V) 2(H) mái dốc Phạm vi đường (ROW) bao gồm phần đường xe chạy, vỉa hè dải phân cách trình bày bảng 3.1 Cả hai khu vực 16.5m hai bên phạm vi đường dùng làm khu vực phục vụ thi công Công tác xử lý đất yếu thực phạm vi đường, không bao gồm đường công vụ bên theo ý kiến đạo Chủ đầu tư Hình 3.1 giới thiệu kết cấu đường đắp phạm vi xử lý đất yếu Cần lưu ý độ lún cố kết tiếp tục xảy ổn định đường đắp khu vực công vụ hai bên phạm vi đường không xử lý đất yếu khu vực [9], [10], [11] Bảng 3.1 Chiều dài, bề rộng tuyến, bề rộng khu vực công vụ Tuyến Chiều dài Km Bề rộng phạm vi đường m Bề rộng khu công vụ m R1 Đại lộ vòng cung 3.32 55.0 16.5m @ R2 Đường ven hồ trung tâm 2.92 29.2 16.5m @ R3 Đường ven sơng Sài Gịn 3.06 28.1 16.5m @ 11.6 - 11.6 - 22.6 16.5m @ Đường vùng châu thổ R4 Đường châu thổ Đường ven sông – Khu dân cư 2.52 45 16.5m 1(V) : 2(H) 16.5m ROW 1(V) : 2(H) y Đất yếu Khu vực xử lý Hình 3.1 Kết cấu đắp khu vực xử lý 3.1.1.3 Các thông số thiết kế vật liệu đắp áo đường Các thông số thiết kế vật liệu đắp áo đường giả định sau: - Vật liệu đắp + Khối lượng đơn vị : 18 kN/m3 + Góc ma sát : 30 độ + Lực dính : 2.0 kPa - Vật liệu áo đường + Khối lượng đơn vị : 22.5 kN/m3 + Góc ma sát : 40 độ + Lực dính : 0.0 kPa Các thơng số thiết kế cho vật liệu đắp (đắp cát) xác nhận cách sử dụng mẫu cát sử dụng trước q trình thi cơng đắp cát Các thí nghiệm phịng cần tiến hành: - Mật độ khối; - Thí nghiệm nưóc cố kết ba trục 3.1.1.4 Mực nước ngầm Dựa kết khảo sát, nước ngầm có mặt khu vực nông từ 0m đến 3m cao độ mặt đất Mực nước ngầm TKKT giả định với cao độ mặt đất tự nhiên 46 3.1.1.5 Tiêu chuẩn độ lún a Độ lún cho phép Bảng 3.2 trình bày độ lún cho phép, tức độ lún xảy vịng 15 năm sau hồn tất thi cơng kết cấu áo đường theo Tiêu chuẩn Việt Nam (22 TCN 21106, mục 1.3.5) Trong Tiêu chuẩn Việt Nam, độ lún cho phép định nghĩa từ 10-40cm tùy vào cấp đường, vận tốc thiết kế vị trí đắp đất yếu Tại Nhật, giá trị độ lún cho phép quy định Hướng dẫn xử lý đất yếu Hiệp hội đường Nhật Bản (2012) Theo hướng dẫn này, độ lún lại cho phép tim đường đắp nằm khoảng từ 10cm – 30cm vịng năm năm sau hồn tất thi công kết cấu áo đường Cần lưu ý độ lún cịn lại q lớn sau thi cơng gây tác động đến kết cấu xung quanh đắp hoạt động giao thơng Do đó, để hoạt động giao thông êm thuận giảm tác động kết cấu xung quanh khu vực đắp, hướng dẫn khuyến nghị giảm tổng độ lún đường gây sử dụng phương pháp xử lý thi cơng Hình 3.2 trình bày sơ đồ mối quan hệ thời gian độ lún Bảng 3.2 Độ lún cho phép theo Tiêu chuẩn Việt Nam [3] Vị trí đường đắp đất yếu Cấp đường Vận tốc thiết kế Gần mố Cống Đoạn đắp đường chui thông thường I, II III ≥80km/h ≤10cm ≤20cm ≤30cm III IV