Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc đất gia cố xi măng sử dụng xỉ lò cao theo công nghệ trộn ướt cho dự án tân hóa lò gốm,luận văn thạc sỹ xây dựng đường ô tô và đường thành phố

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Phạm Hồng Mỹ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG SỬ DỤNG XỈ LỊ CAO THEO CƠNG NGHỆ TRỘN ƯỚT CHO DỰ ÁN TÂN HĨA – LỊ GỐM Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô đường thành phố Mã số: 60.58.02.05.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS LÊ VĂN BÁCH TP Hồ Chí Minh (2014) MỤC LỤC Trang phụ bìa Mục lục Danh mục bảng biểu Danh mục hình ảnh, đồ thị PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Động lực nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài Ý nghĩa thực tiễn đề tài Kết cấu luận văn Chương 1: Tổng quan chung cọc đất gıa cố xi măng 1.1 Giới thiệu chung: 1.1.1 Phạm vi ứng dụng cọc xi măng đất 7 11 12 12 12 14 14 15 1.1.2 Ưu điểm bật cọc xi măng đất: 15 1.2 Quá trình hình thành, phát triển ứng 16 dụng cọc xi măng đất: 1.2.1 Khái niệm sơ lược lịch sử hình thành cọc xi măng đất 16 1.2.2 Phạm vi ứng dụng cọc xi măng đất 1.3 Tương tác hóa học thành phần 20 22 hỗn hợp đất xi măng: 1.3.1 Thành phần chất gia cố 22 1.3.2 Kinh nghiệm lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất 23 1.3.3 Các phản ứng hóa học 24 1.4 Tóm tắt nghiên cứu tổng quan 29 1.5 Kết luận 29 Chương 2: Cơ sở khoa học phương pháp gia cố 31 đất xi măng 2.1 Công nghệ thi công cọc đất gia cố xi măng 31 2.1.1 Công nghệ thi công 31 2.1.1.1 Công nghệ thi công trộn khô (Dry Mixing) 33 2.1.1.2 Công nghệ thi công trộn ướt (Wet Mixing) 34 2.1.1.3 Trình tự thi cơng 36 2.1.2 Các kiểu bố trí cọc xi măng đất 38 2.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp cọc đất gia cố 40 xi măng 2.2.1 Quá trình nén chặt học 40 2.2.2 Quá trình cố kết thấm 41 2.2.3 Quá trình gia tăng cường độ cọc gia cố sức kháng 44 cắt đất 2.3 Phương pháp tính tốn cọc đất gia cố xi măng 45 2.3.1 Tính tốn độ lún đường chưa xử lý đất yếu 45 2.3.2 Tính độ lún đường sau gia cố đất yếu 47 2.4 Nhận xét 50 Chương 3: Xử lý đất tạı dự án Tân Hóa - Lò Gốm 51 phương pháp cọc đất gia cố xi măng sử dụng xi măng xỉ lò cao theo công nghệ trộn ướt 3.1 Giới thiệu dự án Tân Hóa Lị Gốm 51 3.1.1 Giới thiệu dự án 51 3.1.2 Giới thiệu đặc điểm địa hình - địa chất, khí tượng - thủy 53 văn, mơi trường gói thầu XL8.TP4: từ Km1+401,45 đến Km1+842,73 3.2 Qui định kỹ thuật thi công nghiệm thu cọc đất gia cố 58 xi măng 3.2.1 Qui định kỹ thuật thi cơng 58 3.2.2 Giám sát, thí nghiệm quan trắc 66 3.3 Trình bày, phân tích kết thí nghiệm 67 3.3.1 Trình bày thí nghiệm 67 3.3.1.1 Các quy định pháp lý thí nghiệm 67 3.3.1.2 Đề cương thí nghiệm 69 3.3.1.3 Mục đích thí nghiệm 71 3.3.1.4 Lựa chọn vật liệu 72 3.3.1.5 Thí nghiệm ngồi trường 79 3.3.2 Phân tích kết thí nghiệm 3.4 Kết đạt gia cố đất yếu cọc đất gia cố 88 89 xi măng sử dụng xi măng xỉ lò cao Phần Kết luận kiến nghị 4.1 Kết luận 4.1.1 Đánh giá hiệu cơng trình nghiên cứu cọc xi măng đất 94 94 94 4.1.2 So sánh phương án móng cọc đất gia cố xi măng sử dụng 96 xi măng xỉ lị cao với phương án móng cọc đóng BTCT 4.1.3 Kết luận 4.2 Kiến nghị Các tài liệu tham khảo Phụ Lục 1: Kết thí nghiệm tıêu lý đất nguyên dạng Phụ Lục 2: Kết thí nghiệm nén nở hơng tự Phụ Lục 3: Bảng tổng hợp kết thí nghiệm bàn nén 97 98 101 102 103 105 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Công nghệ CDM (Cement Deep Mixing) áp dụng cho dự án lớn Bảng 1.2: Tóm tắt số liệu số cơng trình sử dụng cọc xi măng đất Việt Nam Bảng 1.3 Tỷ lệ xi măng tương ứng với loại đất khác Bảng 3.1: Sức nén đơn mẫu đất gia cố XM theo thời gian hàm lượng XM Bảng 3.2: Môđun đàn hồi E50 mẫu đất gia cố XM theo thời gian hàm lượng XM Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật cọc thí nghiệm bàn nén trường dự kiến Bảng 3.4: Quy trình tăng giảm tải cho hỗn hợp cọc xi măng đất Bảng 3.5: Bảng kết thí nghiệm Bảng 3.6: Các tiêu lý chủ yếu xi măng poóc lăng xỉ lị cao Bảng 4.1: So sánh phương án móng cọc đất gia cố xi măng sử dụng xi măng xỉ lị cao với phương án móng khác DANH MỤC HÌNH ẢNH – ĐỒ THỊ Hình 1: Cọc xi măng đất cho dự án Tân Hóa - Lị Gốm Hình 2: Đường dọc Kênh Tân Hóa – Lị Gốm thi cơng cải tạo Hình 1.1: Thi cơng cọc xi măng đất Hình 1.2: Thiết bị thi cơng cọc ximăng - đất Hình 1.3: Sử dụng cọc xi măng đất làm tường chắn cho hố đào sát nhà Hình 2.1: Máy khoan cần khoan hệ thống trộn bơm vữa xi măng Hình 2.2: Mơ sơ lược thiết bị quy trình thi cơng tường cọc xi măng đất theo cơng nghệ CDM SMW Hình 2.3: Thiết bị thi cơng theo cơng nghệ trộn khơ Hình 2.4: Sơ đồ thi cơng trộn khơ Hình 2.5: Thiết bị thi cơng theo cơng nghệ trộn ướt Hình 2.6: Sơ đồ thi cơng trộn ướt Hình 2.7: Sơ đồ bố trí cọc đất gia cố xi măng Hình 2.8: Mặt bố trí cọc xi măng đất dự án Tân Hóa – Lị Gốm (bố trí theo dạng vây) Hình 3.1: Một đoạn kênh Tân Hóa – Lị Gốm trước bị tắc nghẽn hình ảnh người dân vơ ý thức đổ rác xuống dịng kênh Hình 3.2: Bảo dưỡng mẫu Hình 3.3: Cơng tác thí nghiệm phịng Hình 3.4: Máy khoan lắp đặt giá đỡ bao gồm có động Diezen, 01 máy bơm Piston đầy đủ dụng cụ khoan khác Hình 3.5: Một số thiết bị phục vụ cho cơng tác trộn mẫu phịng Hình 3.6: Tương quan sức nén đơn theo thời gian Hình 3.7: Hình ảnh thí nghiệm bàn nén trường Hình 3.8: Quá trình khoan lõi lấy mẫu cọc đât gia cố xi măng cơng trường Hình 3.9: Biểu đồ quan hệ áp lực bàn nén chuyển vị (Áp lực nén kN/m2) PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố cũ lâu đời Pháp xây dựng từ năm 1850, gồm Gia Định Sài Gòn Chợ Lớn Đây Thành Phố cũ nằm dọc sông hạ lưu sông Đồng Nai dọc Sông Sài Gịn thuộc lưu vực sơng Mêkơng, tác động yếu tố tự nhiên, địa chất Thành phố Hồ Chí Minh có nhiều nguồn gốc: biển, vũng vịnh, sơng biển, bãi bồi hình thành nhiều loại đất khác nhau: nhóm đất phù sa biển với 15.100 ha, nhóm đất phèn với 40.800 đất phèn mặn với 45.500 ha, địa chất Thành phố Hồ Chí Minh đánh giá đất yếu Cho tới thời điểm nay, có nhiều phương pháp gia cố đất yếu, đặc biệt vùng đất yếu Nam Bộ nước ta, nơi có lớp đất bùn sâu vài chục mét như: dùng đệm cát, cọc cát, trụ vật liệu rời thoát nước thẳng đứng, cọc xi măng-đất, đất - vôi, cát - xi măng, bấc thấm, nhựa Trong đó, cơng nghệ cọc xi măng đất ứng dụng rộng rãi giới, Việt Nam từ năm 1981 áp dụng hàng loạt cho cơng trình nhà công nghiệp Việt Nam mang lại hiệu kinh tế cao (xem hình 1) Với giải pháp sử dụng cọc xi măng đất để gia cố đất yếu, vấn đề giải tốn kinh tế gia cố đất yếu tốn phức tạp có hướng giải Chính vậy, vấn đề “Nghiên cứu xử lý đất yếu phương pháp cọc đất gia cố xi măng sử dụng xỉ lị cao theo cơng nghệ trộn ướt cho dự án Tân Hóa - Lị Gốm” nhằm giải vấn đề khoa học thực tiễn, cấp thiết, góp phần hoàn thiện việc xây dựng phát triển hệ thống hạ tầng Thành phố Hồ Chí Minh Động lực nghiên cứu: Trong bối cảnh đất nước tiến lên đường cơng nghiệp hóa, đại hóa, tốc độ xây dựng Thành phố Hồ Chí Minh phát triển nhanh, việc cải tạo hạ tầng quận trung tâm Thành phố lớn Thực tế địi hỏi phải tìm phát triển cơng nghệ phù hợp với tình hình kinh tế thời kỳ độ Thành phố để xử lý đất yếu Việc xử lý đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải đất nền, cải thiện số tính chất lý đất yếu như: giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, trị số mô đun biến dạng, tăng cường độ chống cắt đất Tìm hiểu ngun nhân tính toán chế phá hoại cọc xi măng đất, để phát triển công nghệ cải tạo xử lý đất yếu, sở tận dụng nguyên liệu chổ, giảm giá thành xây dựng cơng trình, tiết kiệm vốn đầu tư ban đầu nhằm mục đích giảm khai thác nguồn nguyên vật liệu khác giúp cân sinh thái, ổn định môi trường, phù hợp với mục tiêu phát triển bền vững Mục tiêu nghiên cứu: Hiện với phát triển kinh tế đất nước, nhu cầu phát triển sở hạ tầng lớn cấp thiết Phần lớn cơng trình xây dựng đất hình thành cách tự nhiên mơi trường khác Do đất tự nhiên nhiều chưa đáp ứng khả chịu tải cơng trình nhà cửa, cầu cống, đê đập… xây dựng chúng, hay nói cách khác, khả chịu tải chúng so với tải trọng dự kiến Vì cần cải thiện tính chất đất phạm vi đới ảnh hưởng để chúng đủ sức chịu tải trọng thiết kế Trong thực tế có nhiều phương pháp để cải thiện tính chất đất yếu, phương pháp xử lý cọc xi măng đất Để góp phần cơng tác gia cố đất yếu, phát triển hạ tầng giao thơng nhanh chóng phù hợp với phát triển kinh tế Thành phố Hồ Chí Minh, việc sử dụng nguyên vật liệu chổ cọc đất gia cố xi măng gia cố đường giúp giảm giá thành sản phẩm cọc đảm bảo độ cứng độ bền đất giúp kết cấu bên làm việc có hiệu cao, xây dựng cơng trình có tải trọng lớn khu vực có tầng đất yếu dày thành phố Hồ Chí Minh (như vùng Nhà Bè, Bình Chánh, Thanh Đa, Chợ Lớn) số tỉnh đồng sông Cửu Long Nghiên cứu sở lý, sở thực nghiệm công nghệ phương pháp gia cố đất yếu cọc đất xi măng xỉ lò cao, nghiên cứu đặc điểm địa chất gói thầu XL8.TP4: Xây dựng bờ kè, đường dọc kênh, cầu bắc qua kênh, giếng tách dòng, cống bao từ Km1+401,45 đến Km1+842,73 Dự án thành phần số 4: Cải tạo kênh đường dọc kênh Tân Hố – Lị Gốm thuộc tiểu dự án Nâng cấp đô thị TP HCM – Dự án nâng cấp thị Việt Nam (xem hình 1) Qua thấy cọc xi măng đất giải pháp xử lý đất yếu hiệu để làm sở đề xuất áp dụng việc xử lý móng đất yếu cho cơng trình khác xây dựng giao thơng, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng, làm tường hào chống thấm cho đê đập, sửa chữa thấm mang cống đáy cống, gia cố đất xung quanh đường hầm, ổn định tường chắn, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố đường, mố cầu dẫn khu vực Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng thị Việt Nam nói chung Hình 1: Thi cơng cọc xi măng đất cho dự án Tân Hóa - Lị Gốm Phạm vi nghiên cứu: * Trên tuyến kênh Tân Hóa - Lò Gốm, vào tài liệu khoan, quan sát trường kết thí nghiệm phịng để thành lập mặt bố 10 trí hố khoan, hình trụ hố khoan, mặt cắt địa chất, bảng tổng hợp tiêu lý mẫu đất, bảng thống kê tiêu lý lớp đất Trong phạm vi từ mặt đất đến độ sâu khảo sát địa chất, đất cơng trình “Gói thầu XL8.TP4: Xây dựng bờ kè, đường dọc kênh, cầu bắc qua kênh, giếng tách dòng, cống bao từ Km1+401,45 đến Km1+842,73 Dự án thành phần số 4: Cải tạo kênh đường dọc kênh Tân Hố – Lị Gốm thuộc tiểu dự án Nâng cấp đô thị TP HCM – Dự án nâng cấp thị Việt Nam" (xem hình 2) Hình 2: Phạm vi dự án 90 nhanh tạo thành dạng hạt nhỏ, xỉ chứa nhiều ôxit như: Al2O3; SiO2; CaO; MgO; TiO2; v.v kích hoạt có mơi trường kiềm Tính chất Xi măng pooc lăng xỉ hạt lị cao có hàm lượng CaO tự thấp nên bền xi măng poóc lăng thường, lượng nhiệt tỏa rắn nhỏ - 2,5 lần Theo cường độ chịu nén xi măng pc lăng xỉ hạt lị cao chia làm mác : PC20; PC25; PC30; PC35; PC40 Ở nhiệt độ 300C, mức độ thủy hoá xi măng xỉ chậm mức độ thủy hoá xi măng pc lăng thơng thường Vì vậy, độ tuổi ngắn ngày, cường độ xi măng xỉ lò cao phát triển chậm so với xi măng thông thường Tuy nhiên, cường độ đạt lớn cường độ xi măng pc lăng thơng thường độ tuổi dài Cường độ xi măng xỉ lò cao chứa 50% xỉ lò cao tuổi 28 ngày với nhiệt độ dưỡng hộ 200C đạt tương tự cường độ xi măng thông thường Nếu nhiệt độ lớn 200C, cường độ xi măng xỉ lò cao đạt tới cường độ xi măng poóc lăng sớm (xem bảng 3.6) Hàm lượng xỉ lò cao xi măng xỉ lớn, phụ thuộc tốc độ phát triển cường độ vào nhiệt độ môi trường lớn.Trong hệ xi măng xỉ - nước, xỉ tham gia vào trình thủy hóa, đóng rắn phát triển cường độ, thành phần tích cực Xi măng thủy hóa tạo sản phẩm phụ canxihydroxit, sản phẩm phản ứng với cấu tử có xỉ tạo thành sản phẩm có tính chất kết dính làm tăng cường độ xi măng Trong xi măng, khoáng C3S khống có đóng góp lớn việc hình thành cường độ đá xi măng đóng rắn Khi hàm lượng C3S xi măng cao thường cường độ đá xi măng đặc biệt cường độ ban đầu lớn, đồng thời thủy hóa thải mơi trường thủy hố lượng Ca(OH)2 nhiều 91 Bảng 3.6: Các tiêu lý chủ yếu xi măng pc lăng xỉ lị cao Tên tiêu 1.Giới hạn bền nén sau 28 ngày Mác xi măng PC 20 PC 25 PC 30 PC 35 PC 40 20 25 30 35 40 3,5 4,5 5,5 6,0 6,5 - Bắt đầu, phút, không sớm 45 45 45 45 45 - Kết thúc, giờ, không muộn 10 10 10 10 10 Tốt Tốt Tốt Tốt Tốt 10 10 10 10 10 15 15 15 15 15 đêm, N/mm2, không nhỏ 2.Giới hạn bền uốn sau 28 ngày đêm, N/mm2, không nhỏ 3.Thời gian đơng kết: 4.Tính ổn định thể tích: -Thử theo phương pháp mẫu bánh đa -Thử theo phương pháp Lơsatơle, mm, khơng lớn 5.Độ mịn: Phần cịn lại sàng 0,08mm, %, khơng lớn Có thể mơ tả q trình thủy hóa, đóng rắn khống clanker phương trình hóa học sau: 2(3CaO.SiO2) + 5H2O = 3CaO.2SiO2.H2O + 3Ca(OH)2 (1) Q trình thuỷ hố sản phẩm thủy hóa khống C2S tương tự khống C3S, tốc độ thủy hóa chậm nhiều hàm lượng Ca(OH)2 thải 2(2CaO.SiO2) + 3H2O = 3,3CaO.2SiO2.2,3H2O + 0,7Ca(OH)2 (2) C3A thủy hóa theo phương trình sau: 3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O (3) 92 Khi có mặt thạch cao, C3A hydrat tạo thành hydrosunphơ aluminat canxi có cơng thức [3.CaO.Al2O3.3CaSO4 (30 ÷ 32) H2O], có tên gọi ettringit Trong điều kiện thủy hóa thơng thường xi măng, C4AF thủy hóa tạo thành sản phẩm hyđrat tổng hợp chứa sunphát tương tự : C3A3.CaO.Fe2O3.3CaSO4.(30÷32)H2O;3CaO.Fe2O3.CaSO4.12H2O (4) 3.CaO.Fe2O3 3CaSO4.(30 ÷ 32) H2O; 3CaO Fe2O3.CaSO4.12H2O (5) Sản phẩm phụ trình thủy hóa xi măng phản ứng với cấu tử xỉ tạo thành sản phẩm có tính chất kết dính theo phương trình phản ứng sau: 3Ca(OH)2 + 2SiO2 (vơ định hình) + H2O = CaO.2SiO2.H2O (6) 3Ca(OH)2 + Al2O3 (hoạt tính) + 6H2O = CaO.Al2O3.6H2O (7) 3Ca(OH)2 + Fe2O3 (hoạt tính) + 6H2O = CaO.Fe2O3.6H2O (8) Các sản phẩm thủy hóa tạo thành theo phương trình (6), (7), (8) làm tăng tỷ lệ rắn/lỏng hệ tạo cho xi măng xỉ có đường độ dài ngày cao so với mẫu xi măng OPC Kết xác định mức độ phân bổ lỗ hổng đá xi măng xỉ, lượng lỗ rỗng, nước tự canxi hydroxit nhiều so với xi măng thông thường Đây nguyên nhân làm tăng tính bền vững xi măng tuổi dài ngày Hoạt tính xỉ phụ thuộc nhiều vào kích thước hạt xỉ sau nghiền mịn Xi măng thủy hóa xảy ba giai đoạn: hồ tan, khuyếch tán phản ứng Các hạt xỉ có kích thước nhỏ phân bố mơi trường nước xen kẽ hạt xi măng Trong giai đoạn này, liên kết xi măng xỉ chưa xảy Lượng nước tự hệ lớn Giai đoạn diễn nhanh, xảy giai đoạn hòa tan Trong giai đoạn này, hạt có bề mặt tiếp xúc nước bắt đầu bị hòa tan Sau bề mặt hòa tan nước thẩm thấu vào bên để tiếp tục q trình hịa tan phần tử khác Tiếp theo giai đoạn khuyếch tán: Sau hoà tan tạo thành sản phẩm C-S-H giải phóng lượng canxi hydroxit CH (C= CaO, S= SiO2 93 H=H2O) Người ta nhận thấy có n điểm hồ tan tạo 0,7nC-S-H 0,61nCH khuyếch tán vào môi trường Sau khuyếch tán gia đoạn phản ứng: phần tử CH chuyển từ khống clanker vào mơi trường nước, có hạt xỉ bắt đầu thủy hóa, kích hoạt CH, hoạt tính xỉ tăng lên chúng phản ứng với để tạo thành C-S-H Trong thời gian khếch tán phản ứng, tinh thể CH di động ngẫu nhiên pha lỏng (nước) phân bố pha rắn (các hạt xi măng, tinh thể hydrat) Q trình hịa tan, khuyếch tán phản ứng diễn liên tục Khi lớp thực giai đoạn lớp tiếp tục giai đoạn Khi xảy phản ứng xỉ CH, tỷ lệ pha rắn hệ tăng lên đáng kể tỷ lệ pha lỏng giảm tương ứng Ngoài ra, theo chiều hướng này, khoảng không nước chiếm chỗ ngày bị chia cắt sản phẩm thủy hóa hạt xỉ xi măng chưa thủy hóa Lượng lỗ rỗng dài, thơng đá xi măng ngày cảng giảm Đây nguyên nhân làm cho xi măng xỉ lò cao ngày phát triển cường độ có độ cao, có khả bền vững môi trường xâm thực Kết đạt được: Do lượng nhiệt tỏa nên xi măng pc lăng xỉ hạt lị cao sử dụng để xây dựng cơng trình tích bê tơng khối lớn phù hợp với việc gia cố đất với cọc xi măng đất có tiết diện ≥ D600 Theo thời gian độ cứng cọc xi măng đất ngày đạt cường độ cao Ngoài xi măng xỉ lò cao sử dụng để xây dựng loại cơng trình khác xi măng poóc lăng thường giá thành lại thấp xi măng thường, lượng clinker dùng sản xuất xi măng giảm, góp phần hạn chế lượng khí thải từ q trình nung clinker khơng gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh 94 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận: 4.1.1 Đánh giá hiệu cơng trình nghiên cứu cọc xi măng đất: + Về tính sử dụng: Tăng khả chịu tải đất nền, tăng khả chống trượt mái dốc Giảm độ lún cơng trình, giảm ảnh hưởng cơng trình lân cận Ổn định vách hố đào, ngăn dòng thấm xâm nhập vào hố đào + Về công nghệ thi công: Công nghệ cọc xi măng đất có khả xử lý sâu, độ sâu cọc lên tới khoảng 40m ÷ 50m, với đường kính cọc từ 0,6m ÷ 1,2m Có thể kiểm tra địa chất cơng trình khoan nhờ thiết bị tự động đo ghi moment xoắn cần khoan Thích hợp với loại đất yếu (từ cát thô bùn yếu), thi công điều kiện ngập sâu nước điều kiện môi trường chật hẹp Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, khơng có yếu tố rủi ro cao Tiết kiệm thời gian thi công đến 50% chờ đúc cọc đạt đủ cường độ Rất thích hợp cho cơng tác xử lý nền, xử lý móng cho cơng trình khu vực đất yếu bãi bồi, ven sông, ven biển + Về kinh tế: Sử dụng vật liệu có sẵn, giá thành thấp (ximăng, đất chỗ số phụ gia) so với cọc nhồi cọc khoan nhồi bêtông cốt thép Thiết bị thi công không đắt Hiệu kinh tế cao Giá thành hạ nhiều so với phương án cọc đóng, đặc biệt tình hình giá vật liệu leo thang Địa chất cát phù hợp với công nghệ gia cố ximăng, độ tin cậy cao + Về môi trường: Hạn chế gây nhiễm mơi trường khơng có chất thải dung dịch bitonite cọc nhồi gây tiếng ồn q trình thi cơng Ngày nay, phát triển công nghệ thi công cọc đất gia cố xi măng thể qua ứng dụng thành công thực tiễn ngành xây dựng 95 cơng trình giao thơng Cơng nghệ thi cơng cọc đất gia cố xi măng có nhiều ưu điểm khắc phục nhược điểm phương pháp gia cố đất loại cọc khác: không làm ảnh hưởng chất lượng cọc lực ép đầu cọc nhỏ; khơng làm hóa mềm lịng đất đất lấy đất từ bên khoan, thi công nhanh, chấn động nhỏ khơng ảnh hưởng cơng trình lân cận; thi cơng khu diện tích chật hẹp thị có cơng trình kiến trúc lân cận khơng gây tiếng ồn; tận dụng tối đa chiều dài cọc, chặt bỏ đầu cọc thi công đài cọc; mở rộng đầu cọc để tăng sức chịu tải cọc… Ngồi cơng nghệ cọc xi măng đất theo công nghệ trộn ướt dùng để làm tường vây thi cơng tầng hầm nhà cao tầng, ổn định thành hố đào, chống trượt mái dốc, gia cố đất yếu, làm cọc chịu tải cho nhà xưởng, nhà cao tầng, bờ kè… Có thể nói ngồi ưu việt phương pháp thi công, công nghệ cọc xi măng đất mang đặc tính trì độ tin cậy cao, chất lượng đảm bảo, mơi trường sạch, an tồn, nhanh… Chính cọc xi măng đất ngày tin tưởng áp dụng rộng rãi, việc áp dụng công nghệ để gia cố đất dự án Tân Hóa - Lị Gốm chọn lựa xác có hiệu kinh tế cao so với công nghệ cũ Công nghệ mang lại hiệu cao, sức chịu tải cọc lớn tuyệt đối an tồn vệ sinh, khơng chấn động, không gây tiếng ồn Mặc dù việc áp dụng công nghệ cọc xi măng đất vào sử dụng, phải bước thực cách để kiểm tra kết quả, chất lượng trước thi công đại trà để đạt chất lượng hiệu tối ưu Áp dụng cọc xi măng đất xử lý đất đường dọc kênh Tân Hóa – Lị Gốm cơng tác cấp thiết cho nhu cầu sinh hoạt, lại người dân dọc hai bên bờ kênh khách vãng lai (khoảng triệu người hưởng lợi) hoàn cảnh đất nước thời kỳ độ với kinh phí xây dựng nằm nguồn vốn vay Ngân hàng giới (WB) giúp giảm giá thành ngồn vốn vay để dành sử dụng cho hạng mục khác 96 4.1.2 So sánh phương án móng cọc đất gia cố xi măng sử dụng xi măng xỉ lị cao với phương án móng cọc đóng BTCT: (xem bảng 4.1) Bảng 4.1: So sánh phương án móng cọc đất gia cố xi măng sử dụng xi măng xỉ lị cao với phương án móng khác: MĨNG CỌC MÓNG CỌC CỌC XI MĂNG ĐẤT BTCT ĐÚC SẲN (CỌC ĐÓNG) - Tùy theo điều kiện địa chất tải trọng cơng trình, phương án xử lý móng sử dụng móng cọc xi măng đất kinh tế so với cọc đóng khả chịu tải đầu cọc cao nên số lượng cọc móng giảm Thêm vào phần đài cọc, giằng móng giảm thiểu số lượng cọc ít, cọc thi cơng sát cơng trình bên cạnh (cách >=20cm) nên thiết kế đài cọc kiểu consol giúp giảm kích thước đài cọc - Cơng nghệ đơn giản dễ làm, tính tốn tải trọng tương đối xác, chênh lệch tải trọng độ sâu cọc lớn - Thiết bị thi cơng nhỏ gọn nên thi cơng điều kiện xây dựng chật hẹp Không gây ảnh hưởng phần móng kết cấu cơng trình kế cận - Thiết bị thi cơng lớn cồng kềnh, thi cơng cơng trình có mặt lớn, thi công tạo tiếng ồn cao, có thề gây chấn động ảnh hưởng đến kết cấu cơng trình kế cận - Xi măng rót liên tục từ đáy - Có nhiều khớp nối từ dẫn đến hố khoan lên nên cọc liên sai lệch đóng sâu, chịu tải khơng tục, khơng có khớp nối cọc tâm đóng, đảm bảo truyền tải trọng tâm - Thi công chậm phải đúc cọc, chờ - Thời gian thi công nhanh Thực bê tông đạt cường độ, tiến hành sau tập kết đủ đóng cọc thử để xác định chiều dài cọc, sau tiến hành đóng cọc vật tư xe máy đến trường đại trà - Có thể khoan xuyên tầng đất cứng - Không biết địa chất bên dưới, Khi gặp chướng ngại vật tầng đóng cọc dễ xảy độ chối giả, gây đất tốt giả định khoan phá để chênh lệch tải trọng tim cọc, 97 xuống sâu đến tầng chịu lực từ tính tốn phải đặt hệ số an tồn lớn khơng tiết kiệm chi phí cho cơng trình - Đường kính cọc tăng giảm tùy theo tớnh toỏn: ỵ300, 350, 400, 500, 600, - Ch áp dụng cho loại cọc nhỏ 250x250, 300x300, 400x400 800, 1200 … - Tính an tồn lao động cao cọc đóng - Tính an tồn lao động thấp, gây nguy hiểm cho cơng nhân thi - Gía thành thấp cọc đóng cơng - Giá thành tương đối cao 4.1.3 Kết luận: Hiện với phát triển kinh tế đất nước, nhu cầu phát triển sở hạ tầng lớn cấp thiết Phần lớn cơng trình xây dựng đất hình thành cách tự nhiên môi trường khác Do đất tự nhiên nhiều chưa đáp ứng khả chịu tải cơng trình nhà cửa, cầu cống, đê đập xây dựng chúng, hay nói cách khác, khả chịu tải chúng so với tải trọng dự kiến Vì cần cải thiện tính chất đất phạm vi ảnh hưởng để chúng đủ sức chịu tải trọng thiết kế Trong thực tế có nhiều phương pháp để cải thiện tính chất đất yếu, phương pháp xử lý cọc xi măng đất Cọc xi măng - đất giải pháp xử lý đất yếu Nhằm xử lý móng, đất yếu cho cơng trình giao thơng, xây dựng, thủy lợi, sân bay, bến cảng… làm tường hào chống thấm cho đê đập, sửa chữa chống thấm cho mang cống, đáy cống, gia cố đất xung quanh đường hầm, ổn định tường chắn, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố đường, mố cầu dẫn… Cọc xi măng đất hỗn hợp đất nguyên trạng nơi gia cố xi măng phun xuống đất thiết bị khoan phun Mũi khoan khoan xuống làm tơi đất đạt độ sâu lớp đất cần gia cố quay 98 ngược lại dịch chuyển lên Trong trình dịch chuyển lên, xi măng phun vào đất (bằng áp lực khí nén hỗn hợp khơ bơm vữa hỗn hợp dạng vữa ướt) Một thông số quan trọng thiết kế cọc xi măng đất lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất hợp lý; ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất vật liệu, sức chịu tải giá thành cơng trình Xử lý đất yếu cọc xi măng đất nước ta mẻ Một tiêu quan trọng thiết kế cọc xi măng đất lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất Để lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất phù hợp với loại đất cần phải xử lý, phải nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ xi măng với đất đến tính chất hỗn hợp vật liệu, sức chịu tải cọc đơn, sức chịu tải đất sau gia cố kinh nghiệm lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất loại đất khác cần phải xử lý Chính vậy, vấn đề “Nghiên cứu gia cố phương pháp cọc đất gia cố xi măng theo công nghệ trộn ướt sử dụng xi măng xỉ lò cao cho dự án Tân Hóa - Lị Gốm” nhằm giải vấn đề khoa học thực tiễn, cấp thiết, góp phần hoàn thiện việc xây dựng phát triển hệ thống hạ tầng Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng Việt Nam nói chung 4.2 Kiến nghị: Cọc xi măng đất chủ yếu sử dụng mặt đất để cải thiện kè cho đường, cải thiện ổn định sườn dốc, giảm chuyển vị thẳng đứng chuyển vị ngang Khả chịu lực cọc xi măng đất hình cột tương đối lớn tải thẳng đứng Hơn nữa, cọc xi măng đất có khả chống lại áp lực bên tác động vào thời điểm uốn nên thường sử dụng để ổn định đường Vì tới nên mạnh dạn ứng dụng công nghệ để xử lý đắp đất yếu đoạn đường đầu cầu Ngoài ra, ứng dụng cọc xi măng đất để làm tường chắn, vách tầng hầm, chống ổn định mái dốc… đạt hiệu cao kinh tế - kỹ thuật 99 Cọc xi măng đất chuyên trị tầng đất yếu bên cấu trúc tương tự trường hợp dùng phương pháp thay Sự cải thiện đạt ổn định cao, áp dụng cho cấu trúc nặng nề lâu dài nhà cao tầng, đường công trình bến cảng Một cơng nghệ trở nên phổ biến giá thành xây lắp giảm ưu điểm phương pháp xử lý cọc xi măng đất nâng cao Từ nghiên cứu ta đề xuất hướng nghiên cứu sau: - Về tỷ lệ hỗn hợp tối ưu : Nghiên cứu thêm nội dung xi măng tối ưu phịng thí nghiệm mẫu hỗn hợp trộn lẫn, so sánh mật độ khô với mật độ ướt Tỷ lệ mẫu vật phịng thí nghiệm hỗn hợp (nước / xi măng) lĩnh vực pha trộn - Về tương quan cường độ mẫu vật phịng thí nghiệm cọc xi măng đất trường: Cường độ cọc xi măng đất phụ thuộc vào biện pháp thi cơng trường sai biệt đến 10% Do tính tốn phải nghiên cứu thêm độ khác biệt cường độ phịng thí nghiệm trường Tập hợp, đánh giá số liệu thí nghiệm từ cơng trình áp dụng cơng nghệ cọc đất gia cố xi măng để đưa quy định thi công nghiệm thu chuẩn mực công tác chế bị, nén mẫu thí nghiệm phịng trường để có số liệu xác phản ánh thực tế hơn, chất lượng loại thiết bị thi công cọc đất - Về phụ gia sử dụng cho cọc xi măng đất: Tiếp tục nghiên cứu để đánh giá ảnh hưởng phụ gia trộn dung dịch vữa xi măng, ảnh hưởng chất liệu xi măng xỉ lò cao việc ảnh hưởng đến tuổi thọ cơng trình hay yếu tố khác - Về lĩnh vực quản lý đảm bảo chất lượng : Cần phát triển tối ưu hóa quản lý chất lượng, đảm bảo cho cọc xi măng đạt tối ưu cường độ tuổi thọ cơng trình Mơ hình hóa chuyển vị nền, cọc xi măng đất phương pháp quan sát thi công 100 cọc xi măng đất, phịng thí nghiệm kiểm tra mẫu vật hình thành từ lúc lấy mẫu , thử nghiệm phịng thí nghiệm mẫu lõi , kiểm tra tra tải trọng cột địa vật lý Tóm lại: Sử dụng cọc đất gia cố xi măng trình phát triển phổ biến rộng rãi, bước đầu phát huy số ưu điểm hẳn biện pháp gia cố đất loại cọc sử dụng trước Khi đắp đường trực tiếp đất yếu biến dạng lớn, thời gian cố kết tác dụng tải trọng đất đắp kéo dài Vì đường cần phải xử lý Khi sử dụng phương pháp xử lý đất yếu truyền thống giếng cát, bấc thấm có làm tăng tốc độ cố kết đường thời gian thi cơng kéo dài phải đắp gia tải Mặc khác sử dụng phương pháp giếng cát bấc thấm để đạt hiệu việc xử lý cần phải đắp lượng đất đắp với chiều cao lớn thời gian gia tải Phương pháp xử lý cọc đất gia cố xi măng khả làm giảm độ lún đường cải thiện rõ rệt, tốc độ thi cơng ngắn sau q trình thi cơng xử lý xong triển khai thi cơng lớp kết cấu móng, mặt đường bên trên, đưa cơng trình vào sử dụng khai thác nhanh chóng, mang lại hiệu kinh tế cao thân thiện với môi trường đảm bảo mục tiêu phát triển bền vững 101 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ GTVT (2006), “Áo đường mềm - yêu cầu dẫn thiết kế - 22TCN 211-06”, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội Bộ GTVT (2006), “Đường ô tô – Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 4054 – 2005”, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội Bộ GTVT (2001), “Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm - 22TCN 274-01”, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội Phân viện khoa học GTVT phía Nam (2004), “Báo cáo kết dự án nghiên cứu sử dụng nguồn vật liệu địa phương chỗ, gia cố với chất dính kết vô để xây dựng đường ôtô đồng sông Cửu Long”, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội PGS.TS Nguyễn Quang Phúc (2008), “Thiết kế mặt đường ôtô”, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội Công Ty TVTKCN & XDGT (2007), “Báo cáo đầu kỳ, nghiên cứu thiết kế catalog định hình kết cấu áo đường cho khu vực TP Hồ Chí Minh”, Khu QLGTĐT Số 1, TP Hồ Chí Minh Cơng ty Tư Vấn XD Bà Rịa Vũng Tàu, “Báo cáo Địa Chất Cơng trình Đường Liên Cảng Cái Mép – Thị Vải Đọa Tuyến (Km7+199.25 đến km 9+612.64)” TCXDVN 385 – 2006, “Phương pháp gia cố đất yếu trụ đất xi măng”, Bộ Xây Dựng, 2006 Các ảnh tư liệu mạng internet nước thực tế dự án Tân Hóa Lị Gốm xử lý đường 102 PHỤ LỤC Kết thí nghiệm tıêu lý đất nguyên dạng: 103 PHỤ LỤC Kết thí nghiệm nén nở hơng tự do: 104 PHỤ LỤC Bảng tổng hợp kết thí nghiệm bàn nén