Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa cá chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xi măng đất phục vụ tính toán xử lý nền đất yếu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIEN NÔNG THON

ĐẶNG ĐÌNH THÀNH

XÂY DUNG MOI QUAN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA CAC

CHÍ TIEU CƠ LY CUA VAT LIEU XIMANG DAT PHỤC VỤ

TINH TOAN XU LY NEN DAT YEU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội, 2011

DANG ĐÌNH THÀNH

XÂY DUNG MOI QUAN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA CAC CHÍ TIÊU CƠ LÝ CUA VAT LIEU XIMANG DAT PHUC VỤ

TINH TOÁN XỬ LÝ NEN DAT YEU

Chuyên ngành: Xây dựng Công trình Thuy

ai số:60-58-40.

LUẬN VĂN THAC

Người hướng dẫn khoa học:

1.PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng

2 — TS Phan Trung Giang

Hà Nội, 2011

Luận văn “Xây dựng mỗi quan hệ thực nghiệm giữu các chi tiêu co lý của vật liệu xi măng đất phục vụ tính toán xứ lý nền đất yễw” được hoàn.

thành với đầy đủ nội dung nghiên cứu, dip ting yêu cầu đặt ra

Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thay cô giáo Phòng Đào Tạo Đại

học và Sau Đại học, các Thay cô giáo các bộ mon của Trường Đại học Thu

lợi đã tận tình giáp đỡ và truyền đạt kiến thức trong suất thời gian tác giả học

Tập tại trường,

Xin bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng, TS Phan Trường Giang, NCS Phùng Vĩnh An đã dành nhiều tâm huyết và long tận tình hướng dẫn dé tác gid hoàn thành luận văn này.

Nhân đây tác giả cũng xin chân thành cảm ơn GS Nguyễn Công Man, giảng viên Trường Đại học Thuỷ Lợi, ThS Đỗ Thế Quynh, ThS Vương Xuân

Huynh cùng toàn thé cán bộ Trung tâm Công trình Ngẫm- Viện Thuỷ công đã

nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác giả công tác cũng như trong

nghiên cứu khoa hoc

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, các ban cing lớp,

các bạn đồng nghiệp đã đồng gop ý kiến, động viên, cỏ vit cho tác giả trong

quá trình hoàn thành luận vănXin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày thang 10 năm 2011

'Tác gia luận văn

Ho va tên : Dang Đình Thanh Giới tính: Nam

"Ngày, tháng, năm sinh: 14/05/1985 Nơisinh: Bie Ninh

Qué quán: TT Chờ -Yên Phong - Bắc Ninh Dan tộc: Kinh“Chức vụ, đơn vị công tác trước khi đi học tập, nghiên cứu:

`Nghiên cứu viên Viện Thuỷ Cong Viện Khoa học Thủy lot Việt Nam,Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc

“Số 46 ngõ Liên Việt- Tây Sơn - Đống Ba - Hà Nội

Điện hoại cơ quan: (04) 62761037 Điệnthoạinhà iếng

Hệ đào ạo: —— Chínhgquy “Thời gian từ 09/2003 đến 06/2008Noi học “Trường Đại học Thủy lợi — Hà nội

"Ngành hoe: Công tinh Thủy lợi

‘Ten dé án tốt nghiệp: Thiết kế hồ chứa Bản Lái

luận án hoặc th tốt nghiệp: 06/2003 tai Hà NộiS Nguyễn Cảnh Thái

"Người hướng dân: T

Hệ đào tạo : Chính quy “Thời gian từ 9/2009 đến 5/2010

Noi học + Trường Đại học Thủy lợi — Hà nộiNgành học: Xây dựng Công tinh thuỷ

Ten luận van: Nay đựng mới quan hệ thực nghiệm giữa các chỉ tiêu cơ lý của vật

lieu Ximang đất phục vụ tính toán xử lý nến đấi yếu

"Người hướng dẫn PGS.TS, Nguyễn Quốc DũngTS, Phan Trường Giang

Ngày và nơi bio vệ: —— 06/2011 tai Ha Noi

4 Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Ảnh

5 Học vi, hoc hàm, chúc vụ kỹ thuật được chính thúc cấp; số bằng, ngày cấp và nơi cấp:

Nơi cấp Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội

TIT Qu, tranh ceng tục chuyền men tố khi tèt nghidp ®14 hic

¬ Ngang Cong việc dim

a gan oi cong tác see

062008 + | Trung tim uỷ Công — Viện Khoa hoe Thuy lợi Viet |

X,e hiac¬ quan cangNgày — tháng 10 nam 2011

(Ký tên, đồng dấu) "Người khai ký ten

ang Đình Thành.

MO ĐẦU

CHƯƠNG I.

TONG QUAN VỀ TÍNH CHAT CUA VAT LIEW XI MĂNG ĐÁT

1.1 TONG QUAN VỀ DAT

1.1.1 Khái niệm về dit yếu và các tinh chit của dit yêu

1.1.2 Sự phân bổ và tính chất các vùng đất yêu ở Việt Nam, 9 1.1.3 Những vấn đề kỹ thuật khi xây dựng công trình trên dat yé

12 TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ TRON SAU VÀ VAT LIEU

XIMĂNG-ĐÁT "

1.2.1 Lich sử phát tiễn, phân loại công nghệ rộn sâu "12.2 Tỉnh hình n cứu và ứng dụng công nghệ trộn sâu rên thể giới 1

1.2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam 4

1.3 CƠ CHE LAM CỨNG CUA COC XIMANG DAT 7

1.3.1 Giải đoạn hoà tan, 181.32 Giải đoạn hoá keo 191.3.3 Giải đoạn kết tinh, 19

14 CÁC YÊU TO ANH HƯỚNG TỚI TINH CHAT CUA VAT LIEU XI MĂNG DAT 19 1.4.1 Loại đất 20 1.4.2 Ảnh hưởng của tuổi Ximăng đất 2

1.4.3 Ảnh hưởng của chất kết dinh 23

1.4.4 Ảnh hưởng của him lượng xi ming 2

1.4.5 Ảnh hưởng của lượng nước 25

1.5 KẾT LUẬN 26

CHƯƠNG 2 27

PHƯƠNG PHAP THIET KE XỬ LÝ

CQC XI MĂNG BAT

2.1 CAC TIEU CHUAN HIEN HANH VE PHƯƠNG PHAP TÍNH TOÁN XỪ LY NÊN DAT YEU BANG COC XIMANG DAT 2r

2.1.1 Hệ thống tiêu chuẩn Vị

DAT YEU BẢNG

‘Luan van Thạc sĩ Ding Dinh Thành

2.1.2 Hệ thống tiêu chuẩn nước ngoài 2

2.1.3 Các Tiêu chuẩn khác có liên quan trong và ngoài nước gồm 27 3.2 MỤC ICH GIA CO BAT YEU BANG COC XIMANG BAT 28

23 TINH TOÁN XỬ LÝ NEN BANG COC XIMANG DAT VA CÁC VAN BE

ĐẶT RA 302.3.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm cột lim việc như “cọc” 30

2.3.2 Phuong pháp tính toán theo quan điểm như nên tương đương, 3

2.3.3 Phương pháp tỉnh toán theo quan điểm hỗn hợp, 36

2.4 KET LUẬN 7 XAY DỰNG MOI QUAN HỆ GIỮA CAC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CUA VAT LIỆU XI MĂNG DAT 39 3.1 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CAC CHỈ TIÊU CUA CoC XIMANG DAT TRONG THIET KE 39

3.1.1 Giới thiệu chung 39

3.1.2 Phương pháp thí nghiệm xác định chi tiêu cơ lý của vật liệu Ximăng đắc 44 3.2 MỘT SO KET QUA THÍ NGIEM KIÊM TRA CHAT LƯỢNG COC

XIMANG DAT 45

3.2.1 Quy tình thí nghiệm đánh giá chất lượng cọc Ximăng đất 45

3.2.2 Mật số kết quả thí nghiệm xác định chi tiêu cơ lý của cọc Ximang đ 7

3.3 XÂY DỰNG BIEU DO QUAN HỆ GIỮA CƯỞNG DO NEN NỞ HONG CUA VAT LIEU XIMANG ĐẤT VỚI HAM LƯỢNG CHAT HỮU CƠ TRONG.

DAT 47

3.4 XÂY DỰNG MOI QUAN HỆ GIỮA CƯỜNG ĐỘ NEN NỞ HONG qu VỚI GÓC MA SÁT TRONG ọ VÀ LỰC DÍNH BON VỊ € CUA VAT LIEU

XIMANG DAT 49

3.4.1 Xây dựng mỗi quan hệ giữa các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu Ximăng đắt đổi với đất nền miền Bắc 49 3.4.2 Xây dựng mối quan hệ giữa các chi tiêu cơ lý của vật liệu Ximăng đất đối với dit nên miễn Trung si

3.43 Xây dưng mỗi quan hệ giữa các chỉ iêu cơ lý của vật liệu Ximăng đất đối

với đất nền miền Nam 5

3.5 KET LUẬN 56

CHƯƠNG 4.

“TÍNH TOÁN XỬ LÝ NEN KE KIÊN GIANG BANG CỌC XIMANG DAT 58

4.1 TONG QUÁT CÔNG TRÌNH KE KIÊN GIANG s

4.11 Điều kiện vi địa lý di hình, địa mạo s

4.1.2 Địa chất công trình 59

4.1.4 Các thông số cơ bản của công tình o

4.1.5 Các chỉ tiêu tính toán thiết kể 62

42 TÍNH TOÁN THIẾT KE CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH 63 4.2.1 Thiết kế các kích thước hang mục công trình 6

4.2.2 Sơ bộ tinh toán ồn định các hang mục công trình 66

4.2.3 Tỉnh toán sức chịu ải của nền mỏng tưởng kệ 20

4.3 LỰA CHỌN CÁC CHÍ TIÊU TÍNH TOÁN DỰA VÀO MOI QUAN HE

Qp VỚI ọ,C, ECUA VAT LIEU XIMANG DAT n

4.3.1 Phuong án gia co T2

4.3.2 Lựa chọn các chỉ tga tinh toán diva vào mỗi quan hệ qu với gC, E củavật liệu Ximăng đ n

4.4 TINH TOÁN THIET KE XU LÝ NEN 7

4.4.1 Tinh toán ste chịu tải của nền 73

4.4.2.Tinh toán ôn định tổng thể 74.4.3 Tinh toán độ lún 7

4.5 KET QUÁ QUAN TRAC SAU KIII THI CÔNG 78 46 KẾT LUẬN 8L KET LUẬN KIÊN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO s2555555555cccezerrexrerreraB8

PHY LỤC 84

‘Luan van Thạc sĩ Ding Dinh Thành

1 TINH CAP THỊ

at nước ta dang trong thoi ki phát triển mạnh mẽ, vi c xây dựng các

công trình nói chung và công trình Thủy lợi nói riêng để phục vụ cho nhu cầu thực tiễn là rất lớn Tuy nhiên việc xây dựng các công trình ấy cũng gặp những khó khăn nhất định, nhất là việc xây dựng các công trình trên nền đắt

Trong việc thiết kế và xây dựng các công trình trên nền đất yếu cũng đã sử dụng một số biện pháp sau: Thay đất yếu của nền cũ bằng lớp đất mới có tính chất tốt hơn ; Gia cổ nền bằng cọc tre, cọc trim v một số ứng dụng các công nghệ tiến tiền như: Xứ lý nén bằng bắc thám; Đệm cat; Coc cát; Coe đá; Coe bê tông cốt thép Tuy nhiên qua các biện pháp trên đã bộc lộ một số giới hạn như: Hiệu quả thấp, không tận dụng được khả năng làm việc của dat nền,

thí công phụ thuộc vio điều kiện thời tiết

Hiện nay trên thé giới công nghệ Jet-Grouting tạo cọc xi măng đất dang

được ứng dụng rộng rãi và có giá trị về nhiều mặt Ở Việt Nam ta, việc ứng

‘dung công nghệ này vào xử lý nền công trình đã đạt được một số kết quả nhất định Ưu điểm của công nghệ là tốc độ thi công nhanh, it phụ thuộc vào yếu tổ thời tiết, không ảnh hưởng tới môi trường, một phần vật liệu tạo cọc chính là dat nền, do vậy điều kiện vật liệu luôn đảm bảo, xử lý hiệu quả khi tang đất yếu day.

Tuy nhiên, việc tính toán thiết kế xử lý nền thế nảo lại phụ thuộc rất lớn vào chỉ liêu cơ lý của cọc xi ming dit Chính vì vậy, để thiết kế xử lý nền đảm bảo được tính kinh tế và kĩ thuật thì để tai đựng mỗi quan hệ thực

nghiệm giữa các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xi măng đất phục vụ tính toán xử lý nền đắt yếu” là thiết thục và không th thiểu trong gia đoạn hiện nay

2 MỤC DICH CUA DE TÀI

- Dựa vào tài liệu trong và ngoài nước, kết quả nghiên cứu thí nghiệmtrên một công trình cy thé đã thực hiện

+ Xác định các yếu t6 địa chat ảnh hưởng tới tinh chat cọc xi măng đất.

+ Xây dựng mối quan hệ thục nghiệm giữa cường độ nén không nở

hông q, với mô duyn đàn hồi E, góc ma sát trong @, lực đính đơn vị C cho một số loại dat điển hình phục vy tính toán xử lý nền dat yếu.

- Phạm vi nghiên cứu

Coc xi măng đắt thi công bằng công nghệ Jet -grouting 3 CÁCH TIẾP CAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 CáchÉp cận

3.1.1 Tiếp cận trên cơ sở đánh giá nhu cầu.

Hiện nay việc xây công trình trên nền đắt yếu ở nước ta là rất lớn Các giải pháp xử lý nền hiện có chỉ đáp ứng được một phần nhu cầu này Việc.

nghiên cứu và ứng dụng cọc ming-dit thi công bằng công nghệ Jet- grouting

là yêu cầu cấp bách.

3.1.2 Tiếp cận trên cơ sở đảm bảo các tiêu chuẩn hiện hành ~ Các tiêu chuẩn xử lý nền công trình trên nền đất yếu.

- Các tiêu chuẩn vé vật liệu.

3.1.3 Tiếp cận với thực tiễn công trình.

- Qua các công đã ứng dụng cọc xi mang đất thấy rằng việc lựa chọn

các chỉ tiêu tính toán ban đầu thường lấy theo một công trình tương tự nào đó.

Việc lựa chọn các chỉ tiêu này rt khó khăn, do ban đầu không có những công trình và nghiên cứu cụ thể về vấn đề nay Các kết quả thí nghiệm về cọc xi măng đất chỉ có mỗi giá trị qạ Đối với người thiết kế, chỉ mỗi giá trị qy thì không biết chọn các chỉ tiêu ø, C, E như thé nào? Vậy mỗi quan hệ giữa q, và @,C, E như thé nào, và lựa chọn yếu tố địa chất nào ảnh hưởng tới q,?

‘Luan vấn Thạc sĩ Ding Dinh Thành

~ Hiện nay, do các công và nghiên cứu về xi măng đất tương đối nhiều, vi vậy có thé xây dựng mỗi quan hệ trên bằng công thức kinh nghiệm.

314 iép cận trên cơ sở Hợp tác Quốc tế

~ Công nghệ thông tin ngày cảng phát triển cho phép tiếp cận nhanh chóng với các tiến bộ kỹ thuật của thé giới.

~ Tham khảo ý kién chuyên gia nước ngoài.3.2 Phương pháp nghiên cứu.

- Phương pháp thu thập thông tin

+ Thu thập từ các đề tải nghiên cứu, sách báo nói về việc xử lý nên đất yếu bằng cọc xi măng đất thi công theo công nghệ Jet- grouting

+ Dự án liên quan đến xử lý nên đất yếu bằng cọc xi măng dat thi công.

theo công nghệ Jet- grouting

+ Thu thập tir mang Internet công nghệ xử lý nền đất yếu bằng cọc xi

+ Xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa cường độ nén không nở

hông q, với mô duyn đàn hồi E, góc ma sát trong ọ, lực dính đơn vị C.

CHƯƠNG 1

TONG QUAN VE TÍNH CHAT CUA VAT LIEU

XI MANG DAT

1.1 TONG QUAN VE DAT YEU

1.1.1 Khái niệm về đất yếu và các tính chất của đất yếu.

Đắt yếu là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0.5 ~ 1,0 daN/cm’) có tính nén lún lớn, hằu như bão hoà nước, có hệ số rỗng lớn (e>1), dạng thấp (E,<50 daN/em)), lực chống cắt nhỏ Nói chung các

thưởng có những đặc điểm sau:

ất sét có lẫn hữu cơ hoặc nhiều hoặc ít

~ Hàm lượng nước cao và trọng lượng đơn vị thé - Tính thắm nước rit nhỏ

~ Cường độ chống cắt nhỏ và tính nén lún cao.

Với những đặc tính nêu trên nếu không có các biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên đất yếu sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực

hiện được.

Về nguồn gốc, đất yếu có thể được thành tạo trong điều kiện lục dia, Tay theo thành phần vật chất, phương pháp và

vũng vịnh hoặc vịnh bí

kiện hình thành, vị trí không gian, điều kiện địa lý và khí hậu mà tồn tại các loại đất yếu khác nhau như đất sét mềm, cát hạt mịn, than bùn, các loại trim tích bị mùn hóa, than bùn hóa Việt Nam chúng ta thường gặp các loại đất

yếu sau đây.

LLL Bin

Theo quan điểm địa chất thi bùn là các lớp đất mới được tao thành trong môi trường nước ngọt hoặc trong môi trường biển, gồm các hạt rat mịn

(nhỏ hơn 200 1) với tỷ lệ phần trăm các hat < 2 41 cao, bản chit khoáng vật‘Luan vấn Thạc sĩ Ding Dinh Thành

thay đổi và thường có kết cấu tổ ong Theo quy phạm Liên Xô SNIP II-1.62 thi bin là trim tích thuộc giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại

sét, được thành tạo trong nước, có sự tham gia của các quá trình vi sinh vật.

‘Theo thanh phan hạt, bùn có thể là á cát, á sét và cũng có thé là cát mịn va đều có chứa một hàm lượng hữu cơ nhất định (đôi khi đến 10-12%), càng xuống sâu hàm lượng này càng giảm Trong thành phan khoáng vật của bin biển

thường chứa nhiều khoáng vật sét thuộc nhóm ilit và mônmônilônit Trong

bùn nước ngọt thì có nhiều ilit và kaolinit.

Khả năng chịu tải của bùn rất nhỏ, biển dang rất lớn, mô dun biến dang chỉ vào khoảng 1-5 daN/em? (với bùn sét) và từ 10-25 daN/em® (với bùn á sét

và bùn á edt), hệ số nén lún thi có thé đặt tới 2-3 cm/daN,

4.1.1.2 Bàn thấi

Bin thối là loại bùn nước ngọt, được hình thành từ sản vật phân rã xác Chủ yếu là thực vật đưới vùng nước dong, chứa trên 10% khối lượng vật chất

hữu cơ dưới dạng mùn và tần tích thực vật

Bùn thối có hệ số rỗng e, > 3, độ sệt B > 1, tính phân tin cao, lượng chứa các hạt lớn hon 0,25 mm thường không vượt quá 5% theo khối lượng,

1.1.1.3 Than bùn

La loại dit hữu cơ được hình thành từ các thực vật chết khô tự nhiên vùng dim lay chưa phân hủy hoàn toàn do không đủ dưỡng khí trong điều kiện độ âm cao, chứa trên 50% khối lượng các vật chất hữu cơ Than bùn có dung trọng khô rất thấp (3-9 kN/m’), hàm lượng hữu cơ chiếm từ 20-80%, thường có màu den hoặc nâu sim, cấu trúc không min, côn thấy tàn dư thực

1.1.1.4 Dat than bùn

Dat than bùn là loại đất cát và dat sét, chứa 10 đến 50% khối lượng

than bùn khi cân khô

1.1.1.5 Dat sét mềm

‘Dat sét mềm là các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, bão hỏa nước và có cường độ cao hơn so với bùa Theo cách phân loại thi loại đất này có chi số déo > 17 và độ sét từ 0,5 + 0,7, Dat sét gồm chủ yếu là các hạt nhỏ như

thạch anh, fenspat và các khoáng vật sét Các khoáng vật sét này là các silicat

alumin có thể chứa các ion Mg, K, Ca, Na và Fe chia thành 3 loại chính là

ilit, kaolinit và môn-mônilônit Đây là những khoáng vật làm cho đất sét có.

đặc tính riêng của nó,

1.1.2 Sự phân bổ và tính chất các vùng đất yếu ở Việt Nam

Giống như khu vực Đông Nam A, các vùng đắt mềm yếu ở Việt Nam chủ yêu là những ting trầm tích mới được thành tạo trong thé ky thứ tư Theo kết quả nghiên cứu về địa chất, ting tram tích này chủ yếu là trầm tích tam giác châu, thường gặp ở các miễn đồng bằng Căn cứ vào nguồn gốc và điều

kiện hình thành có thể có một số nhận xét như sau:

1.1.2.1 Dat yếu ding bằng Bắc Bộ

‘Theo tải liệu địa chất kiến tạo thì đồng bằng Bắc Bộ được hình thành trên một miễn vòng rộng lớn Đầu tiên chịu chế độ biển rồi đến chế độ vũng hồ, sau đó là trầm tích kỷ thứ tư Về mặt địa hình, địa mạo thi đây là miễn đồng bằng thuộc loại địa hình bồi tụ Do các điều kiện địa hình, địa chất nên chiều day tầng trầm tích kỷ thứ tư rit day, từ hàng chục mét.

1.1.2.2 Bat yếu đồng bằng ven biển Miền Trung

Là đồng bằng mai mòn bồi tụ điển hình Trầm tích kỷ thứ 4 ở đây

thường thấy ở vùng thung lũng các sông và thường là loại phủ sa bỗi tích So

với vùng đồng bằng Bắc bộ, ting trim tích ky thứ 4 ở đây không day lắm Tuy nhiên, các tram tích ở đây cũng rất đa dạng, có loại trim tích bồi tụ tam giác châu, có loại trim tích bồi tụ ven biển Vùng duyên hải Miễn trung thuộc loại trim tích phát triển trên các đầm phá cạn din va nó chính là b tích trong

điều kiện lắng dong tĩnh

‘Luan vấn Thạc sĩ Ding Dinh Thành

1.1.2.3 Dat yếu đằng bằng sông Cứu Long

Vùng đồng bằng sông Cửu Long là vùng đồng bằng châu thé của hệ

ác trim tích

thống sông Mê Kông chảy vào nước ta Đây là vùng phân

mềm yếu có bé day lớn, nguồn vật liệu xây dựng khóang tự nhiên hau như rất khan hiểm Theo các tài liệu nghiên cứu về địa chất, trong vùng chủ yếu các thành tạo trim tích.

Ở Việt Nam ta đã xây dựng nhiều công trình trên nên đất yêu, điển hình là các hệ thong dé điều Ngày nay, do tắc độ phát triển nhanh chóng của nền

inh txã hội, công tác xây dựng đồi hỏi không được phép kéo dài thỏi gian

ic chọn tuyển công trình nhiễu khi không tránh được việc phải đặt ‘u hiện nay có nhiều phương pháp, trong đó phương pháp sử dung công nghệ trộn sâu tạo cọc xi măng đất (XMB) là phương pháp mới để giải quyết vẫn để này.

1.1.3 Những vấn đề kỹ thuật khi xây dựng công trình trên đất yếu

Chi phí xử lý nền móng khi xây dựng công trình trên nền đất yếu

thường chiếm một tỷ trọng lớn trong toàn bộ giá thành xây dựng công trình.

Bài toán cần đặt ra để giải quyết khi xây dựng công trình trên nền đất

yếu là

- Độ lún tuyệt đối và chênh lệch lún: độ lún tuyệt đối có giá trị lớn và

kéo dài, nhưng chênh lệch lún giữa các bộ phận của kết cấu mới là vấn đề

quan trọng Nhiễu trường hợp do chênh lệch lún đã lim phá hủy kết cấtnứt, vỡ

= Ôn định tông thé: Do cường độ dat nén không đủ khả năng chịu tải dẫn đến phá hoại mái dốc Bai toán phải gidi quyết là tính toán tính sức chịu tải của móng, én định của nền đắp, én định của mái đốc, áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc.

liệu đầu vào phục vụ thiết kế xử lý đất yêu lả hết sức quan trong, bao gồm: phương pháp khảo sát, phương pháp thí nghiệm và thiết bị thí

nghiệm, lựa chọn thông số đầu vào ứng với các trạng thái Lim việc, lựa chọn.

mô hình tính,

Những vấn dé trên chỉ là quan tâm bắt buộc khi tính toán xử lý nền đất

yếu nói chung, nó cũng là vấn dé hết sức quan trọng khi xử lý bằng cọc XMĐ.

12 TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ TRỘN SÂU VA VAT LIEU XIMĂNG-ĐÁT

1.2.1 Lịch sử phát 0

‘Cong nghệ trộn sâu (Deep mixing method - DM) là công nghệ trộn, phân loại công nghệ trộn sâu.

chất kết dính với đất tại chỗ dưới sâu Tùy thuộc vào vật liệu kết dính và

phương pháp trộn mã nó được phân thành các loại khác nhau.

Theo thiết bị trộn, có 2 kiểu là phương pháp trộn kiểu tia (Jet~

uting) và phương pháp trộn cánh cơ khí (Mechanical) Theo vật liệu trộn,

có kiểu trộn ướt (vữa) và kiểu trộn khô (phun xi mang khô).

ng nghệ tin 2u

[se May ethos

[ Nấu canh

rl (Wecharicl

(hat het đh dang "v0

Hình I.1- Phân loại DMM theo phương pháp trộn và vật liệu kết dinh

Trong thực tế nghiên cứu và sản suất cho thấy chất lượng của vật liệu XMĐ trộn ướt tốt hơn nhỉ so với trộn khô, Chính vì vậ „ trong Luận vănchỉ tập trung nghiên cứu XMD trộn kiéu tia (Jet-grouting),

1. 2 Tinh hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ trộn sâu trên thé giới “Từ năm 1960, Nhật Bản là nước dẫn đầu trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ DM Ban đầu chất kết dính được nghiên cứu là vôi (DLM)

‘Luan vấn Thạc sĩ Ding Dinh Thành

Năm 1975, phương pháp trộn ướt sử dụng chất kết dính là xi măng (CDM) rađời.

Việc nghiên cứu sau đó ở Nhật Bản được thực hiện một cách bài bản

48 nâng cao hiệu quả gia cổ Bao gồm 3 vấn đề: (1) Các nghiên cứu lý thuyết phục vụ cho thiết kế Ví dụ như nghiên cứu về khả năng chịu động đất (Inatomi và nnk, 1984, 1986) về tinh chất của xi măng- dat (Honjo, 1982),

khả năng chống hoá lỏng (Hirama và Toriihara, 1983; Suzuki và nnk, 1986),khả năng chịu rung động (Inatomi và nnk, 1985), kiểm soát hồ đảo (Tanaka,

1993; Matsushi ta va nnk, 1993); (2) Các nghiên cứu cải tiến thiết bị thi

công Vi dụ như của Nishibafashi, 1985 Các nghiên cứu nảy tập trung vào

phương pháp phụt áp suất cao, công nghệ tạo ra cột XMP có hình dạng khác: nhau; (3) Các nghiên cứu về kiểm soát chất lượng như của Mitsuhashi và nnk,

1996; Zheng và shi, 1996.

Nam 1980, Bộ Xây dựng Nhật Bản đã phát triển phương pháp khoan.

phut khô gọi tit là DIM dựa trên các tai liệu của Thủy Điển Ngày nay phương pháp này đang được sử dụng nhiều và có nhiều cai tiến thiết bị để nâng cao năng suất thi công.

Hiện nay, Nhật bản có 3 tai liệu cơ bản phục vụ cho thiết kế thi công xử lý đất yếu bằng cọc XMĐ Bao gồm: (1) Mục dich, thiết kế và thi công bằng phương pháp trộn sâu do Viện nghiên cứu và phát triển Cảng đường Thủy xuất bản; (2) Hướng dẫn thiết kế, thi công và kiểm soát chất lượng do hiệp hội XMĐ Nhật bản xuất bản; (3) Hướng dẫn thiết kế và quản lý chất lượng xử lý nén móng nông và sâu các công trình xây dựng bằng phương pháp trộn sâu do Viện quản lý đất dai và Cơ sở hạ ting hợp tác với Viện nghiên cứu kiến trúc xuất ban.

Tiếp cận với công nghệ xử lý đất yếu bằng công nghệ trộn sâu từ những năm 1960 Năm 1978, được sử dụng dé xử lý nền các khu công

nghiệp ở Thượng Hải Hiện nay, Trung Quốc trên co sở thiết bị của Nhật Bản đã chế tạo được thiết bị riêng và có một số cải tiến so với thiết bị gốc Trong, tính toán, thiết kế Trung Quốc cũng đã xuất bản tiêu chuân “Gia có dat yếu” DB1-08-40-94 chủ yếu sử dụng cho phương pháp trộn cơ khí.

Tại châu Âu, việc nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điền va Phan Lan Thiết bj sử dụng theo kiểu trộn cơ khí với chất kí là vôi Thừ nghiệm đầu tiên tại sân bay Ska Edeby Năm 1974, một dé đi thử nghiệm

cao 6 m, đài 8 m đã được xây dựng ở Phần Lan sử dụng cột vôi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dang va chiều dài cột về mat khả ning

chịu tải (Rathmayer và Liminen, 1980).

Tir những năm 1970 và đến những năm 1980, các công trình nghiên cứu và ứng dụng tập trung chủ yếu vào việc tạo ra vật liệu gia cổ, tối uu hoá hỗn hợp ứng với các loại đất khác nhau Trong thời gian này, nhiều loại phụ.

gia khác như thạch cao, tro bay vvv đã được nghiên cứu làm chất độn đểcứng hoá nhanh hơní dụ, các nghiên cứu của Nieminen 1977, Viitanen,

1977, Kujala, 1982 hoặc của Holin và nnk (1983) Do khó khăn trong bước.

thiết kế ban đầu, Kukko và Ruohomaki (1995) dựa trên kết quả của 1355 thí nghiệm trong phỏng với 195 loại hỗn hợp và 21 loại đắt đã xây dựng một mô

hình toán dé dự đoán cường độ kháng nén cực hạn của XMB theo ti lệ nước-xỉ măng, him lượng min, và ti lệ hạt mịn.

Năm 1977, số tay “Cot đất vôi và xi măng vôi, hướng dẫn lập dự án, xây dựng và kiểm soát chất lượng" do Viện địa kỹ thuật Thụy Điển thực.

hiện Năm 1995, tải liệu này được tái bản lần 2 và đến nay nó vẫn được sử

Ra đời trước nhưng do việc ứng dụng trong thực tế rất chậm, mãi đến cudi những năm 80, việc ứng dụng ở Mỹ mới bắt đầu với các thiết bị thi công của Nhật Bản Ban đầu, chỉ với mục đích chống thắm và ôn định hồ đảo Ví

‘Luan vấn Thạc sĩ Ding Dinh Thành

dụ nhu dip đất Lockington ở Ohio (Walker, 1994); đập đất Jackson Lake ở Wyoming (Taki va Yang, 1991); đập đất Cushman ở Washington (Yang va

Takeshima, 1994) vv Sau đó lan ra các lĩnh vực khác.

Năm 2000, Bộ Giao thông Vận ing xuất bản tiêu chuẩni Mỹ“Phuong pháp trộn sâu trong các ứng dụng địa kỹ thuật" FHWA-RD-99-138.“Trong tiêu chuẩn này, nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực Xây dựng, Giaothông, Thủy lợi đã được giới thiệu một cách khá ty mỹ Đặc biệt là chồng

thấm cho đập đất và xử lý nền móng cho các công trình dưới nước.

Qua nghiên cứu và qua công trình thực chuyên gia trong lĩnh

vực cho rằng vật liệu XMD bị ảnh hưởng bởi một số yếu tổ sau:

1.2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam

Ở Việt Nam, việc nghiên cứu gia cổ đất trộn sâu theo phương pháp trộn cơ khí đã được bắt đầu nghiên cứu từ những năm đầu thập ky 80 Một số các kết qua nghiên cứu liên quan đến công nghệ này về tinh chất vật liệu XMD, các yếu tố ảnh hưởng như loại đất, tỷ lệ kết dính, nhân tố thời gian vv như của TS Hồ Chat, TS Đỗ Minh Toàn, tuy nhiên cả 2 nghiên cứu trên đều được thực hiện ở trong phòng thí nghiệm Do đó, kết quả nghiên cứu mang tính

định hướng là chính

Nam 2001, Công ty Hecules kết hợp với Công ty Phát triển Kỹ thuật “Xây dựng thi công cột XMĐ làm nền móng cho bể chứa xăng dầu tại khu công nghiệp Trà Noe ~ Cần Thơ với khối lượng 50.000 m dài cột Tại công

trình này, những nghiên cứu cơ bản như thí nghiệm ham lượng xi mang thích

hợp, đo đạc, quan trắc lún sau khi thi công công trình đã được thực hiện.

Năm 2002, dự án cảng Ba Ngôi - Khánh Hoà đã sử dung 4000m cọc

XMB có đường kính 600 em thi công bing trộn khô, Xử lý nền cho bin chứa xăng dầu đường kính 35m, cao 4m ở Cin Thơ Củng thời gian này, Viện KHCN Xây dựng đã có dé tải nghiên cứu về cọc Ximăng - vôi.

Năm 2004, cọc XMĐ được sử dụng dé gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản - Hi Nam, xử lý móng cho bổn chứa xăng đầu ở Đình Vũ

- Hai Phòng,

Cho đến nay nhiều dự án sử dụng phương pháp trộn cơ khi đã, dang và

sẽ được triển khai trong các lĩnh vực Giao Thông và Xây dựng Tiêu biểu làcác dự án đường Láng ~ Hòa Lạc, đại lộ Đông Tây, đường sắt Bắc Nam vv.

Trong lĩnh vực xây dựng là khu đô thị Phú Mỹ Hưng, Building Sai Gon

Times Square, dự án nhiệt điện © Mon, vv Bộ Xây dựng đã ban hành TCXDVN 385:2006 “Gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng” áp dụng chủ

yếu cho phương pháp này.

Phương pháp trộn kiểu tỉa xâm nhập vào nước ta muộn hơn Việcnghiên cứu được bắt đầu từ năm 2005 Cho đến nay, công nghệ này đã có

nhiều ứng dụng thực tế trên cả 3 lĩnh vực Xây dựng, Giao thông và Thủy lợi cho mục dich chống thắm va xử lý dat yếu.

- Ung dung cho mục dich xử lý đất yéu.

Năm 2007, ứng dụng xử lý nền cho các cống thuộc dự án Omon —

Xano là Mương Dinh, Rach Gap, Tám thước, 9500 vv.

Năm 2008, 2009 ứng dụng xử lý nền cho công trình kẻ AnKer - Vũng Tau và cống KG 2, cổng Lung Dừa tại Cả Mau; hỗ trợ thi công tưởng vây

cọc Barret tai tỏa nhà Vinafood ~ Ha Nội.

Năm 2010, đã hoàn thành việc xử lý nền cho 2 công trình có ý nghĩa lớn là công trình đập Khe Ngang - Huế và đê nối tiếp cống Trà Linh -Thái Binh Cũng trong thời gian này, cũng đã hoàn thành việc xử lý nền cho cống.

‘Luan vấn Thạc sĩ Ding Dinh Thành

Hoi Đại và kẻ sông Kiến Giang - Quảng Bình Sau đó, đã xử lý thành công túi bùn của công trình Trung tâm Thương mại Chợ Mơ ~ Hà Nội và xử lý chống lún nghiêng cho tỏa nhà Phúc Lộc Thọ đường Trần Duy Hưng ~ Hà nội.

Hiện nay cọc XMD nói chung và cọc XMP thi công bằng công nghệ

Jet Grouting nói chung đang được sự quan tâm chú ý trong lĩnh vực xây dựng.

2008 Trồng XMĐ số 6 Ngô Quyển (Hà gl) 2010- NIV HibùnTT thương nại chợ Mo (Hi ni) Hình 1.3- Xử lý nền cho các công trình Dân dụng trên dat yêu

Mặc dù đã có một số đề tài nghiên cứu, một số luận văn thực hiện tại

trường Đại học Thủy lợi và một số ứng dụng bước dau, tuy nhiên hiện nay đối với việc thiết kế cọc XMB thi công bằng công nghệ Jet grouting còn gặp một

số khó khăn

- Việc lựa chon độ bền cọc XMĐ (@, c) thiết ế gặp khó khăn vi trong

các tiêu chuẩn, quy phạm và các tải liệu trong và ngoài nước có liên quan rất ít, Phụ thuộc lớn vào kinh nghiệm của người thi thé, cùng với một s liệu đầu vào việc lựa chọn các chỉ tiêu này nhiều khi khác nhau.

~ Việc lựa chọn độ cứng của cọc XMD (E, 1) cho thiết ké thông thường,

theo các cách:

+ Theo TCVN 385 ~ 2006, E = (50 + 100)C hoặc E = (25 + 50) qu:

+ Theo tiêu chuẩn Mỹ FHWH ~ RD -99-138 E = (100 + 300) qu:

+ Theo kết quả thí nghiệm của các công trình tương tự.

Vi vậy, luận văn đặt vấn đề nghiên cứu tinh chất cọc XMB (thi công bằng công nghệ Jet Grouting ở Việt nam) làm cơ sở cho việc lựa chọn độ bền và độ cứng phục vụ việc tính toán thiết kế.

1.3 CƠ CHE LAM CỨNG CUA CỌC XIMANG BAT

Trong quá trình trộn xi măng với đất, có 3 loại phản ứng (theo

Diamond và Kinter, 1965; Assarson và nnk, 1974) đó là:

= Quá trình Hydrat hoá

- Quả trình trao đổi ion

- Phan ứng Puzolan hoá

'Trong quá trình hydrat hoá, nước trong hỗn hợp sẽ được xi mang hút và tạo ra Hidroxit Canxi Ca(OH); Nông độ Hidroxit Canxi trong nước làm tăng sự tập trung điện tử và pH của nước lỗ rồng, kết quả là các điện tích Ca" sẽ hút vào các hạt đất mang điện tích âm (Assarson và nnk, 1974) Sự trao đổi ion như vậy làm kết bông các hạt đắt.

Cường độ kháng cắt của xi măng - đất tăng lên từ từ theo thời gian, chủ yếu do kết quả của phản ứng puzơlan hoá Hydroxit Canxi trong đất sẽ phản ứng với puzơlan (Silicat và nhôm) tạo ra vật liệu xi mang hoá Cần chú ý rằng, nếu một hỗn hợp dat sét và chất gia cố được trộn sơ bộ, các hạt đất sét

sẽ hình thành các huyền phủ bao bọc bởi vữa.

‘Luan vấn Thạc sĩ Ding Dinh Thành

Tp FT T i i

[2 vie xing [TH vite xiang

CEE) mát EEH wi wiaét as cing nos

© @Hình L.4- Cơ chế làm cứng.

Đây là quá trình biến đổi hoá lý phức tạp, chia làm hai thời kỳ: thời k ninh kết và thời kỳ rắn chắc Trong thời kỳ ninh kết, vữa xi măng mắt din tính dẻo và đặc dần lại nhưng chưa có cường độ Trong thời kỳ rắn chắc, chủ yếu xảy ra quá tình thuỷ hoá các thành phần khoáng vật của clinke, gồm

silieattriealeit 3CaO.SiO;, siliat biealit 2CaO.SiO;, aluminat tricaleit3Ca0.Al;0s, fero-aluminat tetracaleit 4CaO.AI,O,Fe;O;:

3CaO.SiO; + nH;O => Ca(OH), + 2CaO.SiO;(n-):O.2CaO.SiO; + mH2O = 2CaO.SiO;mH2O.

3CaO.AI,O; + 6H;O = 3CaO.Al;O,.6H;O.

4CaO.Al,O;Ee;O; + nHạO = 3Ca0.Al,05.6H;0 +CaO.Fe;O,.mH2OCác sản phẩm chủ yếu được hình thành sau quá trình thuỷ hoá làCa(OH);, 3CaO.Al:O 6H:O, 2CaO.SiO:mH2O và CaO.Fe;O mH1O Quá

trình rắn chắc của xi măng có thé chia ra làm 3 giai đoạn:

13.1 Gi

Các chất Ca(OH)», 3CaO.AI,O 6H;O sinh ra sau quá trình thuỷ hoá

đoạn hoà tan

hoà tan được trong nước sẽ ngay lập tức hoà tan tạo thành thể địch bao quanh.mặt hạt xi măng

1.3.2 Giai đoạn hoá keo

Đến một giới hạn nào đó, lượng các chất Ca(OH)s, 3CaO.AI:O 6H,O.

không hoà tan được nữa sẽ tồn tai ở thể keo Chất silicat bicalcit (2CaO.SiO;)

vốn không hodtan sẽ tách ra ở dang phân tán nhỏ trong dung dich, tạo (hànhkeo phân tán Lượng keo này ngày càng sinh ra nhiễu, làm cho các hạt keo

phan tán tương đối nhỏ tụ lại thành những hạt keo lớn hơn ở dang sệt khiến cho xi ming mắt din tính déo và ninh kết lại dần dẫn nhưng chưa hình thành

cường độ.

133 đoạn kết tinh

Các chất Ca(OH)›, 3CaO.AI:O 6H2O từ thể ngưng keo chuyển sang dạng kết tỉnh, các tỉnh thể nhỏ đan chéo nhau làm cho xi ming bit đầu có cường độ, chất 2CaO.SiO;mHO tồn tại ở thể keo rit lâu, sau đó có một pI chuyển thành tỉnh thé Do lượng nước ngày càng mắt đi, keo dần dần bị khô,

kết chặt lại và trở nên rắn chi của giai đoạn này chính là vật liệuSản phải

1.4 CÁC YEU TO ANH HƯỚNG TỚI TINH CHAT CUA VAT LIEU XI MANG DAT

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của đất gia cố nhân tạo Một vài yếu tố quan trọng nhất rút ra từ các thí nghiệm là:

- Bản chất hoá lý của đất như kích thước hạt, độ khoáng, him lượng,nước, hàm lượng mùa hữu cơ, pH và giới han Atlerberg:

- Số lượng và chất lượng của chất làm cứng và các phụ gia (nếu có):

- Điều kiện trộn và điều kiện đóng rắn như ti lệ nước/ximäng thời gian trộn và thời gian ninh kết;

~ Phương pháp chế mẫu va thí nghiệm như sự phân bố mẫu, loại thiết ‘bj của phòng thí nghiệm, cắp biển dạng và phương pháp đo biến dạng.

‘Luan vấn Thạc sĩ Ding Dinh Thành

ngậm nước, giới hạn Silicát và nhôm, pH của nước lỗ rỗng và hàm lượng chất min hữu cơ) ảnh hưởng đến tính chất của khối XMĐ.

1.4.1.1 Thành phan hạt

Theo t lệu “Cơ học dat và phân loại nén móng công trình” của tạp chí kỹ thuật Mỹ: Loại đất là nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới tính chất của vật liệu XMĐ Nếu loại dat không phù hợp( Thành phần hat, hàm lượng các.

chất) sẽ ảnh hưởng tới kết quả của vật liệu XMĐ Nhìn chung kinh nghiệm đã

chỉ ra rằng loại đất có thành phần dưới đây có thé làm cho vật liệu XMB có

cường độ lớn hơn:

~ Phan tram hạt nhỏ nhất (0.002mm) nhỏ hơn 35% ~ Phan trăm hạt 4.76mm lớn hơn 55%:

- Hạt có kích thước lớn nhất (Ginch) 7,62 cm- Giới chảy nhỏ hơn 50%

~ Chi số đẻo nhỏ hơn 25%

Thí nghiệm kiểm tra từ nhiều mẫu đất từ nhiều vùng khác nhau bởi Catton chỉ ra rằng kích thước hạt, độ chặt, hàm lượng nước, hàm lượng chất hữu cơ ảnh hưởng tới ham lượng gia cố Ximang,

Bảng thông số cường độ vật liệu XMD khi gia cổ 10% theo khối lượng của các loại đất khác nhau.

Bangl.1- Thông số cường độ XMD

TT Loai dat Hàm lượng Ximang | du

mua mang Ka 4)

Hình 1.5- Ảnh hướng của loại đất

1.4.1.2 Hàm lượng hữu co

inh hưởng của chất hữu cơ tới vật XMb

được thực hiện bởi Clare và Sherwood, họ chỉ ra rằng hỗn hợp chất hữu cơ với trọng lượng phân tir cao như những chất mang tính kiểm không ảnh hưởng lớn tới cường độ vật liệu Ximangdat; mặt khác chất hữu cơ với trọng lượng phân tử thấp như chất mang tính acid làm giảm cường độ của vật liệu

XMB Thí nghiệm nghiên cứu kỹ thuật thực hiện bởi Military tại Anh chỉ ra

chất hữu co rất bất lợi tới xự ra cổ của Ximăng,

Theo nghiên cứu “ứng sử của đất hữu cơ trong xử lý nền đất yếu bằng

Ximing” của Huie Chen và Qing Wang, khoa Xây dựng ĐH Tổng hợp Jinlin

‘Trung Quốc: Thành phần chính của đắt hữu cơ và đắt bùn là chất mim, chúng

được chia ra làm 3 loại min gồm min liên ết lỏng lẻo, mùn liên kết vừa và min liên kết chặt Man liên kết lỏng lẻo là loại min linh hoạt nhất và có xu hướng dé liên kết với các chất khác Mặt khác thành phần đại diện của chất

hữu cơ là a xit humic, a xít fluvic và humin, Humin là thành phan chính của‘Luan vấn Thạc sĩ Ding Dinh Thành

đất mùn liên kết chặt, trong khi đó a xít humic và a xít fluvie không chỉ có

trong đất min liên kết lỏng lẻo mà còn có trong đất man liên kết vừa.

Cường độ của XMĐ quyết định bởi phản ứng hoá lý xây ra trong đó, ‘bao gồm quá trình thuỷ hoá và cứng hoá của ximăng Tuy nhiên, các chất hữu

trúc đặc

cơ có tính giữ nước cao và biệt nó làm cho các phân tử hữu cơ bị

hap thụ trên bé mặt của hạt ximăng và hat dat, điều đó ngăn cản sự hình thành

các hạt

quá trình thuỷ hoá ximăng và sự tương tác gi và sản phẩm của

quá trình thuỷ hoá nay Kết quả là hạn chế sự gia tăng cường độ của XMĐ Các axít trong chất hữu cơ có tính chất thu hút canxi mạnh, do đó khi

canxi hình thành các, các axit có thể tác dụng với can xi tạo thành axít canxihữu cơ không hoà tan, Sự kết hợp giữa các axit hữu cơ với ion canxi tao ra

trong quá trình hydrat hoá sẽ làm khó khăn cho qué trình tỉnh thé hoá canxi mà nó có vai trò rất lớn trong việc tăng cường độ của XMD A: fluvie trong

chất hữu cơ cô xu hướng kết hợp với các loại hạt khoáng chất có chứa nhôm, điều đó có thé gây ra sự mục rita các mạng tinh thể Đầu tiên, Axit fluvic

trong thoát ra đưới dang hoà tan được trong nước và qua trình hydrat ximăng

bắt đầu ngay khi ximing tiếp xúc với axit fluvie Tuy nhiên, một lớp hắp thụ

gây ra bởi phản ứng của axit fluvic và các hạt khoáng ximang sẽ ngăn quátrình thuỷ hoá ximăng Hơn nữa axit fluvie có thé phân huỷ các tinh thể đi vào

như hydrat nhôm canxi, hydrat nhôm sufat canxi và hydrat nhôm sắt, điều đó ngăn cản sự hình thành cấu trúc đất ximăng.

1.4.2 Ảnh hưởng của tuổi Ximăng đất

Cường độ của XMB tăng lên theo thời gian, tương tự như bê tông.

Hình dưới đã chỉ ra ảnh hưởng của tuổi từ 2 đến 2000 ngày, đối với đắt sét biển gia cổ bởi ximang Poiland,

Ở đây, quy là cường độ 28 ngày tuổi tính theo Kpa Hiệp hội CDMAcủa Nhật Bản (Cement Deep Mixing association of Japan, 1994) đã hiệuchỉnh quan hệ trên thành:

Quxs= (149 ~ 1,56) Gur Qui= (1.85 ~ 1,97) quy Quis (L2 ~ 1,33) quay

O đây, qu, qua; và quoi là cường độ nén không nở hông của XMĐ sau.

xử lý 7 ngày, 28 ngày, 91 ngày.

coo Ham lượng x mang = 204St vph Toye ÿ

Loại, chất lượng và số lượng chất kết dính ảnh hưởng đến sự phát triển

¡ với mọi loại đcường độ

Kết quá nghiên cứu này cho thấy rằng xi mang tro nhiệt điện sử dụng t, cường độ nén cao và sai lệch cường độ thấp Nó cũng lưu ý rằng, cùng khác, thành phan hoá học của chất gia cỗ ảnh hưởng khác nhau

với các

đến quá trình cứng hoá

Các chất cứng hoá khác nhau (xi măng, vôi, tro bay) cũng phản ứng,

khác nhau đối với từng loại đất, và do đó hiệu quả gia cổ cũng khác nhau.

‘Luan vấn Thạc sĩ Ding Dinh Thành

Hình sau so sánh hiệu quả của xi măng, vị và hỗn hợp xi măng vôi khi trộn với các loại đất khác nhau ở Thuy Didi

Hình 1.7- Ảnh hưởng của chất ninh kết đến cường độ cdc loại đất ở Thụy Điển

1.4.4 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng.

Dĩ nhiên là khi lượng chất gia cố tăng thi cường độ của XMĐ cũng tăng, phụ thuộc vào loại dit và tính chất của chất gia cố Hàm lượng xi măng thường tinh theo lượng xi măng trên một m° đắt, và chỉ số phát triển cường độ

su Chỉ số SDI được định nghĩa là ti

(SDI) khi gia cố cho một nền đất y

cường độ giữa đất đã xử lý và chưa xử lý thu được qua thí nghiệm nén không

nở hông.

1.4.5 Ảnh hưởng của lượng nước

Việc tăng lượng nước trong đất sẽ làm giảm cường độ khối XMĐ Hàm lượng nước thay đổi từ 60 đến 120% trên mẫu thí nghiệm cho một loại đất biển xử lý với 5 ~ 20% xi mang, sau 60 ngày ninh kết, Kết quả cho thấy

cường độ giảm cho mọi him lượng xi mang.

Hình 1.9- Ảnh hưởng của lượng nước ban dau đến cường độ nén

Nhận Xét: Qua các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy cb rất nhiều yêu 15 ảnh hưởng tới tính chất của vật iệu XMÐ và ảnh hướng

của loại đất là quan trọng nhất Nhưng trong mỗi loại dat lại có các yêu tổ

khác nhau nhục: thành phan hat, hàm lượng chất hữu cơ, độ PH, lượng ngâm

‘Luan vấn Thạc sĩ Ding Dinh Thành

nước Tuy nhiên các yêu tổ trong đất ảnh hưởng thé nào tới tính chất vật liệu XMĐ thì chưa thấy tài liệu nào nói rõ Chính vì vậy, cần nghiên cứu di sâu vào từng yếu tổ đất, xem chúng ảnh hưởng như thé nào tới tính chat của.

vật liệu XMB Vi tài liệu và thời gian có hạn nên trong luận văn chỉ nghiên

cứu ảnh hưởng của hàm lượng hữu cơ trong đất tới tính chất của vật liệu

15 KET LUẬN

Hiện nay việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu là không thể tránh khỏi: Như kẻ trên sông có nền bùn, Cổng trên nền bùn, đê đập trên nền đất yếu Khi ấy việc xử lý nền là tắt yếu và phương pháp tạo cọc XMĐ để gia có nén công trình dang được ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên viện lựa chọn các chi tiêu để thiết kế rất quan trọng và thường phải thông qua lấy mẫu đất hiện trường về thí nghiệm dé xác định các chỉ tiêu Mặt khác cường độ của vật liệu XMĐ lại phụ thuộc rit nhiều yếu tố, trong đó yếu tổ loại đất là quan trọng nhất Trong đất yếu, đặc biệt là các loại đất bùn thì hàm lượng chất hữu cơ lại ảnh hướng rat lớn tới tỉnh chất của vật liệu XMĐ Chính vì vậy, cằn xây dựng biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng hữu cơ trong đất với cường độ của vật liệu XMĐ với các tỷ lệ gia cổ Ximăng khác nhau để giúp người thiết kế lựa chọn các chỉ tiêu cơlý của vật liệu XMB một cách chính xác và nhanh nhất.

CHUONG 2

PHƯƠNG PHAP THIẾT KE XỬ LÝ NEN DAT YEU BANG

COC XI MĂNG DAT

TOÁN XU LÝ iG DAT'N DAT YEU BANG CỌC XIM 2.1.1 Hệ thống tiêu chuẩn

-TCXDVN 385 : 2006 “Gia cố nền đất yếu bằng trụ Ximăng đất”.

-TCCS 05:2010/ VKHTLVN “Tiêu chuẩn cơ sở: Hướng dẫn sử dụng

phương pháp Jet-grouting tạo cọc đất ximăng để gia cổ đắt yêu, chống thắm nên va thân công trình dat”

2.1.2 Hệ thống tiêu chuẩn nước ngoài

- Quy phạm kỹ thuật xử lý nén móng, DBJ 08 40 94 do Trường Đại

Joan, năm 1995.

- Tiêu chuẩn châu Au EN 12716: 2001 Tiêu chuẩn thực hiện các cônghọc Đồng tế bid

tác dia kỹ thuật đặc biệt: Khoan phụt cao áp (Jet-grouting).

2.1.3 Các Tiêu chuẩn khác có liên quan trong và ngoài nước gồm

~ Thanh phần, nội dung và khối lượng địa chất trong các giai đọan lập

dự án và thiết kế công trình Thủy lợi: 14TCN - 195 2006;

- Phân loại đất 14TCN123-2002 của Bộ Nông nghiệp và PTNT

~ Qui trình khoan thăm dò ĐCCT: 22TCN259-2000 (ngành giao thông);- Qui trình khảo sát thiết kế nền đường 6 tô dip trên đất yếu

22TCN262-2000 (Ngành giao thông);

- Phương pháp thi nghiệm bằng tải trọng tinh ép dọc trục: TCXDVN.

169 ~ 2002;

~ Các tiêu chuẩn về thí nghiệm đất tại phỏng thí nghiệm trong xây dựng

công trình Thủy lợi:14 -TCN 32:2005;

Tuân van Thực sDing Dinh Thành

~ Qui trình thí nghiệm đất gia cố bằng chất kết dính vôi, xi măng

- Dit xây dựng ~ phương pháp lấy, bao gói, vận chuyển và bảo quản mẫu TCVN2683-1991;

- Qui inh phân tích nước đùng trong công trình giao thông

22TCN-61 Các tiêu chuẩn để thử xỉ măng TCVNI3922TCN-61 91;

- TCXDVN 160: 1987 - Khảo sit địa kỹ thuật phục vụ cho thiết kế và

Phương pháp trộn sâu là một công nghệ làm thay đổi tinh chất đất nền, bằng cách trộn đất tai chỗ với chất gia cố Mục tiêu chính của việc gia cổ làm tăng cường độ, khống chế biển dạng Vì vậy phương pháp trộn sâu được ứng

~ Bảo vệ kết cấu xung quanh hồ đảo;

- Ngăn ngừa hiện tượng hoá long của dat;

ia cố vùng đất yếu xung quanh đường him;

~ Lam neo đất;- Giảm rung động.

Một số phương pháp bố trí gia cố xem hình 2.1 và 2.2.

Hiện nay, tại Việt Nam phương pháp trộn sâu đã trở thảnh phổ biến các nha thầu đã có đủ năng lực va thiết bị thi công Theo thống kê chưa.

chỉnh thức một năm có khoảng 1 triệu m dai cọc XMĐ được thi công Công

nghệ đã được áp dụng vào một số lĩnh vực khác nhau như:

= Công trình dân dụng: Đối với các nhà cao tang, nhà công nghiệp nén

công trình không đủ sức chịu tải Khi đó phương pháp trộn sâu là giải pháp

thay thé cho móng sâu, và nâng cao sức chịu tải cho nền công trình Phương.

pháp trộn sâu đã được ứng dụng cho các công trình dân dụng tại Hà Nội như

công trình trên đường Ngô Quyền, công trình trên đường Trần Duy Hưng.

- Công trinh Thủy lợi: phương pháp này ngoài được sử dụng dé chống

thấm thi còn được sử dụng để gia cỗ nền Khi nền cống, đê, đập không đảm bảo ổn định về cường độ và biến dang, việc gia cố nền bằng vật liệu XMD sẽ làm tăng cường độ dit nền, giảm độ lún công trình, đảm bảo ổn định cho công trình Các công trình được ứng dụng như: Xử lý nền cống Hói

‘Luan vấn Thạc sĩ Ding Dinh Thành

Đại tỉnh Quảng Bình,

tỉnh Thái Bình, nền đập Khe Ngang tỉnh Thừa Thị

1g Nam Hà tinh Nam Định, nền dé biển Tra Ninh

Huế, Ngoài ra phương pháp trộn sâu còn được sử dụng dé đảm bảo ôn định mái đốc, ôn định kè

sông kẻ biển.

~ Công trình giao thông: Vật liệu XMD được ứng dụng để gia cổ nền đường và mồ cầu dẫn Vai trò của cọc XMĐ là ngăn ngừa dich chuyển ngang và trượt bằng cách làm giảm áp lực ngang sau mồ cầu và giảm độ lún ở đoạn.

vào cầu Công trình đường Láng Hòa lạc cũng đã sử dụng phương pháp này

để xử lý nền đường.

2.3 TÍNH TOÁN XỬ LÝ BẢNG CỌC XIMĂNG ĐÁT VÀ CÁC VAN DE ĐẠT RA.

Hiện nay, vấn đề tính sức chịu tải và biển dang của nén đất gia cổ bing

lột XMD vẫn còn là vấn đề tranh luận nhiễu Nhưng nói chung lại có 3 quan

điểm chính như sau

~ Quan điểm cột làm việc như coc (tinh toán như móng cọc).

- Quan xem cột và dat cùng làm việc đồng thời (tính toán như đối

với nền thiên nhiên)

-Mộtnhà khoa học lại đề nghị tính toán theo cả hai quan điểm trên.

nghĩa là sức chịu tải thi tính toán như “coc”, cỏn biển dạng thì tính toán theo nên.

Sở đĩ các quan điểm trên chưa hoản toàn thống nhất bởi vì bản thân vin đề phức tạp, những nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm về vẫn đề này chưa nhiều Tùy thuộc vào đặc điểm từng bài toán mà người thiết kế lựa.

chọn cho mình một phương pháp tính toán thích hợp.

2.3.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm cột làm việc như *cọc”

Theo quan điểm nảy đòi hỏi trụ phải có độ cứng tương đối lớn và

đầu trụ này được đưa vào tang đất chịu tải Khi đó lực truyền vào móng sẽ

chủ yếu di vào các cột XMĐ (bỏ qua sự làm việc của đất nền dưới đáy

móng) Trong trường hợp trụ không đưa được xuống ting đất chịu lực thì có.

thể dùng phương pháp tính toán như tính toán với cọc ma sắt.

2.3.1.1 Đánh giá ôn định các trụ gia cỗ theo trạng thái giới hạn 1

Sơ bộ lựa chọn cường độ cọc XMP theo công thức sau:

E, -hệ số an toàn lay theo mục 8,7 của TCCS 05:2010/VKHTLVN,

Cường độ tính toán của cọc XMĐ phải nhỏ hơn cường độ cho phép.của vật liệu XMĐ (mục 8, TCCS 05:2010/VKHTLVN).

us <[qu] (2.2)

qu- cường độ cho phép của vật liệu XMĐ (kN/m’) Giá trị cường,

độ này được lựa chọn thông qua mục 7 và mục 8 của TCCS

định các trự gia

‘Luan vấn Thạc sĩ Ding Dinh Thành

Tính toán theo trang thái giới hạn 2 đảm bảo cho móng trụ không phát

sinh biến dạng và lún quá lớn.

Tổng độ lún của công trình xây dựng trên nén đất gia có bằng cọc XMB như trên hình 1.3 Giá trị này bằng tổng độ lún cục bộ của toàn khối nền được gia cường (A hạ) và độ lún cục bộ của ting đất nằm dưới đáy khối đất được gia cường phía trên (A hp) Tức là:

Aha - độ lún cục bộ của ting đất nằm dưới mũi cọc XMD.

Đối với kiểu cọc chống: Ah=——_— #H—_ 24)ôi với kiêu cọc chứng: ah TT ng, G4

Đối với kiểu cọc treo; an=" _ Hw (25)

GE, +-a)E, THe oy

= (2.6)

2"Trong các công thức trên:

Ah - Tổng độ lún tính toán của nền gia cố bằng cọc XMĐ (mì.

q - tải trọng đơn vị tác dụng (kN/m) Trong trường hợp đối với nền.

dip q=y*Hụ,

H.- chiều day lớp đất yếu được gia có (m).

E,: Mô dun biển dang của đất nền xung quanh cọc (KN)

mô dun biến dang của cọc (KN/m).

q: tải trọng tác dụng lên lớp dat yếu không được gia cố dưới mũi

cọc (kiểu cọc treo)

H: chiều dày lớp đất yêu không được gia có dưới mũi cọc (kiều cọc treo)

Cy: chỉ

eo: hệ số rỗng tự nhiên của lớp đất yếu dưới mũi cọc (kiểu cọc treo) nén của lớp dat yếu dưới mũi cọc (kiêu cọc treo)

cu : dp lực địa ting (hữu hiệu)

2.3.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm như nền tương đương,

Nền trụ và dat dưới đáy móng được xem như nén đồng nhất với các số liệu cường độ Qu, Cụ, Ey được nâng cao (được tinh từ ọ, C, E của đất nền

xung quanh trụ và vật liệu làm trụ) Công thức quy đổi tương đương gus, Cụ,

Ey dựa trên độ cứng của cột XMĐ, đất và diện tích đất được thay thé bởi cột

XMP Gọi m là tỷ lệ giữa điện tích cột XMĐ thay thể trên điện tí

~ Tiêu chuẩn về cường độ: py , Cụ của nền được gia cố phải thỏa mãn.

điều kiện sức chịu tải dưới tác dụng của tải trọng công trình.

~ Tiêu chuẩn biển dang: Médun biển dang của nền được gia cổ E„; phải thỏa mãn điều kiện lún của công trình.

‘Luan vấn Thạc sĩ Ding Dinh Thành

Có thé dùng các công thức giải tích và các phần mềm địa kỹ thuật hiện có dé giải quyết bai toán này.

3.3.2.1TÍnh toán theo trạng thái giới hạn 1

Việc phân tích ôn định tông thé phải được tính toán theo các phương pháp mặt trượt trụ tròn, mặt trượt phẳng, mặt trượt phức hợp Hệ số ôn định

cho phép theo mục 8.7 của TCCS 05:2010/VKHTLVN.

Hình 2.4- Sơ đồ tinh toán theo phương pháp mặt trượt trụ tròn

Các trường hợp tính toán cần phải được tuân thủ theo các tiêu chuẩn hiện hành Ví dụ: Gia cố nén cho đập dat thì phải tuân theo tiêu chuẩn é đập đất đầm nén I4TCN 157 -2005; Gia cố nẻ 5

tuân thủ theo tiêu chuẩn 14TCN 130 -2002,

in cho déthì phải

Tinh toán biến dạng trong trường hợp này có thể tính toán như mục b tính toán theo phương pháp cọc Tuy nhiên, cần lưu ý rằng phương pháp tính

này phủ hợp hơn với việc sử dụng phan mềm địa ky thuật thông thường đểtính toán thiết ké, Do đó, cin phải chú ý một số điểm như sau;

- Biên của bài toán: Khoảng cách tính từ mép công trình đến biên phải hoạc biên trái phải lớn hơn 2 lần chiều rộng móng công trình (a > 2w) Chiều sâu tính toán tính từ mặt nền dat cũng yêu cầu như vậy (a > 2w').

Hinh2.6- Sơ đồ xác định các biên giới hạn khi sử dụng các phan mềm địa kỹ thuật

Trận vấn Thạc sĩ Đặng Dinh Thành