Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích chuyển vị tường vây ứng dụng giải pháp phun vữa áp lực cao để xử lý đáy hố đào

Điều nay là một xu thê chính trong quá trinh hiện đại hóa các thanh pho lớn, Việc xây dựng tầng hâm trong các khu vực đất tốt đã phức tạp thì việc xâydựng trong các khu vực đất yêu thì c

X“ ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH VSB)

TRUONG DAI HOC BACH KHOA “Sy

KHOA KY THUAT XAY DUNG

(

LE TRUNG TIN

PHAN TICH CHUYEN VI TUONG VAYUNG DUNG GIAI PHAP PHUN VUA AP LUC

CAO DE XU LY DAY HO DAO

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã số ngành: 60580211

Uy LUẬN VĂN THAC SĨ

TP HCM 12-2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HOC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc:Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS VÕ PHÁNCán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Đề cương Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa

Tp.HCM,ngay thang năm 2017.

Thanh phan Hội đồng đánh giá dé cương Luận văn thạc sĩ gồm:

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

KY THUẬT XÂY DUNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hanh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ho và tên học viên: LE TRUNG TÍN MSHV: 1570708Ngày, thang, năm sinh: 14/10/1992 Noi sinh: Lâm Đồng

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dung Mã số: 60580211

I TÊN DE TÀI: Phân tích chuyển vị tường vây ứng dụng giải pháp phun vữaáp lực cao dé xử lý đáy hồ đào

H NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG1 Đưa ra tổng quan về công nghệ phun vữa áp lực cao và chuyền vị tường vay.2 Cơ sở lý thuyết tính toán phương pháp phun vữa áp lực cao

3 Sử dụng Plaxis 2D mô phỏng bài toán tường vây tầng ham có gia cường băng Grouting để phân tích giải pháp này

Jet-4 Đánh giá hiệu quả tăng tính ồn định cho tường vây của phương pháp này.HI.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10/07/2017

IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03/12/2017Vv HO VÀ TEN CAN BO HUONG DAN: PGS.TS VÕ PHAN

Tp HCM, ngày tháng năm 2017CÁN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

PGS.TS VÕ PHÁN PGS.TS LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS NGUYEN MINH TAM

Đầu tiên, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến thầyPGS.TS.Võ Phán, người Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp tôi đưa ra hướng nghiêncứu cụ thé, hỗ trợ tài liệu, kiến thức quý báu trong suốt quá trình hoc tập và nghiên

cuu.

Học viên cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, Quý thay cô trường Daihọc Bách Khoa Thành Phố Hỗ Chí Minh đã tạo điều kiện, giúp đỡ để tôi có môitrường học tập và thực hiện dé tài nghiên cứu này

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên tôi trong suốt quá trình học tập và

làm việc.

Mặc dù đã có nhiều cố găng, tuy nhiên vẫn không tránh khỏi những thiếu sót,

rât mong nhận được sự đóng góp quý báu của thây cô và các bạn.

TPHCM, ngày 03 thang 12 năm 2017

Học viên

Lê Trung Tín

Trong những năm gan đây ở nước ta, cùng với sự phát triển kinh tế và quá trìnhđô thị hóa nhanh, nhu câu sử dụng và khai thác không gian ngầm dưới mặt đất ngàycàng nhiều Việc xây dựng các công trình nói trên dẫn đến xuất hiện hàng loạt các hồdao sâu có kích thước lớn và năm trong tang đất có địa chất phức tạp Vì vậy, chuyểnvị ngang và độ lún vượt giới hạn cho phép một trong những nguyên nhân chính có thể

gây thiệt hại cho công trình lân cận.

Giải pháp phụt vữa áp lực cao là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếumang lại hiệu quả kinh tế Giải pháp này đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới và

đang được áp dụng tại Việt Nam

Đề tài nghiên cứu khả năng làm việc của lớp đất yếu sau khi xử lý băng phụtvữa áp lực cao và những tính toán hợp lý để có được chất lượng phụt cao nhất

Đồng thời dựa trên phương pháp phân tử hữu hạn tính toán, kiểm tra, mô phỏnglớp đất sau khi khoan phụt Tính toán day trồi đáy hỗ đào dựa trên cơ sở lý thuyết của

giải tích.

Kết quả phân tích cho thấy chuyền vị ngang của tường vây lớn nhất năm ở gầnkhu vực đáy hố đào Dựa trên những nghiên cứu tổng quan trên thế giới, tác giả môphỏng ứng dụng giải pháp phun vữa cao áp Jet Grouting giảm chuyền vị ngang hồ daotrong điều kiện địa chất TP.HCM Dat trong khu vực đáy hồ đào được thay thế mộtphan bang những coc Jet Grouting (JGPs) nham tang sức khang bi động

Phuong phap phan tich số được lựa chọn sử dụng đánh giá tính hiệu quả cua JetGrouting, từ đó tìm ra giải pháp mô phỏng dé dàng và nhanh chóng, giảm bớt khốilượng tính toán Việc tính toán dé tìm ra hệ số an toàn chong day trồi hỗ dao cũng đãcho thay hiệu qua của việc xử ly Jet Grouting dưới đáy hỗ đào Có hai phương pháp

mồ phỏng được xét tới :

e Phương pháp RAS(The real allocation simulaton)mô phỏng vật liệu

riêng biệt theo tính chat thật của đất nên và JGPs.e Phương pháp EMS(Equivalent material simulation) mô phỏng qui đổi

vật liệu tương đương, xem cọc JGPs và đất nền làm việc như một khốiduy nhất

In recent years in our country, along with economic development andurbanization process, the need to use and exploitation of underground more and more.The build of constructions quoted above has made many kinds of deep excavationsappear and have the large size in soil with complex geology The horizontaldisplacement exceeds the permissible limits and ground settlement due to theconstruction of deep excavations are the main causes that can cause damage to theadjacent buildings.

The solution Jet Grouting is one of the good solutions for soft ground whichbrings economic efficiency.This solution has been widely used in the world and isbeing applied in Vietnam.

The subjet reseached capability of soft soil after treatment with Jet Groutingand reasonably calculated to obtain the highest quality Jet.

Also based on the finite element method caculates, test, simulate soil afterdrilling Jet Caculate the bottom of the pit bands based on the theory of calculus.

Results of the analysis showed that the horizontal displacement of the largestdiaphragm wall is near the bottom of the excavation Based on the study of the world,the author describes the application high-pressure grouting solution (Jet Grouting)reduced horizontal displacement excavations in geological conditions in Ho ChiMinh city The soil in the bottom of excavations is replaced in part by the JetGrouting piles (JGPs) to increase passive resistance.

Methods of analysis have chosen to use to assess the effectiveness of JetGrouting, thus generating simulation solution easily and quickly, which reduce theamount of calculation The calculation finds out the factors of safety push-upsexcavation which have shown the effectiveness of the treatmnet of Jet Grouting thebottom of the excavation There are two simulation methods are considered to:

e RAS method (The real allocation simulation) simulation separatematerials on the characteristics of the real soil and JGPs.

e EMS method (Equivalent material simulation ) as JGPs piles and soiluntreated work as a single block material.

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, được thực hiện dưới sự

hướng dẫn khoa học của PGS.TS.Võ Phán

Các sô liệu, kêt quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bô

trong bất kỳ công trình nào khác

TPHCM, ngày 03 thang 12 năm 2017

Học viên

Lê Trung Tín

08700005 .ố ằ sa |1 Tính cần thiết của để tải 5 5c c3 21 1 3212111211 1111111112111111012121211010 2110 2e |

2 MUC tOU NQMIEN CUU oe 23 NOI dung NHIEN CUU 01 24 Phương pháp nghiên CỨU - 2c 2.11112101113921 111911111199 ng kh 2

5 Tính khoa học và ý nghĩa thực tiễn của dé tài + 2 25522221 £EEeErrkrrerrred 3CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ JET-GROUTING VÀ CHUYỂN VỊNGANG TƯỜNG VAY HO ĐÀO SÂU -s<es<eseeresetreeeeresetrrseeresrereseorrssrre 41.1 Đặc điểm hỗ đào sâu 2 cSn 1212010 121581111151 1511111111 151111 115111511 1111111 111111111 11 1E te 41.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới chuyển vị ngang h6 đảo sâu - 2 252 522s2E+cszcee: 41.2.1 Ảnh hưởng của chiều sâu hỗ đào -¿- 525552 22E‡2E2EEEE2EEE2E2E2E2E2E 2E cee2 51.2.2 Ảnh hưởng của chiều sâu ngàm tường - + - ¿5225 S22ES2E2EEE2EcEEzErrekrrrrees 61.2.3 Ảnh hưởng của độ cứng tường và phân bồ dat tốt đất yếu -. -5+: 71.3 Các phương pháp phân tích chuyển vị ngang hồ đảo sâu - 2 2252252 +£zzcee: 9

1.3.1 Phương pháp đơn g1ản - - c1 11392011 99 111110111111 ng HH vn và 9

1.3.2 Phương pháp dam trên nền đàn hồi và phương pháp phân tử hữu hạn 91.4 Tổng quan về công nghệ Jet-grOUtiIIỹ - 2525221233 12151511 21215211 21152111212 re 101.5 Lich sử hình thành va phát triển của công nghệ Jet-Grouting và ứng dụng 131.5.1 Lich sử phat triển của phương pháp Jet-Grouting - + + + s+x+secezzzzszec 13

1.5.2 Cac ứng dung của J€t-TOUfITE c5 11 ng ng ngư 141.6 Phân loại công nghệ phut vữa cao áp Jet-Grouting 2 Sen ssree 15

1.7 Ưu nhược điểm của phương pháp jet-groufing - 5-52 2 +c+£z+s+x+zzxzxzrrrxee 18BAN nh 18ĐA hon 19

2.2 Các nhân tô ảnh hưởng đến chat lượng Jet-grouting c.cccccecccecessesessestssesesesesteseeeees 212.2.1 Ap lực phun - :- - 5S 2E S211 52521115 1211111 1211111111111 11 010101101010 1 01 ưu 212.2.2 Tốc độ dòng phut, thê tích và lưu lượng phụ ¿2-5 2+s+sz+s+<+zzxczxe2 212.2.3 Anh hương của khí N60 oo ceccccececcsscsescscecssceescecsscsescsesscscscsessesesssesesssesseaeseseeees 232.2.4 Tốc độ nâng/hạ CAN ¿- 5: S222 1 212321212212121111211 1111111112121 xe 232.2.5 Tốc độ xoay cân 5 : t2 1 11 2121221212112111211111121211111111111 re 242.2.6 Số lần lặp - ¿c5 1222121 212122121211 1121211212112 1110111121111 1e 24

2.2.7 Kích thước và lượng vòi phu - - <6 5 1 x19 111991 9 ng kg 242.2.8 Tỉ lệ nước: x1 măng (w:c) của vữa phun - - 2c S2 HS vn khe 25

2.2.9 Ảnh hưởng của loại đất tại hiện trường ¿2 52 2E+S2+E‡Et2E2EEEzEcrxzkersrree 262.3 Dự đoán chất lượng sản phẩm soiÏCrefe - 5-52 2S 9ESE2E£E£EEEE£EEEEEEEEEEErEerrree, 28

2.3.1 Đường kính COC - - LH SH TH ng Tủ 282.3.2 Khoảng cách XỐI c1 ng nọ nà 29

2.3.3 Sức chống cắt của đất nền sau khi được xử lý - ¿2 522x+szcscxczsrcrxee 302.4 Lý thuyết mô phỏng dat nền sau khi phụt vữa Jet Grouting trong phan tử hữu hạn 30

2.4.1 Phương pháp mô phỏng - - E2 111332101 1119911 111990111119 11 11H vn ke30

2.4.2 Mô hình sử dụng mô phỏng trong phân tử hữu hạn - ¿2525222525522 312.4.3 Phần tử tiẾp XUC coececccccccccccscsssscssssesssesussssussesesssscssssessssssssssesusscsussesessssesssscsseseeesees 31

2.4.4 Mô hình Morh- Coulmb cho tính toán PTHH sử dụng Plaxis - 322.4.5 Mô hình Hradening Soil cho tính toán PTHH sử dụng PlaxIs - 32

2.4.6 Thông số đầu vào đất nên 5: 2 22 12222 112121112121121211112121111211 121 re 342.4.7 Các thông số cọc Jef-grOUtinig -¿- - 2-55: 222192121211 2121221111121 2111211121 372.4.8 Thiết kế coc Jet Grouting theo phương pháp hỗn hợp nên tương đương 392.5 Lý thuyết về 6n định chống trồi đáy hỗ đảo ¿256 2 EE2E‡EE2E2 SE cxerrree 402.5.1 Kiểm tra ồn định chống trồi hỗ dao theo phương pháp Terzaghi- Peek Al2.5.2 Phương pháp tính chống trồi đáy khi đồng thời xét CAC và @ - 432.5.3 Tính 6n định chống trồi đáy bang bơm phut 5+ 2 522x+sz+zzzvzzzczxez 44

2.6 NAAN Xt oo 45

CHUONG 3: QUY TRINH CONG NGHỆ JET GROUTING «- 47

3.1 Cau tạo của hệ thống thiết bị Jet GOULING 1-4 473.1.1 Phần di động - ¿1-5 1222121 21212212121121212111112111212110121111212111 211 ưu 483.1.2 Phan n6 5I3.2 Các thông số Jet GTOUting -¿- ¿5-5 S+ 1E S4 2111921 1215152111 21171 2111111111101 1 xe 533.2.1 Các thông số vận hành thiết bị, - ¿5+ 522SSE2E£E22E2EEE2E2E212212122122 2 xe 53.2.2 Các thông số của sản phẩm soilCr€fe - + 52+ SE2EE22E92121212121 2122 xe 54

3.3 So sánh giữa các dang Jet CGTOU{ITE - 2G c1 1112101113221 1119 111119 v1 ng kg re 543.4 Phác thao quy trình công nghệ Jet CTOUfITIE - 2G 1113321111119 11 9511 xe 563.4.1 Phạm vi áp dụng - - G ST SH ng HH vớ 563.4.2 Các thuật ngữ và định nghĩa - - - E2 1E 3121111395111 119111111901 11H kg re 563.4.3 Các quy định chung - - - c1 1112111111 11g ng TH nh 58

3.4.4 Khảo sát địa chất -ccct nh ngờ 58

3.4.5 Vật liệu sử dụng - - - c c2 ng ng ớ 59

3.4.6 Các xem xét trong thiết KẾ - ¿+ ¿©5221 E2123212121212212121111211111 121211 xe 59

3.4.7 Thi công Jet Grouting ec 2G HH nọ ng nh 60

3.4.8 Giám sát, kiểm tra, nghiệm thu ¿5-5-5222 SE2EEE22E222121121212121 12121 xe 61

hôn Ö 66

CHUONG 4: UNG DUNG GIẢI PHÁP PHUN VỮA AP LUC CAO DE XU LY DAYHO ĐÀO VA CHUYEN VỊ TƯỜNG VỀ Y 5 <5 sơ xxx eesxeesreeseeeesesersese 674.1 Tổng quan về công trình - ¿+ <2 2S ESE2E*E£EESEEE9EE 1211511 21212211 21111111111 Xe 67

“ANH (U00 21 e - 67

4.1.2 Dia chất công trình .-¿- 5: S152 22SE21215212121121111212111111211112111111111 111 kg 684.1.3 Qúa trình thi công hố đào ¿+ ¿5S S22E92EEE9EE212192121212111212112121 21111 xe 704.2 Mô phỏng công trình băng PTHH ¿2 S2 £2E2E£EEE2E£E£EEEE2EEEEEEEEEEEE 2E rree 724.2.1 Thông số đầu vào - +5: St 2Sc 222192121511 212121111121111111111210111101111 1111 1g 72

4.2.2 Mô hình công trình trong PÏaXIS - - - G2011 999 11g ngu74

4.3 So sánh với quan trac thực tẾ + 2 2s S1 191 1232151111 21117111111111 1111211111 1E xe 79

“Anh 83

4.5 Phân tích ứng dụng giải pháp Jet-grouting để giảm chuyền vị hố đào 84

4.5.1 Thông số của cọc Jet Grouting khi thi công -¿- 5252252 2++x22x+zzzxcserxre 84

4.5.2 Phuong pháp mô phỏng công trình có xử lý Jet-grouting trong PTHH 85

4.6 Đánh giá kết quả đạt QUOC - 5-52 2s S1 121 1232112111 2101171 112111110111 2111 1101 1 xe 904.6.1 So sánh hiệu quả giảm chuyên vị ngang tường VAY - 25+ +5s+cccxcsec: 924.6.2 Hiệu quả giảm độ lún xung quanh hố đảo 25522222 2+2E£z2E+£z£xezzzxs 974.6.3 Tính toán khả năng giảm day trồi hố móng - ¿+52 52252S2+x+22£xczzcxrs 99

“NI 0<“ 101

KET LUẬN VA KIEN NGHỊ, - 2 SE SE EEEEEE E1 111 1111111 ke 102TÀI LIEU THAM KHẢO -252-©2sc 2EEt2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEErEEEkrrrrkrrrrrrrrkrree 104

DANH MUC KY HIEU, CHU VIET TAT SU DUNG TRONG LUAN VAN

A (m2) -diện tích, tiết diện ngangB (m) -bê rộng hố móng

C (KN/m?) -lực dính của datD (m) -độ chôn sâu của thân tường (tính từ mặt đáy hố đào tới chân

tường)

d (mm) -đường kính vòi phun

đị, đ; (m) -khoảng cách giữa hai tim cọc theo hai phương

g (m/s*) - gia tốc trong trườngIr — (NA) -tỉ lệ bề mặt đất được cải tao

Ka (N/A) -hệ số áp luc đất chủ động

Lin (m) -ban kinh coc

Ù (m) -khoảng cách xói của tia

Mr (KN/m) -moment chống trôi

Ms, (KN/m) -moment gây trôim (NA) -hệ số ảnh hưởng bởi chất lượng vòi phụtn (N/A) -số lượng vòi phun trên vòi phun

P; (KN) _ -áp lực trong vòi phun

Đẹ (kN/m) -áp lực thủy tinh tác dụng lên đầu ra của voi phun

P, (N/A) -thông số của đất được cải thiện

P (N/A) -thông số của đất không cải thiện

Peg (N/A) _ -thông số dat tương đương cho khối đất hỗn hợp như là : Eyi, c„v,

Do (m) -áp suất tại đầu phụt tính theo chiều cao cột nước có áp

Q (kN/m)_ -tải trọng trên mặt đất

q„ (KN/m”) -cường độ nén nở hông

Qjc (KN) -lực neo giữ của cọc ở lớp bơm phụt

T: (N/A) -độ bền cắt của đất được xử lý

T, (N/A) -độ bên cắt của đất không được xử lý

DANH MỤC HÌNH ANH TRONG LUẬN VĂN

Hình 1 1 Mối tương quan giữa chuyền vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều 6Hình 1 2 Chiều sâu ngàm tường Hp ,Chang Yu Ou (2006) 2-25- 555555: 6Hình 1 3 Tương quan giữa chiều sâu ngam tường và chuyên vị ngang của tường 7Hình 1 4 Dạng chuyền vi của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống đủ lớn 8Hình 1 5 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống không đủ

0 8

Hình 1 6 Các loại phương pháp phut vữa trong đất co bản (Nguyễn Quốc

Dũng,20Ũa) - - Go tre 1]Hình 1 7 Cac dang Jet-Grouting cơ bản - ch 13

Hình 1 8 Ung dụng của cọc Jet-GrOufing ¿- - + +52 Sex 2E 3 E2 E12 11c, 15

Hình 1 9 Công nghệ Ss eee ccccesssssnceeeeessesnaeeeeceesesnaeeeeceeseeessaeeeseeeeesneeeseeeeeeaeees 16Hình 1 10 Công nghệ Ì (<9 re 16Hình 1 II Công nghệ Ï' - (<< G1 11390000109 rre 17

Hình 1 12 Phương pháp phụt vữa truyền thông và phương pháp phut vữa áp lực cao 18

Hình 2 1 Quan hệ giữa khoảng cách xói va áp lực phun(Essler & Yshida 2004) 21Hình 2 2 Su anh hưởng của ap luc và dòng phut << << se 23

Hình 2 3 Quan hệ giữa tốc độ rút cần và loại đất + + + 2 scx+cscscrezeresree 23Hình 2 4 Tốc độ xoay và chu kỳ lặp lại ảnh hưởng đường kính xói (Essler & Yoshida

0) 2 7 24

Hình 2 5 Mặt cắt dọc vòi phut tối ưu theo Shibazaki và Ohta - 25

Hình 2 6 Quan hệ giữa cường độ và hàm lượng ximăng sử dụng (Xanthakos at

al.1994 từ nguén Gallavresi, 1992) ¿+ tt S1 111115111111 112111 1101111111111 1c 26Hình 2 7 Phạm vi ứng dụng của công nghệ Jet Grouting trong các loại đất (Keller

00007 26

Hình 2 8 Quan hệ giữa áp lực phun và đường kính soilcrete với hai loại đất dính và

"UP dăa a 27

Hình 2 9 Mô hình tia áp lực trong đất của Chu, E.H (2005) - - +5: 29Hình 2 10 Coc Jet Grouting làm việc bang phương pháp nên liệu riêng biệt 30

Hình 2 11 Coc Jet Grouting làm việc bang phương pháp nền tương duong 3lHình 2 12 Mối quan hệ giữa qu — Ir — Im ¿-¿- - + 2 2+2 +E+E+E+E£EE£E£E£EzEEErkrkrrerees 40Hình 2 13 Chống day trôi hỗ đào theo Terzaghi - + 2 252 5s+E+£+£z£z£ezezesree 42Hình 2 14 Phương pháp Terzaghi cải tiễn tính chống tréi đáy hồ 42Hình 2 15 Sơ đồ tính toán chống trôi xét đồng thời cả e và @ -c+c-c<c: 43Hình 2 16 Khi gia c6 chỉ có bơm phut ¿-¿- 5-5 + 2 22+ £E£E£E+EzE£EzErErerrsrees 45Hình 2 17 Khi gia cô chỉ có bơm phut + GỌC + ¿25 +E+E££E£E£E£EzEzErkrerrerees 45

Hình 3 1 Sơ đồ bố trí thiết bị phun đôi (YBM Co.) - ¿55-2 55+cc2£2£<+ezescee 47Hình 3 2 Cau tạo đầu phun Jet Grouting (a) Phun đơn, (b) Phun đôi, (c) Phun ba 50

Hình 3 3 Bơm áp LUC CaO cọ re 52Hình 3 4 May trộn vita -.- << << HH ke 52

Hình 3 5 Sơ đồ tong thé hệ thống Jet Grouting phun don lắp ghép - 56Hình 3 6 Sơ đồ dây chuyên thiết bị khoan phụt cao áp - - 2 2 2 scs+s+csc<e: 61

Hình 4 1 Mặt bang va mặt cắt tầng hầm công trình wees cece cece 67Hình 4 2 Mặt bang bồ trí hố khoat cccccceceecsesescsessscsssesessssssssssesssssesssseseseeseen 68Hình 4 3 Mặt cắt thi công tầng ham ¿-¿- ©5252 S223 E2 2E E21 1511121211211 ee 71Hình 4 4 Mô hình tổng thé bai toán - + 2 2E 2 S2 EESE£E+E2EEEEEEEEEE 521 11212 Eee, 79Hình 4 5 Mat bang bồ trí mốc quan trắc tường vây trong quá trình thi công 79Hình 4 6 Biểu đỗ so sánh chuyển vị ngang của tường vây giữa quan trắc thực tế, mô

hinh Morh- Coulomb, mô hình Hardening Soil 2 - 5111 s55 erse 82

Hình 4 7 Coc Jet Grouting làm việc băng phương pháp nền riêng biệt S5Hình 4 8 Quy đổi từ coc tròn sang cọc chữ nhật - + 2 2 252+E+E+£z££ezeresree S6Hình 4 9 Sơ đồ bố trí cỌC - ¿+ th TH HH tr ri 86Hình 4 10 Biểu đồ so sánh chuyển vị tường vây được mô phỏng băng phương pháp

vật liệu tương ẨƯƠnØ - - c1 12000010 ng 0n kh 90

Hình 4 11 Biểu đồ so sánh chuyển vị tường vây được mô phỏng băng phương phápNEN riêng DIS - - S621 3 E525 123 1515151121 111511 111101151111 11 1115110111010 01 011110 y0 9]Hình 4 12 Biểu đồ so sánh chuyền vị tường vây sau khi gia có bang phương pháp phụt

vữa áp lực cao với tỷ lỆ Š% HH nọ re 93

Hình 4 13 Biểu đồ so sánh chuyền vị tường vây sau khi gia có bang phương pháp phut

vữa áp lực cao với ty lỆ IŨ% - - << c HH re 94

Hình 4 14 Biểu đồ so sánh chuyền vị tường vây sau khi gia có bang phương pháp phụt

vữa áp lực cao với ty lỆ IŠ⁄% - - - - cọ re 95

Hình 4 15 Biểu đồ so sánh chuyền vị tường vây sau khi gia có bang phương pháp phụt

vữa áp lực cao với tỷ lỆ 2% HH nọ re %6

Hình 4 16 Chuyến vị mặt đất quanh hồ đào khi chưa xử lý và xử lý đáy hố đào bang

phương pháp RAS .- - cọ nọ re 97

Hình 4 17 Chuyén vi mặt dat quanh hồ đào khi chưa xử ly và xử lý đáy hố đào bang

phương pháp EMS - - - << Họ re 98

DANH MỤC BANG BIEU TRONG LUẬN VĂN

Bảng 2 1 Tổng hop thông số vận hành Jet-Grouting phun đơn - -: 24

Bảng 2 2 Bang tổng hợp thông số vận hành của hệ thong phun đơn 28

Bảng 2 3 Đường kính cọc Jet-Grouting theo loại đất và hệ thong thi công 28

Bảng 2 4 Tổng hợp các nét chính của hai mô hình MC và HS - +: 33

Bang 2 5 Tương quan giữa E và Nopp ssccccccssssssecceceesssseeecceesseseeeeceessesnaeeeeeeeseeeeneees 34Bang 2 6 Quan hệ giữa Eg và Su ,Ieparaksa W(1999) HH re, 35Bảng 2 7 Quan hệ giữa Es và Su theo chỉ số déo,Bowles J.E (1998) 35

Bang 2 8 Giá trị tiêu biểu của mô đun E cho vật liệu kết dính (Mpa) 35

Bảng 2 9 Hệ số thấm của đất theo Handbook of Geotechnical Investigation andDesign Table (Burt Look, 2007) - c9 9090000 0n 36Bảng 2 10 Hệ số thắm k cua một số loại đất theo theo Das.BM -: 36

Bảng 2 11 Gia trị hệ sỐ 0, theo Das.BM HH kg 37Bang 2 12 Hệ số Poisson của đất theo Handbook of Geotechnical Investigation andDesign Table (Burt Look, 2007) - c9 9090000 0n 37Bảng 2 13 Đặc điểm cọc Jet Grouting ở TP.HCM 2 252 552£+c+£z££ezeresree 38Bảng 2 14 Một số quan hệ giữa E50 và Qu - - + 252255 2E+E££E£E£E£EzEzEErererrerees 38Bảng 2 15 Đặc trưng coc Jet Grouting, G.Guatteri, J.L Kauschinger, A C Doria ,E.B.Perry (996) - - c HH 00 kh 39Bảng 3 1 Ưu nhược điểm của hệ thông Jet Grouting (Bruke 2004) - 55

Bang 3 2 Quy định số lượng thí nghiệm tiến hành (TCCS 5:2010) -: 62

Bảng 3 3 Các hoạt động chủ yếu trong thi công Jet Grouting (BS EN 12716:2001) 63Bảng 3 4 Thông số vận hành theo hãng YBM(YBM Co.) - 55255555 2c+cscee 64Bảng 3 5 Bang tong hợp các thông số Jet Grouting trong điều kiện địa chất thửnghiệm khu vực TP.HCM.(Trần Nguyễn Hoàng Hùng 2016) -. 5-5: 65

Bảng 4 1 Mô tả địa chất công trình . ¿+ + 2 2 SE2E£E+E£EE£E£E£ESEEEEEEEErxrkrrrree, 70Bang 4 2 Trinh tự thi công tầng hầm ¿-©- ©5252 SE 2E£E+E2EE E31 E111 ree, 71Bảng 4 3 Thông số tường VAY cccccsescssesesscsesesscsesssscsssscscsssscsesessssssesscscsssesucseseeecseaeees 72

.4 Thông số đặc trưng thanh chống ¿+ +2 2 2+E+E£E+E££z£E£EzEzEerrered 72 5 Thông số đặc trưng sản hẳầm - + ¿26+ E2EE2E£ESEEEEEEEEEEeErrrrerered 73 6 Các thông số của đất trong mô hình Mohr-Coulomb 5-5- 73 7 Các thông số của đất trong mô hình Hardening soil - - 25s: 74 8 Kết quả quan trắc chuyền vị tường vây tại Inelinometer 6 30 0 Ty lệ trộn vữa bom gia CỔ thÂn CỌC -c-c- G1 12128 1 5151115156 Egxrkeo 34 10 Áp lực bơm vữa dự tính ¿-¿- + 2 2223 1S E1 1212151511111 1 E11 ecxre 84 11 Thiết bị chủ yếu dự kiến cho phương pháp gia cố nền xung quanh chân cọc

1 84

12 Bang quy đổi các thông số IGPS ceccececcccsccssscssscsesescsssssssscsessssssesesesssvesees 87 13 Quy đổi nên tương đương cho đất được xử ly bang JGPs 88 14 So sánh kết quả chuyền vi tường vay mô phỏng bang hai PP EMS va RAS

1 92

15 So sánh độ lún đất nền quanh hé đào mô phỏng theo 2 PP RAS va EMS 98 16 Kiểm tra 6n định đáy hố đào theo Terzaghi ¿5-5 s+s+cscscscs¿ 100 17 Kiểm tra 6n định đáy hố đào có bơm phut vữa - cece 101

1 Tính cần thiết của đề tài

» 2 hai

O nước ta, đặc biệt là ở các thành pho lớn như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh,

nhà cao tang đã xuât hiện rất nhanh chong Công trình được phat triên lên cao hơn

và một phân được dua sâu vào lòng dat Điều nay là một xu thê chính trong quá

trinh hiện đại hóa các thanh pho lớn,

Việc xây dựng tầng hâm trong các khu vực đất tốt đã phức tạp thì việc xâydựng trong các khu vực đất yêu thì càng khó khăn hơn vì chuyển vị ngang của cáctường vay tang ham trong quá trình đào ham thường rất lớn gây mat én định cho hé

đào và công trình xung quanh,

`

Chính vì vậy việc lựa chọn giải giải pháp giúp ôn định tường vay hộ đào sâu là

một trong những van dé quan trọng khi thi công nhà cao tang ma một trong sô đó là

công nghệ Jet-Grouting.

Hiện nay trên thế giới, ngoài những nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết nhằmphát triển công nghệ Jet Grouting, Jet Grouting ngày càng được áp dụng nhiều trongcác dự án vì có phạm vi ứng dụng rộng như: kiểm soát nước ngầm, kiểm soát chuyển

vị, dùng chịu tải trọng công trình, dùng cho mục đích bảo vệ môi trường, v.v Jet

Grouting cũng được ứng dụng vì các ưu điểm nổi bat: phù hợp với mọi loại đất, tạocọc có đường kính lớn, cường độ cao, thiết bị nhỏ gọn thi công trong không gian hạnchế, ít gây chan động, có thé thi công nơi có công trình ngầm, v.v Vì vay, JetGrouting phù hợp với mọi điều kiện thi công ma công nghệ khác không đáp ứng được

Do đó, nếu công nghệ Jet Grouting được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam, côngnghệ này sẽ mang lại hiệu quả cao về kinh tế lẫn kỹ thuật

Dựa trên những lý do đó đề tài “ Phân tích chuyển vị tường vay ứng dụng giải

nháp phun vita dp lực cao dé xử l đáy hồ dao” đã được hình thành,

Phân tích yếu t6 ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây khi công trìnhcao tầng có hỗ đảo sâu trên nên tầng đất yếu.

Mục đích của phương pháp dùng cọc jet-gouting gia cường khu vực hồ đào sâulà để giảm chuyên vị ngang tường vây và chống day trôi đáy hố đào

Phương pháp này tương đối dé dàng thi công, nên được áp dụng ở nhiều nướctrên thế giới Tuy nhiên phương pháp phân tích và ý tưởng thiết kế vẫn còn đánh giácao kinh nghiệm và thiếu phương án thiết kế rõ ràng vào thời điểm này

Việc phân tích van dé này đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn , nên phươngpháp phân tử hữu hạn được sử dụng

Từ kết quả quan trắc thực té của công trình thật sẽ được đem so sánh với kếtquả mô phỏng băng phương pháp phan tử hữu han dé chứng minh tinh hợp lý và hiệu

quả của mồ hình có sử dụng phương pháp jet-grouting.3 Nội dung nghiên cứu

Khảo sát thu thập các số liệu quan trắc tường vây tầng hầm công trình Cao ốcphức hợp MANDISON, số 15 Thi Sách, phường Bến Nghé, Quan |

Tiến hành mô phỏng công trình trên để tìm ra mô hình tính toán phù hợp.Tiến hành mô hình hố đào gia cường băng giải pháp Jet-grouting với nhiềuphương án khác nhau vẻ tỉ lệ gia cố đất nền cho lớp đất cát dưới đáy hố đào băng môhình đã lựa chọn ở trên dé dé ra phương án hợp lý và đánh giá các yếu tổ tác động

Tìm ra được sự ảnh hưởng của giải pháp Jet-Grouting tới:

+ Chuyén vị của tường vây+ Độ lún bề mặt đất công trình lân cận+ Khả năng chống day trôi hỗ móng

4 Phương pháp nghiên cứu

Phân tích cơ sở lý thuyết, đánh giá về phương pháp phụt vữa áp lực cao dé xử lýnên dưới đáy hồ đào

Tiến hành mô hình hố đào gia cường băng giải pháp Jet-grouting với nhiềuphương án khác nhau về tỉ lệ gia cô đất nên

Khảo sát thu thập các số liệu quan trắc tường vây tầng hầm ở khu vực TP.HCMnhằm so sánh với kết quả tính toán được

Giải pháp phụt vữa áp lực cao giúp hạn chế chuyền vị ngang trong quá trình thicông hồ đào hay thi công hầm.

Giải pháp phut vữa áp lực cao gia cường nên đất nhằm ngăn không cho nên bị

phá hoại trong trường hợp tải trọng tác dụng vượt quá giới hạn cho phép.

Giải pháp phut vữa áp lực cao làm tăng hệ số 6n định của hé đào Tránh hiệntưởng hóa lỏng của nên

Tại Việt Nam, công nghệ phụt nói chung còn đang ton tại nhiều vẫn dé cơ bảnCông nghệ phụt trong các quy trình và tiêu chuẩn ngành hiện mới dừng ở phụt

6 Hạn chê của nghiên cứu

Đề tài này chưa đánh giá được hết ảnh hưởng của các mô hình khác ngoài Coulomb va Hardening Soil và các nhân tố khác ngoài nhân tố mô hình và phươngpháp phân tích đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố dao sâuở khu vực đất yếu Tp.Hồ Chí Minh

Morh-Ngoài ra dé tài cũng chỉ xét đến phương pháp gia cô đất trong hỗ đào bằng phươngpháp Jet-grouting, mà chưa xét đến các kiểu gia cố khác như: cọc xi măng đất bênngoải tường vây, hệ neo tường vào dat

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ JET-GROUTINGVA CHUYEN VI NGANG TUONG VAY HO DAO SAU

1.1 Đặc điểm hồ đào sâu

Công tác hồ đào sâu là loại công tác có giá thành cao, khối lượng công việc lớn,kỹ thuật phức tạp ,sự cô hay xay ra, là một khâu khó về mặt kỹ thuật, đồng thời cũnglà trọng điểm để hạ thấp giá thành và bảo đảm chất lượng công trình

Đào hố móng cho các công trình tang ham trong điều kiện đất yếu , mực nướcngầm cao và nhiêu điều kiện thường phức tạp khác, rat dé sinh ra mat ôn định hồ đào,phình trồi đáy hỗ đào, kết cau chắn giữ bị hư hỏng nặng làm hư hại hỗ móng, ảnhhưởng nghiêm trọng các công trình ngầm và đường ống xung quanh

Vì vậy bài toán 6n định hố đảo sâu, đòi hỏi người kỹ sư thiết kế phải có kinhnghiệm trong việc phân tích và lựa chọn giải pháp tường chan đủ cứng để chống lại sự

phá hoại kêt cầu và chuyên vi ngang quá mức.

1.2 Các yếu tố ảnh hướng tới chuyển vị ngang hồ đào sâu

Có rất nhiều yếu tổ ảnh hưởng tới chuyển vị ngang của tường vây hồ dao sâuđược đúc kết lại thành ba nhóm chính:

-Nhóm các nhân tố cô hữu:

¢ Nhân tô địa chất: tính chất cơ lý của đất nền quyết định khả năng chịu lực vàbiên dạng của đât nên, lịch sử chịu lực của đât nên, mực nước ngâm

¢ Nhân tố các công trình xung quanh công trình hỗ dao sâu như các nhà caotầng xung quanh, các công trình giao thông và mật độ giao thông xung quanh công

trình

-Nhóm các nhân tô liên quan tới thiết kế:

° Độ cứng của hệ thông chong đỡ bao gôm độ cứng của tường vây, độ cứng cua

hệ thống thanh chồng, chiều dài của tường vây

° Hình dạng cua hô dao: chiêu rộng, chiêu sâu, dạng hình học của hồ dao

¢ Sự cải thiện dat nên công trình như các biện pháp phut vữa, trộn vữa ximang nhăm nâng cao kha năng chịu lực và giảm sự biên dạng cua dat nên.

- Nhóm các nhân tô liên quan đên vân đê thi công:¢ Các phương pháp thi công khác nhau như: Top down, Semi Topdown, Bottom

Up

‹ Việc đào quá sâu dé thi công hệ thống thanh chóng cũng ảnh hưởng đến

chuyên vi ngang của tường vay

¢ Các giai đoạn thi công trước đó như ảnh hưởng của việc đào hô móng thi công

tường vây cũng ảnh hưởng đến chuyền vị tường

e Thời gian của các giai đoạn thi công: thời gian thi công ảnh hưởng khá lớn

đến chuyền vị ngang của tường vây trong hố đào sâu đặc biệt trong nền đất sét vì liên

quan đền vân dé cô kết và từ biên

‹ Tay nghề của đội công nhân thi công công trình Điều nay cũng được Peck(1969) bản đến

Ngoài ra Chang-Yu Ou (2006) [1] cũng đã nêu lên những nhân tố ảnh hưởngđến chuyển vị ngang của tương vây trong hỗ đào sâu bao gồm: sự mất cân bang lực,độ cứng của tường vây, hệ thống hỗ trợ và hệ số an toan Trong đó sự mất cânbang lực bao gồm những nhân tổ như: chiều sâu của hỗ dao, chiều rộng của hỗ daovà lực nén trước trong các thanh chống Những nhân tố được Ou bàn đến ở đây lànhững nhân tố liên quan đến vẫn đề thiết kế theo như phân loại của Kung (2009)

1.2.1 Ánh hưởng của chiều sâu hồ đào

Trong mỗi liên hệ giữa chiều sâu hỗ đào với chuyển vị ngang của tường vậytrong hỗ đảo sâu đã được Ou và các đồng sự (1993) nghiên cứu thông qua phân tíchcác công trình hồ đào sâu trong khu vực Đài Bắc Theo kết quả của nghiên cứu nàythì chuyển vị ngang lớn nhất trong các tường vay hỗ đảo sâu khoáng từ 0.2-0.5%chiều sâu hỗ dao: 6,, = (0.2—0.5%)H,

0.00 l 1 l Ì 1

H,(m)

Hình 1 1 Mỗi twong quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều

sâu của hồ đào (Ou và các đồng sự, 1993)1.2.2 Ánh hưởng của chiều sâu ngàm tường

Hình 1 2 Chiêu sâu ngàm tường Hp ,Chang Yu Ou (2006)Chang Yu Ou (2006) [1] đã đề cập đến mối liên hệ giữa chiều sâu căm tườngvây (Hp) đến chuyển ngang của tường vây Tác giả đã tiễn hành phân tích chuyển vingang của tường vây trong 1 hỗ đào sâu 20m băng phương pháp phan tử hữu han.Khi sức kháng thông thường của đất nên là s,/ơ,=0436, chiều sâu ngàm chân

tường Hp=20m va 15m thì chuyển vị ngang của tường tương tự nhau Khi giảmchiều sâu Hp=10m thì chuyển vị ngang của tường có thay đổi một ít nhưng tườngvẫn dam bảo 6n định Khi Hp= 4m thì tường bị hiện tượng đá chân (pha hoại) lúc đóchuyển vị ngang của tường tăng lên nhanh chóng Trong trường hợp s./ơ =0.28,với trường hợp chiều sâu ngàm tường Hp= 15m thì chuyển vị ngang của tường cólớn hơn không đáng kế so với trường hợp Hp=20m và tường bị phá hoại khiHp=10m lúc đó chuyển vị ngang của tường tăng lên nhanh chóng Do đó khi tườngđã ở trạng thái 6n định thì chiều sâu ngàm của chân tường ảnh hưởng không đáng

kê đền chuyên vi ngang của tường.

Lateral wall deformation (cm) Lateral wall deformation (cm)l6 141210 8 6 4 2 0 30 25 20 15 10 5 0

„ h AÊ

O 20E A - O 20ƑE A

^ A25 +4 - 254

1.2.3 Anh hưởng của độ cứng tường và phân bố dat tốt dat yếu

Về cơ bản thì khi tăng độ cứng của tường thì sẽ giảm chuyển vị ngang củatường, tuy nhiên mối liên hệ không phải là tuyến tính và chỉ gia tăng trong mộtkhoảng nhất định do đó việc gia tăng độ cứng cho tường để giảm chuyển vị ngangcủa tường là không thật khả quan (Hsieh, 1999) Khi chưa lấp các thanh chống thì

cứng của thanh chóng đủ lớn thì tường sẽ chuyển vị dạng xoay quanh điểm tiếpgidp giữa tường và thanh chống và chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ gan đáyhố đào Nếu lớp dat tại vị trí đáy hỗ đào là đất yếu thì chuyển vị ngang lớn nhất củatường sẽ nam dưới đáy hỗ đào ngược lại khi lớp đất ngay tại đáy hỗ dao là lớp đấttốt thì thì chuyên vị ngang lớn nhất của tường sẽ nằm trên đáy hỗ đào Khi độ cứngcủa hệ thông thanh chống không đủ lớn thì chuyển vị ngang của tường có dạng dầmhang (cantilever type) và trong trường hop này thì chuyển vị lớn nhất của tường là

ngay tai vi trí đỉnh tường (Chang Yu Ou, 2006)

Retainingwall

1.3.1 Phương pháp đơn giản

Phương pháp giản đơn dựa trên những trường hợp trong qua khứ để xây dựngnên những biếu dé về mỗi quan hệ giữa các nhân tổ khác nhau với chuyển vị ngangcủa tường vậy, Ou va các đồng sự (1993) đã xây dụng mối liên hệ giữa chuyến vịngang lớn nhật và chiều sâu của hồ đào trong đó đưa ra những trường hợp cho đất sétvà đất cát Clough và O’Rourke (1990) cũng đã dựa trên những công trình hỗ đào sâutrong khu vực Đài Bắc để xây dựng nên biểu đồ tương quan giữa chuyển vị ngang lớnnhật của tưởng vậy với hệ số an toàn chống trỗi đáy độ cứng của tường vây và hệthông chống đỡ

Những biểu đỗ đó có thé sử dụng để dự đoán được sơ bộ chuyển vị củatường vây trong trường hợp tương tự Do đó ta cũng nhận thấy được những hạn chếto lớn của phương pháp giản đơn vì chuyển vị ngang của tường vây là tổng hợp tácđộng của nhiều nhân tố nhưng những biếu dé trên chỉ xây dựng trên những nhân tốhạn chế dẫn đến sự thiếu chính xác Mặt khác chuyển vị ngang của tường bị ảnhhưởng to lớn bởi điều kiện địa chất nhưng những biểu đồ trên được các tác giả xâydựng trên những nghiên cứu các công trình trong một khu vực nhất định do đó khiđem những biểu đồ này áp dụng cho những công trình ở những khu vực khác thì kếtquả có độ tin cậy thấp

1.3.2 Phương pháp dam trên nền đàn hồi và phương pháp phan tứ hữu han

Phương pháp dầm trên nên dan hồi và phương pháp phan tử hữu han là haiphương pháp thông dụng trong phân tích chuyên vị ngang của tường vây trong hồ daosâu Ưu điểm của hai phương pháp nay chính mô phỏng gan trọn vẹn những nhân tổảnh hưởng đến chuyên vị ngang của tường vây trong hố đào sâu Mặt khác hai phươngpháp này có thể ứng trong các phần mềm máy tính để giảm khối lượng và thời giantính toán nhưng kết quả thu được chính xác hơn

Tuy nhiên lý thuyết cơ bản của hai phương pháp này thì không thật sự đơn giảnđặc biệt là phương pháp phần tử hữu hạn do đó người phân tích không những phải có

kiên thức cơ bản vững vàng mà còn phải có kinh nghiệm thực tê.

1.4 Tổng quan về công nghệ Jet-grouting

Jet-Grouting (Xói trộn vữa áp lực cao ) là công nghệ đất trộn xi măng dùng tiaáp lực cao vữa xi măng (20-60MPa) có thé kết hợp với tia khí hay nước để cắt đất tạichỗ va trộn với vữa xi măng dé hình thành coc xi mang dat , hay coc soilcrete Cocsoilcrete này có đặt trưng cơ ly như : cường độ, độ cứng, hệ số thấm tốt hon dat tựnhiên tại chỗ từ 10 đến 100 lần Công nghệ Jet-Grouting tao cọc soilcrete thông quaquá trình tạo lỗ trước, đường kính @ 100-200mm và chỉ kích hoạt quá trình tao cọcđường kính lớn (thường Ø >= 0.6 m) ở độ sâu yêu cầu nên có khả năng bảo vệ các kếtcầu mặt, vẫn có thể gia cố các lớp đất bên dưới Đây là một ưu điểm vượt trội của Jet-

Grouting so với các công nghệ trộn xi măng khác.

Một cách tổng quát, nên đất có thé được gia cố theo nhiều nguyên lý khác nhaunhư: thay đất, làm chặt, thoát nước cỗ kết, bơm vữa, trộn chất kết dính, gia cố haycó thé dùng kết hợp các nguyên lý cải thiện trên dé cải thiện nền (Terashi & Juran2000) Các phương pháp theo nguyên lý trộn chất kết dính cải thiện các đặc trưng củađất ( cường độ, tính nén lún, vv) bằng cách trộn đất nền với hóa chất Những cơ chếhóa lý diễn ra ở chất kết dính và trên bề mặt hạt đất tạo ra vật liệu mới có đặt trưng tốthơn ban dau.Nhiéu chất kết dính được nghiên cứu sử dụng nhưng pho biến hiện nay làvôi và xi măng do nguồn cung dồi dào và giá thành thấp.Các phương pháp trộn đất tạichỗ với vôi và xi măng để làm móng và nên đường đã được nghiên cứu từ thập niên1960 Sau đó, công nghệ được phát triển để trộn đất theo chiều sâu.Đến nay, nhiềuphương pháp trộn sâu được phân loại theo chất kết dính( xi măng, vôi , thạch cao, trobay, ), theo phương pháp trộn(khô/ướt, quay/phun tia, guéng xoăn hoặc lưỡi cắt)

(TCVN 9403:2012 [2], Porbaha 1998,Terashi & Juran 2000,CDIT 2002).

Theo nguyên lý phụt vữa, nền đất được cải thiện bang cách bơm vữa vào kherỗng có sẵn hoặc được tạo trong quá trình bơm vữa.Vữa sẽ ninh kết hay hóa keo giúpgiảm lỗ rỗng, tăng độ ốn định, giảm tính biến dạng, tính thâm cả khối ( ASCE

Committee of Grouting 1995, Houlsby 1990).Các phương pháp theo nguyên lý phụt

vữa được phân thành bốn loại cơ bản thể hiện trong hình bên dưới

` ⁄ = Ạ Z

¬-ằ- i

Khoan phut kiéu truyén thong Khoan phut kiéu ép dat Khoan phut kiéu tham thau Khoan phụt Jet-grouting (KPCA)

Hình 1 6 Các loại phương pháp phụt vữa trong đất cơ bản (Nguyễn Quốc

Diing, 2010a)

Xói trộn vữa cao áp (Jet-Grouting) là công nghệ kết hợp nguyên ly phut vữavà nguyên lý trộn đất sâu với vữa xi măng (Terashi & Juran 2000) Qúa trìnhJetGrouting cải thiện đất bằng cách dùng tia phụt vận tốc cao xói tơi đất hoặc đá yếu,thay thế một phần và trộn tại chỗ đất đá vụn còn lại với chất kết dính (thường làvữa xi măng) tạo thành cột hoặc bản đất- xi mang(Soilcrece) (BS En 12716-

2011,ASCE Committee on Grouting 1995,2005, Essler & Yoshida 2004, Covil &

Skinner 1994, Croce & Flora 2000 từ nguồn Miki 1985, nguồn Tornaghi 1989,nguồn Shibazaki 1991, nguồn Kauschinger et al.1992 va nguồn Bell 1993) Quatrình cải thiện đất của J et-Grouting với hai hoạt động chính là xói tơi va trộn đất

Đôi với nên sỏi, một sô tác giả nhận thây dòng vữa chủ yêu thâm qua lỗ rôngmà không làm phá hoại câu trúc dat Do đó, đôi với nên sỏi sạn, cơ chê gia côchính cau tia vữa ap lực cao là thâm thầu vữa ( tương tự Permeation

Grouting)(Croce &Flora 2000 từ nguén Miki 1985, nguồn Bell 1993)

Điểm khác biệt chính của Jet-Grouting so với các phương pháp theo nguyênlý phụt vữa và trộn sâu khác là việc sử dụng tia phụt áp lực cao, vận tốc lớn Frongkhoan phụt thấm thấu, vữa thấm thấu qua những lỗ rỗng tự nhiên trong đất Cònở khoan phụt truyền thống và khoan phụt ép đất, đất bị chuyển vị do lực ép của khốivữa.Ở cả ba dạng khoan phụt, áp lực càng cao vữa càng bơm xa và kích thướckhối vữa phụt càng lớn Tuy nhiên quãng đường dịch chuyển không chỉ phụ thuộcvào áp suất mà còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tô khác như: độ nhớt, thời gian

ninh kết, kích cỡ côt liệu vita so với kích thước 16 rong, tính chat dat đá,v v nén

hình dạng khối vữa thường ngẫu nhiên, không xác định được và khối đất không

đông nhât.Vì vậy, hiệu quả cải thiện nên về sức chịu tải, khó được xác định.

Khi áp lực bơm càng lớn, hiện tượng trên càng rõ nên được giới han từ 0,1

đến 3MPa(Ichise et al 1Ø71/Terashi & Juran 2000)

Jet Grouting được phát triển để khắc phục những nhược điểm trên (Nikbakhtan2010, Terashi &Juran 2000) Khoảng trồng được tạo ra bởi đất bị xói tơi nhờ tiaphụt vận tốc cao và năng lượng xung kích lớn (BS E n 12716: 2001, Brill et al.2003,Burke & Sehn 2003) Nếu duy tri được dòng hỗn hợp trào ngược ổn định thìáp lực bơm tăng sẽ không làm tăng áp lực hỗn hop vữa -đất , mà làm tăng vận tốctia phut.Do vậy, việc làm tăng khả năng xói toi đất sẽ làm tăng kích thước cột —xi măng đất Hình dạng và kích thước của cọc soilcrete phụ thuộc vào nhiều nhân

tố ( áp lực, lưu tốc tia phụt, tính địa chất,vv ) nhưng đã cải thiện đáng kế so với

sản phẩm của các phương pháp phut vữa khác(Ichise et al 1971,Terashi & Juran2000).Jet Grouting sử dụng áp lực bơm cao nhất trong các công nghệ bơm phụtvữa, thường từ 20 đến 60 MPa(BS En 12716 :2001,Bruce 1994.Bruke 2004)

Jet Grouting khác với các phương pháp phut vữa còn lại : vữa xi măng được

trộn với đất để tạo thành khối đất được kết dính(hay còn gọi là đất- xi măng haysoilcrete) Trong khoảng trong cắt xói được, luôn còn tồn tại đất dù tỉ lệ thay thếđạt hơn 50%(Terashi&Juran 2000,Bruke 2012).Vi thé, Jet Grouting còn được xem

là một công nghệ trộn sâu tạo đất-xi măng, nhưng công tác trộn đất dùng tác dụngXÓI của tia vữa xi măng áp lực cao, không dùng cánh trộn như phương pháp trộnsâu quy định trong TCVN 9403:2012.

Đặc trưng của phương pháp Jet Grouting là thường có dòng bùn thải gồm vữa,nước, đất, vv trào lên bé mặt từ lỗ khoan.Đất bị thay thế bởi dòng bùn thải trên

(Mernard Company ,Croce &Flora 2000,Woodward 2005) Dòng trào ngược nay

cần phải được duy trì liên tục vì giúp hạ áp suất môi trường bao quanh tia phụt,đảm bảo hiệu quả cắt xói đất của tia đồng thời giảm chuyến vị đất do áp suất chất

long (Brill et al.2003, Yoshida 2012)

Jet Grouting Methods

Simplex - Method Duplex - Method Triplex - Method

Hình 1 7 Các dạng Jet-Grouting cơ ban

1.5 Lịch sứ hình thành và phát triển của công nghệ Jet-Grouting và ứng dụng1.5.1 Lich sử phát triển của phương pháp Jet-Grouting

Kỹ thuật Jet Grouting sớm được phát minh ở Anh vào thập niên 50, nhưng được ứng

dụng đầu tiên ở Nhật vào thập niên 70 (Essler & Yoshida 2004) Những nghiên cứu vaphát triển ban đầu sử dụng nguyên lý về cắt và xói đất vào khoảng năm 1965 bởiYamakado và cộng sự (Xanthakos et al 1994 từ nguon Miki & Nikanishi 1984).Trong giai đoạn nay Jet Grouting được sử dung dau tiên chỉ dé tạo tường ngăn nước

(Essler & Yoshida 2004).

Vào dau những năm thập niên 70, phut vita cao áp kết hợp xoay cần xuất hiện ở Nhậtvì kết cầu dạng bản khó tạo với các bề dày khác nhau và có cường độ yếu (Essler &Yashida 2004) Cuối những năm của thập niên 70, hầu hết các kỹ thuật cơ bản về JetGrouting đã được tìm ra và được chấp nhận trên khắp thế giới, nhưng trước tiên chủyếu là ở Đức, Ý, Pháp, Singapore và Brazil (Xanthakos et al 1994) Phạm vi này đượcmở rộng đáng kể trong các thập kỷ sau

Ở Nam Mỹ, ý tưởng về Jet Grouting được dé cập lần đầu tiên vào năm 1979, cho đến1984 một số ít các dự án nhỏ sử dụng các hệ thống thi công phương pháp này

(Xanthakos et al 1994) Cho đến năm 1987 thì Jet Grouting mới được dùng ở Mỹ(Choi 2005[5] từ nguon Schaefer 1997).

Vào cuối thập niên 80, một ý tưởng mới cho phương pháp Jet Grouting, đó là dùng haitia giao nhau dé hạn chế khả năng cắt của tia vữa áp lực cao — Crossjet Grouting Dauthập niên 90, phương pháp mới hơn về Jet Grouting, Supperjet Grouting, có khả nănggia tăng đường kính cọc được phát triển

Ở Việt Nam, vào tháng 5 năm 2004, nhà thầu Nhật bản lần đầu tiên sử dung Jet

Grouting dé sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội), cũng

năm 2004, Viện Khoa hoc Thuy lợi bat đầu ứng dụng công nghệ Jet-grouting trongkhuôn khổ dé tài độc lập cấp Nhà nước: "Nghiên cứu công nghệ nâng cấp, sửa chữacông dưới đê sông Hồng và sông Thái Bình"

1.5.2 Các ứng dụng cua Jet-Grouting

Với những ưu điểm nối bật, Jet Grouting nhanh chóng trở thành một phươngpháp được sử dụng trong xây dựng nền móng các công trình ham, gia cường móngcông trình, phát triển đô thị, các khu công nghiệp, dự án sửa chữa, gia cô côngtrình cñ(Bruce 1994) Ngày nay, các ứng dụng khác thường được dùng như gia cốmóng công trình hiện hữu, tường chống thấm cho các đường hầm, rãnh mở, kênh,đập(Bruce 1994 từ nguồn ASCE 1987) Các báo cáo tóm tắt ở các công trình sửdụng Jet Grouting cho các mục đích nhất định ở các quốc gia cho thấy Jet Groutingcó nhiều ứng dụng và có thé phân theo từng nhóm sau đây(Essler & Yshida 2004):

e Kiểm soát mực nước ngầm bao gồm : ngăn không cho dòng nước ngầm thấmqua hay vào trong hồ đào, chong thắm đường ham

e Kiểm soát chuyển vị công trình : ngăn không cho đất nền hay công trìnhchuyển vị ngang trong quá trình thi công hỗ đào và thi công hầm, làm tănghệ số ôn định của nền đường và hố đảo,ngăn chặn chuyển vị ngang ở kếtcầu cọc và tường chăn, tránh hiện tượng hóa lỏng nên móng công trình

e Dung cho mục đính gia cường công trình : chịu tải và tăng cường kha năng

chịu lực, gia cỗ móng các công trình lân cận trong quá trình thi công hốđào, thi công hầm, gia tăng khả năng chịu lực của móng các công trình do

khả năng chịu tải giảm theo thời gian, hay trong trường hợp tải trọng tác

dụng gia tăng so với thiết kế ban dau, gia cường nên đất để nền đất không

bị phá hoại trong trường hợp tải trọng tác dụng vượt giới hạn cho phép,

làm việc như móng cọc truyền tải trọng của công trình xuống lớp đất tốt

hơn bên dưới.

“IIIlíIIlIIII]

Lam giảm do fun Lam giam đỏ lan va tang do on

Ở nến: đất dap dinh của nén đất dap cao

iim ood

Inn

t am tang do on định của mat dốc Nen va mong cho cong tnnh

Giảm: áp lực chủ dong tăng ap luc bi

đóng len tường cử ở hố dao sau Gia cố hố dao nong

Hình 1 8 Ung dung cua cọc Jet-Grouting

1.6 Phan loại công nghệ phut vữa cao áp Jet-Grouting

Hiện nay trên thế giới đã phát triển ba công nghệ Jet-grouting:

- Công nghệ đơn pha S: gọi là phương pháp phụt vữa don (single system S),đây là hình thức đơn giản nhất trong hai hình thức còn lại Vữa lỏng được phụt vào

trong đất tạo ra quá trình xói mòn vùng đất xung quanh và tạo thành hỗn hợp vữa vớiđất được hình thành Dat được dao lên không thé dé dàng vận chuyền lên trên mặt dat,khả năng trương nở cũng xuất hiện Khi khoan thấp hơn mực nước ngâm, khoảng cáchxói mòn đất có thể xem xét rút ngăn bởi vì thiếu đi vùng không khí che phủ, là nhân tố

lam gia tăng năng lượng cat Có thé tao ra các cọc xi măng dat có đường kính từ 0.8m Công nghệ này chủ yếu dùng dé thi công nền đất dap, cọc

0.4-và — Dàng tảo ngư

Hình 1 9 Công nghệ S

- Công nghệ hai pha D: Phương pháp thi công kép ký hiệu (D), phương pháp

này có thêm sự xuất hiện đồng thời của dòng khí nén xung quanh vùng ảnh hưởng

phụt vữa làm tăng khả năng ảnh hưởng xói mòn, đặc biệt bên dưới có mực nước ngầm

Tuy nhiên, phương pháp này vẫn tổn tại khuyết điểm can được cân nhắc giữa tỷ lệ vữacó thế mắt trong quá trình dòng khí nén rút lên cũng như liên quan đến chất lượng quátrình gia cố nên Phương pháp này tạo ra các cọc xi măng đất có đường kính từ 0.8-1,2m Công nghệ này chủ yếu dùng dé thi công các tường chăn, cọc và hào chống

- Công nghệ ba pha T: là phương pháp thay thế đất mà không xáo trộn đất, đâylà phương pháp kết hợp cả ba quá trình gồm vữa phụt vào kết hợp dòng khí nén và tianước áp lực cao Hệ thống này thường bao gồm một vòi phụt vữa khoảng nửa métdưới một vòi phụt nước Trong khi hệ thống đôi có thể đào được nhiều đất hơn dự kiếndựa vào khối lượng đất bị xói mòn, phương pháp này đạt được xói mòn và phụt vữađộc lap, do đó có thé được tôi ưu hóa dé thực hiện yêu cau Nói cách khác, đây là mộtphương pháp vượt trội hơn hai phương pháp trước Công nghệ T sử dụng để làm các

cọc, tường ngăn chong thâm, có thê tạo ra các cọc đường kính tới 3m.

Khi Dang ảo ngư

cột có đường kính chính xác hơn cho mọi loại dat nên gia cô.

So sánh giữa phương pháp truyền thống và phương pháp phụt Với cột đượcxây dựng bằng phương pháp phụt vữa truyền thống thì đường kính cột phụ thuộcvà thay đổi theo đặt tính đất nên Trong khi đó, với những ưu điểm của phươngpháp phutva chạm đôi giúp kiếm soát được chất lượng thiết kế, đồng thời phạmvi 4p dụng trở nên rộng rãi hơn Vào đầu 1990, phương pháp này ngày càng phattriển bao gồm cả phương pháp trộn sâu

Hình 1 12 Phương pháp phụt vữa truyền thong và phương pháp phụt vữa áp lực caoHơn nữa, nhăm mục đích nâng cao chất lượng phụt vữa hon 4 lần trên cùngthiết bị phụt, người ta đã dùng phương pháp phụt rối và được sử dụng hệ thốngkiểm soát JACSMAN.

Các phương pháp Jet Grouting khác như NSSS — MAN, Super Jet ,X- Jet ,vvv

đều xuất phát từ ba dạng cơ bản trên Phương pháp SSS — MAN (Super soilstabilization ) dùng tia nước áp lực lớn có đệm khí để xói tơi đất rồi phun vữa thaythế như phương pháp phun ba

Phương pháp Super Jet Grouting được cải tiến từ hệ thống phun đôi Kíchthước cột tăng lên nhờ thiết kế của đầu phun giúp tập trung năng lượng của tia

phut(Welsh &Bruce 2001, Brill et al.2003,Haywaed Baker Inc.2004).Đường kính

cột có thé từ 5-9 m

Hệ thống X- Jet cải tiến từ hệ thống phun ba, dung cặp tia phụt chập vào nhauđể kiểm soát phạm vi cắt xói Trước khi đồng quy, tác dụng kết hợp của hai tiaphụt giúp cắt xói đất hiệu quả.Khi hai tia gặp nhau, năng lượng của cả hai bị triệttiêu nên ngoài đường kính thiết kế, đất không bị cắt xói them.Nhờ đó cột tạo racó đường kính đồng đều, băng giá tri dự kién(Welsh & Bruce 2001, Essler &

Y oshi da 2004).

1.7 Ưu nhược điểm của phương pháp jet-grouting1.7.1 Ưu điểm

e VỀ tinh năng sử dụng:e Tăng khả năng chịu tải của đất nềne Tăng khả năng chống trượt của mái dốc

e Giảm anh hưởng cua công trình lân cận

e Ôn định vách hỗ đào,ngăn dòng thắme Kích thước cột chủ động thay đôi được băng cách thay đổi thông số vận

hành thiết bịe Độ sâu xử lý khá sâu mà quá trình phụt có thể kết thúc ở cao độ bat kỳ

nên dễ dàng giới hạn phạm vi xử lýe VỀ kinh tế môi trường:

e Sử dụng vật liệu có sẵn, giá thành thấp so với coc nhéi đường kính bée Hạn chế gây 6 nhiễm môi trường do không có chat thải dung dịch

bentonite như cọc nhdi và tường barettlee Giàn khoan phụt Jet Grouting có kích thước nhỏ gọn, có thé bố trí trong

phụt vữa khác là tỒn tại dòng chảy ngược lên mặt đất, gồm vữa, nước, đất bịXÓI,VV

1.8 Nhận xét

Jet Grouting ngày càng được áp dụng rộng vì có phạm vi áp dung đa dạng.

Riêng lĩnh vực thi công hố đào sâu, Jet Grouitng ứng dụng rộng rãi trong kiểm soátchuyển vị của tường vây, 6n định chống đây trồi đáy hỗ dao, hạn chế lún xung quanh

công trình.

CHUONG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁNPHƯƠNG PHÁP PHỤT VỮA ÁP LỰC CAO2.1 Đặc tính chung của phương pháp phụt vữa áp lực cao

Thiết kế về phương pháp phụt vữa áp lực cao chủ yếu là xác định tỷ lệ chịu tải,chiều dai cọc và lựa chọn ty lệ xi măng.Khi thiết kế cọc xi măng đất chịu lực phải làm

cho sức chịu tải của cọc theo gân băng sức chịu tải của cọc theo vật liệu.

Nhiéu chỉ sô ảnh hưởng đên hiệu suat và hiệu qua của quá trình phụt vữa áp lựccao nên can phải can nhac và suy xét khi thiết kê và thi công cọc băng phut vữa áp lực

cao.

Bồ trí mặt băng coc xi măng dat chiu luc c6 thé can ctr yêu cầu về lực chịu tảivà biến dang của nên móng đối với kiến trúc phan trên cũng như đặc điểm kết cấuphân trên, sử dụng các hình thức gia cố như hình trụ, kiểu tường, hình vây quanh hoặchình khối, cọc có thé chỉ bố trí trong phạm vi mặt bang nền móng Chiều dai cọc phải

căn cứ vào các yêu tô về biên dạng của két câu bên trên.

Tính toán biên dạng cua dat móng hôn hợp coc xi măng dat chịu lực bao gômtông biên dạng co nén của cụm cọc xi mang dat và co nén bién dạng của lớp dat chưagia cô dưới mũi cọc.

Thông sô cua Jet Grouting bao gôm hai phan chính là các thông sô về thiệt bi,vận hành và các thông sô vê sản phầm soilcrete.

+Các thong sô về thiệt bi, vận hành bao gom: áp lực vữa, lưu lượng vữa, áp lực

khí, lưu lượng khí, tốc độ nâng ca, tốc độ xoay cần, kích thước vòi phut, thành phan

vữa( tỉ lệ w:c ham lượng xi măng)

+Cac thông sô của san phâm sau khi phụt vữa áp lực cao bao gôm: cường độnén nở hông của soilcrete, đường kính cọc, mo đun đàn hôi

2.2 Các nhân tổ ảnh hưởng đến chat lượng Jet-grouting2.2.1 Áp lực phun

Dé hỗ vữa có thé thâm nhanh vào phan lỗ rỗng, tức tăng cường đưa vữa vàođất, thì cần yêu cầu có áp lực phụt đáng kế Mặt khác điều này lại là nguyên nhân làmmột phần khối đất bị dời chuyển hoặc thay đối cấu trúc, do vậy áp lực phụt phải cógiới hạn tối đa thích hợp Theo kinh nghiệm thì áp lực này chiếm khoảng 25% của ứngsuất có hiệu do trọng lượng bản thân đất tại độ sâu phụt Ngưỡng áp lực phụt sẽ ảnhhưởng đến cấu trúc đất có thể xác định trước bằng tính toán

Khi tiến hành xói đất với áp lực cao, khoảng cách xói sẽ gia tăng tối đa khi áplực phun vượt quá cường độ nén có nở hông của đất (Essler & Yshida 2004) Như vậythì với áp lực cao sẽ rút ngắn thời gian thi công Cu thé áp lực vào khoảng 1 đến 60MPa cho các loại đất bùn, cát, v.v., và áp lực có thê trên 200MPa cho đá (Essler &Yshida 2004) Biéu đỗ hình dưới thé hiện mối quan hệ giữa khoảng cách xói và áp lực

phun.

SAND CLAYMedium Dense Unconfined compressive strength q=150kN/m2

®30 rw 30

Hình 2 1 Quan hệ giữa khoảng cách xói va áp luc phun(Essler & Yshida 2004)

2.2.2 Tốc độ dòng phut, thé tích và lưu lượng phụt2.2.2.1 Tốc độ dòng phụt

Khi tăng áp lực nước trong vòi phụt, sẽ thiết lập được công thức theo định luật bảo

toàn năng lượng.

Y =m|2.8.P, (2.1)

Trong do :

Do: áp suất tai đầu phun tinh theo chiều cao cột nước có áp (m)

Vo: vận tốc ban đầu từ đầu phun(m/s)

Với đầu phun tốt m=0.92, lưu lượng vữa được xác định theo biểu thức như sau:

Q=n.V.A (2.2)Q=nmap2gp, 7a (2.3)Trong đó:

d: đường kính vòi phun.A : diện tích vòi phun.

n: số lượng vòi phun trên thanh cần Jet Grouting