Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ứng dụng cọc đất trộn xi măng cho nền nhà xưởng khu công nghiệp Long Hậu tỉnh Long An

NGHIÊN CỨU UNG DUNG COC DAT TRO XIMA CHO ENNHAXUONG KHU CONG NGHIEP LONG HAU TINH LONG AN NGUY N CAO TRUNG TÓM TAT LUA VA Hiện nay, trong quá trình thiết kế nha xưởng trên lớp đất yếu, c

TRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA TP HO CHÍ MINH

KHOA DAO TAO SAU DAI HOC

TRƯỜ ˆ ĐẠI HỌC BACH KHOA TP HO CHÍ MINH

4.TS NGUY NÑNNGỌC PHÚC5 TS LÊ TRỌ HĨA

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

KY THUẬT XÂY DUNG

PGS.TS TÔ VĂ LAN TS.NGUY N MINH TAM

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

HA XUONG KHU CONG NGHIEP LONG HAU TINH LONG ANH NHIEM VU VA NOI DUNG

1 Nghiên cứu các phương pháp xử ly nền đất yếu Ap dung coc xi măng dat xử lynên móng

2 Phân tích tính toán và dé xuất giải pháp xử lý nền nhà xưởng trên đất yếu băngcọc xi măng đất cho khu công nghiệp Long Hậu — Long An

HI.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/07/2014IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 06/12/2014V HO VÀ TÊN CÁN BỘ HUONG DAN: TS Đỗ Thanh Hải

Tp HCM, ngày tháng năm 2014

CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BO MO ĐÀO TẠO

TS Đỗ Thanh Hai TS Lê Bá Vinh

TRUONG KHOA KY THUẬT XÂY DUNG

TS Nguyén Minh Tam

LỜI CẢM Ơ

Luận văn thạc sĩ được hoàn thành một phần là nhờ vào sự cố gốngmiệt mài của ban thân tác gia, phần còn lại là nhờ vào sự hướng dẫn tận tâm cuaquý thay cô, sự động viên giúp đỡ của gia đình và anh em ban bè thân hữu

Xin được gửi những lời biết ơn chân thành nhất đến thay TS Đỗ Thanh Hai,người thầy với tất cả sự quan tâm của mình đã luôn theo sát em, hướng dẫn vàtruyền đạt những kinh nghiệm, kiến thức của thay đến em trong suốt thời gian em

làm luận văn qua.

Xin chân thành cảm ơn quý thay cô ở bộ môn Địa Cơ Nên Móng đã nhiệttình chỉ dân và tao mọi điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất, trang thiét bi thinghiệm trong suốt thời gian tác giả thực hiện luận văn này

Xin chân thành cảm ơn các anh dong nghiệp là anh Tú, anh Vinh, các bạnTiên, Tung và các sinh viên là Thái và Phú, cam ơn anh Tri, anh Manh, thay Vinh ocông ty Hoàng Vinh, tất cả mọi người đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong suốt thời

gian qua.

Và cuối cùng xin cảm ơn gia đình và anh em bạn bè thân hữu đã động viên,

giúp dé tác giả trong thoi gian vừa qua.

Chân thành cam on!

Tp Hô Chí Minh, Ngày 07 tháng 12 năm 2014

Nguyễn Cao Trung

LOI CAM DOA

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của

thay TS Đỗ Thanh HảiCác kết quả trong luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên

cứu khác.Tôi xin chịu trách nhiệm vệ công việc thực hiện của mình.

Tp HCM, ngày 06 tháng 12 năm 2014

Nguyễn Cao Trung

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨ G skx S123 1E 3 ng ng ra i

LOI CẢM ON cà nh TH TH HH re iiLOI CAM DOAN 000 iii

MỤC LỤỤC Q0 HH nen IV

LY LICH TRÍCH NGANG -G- E51 9191 91 1 51518151 1 9 191111 111g gi viDANH MỤC CAC HINH VP k1 11 91211 919191 1 3 11010151 1111111 nen viiDANH MỤC BANG - BIEU uucecccccsccececessesecececcescscscscscecsevevscacecsesevavsceseevavacaceceeeeeas ixTOM TAT LUẬN VAN ueecccccesscssscscscececececececececscsesessavevevevavacacacececsesesavavavavavavaravaees xMỞ DAU oo cessessesssssssesseesssesncessesucesneensesuesnccusesusesecsussnsesusenncensecacessceusesueeaneeneenseenes |CHƯƠNG 1 TONG QUAN St 1112111 111110111 51111101 1H11 ng ngu 4

1.1 TOémg 0c an Ă 41.1.1 Các loại nền đất yếu thường gặp ¿2-5 52 5z+ccecevrerrerrees 41.1.2 Các van dé đặt ra với nền đất yếu - + 2 5s+c+cecevrsrererrees 41.1.3 Các biện pháp xử lí công trình trên nên đất yếu -. - 51.2 Tổng quan về nền nhà công nghiệp c.cccccesccscsessssesessssesesscsssessesssessessseeseseeeees 51.2.1 Những yêu cầu chung ¿- - + +56 +E+S£SE‡E#E 2E EEEEEEErkrkrrkrerrees 51.2.2 Cau tao chung nên nhà công nghiệp - 5+ 2 5s+cecscsccee: 61.2.3 Cau tạo các loại nền nhà công nghiệp - + + 2 s+c+cs+s+cee: 71.2.4 Các phương án thiết kế nền nhà công nghiệp - 101.3 Tổng quan về xử lí đất yếu bằng cọc xi măng đất (CDM) II1.3.1 Sơ lược về lịch sử phát triỂn + + 252 55cE+c+£EEceetreerrered 11CHƯƠNG 2 CƠ SO LY THUY ÊT, 6c 152.1 Nguyên lí hình thành cường độ cọc xi măng dat - - 55555: 15

2.1.1 Khái nIỆm G0 Họ re 15

2.1.2 Quá trình thủy hóa và tác dụng của xi măng và đất 162.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ cọc xi măng đất 172.1.4 Dự đoán cường độ cọc xi măng đIẪẲ, HT n1 2 11111 tri 182.2 Quan niệm tính toán cọc xi măng đÍẤẲ, Q HH HH1 HH TH ng gu 19

2+0 v77 “41a 19

2.3 Các van dé cần quan tâm khi thiết kế cọc xi măng đất - 33

2.3.1 Một sô cơ chê phá hoại của nên dap trên nên dat yêu dùng cọc

XP MANY GA eee ceccceccscsscscscscsssscscscscsssscscsessscsssscscsescsvssscsescsssssessesessseseseseessess 33CHUONG 3 THÍ NGHIEM TRONG PHONG XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ COC

XI MĂNG DAT oieeeccccccccsesccscscscsssscscscscssescscsssssssscscscsssscsesesesssssssscsessssesseeseeteess 36

3.1 Các bước thực hiện thí nghiỆm - ( ( < G <5 11111339 91111111 99111 re 363.2 Thực hiện thí nghiệm ¿2 S2 2EESESE*EE SE E1 1515211111111 T1 xe, 36

3.2.1 Công đoạn lẫy mẫu ¿- + 2522 2E‡ESEEEEEEEEEEErErrkrkrrrrerree 363.2.2 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên 383.2.3 Thí nghiệm xác định cường độ coc xi măng đẤT ccccccccscseceeo 42CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN COC XI MĂNG DAT CHO NÊN NHÀ XƯỞNG

KHU CÔNG NGHIỆP LONG HẬU — LONG AN c-csccccscsccee 51AL Dat an ccccccccscscecscscecescesecscecessevevscscecssevsvscecvavsvacsceceesevacaceceaevevaeees 51

4.2 Giải pháp XỬ [feicccceccsccccccsscscscscscscsscscscsscscscsscscsssscscsssssscscsssessssssesstanseeess 52

4.3 Tính toán công trình thực tẾ - 2 ¿61k 2E 121212151111 1121111 1111111 Ly 52

4.3.1 Giới thiệu công trình: c0 0n re 52

4.3.2 Dia chất khu vực xây dựng công trình ¿55+ scs+cscecs¿344.3.3 Mô hình kiểm tra ôn định công trình - 2-2 55s+s+c+cecscs¿ 55CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN — KIÊN NGHỊ, G2 5 + E+E+E+E+E£EsEsEeeseseree 625.1 KẾ luận -G- ccsk 1121 11T 1121 11T 11T 111111 TT ng ng 625.2 Kiến nghị - c-k t S1 1 151 111110121111 110101 11211111 110121 1101111121111 63TÀI LIEU THAM KHẢO G-G G63 539191 3E 9191 1 1 111121 1E 1121 eo 6457-0185 10009 92 65

LY LICH TRICH NGANG

LY LICH SƠ LƯỢCHo va tén: NGUYEN CAO TRUNG

Ngày thang năm sinh: 14/07/1990Noi sinh: Tay NinhGidi tinh: NamEmail: caotrunexd08@ gmail.comĐiện thoại: 094 88888 37

QUA TRI H ĐÀO TẠO:

DAI HOC- Thời gian học: 09/2008 - 01/2013- Noi học: Truong Dai học Bach Khoa TP HCM- Chương trình học: Chương trình “Kỹ su tai năng”

- - Ngành học: Xây dựng dan dụng & cong nghiệpCAO HOC

- Thoi gian học: 09/2013 - 06/2014- Nơi học: Trường Đại học Bách Khoa TP HCM

- - Ngành học: Kỹ thuật Xây dựng công trình ngầm- Tén luận văn: Nghiên cứu ứng dụng cọc đất trộn xi măng cho nên nhà

xưởng khu công nghiệp Long Hậu tỉnh Long An

- Người hướng dẫn: TS Đỗ Thanh Hải

DA HMUCCACHI HVE

Hình 2.1: So đỗ phá hoại của dat dính gia cô bang cột xi măng-đất 22Hình 2.2: Quan hệ ứng suất - biễn dạng vật liệu xi măng đẤT So ccnssrereeeeeo 23Hình 2.3: Phá hoại khối - - G6 St E191 919151 1 9 9121111 111151 1 9E neo 24Hình 2.4: Phá hoại cắt cục Độộ - - skE11 SE 91112191 3 1111121 51111 11 xe 24Hình 2.5: Sơ đồ tính toán biến dạng - ¿2 52% SE S311 12121121 21x ke, 25Hình 2.6: Sơ đô tải trọng truyền cho Ct + 256 252 S*‡E+EE£EEerrxrkrrererreee 28Hình 2.7: Sơ đô tai trọng truyền cho đất không 6n định giữa các cột khi tải

trọng vượt quá độ 0 28

Hình 2.8: Tính toán chênh lệch 100 - - 5-5 << << << + 1111111111111 111111111155553552 30

Hình 3.1: VỊ trí khu vực lay THẪU -G- G1911 58 E11 991 9121 111 1v ng 37Hình 3.2: Công tác lay mẫu đất tại hiện trường - + + 5+5 + s+eveececeee 37Hình 3.3: Mẫu dat được bảo quản dé làm các thí nghiệm trong phòng 38Hình 3.4: Xi măng dùng dé gia cường đất ¿ - ¿5 c2 S2 SE2Ectsrerrererree 38Hình 3.5: Dùng dao vòng lẫy mẫu đất - + 52522252 SE‡ESEE2EEEErkrkrrerrrreee 39Hình 3.6: Dat trong đĩa khép lại một đoạn dài 12.7mm (1/2 inch) - 4IHình 3.7: Mẫu đất trong đĩa khum - + ¿2 252% E2 SESE£E£ESEEEEEEEErEeErkrkrkrree 4]

Hình 3.8: Khuôn đúc mẫu oo ceeseeseeseesseeseessesaesseessessnssessessnessssessesneesseseeneen 43

Hình 3.9: Máy trộn mẫu xi măng — đất - ¿+52 5+ 2xx cxveErxrkrrererreee 43Hình 3.10: Lượng nước gần bằng với Xi măng - +5 25+ cs+escecxccee 44

Hình 3.11: Lau chùi dụng CỤ G1 111g HH ng re 44

Hình 3.12: Bọc nilong và đánh số mẫu c.cccccccscsessssessscscssssescsessscsescsesssssseseseees 45Hình 3.13: Thí nghiệm nén mẫu đất ¿+ ¿2E + 2 SE +E+E+E+E2EE£E£ErEeEzrerxrerree 46Hình 3.14: Biểu đồ tương quan giữa cường độ mẫu theo hàm lượng xi măng

SAU 7 cành 49

Hình 3.15: Biểu đồ tương quan giữa cường độ mẫu theo hàm lượng xi măng

SAU 14 NAY Họ và 49

Hình 3.16: Biểu đồ tương quan giữa cường độ mẫu theo hàm lượng xi măng

SAU 2Ï NGAY oe eeeeeceeeeesssseeeeeceessssseeeesceesssaeeeeceeceessaeeeeesessssaeeeeesees 50Hình 4.1: Mô hình trong Plaxis - <5 <5 111E9930 11 993111993011 vn re 59Hình 4.2: Các giai đoạn tính toán trong PPÏaXIS - 25 5 51 +23 E+ssskkssseees 60

Hình 4.3: Chuyến vị đứng trong mô hình PlaXis - 2255252 +s+s+£szxzxee: 60Hình 4.4: Hệ số an toàn -G- G1 919191 1E 91919191 3 1151111 11112 1n ng: 61

Bang 1.1:Bang 2.1:Bang 3.1:Bang 3.2:Bang 3.3:Bang 3.4:Bang 3.5:Bang 4.1:Bang 4.2:Bang 4.3:

DA HMUCBA _ -BIEU

Cac du an su dung tru đất trộn xi mang ở Việt Nam - 14Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ - 17Tổng hợp các chỉ tiêu co lý đất tự nhiên 5-5 cesses 42Kết quả sức kháng nén đơn của mẫu cọc xi măng đắt -. 47Kết quả nén mẫu sau 7 ngày bảo dưỡng 5-52 55+c+ccscse2 46Kết quả nén mẫu sau 14 ngày bảo dưỡng - c2 55525 5sc5e2 49Kết quả nén mẫu sau 21 ngày bảo dưỡng - c2 55525 5sc5+2 50Bang tong hop thông số đất nên công trình -. 5- 52 555c+5s552 54;:; 5x87 58

Bang tính mô đun trung bình: - (<< 1 11 99 11 kg 58

NGHIÊN CỨU UNG DUNG COC DAT TRO XIMA CHO ENNHA

XUONG KHU CONG NGHIEP LONG HAU TINH LONG AN

NGUY N CAO TRUNG

TÓM TAT LUA VA

Hiện nay, trong quá trình thiết kế nha xưởng trên lớp đất yếu, các kỹ su địakỹ thuật xây dựng đã gặp không ít trở ngại do nên đất yếu không đủ khả năng gánhđỡ tải trọng công trình, không đảm bảo điều kiện độ lún, dé mất 6n định tong thé vacục bộ nên nhà xưởng Phuong pháp ứng dụng coc xi măng đất dé gia có nền nhaxưởng trên nên đất yếu là một phương pháp mang tính kinh tế và đạt hiệu quả caoso với phương pháp sử dung cọc bê tông cốt thép dé gia cố

Luận văn này có mục tiêu là xác định các thông số cơ lý của đất yếu đượclay mẫu tại hiện trường trước và sau khi trộn xi măng bang các thí nghiệm trongphòng Từ đó, tác giả sử dụng phần mềm Plaxis 2D dé mô phỏng nền nhà xưởng,được gia cố bằng cọc xi măng đất Kết quả phân tích từ Plaxis được so sánh với lờigiải tích cho thay tính chính xác của mô hình đã mô phỏng

MASTER THESISResearch appication of soil cement mixing piles for foudation factory

of Long Hau industry in Long An province

NGUYEN CAO TRUNG

ABSTRACT

Currently in the process of designing factory on solf soil, geotechnicalengineers have many obtacles due to weak soil is not enough to support the loadcarrying construction, not satify condition subsidence, easily destabilized global andlocal The method applying soil cement pile to reinforce weak foudation of factoryis an economical method and more effcient using of reinforced concrete piles.

The purpose of thesis is to determine the physical and mechanical parameterof solf soil sampled at site before and after mixing cement by experiments in thelaboratory The result analized by Plaxis software will be compared with analyticalsolution which show the accuracy of this model.

MỞ ĐẦU

a Tính cấp thiết của đề tài.Long An là một tỉnh khá nhỏ so với các tỉnh khác, nhưng có vi thế hết sứcquan trọng của Việt Nam Đóng một vai trò then chốt trong nên kinh tế

Trong những năm gần đây, theo chủ trương nhà nước về phát triển kinh tế xã hội,Long An hiện có 30 khu công nghiệp nam trong quy hoạch phát triển các khu côngnghiệp cả nước đến 2015 và định hướng đến 2020 và đã có 16 khu công nghiệpđang hoạt động Việc xây dựng mới, cải tạo nâng cấp các nhà máy sản xuất đã vàđang trở thành một van dé được quan tâm nhiều nhất

Là một trong những địa bàn có nhiều sông rạch, ven theo những nhà máy,các khu công nghiệp, nên địa chất nhiều khu vực có các khu công nghiệp yếu LongAn đã và dang dau tư lớn vào việc cải tạo đất tự nhiên, tạo nền móng vững chắc dé

xây dựng các nhà máy, khu công nghiệp Chính vì vậy, việc nghiên cứu, lựa chọn

phương pháp xử lý nền móng trên những vùng đất yếu này nhằm đạt hiệu quả kinhtế, thời gian thi công và đặc biệt là đảm bảo tốt chất lượng công trình xây dựng bêntrên là vô cùng can thiết

Để xử lý nền móng cho các công trình trên vùng đất yếu này, có rất nhiềuphương pháp được đưa ra như: móng bè, móng cọc, móng bè trên nên cọc, giếngcát, vai địa kỹ thuật nhưng tùy thuộc vào đặc điểm địa chất từng vùng cũng nhưtải trọng, tuôi thọ công trình mà người ta chọn các giải pháp thích hợp Tuy nhiên, ởnhững vùng có chiều dày lớp đất yếu lớn và diện tích xây dựng công trình lớn nhưcác nhà xưởng của khu công nghiệp, thì biện pháp kế trên khó có khả năng đảm bảođiều kiện kinh tế, thời gian thi công

Đối với nền nhà xưởng có diện tích lớn, đa phần phương án xử lý nền hiệntại được sử dụng là cọc và bản bê tông cốt thép, phương án này cho chỉ phí khá lớnvà tiễn độ thi công chậm Cho nên vấn đề đặt ra là tìm phương án tận dụng nguồn

coc xi măng đất kết hợp bản xi măng đất khả thi hơn.

Vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng cọc xỉ măng đất cho công trình thuộckhu công nghiệp Long Hậu là rất cần thiết với yêu cầu đảm bảo kỹ thuật, chất lượngvà tiết kiệm tối đa chỉ phí cũng như thời gian hoàn thành

b Mục tiêu nghiên cứu.

Nghiên cứu tổng quan về đất yếu và giải pháp xử lý bằng trụ đất trộn ximăng (CDM), các công nghệ thi công trụ đất trộn xi măng

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán trụ đất trộn xi măng đối với các nước cóthế mạnh về ứng dụng công nghệ này

Từ kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường, tác giả xác định các thôngsố cần thiết trong quá trình tính toán cũng như mô phỏng cọc xi măng đất

Áp dụng tính toán cho một công trình ở khu công nghiệp Long Hậu tỉnhLong An băng giải tích và mô phỏng để tìm ra các giải pháp hợp lý nhất, từ đó rútra các kết luận, kiến nghị dé áp dụng giải pháp xử lý nên đất yếu bang trụ dat trộn ximang cho các công trình có điều kiện địa chất tương tự

c Phương pháp nghiên cứu.

Nghiên cứu các lý thuyết tính toán trụ đất trộn xi măng và áp dụng vào tínhtoán khả năng chịu tải, độ lún, ôn định lật, trượt của trụ đất trộn xi măng dùng đểgia cô nền đất yêu dưới nền công tình nha xưởng

Phân tích xác định các đặc trưng cơ lý của đất, mẫu đất trộn xi măng dé sửdụng trong tính toán và mô phỏng Đồng thời tác giả so sánh về mặt kỹ thuật cũngnhư kinh tế giữa phương án cọc xi măng đất với phương án ép cọc bê tông cốt thépđược áp dụng đối với công trình

Đề tài sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn, dựa vào công cụ hỗtrợ là phần mém Plaxis dé phân tích ứng xử của nền đất và kết câu cọc xi măng đấttrong đất

Đề tài còn dựa trên các phân tích và các nghiên cứu trước đây tại một SỐ tàiliệu khoa học và sử dụng trong đề tài để phân tích rõ nét cho sự làm việc của cọc XImăng đất

Trên co sở nghiên cứu, dé tài góp phan củng có lý thuyết tính toán thiết kếxử lý nền đất yếu băng trụ đất trộn xi măng, đồng thời nêu lên được mối quan hệgiữa các thông số của mẫu đất trộn xi măng thông qua công tác thí nghiệm trong

Chưa nghiên cứu ảnh hưởng của thành phân hóa học của nước trong đất (độpH, độ mặn trong nước), hàm lượng hữu cơ trong đất đến sự hình thành và phát

triên cường độ nén nở hông của hôn hợp dat trộn xi măng.

chảy gọi là cát chảy.

Dat bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc diém độ rỗng lớn, dung trọng khô bé,khả năng thấm nước cao, dé bị lún sập

1.1.2 Các van đề đặt ra với nền đất yếuĐộ lún: Độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính nén của nênđất

Độ ổn định: Sức chịu tải của mong, độ ôn định của nền dap, ôn định mái dốc,áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc Bài toán trên phải được xemxét do sức chịu tải và cường độ của nên không đủ lớn

Tham: Cát xủi, thâm thấu, phá hỏng nên do bài toán thấm và dưới tác động

của áp lực nước.

Hoá lỏng: Dat nền bị hoá lỏng do tải trọng của tau hoa, ô tô và động đất.Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, các van dé thực tế sau đây đang được

quan tâm:

e Xây dựng công trình đường giao thông, thuỷ lợi, đê điều và công trình cơsở trên nền đất yếu

e Xử lý và gia cường nên đê, nền đường trên nền đất yếu hiện đang khaithác và sử dụng cần có công nghệ xử lý sâu

e Xử lý trượt lở bờ sông, bờ biến và đê điều.e Lan biến và xây dựng các công trình trên biến.e Xử lý nên cho các khu công nghiệp được xây dựng ven sông, ven biển.e Xử lý nên đất yếu dé chung sống với lũ tại đồng bang sông Cửu Long.1.1.3 Các biện pháp xử lí công trình trên nền đất yếu

Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiệnnhư: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất Với từng điều kiện cụ thể màngười thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý Có nhiều biện pháp xử lý cụ thểkhi gặp nền đất yếu như:

e Các biện pháp xử lý về kết cau công trình.e_ Các biện pháp xử lý về móng

việc bảo quản, làm vệ sinh công nghiệp.

Nên nhà công nghiệp thường chịu nhiều tác động khác nhau từ trên xuống vàdưới lên do sản xuất và môi trường:

e Cac lực tác động từ trên xuống: Lực tĩnh: trọng lượng thiết bị, vật liệu sảnxuất, người, sản phẩm; Lực động: sinh ra do thiết bị sản xuất hoạt động:

con người di lai; lực rung và va chạm do máy móc hoạt động.

e Các lực tác dụng từ dưới lên trên: Các chất xâm thực dạng khí, nước

e Khi thiết kế cấu tạo kiến trúc nền, sàn nhà công nghiệp phải đáp ứng đượccác yêu cầu chung sau:

e Phù hợp cao nhất các yêu cau của công nghệ sản xuất;e© Có độ bèn cơ, lý, hoá cao dưới tác động của các loại tải trọng, các chất

máy, mương rãnh kỹ thuật cho phù hợp.

Ngoài ra, màu sắc, chất liệu nền cũng là một trong nhân tố quan trọng trong tổchức nội thất nhà công nghiệp

1.2.2 Cấu tạo chung nên nhà công nghiệpCau trúc chung của nên, sàn công nghiệp thường bao gồm các lớp sau:

a Lớp áo phủ mặt

Đây là lớp trực tiếp chịu tác động cơ, lý, hoá học, là lớp quyết định chất lượngnên, sàn nhà sản xuất Lớp phủ mặt được chia làm ba loại chính: lớp áo liên tục (vídụ như đất đầm chặt, các loại bêtông ; lớp áo băng vật liệu rời (các loại gạch, tắmbêtông, kim loại, 26 ) lớp áo băng vật liệu cuộn (các loại tắm nhựa tong hop)

Khi gọi tên các loại nên, sàn, người ta thường gọi theo tên của loại lớp áo phủ

mặt.b Lớp đệm

Lớp đệm giữ chức năng truyền lực xuống lớp nên, thường được làm bằng cácvật liệu như cát, xi, đá dam, soi, bê tông gạch vỡ, bê tông đất hay bê tông đá dăm

Việc lựa chọn loại lớp đệm phụ thuộc vào đặc điểm sản xuất, tải trọng bên trênvà sức chịu tải của đất Nếu lớp áo nền băng đất, bê tông đất, tắm kim loại thì lớp

đệm là đất, cát đầm chat; Nếu lớp áo nên băng vật liệu rời, cuộn thì lớp đệm băng

các loại bê tông chịu được các tác động co, lý, hoá tương ứng; Với các phan xưởng

nóng, mặt nên chịu trực tiếp tác động của nhiệt độ cao, lớp đệm thường thì làmbăng vật liệu rời

Đề chồng mao dẫn của nước ngâm, lớp đệm được làm băng vật liệu to dé taođộ rỗng

Chiều dày lớp đệm được xác định theo tính toán Theo kinh nghiệm thực tế,chiều dày tối thiểu của lớp đệm có thé lấy từ 60mm đến 100mm phụ thuộc loại vật

liệu làm lớp đệm.c Lớp trung gian

Lớp trung gian giữ hai chức năng: làm phăng lớp đệm và liên kết các lớp khácnhau thành một khối Chúng có thé là vữa xi măng — cát; vữa bitum — cát; thuỷ tinhlỏng phụ thuộc vào lớp áo phủ mặt và đặc điểm cơ, lý, hoá tác động lên nên

d Các lớp cách nhiệt, cách âm, cách nước

Lớp cách nhiệt, cách âm, cách nước được sử dụng theo từng yêu cầu cụ thểcủa sản xuất và điều kiện tự nhiên

e Lớp nênLớp nên là lớp đỡ tất cả các lớp trên, ở nên nhà đó là nền đất tự nhiên, ít lẫnchất hữu cơ; ở nhà nhiều tầng, đó là sàn chiu lực

Trong một số trường hợp đặc biệt, trong các lớp nền trên có thể có thêm các

lớp hay các câu kiện khác như sàn, nên có hệ thông sưởi âm 1.2.3 Cau tạo các loại nên nhà công nghiệp

1.2.3.1 ên có lớp áo liên tục

Loại nền này có nhiều dạng, với đặc trưng cơ bản của chúng là có lớp phủ mặttoàn khối, về cơ bản gồm:

a Nền đấtNền làm bằng đất có cầu tạo đơn giản, chi phí thấp, dễ thi công, sửa chữa,nhưng hay sinh bụi ban Nền đất được sử dụng cho các phân xưởng có tải trọngdong, tinh lớn, có nhiệt độ cao tác động lên nên Lớp áo được làm bằng đất: bê tôngđất (đất trộn cát, sỏi, đá dim, xi) đầm chặt

Nền cấp phối được làm từ hỗn hợp sỏi, cát, đất sét; hỗn hợp đá dăm to, nhỏ có

hoặc không rải nhựa đường, vữa xi măng cát Chúng thường được sử dụng ở nhữngnơi xe cộ qua lại, cho nhà kho.

c Nền bang bê tông xi măng, bê tông nhựa đườngNền băng bê tông xi măng (có hoặc không có cốt thép), nhựa đường có cườngđộ chịu lực cao, chịu lực mài mòn được sử dụng trong các xưởng sản xuất có độâm cao, có tác động của dầu, mỡ, kiềm, axít, kho tàng, nơi ô tô hay đi lại Mặt nênđược làm bang vữa xi măng cát vàng hoặc bê tông xi măng (chịu dầu, mỡ, kiềm); bêtông cốt thép có phoi thép chịu va chạm; bê tông nhựa đường (chịu axít) mác cao.Lớp đệm băng bê tông đá dam thường, mác thấp

d Nền vữa và bê tông chịu axítNền băng vữa và bê tông chịu axít có lớp áo băng vật liệu chịu axít như vitathuỷ tinh lỏng có thêm các phụ gia cần thiết; vữa xi măng ít vôi, xi măng xỉ lò cao,tro núi lửa Trên lớp đệm phải được phủ bằng bitum

e Nền bằng đá màiNền băng đá mài có lớp áo băng xi măng — đá hat lựu mài nhẫn (gramtô), lớpđệm băng bê tông đá dăm đầm chặt Loại nền này đẹp, vệ sinh, chịu được tác động

của dầu mỡ, kiêm 1.2.3.2 én băng vật liệu rời

Đặc trưng bởi lớp áo phủ mặt được hình thành từ các tâm, khối rời liên kết vớinhau băng vữa hoặc không vữa như gạch, đá, tam lát, tắm kim loại

a Nén bằng gach gốmNền bang gach gốm có độ chịu lực không lớn, song thi công đơn giản, chi phithấp Gach được lát năm hoặc via, gắn kết bang vữa xi măng — cát hay vữa nhựađường Lớp đệm bằng cát, xi, đá dim đầm chặt hoặc bang bê tông mác thấp

b Nên bằng đáNên bang đá có độ chịu lực lớn, chịu va cham, chi phí thấp, song không bangphăng, sinh bụi thường được sử dụng cho các phòng sản xuất có nhiệt độ cao, vachạm mạnh, kho chứa thiết bị nặng, đường Ôtô

Đá có thể không được gia công (đá hộc) hay có gia công thành khối hộp chữnhật Các tảng đá được lát có quy luật trên lớp cát đệm cát, xi, đất hỗn hợp thậmchí là đệm bê tông Các khe hở có thé không chèn hoặc được chèn bang vữa ximăng, vữa nhựa đường, phụ thuộc vào yêu cầu và đặc điểm công năng sử dụng.c Nền bằng các tấm lát

Nên bằng các tam lát có lớp áo bằng các tam đá mài, tam gạch gốm, tam bêtông xi măng hay tắm bêtông nhựa đường, tam granitô, tắm nhựa tổng hop Cáctam này được đặt lên lớp đệm băng cát, đất nén, đá dam đầm chat hay bê tông đádam Vật liệu liên kết thường là vữa xi măng, vữa nhựa đường, tuy thuộc đặc điểmvà yêu cầu sản xuất

d Nền bằng các tấm kim loạiNền bang các tam kim loại có lớp phủ mặt băng các tam gang hay thép đúc,được sử dụng cho các phân xưởng luyện kim, tải trọng lớn tác động Các tắm kimloại được đặt trên lớp đệm cát, đất nén, đá dim đầm chặt (hoặc bê tông)

e Nền bằng gỗNền băng 26 có tính chất đàn hồi cao, nhẹ, âm, hút âm, không sinh bụi songdễ cháy, mục Chúng thường được sử dụng cho các vùng thao tác của công nhân

phân xưởng dét, sợi, cho các nhà phục vụ sinh hoạt, hành chính - quan lý, dịch vụ.

Gỗ được gia công kiểu khối (cat ngang) hoặc kiểu tắm (cắt dọc).1.2.3.3 én bằng vật liệu từ nhựa tổng hợp

Bên cạnh các loại nền sàn ké trên, trong xây dựng công nghiệp còn sử dụngnên có lớp phủ mặt bằng các cuộn chất dẻo tổng hợp Chúng đáp ứng được nhiềuyêu cầu của một số loại sản xuất có hoá chất tác dụng, yêu cầu về vệ sinh, cách âmvà không thắm nước

Lớp áo của loại nên này được sản xuất dưới dạng liên tục, tắm hay cuộn.Chúng được dán bằng keo tong hợp vào lớp đệm bê tông đã được làm phang mặt

Ở các phòng do đặc điểm công nghệ thường xuyên gây 4m ướt mặt sàn vàphòng vệ sinh, tắm rửa phải thiết kế nền có độ dốc về phía thoát nước Dưới mặtlớp mặt nên, trên lớp liên kết phải cấu tạo các lớp chống thắm Góc nghiêng của nềnlay khoảng 0.5% đến 8%

Dé chống lún, co dan nhiệt, phải làm các khe biến dạng nên, cau tạo chântường - nền Khe biến dạng nên đối với nền bê tông cách nhau nhỏ hon và bang 6mvà được chèn bang bi tum Ngoài ra khe biến dạng tại nên còn bố trí phù hợp vớikhe co dan của các kết cau khác trong nhà:

e Khoảng cách giữa các khe có dan nhiệt đối với kết cầu BTCT lắp ghép vìkèo thép lấy bang 60m; đối với kết cấu BTCT đồ tại chỗ lấy bằng 50m;đối với kết cau thép lay bằng 150m;

e Đối với đường ngầm đồ tại chỗ: bằng BTCT lay băng 40m; bang BT laybằng 20m;

e Khe co dan cách nhiệt của tường gạch cần đặt trùng với các khe co dancủa kết cau chịu lực, nhưng khoảng cách giới hạn các khe không được lớn

Trong nên nhà công nghiệp thường bố trí các mương rãnh để đặt các loạiđường dây đường ống kỹ thuật, cấp thoát nước

Việc thiết kế nên nhà còn phải phù hợp với việc bố trí móng máy và trang thiết

bị.

1.2.4 Các phương án thiết kế nền nhà công nghiệpTrên các lớp đất tương đối tốt,thường sàn nhà công nghiệp được tính toán theomô hình bản trên nền đàn hồi Nền được cắt khe co dan theo hai phương, tùy vàobước nhà, nhịp nhà và tính toán Các khe co thường được cấu tạo sao cho chỉ truyềnđược lực cắt theo và không truyền được mô men từ tam này sang tam khác (chophép bản nứt theo các khe này) Các kiểu phân bồ tải trọng lên bản được người thiếtkế vạch ra phù hợp với việc sử dụng bản nên trong thực tế

Trên các lớp đất yếu, ta lựa chọn phương án gia cô nên thích hop dé gia cường

nên trước khi thiết kê cho san.

1.3 Tong quan về xử lí đất yếu bằng cọc xi măng đất (CDM)1.3.1 Sơ lược về lịch sứ phát triển

1.3.1.1 Trên thế giới

Công nghệ trộn sâu (The Deep Mixing Method - DMM) là công nghệ xử lý

đất tại chỗ, nơi đất tại chỗ được trộn với xi măng hay vật liệu kết dính khác Theophương pháp trộn, có 2 kiểu là phương pháp trộn kiểu tia (Jet Grouting - cắt đấtbang áp lực tia) và phương pháp trộn cơ khí (Mechanic - cắt và trộn bang cánh)

Theo vật liệu trộn phân thành kiểu trộn ướt (chất kết dính dạng vữa) và kiểutrộn khô (chất kết dính dạng bột) Công nghệ này được phát minh đầu tiên ở Mỹvào những năm 1954, nhưng chúng chỉ thực sự phát triển ở Nhật Bản và Thủy Điền.Sau đó việc ứng dụng đã lan rộng ra các quốc gia khác ở châu Au, châu A Có thétóm tắt sơ lược lịch sử phát triển như sau:

Năm 1954, kỹ thuật cọc trộn tại chỗ (Mixed In Place - MIP) đã được nghiêncứu thành công tại Mỹ với mũi khoan đơn và chỉ được sử dụng rải rác với đường

kính lúc đó bằng 0.3 - 0.4m, dài 10 - 12m Tiếp đó được nghiên cứu nhiều ở ThụyDién với các cột đường kính 60cm bố trí cách nhau | + 1,2m và ở Nhật Bản (từ năm

1953).

Năm 1961, tại Nhật Bản kỹ thuật MIP được sử dụng hơn 300.000 mét dài đểchống đỡ hố đào và kiểm soát nước trong dat Đầu thập niên 1970, công ty SeikoKogyo thành công cho ứng dụng dạng tường chắn và kỹ thuật trộn sâu (DMM -

Deep Mixing Method).Năm 1968, Phuong pháp trộn sâu (The Deep Mixing Method - DMM) đượcViện Nghiên Cứu Cảng và Hai Cảng (Port and Harbour Research Institute - PHRI)

thuộc Bộ Giao Thông Nhat Ban lần dau tiên công bố công khai trong một an phẩm

kỹ thuật của PHRI 1968 (Yanase, 1968) Khái niệm nay đã được thực hiện bởi các

nghiên cứu và phát triển của Okumura, Terashi cùng các cộng sự của họ trongnhững năm đầu thập niên 1970 Nghiên cứu thành công với hai mục tiêu là dé điều

tra phản ứng của vôi với các loạt sét biển Nhật Bản va dé phát triển thiết bị hợp lýthống nhất cho kỹ thuật trộn sâu Hầu hết đất sét biển đã thử nghiệm dé dang dat

được cường độ từ 100 KN/m2 tới 1 MN/m2.Nam 1974, Phương pháp vôi trộn sâu (Deep Lime Mixing - DLM) đã được ápdụng rộng rãi ở Nhật Bản, từ năm 1974 - 1978 đã ứng dụng cho 21 dự án, trong đó

có 2 công trình biển Trong giai đoạn này, một phương pháp khác được ứng dụng

mà hiện nay gọi là CDM (Cement Deep Mixing Method).

Năm 1975, Các báo cáo về trụ vôi của Thuy Điển (Broms và Boman) và báocáo của Nhật Bản về DLM (Okumura va Terashi) được thuyết trình tại hội nghịBangolore, An Độ Trong suốt thập niên 1970 và thập niên 1980, Terashi va Tanakatại PHRI tiếp tục nghiên cứu đặc tính kỹ thuật của vôi và xi măng để cải thiện đất

(Terashi et al, 1979, Terashi et al., 1983c).

Năm 1993, Hiệp Hội Phương Pháp Hỗn Hop Xi Mang Trộn Sâu Nhật Bản(Cement Deep Mixing Method Association) xuất bản cuốn Hướng dẫn kỹ thuậtCDM Năm 1995, Chính phủ Thụy Dién thành lập Trung Tâm Nghiên Cứu Gia CốOn Định Sâu (Swedish Deep Stabilization Research Centre) Tính đến năm 1996,hon 5 triệu m3 trụ vôi và xi măng vôi đã thi công ở Thuy Điển kế từ năm 1975

Năm 1999, Viện Phát Triển Công Nghệ Bờ Biển Nhật bản (CoastalDevelopment Institute of Technology) đã xuất bản cuốn Hướng dẫn sử dụng kỹthuật mới nhất phương pháp trộn sâu Tổng khối lượng thực hiện tính đến năm 1999với tong số 61 triệu m3 tại Nhật Bản

Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, mặc dù ngay từcuối những năm 1960, các kỹ sư Trung Quốc đã học hỏi phương pháp trộn vôi dướisâu và CDM ở Nhật Bản Thiết bị trộn sâu dùng trên đất liền xuất hiện năm 1978 vàngay lập tức được sử dụng để xử lý nền các khu công nghiệp ở Thượng Hải Tínhđến nay tổng khối lượng xử lý bang công nghệ trộn sâu ở Trung Quốc vào khoảng |triệu m3 Từ năm 1987 đến 1990, công nghệ trộn sâu đã được sử dụng ở cảng ThiênTân để xây dựng hai bến cập tàu và cai tạo nền cho 60ha khu dịch vu, tong cong513.000m3 đất được gia cố, bao gồm các móng kè, móng của các tường chăn phíasau bến cập tàu Đến năm 1992, một hợp tác giữa Nhật và Trung Quốc đã tạo ra sựthúc đây cho những bước đầu tiên của công nghệ CDM ở Trung Quốc, công trình

hợp tác đầu tiên là cảng Yantai Trong dự án này 60.000m3 xử lý ngoài biến đãđược thiết kế và thi công bởi chính các kỹ sư Trung Quốc.

Trong quá trình phát triển đến nay loại cột vôi ngày càng ít sử dụng mà chủyếu là sử dụng cột xi măng Sở dĩ như vậy là vì công nghệ nghién và bảo quản vôisống khá khó khăn nên việc tìm nguồn cung cấp vôi trên thực tế đôi khi còn khóhơn tìm nguồn cung cấp xi măng, trong khi cường độ gia có vôi thấp hơn và vôisống khó bảo quản trong điều kiện nóng âm Đặc biệt là cường độ gia cô vôi rất khóhình thành trong môi trường đất có độ 4m quá cao Những nghiên cứu thử nghiệm ởThái Lan năm 1984 cũng đã chứng tỏ điều này và đưa ra kiến nghị với các nướcĐông Nam Á nên chỉ sử dụng cột xi măng Khi sử dụng cột xi măng thì lượng ximang cần thiết phải từ 180 + 250 kg/m”

1.3.1.2 Tại Việt amViện Khoa Học Công Nghệ Xây Dung (Vietnam Institute for Building Science

and Technology - IBST) bat đầu nghiên cứu công nghệ trụ đất - vôi hay xi măngvào năm 1980 với sự giúp đỡ của Viện Dia Kỹ Thuật Thuy Điển (SwedishGeotechnical Institute - SGI) Đề tài nghiên cứu được Bộ Xây Dựng nghiệm thu vàonăm 1985 và đã được áp dụng cho một số công trình dân dụng và công nghiệp ở HàNội và Hải Phòng (các bồn chứa nước, dầu và vật liệu rời)

Năm 2002, một số dự án bắt đầu ứng dụng trụ đất trộn xi mang vào xây dựngcác công trình trên nền đất yếu ở Việt nam, cụ thể như: Dự án Cảng Ba Ngồi(Khánh Hòa) đã sử dụng 4.000m trụ đất xi măng có đường kính 60cm thi công trộnkhô Năm 2004, trụ đất xi măng được sử dụng gia cô nền móng cho nhà máy nướchuyện Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng bồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ (Hải phòng),các dự án này đều sử dụng công nghệ trộn khô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m

Tháng 5 năm 2004, các nhà thầu Nhật Bản đã sử dụng công nghệ Jetgroutingđể sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhéi của cầu Thanh Trì (Hà nội) Năm 2004,

Viện Khoa Học Thủy Loi (Vietnam Academy for Water Resources - VAWR) đã

tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản Đềtài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn vànhóm coc, kha năng chịu lực ngang, ảnh hưởng cua hàm lượng xi măng đến tính

chất của trụ đất trộn xi mang nham ung dung tru đất trộn xi măng vào xử lý đấtyếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi Nhóm dé tai cũng đã sửa chữa chongthắm cho Cống Trại (Nghệ An), công D10 (Ha Nam), Céng Rach C (Long An)

Tại các tỉnh phía Nam, giải pháp trụ dat trộn xi măng được sử dung trong cácdự án: gia cô bồn dau tại kho A, C tổng kho xăng dầu Nhà Bè, Đại lộ Đông Tay, kèsông cảng Hiệp Phước, cao ốc Saigon Times Square, các cảng năm ở khu vực Bà

Rịa - Vũng Tàu như SP-PSA, SITV, đường liên cảng Cái Mép - Thị Vải,

Riêng tại thành phố Can Thơ các dự án áp dụng giải pháp xử lý nén đất yếubang trụ đất trộn xi măng như: xử lý móng bổn chứa xăng dau tại khu công nghiệpTrà Nóc, thành phố Cần Thơ (công trình tổng kho xăng dau Hậu Giang, năm 2001);cải tạo, nâng cấp đường hạ cất cánh, đường lăn và sân đỗ máy bay cảng hàng khôngCần Thơ (thuộc dự án Nâng cấp, mở rộng sân bay Quốc tế Trà Nóc - Cần Thơ giaiđoạn I, khởi công 04/01/2006, hoàn thành 18/12/2010); đường đầu cầu Bình Thủy 2

(thuộc dự án Đường Mậu Thân - sân bay Trà Nóc, khởi công 21/8/2007, hoàn thành

26/4/2012); đường đầu cầu các cầu Cái Sâu, Bùng Binh, Bến Bạ (thuộc dự án Mở

rộng đường Quang Trung - Cai Cui, khởi công 03/02/2010).

Bảng 1.1: Các dự án sử dụng trụ đất trộn xi măng ở Việt Nam

Tổng mét dài

Đường kính CôngSTT Tên công trình đã thi công

Dat đã được gia cô xi măng là một loại vật liệu mới, nhân tạo Đề nhận đượccác tính chất cơ học, cấu trúc cần thiết của xi măng đất và sự hình thành cau trúctinh thể bền vững đặc trưng cho nó cần phải có sự kết hợp chặt chẽ, đồng thời giữaxi măng, đất và nước thành một hỗn hợp đồng nhất và qua các quá trình biến cứnglâu dài trong môi trường ấm, biến hỗn hợp này thành một vật thé toàn khối bên

vững.

Lượng xi măng và nước đã có trong đất chỉ cho hiệu quả lớn nhất khi nào cácquá trình kũ thuật cần thiết sau đâu được thực hiện triệt để và hợp lý:

e Làm phá vỡ kết cau của đất.e_ Trộn đều đất với xi măng va nước.e Bão dưỡng tối

Nếu không có lượng nước cần thiết trong hỗn hợp đất xi măng thì quá trìnhthuỷ phân và thuỷ hoá xi măng sẽ không đảm bảo Nếu đất không được nghiền kỹvà trộn đều thì cường độ cũng không đảm bảo Đồng thời trong hỗn hợp đất — ximăng ở những điều kiện nhất định, xi mang là thành phần chủ yếu, cơ bản làm thaychất lượng và thay đổi từ gốc tính chất tự nhiên của đất Chính trong xi măng đã

chứa săn các đặc tính kiên kêt có thê có, nêu các đặc tính này được biên thành hiện

thực một cách có hiệu quả thì nó sẽ tăng cho đất độ bên và tính kiên kết cao khôngđổi, không thuận nghịch và do đó đảm bảo sự thay đôi đáng kế vẻ chất các đặc tínhtự nhiên của đất.

Như đã biết xi măng portland là loại bột đá phân tán có thành phần phức tạp,tỷ diện lớn, có khả năng biến cứng khi trộn với nước

Trong hàng loạt các quá trình xảy ra đồng thời do thuỷ phân, thuỷ hoá các hạtxi măng và các quá trình hình thành cấu trúc kết tinh tiếp theo can phải chỉ ra rangsự thuỷ hoá và thuỷ phân khoáng vật clinker silicat 3 canxi là quan trọng nhất, kết

quả khoáng vật nay bị tách ra tạo thành silicat 2 canxi và Ca(OH)2 Do ít hoà tan,

Ca(OH)2 nhanh chóng làm bão hoà dung dịch Các quá trình tạo thành cau trúc kếttinh tiếp theo trong vữa xi măng thường xảy ra trong trường hợp hoá cứng của vữaxi măng nguyên chất, vữa xây hoặc x imăng cốt liệu tho hoạt tính thấp

Khác với bêtông và vữa xây, đất xi măng (đặc biệt là đất sét mịn) là loại vậtliệu mà cốt liệu của nó là các hạt đất có tý diện lớn, hoạt tính cao Vì vậy quá trìnhhoá cứng của xi măng và tạo thành trong nó các liên kết cau trúc mới còn phức taphơn nhiều, vì đất, đặc biệt là đất mịn còn có tác dụng tương hỗ hoá học và lý-hoávới các chất khác trong đó ké cả các sản phẩm thuỷ phân xi măng

2.1.2 Qua trình thủy hóa và tác dụng của xi măng và đấtỞ giai đoạn đầu của quá trình nảy, xi măng trộn vào đất tiếp xúc với nước sẽphân tách thành Ca(OH)2 trong dung dịch và tạo thành các sản phẩm thủy phânkhác, ở giai đoạn tiếp sau sẽ xảy ra tác dụng tương hỗ giữa đất với Ca(OH)2 trongdung dịch và các thành phân riêng biệt của khoáng vật Clinker đã được Hydrat hoá.Dat và xi măng có tỷ diện lớn làm cho các phản ứng trao đối hoá học và hoá lý tiếntriển mạnh Nhờ có môi trường kiềm cao nên kha năng phản ứng trao đổi ion củađất tăng lên mạnh mẽ Đặc biệt là đối với các loại đất không chứa cacbonat, khôngbão hoà bazơ cũng như các loại đất nhiều mùn có dung lượng trao đối lớn, khả năngnay trước tiên khiến cho đất hút mat Ca++ của Ca(OH)2 phân giải trong dung dịch,làm giảm số ion Ca++ trong hệ thống và từ đó làm giảm quá trình hoá cứng của ximăng Điều này làm cho quá trình hoá cứng của xi măng bị chậm lại dẫn đến cautrúc được hình thành kém bên hơn

Loại xi măng được sử dụng để làm chất kết dính có thé là xi măng portland

hoặc xi mang xi Xi măng portland thường được làm từ các hat Clinker và được

nghiền thành bột Xi măng clinker thường có các hợp chất sau đây: 3CaO.SiO2,

2CaO.SIO2, 2CaO.AI2O3, 4CaO.AI2O3.Fe2O3 và các phản ứng thuỷ hoá như sau:2(3CaO.S1O2) + 6H20 = 3CaO.2S1O2.3H20 + 3Ca(OH)2 +

Xi măng xi lò cao là loại được trộn giữa xi măng portland va xỉ lò cao Xi 16

cao không thé phản ứng hydrat hoá với nước nhưng nó có thé phản ứng trong môitrường kiềm

Như vậy, khác với bêtông, vữa, đất sét gia cố xi măng là một vật liệu trong đóđất là một thành phân hoạt tính có tác dụng tốt (đất chứa cacbonat) hoặc tác dụngxấu (kìm hãm) đối với quá trình tạo thành cấu trúc kết tinh trong đất xi măng Điềukiện thuận lợi nhất cho sự hoá cứng xi măng và cho sự hình thành cau trúc là tronghỗn hợp phải chứa ion Canxi, có Ca(OH)2 và phải có môi trýờng kiểm

2.1.3 Cac nhân tô ảnh hưởng đến cường độ cọc xi măng datTam quan trong của sự tăng cường độ của việc xử lý đất bang xi măng hoặcvôi là sự ảnh hưởng của một số nhân tố, bởi vì cơ chế tăng cường độ cơ bản có mốiquan hệ mật thiết với phản ứng hoá học giữa đất và các vật liệu phản ứng Các nhântố có thé được chia làm 4 loại như sau:

Bang 2.1: Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển cường độNhóm | Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ (Terashi 1997)

Đặc điểm của chất kết 1 Loại vật liệu chat kêt dính.

3 Ham lượng nước trộn và thêm vào.

Đặc điểm và điều kiên Đặc điểm lý hoá và khoáng vật trong đất

II |của đất (đặc biệt quan Lượng chất hữu cơ _

Nông độ pH của nước lỗ rông.

+> WwW NO

trọng với dat sét) : Hàm lượng nước.

1 Mức độ trộn.

Ill |Điều kiện trộn Số lần trộn.là

3 Chat lượng của chất kết dính sử dụng

Nhiệt độ.

IV |Điều kiện hoạt động Thời gian hoạt động.

Độ âm.

+> WwW t3 Trộn ướt hay trộn khô.

Các nhân tô ảnh hưởng ở trên có thể được đánh giá mức độ ảnh hưởng tuỳtheo điều kiện thực tế tại hiện trường và các công trình cụ thể nhưng có thể tómlược các đặc điểm sau:

Đặc điểm của chất kết dính được dé cập trong phan I có ảnh hưởng rat lớn đếncường độ của đất được xử lý Vì thế, sự lựa chọn chất kết dính hợp lý thực sự ýnghĩa và là van dé rất quan trọng Có rất nhiều loại chất kết dính dé có thé chon choviệc gia cô

Các nhân tố ảnh hưởng bởi đặc điểm và điều kiện của đất thì đó là các đặc tínhcô hữu của đất và điều kiện hình thành và tôn tại của đất Các điều kiện này thườngkhông thé thay đối được khi áp dụng biện pháp gia cố sâu

Các nhân tố ảnh hưởng bởi điều kiện trộn thường rat dễ thay đổi và kiểm soáttrong quá trình thực hiện dựa trên khả năng xử lý thực tế tại hiện trường của ngườitrực tiếp thực hiện, đặc biệt là kỹ sư hiện trường

Các nhân tố ảnh hưởng trong điều kiện hoạt động cũng có thể kiểm soát mộtcách dễ dàng các nghiên cứu trong phòng, nhưng không thé kiểm soát được ngoài

công trường thi công.

2.1.4 Dự đoán cường độ cọc xi măng datTrong quá trình cải thiệt đất tại công trường, cường độ của đất được xử lý tạichỗ sẽ được dự báo tuỳ vào các điều kiện thí nghiệm, thiết kế, thi công Có nhiềucông thức được đề ra dé dự báo cường độ của đất được cải thiện ở trong phòng vàtại hiện trường, đó là kết hợp nhiều hệ số ảnh hưởng đến hiệu quả của việc cải thiện

qu = function (loại đất, chất kết dính sử dụng, C/Wt, Oc, Fe, Te, )

Gur = function (qu, Tc, 8, nhiệt độ, điều kiện trộn )

Trong đó:

C/Wt: tỷ lệ theo trọng lượng của lượng chất kết dính với toàn bộ lượng

nước có trong khi trộn.Fc : hàm lượng hạt mịn.

Oc : ham lượng chất hữu cơ.qu : cường độ của mẫu đất được chuẩn bị trong phòng thí nghiệm.qur : cường độ của nhóm cọc đất gia cô tại công trường thi công

Tc : thời gian đạt cường độ.8: nhiệt độ hoạt động.

Đã có rất nhiều các đề nghị về các công thức cho việc dự báo quf và có sự sosánh với kết quả thí nghiệm ở trong phòng Tuy nhiên, thông thường người ta chỉ cóthé dự báo cường độ ở trong phòng thí nghiệm với mức độ chính xác hop lý

Đối với cường độ nhóm của nhóm cọc tại công trường thì không có sự mởrộng về áp dụng của công thức nào, bởi vì đất được xử lý ngoài công trường phụthuộc rất nhiều các điều kiện khác nhau Các tốt nhất dé xác định cường độ ở ngoàicông trường là người ta đi xây dựng mốt quan hệ giữa cường độ trong phòng và

cường độ tại công trường dựa trên các cơ sở kinh nghiệm Thông qua các thí

nghiệm ở trong phòng và các thí nghiệm tại hiện trường của một số dự án cụ thểngười ta có thể rút ra công thức cho sự tính toán

2.2 Quan niệm tính toán cọc xi măng đất2.2.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm coc xi măng dat làm việc như

cọc

2.2.1.1 Đánh giá 6n định cọc xi măng dat theo trạng thái giới hạn 1Đề móng cọc đảm bảo an toàn cần thỏa mãn các điều kiện sau:Nội lực lớn nhất trong một cọc: Nimax < Qui/FS

Moment lớn nhất trong một cọc: Minax < [M] của vật liệu làm cọc.Chuyén vị của khối móng: Ay < [Ay]

Trong đó:Cụ — Sức chịu tải giới hạn của cọc xi măng dat.

[M] — Moment gidi han cua coc xi mang dat.Fs — Hệ số an toàn.

2.2.1.2 Đánh giá ốn định cọc xi măng dat theo trạng thái giới han 2

Tính toán theo trạng thái giới hạn 2, đảm bảo cho móng cọc không phát sinh

biến dang và lún quá lớn: S; < [S]

Trong đó:[S] — Độ lún giới hạn cho phép.

» — Độ lún tổng cộng của móng cọc.Nói chung, trong thực tế quan điểm này có nhiều hạn chế và có nhiều điểm chưa

rõ ràng.Chính vì những lý do đó nên ít được dùng trong tính toán.

2.2.1.3 Theo quan niệm tính toán như nền tương đươngNền trụ và đất dưới đáy móng được xem như nền đồng nhất với các số liệucường độ otđ, Ctd, Etd được nâng cao (được tính từ 9, C, E của đất nền xung quanhtrụ và vật liệu làm trụ) Công thức quy đổi tương đương otd, Ctd, Etd dựa trên độcứng của cột xi măng đất, đất và diện tích đất được thay thé bởi cột xi măng đất.Gọi m là tỷ lệ giữa diện tích cột xi măng - đất thay thé trên diện tích đất nên

m=2: (2.1)

A,Pid = Mca t+(1-M)Pnén (2.2)Của = mC(¿/+(1-m)Chân (2.3)

Hịa — ME cet + (1-m)Enan (22)

- Tiêu chuẩn biến dạng: Môđun biến dạng của nên được gia cô Eg phải thỏa mãnđiều kiện lún của công trình.

Có thé dùng các công thức giải tích và các phần mềm địa kỹ thuật hiện có dégiải quyết bài toán này

2.2.1.4 Quan niệm hỗn hợp

2.2.1.4.1 Cach tính toán của Viện kỹ thuật Châu A - AIT

a Sức chịu tải cọc đơn.

Khả năng chịu tải của cột xi măng đất được quyết định bởi sức kháng cắt củađất sét yếu bao quanh (đất bị phá hoại) hay sức kháng cat của vật liệu cột xi măngđất (cột xi măng đất phá hoại)

Loại phá hoại đầu phụ thuộc cả vào sức cản do ma sát mặt ngoài cột xi măngđất và sức chịu chân cột xi măng đất

Loại sau còn phụ thuộc vào sức kháng cắt của vật liệu cột xi măng đất Khảnăng chịu tải giới hạn ngắn của cột xi măng đất đơn trong đất sét yếu khi đất pháhoại được tính theo biểu thức sau:

Qohs adt = (WAH +2.25 ãd”)Cụ (2.5)

Trong trường hợp cột xi măng đất đã bị phá hoại trước thì các cột xi măng đấtđược xem như một lớp đất sét cứng nứt nẻ Độ bền cắt của hỗn hợp sét ở dạng cụchay hợp thể đặc trưng cho giới hạn trên của độ bên Khi xác định băng thí nghiệmxuyên hay cắt cánh, giới hạn này vào khoảng từ 2 + 4 lần độ bền cắt dọc theo mặtliên kết khi xác định bởi thí nghiệm nén có nở hông.

Con cột xi mang đá =AcatX(3.5 Coạt3Øn) (2.6)Trong đó:

Ccạ - lực dính kết của vật liệu cột xi măng đấtƠn - 4p lực ngang tong cộng tác động lên cột xi măng dat tại mặt cắt giới

Do hiện tượng rao, độ bên giới hạn lâu dài của cột xi măng đất thấp hơn độbên ngăn hạn Độ bền rao của cột xi măng đất Q„o.cột xi măng đất từ 65% - 85%của Qgh, cột xi măng đất Giả thiết quan hệ biến dạng - tải trọng là tuyến tính chotới khi rão như hình 2.2 Có thể dùng quan hệ này để tính sự phân bố tải trọngGrão,cột xi măng đất và môđun ép co của vật liệu cột xi măng đất tương ứng độ dốccủa đường quan hệ Khi vượt quá độ bên rao, tải trọng ở cột xi măng đất được coi làhang so.

b Khả năng chịu lực tới hạn của nhóm cọc xỉ măng đất

h It Mặt phá hoạii! i

lạ tCu !

—N h

ty h

t thu bí: bị WY Ww bị WwW Wu t

t Ìì h 4 5 4c t h eh t

- “UU

LH LH Ly LỰ LH LH LH Ly 4

Hình 2.4: Phá hoại cat cục bộKhả năng chịu tải giới han của nhóm cột xi măng đất phụ thuộc vào độ bền catcủa đất chưa xử lý giữa các cột xi măng đất và độ bền cat của vật liệu cột xi măngđất Sự phá hoại quyết định bởi khả năng chịu tải của khối với cột xi măng đất

Trong trường hợp đầu, sức chồng cắt dọc theo mặt phá hoại cắt qua toàn bộkhối sẽ quyết định khả năng chịu tải và khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cột ximăng đất được tính theo:

Qun nhóm = 2CuH[B+L] +(6+9)C, BL (2.8)Trong đó:

B,L và H - chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cột xi măng đất Hệsố 6 dùng cho móng chữ nhật khi chiều dài lớn hơn chiều rộng nhiều (tức là L>>B).Còn hệ số 9 dùng cho móng vuông.

Trong thiết kế, kiến nghị không dùng khả năng chịu tải giới hạn vì phải huyđộng sức kháng tải trọng lớn nhất làm cho biến dạng khá lớn, băng 5-10% bề rộng

vùng chiu tai.

Kha năng chịu tai giới han, có xét đến phá hoại cục bộ ở ria khối cột xi măngđất, phụ thuộc vào độ bên chống cắt trung bình của đất dọc theo mặt phá hoại gầntròn như trong hình 2.5 Độ bên cắt trung bình có thé tính như khi tính 6n định máidốc Khả năng chịu tải giới hạn có chú ý đến phá hoại cục bộ, được tính theo biểu

Cc Tính toán biến dang:

Tải trọng đơn vịtác dụng q

Tông độ lún của công trình xây dựng trên nên dat gia cô băng cột xi mang dat

như trên hình 2.6 Tong độ lún lớn nhất lay bang tong độ lún cục bộ của toàn khốinên được gia cường (Ah1) và độ lún cục bộ của tầng đất nằm dưới đáy khối đất

được gia cường phía trên (Ah2)Tuc là:

Ah = Ah, + AhaTrong đó:

Ahl- độ lún cục bộ của khối đất nền sau khi được gia cường:

Ah2- độ lún cục bộ cua tang dat năm dưới mũi cột ximang dat.

Khi tính toán Ah có thé xảy ra 2 trường hợp:

(2.10)

Trường hợp 1: Tải trọng ngoài tác dụng tương đối nhỏ và cột ximăng đất

chưa bị rão:

Nếu độ lún dọc trục các trụ tương ứng với độ lún phân sét yếu xung quanh, thì

sự phân bô tải trọng ngoài sẽ phụ thuộc vào độ cứng tương đôi của vật liệu cột.Chung nào ứng suat dọc trục cột (Gcạ ) còn nhỏ hơn độ bên giới hạn rao của nó (C446cot )» thì sự phân bồ tai trong dọc trục cột sẽ phụ thuộc vào môdun lún của vật liệu

cột và của đất đã gia cường, được tính theo công thức sau:

_ Qeot _ qĐoội = A M

SH a+C =3)

cột

Trong đó:q- tải trong đơn vi, kG/cm2;

a- diện tích tương đối của cột:

(2.11)

Md và Mecột - môdun biên dạng của dat nên xung quanh va cua vật liệu cột

_ Ao

( Ae ; Ao - sô gia ứng suât truyén lên dat hay cột va Ae - sô gia hệ sô rong cua

dat nén hay vat liệu cột).Tải trong phân bố déu q (do công trình hay nên đất đắp bên trên truyền xuống),một phan truyền cho trụ q1, phần khác truyền cho đất q2 Nếu trụ và đất xung quanh

có cùng chuyên vi tương đôi, có thê dùng quan hệ sau:

q,(BL) _ q;(BL)= (2.12)NA ác Meo (BL — NA go )M 4

Don giản biểu thức trên ta được:

Aho - độ lún cuối cùng của tầng đất dưới mũi cột;B - tỷ số giữa tổng độ lún của khối đất đã gia cường băng cột ximăng đấtvới tong độ lún của chính khối đất đó ở trạng thái tự nhiên:

Mụ

Trường hợp 2: Tải trọng ngoài tác dụng lớn và cột ximang đất bị rão.Như trường hợp 1, tải trọng q được phân ra làm 2 phan q; truyền cho cột và qotruyền cho nên đất xung quanh cột, chúng được tính toán như sau:

nao co

q, = an (2.17)

va qo = (q-q1) (2.18)Thanh phân q; dùng dé tính độ lún cục bộ Aho, và thành phan qo dùng để tính độ

lún cục bộ Ah,.