Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu giải pháp xử lý lún không đều của đường dẫn vào cầu Cần Thơ

Xử lý nền đất yếu băng trụ đất xi măng thi công băng công nghệ khoan phụtvữa xi măng áp lực cao với những ưu điểm nổi bật của nó như: thi công nhanh,không ảnh hưởng nhiều đến các công tr

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

NGUYEN THANH BINH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHAP XỬ LY LUN KHÔNG ĐÉU

CUA DUONG DAN VÀO CAU CAN THƠ

Chuyén nganh: DIA KY THUAT XAY DUNG

Mã số ngành: 60.58.60

TP Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc 1

_—-0OO -TP HCM, ngày 30 tháng 6 năm 2012.

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên họcviên — : NGUYEN THANH BÌNH Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 02/10/1280 ñ Nơi sinh: Cần Thơ

Chuyên ngành : DIA KY THUẬT XÂY DỰNG MSHV: 10090363

I TÊN ĐÈ TÀI: ; ¬ l ¬¬

“NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ LUN KHÔNG ĐỀU CUA ĐƯỜNG

DAN VÀO CẬU CAN THƠ”

Il NHIỆM VU VA NOI DUNG:

1 Nhiệm vu: Nghiên cứu giải pháp xử lý lún không đều của đường dẫn vào cauCần Thơ.

2 Nội dung:

Mở đầuChương 1 : Tổng quan về các giải pháp xử lý lún cho nền đường dẫn vao câu

hiện nay.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về công nghệ khoan phụt vữa xi măng áp lực cao (Jet

Grouting).

Chương 3: Co sở lý thuyết của phương pháp xử ly nền đất yếu bang trụ dat xi

măng thi công băng công nghệ khoan phụt vữa xi măng áp lực cao.

Chương 4: Phân tích nguyên nhân và giải pháp xử ly lún lệch tại vi trí tiếp giáp

giữa đường dan và cống hộp cho đường dẫn vào cầu Can Thơ.

Kết luận và kiến nghị.Ill NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 30/01/2012IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU : 30/6/2012V HO VA TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DAN:

¢ PGS.TS CHAU NGỌC AN¢ GV.TS TRAN XUAN THỌCAN BỘ HƯỚNG DANI CÁN BỘ HUONG DAN 2 CN BỘ MÔN

QL CHUYEN NGÀNH

PGS.TS CHAU NGỌC ÂN GV.TS TRAN XUAN THO PGS.TS VO PHANNội dung va dé cương Luận van thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.

Ngay tháng Năm 2012PHONG DAO TAO SAU DAI HOC KHOA QUAN LY NGANH

hướng dẫn tận tình của Thay, Cô giáo phụ trách lớp Cao hoc - Diakỹ thuật xây dựng - khóa 2010, mở tại Cần Thơ, đặc biệt là QuýThay Cô trong Bộ môn Địa cơ & Nền mong, tôi đã hoàn thành Luậnvăn Thạc sỹ này.

Lời đầu tiên học viên xin bày tỏ lòng biết ơn đối với tất cả ThầyCô đã hết lòng truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong thờigian qua Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn Thay PGS.TS ChauNgọc An và Thay GV TS Tran Xuân Tho đã nhiệt tình hướng dẫnvà không ngừng động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận

văn.

Học viên cũng xin chân thành cảm ơn đến Quý Thây, Cô ngànhĐịa kỹ thuật xây dựng, các Thay, Cô phòng Sau Đại Hoc và trườngĐại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dạy và tạođiều kiện thuận lợi để học viên chúng tôi hoàn tất khoá học này

Sau cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới các anh chị, các bạn trong

lớp DKTXD - 2010, gia đình và các bạn bè tôi đã động viên khích lệ

cho tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn

Trân trọng kính chào!

TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 6 năm 2012

Nguyễn Thanh Bình

Tén dé tai:

“NGHIEN CUU GIẢI PHAP XU LY LUN KHONG ĐỀU CUA DUONG

DAN VAO CAU CAN THO”Khi xây dựng nền đường đắp cao trên đất yếu, thường xảy ra lún lệch tại vị trísau cống hộp hoặc đoạn đường dẫn vào cầu Trong đó, một số công trình bị sự cốngay trong quá trình đang thi công, số lớn khác bị sự cố chỉ sau thời gian ngăn sửdụng Những sự cô này đã làm cho xe bị xóc mạnh khi chạy qua những vị trí nàyvới tốc độ cao Do đó việc khắc phục sự cô lún lệch này là một yêu cầu cấp bách

được đặt ra hiện nay.

Trong luận văn này tác giả đi sâu nghiên cứu biện pháp gia cố nền đất yếubăng trụ đất xi măng được thi công băng công nghệ khoan phut vữa cao áp (JetGrouting) Đồng thời dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn tính toán, đánh giá độ6n định và biến dang của trụ dat xi măng và nền đường sau khi được xử lý Kết hợpvới phương pháp tính toán bằng giải tích để áp dụng thiết kế tính toán xử lý tìnhtrạng lún lệch cho công trình đường dẫn vào cầu Cần Thơ Qua phân tích, tính toáncho thay sau thời gian sử dụng 20 năm độ lún dư nền đường chi đạt 0,1m, độ lúnnày gần băng với độ lún của cống hộp nên đảm bảo được sự chuyên tiếp hài hòagiữa đường dẫn và cống hộp, không bị xảy ra tình trạng lún lệch

Xử lý nền đất yếu băng trụ đất xi măng thi công băng công nghệ khoan phụtvữa xi măng áp lực cao với những ưu điểm nổi bật của nó như: thi công nhanh,không ảnh hưởng nhiều đến các công trình lân cận, không chiếm diện tích thi côngnhiều, tạo ra được các trụ đất xi măng dé gia cố nên rất thích hợp cho việc xử lýsự cô lún lệch giữa đường dẫn và cống hộp được xây dựng trên đất yếu như ở vùngĐBSCL nói chung và Cần Thơ nói riêng Ngoài ra đây cũng là một giải pháp hiệuquả để xử lý tinh trạng lún lệch cho các công trình gặp sự cỗ tương tự

Thesis title:

“SOLUTION FOR TREATMENT OF DIFFERENTIALCONSOLIDATION SETTLEMENT WITH DEPTH AT GROUNDSURFACE OF CANTHO BRIDGE’S APPROACH EMBANKMENT”

When a high embankment built on soft soils, the differential consolidationsettlements normally occur at the positions behind the culverts or bridge’s approachembankment The structures may be damaged right during the construction or somedamaged in a short time of using The differential consolidation settlement causeshock for vehicles running at high speed on these positions To overcome theproblem of differential consolidation settlement with depth of high embankment onsoft soils is an urgent need.

The method to improve the soft soils by cement deep mixing column installedby jet grouting is studied Based on finite element method, the stability anddeformation of the cement deep mixing column and improved subsoil are analyzed.The differential consolidation settlement at ground surface of Can Tho bridge’sapproach embankment is computed by the analytic and numerical methods Theresults show that the total settlement after 20 years is 0.1m approximating to thesettlement of the culvert Therefore, it ensures a smooth going between approachembankment and culvert so that the differential settlement can be controlled.

The improvement of soft soil by cement deep mixing column installed by jetgrouting has more advantages such as rapid installation, minimum impact toSurrounding structures, reduction of construction area Generally, the soilimprovement by soil-cement columns is suitable for soft soils in Mekong deltaregion and Can Tho in case study Moreover, this is also effective solution to treatthe differential consolidation settlement problem.

Mở dau1 Tính cấp thiết của dé tài - ó- s1 12323 HS Hư Hư TH ng gu no |

2 MUC tlGU NGHISN 800000 |co 00(0,ii2á0::70980 1400190) 2

4 Y nghĩa khoa học của dé tài - 6s xxx S333 E3 93v HS vn cv re 25 Hạn chế của dé tài ác c1 1E 51 51 E1 51151 E1 1g KH TT ng Tưng gưyp 2Chương 1: Tổng quan về các giải pháp xử lý lún cho nên đường dẫn

vào câu hiện nay1.1 Dat yêu và các van đê đặt ra khi thiệt kê và thi công nên đường vào câu được

đắp trên đất yẾU 6 s3 3 v11 1 HS HT HT TH nu Hư ni 31.1.1 Khái niệm vé đất yÊu - G «s3 3v ST TH ng ưng cep 31.1.2 Các yêu cau khi thiết kế nền đường vào cầu được đắp cao trên đất yếu 31.1.3 Các vẫn dé về Gn định - - -c c ket 21 11193 11 13 H1 HH kg rnrg 41.1.4 Các vẫn dé về biến dạng s - -s tSx 3 3 v11 vn ghe ke 51.2 Tổng quan các nghiên cứu hiện nay về ôn định và biến dạng nên đất yếu dướinền đường của các tác giả trong và ngoài NƯỚC - + + xxx se v se rsvsxei 6

1.3 Các giải pháp xử lý nền đường dẫn vào cầu đắp trên đất yếu phé biến hiện nay

và phạm vi ứng dụng của chÚng -.- cccscc 33933103035 1 1111111851 1£ v4 8

1.3.1 Sàn giảm tải bê tông cốt thép trên hệ cọc bêtông cốt thép : 81.3.2 Coc bêtông cốt thép tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thuật 91.3.3 Gia cô nền bang công nghệ phut vữa cao ap (Jet grounting) - 101.3.4 Coc cát đầm chặt (SP) óc sư 1 13 13 H1 vn cư Trưng rerkp 11

1.4 Nhan xét va Danh 214 18 14

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về công nghệ khoan phut vữa xi mang áp lực cao (Jet

Grouting)2.1 Giới thiệu cChung -<<c 3030303030103 1111111035 11111 1000 1n kg 152.2 Nguyên lý lam việc của Jet Grouting - «<< cersa 16

2.3 Các thông số của Jet GTOUfÏng óc + 3x3 Y3 E1 vn vu reo 212.4 Các thí nghiệm phục vụ thiết kế, thi công tru xi măng đất băng công nghệ Jet

2.7 Thi công trụ dat xi măng bang công nghệ Jet Grouting - -s «se: 332.8 Giám sát, kiểm tra và quan trắc trong quá trình thi công s5 -s-s¿ 352.8.1 Các điều khoản chung - - «se v3 19193 3 9v Tưng ngưng neo 35

2.8.2 Thí nghiệm COC thử - - 22 232033002000811 0330390 118111101 9 111v chu 35

2.8.3 Giám sát kiểm tra thi CÔIg -¿- G2 s3 v3 v3 3 1S 3v rvn cveo 352.9 Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng Jet Grouting - 5 ss<s<sssz 362.10 Nghiệm thu sản phẩm Jet GroutÏnng - 5 << sex *xEskev xxx vsrsecee 382.10.1 Kiểm tra đánh giá về đặc trưng hình học -5- s5 s+s£+e£s£sexscs 382.10.2 Kiểm tra các đặc trưng về mặt cơ hỌC - - xxx E+kexEeesseevvseei 382.10.3 Thí nghiệm kiểm tra tính thắm -G- + SE E8 SE S3 vs ve: 38

2.11 ao 0208/0200) 2a 38

2.12 Nhận xét và kết luận - + ctk E333 S1 91 91 11 11 1 1n ng nọ 43Chương 3: Cơ sở lý thuyết của phương pháp xử lý nên đất yếu bằng trụ đất ximăng thi công bang công nghệ khoan phut vita xi mang ap lực cao3.1 Đặt vấn để coc cccceccsscscscsscscsssscscsscscscsscscsecsvscsscsvscescsssscssacessstssessassneaees 443.2 Cơ sở tính toán trụ đất Xi măïg s- cv Sư Sư cư vn vn ke 443.2.1 Xác định kích thước cơ bảñ .- - << c c1 SE ng ve 443.2.2 Khả năng chịu tải của tru ỞƠI <5 c3 131133 1111111115585 111555 556 493.2.3 Khả năng chịu tải theo đất nỀn cv xxx vn ve reế 523.2.4 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ đất ximăng - 5s ¿ 523.2.5 Độ lún tOng CỘNng G3191 SH H1 TH TH Hư re 533.2.6 Ôn định mái dO ¿+ 2222 t2 E22 E1221221117121111111111 1.11 563.2.7 Ôn định công trình dưới trụ xI măng đẤT, TH Hy go 573.2.8 Sự phân phối ứng suất thăng đứng lên trụ xi măng dat - 58

3.2.9 Su phân bố moment uốn và khả nang chịu moment của trụ xi mang đất ó13.3 Tính toán độ lún của của nền thiên nhiên dưới nền đường «- 62

3.3.1 Độ lún tức thời do tính đàn hồi của đất -c-stcccrtsrerrersrerrrvee 633.3.2 Độ lún do biến dạng nén chặt trong giai đoạn cé kết thứ nhất 65

3.3.3 Độ lún do bién dạng từ biến trong giai đoạn có kết thứ hai - 70

3.4 Mô hình phần tử PTHH SE E* SE E8 SE E3 E3 3 cv ve cv cv cke 71càng on 8 DỒẦ 71

3.4.2 Cac m6 hinh 0 6n 0 DỒ 72

3.4.3 Phan tich chung trinh cc 72

3.4.4 MO hinh tinh tan 00 73Chương 4: Phan tíchnguyên nhân va giải pháp xử lý lún lệch tại vị trí tiếp giáp

giữa đường dẫn và công hộp cho đường dẫn vào cầu Can Thơ

4.1 Tổng quan về cầu Cần 'ThƠ s6 E8 SE E93 E3 v3 cư cv re: 744.1.1 Giới thiệu chung - << 1s 1200102999301 11111110 5 c1 0 0 cv rkh 74

4.1.2 Giới thiệu về đường dẫn vào cầu Cần Thơ 5 se s xe se ss£eessei 75

4.3 Phân tích nguyên nhân và giải pháp xử lý lún lệch -<<- 784.3.1 Nguyên nhân - + << c0 11 1 c1 vn 0 nhu 78

4.3.2 Giải pháp xử lý lún lệch tại vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn và cống hộpđường dẫn cầu Cần TThƠy óc 2s s18 E9 133 83 3 518 93 Hy nh hưng ckp 80

4.3.3 Tinh toán lựa chọn vai dia kỹ thuật gia cường <<-<<<<<s+ 90

4.3.4 Các bước thiết kế thi công và thi công Jet Grouting - - 5s sssss<sz 914.4 Phân tích ứng xử của nén đắp trên đất yếu gia cô bang trụ đất xi măng băngphương pháp phân tử hữu hạn G SE E83 E83 E8 SE vx v3 rvgsea 95

“S0 vi 0,0 0 954.4.2 Mô phỏng các giai đoạn thi công tính toán - << <<<<<<<<<< s2 96

4.4.3 Kết qua tính toa -ó- G13 HT HT KH gu Hưng ng 974.5 Phân tích và nhận xét kết quả - - 6 2s EEvEEE S3 SE Sư 3E vn seo 102Kết luận và kiến nghị

Vo KẾ(luận Q.G G1 TH TH TH TH TH TH TH TH TH TH TH TT HH nhọ 104VỀ Kiến nghị SG sư re 105v Hướng nghiên cứu tiẾp theo c- s3 x3 SE SE v3 Y3 vn cưng cee 105

Tài TEU than ÑÏHÚO Quà 106

MO DAU1 Tính cấp thiết của đề tai

Thành phố Can Thơ có vị trí chiến lược phát triển kinh tế xã hội, nam trên cáctuyến giao thông thủy bộ quan trọng nhất của tiêu vùng Tây sông Hậu, là điểm giaolưu kinh tế lớn trong Tứ giác năng động thành phố Cần Thơ - Ca Mau - An Giang -Kiên Giang Thuận lợi cho thành phố phát triển đồng bộ các khu vực kinh tế theohướng kinh tế vùng như khu công nghiệp chế biến nông ngư sản và phục vụ nông,ngư nghiệp, khu công nghiệp có công nghệ cao, khu cảng 4 biển và sân bay hàngkhông quốc tế, khu thương mại tập trung đồng bộ với nhịp độ công nghiệp hoá,hiện đại hoá của toàn vùng Ngày 25 tháng 9 năm 2004 Cầu Cần Thơ được khởicông xây dựng đến ngày 24 tháng 4 năm 2010 thì chính thức được khánh thành.Đây là một đòn bây cho sự phát triển kinh tế tại Cần Thơ

Tuy nhiên, thực trạng trong thời gian qua cho thấy, tuyến đường dẫn vào cầuCần Thơ vừa được hoàn thành và đưa vào khai thác sử dụng một thời gian thì đãxuất hiện tình trạng lún lệch tại các vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn và cống hộp,làm cho xe khi lưu thông với tốc độ cao ngang qua các vị trí này sẽ bị xóc mạnh.Độ xóc này ảnh hưởng trực tiếp đến van dé an toàn và tâm lý cho người lái và hànhkhách trên xe, ngoài ra nó còn là nguyên nhân dẫn đến tai nạn bất ngờ nếu khônggiảm tốc độ khi lưu thông qua vị trí này Mức độ nguy hiểm tùy thuộc vào độ lúnlệch nhiều hay ít tại mỗi vị trí tiếp giáp

Ở nước ta hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu khảo sát cụ thể để đánh giá mứcđộ tốn thất do vấn dé này gây ra Đã có nhiều công trình nghiên cứu, đưa ra giảipháp xử lý, song vẫn chưa khắc phục được vấn đề này một cách triệt dé

Do vậy, để đảm bảo khả năng khai thác đường dẫn vào cầu một cách hiệu quảthì việc nghiên cứu bảo đảm chuyển tiếp hai hòa giữa nền đường và công trình trênđường là một việc can thiết và cấp bách Đó là lý do tác giả chon đề tài “/Nghiêncứu giải pháp xử lý lún không déu của đường dẫn vào cau Can Thơ” Nội dungcủa luận văn đi sâu tìm hiểu nguyên nhân, bản chất hiện tượng và đề nghị phương

pháp xử lý lún không đều tại các đoạn chuyên tiếp giữa đường dẫn và cống hộp trênđường.

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu địa chất khu vực thành phố Cần Thơ.- Nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đất yếu dưới nền đường hiện nay của cáctác giả trong và ngoài nước Phân tích, đánh giá các giải pháp được sử dụng phốbiến hiện nay trong việc xử lý nên đất yếu Trong đó tập trung vào công nghệkhoan phụt vữa cao áp (Jet Grouting) dé xử lý lún lệch

- Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết giải pháp xử lý trên, đề ra giải pháp xử lýtình trạng lún lệch phù hợp với địa chất khu vực thành phố Cần Thơ Ứng dụng kếtquả nghiên cứu để tính toán xử lý hiện tượng lún lệch tại vị trí tiếp giáp giữa đường

dẫn vào cau và công hộp tại công trình đường dẫn vào cầu Can Thơ; nghiên cứu dé

xuât với người thiệt kê thời gian hợp lý đê đặt công hộp vào đường dân nhăm tránhhiện tượng lún không đêu xảy ra.

3 Phương pháp nghiền cứu

v Nghiên cứu vẻ lý thuyết:- Tổng hợp các cơ sở lý thuyết khác nhau phục vụ nhiệm vụ bài toán.- Phân tích và chọn lựa các dữ liệu thực tế cung cấp cho việc tính toán.- Thiết lập phương pháp tính toán và trình tự tính toán hợp lý để giải quyết bàitoán thực tế

- Thiết lập các chương trình tính toán và thể hiện kết quả.v Mô phỏng bài toán bang phương pháp phan tử hữu han:- Sử dụng phần mềm Plaxis để phân tích ôn định và biến dạng của nền đườngvào cầu đã được xử lý

4 Y nghĩa khoa học của dé tài- Đưa ra giải pháp khắc phục tình trạng lún không đều tại vị trí tiếp giáp giữađường dẫn vào cau và công hộp Xác định chiều dài đoạn đường dẫn hai bên cống

cần thiết dé gia cố, chiều sâu cần gia có, giải pháp thi công cho công trình.- Phương pháp này phù hợp cho các công trình nên đắp cao trên đất yếu, đặcbiệt là địa chất của vùng ĐBSCL Va mong rang phương pháp nay sẽ được sử dụngphố biến ở nước ta trong thời gian sắp tới.

5 Hạn chế của đề tài- Các tính toán và mối tương quan giữa các thông số trong biện pháp gia cốnền bằng công nghệ Jet Grouting chi dừng lại ở một công trình trong một khu vực

có điều kiện địa chất cụ thể mà chưa mở rộng cho nhiều công trình với các đặc tínhđịa chất khác nhau.

- Chưa đề cập đến ảnh hưởng của các tác nhân như độ mặn, độ PH, độ rỗngcủa đất gây ảnh hưởng đến chất lượng của cọc trong quá trình thi công, cũng như

trong quá trình sử dụng lâu dài.

- Chưa cập nhật day đủ các nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới vềvan dé này dé so sánh, đánh giá và đưa ra kiến nghị phù hợp với thực tế hơn

- Do thời gian có hạn nên tác giả chưa chứng minh bang các kết quả tính toánthuyết phục về sự vượt trội của giải pháp xử lý lún lệch bằng công nghệ Jet

Grouting so với giải pháp khác Tác giả chỉ kế thừa các phân tích, so sánh giữa cácgiải pháp trên thông qua các kết quả nghiên cứu của nhiều tác gia đi trước và đi sâuphát triển giải pháp công nghệ Jet Grouting dé khắc phục sự cố cho công trình.

CHUONG 1 TONG QUAN VE CAC GIAI PHAP XU LY LUN

CHO NEN DUONG DAN VAO CAU HIEN NAY1.1 Đất yếu va các van dé đặt ra khi thiết kế và thi công nền đường vào cauđược đắp trên đất yếu

1.1.1 Khái niệm về đất yếuDat yếu là những đất có kha năng chịu tải nhỏ (vào khoảng R°, = 50 +100KN/m') có tính nén lún lớn, hầu như bảo hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e >1), môđunbiến dạng nhỏ, sức chống cắt bé Nếu không có biện pháp xử lý đúng dan thì việcxây dựng công trình trên đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiệnđược Đất yếu là các vật liệu mới hình thành (từ 10000 đến 15000 năm tuổi), có théchia thành ba loại: đất sét hoặc đất sét pha cát lẫn bụi mềm, có hoặc không có chấthữu cơ; than bùn hoặc các loại đất rất nhiều hữu cơ và bùn

Tất cả các loại đất này đều được bồi tụ trong nước một cách khác nhau theocác điều kiện thủy lực tương ứng: bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, ao hồv.v Trong các loại này đất sét mém bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển tạo thành mộthọ đất yếu phát triển nhất Ở trang thái tự nhiên độ 4m của chúng thường bang hoặclớn hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (đất sét mềm e = 1,5, đất sét pha cát e = 1),lực dính không thoát nước C, < I5kN/m, góc ma sát trong œ@„= 0, chỉ số sệt I, >0,5 (trạng thái dẻo mềm)

Loại có nguồn gốc hữu cơ (than bùn và đất hữu cơ) thường hình thành từ đầm

lầy, nơi đọng nước thường xuyên hoặc có mực nước ngâm cao, các loại thực vậtphát triển, thối rửa và phân hủy, tao ra các trầm tích hữu cơ lẫn với trầm tíchkhoáng vật Loại này thường gọi là đất đầm lay than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếmtới 20% — 80%.

Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ âm rat cao, trung bình W= 85 — 95%và có thé lên tới vài trăm phan trăm Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, khôngđều và mạnh nhất

Dat yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo hàm lượng hữu cơ của chúng:Hàm lượng hữu cơ từ 20 — 30%: đất nhiễm than bùn

Hàm lượng hữu cơ từ 30 — 60%: đất than bùn

Hàm lượng hữu cơ trên 60%: than bùn.

1.1.2 Các yêu cau khi thiết kế nên đường vào cau được dap cao trên đất yếuNền đắp trên đất yếu phải bảo đảm ổn định, không bi lún trồi hay trượt sâutrong suốt quá trình thi công đắp nền và cả trong quá trình khai thác sử dụng saunày Nói cách khác là phải tránh gây ra sự phá hoại trong nên đất yếu trong và saukhi thi công làm hư hỏng nền đắp cũng như các công trình xung quanh, tức là phảibảo đảm cho nên đường luôn ôn định

Theo “Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22TCN262-2000” thì hệ số ôn định Kmin=1,4 khi nghiệm toán ôn định do trượt sâu theo

phuong phap Bishop, Kmin=1,2 khi nghiệm toán 6n định do trượt sâu theo phươngpháp phân mảnh cô điển của nền đường xây dựng theo từng giai đoạn.

Phải xác định độ lún Khi độ lún lớn mà không xem xét ngay từ khi bắt đầuxây dựng thì có thé làm nền đắp biến dạng nhiều, không đáp ứng được yêu cầu sửdụng Ngoài ra khi nền đường lún có thé phát sinh các lực day lớn làm hư hỏng cáckết cầu chôn trong đất ở xung quanh

Yêu cau phải tính được độ lún tổng cộng ké từ khi bat đầu đắp nền đường đếnkhi lún kết thúc dé xác định chiều cao phòng lún và chiều rộng bệ phản áp phải đắpthêm ở hai bên nên đường

Theo 22TCN 262-2000 thì độ lún tổng cộng tính với thành phan: Si (lún tứcthời) va Sc (lún cô kết), cụ thé như sau :

Trong đó : S¡: độ lún tức thời.

So: độ lún cô kết sơ cấp do thoát nước lễ rỗng.S3: độ lún cô kết thứ cấp do thoát nước liên kết trong hạt dat.Phan độ lún có kết còn lại cho phép tại tim nền đường sau khi hoàn thành côngtrình nền mặt đường đoạn gần mồ cau trên nền đất yếu được cho phép như sau:

+ Đường cao tốc và đường cấp 80: < 10cm.+ Đường cấp 60 trở xuống có lớp mặt cấp cao: < 20cm.1.1.3 Các van dé về 6n định

Khi đắp nền đường trên đất yếu thì sẽ gây ra ứng suất trong đất Nếu ứng suất

này vượt quá một ngưỡng giới hạn nào đó, phụ thuộc vào các tính chất cơ học của

dat, thi nén dat yéu sé bi phá hoại khi xây dựng khiến cho nền đắp bị lún nhiều do

nên dat bị phá hoại và trồi sang hai bên.

Mặt khác nền dap nhanh với khối lượng lớn sẽ làm cho áp lực nước lỗ rỗngthang dư trong đất nền tăng, dẫn đến sức chống cắt của đất nền giảm, gây ra mat 6nđịnh nền đường

v Những phá hoại quan sát được thường có hai dạng:

* Phá hoại do lún và đất phình trôi:Toàn bộ nền đắp lún võng vào nên đất yếu day trồi đất yếu tạo thành các bờđất gần chân taluy Nền đất bị trượt do sức chịu tải tức thời không thỏa được chiềucao đất đã đắp Do đó cần phải kiểm tra ôn định chống trượt theo sức chống cat

không thoát nước C,.

* Pha hoại do trượt sâu:

Kiểu phá hoại này thường gặp trong xây dựng đường do dạng hình học thôngthường của nền đắp Một cung trượt tròn sinh ra do nên đắp bị lún cục bộ, ngượcvới lún lan rộng như kiêu lún trồi

Hậu quả của sự lún này là một bộ phận của nền đắp và của đất nền thiên nhiêndọc theo diện tích phá hoại bị chuyển vị và có hình dang thay đổi theo tính chất vàcác đặc tính cơ học của vật liệu dưới nền đắp Dé tính toán, trong các trường hợpđơn giản nhất thường xem đường phá hoại tương tự một đường cong tròn và sự

trượt được gọi là trượt tròn.

Khi nền đất yếu có chiều dày lớn hơn 3 lần chiều cao đất đắp cần phải tra sựphá hỏng do trượt sâu qua cả nên đắp và nên đất yếu

một hiện tượng xảy ra nhanh chóng trong quá trình thi công hoặc sau khi thi công

xong một thời gian ngăn.Qua quan sát các công trình thực tế, có thể nhận thấy sự phá hoại do cácchuyên động chính kéo dài trong vài giờ và các chuyên động tàn dư chỉ chấm dứtsau vài tuân

1.1.4 Các vẫn dé về bién dangNgược với sự phá hoại do mat 6n định, lún là một biến dạng chậm của đấtdưới tác dụng của trọng lượng nền đắp và xảy ra như sau:

- Biến dạng ở giữa nền đắp do độ lún thăng đứng.- Biến dạng dưới phạm vi dải đất dành cho đường do độ lún thăng đứng kếthợp với một chuyên vị ngang của đất nên thiên nhiên

- Biến dạng ngoài phạm vi dai đất dành cho đường do chuyên vị ngang của đấtnền thiên nhiên, phạm vi biến dạng phụ thuộc vào chiều dày của đất yếu

Các chuyên vi thắng đứng thường có một biên độ biến dạng đến hàng chục cmnhưng với các lớp đất yếu có chiều dày lớn biên độ này có thé đến vài mét Cácchuyên vị này ở tim nền đắp thường lớn hon so với ở mép taluy, sinh ra một biếndạng của nền mặt đường, làm mất hiệu quả của lớp mui luyện gây ra đọng nướctrên bề mặt đường.

Các chuyến vị ngang thường nhỏ hơn chuyên vị thang đứng, tỉ số giữa haichuyển vị này chủ yêu phụ thuộc vào kích thước hình học của nên đắp và chiềudày, các đặc tính của đất yếu

1.2 Tổng quan các nghiên cứu hiện nay về ồn định và biến dạng nền đất yếudưới nền đường của các tác giả trong và ngoài nước

Van dé tính toán ôn định và biến dạng của nền đất yếu dưới nền đất dap đã vàđang được nhiều tác giả ngoài nước và các nhà khoa học nghiêu cứu cặn kẽ, gópphần không nhỏ vào việc giải quyết các van dé ôn định và biến dạng của nên đất

yếu dưới công trình đất đắp.

Ở nước ta, trong thời gian qua vấn đề xây dựng công trình trên đất yếu cũng

được tăng cường nghiên cứu Các nhà nghiên cứu Việt Nam đã giải quyết những

vấn đề gắn liên với điều kiện cụ thé địa chất Việt Nam, phan lớn tập trung nghiên

cứu đất sét yêu ở khu vực Đồng Băng Sông Cửu Long.

Phương pháp tính toán 6n định bao gồm: phương pháp cân bằng giới hạn (điểnhình là phương pháp Fellenius và phương pháp Bishop) và phương pháp đàn hồidẻo Cu thé, việc tính toán hệ số 6n định FS theo phương pháp cân bằng giới hạn cóthé thực hiện theo một trong hai cách sau: sử dụng các biểu đồ lập sẵn bởi PILOT

và MOREAU (1974) hoặc sử dụng máy tính theo phương pháp phân mảnh của

BISHOP (1955) So với phương pháp cô điển thì phương pháp phân mảnh của

BISHOP có xét thêm tác dụng qua lại giữa các mảnh (các lực tác dụng lên hai mặt

hông của mảnh) Tuy nhiên, theo TERZAGHI, FELLENIUS, TXUTOVICH và

nhiều tác giả khác đã cho rằng, trong những trường hợp cần thiết bỏ qua ảnh hưởngqua lại giữa các mảnh sẽ đơn giản cho việc tính toán khá nhiều mà kết quả trị hệ số6n định không sai lệch đáng kể Ngoài ra, theo kinh nghiệm tính toán ồn định theo

cung trượt cọc tròn cho thấy, khi chiều dày lớp đất _yêu tương đối nhỏ SO với bề

rộng đáy nền đường, mặt trượt nguy hiểm thường tiếp xúc đáy lớp đất yếu Trong

trường hợp tính toán gần đúng có thé xác định hệ số 6n định F theo một số biểu

thức đơn giản như biểu thức của SILVESTRI (1983) (áp dụng cho lớp đất yếu cóchiều dày D nhỏ hơn 1⁄4 bề rộng của đất nền đường dựa trên chỉ tiêu sức kháng cắtcủa đất nền te)

Y

Trong đó:

H: Chiều cao nên đườngB : Góc dốc của chân taluyD : Chiều dày của lớp đất yêu

tr: Sức kháng cat của đất yếu

y : Trọng lượng thê tích của đất đắp nền đường.Ngoài ra theo một số tác gia, CƠ chế phá hoại của nền đường trên nền đất yếugồm: phá hoại do nên bị lún trồi, phá hoại do nên bị đây ngang và phá hoại trượt

sau cung tròn qua thân đường và đất nền Đối với nền đất yếu sâu và đồng nhất cóD/B > 0.84, phá hoại tông thé gây ra như phá hoại của toàn khối đất như một khối

thống nhất (ROWE, 1992) trong trường hợp này, chiều cao đắp tới hạn có thê lấytheo lời giải của PRANDTL (1920) và hệ số an toàn có thé tính toán đơn giản như

(HOLTZ& et al, 1995).

Nhu vậy không phải lúc nào nền đất đắp trên và nền đất sét yếu khi phá hoạicũng phá hoại theo cung trượt cọc tròn mà có thể xảy ra đường nên đất yếu bị đâyngang Các cơ chế phá hoại đó xảy ra tùy thuộc vào chiều dày lớp đất yếu và bềrộng trung bình của nền đất đắp bên trên

Tính toán biến dạng (lún ôn định tong thé, lún theo thời gian ôn định) dựa theolý thuyết cô kết 1 chiều (TERZAGHI, 1943) Trong trường hợp nền đất yêu đượcxử lý bằng vật thoát nước thang đứng như: giếng cát, cọc cat, bac thấm(PVD) (nhăm rút ngắn chiều dài đường thắm tăng nhanh quá trình cô kết và sức

kháng cắt của nền đất yếu), các công thức tính lún được áp dụng theo

R.A.BARRON (1948) và được S HANSBO (1979) phát triển Ngoài ra chuyển

dịch ngang của nền đất dưới chân taluy nền đuờng đắp duoc tính toán dựa theocông thức kinh nghiệm của BOURGES & MIEUSSENS (1979).

1.3 Cac giải pháp xử ly nền đường dẫn vào cầu đắp trên dat yếu pho biến hiện

nay và phạm vi ứng dụng cua chúng

1.3.1 Sàn giảm tải bê tông cốt thép trên hệ cọc bêtông cốt thépDé giảm độ lún và tăng tính 6n định cho nền đường đắp cao trên nền đất yếu,ta có thé sử dụng sàn giảm tải cứng bang bêtông cốt thép nằm trên hệ cọc BTCT détruyền tải trọng từ nên đất đắp xuống lớp đất chịu lực, hoặc truyền đến một độ sâunhất định có đủ cường độ trong lớp đất yếu ( móng cọc ma sát)

- Dap nên đường lên tam bê tông liên kết đầu các cọc

“hh ay eRe, vor 2 ÍƑx - 1||- -.7 JÍIE. TÌÍ: 7 x|lÍT: "Bea

* fe NT - „` AI a poate 4 agate Si:

‘i mà ÓC 2h À TT I XS Vu Ÿ s ĐI k

TẦNG ` ĐẤT CHIU ue

Hình 1.3 Coc có hệ liên kết bang tam BTCT* Uu diém:

- Biện pháp thi công đơn giản;

- Khăc phục được bién dạng lún tổng thé và giảm biến dang lún không đồngđều của đất nền cũng như đảm bảo ôn định trượt ngang của nên đắp cao;- Rút ngắn được thời gian xử lý nên;

- Công nghiệp hóa trong việc chế tạo và thi công cọc.* Nhược điểm:

- Kinh phí xử lý cao;

- Thời gian sử dụng bi hạn chế phụ thuộc vào tuổi thọ của sàn giảm tai:

- Su lún lệch giữa các cọc sẽ lam nứt sàn giảm tai;

- Ngăn cản sự thóat nước từ nền đắp bên trên xuống các lớp địa chất bên dướivà ngược lại trong nên đường

- Nền đất bên dưới sàn giảm tải sẽ cô kết theo thời gian tạo khoảng trống bêndưới sàn giảm tải gây ra chuyển dịch ngang trong đất nền, ảnh hưởng đến

khả năng làm việc của cọc và sàn giảm tải.* Phạm vi ap dung:

- Các khu vực cục bộ cân phải không chê chat chẽ độ lún đên vai centimet.- Yêu câu tiên độ thi công nhanh.

1.3.2 Coc bêtông cốt thép tiết diện nhỏ kết hop vai địa kỹ thuậtCoc tiết diện nhỏ được hiểu là các loại cọc có đường kính hoặc cạnh từ 10 đến25cm Coc nhỏ có thé được thi công bang công nghệ đóng, ép, khoan phun Cocnhỏ được dùng để gia cô nền móng cho các công trình nhà, đường sd, đất đắp vacác dạng kết cấu khác Dé khắc phục một số nhược điểm của biện pháp sử dụng sangiảm tải BTCT trên hệ cọc BTCT, ta kết hợp sự làm việc của cọc bêtông cốt thép

với vải địa kỹ thuật Vải địa kỹ thuật được bố trí bên trên đầu cọc giúp truyền tải

trọng của khôi đất dap xuống cọc và ồn định trượt cho mái taluy Coc bêtông cốt

thép truyền tất cả tải trọng xuống tầng đất chịu lực Phương pháp này giảm lún chonên đường và giảm sự lún lệch giữa các cọc, vừa đảm bảo 6n định trượt và ôn địnhtổng thê.

- Cho phép thoát nước tự do thăm từ nền đắp bên trên xuống nền đường bên

dưới và ngược lại.

- Thời gian sử dụng được kéo dài theo tudi thọ của vải địa kỹ thuật và sự lúnlệch giữa các cọc được hạn chế tối đa và không làm ảnh hưởng nhiều đến 6n địnhtổng thê

- Công nghiệp hóa trong việc chế tạo và thi công cọc * Nhược điểm:

- Chi phí cao, không có tính kinh tế

1.3.3 Gia cô nên bang công nghệ phut vữa cao áp (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) Nhữngnghiên cứu và phát triển ban đầu sử dụng nguyên lý về cắt và xói đất vào khoảngnăm 1965 bởi Yamakado và cộng sự (Xanthakos et al.1994 từ nguồn Miki &Nikanishi 1984) Trong gia đoạn nay Jet Grouting được sử dung lần đầu tiên dé tao

tường ngăn nước.

Vào đầu thập niên 70, phụt vữa cao áp kết hợp xoay cần xuất hiện ở Nhật vìkết cấu dạng bản khó tạo với các bề dày khác nhau và có cường độ yếu Cuốinhững năm của thập niên 70, hầu hết các kỹ thuật cơ bản về Jet Grouting đã đượctìm ra và chấp nhận trên khắp thế giới, nhưng trước tiên chủ yếu là ở Đức, Pháp, Ý,

Singapore và Brazil Phạm vi này được mở rộng đáng ké trong các thập kỷ sau.Vào cuối thập niên 80, một ý tưởng mới cho phương pháp Jet Grouting đó làdùng hai tia giao nhau để hạn chế khả năng cắt của tia vữ áp lực cao CrossjetGrouting Đầu thập niên 90, phương pháp mới hơn về Jet Grouting, SupperjetGrouting, có khả năng gia tăng đường kính coc được phat triển

Jet Grouting là một kỹ thuật gia cỗ nền bang cách sử dụng tia nước/vữa/khívới áp lực cao dé cắt đất, sau đó trộn vữa với đất vừa bị cắt tạo thành hỗn hợp đất —xi măng (soilcrete) có cường độ tốt hơn và hệ số thắm thấp hơn Trong hệ thốngcác phương pháp xử lý nền, Jet Grouting là phương pháp được sử dụng khá linhhoạt cho nhiều mục đích khác nhau như: gia cường móng cho các công trình, làmtường chống thấm, làm giảm và kiểm soát chuyển vị cho các hố đào hay trong quátrình thi công ham (Choi 2005, Essler & Yoshida 2004)

* Ưu điểm:- Có thé áp dụng cho mọi loại đất khác nhau.- Có thé thi công trong không gian hạn chế.- Trong thi công ít tạo ra tiếng ồn, chắn động.- Có khả năng vượt qua giới hạn bên dưới nên, hoặc không làm ảnh hưởng đến

tạo hố khoan có đường kính từ 150 — 200mm.- Giảm thiểu xáo trộn đến môi trường xung quanh phạm vi xử lý.- Cải thiện đáng kê sức chịu tải của công trình

* Nhwoc diém:

- Chi phi cho gia thanh cao.

- Quá trình phut vữa phải liên tục Nếu su cố tắc nghẽn xảy ra , áp lực có thétạo nên hiện tượng đây trồi và sụp đỗ trong đất Ngoài ra Jet Grounting vớihệ thống phun tốc độ cao, một khối lượng lớn đất bùn trào lên phải đượckiểm soát tốt

1.3.4 Cọc cát đầm chặt (SCP) [2].

Gial phap xu ly nén dat yéu bang giêng cát thoát nước nhằm tăng nhanh toc độ

cô kết của nền dat được áp dung rất phố biến ở Việt Nam trong những năm gan đâynhất là trong các dự án xây dựng công trình giao thông dường bộ Tuy nhiên, do

hạn chê vỆ công nghệ thi công nên chiều sâu xử lý còn hạn chế Thực tế thi công xử

lý nền dat yêu ở Việt Nam đòi hỏi phải có các giải pháp, công nghệ và thiết bị thi

công đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật đặt ra nhất là giảm lượng lún dư sau khi

đưa công trình vào khai thác, kinh phí hợp lý phù hợp với điều kiện của Việt Nam.Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt (Sand Compaction Pile - SCP)với đường kính cọc lên tới 700mm va độ sâu xử ly đến 40m cũng là một giải pháphợp lý và hiệu quả đối với các dự án giao thong nhất là nền đường đầu cau, nềncống chui, hầm chui xây dựng trên các lớp đất yếu có bề dày lớn.

Giải pháp và công nghệ thi công xử lý nền đất yếu bang cọc cát đầm chặt sẽlàm giảm độ rong, tăng nhanh tốc độ có kết và khả nang chịu lực có thể đáp ứng

được các van đề về giảm thời gian thi công hoặc không cân đắp gia tải đồng thời có

thể thi công dén độ sâu thiết kế dé thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của quy trình về

lượng lún dư, tốc độ lún

Phương pháp cọc cát đầm (SCP) là thi công bằng búa rung và thi công bằngbúa đóng, băng cách hạ ống dẫn đến độ sâu thiết kế, cho dừng máy và đỗ cát vàoống dẫn qua miệng ông, khi đồ đủ lượng cát thì đồ nước vào ông băng 1/10 thể tíchcát Sau đó cho máy rung làm việc và rút dần ông lên Thời gian rung cần thiết choI mét cọc cát phụ thuộc vào dạng đất nền và độ sâu hạ cọc cát và đầm chặt vào lớpđất yếu Tải trọng nén kết hợp rung để xuyên một ông nhéi cát và đầm chặt vào lớp

đất yếu hoặc hoặc có kết cấu xốp, rời rac làm cho nền đất được nén chặt, hệ số rỗnggiảm, từ đó tăng cường độ và môđun biến dạng của đất nền Đồng thời dưới áp lực

của tai trọng ngoài, coc cát làm việc như một giếng cát thoát nước, quá trình cô kếtcủa nên đất diễn ra nhanh hơn Khi xử lý nền bang cọc cát đầm chặt có thé xem cọccát với đất nền xung quanh làm việc đồng thời như nên đất hỗn hợp

wa Bn ae hay

a

7 ĐRHHEAWE G2)¬ Ce 2+

' 4

i —ee,

reTAS) Pee

Hình 1.5 Trinh tự thi công cọc cát dam1 Đặt ống vách đúng vị trí thi công cọc cát

2 Bat đầu đóng ống vách xuống nên đất băng búa rung hoặc búa đóng.3 Vừa đóng ống vừa kiểm tra đồng hồ đo chiều sâu mũi cọc Khi chiều sâucọc đạt 5m từ mặt dat, đặt thiết bị đo chiều sâu cát 3m từ mặt dat

4 Khi đã đóng ống xuống đến cao độ thiết kế, dùng búa rung và giữ nguyênống vách, bat đầu đỗ cát vào ống vách

5 Đặt đồng hồ theo dõi cao độ cát ở chế độ làm việc.6 Rút ông vách lên và đồng thời kiểm tra đồng hồ theo dõi độ cao cát.7 Dừng công việc rút ống vách lên khi đồng hồ theo dõi cao độ cát chỉ cát đã

tụt xuông 1.5 cm.

8 Rút ng bleen từ từ và theo dõi đồng hồ cao độ cát đi xuống dan

9 Lặp lại công việc ở các bước 7, 8, 9.

13 Khi đồng hồ đo độ sâu chỉ mũi ống vách còn cách mặt đất Im, cho mở van

áp lực trên ông vách và dừng việc thôi khí nén, đóng van hút, rút chậm ông lên khỏimặt đât và tăt búa rung.

Hình 1.6 Bồ trí cọc theo hình vuông

{LO fe7—

Hình 1.7 Bố trí coc theo hình tam giác- Khi thiết kế cọc cát đầm chặt cho nền đất rời cần xác định hai yếu tố quantrọng: đường kính của cọc cát (D) và khoảng cách giữa các cọc cát đầm chặt (x).Trong thực tế, đường kính cọc cát đầm chặt thường trong khoảng 0,6-0,8m, có théchọn đường kính coc băng 0,7m khi tính toán Xác định hệ số rỗng ban đầu eo và hệsố rong của nền đất giảm xuống sau khi sử dụng biện pháp cọc cát đầm chặt e; Xácđịnh hiệu quả lap đầy của vật liệu cọc qua tỉ số thay thé (a,)

_ đạ -& — Ác

© |t+e, +e, (1.4)

Mặt khác, ty số thay thé a, có thé được tinh:

Aa, =— 1.5TT) (1.5)

Trong đó:- A, là diện tích tiêt diện mặt căt ngang của cọc cát đâm chặt

2

4-72 (1.6)

- A là diện tích của một đơn nguyên khi coc bố trí theo hình vuông thi A = x?khi cọc bố trí theo hình tam giác thi , 4 = (43/2)z? voi x là khoảng cách giữa các cọccát đầm chặt

* Uu điểm:- Hiệu quả trong việc chống trượt và gia tăng tốc độ cô kết của đất nền, giảmthời gian thi công đặc biệt khi xử lý nền móng của các hầm chui

- Chi phí xây dựng thấp hơn so với các giải pháp cùng công nghệ xử lý sâunhư cọc đất xi măng hoặc san giảm tải

*N»hược điểm:

- Công nghệ và thiết bị thi công chưa phô biên tại Việt Nam.

- Không thi công được cho trường hop đất yếu có tinh biến loãng, khi bùn hữu

cơ bê dày lớn năm dưới mực nước ngâm có điêu kiện địa chât đặc biệt phức tạp.1.4 Nhận xét và Đánh giá

Qua phân trình bày trên đã cho thấy, hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lýlún nền đường đắp cao trên đất yếu, tuy nhiên tại Việt Nam một số giải pháp đượckiến nghị xử lý lún cho nên đường như: sử dụng san giảm tải bê tông cốt thép trênhệ cọc bêtông cốt thép, cọc bêtông cốt thép tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thuật,

cọc cát đầm chat dé tăng độ bên cho lớp đất yếu, tăng khả năng chịu tải cho nềnđường, giảm thời gian có kết, giảm độ lún công trình trong quá trình sử dụng, hayphương pháp gia cố nền băng công nghệ phut vữa cao áp (Jet Grounting) với mụcđích cải thiện đáng kê sức chịu tải của công trình mà không làm ảnh hưởng đến cáccông trình lân cận, tốc độ thi công nhanh so với các phương pháp xử lý khác, có théxử lý ở bất kỳ độ sâu nào mà không cần đào đến cao trình xử lý, giảm thiểu xáotrộn đến môi trường xung quanh phạm vi xử lý Mỗi biện pháp xử lý đều có ưunhược điểm riêng và chỉ được áp dụng đối với một số điều kiện địa chất, điều kiệnthi công công trình, cũng như thời gian thi công nhất định

Đối với công trình nâng cấp cải tạo đường vào cầu đắp cao trên nền đất yếuđặc biệt đối với công trình năm trong khu vực nội thị, tác giả kiến nghị sử dụngbiện pháp xử lý nền bằng công nghệ Jet Grounting, kết hợp các soilcrete với vải địakỹ thuật là phù hợp vì tận dụng nền đường hiện hữu mà vẫn đảm bảo yêu câu chặtchẽ về độ lún của công trình, đảm bảo tiễn độ thi công, diện tích sử dụng đất khôngnhiều, không làm ảnh hưởng đến công trình lân cận, đảm bảo khả năng lưu thôngkhi thi công và giải quyết triệt dé vấn dé lún phù hop với yêu cầu kỹ thuật đường

đô thị.

CHUONG 2 CO SO LY THUYET VE CONG NGHE KHOAN

PHUT VỮA XI MĂNG ÁP LUC CAO (JET GROUTING)

2.1 Gidi thiéu chung

Jet Grouting là một quá trình bê tông hóa dat Nhờ có tia nước va tia vữa phunra với áp suất cao (200 - 400atm), vận tốc lớn (>100m/s), các phần tử đất xungquanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hòa trộn với vữa phụt đông cứng tạo thành một khốixi măng - đất đồng nhất (soilcrete)

Phương pháp này dựa vào nguyên lý cắt nham thạch băng dòng nước áp lực.Khi thi công, trước hết dùng máy khoan dé đưa ông bơm có vòi phun bang hợp kimvào tới độ sâu phải gia cỗ (nước + XM) với áp lực khoảng 20 MPa từ vòi bomphun xả phá vỡ tầng đất Với lực xung kích của dòng phun và lực li tâm, trọnglực sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ được sắp xếp lại theo một tỉ lệ có qui luậtgiữa đất và vữa theo khối lượng hạt Sau khi vữa cứng lại sẽ thành trụ đất xi măng

Công nghệ khoan phụt cao áp được phát minh tại Nhật Bản vào năm 1970.Sau đó công ty của Ý, Đức mua lại phát minh trên và đến nay nhiều công ty xử lýnền móng hàng dau thé giới như công ty Layne Christensen (Mỹ), Bauer (Đức),

Keller (Anh), Frankiple (Úc) đều có sử dụng công nghệ này Trải qua hơn ba mươi

năm hoàn thiện và phát triển, đến nay công nghệ này đã được thừa nhận rộng khắp,được kiêm nghiệm và đưa vào tiêu chuẩn ở các nước phát triển trên thế giới.

€ H.P Pump (grout)

€ Compressor (air)

2.2 Nguyén ly lam viéc cua Jet Grouting [10]

Trong công nghệ Jet Grouting sản phẩm là hỗn hợp xi măng - dat (soilcrete) cóthé được tạo ra băng các hệ thống phụt quét dòng đơn, phụt quét dòng đôi, phụt

quét dòng nhóm ba hay Siêu Jet Grouting.

- Hệ thông phụt quét dòng đơn hay hệ một dòng (single jet system) gọi tat là

hệ S (chỉ phun vữa).

- Hệ thống phụt quét dòng kép hay hệ hai dòng (double jet system) gọi tắt là hệ

D (vữa lỏng và phun khí).- Hệ thống phụt quét dòng nhóm ba hay hệ ba dòng (triple jet system) gọi tắt làhệ T (nước + phun khí, được theo sau là phun vữa).

Hiệu quả nhất trong phụt quét dòng là hệ hai và ba dòng, tức bọc dòng vữa bên

trong, bên ngoài là dong hoi nén ap luc cao hoặc cả hoi nén và nước riêng rẽ, lam

tăng hiệu quả đào xói đất và kiểm soát tốt hơn chất lượng cột vữa thay thế trong

nên cần phut Chúng rất hiệu quả nếu nhăm mục đích gia cường nền kết hợp chéng

thắm trong địa tầng phụt hạt thô hoặc đất yếu

Vữa bơm Dòng vữa

Grout & hơi riêng

Mang hơi bọc Màng hơi bọcAir shroud Air shroud

Tao cột vữa

Dòng nước áp lực {œ=0.9-1.5m Dòng vữa

Water jet Grout Jet II

_ 6t vũ Dau khoanDong vita Tạo cột vữa LZ| [2 @=3.0-5.0m Gi

(c) Dòng quét nhóm ba-T (đ) Dòng quét kép nhóm haitriple jet-soilcrete T super jet —siéu ap

Công nghệ hiện đại còn có thé kết hợp tia phun đào xói đất vào mũi khoan cắt

cỡ lớn thực hiện khoanphut một lân duy nhât, là khoan phụt quét dòng đông thời Turbo Jet.

Phut quét dòng don dé thực hien nhất, nhược điểm là cột vữa phụt có đườngkính hạn chế, không quá Im nếu dòng phun một phía Sử dụng dòng đối xứng sẽdẫn đến hao tốn vữa phụt gấp đôi làm giảm tính kinh tế.

- Phụt quét dòng đôi năm trong kha năng thực hiện, tuy nhiên cần có thiết bichuyên dùng dé dẫn hơi nén, va vẫn gặp nhược điểm là néu dùng dòng đối xứng đikèm lượng vữa hao tôn cũng như tăng tính phức tạp của thiết bi dẫn hơi-vữa Ngoại

trừ quét dòng đơn, thực hiện dòng quét kép trở lên còn gặp trở ngại trong thao tác

quay một chiều của bộ chia vật liệu trực tiếp trên hé phut

- Phụt quét dòng nhóm ba có thiết kế đối xứng bắt buộc và phù hop hon,

nhưng vẫn gặp trở ngại chính về bộ chia vật liệu như với dòng quét kép Tuy nhiên,hiện nay tại các nước tiên tiến áp dụng chủ yếu công nghệ này và công nghệ SiêuJet Grouting cho cột vữa lớn hơn Công nghệ Siêu Jet Grouting bat buộc phải cóthiết bị đồng bộ tạo áp cao, khó thực hiện được bằng thiết bị có sẵn ở nước ta hiệnnay Tương tự như vậy đối với công nghệ Turbo Jet

Grout Backflow Air Backflow

Hình 2.2c Hệ thống phun ba Hình 2.2d Hệ thống phun Turbo Jet

Nguyên lý của phụt quét dòng là sử dụng tia quét năm ngang để xói - phá hủyđất, mở rộng vách hố khoan có sẵn (đường kính tối thiểu 100-150mm) cùng dungdịch chống sập lở Đặc điểm kỹ thuật của tia quét như sau:

Miệng phun hướng ngang gắn trên đầu quay với 16 thoát đường kính 2 4mm, làm bằng thép tungsten có độ nhẫn bé mặt và chịu mài mòn cao, tuổi thọ trên

-1000 giờ công tác (thép thường chỉ có tudi thọ trên 100 gid).- Vận tốc đầu quay thay đổi 5 - 30 vòng/phút theo một chiều hoặc hai chiều

quay.

- Tốc độ nâng của đầu phun-quay thay đổi 50 - 300mm/phút (3 - 18m/h).- Ap lực tại đầu phun xói (nước hoặc dung dịch độ nhớt thấp) thay đối rộngtùy thuộc thiết bị và thiết kế cột vữa, thấp nhất 6 — 10 bar, trung bình 25 — 60 bar,cao nhất trong hệ superJet đến 600-700 bar Áp lực phun vữa phô biến 20 - 50 bar,vận tốc thoát tại đầu phun ~200 m/s

- Áp lực hơi nén hỗ trợ tia xói dao động 7 - 8 atm đến 20 - 25 atm.- Lưu lượng vữa bơm phổ biến 150-250 I/phút, tối đa đến 800 - 1000 I/phút.- Tia xói phá hủy đất theo nguyên lý động lực hoc chất lưu và có độ mở tia 10°- 15” trong 2m từ đầu phun Đất phá hủy được đưa lên bề mặt theo khoảng hở giữavách hồ và các ống dẫn - ông định hướng

- Thiết bị trực tiếp giữ bộ phụt thuộc loại có độ cao và công suất - khối lượnglớn Cần hướng chuyên dung dài 50-100 in.(13 - 25m) thuộc loại tự hành với trọngtải 8 - 10 tắn đến trên 20 tấn (với thiết kế Super Jet , độ sâu 40 - 50m và đường kínhcột vữa đến 3.0 - 5.0m)

- Các bộ thiết bị trộn, bơm và nén khí, đo áp lực cùng lưu lượng vữa đồng bộchuyên dùng có các thông số làm việc rất cao

Hoạt động phá hủy đất của dòng phụt áp lực cao, theo các nghiên cứu hiện nayở Mỹ, Canada và châu Âu có thể tóm tắt như sau :

1 Trong thực tế, thời gian dé dòng xói xuyên vào đất giảm hàng chục giâyvới đất có lực dính kết thấp Với đất dính, độ sâu xói phụ thuộc lũy thừa vào thời

4 Dung trọng khô tăng kéo theo độ xuyên xói giảm, được coi như do tia x61

mat năng lượng va tính tham.Thay đối này không đáng kể với cát sạch nhưng gia

tăng rõ rệt khi có mặt hàm lượng hạt mịn.

5 Độ bão hòa ảnh hưởng đến độ sâu xói, ngoại trừ với cát sạch thì độ sâuxói đạt cực đại khi độ 4m dao động trong khoảng 40-50%

6 _ Độ sâu xói xuyên phụ thuộc tuyến tính với tính thắm của dat

7 Lực dính kết tang cũng làm giảm độ sâu xói Đối với đất dính, lực này

tính theo thí nghiệm ba trục CU.

Hàm quan hệ giữa độ sâu xói của tia (h) và vận tốc mở ngang vùng xói, theo

Sundaram và Liu-1978 như sau :

-d

Aya (Ï — e"TM ) (2.1)

Trong đó:d : đường kính vùng ảnh hưởng phá hủy của dòng phun; d =t V«

t : hằng số , đơn vị thời gian, phụ thuộc dòng phun và tinh chất môi trường bị

XÓI.

vr : hằng số , đơn vị vận tốc, phụ thuộc dòng phun và tinh chất môi trường bị

XÓI.V+x ; vùng anh hưởng phá hủy của dòng xói.

h : độ sâu xâm nhập tại thời điểm t

h„a„ : độ sâu xói lớn nhất ở thời điểm vô hạn.

Các yếu t6 ảnh hướng đến thông số cột vữa phut:_ Tác động phá hủy đất của dòng phun áp lực cao bị ảnh hưởng bởi một số yếu

- Chất lượng cột vữa bị ảnh hưởng tý lệ thuận với hệ số đồng nhất của vữa cònlại cuối cùng, vì thế đầu phun vữa nam thấp hơn đầu phun xói (triple jet system)cho chất lượng cột vữa tốt nhất, hoặc phụt hai bước

- Trong đất có tính thắm cao (cát pha đến cát - cát sỏi) phần ảnh hưởng thắmvữa ngoài phan cột đất phá hủy sẽ rất đáng kế, thêm một khoảng tối thiểu băng với

bán kính cột vữa.

- Hình dạng tiết diện ngang cột vữa thay đối tùy thuộc tốc độ quét của tia phunvà tốc độ nâng của bộ phụt, Cột vữa có thê tròn đều, dạng oval hoặc trái lê như cáchình dưới đây Tiêt diện cột vữa được tạo để ohục vụ các mục đích khác nhau

Một số kết luận được rút ra về giới hạn trong áp dụng phut dòng quét:

- Dat có trị sô SPT N = 50 không thích hợp cho tiên hành phụt tia quét.

- Sự có mặt thành phan cuội tang (cỡ > 7.5cm-3 in ) trong dat gây ra “hiệu ứng

màn chan” đối với tia quét Nếu hàm lượng cuội tảng trên 10 - 15%, đất khôngthích hợp cho phụt quét dòng.

Hình 2.3a Đầu phun quét dòng Hình 2 3b Đầu phun quét dòng

siêu áp nhóm ba

Hình 2.3c Dau khoan - phun Hình 2.3d Các cột vữa phụt đông kết

TurboJet sau 21 ngay

Hinh 2.3e Cot vira phut dong Hinh 2.3f Cot vira phut dong

SuperJet TurboJet

2.3 Các thông số của Jet Grouting [18]Thông số của Jet Grouting bao gồm hai phan chính là: các thông số về thiết bịvận hành và các thông số về sản phẩm soilcrete.

- Các thông số về thiết bị vận hành bao gồm: áp lực vữa, lưu lượng vữa, áp lựcnước, lưu lượng nước, áp lực khí, lưu lượng khí, tốc độ nâng cần, tốc độ xoay can

- Các thông số của sản phẩm soilcrete bao gồm: cường độ nén một trục củasoilcrete, cường độ chịu cắt, modul đàn hồi, hệ số thắm

Với một hệ thông thi công nhất định, các thông số quá trình phụt vữa xác địnhdựa trên điều kiện địa chất và đường kính trụ thiết kế, các nguyên tắc lựa chọn cácthông số như sau:

- Đất có dung trọng càng cao thì phải dùng năng lượng càng cao.- Khi phụt vữa trong đất sét cần sử dụng các thông số dé phụt vữa chứa lượngxi măng cao hon dé thu được trụ có cường độ tương tự khi phut trong dat cát.

_ Bảng 2.1 Các thông số cơ bản của Jet Grouting

(Trân Nguyên Hoàng Hùng 2011 tông hợp từ Choi 2005, Burke 2004 và Xanthakos

et al.1994)

Cong nghé Jet Grouting

Thong so phut Don vị Dau phun | Dau phun Dau phun

don đôi ba

Áp suất phun

Nước Mpa - - 30 - 55Khí nén Mpa 30-55 30 - 55 1-4

Ham lượng XM Kg/mÏ 400 - 1000 | 300-1000 | 500 - 1000

Kg/m 200 - 500 150 - 550 150 - 650

Cân/ thanh dẫnTốc độ xoay Phut/m 10 - 30 10 - 30 3-8

Tốc độ rút Vòng/phút 3-8 3-10 10 - 25Duong kinh tru dat xi

mang m 0.5- 1 1,0 - 2,0 1,5 - 3,0

Dat rời rac m 0,4 - 0,8 1,0 - 1,5 1,0 - 2,0Dat hat min va dat sét

Bang 2.2 Cac thông số phụt quét dòng được áp dụng ở An độ

Loại vữa Cement

Thành phân Nước va cementTy lệ nước/cemnt 0.5: 1 đến 2: IPhụ liệu Bentonite(dén 10% khối lượng cement, tỷ lệ w/c 2:1Giãn cách hố phụt | 0.5 đến 2.0 m

Áp lực vữa Dòng quét đơn : 30 000 đến 60 000 kN/mˆ

Dòng quét kép : 30 000 đến 60 000 kN/mDòng quét nhóm ba : 1 000 đến 4 000 kN/mˆÁp lực hơi Dong quét kép : 100 đến 1500 kN/mˆ

Dòng quét nhóm ba : 100 đến 1500 kN/mˆÁp lực nước Dòng quét nhóm ba : 30 000 đến 60 000 kN/mˆTốc độ quét 5 — 30 vong/phut

Tốc độ nâng 0.05 — 0.3 m/phút

Hiện nay Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận dây chuyền công nghệ JetGrouting từ hãng YBM của Nhật bản Dây chuyền gồm các thiết bị chính sau: (1)-Máy khoan- phun vữa YBM-2P (S) II, nặng 750 kg, công suất động cơ 7,5 Kw:200V/3 pha; đường kính cần khoan 42 mm, mỗi đoạn cần dài 3m được ghép nốiren côn, có thé khoan đến độ sâu 30m; vòi bơm cao áp có thé vươn xa 100m Máyhoạt động theo chế độ tự động được đặt trước (2)- Máy bơm áp lực cao SG-75 SVnặng 2750 kg, áp lực bơm 200-400 Atm, công suất động cơ 55 Kw, điện thế200V/3 pha; (3)- Máy trộn vữa GM-2 nặng 370 kg công suất 60 lit/phut; động cơ4Kw; (4)- Máy phát phát điện 155 KvA/3 pha 200 V; nặng 2T (5)- Cầu thuỷ lực5T; ôtô 7T; máy bơm nước; Khả năng thi công 15m trụ/giờ (tính trong điều kiệnlý thuyết, không ké thời gian dịch chuyển máy và công việc phụ khác); Nhân côngvận hành chính: 5người (không ké lao động phố thông khác)

2.4 Cac thi nghiệm phục vụ thiết kế, thi công trụ xi măng đất bang công nghệ

Các thông số cắn xác định:+ Địa hình của khu vực thi công.

+ Mặt cắt địa chất.+ Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của địa chất.+ Địa chất thủy văn, cao độ mực nước ngâm.+ Các công trình lân cận, môi trường thi công.2.4.2 Các thí nghiệm trong phòng xác định chỉ tiêu của trụ đất xi măng

Đề thiết kế nền gia có bằng tru đất xi măng can phải biết được tính chất vậtliệu tạo nên trụ Do đó mục đích chính của thí nghiệm là thông qua thí nghiệmtrong phòng để xác định hàm lượng xi măng và các phụ gia khác nhăm phục vụmục đích thiết kế.

Đối với việc xác định cường độ: Hiện nay giá trị cường độ trụ sử dụng trong

thiết kế hiện nay là Rog Dé xác định giá trị này ta phải thực hiện trộn nhiều trường

hợp hàm lượng xi măng khác nhau Với mỗi giá trị hàm lượng xi măng khác nhau,

người ta chia làm nhiều tổ mẫu, mỗi tổ mẫu không nhỏ hơn 3 mẫu Mỗi tô mẫuđược thí nghiệm theo tuôi mẫu 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày

Các thông số khác cần xác định chỉ tiêu cơ lý (dung trọng, độ â âm ), cường độ(chịu cắt, chịu nén), modul bién dạng của trụ đất xi măng, các trị sé này phụ thuộc

vào nhiều yếu tô: hàm lượng xi măng, hàm lượng chất hữu cơ trong dat, ngày tudi,

loại và hàm lượng phụ gia vì vậy đê các định cường độ chịu lực của trụ đất xỉmăng cần phải thí nghiệm với nhiều tô mẫu khác nhau

Đối với việc xác định hệ số thắm: Hiệu quả chong thắm của trụ đất xi măngđạt được bang cách chọn loại vữa thích hop, hệ số thắm có thé đạt 10 Tom/s

Khả năng chéng thắm phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản sau:- Hàm lượng xi măng được phut vào trong đất (Kg/m')

- Ham lượng Bentonite hoặc phụ gia trộn vào trong dat (Kg/m’).- Ngày tuổi của xi măng đất sau khi khoan phụt (7; 14; 28 ngày).- Trị số áp lực cột nước tác dụng.

Như vay, cường độ và khả năng chống thấm của trụ đất xi măng phụ thuộc vàonhiều yếu tố chủ quan và yếu tố khách quan Từ kết quả của các thí nghiệm thựchiện sẽ đưa ra khoảng áp dụng đối với mỗi loại đất nền, chiều cao của công trình,từ đó sẽ quyết định hàm lượng xi măng, bentonite phụt vào nền và số lượng các trụđất xi măng cân phải thi công

2.4.3 Thí nghiệm hién trườngXác định cường độ:

Đề kiểm tra chất lượng cũng như khả năng chịu tải của các trụ đất xi măng cómột khâu rất quan trọng là kiểm tra khả năng chịu tải của trụ đất xi măng tại hiệntrường Có nhiều thí nghiệm khác nhau để kiểm tra khả năng chịu tải của trụ tùythuộc vào yêu cau cụ thé

Trước khi thi công đại trà, trong khu vực công trình cần phải thi công một sốtrụ thử để kiểm tra giá trị thiết kế dựa trên kết quả thí nghiệm trong phòng Sự thay

đổi cục bộ về điều kiện địa chất có thé làm ảnh hưởng đến các thông sô thiết kế vàthi công Do đó các trụ thử nên bố trí đều trong khu vực gia cố Các thí nghiệm

thường hay được sử dụng như: CPT, SPT, xuyên cắt thuận, xuyên cắt nghịch, nén

ngang, thí nghiệm nén tải trọng tinh thường được sử dụng cho mục đích này.

Thí nghiệm xuyên tinh CPT: được tiễn hành trước va sau khi gia c6 băng trụđất xi măng để đánh giá độ đông đều của trụ và hiệu quả của việc gia cố Thôngqua kết qua thí nghiệm xuyên như: Sức kháng xuyên q,, ma sát bên F,, áp lực lễrỗng u, từ đó có thé xác định được Cấu tạo địa tầng khu vực khảo sát, các chỉ tiêucơ lý đất nền trước va sau gia cố, sức chịu tải của trụ đất xi măng

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT: Trong thí nghiệm này, ta đóng một ống lấymẫu (kích thước tiêu chuẩn) vào trong đất với năng lượng đóng tiêu chuẩn Đếm sốnhát N để mẫu ống ngập vào trong đất một đoạn 30cm Từ kết quả N tính được cácchỉ tiêu cơ lý, cấu tạo địa tang

Thí nghiệm nén ngang: Thí nghiệm nén ngang cho kết quả là quan hệ áp lực —chuyên vị của đất Từ kết quả đó ta có thé tính được mô đun biến dạng của dat, dự

báo được độ lún của công trình và dự báo sức chịu tải theo phương ngang.Thí nghiệm nén tải trọng tinh: Dé xác định sức chịu tải nén của trụ đất xi măngđơn.

Tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế, tính toán mà người thiết kế cần xác định các

thông sô tương ứng phục vụ cho công tác tính toán Tuy nhiên trong hau hết cáctrường hợp cân phải xác định các thông SỐ SaU:

- Các thông số của hỗn hợp xi măng đất: Chỉ tiêu cơ lý, cường độ chịu nén

R,, cường độ chịu kéo Rx, sức kháng cắt của trụ đất xi măng §,, lực ma sát giữa truvà đất xung quanh trụ, môđun biến dạng của xi măng đất

Hinh 2.5 B6 tri kich thi nghiệm sức chịu tai nhóm tru

2.5 Thiết kề vật liệuTrong thiết kế vật liệu tạo trụ đất ximăng, ảnh hưởng của loại đất là rất quantrọng, với những đất có hàm lượng hữu cơ cao và hàm lượng muối lớn đặc biệt làmuối sulfate chúng có thê ngăn cản qúa trình đóng cứng của ximang Các tài liệukhảo sát địa chất công trình công vùng ĐBSCL cho thấy đây là vùng đất nên có

hàm lượng hữu cơ cao và một sô vùng có hàm lượng muôi cao, trong đó hàm lượngmuối có thể sơ bộ phân thành 3 khu vực từ thấp đến cao như sau:

- Khu vực A: gồm các vùng ngập sâu như Đông Tháp, An Giang và một phanTiền Giang

- Khu vực B: gồm các khu vực ngập nông như Vĩnh Long, Cần Thơ, Hậu

mòn sulfate.

Trong hỗn hợp ximăng và nước tỷ lệ theo trọng lượng nước/ximăng nên nằmtrong khoảng 0,5 + 1,5 Các phụ gia chống thắm, chống rửa trôi, ninh kết nhanhv.v có thê được thêm vào hỗn hợp nước/ximăng

Các vật liệu khác như Bentonite, muội than cũng có thé được thêm vào hỗnhợp Khi trộn thêm Bentonite, dung dịch hoà tan nước/Bentonite nên được chuẩn bịtrước khi cho ximăng vào trộn Nước đủ tiêu chuẩn sinh hoạt đều có thé dùng dé

trộn vữa thi công trụ.

Khi dùng nước từ các nguồn chưa đủ tiêu chuẩn làm nước sinh hoạt thì phảiphân tích, xét nghiệm để chứng tỏ răng nước đó không gây ra các tác dụng xấu đốivới ninh kết, phát triển cường độ hoặc độ bền của vật liệu Trong trường hợp trụ cócốt thép thì phải chắc chắn răng nước đó không gây ra ăn mòn

Nếu dùng ximăng không đúng TCVN thì phải thí nghiệm để xác định thời gianninh kết và phát triển cường độ, độ bền khi đủ tuéi thoả mãn các yêu cầu nêu ratrong văn bản quy định trước khi thiết kế thi công.

2.6 Vữa phụt và chế tạo vữa phụt2.6.1 Ban chất và vai trò của vữa phut

Vữa phụt là một chất lưu, chủ yếu ở trạng thái lỏng và tùy từng trường hợp

chứa một phần trạng thái khí phù hợp dạng vi bọt Dù có thành phần nào, vữa cũngphải đáp ứng một số thuộc tính bản chất sau:

- Trong quá trình phụt, chúng là một chất lưu, nhưng sau một thời gian ngắn(từ vài đến vài ba chục ngày ) chúng phải chuyển một phần lớn hoặc hoàn toàn vềtrạng thái rắn kết hợp với phân tử của môi trường hoặc của chính chúng (bằng quátrình đông kết hoặc gắn kết)

- Khi 6n định ở trạng thái ran, chúng không được gây 6 nhiễm môi trườngbăng tác nhân độc hại từ bản thân.

- Phải có độ bền tạm thời hoặc vĩnh cửu theo thiết kế và mục đích công trình.- Trường hợp có độ bên tạm thời, khi bị biến chất theo thời gian và hết vai trò

của mình, vữa phụt phải không là nguyên nhân gây tác hại mới cho công trình cũngnhư môi trường xung quanh.

Vita phụt nhìn chung có thé phân chia ra các loại gồm: hỗn hợp (suspension),huyền phù (emulsion) va hop chat (solution)

- Vita hỗn hợp cấu thành bởi các hạt rin cỡ nhỏ lơ lửng trong dung môi lỏng.Thuộc loại này gồm có các vữa cement, tức là hỗn hợp cement với nước; vữa đất-cement tạo thành từ hỗn hợp đất và cement với nước, va vữa Bentonite gồm hỗn

hợp Bentonite trong nước Vữa cement được sử dụng rộng rãi và thường là hỗn hợpnước với cement theo tý lệ từ 10:1 đến 2:1

- Vữa huyền phù tạo bởi các giọt keo lỏng phân tán trong dung môi nước;

huyền phù bitum thuộc vào loại vữa này Các loại vữa khác cũng luôn cần có mức

độ huyền phù nhất định để đảm bảo độ keo - nhớt của dung dịch trong quá trình

phụt và tính năng bơm của thiết bị.- Vira hop chất gồm hợp phan các phân tử cùng loại với hai hay nhiều phân tố;vữa hóa học như hợp chất silicat natri hay nhựa keo acrylic là ví dụ về loại vữa này.Chúng thường là lỏng ở trạng thái ban đầu và có thê được bơm vào đất rồi sau khithắm đến khu vực can thiết trong khối đất thì định hình quánh lại và cô đặc theo

thời gian.

2.6.2 Các tính chất chung của vữa phutLoại vữa nào cũng cần có những tính chất phù hợp mục đích và công nghệthực hiện gồm:

- Tạo hiệu quả phụt tối ưu sau khi đông kết hoặc gan kết ôn định.- Có tính chất phù hợp của chất lưu về độ nhớt và độ phụt để xâm nhập hiệuquả nhất vào môi trường cần phut

- Giảm thiêu tôi đa tác hại đến thiết bị phụt về tính mài mòn.- Đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn về môi trường và sức khỏe cho người tiếpxúc.

- Dap ứng các yêu cau về tính ôn định thông số trong quá trình phut.Đề đáp ứng các tính chất này, một số chỉ tiêu chính của vữa phụt cần tính đếngom:

- Độ phut: thé hiện khả năng của vữa vận động đến được nơi cần phụt trongkhối đất.Cần phải làm sao cho vữa có được độ lỏng đủ cao và đạt được mức lơ lửngcủa hạt vật liệu, cần có cỡ hạt cho phép chúng đi vào được phan rỗng trong khốiđất Dé làm được điều đó thi cần xác định tỷ số phụt và giá trị tôi thiểu của chúng

theo công thức:

- Độ lắng: là thời gian cho đến lúc vữa lắng thành các khối cement hoặc keoriêng biét.Su lắng tách quá sớm có thé khiến vữa phụt khó ngắm được đến nơi cầnđến và lắng chậm cũng có thé gây hậu quả là vữa phut sẽ bị rửa trôi nếu có dòngthấm qua đất sau phụt Để khắc phục thì cần có biện pháp làm chậm hoặc thúc đâythời gian lắng đạt mức cần thiết Đây chính là thông số về độ tách nước và tính lắngcủa vữa phụt, là khả năng giữ hỗn hop ở trạng thái lơ lửng dé tạo độ huyền phù cầnthiết Ngoài ảnh hưởng của hàm lượng hạt mịn có tính keo dính, tính năng của thiêtbị tạo vữa có quyết định lớn nhất đến độ lắng thông qua khả năng tạo các vi bọt khí

trong dung dịch - dung môi.

- Độ bên:cho thấy khả năng của vữa chống lại sự dời chuyển khỏi phần lỗrỗng đất theo thời gian.Vữa cement có độ bền cao hơn vữa Bentonite vốn dễ bị rửatrôi dần bởi dòng nước thấm qua khu vực phụt Về bản chất đây chính là khả nănggan kết (tức cường độ) của vữa chống lại hoạt động tự chảy cùng tác động rửa lũacủa dòng ngầm

- Độ độc hại: thé hiện khả năng của vữa phụt làm nhiễm ban nước ngâm khigap phai va hau quả có hại cho sức khỏe công nhân trong lúc phụt vữa có tiếp xúc

bằng tay Tuyệt đối không được để hóa chất độc hại có trong vữa phụt Điều nàyđặc biệt lưu ý khi có các phụ gia và được quyết định nhờ mức độ kín và an toàn của

thiết bị phụt kết hợp với độ bền thích hợp.Còn một số chỉ tiêu khác như độ ăn mòn, lưu biến, chống đóng băng v.v

2.6.3 Những thong số của vữa phut lam co sở cho thiét ké phutNhững thông số chính của vữa phụt quyết định tương ứng đến các chỉ tiêu trênhiện được chuẩn hóa phục vụ việc đánh giá và tạo lập chất lượng vữa phụt gồm:

- Tỷ trong vữa: Ty trọng vữa tối ưu tùy thuộc loại vữa dao động 1.15 - 1.30T/mỶ” Chúng được xác định bằng tỷ trọng kế thích hợp.

- Độ nhới: xác định độ nhớt động tại hiện trường băng phéu nón dung tích0.5lít theo tiêu chuẩn châu Âu EN 445, quy về thời gian tự chảy của 0.5 lít vữa daođộng 15 — 20 giây, tối đa chấp nhận cho phụt là 25 giây Độ nhớt của nước sạchtương ứng thời gian tự chảy xâp xi 13 giây Nếu sử dụng phéu Marsh có lỗ 0.2in do

thời gian chảy hết 1 lít vữa, các chi số trên tương ứng gấp đôi, loại có lỗ 0.4in thithời gian giảm còn một nửa.

- Độ fách nước: là tỷ lệ phần hỗn hợp lăng tách trong điều kiện tĩnh sau thờigian 1-3 giờ Phương pháp do khá đơn giản: đỗ một lượng vữa vào bình chứa bằngthủy tinh có khắc vạch chiều dai, dé lắng sau 1-3 giờ , đo chiều cao cột vật liệu vữah lắng dưới phần nước trong và tong chiều cao vữa + nước H Độ tách nước (H-hVH tối da được chấp nhận với dao động từ 3 % đến 5 % Độ hụt nước (bleed)

chính là khả năng tách nước sau 2 giờ.

- Cường độ và thời gian đông kết: khối vữa được đông kết dần sau ít nhất 3ngày và cường độ tăng đạt 6n định tôi đa sau khoảng 15 — 30 ngày Sau một sốngày nhất định, khối vữa được khoan lấy thỏi thí nghiệm cường độ Vữa cementthông thường có cường độ cao hơn vữa xi măng - bentonite và xi măng - datv Cường độ vữa tối thiểu sau 7 ngày là 0.25-0.4 kG/cm2 Tính lưu biến (rheology) của vữa tao dạng dòng chảy đặc thù trong dòng thắm phut là do ảnh

hưởng của quá trình này.

Chọn vữa phụt thích hợp là bước đầu tiên trong thiết kế công nghệ phụt, dựatrên cơ sở về độ đặc khối dẫn theo khả năng thắm xuyên của vữa, phụ thuộc chủyếu vào nồng độ:

Nông độ hỗn hợp vữa nudc/cement tính: vật liệu chính là xi măng

WIC a Lubes ~P.)

Trong đó :- W/C: tỷ lệ nước/xI măng.- Dy : ty trọng nước.

- 0; : ty trọng hỗn hợp.- 0, : ty khối xi măng.Độ đặc khối tính theo công thức:

|

Py,Trong đó :

- © : độ đặc khối xi măng