Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Mô phỏng và thực nghiệm thiết kế cấp phối đất trộn xi măng cho gia cường nền đường trên đất yếu

Vì vậy việc nghiên cứu một công nghệ với các ưu điểm nổi trội như phạm vi ứng dụng rộng, xử lý được lớp đất yếu một cách cục bộmà không ảnh hưởng đến lớp đất tốt, thi công được trong nướ

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐINH TIẾN ĐÔNG VĂN ĐỀ TÀI :

MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ CẤP PHỐI ĐẤT TRỘN XI MĂNG CHO

GIA CƯỜNG NỀN ĐƯỜNG

TRÊN ĐẤT YẾU Chuyên Ngành : Xây dựng Cầu, Hầm Mã Số Ngành : 60.58.25

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2007

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS ĐẬU VĂN NGỌ

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 20 tháng 01 năm 2008

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA c Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày tháng năm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: ĐINH TIẾN ĐÔNG VĂN Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 06/07/1980 Nơi sinh : TÂY NINH Chuyên ngành : XÂY DỰNG CẦU, HẦM

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2005

1- TÊN ĐỀ TÀI:

MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ CẤP PHỐI ĐẤT TRỘN XI MĂNG CHO GIA CƯỜNG NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU

1 Nghiên cứu lý thuyết tính toán trụ đất – xi măng 2 Tính toán ứng dụng cho công trình thực tế 3 Nghiên cứu các đặc tính của vật liệu xi măng - đất và làm rõ các yếu tố ảnh hưởng

tới tính chất của xi măng - đất 4 Thí nghiệm và tổng hợp các kết quả về cấp phối xi măng - đất thuộc dự án Đại lộ

lượng xi măng với cường độ đất nền khi đã được xử lý, mối tương quan giữa cường độ xi măng - đất ngoài hiện trường với cường độ của mẫu chế tạo trong phòng thí nghiệm, …

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn – TS

nên ý tưởng của đề tài, tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi hoàn thành Luận án này Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Quý Thầy – Cô đã cống hiến công sức, thời gian và tâm huyết để truyền đạt những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập Những kiến thức đó là hành trang không thể thiếu cho việc hoàn thành Luận án này

Và tôi không thể quên được sự quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của các anh, chị, em trong Phòng thí nghiệm Xi măng - Đất thuộc Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ và Thiết bị Công Nghiệp - Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè lớp Cao học Cầu Đường K15 và các

thời gian và công sức cho tôi hoàn thành Luận án này

Tháng 11 năm 2007 Tác giả

ĐINH TIẾN ĐÔNG VĂN

Tên đề tài : “MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ CẤP PHỐI ĐẤT TRỘN XI MĂNG CHO GIA CƯỜNG NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU”

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nhu cầu phát triển hạ tầng giao thông, đường trên đất yếu bền vững và hiệu quả đòi hỏi phải nghiên cứu, ứng dụng một số công nghệ mới trong thi công xây dựng công trình giao thông Để tăng khả năng chịu tải, giảm độ lún và cải thiện ổn định của mái dốc ở một số công trình giao thông quan trọng, chúng ta thường sử dụng các giải pháp thông dụng như đệm cát, giếng cát, cọc cát, bấc thấm, vải địa kỹ thuật, sàn giảm tải bê tông cốt thép (BTCT) trên nền cọc BTCT Những công nghệ đã sử dụng thường khó kiểm soát được biến dạng lún và ổn định công trình, thời gian thi công kéo dài hoặc không thể thi công trên diện rộng, có giá thành cao mà vẫn phải xử lý chuyển tiếp giữa cứng và mềm

Một số công trình cầu đường trong quá trình khai thác đã và đang tồn tại hiện tượng khá phổ biến là lún lệch hai bên đầu cầu, hai bên cống hộp, … Những biện pháp đối phó thông thường để giảm thiểu sự lún lệch chỉ mang tính chất là một loại giải pháp tình thế(như bù lún bằng bê tông nhựa), đòi hỏi chi phí cao làm tăng tổng vốn đầu tư xây dựng và mất thời gian lâu dài Mặt khác vấn đề mỹ quan của công trình cũng không thể nào đảm bảo yêu cầu

Vì vậy việc nghiên cứu một công nghệ với các ưu điểm nổi trội như phạm vi ứng dụng rộng, xử lý được lớp đất yếu một cách cục bộmà không ảnh hưởng đến lớp đất tốt, thi công được trong nước, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các công trình lân cận, giảm thiểu vấn đề ô nhiễm, và đặc biệt là thi công nhanh, đẩy nhanh được tiến độ là một vấn đề cần thiết

2 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết và nền tảng khoa học của công nghệ đất trộn xi măng Nghiên cứu tính toán và thiết kế trụ xi măng – đất

Ứng dụng các tính toán và thiết kế vào công trình thực tế Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của xi măng – đất

3 Những đóng góp của Luận văn

- Mở đầu: đặt ra các vấn đề tại sao cần nghiên cứu đề tài “Mô phỏng và thực nghiệm thiết kế cấp phối đất trộn xi măng cho gia cường nền đường đắp cao trên đất yếu”

- Chương 1 giới thiệu tổng quan về công nghệ đất trộn xi măng

- Chương 2 đưa ra phương pháp thiết kế và tính toán trụ xi măng – đất - Chương 3 nghiên cứu các ứng dụng tính toán cho công trình thực tế - Chương 4 nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ xi măng – đất - Nhận xét, Kết luận: rút ra các kết quả đạt được của Luận văn, đề ra các

kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo cho đề tài

4 Cấu trúc Luận văn

Luận văn bao gồm: Mở đầu, Kết luận và 4 chương, phần phụ lục và tài liệu tham khảo

Trong Luận văn có 73 trang thuyết minh, 37 hình vẽ, 11 bảng biểu, 52 công thức

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐẤT TRỘN XI MĂNG

1.3.8.3.2 Những biện pháp kiểm tra đất được xử lý 21

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT - XI MĂNG

2.2.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ đất – xi măng làm việc như cọc 25

Chương 3: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THỰC TẾ

3.6.1 Tính lún 41

3.7 Tính toán trong trường hợp nền đường đã được xử lý bằng trụ đất – xi măng 45

3.7.1.5 Modul biến dạng và cường độ kháng cắt không thoát nước tương đương

Chương 4: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ XI MĂNG - ĐẤT

4.2.1.3 Trình tự thí nghiệm 58

4.2.3.2 Mối quan hệ giữa cường độ nén nở hông ở tuổi 7 ngày và 28 ngày 62

4.2.3.8 Mối quan hệ giữa cường độ mẫu trong Phòng thí nghiệm và mẫu ngoài

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận văn:

Trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước hiện nay, việc phát triển cơ sở hạ tầng đã, đang và sẽ là nhiệm vụ trọng tâm trong chính sách phát triển kinh tế xã hội của Đảng và Nhà nước Trong đó nhu cầu phát triển hạ tầng giao thông, đường trên đất yếu bền vững và hiệu quả đòi hỏi phải nghiên cứu, ứng dụng một số công nghệ mới trong thi công xây dựng công trình giao thông Để tăng khả năng chịu tải, giảm độ lún và cải thiện ổn định của mái dốc ở một số công trình giao thông quan trọng như đường cao tốc, đường băng sân bay, đường đầu cầu đắp cao, bãi chứa container hoặc cống hộp băng ngang đường trên nền đất yếu, chúng ta thường sử dụng các giải pháp thông dụng như đệm cát, giếng cát, cọc cát, bấc thấm, vải địa kỹ thuật, sàn giảm tải bê tông cốt thép (BTCT) trên nền cọc BTCT Những công nghệ đã sử dụng thường khó kiểm soát được biến dạng lún và ổn định công trình, thời gian thi công kéo dài (cọc cát, giếng cát, bấc thấm) hoặc không thể thi công trên diện rộng (sàn giảm tải BTCT trên nền cọc BTCT), có giá thành cao mà vẫn phải xử lý chuyển tiếp giữa cứng và mềm

Một số công trình cầu đường trong quá trình khai thác đã và đang tồn tại hiện tượng khá phổ biến là lún lệch hai bên đầu cầu, hai bên cống hộp, … Sự lún lệch này là trở ngại lớn trong lưu thông, gây nên hiện tượng nảy, xốc đột ngột rất dễ xảy ra tai nạn Mức độ nguy hiểm tùy thuộc vào độ lún lệch tại mỗi công trình Đồng thời phát sinh hàng loạt các vấn đề khác như làm giảm năng lực khai thác của công trình do phải giảm tốc độ khi đi qua những vị trí lún lệch, làm tăng mức độ hao phí (xăng dầu, hao mòn máy móc, …) của các phương tiện giao thông Những biện pháp đối phó thông thường để giảm thiểu sự lún lệch chỉ mang tính chất là một loại giải pháp tình thế(như bù lún bằng bê tông nhựa), đòi hỏi chi phí cao làm tăng tổng vốn đầu tư xây dựng và mất thời gian lâu dài Mặt khác vấn đề mỹ quan của công trình cũng không thể nào đảm bảo yêu cầu

Dưới đây là một số công trình điển hình trong quá trình khai thác đã xuất hiện hiện tượng lún lệch ở hai bên đầu cầu hoặc mất ổn định :

Cầu Văn Thánh 2: Công trình cầu Văn Thánh 2 và đường dẫn vào cầu đã được thông xe vào cuối năm 2001 và kết thúc thi công vào đầu năm 2002 Đến tháng 04/2002, hai hầm chui H1 và H2 đã bị lún nghiêm trọng Sau khi xử lý, hai hầm chui hầu như hết lún nhưng đường dẫn đến hầm chui và đoạn giữa hầm chui với cầu vẫn tiếp tục lún Từ 24/10/2005 đến 25/01/2006 đã tiếp tục sữa chữa khắc phục các hư hỏng ở mặt đường, mặt cầu, mố cầu, dầm cầu và đắp bù lún dọc theo dường dẫn vào cầu Tuy nhiên, kết quả quan trắc từ tháng 01/2006 đến tháng 08/2006 cho thấy tốc độ lún tùy vị trí dao động từ 14mm/tháng đến 20mm/tháng Do lún và chuyển vị ngang quá lớn dẫn đến các sự cố về lún sụt mặt đường, lún nghiêng và nứt tường nhà cửa dọc hai bên đường, chuyển vị mố cầu gây nứt nẽ hư hỏng một số dầm cầu và gối đỡ Hiện nay UBND Tp Hồ Chí Minh đã giao cho Tổng

công ty Xây dựng số 1 làm tổng thầu EPC dự án sữa chữa cầu Văn Thánh 2 với tổng vốn đầu tư hơn 140 tỷ đồng

Cầu vượt Nguyễn Hữu Cảnh: Hạng mục cầu gồm ba phần: cầu chính dài 55m, cầu dẫn có chiều dài mỗi bên đầu cầu là 144m, đường dẫn phía Q.1 là 84m và phía Q.Bình Thạnh là 114m Cuối tháng 4/2002, ngay sau thông xe đưa vào sử dụng cầu đã bị lún Hiện tượng lún lệch xuất hiện tại các vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn và cầu dẫn Độ chênh lệch của đỉnh bệ lan can đo được ở phía Q.1 khoảng 10 – 12cm và phía Q.Bình Thạnh khoảng 8 – 10cm Ngoài ra, còn có một số hiện tượng khác xuất hiện như: có nhiều vết nứt ở phần gạch xây của tường chắn phần đường dẫn, có một đà giằng bị nứt vỡ, một số vết nứt ở bệ lan can của phần đường dẫn và cầu dẫn

Cầu Bình Triệu 2: Mặc dù mới được đưa vào khai thác sử dụng từ đầu năm 2004 nhưng cầu Bình Triệu 2 đã có hiện tượng lún lệch hai bên đầu cầu Nơi tiếp giáp giữa đường dẫn và mố cầu do hiện tượng lún đã gây trở ngại lớn cho các phương tiện giao thông mặc dù đã có xử lý bằng bấc thấm Hiện nay, tại góc bên phải đầu cầu phía Q.Thủ Đức xuất hiện vết nứt dài hơn 2m Vị trí vết nứt nằm tại phần tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu Đường dẫn đã lún hẳn xuống so với đầu cầu

Để giải quyết những vấn đề trên, hiện nay trên thế giới đã ứng dụng công nghệ đất trộn xi măng bằng phương pháp trộn sâu Phương pháp này có nhiều ưu điểm:

Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp mọi loại đất từ bùn sét đến sỏi cuội Có thể xử lý lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến lớp đất tốt Thi công được trong nước

Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các công trình lân cận

Rất sạch sẽ và giảm thiểu vấn đề ô nhiễm Thiết bị nhỏ gọn, có thể thi công trong không gian có chiều cao hạn chế Và đặc biệt là thi công nhanh, đẩy nhanh được tiến độ

Đây là một công nghệ mới ở Việt Nam nên đòi hỏi phải có những nghiên cứu sâu về công nghệ này

Vì vậy tôi đã chọn đề tài là: “Mô phỏng và thực nghiệm thiết kế cấp phối đất trộn xi măng cho gia cường nền đường đắp cao trên đất yếu”

2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu:

Trước những vấn đề đã trình bày ở phần trên, mục tiêu nghiên cứu của luận văn là: Phát triển hướng dẫn thực hành thiết kế trụ đất - xi măng để cải tạo đất hiện trường nhằm gia tăng cường độ, hạn chế biến dạng tạo điều kiện thuận lợi đưa công nghệ trộn sâu vào Việt Nam hỗ trợ thiết kế và thi công trong xây

dựng nền đường đắp cao trên đất yếu: Xác định các kích thước cơ bản để tiến hành bố trí cấu tạo hợp lý của giải pháp xử lý; Trình bày các phương pháp tính toán trụ đất – xi măng; Ứng dụng tính toán cho công trình thực tế bằng giải pháp này

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của trụ đất xi măng Nghiên cứu mối tương quan giữa cường độ nén nở hông trong phòng thí

nghiệm và ngoài hiện trường Để thực hiện mục tiêu trên, phạm vi nghiên cứu của luận văn chỉ thực hiện trên các công trình thuộc dự án Xây dựng Đại lộ Đông Tây Tp Hồ Chí Minh (ĐLĐT) với công nghệ đất trộn sâu theo phương pháp phun khô

3 Nội dung nghiên cứu:

Chương Mở đầu thể hiện tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu và phạm vi nghiên cứu Chương 1 (Tổng quan về công nghệ đất trộn xi măng) cung cấp những thông tin cơ bản về công nghệ trộn sâu, cung cấp những ứng dụng của đất trộn xi măng, các hình thức bố trí trụ đất - xi măng, công nghệ thi công và các biện pháp kiểm soát chất lượng cũng được trình bày Chương 2 (Phương pháp thiết kế, tính toán trụ đất - xi măng) thể hiện chi tiết các quan điểm tính toán và các vấn đề cần lưu ý Chương 3 (Ví dụ tính toán) cung cấp từng bước tính toán ví dụ Chương 4 (Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ xi măng - đất) thảo luận các nhân tố ảnh hưởng tới cường độ của trụ đất - xi măng đất, thể hiện các quan hệ tương quan giữa cường độ xi măng – đất ngoài thực tế với cường độ của mẫu chế tạo trong phòng thí nghiệm, … Chương Kết luận đưa ra các nhận xét, kết luận về đề tài nghiên cứu cũng như các hướng nghiên cứu tiếp theo

4 Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết tính toán trụ đất - xi măng của các tác giả đi trước, các tài liệu tham khảo của các nhà khoa học trong và ngoài nước, các tiêu chuẩn nước ngoài để giải quyết các vấn đề luận văn đề cập đến Tính toán ví dụ cụ thể cho đường dẫn đầu cầu - cầu Khánh Hội thuộc dự án ĐLĐT

Nghiên cứu các đặc tính của vật liệu xi măng – đất và làm rõ các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của xi măng – đất

Thí nghiệm và tổng hợp các kết quả về cấp phối xi măng - đất thuộc dự án ĐLĐT Trên cơ sở đó lập các quan hệ tương quan giữa hàm lượng xi măng với cường độ đất nền khi đã được xử lý, mối tương quan giữa cường độ xi măng – đất ngoài thực tế với cường độ của mẫu chế tạo trong phòng thí nghiệm,

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Trên thực tế hiện nay, việc ứng công nghệ trụ đất – xi măng theo phương pháp trộn sâu để xử lý nền đất yếu ở Việt Nam còn rất nhiều hạn chế Một mặt là do chúng ta vẫn chưa có các nghiên cứu cơ sở khoa học của nó một cách có hệ thống, các thông tin liên quan đến vấn đề này vẫn chưa được đề cập đúng mức Mặt khác là do vấn đề

bản quyền công nghệ, các công trình trên đất yếu ở Việt Nam được xử lý bằng công nghệ này là do các nhà thầu nước ngoài thực hiện có chi phí khá cao

Tuy nhiên hiện nay đã có một số công ty Việt Nam, hoặc mua bản quyền công nghệ, hoặc hợp tác với nhà thầu nước ngoài nên giá thành thi công trụ đất – xi măng đã có thể cạnh tranh với các giải pháp xử lý nền đất yếu khác

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần đưa ra một cơ sở khoa học cho việc thiết kế và thi công trụ đất – xi măng ở Việt Nam cũng như cung cấp một số số liệu mà các kỹ sư thiết kế có thể tham khảo Từ đó cho phép đánh giá và có cái nhìn thực tế về công nghệ này, dần đưa vào ứng dụng rộng rãi

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐẤT TRỘN XI MĂNG

1.1 Các đặc trưng địa kỹ thuật của đất yếu:

Đất yếu có thể định nghĩa là những loại đất không có khả năng tiếp nhận tải trọng công trình nếu không có các biện pháp xử lý thích hợp

toàn bão hoà nước, có hệ số rỗng lớn (thường e > 1), hệ số nén lún lớn (a tới phần mười hoặc vài ba đơn vị), môđun tổng biến dạng bé (E0 ≤ 50kG/cm2), trị số sức

trình xây dựng trên đất yếu buộc phải có các biện pháp xử lý, nếu không khó hoặc không thể thực hiện được

Đất yếu có thể là đất bùn sét, đất cát mịn chứa nhiều bột bão hòa nước, bùn, than bùn, đất hữu cơ, … Đất yếu được thành tạo ở lục địa (tàn tích, sườn tích, lũ tích, lở tích, do gió, do lầy, do con người), ở vùng vịnh (cửa sông, tam giác châu, vịnh biển) hoặc ở biển (khu vực nước nông sâu không quá 200m, thềm lục địa sâu 200 – 3000m, biển sâu trên 3000m) Chiều dày lớp đất yếu thay đổi, có thể từ một vài mét đến 35 – 40m

Đất yếu có thể được phân làm bốn nhóm chủ yếu như sau: Các loại đất sét (á sét, sét) ở trạng thái mềm, bão hòa nước thuộc các giai

đoạn đầu của quá trình hình thành đá sét Các loại cát hạt nhỏ, các loại cát bụi ở trạng thái tơi xốp, bão hòa nước Các loại đất bùn, than bùn và đất than bùn

Các loại đất hoàng thổ có độ rỗng lớn gây lún sụt Các loại đất yếu trên rất đa dạng về thành phần khoáng vật nhưng thường giống nhau về tính chất cơ lý và chất lượng xây dựng

Ởû Việt Nam, đất yếu phân bố chủ yếu ở vùng đồng bằng Các công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông, thuỷ lợi, … gặp phải khó khăn rất lớn khi xây dựng trên các vùng đất yếu

1.2 Khái quát một số giải pháp xử lý nền đất yếu hiện nay: 1.2.1 Cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền:

Biện pháp này thường dùng khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn, nằm trực tiếp dưới móng công trình Đất nền được gia cố bằng đệm cát, đệm đất, bệ phản áp, … để làm tăng khả năng chịu lực và hạn chế mức độ biến dạng (đặc biệt là biến dạng không đều) Trong thực tế, thường dùng đệm cát, đệm sỏi, … thay thế lớp đất yếu có chiều dày không lớn hơn 3m dưới móng tường, móng cột trong các công trình dân dụng - công nghiệp, dưới nền đường, … Bệ phản áp được dùng để khống chế vùng biến dạng dẻo khi nền đường, nền đất đắp nằm trên lớp bùn

Tuy nhiên các biện pháp trên bị hạn chế khi lớp đất yếu có chiều dày lớn hoặc trong lớp đất yếu có nước áp lực cao

1.2.2 Tăng độ chặt đất nền:

Quá trình lún trong đất yếu xảy ra rất phức tạp, bao gồm : lún tức thời, lún cố kết sơ cấp và lún thứ cấp Trong đó, quá trình cố kết của đất thường diễn ra rất lâu Để rút ngắn thời gian lún cố kết sơ cấp, người ta thường dùng cọc cát, cọc đất, cọc vôi, giếng cát, bấc thấm kết hợp với gia tải trước bằng tải trọng tĩnh hay bơm hút chân không nén chặt đất trên mặt và dưới sâu

Khi chiều dày lớp đất yếu lớn hơn 2m có thể dùng cọc cát để nén chặt, trị số môđun biến dạng ở trong cọc cát và ở vùng đất được nén chặt xung quanh là như nhau nên nền đất khi này được xem như là nền thiên nhiên Cọc đất dùng để nén chặt đất có độ rỗng lớn, có tính lún sập Cọc vôi dùng để nén chặt các lớp sét bão hoà nước, đất than bùn

Việc xây dựng các công trình có kích thước móng lớn như nền đường, nền sân bay, … chịu tải trọng lớn thay đổi theo thời gian được đặt trên bùn, than bùn, đất dính bão hoà nước, … thì có thể dùng giếng cát, bấc thấm kết hợp với gia tải trước để rút ngắn thời gian lún nhằm khi đưa công trình vào sử dụng, độ lún còn lại không vượt giới hạn cho phép

Tuy vậy, không nên dùng biện pháp này trong trường hợp đất quá nhão (khi hệ số rỗng nén chặt e > 1) hay đất có hệ số thấm bé Hơn thế nữa biện pháp này còn ảnh hưởng tới tiến độ xây lắp các hạng mục tiếp theo do mất thời gian chờ lún

1.2.3 Truyền tải trọng công trình xuống lớp chịu lực tốt:

Các công trình có tải trọng lớn đặt trên nền đất yếu có chiều dày lớn thì có thể dùng móng cọc, móng trụ, giếng chìm, … để truyền tải trọng của các kết cấu bên trên xuống lớp chịu lực nằm ở dưới sâu

Móng cọc có tính ưu việt ở chổ: khắc phục hoặc hạn chế được biến dạng lún quá lớn hoặc không đều, đảm bảo ổn định cho công trình khi có tải trọng ngang tác dụng mà còn rút ngắn thời gian thi công, giảm bớt khối lượng vật liệu xây móng, khối lượng đào đắp đất, công nghiệp hoá khâu chế tạo cọc và thi công cọc

Nếu trong đất nền có các chướng ngại vật như đá tảng không thể đóng cọc qua được hay cọc quá dài không thể hạ xuống được thì cần phải dùng móng sâu: móng trụ, giếng chìm, …

Tuy móng cọc BTCT có nhiều ưu điểm như hạn chế biến dạng không đều, rút ngắn thời gian thi công, độ an toàn cao trong quá trình sử dụng nhưng việc áp dụng nó đã làm tăng giá thành lên từ 30 – 50% so với các giải pháp khác

1.2.4 Đất có cốt:

Cốt bố trí ở nền đất có thể là các dải kim loại hay các loại vải địa kỹ thuật với mục đích làm tăng cường độ chống kéo và cường độ chống cắt của đất

1.3 Tổng quan về giải pháp xử lý nền đất yếu bằng đất trộn xi măng:

1.3.1 Giới thiệu sơ lược về trụ đất - xi măng:

Phương pháp trộn dưới sâu là một kỹ thuật cải tạo đất để gia tăng cường độ, kiểm soát biến dạng, và giảm thấm nhờ đất được trộn với xi măng và/hoặc các vật liệu khác Những vật liệu này có liên quan đến chất kết dính trên bình diện quốc tế và có thể được giới thiệu dưới dang lỏng hoặc khô Điều đó được thực hiện bởi một chuỗi các cọc đất ổn định Sự ổn định của các trụ đất được thực hiện bởi một chuỗi các mũi khoan (2 tới 4) được dẫn hướng bởi một cần khoan Cần khoan được đưa vào trong đất, vữa hoặc xi măng khô được bơm qua các lỗ ở mũi khoan và được phụt vào đất Nhóm các mũi khoan và lưỡi trộn trên cần pha trộn đất với vữa hoặc xi măng khô giống hình thức máy trộn đất sét Phương pháp này lợi dụng một loạt các phản ứng hóa học – vật lý xảy ra giữa chất đóng rắn với đất, làm cho đất sét yếu đóng rắn lại thành một thể trụ có tính chỉnh thể, tính ổn định và có cường độ nhất định Phương pháp mà bột xi măng khô được sử dụng như là tác nhân chính làm ổn định được gọi là phương pháp trộn khô dưới sâu; còn tác nhân làm ổn định là hình thức vữa được qui vào phương pháp trộn ướt dưới sâu Đường kính trụ đất - xi măng thường từ 0.6 – 1.6m và có thể đạt đến 40m chiều sâu

Đất trộn xi măng thì được sử dụng để kiểm soát độ lún của lớp đất yếu dưới nền đường, đặc biệt là kiểm soát độ lún lệch giữa móng cầu và nền đường Nó cũng được sử dụng để ổn định mái dốc, tăng hệ số an toàn và tạo thành một kết cấu trọng lực hỗn hợp để chống đỡ hố đào thẳng đứng Trụ đất - xi măng hiệu quả với cả tải trọng tĩnh lẫn tải trọng động

Hình 1-1 Phương pháp trộn ướt dưới sâu

Hình 1-2 Phương pháp trộn khô dưới sâu

Hình 1-3 Đất trộn sâu với cần khoan ba mũi

Một vài số liệu về trụ vôi/xi măng – đất được sử dụng ở nước ngoài :

22 33 60 76

147 174 196

326658

1163

680580 638 650

710 730 750

0200400600800100012001400

123219

362

262197

159267

430385 395

410

262

050100150200250300350400450500

1.3.2 Lịch sử hình thành và phát triển:

Công nghệ trụ đất - xi măng được thi công đại trà ở Thụy Điển và Nhật Bản từ những năm 1970, tiền thân của công nghệ này là phương pháp đất gia cố bằng vôi được phát minh bởi giáo sư Richard Handy (Iowa State University) Nguyên lý cơ bản

chổ các phần tử nước trên bề mặt hạt sét Năm 1954, công ty Intrusion Prepakt (Hoa Kỳ) phát triển kỹ thuật cọc trộn tại chổ (MIP – Mixed in Place Piling Technique) với cần khoan đơn, được sử dụng tại một vài nơi ở Hoa Kỳ

Năm 1967, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu (PHRI – Bộ giao thông vận tải Nhật Bản) bắt đầu những thí nghiệm trong phòng, sử dụng vôi bột hoặc vôi cục để xử lý đất biển yếu (Deep Lime Mixing Method – DLM) Nghiên cứu này kéo theo những theo dõi của Kjeld Paus trên việc thi công cọc vôi lỏng ở Hoa Kỳ Cũng trong năm 1967, ở Thụy Điển bắt đầu có những nghiên cứu trong phòng và hiện trường trên cọc vôi để xử lý lớp đất sét yếu bên dưới nền đường sử dụng vôi sống

Năm 1972, công ty Seiko Kogyo ở Osaka – Nhật Bản bắt đầu phát triển phương pháp SMW (Soil Mixed Wall) cho tường chắn đất, sử dụng chuỗi các cần khoan chồng lên nhau (để cải tạo bên cạnh việc giải quyết tính liên tục và đồng nhất/chất lượng đất xử lý)

Năm 1974, PHRI báo cáo phương pháp trộn vôi dưới sâu (DLM) bắt đầu được ứng dụng rộng rãi ở Nhật Bản Ứng dụng đầu tiên trong cải tạo đất sét yếu tại Chiba (tháng 06) với thiết bị Mark IV được phát triển bởi công ty Fudo Construction

Năm 1975, những bài báo về phương pháp cọc vôi của các nhà khoa học Thụy Điển (Brom, Borman) và Nhật Bản (Okumura, Terashi) được trình bày ở hội nghị Bangolore (Ấn Độ) Cả hai nước đã đi đến thống nhất về phương pháp này Những thay đổi giới hạn kỹ thuật xuất hiện sau đó PHRI tiếp tục những nghiên cứu của mình từ 1973 đến 1974, phát triển phương pháp trộn xi măng dưới sâu bằng việc sử dụng vữa xi măng lỏng và sử dụng nó lần đầu tiên trong những dự án có qui mô lớn cho đất sét yếu bờ biển

Năm 1976, Viện nghiên cứu công chánh (PWRI) thuộc Bộ Xây Dựng Nhật Bản hợp tác với viện nghiên cứu máy xây dựng Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu phương pháp DJM sử dụng bột xi măng khô, bước thử nghiệm đầu tiên hoàn thành vào cuối năm 1980

Năm 1977, Hiệp hội xi măng trộn sâu được thành lập ở Nhật Bản Viện Địa kỹ thuật Thụy Điển (SGI) xuất bản sách hướng dẫn thiết kế, thi công và giám sát cọc vôi và cũng trong năm này lần đầu tiên phương pháp trộn xi măng dưới sâu được áp dụng trên thực tế tại Nhật Bản

Năm 1980, phương pháp DJM được sử dụng cho mục đích kinh tế, sau đó thay thế phương pháp DLM một cách nhanh chóng

Năm 1981, giáo sư Jim Mitchell báo cáo những tài liệu tổng quát tại Stockholm về cọc vôi và vôi-xi măng để xử lý đất dẻo dính

Năm 1986, phương pháp trộn dưới sâu được ứng dụng tại Hoa Kỳ thông qua công ty Seiko Kogyo

Năm 1987, công ty Bachy của Pháp phát triển phương pháp trộn và đầm chặt xi măng - đất, thực hiện được nhờ đảo ngược vòng xoay của cần khoan khi rút lên Xuất hiện lần đầu tiên ở Châu Aâu phát triển bên ngoài bán đảo Scandinavia

Năm 1990, một thiết bị trộn mới được phát triển ở Phần Lan sử dụng xi măng và vôi (cung cấp và trộn một cách riêng biệt): có khả năng tạo ra những cọc có chiều sâu hơn 20m, đường kính lớn hơn 800mm, xuyên qua lớp đất chặt Nhật Bản đưa ra loại công nghệ thi công trộn dưới sâu mới gọi là phương pháp RR, khi thi công đầu trộn lên xuống, lắc ngang và quay tròn trộn ngược lên làm thành cọc, một lần làm cọc có thể trộn được thân cọc có đường kính tới 2m

Năm 1991, phương pháp Low Displacement Jet (LDis) được phát triển ở Nhật Bản Năm 1992, hướng dẫn thiết kế mới được giới thiệu tại Phần Lan dựa trên những kinh nghiệm từ thập niên 80 và nghiên cứu của Kujuala & Lahtinen

Năm 1993, Hiệp hội DJM cập nhật những thông tin mới nhất về hướng dẫn thiết kế và thi công (ở Nhật Bản)

Năm 1995, Chính phủ Thụy Điển thành lập Trung tâm nghiên cứu ổn định dưới sâu Thụy Điển (Swedish Deep Stabilization Research Center – SDSRC) tại SGI Tập hợp bao gồm chủ đầu tư, chính phủ, nhà thầu, tư vấn, trường đại học và các tổ chức nghiên cứu bởi Holm của SGI và Brom là những nhà khoa học đứng đầu Kế hoạch nghiên cứu: tạo cơ sở dữ liệu kinh nghiệm, các tính chất kỹ thuật đất gia cố, mô hình cấu trúc đất gia cố Các kết quả được tập hợp lại và xuất bản thành những tập báo cáo

Năm 1996, cọc vôi xi măng được sử dụng cho mục đích kinh tế lần đầu tiên tại Hoa Kỳ (công ty Stabilator)

Ở Việt Nam, đầu những năm 80 đã dùng kỹ thuật này của hãng Linden Alimark (Thụy Điển) thi công cọc vôi đường kính 400mm, dài 10m cho các công trình nhà 3-4 tầng Tại khu công nghiệp Trà Nóc (Cần Thơ) đã sử công nghệ trụ đất - xi măng dài đến 20m bằng hệ thống tự động từ khâu khoan, phun xi măng và trộn dưới sâu do công ty Hercules (Thụy Điển) thi công với tổng chiều dài cọc gần 50.000m

1.3.3 Nguyên lý đất trộn xi măng:

Dicalcium Silicate (C2S), Tricalcium Aluminate (C3A) và các chất rắn hòa tan như

tạo độ bền chủ yếu Khi nước lỗ rỗng của đất gặp xi măng, thủy hóa xi măng xảy ra nhanh chóng và sản phẩm của sự thủy hóa chính yếu ban đầu này là Hydrated Calcium Silicate (C3SHx, C3S2Hx), Hydrated Calcium Aluminate (C3SAx, C3S2Ax) và

hóa vôi được sử dụng như pha tinh thể rắn tách biệt Những phần tử xi măng này kết hợp các hạt xi măng nằm kế bên với nhau trong suốt quá trình hóa cứng để tạo thành hỗn hợp bộ khung bao quanh các hạt đất nguyên vẹn Các pha Silicate và Aluminate

được kết hợp nội tại, do đó hầu như không có pha nào kết tinh hoàn toàn Một phần

tinh Hơn nữa, thủy hóa xi măngdẫn đến gia tăng độ pH của nước lỗ rỗng gây ra bởi sự phân ly của vôi hydrate Các bazơ mạnh hòa tan Silicate và Aluminate từ cả khoáng vật sét và các chất vô định hình khác trên những mặt của các hạt sét, theo cách tương tự như phản ứng acid yếu và bazơ mạnh Các Silica và Alumina ngậm nước sau đó sẽ từ từ phản ứng với các ion Calcium tự do từ sự thủy phân xi măng để tạo thành hợp chất không hòa tan Phản ứng thứ yếu này được gọi là phản ứng puzzolan Hợp chất thủy hóa xi măng thì vẫn chưa được xác định rõ ràng bởi các công thức hóa học, vì thế quan tâm đến các biến thể là khả thi Các hợp chất trong xi măng Portland được biến thể khi có nước như sau:

Hai phản ứng (1-1) và (1-2), những chất của chúng hợp thành từ 75% xi măng Portland, chỉ ra rằng sự thủy hóa của hai loại Calcium Silicate tạo ra các hợp chất mới: vôi và tobermorite gel, sau đó đóng vai trò quan trọng liên quan đến cường độ và thể tích thì chủ yếu được quyết định bởi vôi và tobermorite gel Những phản ứng diễn ra trong gia cố xi măng - đất có thể được trình bày trong những phương trình được đưa ra sau đây:

Khi độ pH <12.6 thì phản ứng sau xảy ra :

Để có thêm các lực liên kết được tạo ra trong hỗn hợp xi măng – sét, thành phần silicate và aluminate trong vật liệu phải hòa tan được Tính tan được của các khoáng vật sét thì chịu ảnh hưởng như nhau bởi sự hiện diệncủa những tạp chất, bởi mức độ kết tinh của các vật liệu liên quan, bởi cỡ hạt v.v… Trong những phương trình trên, lực dính kết của những sản phẩm làm cứng bề mặt chủ yếu chủ yếu thì mạnh hơn nhiều

so với sản phẩm thư yếu Với độ pH thấp (pH < 12.6), phản ứng tạo C3S2Hx (1-6) có thể xảy ra Tuy nhiên, độ pH hạ xuống trong suốt phản ứng puzzolan và giảm pH có khuynh hướng thúc đẩy sự thủy phân để tạo thành CSH Sự hình thành của CSH chỉ có ích khi nó được hình thành bởi phản ứng puzzolan của vôi và silica trong đất (1-8), nhưng nó sẽ bất lợi khi CSH được tạo thành từ sự tiêu hủy C3S2Hx Những đặc tính độ bền phát sinh của C3S2Hx thì ưu việt hơn CSH Sự thủy hóa xi măng và phản ứng puzzolan có thể kéo dài hàng tháng, hoặc thậm chí một năm sau khi trộn, và vì thế độ bền của đất được gia cố xi măng sẽ tăng theo thời gian

Điều này có nghĩa trong xi măng - đất bao gồm những hạt sét mịn, những hợp chất hóa cứng chủ yếu và thứ yếu được tạo thành Những sản phẩm chủ yếu hóa rắn thành những phụ gia cường độ cao và nó khác xi măng thông thường trong bê tông Các quá trình thứ yếu làm gia tăng cường độ và tính bền vững của xi măng - đất bởi việc sản sinh ra thêm những chất hóa cứng khác để nâng cao độ bền liên kết

Quá trình phản ứng lý – hóa của việc cải tạo đất bằng xi măng khác với nguyên lý đóng rắn của bê tông Đóng rắn của bê tông chủ yếu là xi măng thực hiện tác dụng thủy giải và thủy hóa trong cốt liệu thô và cốt liệu nhỏ, do đó tốc độ đóng rắn khá nhanh Khi dùng xi măng gia cố đất, do lượng xi măng trộn vào trong đất rất ít (chỉ chiếm từ 7 – 15% trọng lượng đất gia cố), phản ứng thủy giải và thủy hóa của xi măng hoàn toàn thực hiện trong môi trường có hoạt tính nhất định – sự quây kín của đất, do đó tốc độ đóng rắn chậm và tác dụng phức tạp cho nên quá trình tăng trưởng cường độ của xi măng gia cố đất cũng chậm hơn bê tông

Nguyên lý cơ bản của việc gia cố xi măng – đất: xi măng sau khi trộn với đất sẽ sinh ra một loạt các phản ứng hóa học rồi dần đóng rắn lại Các phản ứng chủ yếu của chúng là:

Phản ứng thủy giải và thủy hóa của xi măng
Tác dụng của các hạt đất với các chất thủy hóa của xi măng
Tác dụng Cacbonat hóa

Từ nguyên lý trên có thể thấy, do tác dụng cắt gọt và nhào trộn của cần khoan trên thực tế không thể nào tránh khỏi đất còn sót lại một ít cục chưa bị đập vỡ, khi trộn vào với xi măng sẽ có hiện tượng xi măng bao lấy cục đất, khe rỗng to giữa các cục đất trên co bản được lấp kín bằng các hạt xi măng Cho nên trong đất xi măng sau khi gia cố hình thành tình huống là bên trong các cục đất lớn nhỏ khác nhau thì không có xi măng mà ở xung quanh thì lại khá nhiều Chỉ có qua một thời gian tương đối dài, các hạt đất ở trong cục xi măng dưới tác dụng thẩm thấu của các chất thủy giải của xi măng mới dần dần cải biến được tính chất của nó Do đó trong xi măng - đất sẽ không tránh khỏi tình trạng có những vùng có cường độ khá cao và tính ổn định nước khá tốt, trong khi có những vùng đất cục có cường độ thấp hơn Hai loại này xen kẽ nhau trong không gian, hình thành một dạng xi măng - đất đặc biệt Có thể nói một cách định tính là việc trộn cưỡng bức giữa xi măng và đất càng kỹ thì đất bị đập vỡ càng nhỏ, xi măng phân bố vào trong đất càng nhiều thì tính ly tán về cường độ xi măng - đất càng nhỏ, cường độ tổng thể trên phạm vi rộng rãi sẽ càng cao

1.3.4 Đặc tính của đất trộn xi măng:

Trong đất trộn xi măng thường dùng xi măng silicate phổ thông M425 hoặc xi măng xỉ quặng Lượng xi măng trộn vào là 7 – 15% trọng lượng đất gia cố hoặc trọng lượng xi măng từ 150 – 250kg/m3 đất gia cố

Theo một số kết quả thí nghiệm xi măng - đất ở trong phòng : dung dịch của xi măng - đất lớn hơn đất mềm từ 0.7 – 2.3% và hàm lượng nước nhỏ hơn đất mềm

dạng khi ứng suất của đất - xi măng đạt đến 50% trị số phá hủy E50 = 120 – 150qu, hệ số thấm k = 10-7 – 10-6cm/s

Cường độ nén nở hông của xi măng - đất lớn hơn mấy chục lần cho đến hàng trăm lần đất mềm tự nhiên Đặc trưng biến dạng của nó tùy thuộc sự khác nhau về cường độ và thường vào khoảng giữa của vật thể dòn và vật thể đàn hồi dẻo

Giai đoạn bắt đầu khi đất - xi măng chịu lực, quan hệ giữa ứng suất - biến dạng về cơ bản là phù hợp với định luật Hooke, khi ngoại lực đạt đến 70 – 80% cường độ giới hạn thì quan hệ ứng suất – biến dạng không còn tuyến tính nữa Khi ngoại lực đạt đến cường độ giới hạn, loại xi măng - đất có cường độ cao xuất hiện sự phá hủy dòn rất nhanh chóng, cường độ tồn dư sau phá hủy rất nhỏ, khi đó biến dạng trục là khoảng 0.8 – 1.2%

1.3.5 Các ứng dụng của trụ đất - xi măng:

Cải tạo nền đất yếu dưới nền đường vào cầu: việc thi công công trình trên nền đất sét mềm hoặc hữu cơ có những khó khăn và phức tạp rất lớn Nhất là sự nguy hiểm do biến dạng thẳng đứng và biến dạng ngang lớn Bằng cách sử dụng trụï đất - xi măng thì các đặc trưng độ bền và biến dạng của đất có thể được cải thiện

Làm chặt lại nền đất yếu Gia cố mái taluy công trình: khi mái dốc công trình có độ ổn định kém, đất

chịu ứng suất cắt lớn, hệ số an toàn về phá hoại có thể được cải thiện bằng cách gia cố đất nếu tải trọng gây các ứng suất cắt có thể truyền đến các lớp đất có sự chịu tải phù hợp thông qua các trụ đất - xi măng

Làm móng vững chắc cho công trình nhà cao tầng, công trình công nghiệp, làm tường chắn đất, làm bờ kè

Gia cố thành hố đào …

5 Ngăn ngừa hiện tượng lún của công trình ngầm 6 Ngăn ngừa ảnh hưởng bất lợi của công trình lân cận

Hình 1-7 Các ứng dụng chính của công nghệ trộn sâu (Hiệp hội CDM Nhật Bản)

1.3.6 Bố trí trụ đất - xi măng trên mặt bằng:

Tuỳ vào điều kiện tác dụng của tải trọng mà các trụ trong khối gia cố được bố trí theo dạng đơn, dạng hàng, dạng lưới hoặc dạng khối

Dạng đơn: Trụ được bố trí theo lưới ô vuông hoặc lưới tam giác, thường được áp dụng cho việc gia cố các khối đất đắp nền đường hoặc các công trình chịu tải trọng thẳng đứng lớn

Dạng hàng (dải): Thường được bố trí để gia cố các hố đào, các công trình ổn định mái dốc, các công trình có lực ngang tác dụng lớn

Hình 1-9 Thí dụ bố trí dạng hàng (dải) Dạng lưới và dạng khối: Bố trí cho các công trình xây dựng dân dụng và

công nghiệp, các trụ được bố trí bên dưới móng công trình

1 2

Trụ đơn bố trí theo dạng lưới ô vuông hoặc tam giác: Các tính toán ổn định được thực hiện với một giá trị trọng lượng của độ bền cắt

Nếu hệ số an toàn dẫn đến phá hoại của khối đắp trên nền không được gia cố (bao gồm các dải tải trọng nếu có) nằm trong khoảng giá trị 1.2 > FS > 1.0 (theo phương pháp mặt trượt trụ tròn Fellenius) hoặc độ dốc của mặt đất lớn hơn 1:7 thì các trụ có thể bố trí mạng lưới ô vuông hay chữ nhật

Các trụ bố trí theo dạng dầm, khung hoặc khối:

Khi hệ số an toàn dẫn đến phá hoại (khối đắp không gia cố) thấp hơn 1.0 và do đó không có chỗ cho các dải chất tải thì các trụ trong vùng chịu cắt cần được bố trí trong các dầm hoặc khung

Mục đích của việc bố trí các trụ trong các hàng, lưới hoặc khối là để đảm bảo sự liên kết tốt hơn giữa các trụ và đất yếu Khoảng cách giữa các hàng được điều chỉnh sao cho đảm bảo được liên kết giữa các hàng và đất yếu và để ngăn ngừa lún không đều trong kết cấu bên dưới

1.3.7 Vấn đề thiết kế vật liệu:

Việc thiết kế hỗn hợp xi măng đất yêu cầu phải có được những thông tin về tính chất của đất và các điều kiện khác của vùng đất dự án Các yêu cầu kỹ thuật của trụ xi măng đất chi phối trong thiết kế cấp phối Người kỹ sư thường chú ý đến các yêu cầu về cường độ, modul đàn hồi, khả năng thấm và các yêu cầu cần thiết để xác định được tính liên tục và đồng nhất trong suốt chiều sâu trụ Việc thiết kế cấp phối thường được xác định bởi nhà thầu chuyên về kỹ thuật đất trộn sâu Cấp phối cuối cùng được khẳng định tại đất hiện trường, loại thiết bị sử dụng, qui trình lắp đặt, yêu cầu chất lượng và tính kinh tế của dự án

1.3.7.1 Cường độ thiết kế:

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cường độ cuối cùng của xi măng đất ở ngoài thực tế, chẳng hạn như công nghệ thi công, môi trường ninh kết, kích thước khối đất xử lýbị ảnh hưởng bởi nhiệt tỏa ra từ quá trình hydrat hóa Vì vậy, cùng với sự thay đổi các điều kiện trên mặt đất, một vấn đề cần chú ý là chất lượng của xi măng đất trên thực tế sẽ khác với chất lượng các mẫu chế tạo trong phòng với môi trường hòan toàn khống chế được

Hình 1-10 Mối quan hệ giữa cường độ của mẫu trong phòng thí nghiệm và mẫu ngoài

hiện trường Từ rất nhiều thí nghiệm ở Nhật Bản cho thấy rằng, cường độ của xi măng đất ngoài thực tế, quf, chỉ bằng khoảng 1/2 cho đến 1/5 cường độ mẫu trong phòng, qul, như trên Hình 1-10

Những sai khác như vậy có thể là do ảnh hưởng bởi sự phân tán của mẫu được lấy từ nhiều dự án đã làm ở Nhật Bản Rõ ràng là cường độ thiết kế thực tế phải dựa trên những kinh nghiệm xét đến ảnh hưởng của loại đất vùng dự án, loại chất kết dính, các thử nghiệm trước khi thi công, mức độ giám sát và bảo đảm chất lượng

1.3.7.2 Thiết kế hỗn hợp xi măng đất:

Đầu tiên đất được lấy ở những độ sâu khác nhau mang về phòng thí nghiệm, với mục đích gia cố là tăng cường độ thì thiết kế cấp phối với các hàm lượng xi măng khác nhau và xác định cường độ xi măng đất ở tuổi 7 ngày, 28 ngày Nhằm phối hợp ảnh hưởng của hiện trường, tùy thuộc vào qui mô và mức độ quan trọng của dự án, các thí nghiệm hiện trường trước khi khởi công thường tiến hành chọn ít nhất là 2 vị trí trên công trình Với dự án nhỏ thì có thể sử dụng các tài liệu đã có để thiết kế Tỷ lệ cuối cùng của hỗn hợp xi măng đất được thiết kế dựa trên yêu cầu về cường độ (trên nguyên tắc bảo đảm cường độ nằm trong phạm vi cho phép), các kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường, ảnh hưởng của môi trường và thiết bị thi công

kê hàm lượng xi măng thay đổi theo từng loại đất

1.3.8 Phương pháp thi công đất trộn xi măng: 1.3.8.1 Thiết bị thi công:

Thi công trụ đất - xi măng có thể dùng hai phương pháp: phương trộn phun ướt và phương pháp trộn phun khô

Phương pháp trộn phun ướt:

Hiện nay ở Việt Nam, công nghệ trụ đất - xi măng với phương pháp trộn phun ướt được công ty Tenox Kyusyu (Hiệp hội Tenox Nhật Bản) thâm nhập chính qui vào thị trường Công nghệ “Teno Column” được áp dụng tại Nhật Bản từ năm 1979 và phát triển liên tục, được Trung tâm kỹ thuật về xây dựng thuộc Bộ xây dựng Nhật Bản cấp phép Máy khoan được thiết kế với một loại lưỡi khoan rất đặc biệt và được gọi là “lưỡi khoan TENO”

Công nghệ của hãng Hercules với nguyên lý làm việc như sau: mũi trộn được đưa xuống đất bằng phương pháp khoan xoay Khi đạt tới chiều sâu thiết kế, mũi trộn được quay ngược trở lại và rút dần lên, trộn đất tại chổ với chất gia cố Trong suốt quá trình rút cần, hỗn hợp chất gia cố được đưa vào bằng khí nén ở đầu mũi trộn Thông số kỹ thuật của hệ thống thiết bị này như sau :

Tốc độ quay 100 – 230 vòng/phút
Tốc độ rút cần 10 – 15mm/vòng
Lượng chất gia cố 50 – 250kg/m3
Độ sâu gia cố lớn nhất 21m
Đường kính trụ đất - xi măng từ 500 – 800mm
Tốc độ thi công 1000m/ca

Ở Nhật Bản, hãng Kobelco cũng chế tạo thiết bị tương tự có từ 2 – 5 trục trộn Phương pháp trộn phun khô:

Công nghệ trộn phun khô cũng được công ty Sanshin (Nhật Bản) đưa vào thi công trong dự án ĐLĐT Các thiết bị của hãng Sanshin có từ 1 đến 2 trục trộn, đường kính trộn từ 0.6m đến 1.5m và có thể tạo ra các trụ đất – xi măng dài tới 33m

Ở công trình thi công sân bay Trà Nóc (Cần Thơ), nhà thầu liên danh Tổng Công ty Xây dựng công trình giao thông 6 (CIENCO 6) – Công ty Xây dựng công trình hàng không (ACC) đã nhập thiết bị thi công trụ đất – xi măng với công nghệ trộn phun khô để thi công xử lý nền đường băng sân bay có thể xử lý đến chiều sâu 30m và tạo ra các trụ có đường kính 0.6m và 0.8m Tuy nhiên kết quả xử lý của các thiết bị này không như mong đợi, các trụ đất – xi măng được tạo ra có chất lượng không đồng đều, không ra hình dáng một trụ (có vị trí thì xi măng nhiều, chổ thì không có xi măng làm cho trụ bị đứt đoạn)

1.3.8.2 Trình tự thi công:

(1): Định vị trụ và bắt đầu khoan vào trong đất (2): Đầu mũi khoan tới được cao độ thiết kế thì vữa hoặc bột xi măng bắt đầu được phun vào trong đất đã bị cắt tơi xốp

(3): Thiết bị quay với tốc độ nhanh trong suốt quá trình rút cần khoan để trộn vật liệu kết dính với đất

Hình 1-11 Trình tự thi công trụ đất - xi măng

1.3.8.3 Kiểm tra và quản lý chất lượng: 1.3.8.3.1 Kiểm soát quá trình thi công:

Chất lượng thi công trụ đất - xi măng có thể phán đoán gián tiếp hoặc trực tiếp thông qua nhật ký thi công, thí nghiệm cường độ hoặc bằng đầu dò đơn giản

Kiểm tra chất lượng trong khi thi công trụ bao gồm: tính năng cơ học, chất lượng nguyên vật liệu, tỷ lệ trộn, … Trong khi thi công trụ phải kiểm tra từng trụ về: vị trí trụ, độ sâu đáy trụ, cao độ đỉnh trụ, độ thẳng đứng thân trụ, tốc độ xuyên/rút cần khoan, lượng chất kết dính, độ đồng đều của lượng bơm, độ dày chồng tiếp, thời gian ngừng nghỉ khi thi công, …

Nhật ký thi công là bảng ghi chép thực tế các công việc kín khuất ở hiện trường, phản ánh tình hình tuân thủ công nghệ thi công và các loại vấn đề nảy sinh trong trong thi công Khi ghi chép thi công phải tường tận, đầy đủ, ghi chép đúng sự thật và có người phụ trách chuyên ghi chép Đối chiếu với công nghệ thi công đã dự định trước khi thi công, rất dễ phán đoán được là thao tác thi công có đạt yêu cầu hay không Những vấn đề xảy ra trong thi công như mất điện, sự cố về máy, hết vữa / xi măng, … qua phân tích nhật ký cũng có thể biết được việc xử lý có được thỏa đáng hay không

1.3.8.3.2 Những biện pháp kiểm tra đất được xử lý:

Tính chất của đất được xử lý thì được dự đoán và/hoặc kiểm tra thông qua các nhóm thí nghiệm sau:

Thí nghiệm trong phòng với các mẫu trong phòng (trước khi thi công) Mẫu ướt lấy được của vật liệu lỏng tại hiện trường (trong quá trình thi công) Mẫu khoan lấy được của vật liệu đông cứng tại hiện trường (sau khi thi

công) Những phương pháp hỗn hợp, bao gồm những thí nghiệm vật lý (trong và sau

khi thi công) Nó nhắc lại rằng, những tính chất này ảnh hưởng bởi nhiều nhân tố tương tác lẫn nhau, bao gồm loại đất, số lượng và loại chất kết dính, tỷ lệ nước trên xi măng (N/XM), nhiệt độ trộn, điều kiện dưỡng hộ, môi trường và tuổi, mặc dù chính đặc tính cơ học của đất dường như là yếu tố quyết định nhất đến sự thay đổi cường độ Nó cũng chú ý rằng, chất lượng và tính chính xác của dữ liệu thu được có thể bị ảnh hưởng bởi bản chất của thí nghiệm

Thí nghiệm trong phòng: Thí nghiệm có giá trị cơ sở để chứng thực các giả định thiết kế cơ bản, chứng minh sự ảnh hưởng và tác động của những vật liệu khác nhau được sử dụng (cả tự nhiên và nhân tạo) Nó cũng rất hữu dụng trong việc xác lập các thông số cơ bản, kiểm tra nhanh hình dáng qua mối quan hệ giữa thông số cường độ khác nhau với sự thay đổi quá trình thi công Đặc biệt là nhiệt độ, điều này gắn liền với khối lượng đất được xử lý, cũng như khối lượng chất kết dính được đưa vào

Mẫu ướt: Đây là phương pháp phổ biến và rẻ tiền, đặc biệt là ở Mỹ Căn cứ vào sự thay đổi của chính đất được xử lý, lấy mẫu và quá trình dưỡng hộ, một dữ liệu phân tán rất rộng có thể được tiên đoán

Mẫu khoan: Việc đưa ra các mẫu khoan là một kỹ thuật mạnh mẽ, địa phương hóa và chiến lược, ngay cả khi được cung cấp các thiết bị, các kỹ năng và phương pháp tốt nhất (được dùng rộng rãi là ống khoan bộ ba), điều đáng chú ý là hầu hết các nhà thầu viện dẫn các mẫu khoan như là dữ liệu gốc cơ bản của họ về các đặc tính của nền đất đã được xử lý nói chung và cường độ nén nở hông nói riêng Sự phát triển vẫn tiếp tục trong kỹ thuật khoan mẫu Việc sử dụng thí nghiệm ba trục như là cách phản kháng lại những thí nghiệm nén nở hông sẽ mang lại kết quả nói chung là cao hơn và ổn định hơn

Các thí nghiệm địa vật lý cải tiến: Những nhà chuyên môn ở Nhật Bản đang nghiên cứu dùng những kỹ thuật địa vật lý có sẵn, như là ước lượng cường độ trụ, tình trạng nguyên vẹn và tính đồng nhất Nói chung là mỗi yếu tố được mô tả đầy triển vọng, cung cấp mối tương quan hợp lý với dữ liệu từ các mẫu khoan, nhưng dường như nó cũng cho ta thấy rằng phương pháp địa vật lý không được sử dụng thường xuyên Các dạng thông thường la :

Dùng sóng cắt địa chất Gia công định hình suất điện trở trong lỗ khoan Thí nghiệm tính nguyên vẹn bằng sóng âm biên độ thấp
Các thí nghiệm địa kỹ thuật cải tiến:

Đặc biệt ở các nước Bắc Âu, nơi mà cường độ của các trụ tương đối thấp, nhìn chung là nó thích ứng với các kỹ thuật thí nghiệm địa kỹ thuật có sẵn để minh họa cho cường độ cắt không thoát nước Việc thí nghiệm đều đặn các trụ đã được định vị ở các nước Bắc Âu được theo dõi bằng các báo cáo từ thấm kế (xuyên độ kế)

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN

TRỤ ĐẤT - XI MĂNG

2.1 Các thí nghiệm phục vụ thiết kế, thi công đất trộn xi măng:

Công việc tiến hành công đoạn thí nghiệm phục vụ cho việc thiết kế, thi công gia cố nền bằng phương pháp đất trộn xi măng bao gồm:

Khảo sát, xác định các điều kiện ban đầu của đất nền như các chỉ tiêu cơ lý, địa tầng, nước ngầm, …

Khảo sát sự tăng cường độ đất tự nhiên với xi măng thông qua các mẫu lấy được tại hiện trường Từ đó tìm ra hàm lượng xi măng tối ưu về mặt kinh tế và kỹ thuật

Kiểm tra trên trụ thi công thử nghiệm ở hiện trường để đánh giá sự tương thích giữa thiết kế và thực tế

2.1.1 Khảo sát địa chất khu vực công trình:

Nhằm xác định rõ các yếu tố về địa hình, địa mạo, mực nước ngầm, và các yếu tố khác, …

Các thông số cần xác định :
Địa hình của khu vực xây dựng
Mặt cắt địa chất

Kết quả thí nghiệm về các chỉ tiêu cơ lý của từng lớp đất
Địa chất thủy văn như cao độ mực nước ngầm

Tài liệu về công trình lân cận, môi trường xây dựng

2.1.2 Các thí nghiệm trong phòng:

Để thiết kế được nền gia cố bằng trụ đất - xi măng, cần phải biết được tính chất vật liệu tạo nên trụ Do đó mục đích chính của thí nghiệm là thông qua thí nghiệm trong phòng để xác định hàm lượng xi măng và các phụ gia khác nhằm phục vụ mục đích thiết kế

Đối với việc xác định cường độ: hiện nay giá trị cường độ trụ sử dụng trong thiết kế là R28 Để xác định giá trị này ta phải thực hiện trộn nhiều các hàm lượng xi măng khác nhau Với mỗi giá trị hàm lượng xi măng khác nhau, người ta chia ra làm nhiều tổ mẫu, mỗi tổ không nhỏ hơn ba mẫu Mỗi tổ mẫu được thí nghiệm theo tuổi mẫu 7 ngày, 14 ngày và 28 ngày

Các thông số khác cần xác định là chỉ tiêu cơ lý, cường độ chịu cắt, modul biến dạng của xi măng – đất

Từ kết quả các thí nghiệm thực hiện sẽ đưa ra khoảng áp dụng đối với mỗi loại đất nền và quyết định hàm lượng xi măng cũng như số lượng các trụ đất - xi măng cần phải thi công

2.1.3 Các thí nghiệm hiện trường:

Để kiểm tra chất lượng cũng như khả năng chịu tải của các trụ đất - xi măng có một khâu rất quan trọng là việc kiểm tra cường độ chịu lực của các trụ tại hiện trường Có nhiều thí nghiệm khác nhau để kiểm tra khả năng chịu lực của trụ tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể

Trước khi thi công đại trà, trong khu vực công trình cần phải thi công một số trụ 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 thể làm ảnh hưởng đến các thông số thiết kế và thi công Do đó các trụ thử nên bố trí đều trong khu vực gia cố Các thí nghiệm thường hay được sử dụng như: thí nghiệm nén nở hông UCT, xuyên tĩnh CPT, xuyên động DCPT, xuyên tiêu chuẩn SPT, nén ngang, nén tải trọng tĩnh thường được sử dụng cho mục đích này

Thí nghiệm nén nở hông UCT là thí nghiệm thông dụng nhất để xác định cường độ xi măng – đất Mặc dù thông dụng như vậy nhưng nguyên lý của nó hết sức đơn giản và dễ thực hiện Tuy nhiên thí nghiệm này bị hạn chế là sai số và nhạy cảm với mẫu do có các vết nứt cực nhỏ xuất hiện trong khi lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản

Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT, xuyên động DCPT: được tiến hành trước và sau khi gia cố để đánh giá độ đồng đều của trụ và hiệu quả của việc gia cố Thông qua các kết quả thí nghiệm xuyên như: sức kháng xuyên qc, ma sát bên Fs, có thể cả áp lực lỗ rỗng u (tùy thiết bị) Từ đó xác định được:

o Cấu tạo địa tầng khu vực khảo sát o Các chỉ tiêu cơ lý đất nền trước và sau khi gia cố: E, C, ϕ o Sức chịu tải của trụ đất - xi măng, …

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT: xác định được cấu tạo địa tầng, các chỉ tiêu cơ lý, …

Thí nghiệm nén tải trọng tĩnh: để xác định sức chịu tải của trụ đơn Qui trình gia tải, xác định sức chịu tải của trụ phải tuân theo các tiêu chuẩn thử tải của TCVN

Thí nghiệm nén ngang PMT: cho kết quả là quan hệ “áp lực – chuyển vị” của đất Từ PMT ta có thể tính được modul biến dạng của đất, dự báo được độ lún của công trình, và dự báo được sức chịu tải theo phương ngang Thí nghiệm này rất phức tạp, đòi hỏi phải có thiết bị tương đối hiện đại mới cho kết quả tin cây Tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế, tính toán mà kỹ sư thiết kế phải xác định các thông số tương ứng phục vụ cho công tác tính toán

2.2 Các phương pháp tính toán trụ đất - xi măng:

Hiện nay, vấn đề tính sức chịu tải và biến dạng của nền đất gia cố bằng trụ đất - xi măng vẫn còn là vấn đề tranh luận nhiều Nhưng tựu chung lại có 3 quan điểm chính sau:

Quan điểm trụ đất - xi măng làm việc như cọc (tính toán như móng cọc)
Quan điểm xem trụ và đất làm việc đồng thời (tính toán như đối với nền thiên

nhiên)
Một số nhà khoa học lại đề nghị tính toán theo cả hai quan điểm trên, nghĩa là

sức chịu tải thì tính toán như “cọc”, còn biến dạng thì tính toán theo nền Sở dĩ các quan điểm trên chưa hoàn toàn thống nhất bởi vì bản thân vấn đề phức tạp, những nghiên cứu về lý thuyết và thực hành về vấn đề này chưa nhiều

2.2.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ đất - xi măng làm việc

như cọc [4]:

2.2.1.1 Đánh giá ổn định trụ đất - xi măng theo trạng thái giới hạn 1:

Khả năng chịu lực của công trình phụ thuộc vào số lượng và cách bố trí các trụ đất - xi măng trong khối móng Kết quả phân tích tính toán thể hiện thông qua nội lực tác dụng lên trụ : M, N, Q

Để móng trụ đảm bảo an toàn cần thỏa mãn các điều kiện sau: Nội lực lớn nhất trong một trụ: Nmax < Qult/Fs

Moment lớn nhất trong một trụ: Mmax < [M] của vật liệu làm trụ Chuyển vị của khối móng: ∆y < [∆y]

Trong đó: Qult – Sức chịu tải giới hạn của trụ đất - xi măng [M] – Moment giới hạn của trụ đất - xi măng Fs – Hệ số an toàn

Việc tính toán nội lực trong thân trụ M, N, Q và chuyển vị móng trụ ∆y có thể dùng các phần mềm hiện có để tính toán Trong trường hợp không có phần mềm để tính toán, các điều kiện ổn định trên có thể viết lại như sau:

Trường hợp tải trọng đúng tâm:

Sult

Qn

N

Trong đó: Nmax – Tải trọng tác dụng lên mỗi trụ đất - xi măng ∑N – Tổng tải trọng tác dụng lên đài trụ

nc – Số lượng trụ trong móng Trường hợp tải trọng lệch tâm:

Sultiyix

Qx

xMy

yMn

N

∑∑

∑

22

2.2.1.2 Đánh giá ổn định trụ đất - xi măng theo trạng thái giới hạn 2:

Tính toán theo trạng thái giới hạn 2, đảm bảo cho móng trụ không phát sinh biến dạng và lún quá lớn:

Trong đó: [S] – Độ lún giới hạn cho phép ∑Si – Độ lún tổng cộng của móng trụ

2.2.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm như nền tương đương [4]:

Nền trụ và đất dưới đáy móng được xem như nền đồng nhất với các số liệu cường độ ϕtđ, Ctđ, Etđ được nâng cao (được tính từ ϕ, C, E của đất nền xung quanh trụ và vật liệu làm trụ) Công thức qui đổi tương đương ϕtđ, Ctđ, Etđ dựa trên độ cứng của trụ đất - xi măng, đất và diện tích đất được thay thế bởi trụ đất - xi măng Gọi as là tỉ lệ giữa diện tích trụ đất - xi măng thay thế trên diện tích đất nền

as =

Sp

A

Trong đó: Ap – Diện tích đất nền thay thế bằng trụ đất - xi măng As – Diện tích đất nền cần thay thế

Theo phương pháp tính toán này, bài toán gia cố đất có 2 tiêu chuẩn cần kiểm tra: Tiêu chuẩn về cường độ: ϕtđ, Ctđ của nền được gia cố phải thỏa mãn điều

kiện sức chịu tải dưới tác dụng của tải trọng công trình Tiêu chuẩn về biến dạng: Modul biến dạng của nền được gia cố Etđ phải thỏa

mãn điều kiện lún của công trình Có thể dùng các công thức giải tích và các phần mềm địa kỹ thuật hiện có để giải quyết bài toán này

2.2.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp:

2.2.3.1 Cách tính toán của Viện Kỹ Thuật Châu Á (AIT) [4]: 2.2.3.1.1 Khả năng chịu tải của trụ đơn:

Khả năng chịu tải giới hạn của trụ đơn đất – xi măng trong đất sét yếu được quyết định bởi sức kháng cắt của đất sét yếu bao quanh (đất phá hoại) hay sức bền của vật liệu trụ (trụ phá hoại) Theo tài liệu của D.T.Bergado [3] thì khả năng chịu tải giới hạn ngắn hạn của trụ đơn được xác định theo công thức sau:

Trường hợp nền nhiều lớp, công thức trên có thể biến đổi như sau:

Trong đó:

d - đường kính trụ Lcol - chiều dài trụ Cu.soil - độ bền kháng cắt không thoát nước của đất sét yếu bao quanh trụ đất – xi măng (được xác định bằng thí nghiệm tại hiện trường như thí nghiệm cắt cánh hoặc thí nghiệm xuyên tĩnh hình côn, …)

Giả thiết là sức cản mặt ngoài bằng độ bền không thoát nước của đất sét Cu.soil, và sức chịu ở chân trụ tương ứng là 9Cu.soil Kinh nghiệm đóng trụ cho biết sức cản do ma sát mặt ngoài của trụ đơn ít nhất cũng tương ứng với độ bền cắt không thoát nước của

vượt quá 30kN/m2 thì độ bền cắt bớt đi 0.5Cu.soil, thường dùng để tính sức cản mặt ngoài Sức chịu ở chân trụ treo (trụ không đóng vào tầng nén chặt) thường thấp hơn so với sức cản mặt ngoài Sức chịu ở chân trụ sẽ lớn khi trụ cắt qua tầng ép lún vào đất cứng nằm phía bên dưới có sức chịu tải cao Phần lớn tải trọng tác dụng sẽ truyền vào lớp đất ở dưới qua đáy trụ Tuy nhiên, sức chịu ở chân trụ không thể vượt quá độ bền nén của trụ

Trong trường hợp chịu tải là trụ đã bị phá hoại thì vật liệu trụ được xem tương tự như một lớp đất sét cứng nứt nẻ Nhận xét này dựa vào sự quan sát thí nghiệm chịu tải trên các trụ đơn đã được đào lên, phá hoại xảy ra dọc các mặt liên kết mà ở trong trụ có nở hông và độ bền cắt dọc theo mặt liên kết hay khe nứt sẽ quyết định độ bền nén chứ không phải độ bền cắt của hỗn hợp sét ở dạng cục hay hợp thể Độ bền cắt của hỗn hợp sét ở dạng cục hay hợp thể đặc trưng cho giới hạn trên của độ bền Khi xác định bởi thí nghiệm xuyên hay cắt cánh, giới hạn này vào khoảng 2 hay 4 lần độ bền cắt dọc theo mặt liên kết khó xác định bởi thí nghiệm nén nở hông

Khả năng chịu tải giới hạn ngắn ngày do trụ bị phá hoại ở độ sâu z:

Trong đó:

Kb : hệ số áp lực bị động; Kb = 3 khi ϕult.col = 30o Nếu ϕult.col = 30o thì σh = σp + 5Cu.soil Trong đó σp là tổng áp lực của các lớp phủ bên trên Công thức này được dùng khi thiết kế có xét đến áp lực tổng của các lớp phủ bên trên, vì áp lực đất bị động thay đổi khi chuyển vị ngang lớn

Do hiện tượng từ biến, độ bền giới hạn lâu dài của trụ thấp hơn độ bền ngắn hạn Độ bền lâu dài của trụ Qcreep.col có thể lấy từ 65% đến 85% của Qult.col Giả thiết quan hệ biến dạng – tải trọng là tuyến tính cho tới khi rão, có thể dùng quan hệ này để tính sự phân bố tải trọng σcreep, col và modul ép co của vật liệu trụ – tương ứng độ dốc của đường quan hệ Khi vượt quá độ bền rão, tải trọng ở trụ được coi là hằng số

2.2.3.1.2 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ:

Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ đất - xi măng phụ thuộc vào độ bền cắt của đất chưa xử lý giữa các trụ đất - xi măng và độ bền cắt của vật liệu trụ đất - xi măng Sự phá hoại quyết định bởi khả năng chịu tải của khối với các trụ đất - xi măng hay khả năng chịu tải của khối ở rìa khi các trụ đặt xa nhau

PHÁ HOẠI KHỐI

a) Phá hoại toàn khối b) Phá hoại cắt cục bộ Hình 2-1 Phương thức phá hoại có thể của nhóm trụ vôi/xi măng Trường hợp sự phá hoại quyết định bởi khả năng chịu tải của khối với các trụ đất - xi măng, lúc này khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ đất - xi măng được tính theo công thức, [3]:

1 .

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

Khả năng chịu tải giới hạn xét theo sự phá hoại cục bộ ở rìa khối trụ đất - xi măng phụ thuộc vào độ bền chống cắt trung bình của đất dọc theo mặt phá hoại gần tròn như trong Hình 2-1(b), [3]:

2.2.3.1.3 Tính toán độ lún tổng cộng:

Mô hình tính toán trình bày dưới đây có nguồn gốc từ mô hình cho các trụ vôi đã được Broms mô tả (1984), [3] Mô hình này cũng đã được sử dụng cho các trụ vôi / xi măng mềm và nửa cứng

Độ lún bên trong thể tích đất được gia cố chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau đây:

Tỷ số modul chịu nén của các trụ và đất không được gia cố
Phần các trụ chiếm chỗ trên bề mặt được gia cố

Các đặc trưng cố kết của đất mềm
Tải trọng rãõo của trụ

Thời gian đặt tải trọng quan hệ với việc thi công trụ
Tính thấm qua trong đất không gia cố và trong các trụ đất - xi măng Mô hình tính toán này giả thiết đất đồng nhất theo chiều sâu và mọi trụ đều có chiều sâu thiết kế như nhau Do có sự biến đổi trong các đặc trưng của đất không được gia cố và do ảnh hưởng của các chất gia cố, một cách kinh tế có thể dùng các trụ có chiều dài khác nhau Trong trường hợp như vậy các tính toán có thể xem xét đến biên độ lún cần phải làm với các chiều dài trụ khác nhau

Các tính toán ổn định bao gồm trường hợp bất lợi nhất và do đó có thể bổ sung cho phân tích không thoát nước, phối hợp phân tích thoát nước và hỗn hợp Đối với cấu tạo các lớp không đồng nhất, các mặt trượt hỗn hợp có thể quyết định giải pháp thiết kế

Độ lún tổng cộng của một công trình đặt trên nền đất gia cường bằng trụ vôi / xi măng gồm 2 thành phần là độ lún cục bộ của khối được gia cố (∆h1) và độ lún của đất không ổn định nằm dưới khối (∆h2) Có 2 trường hợp xảy ra:

Trường hợp A: tải trọng tác dụng tương đối nhỏ và trụ chưa bị rão
Trường hợp B: tải trọng tương đối cao và tải trọng dọïc trục tương ứng

với giới hạn rão của trụ

Các nghiên cứu chỉ ra rằng trụ và đất không gia cố giữa các trụ bị biến dạng như một đơn nguyên và sự co ngắn dọc trục trụ tương ứng với độ lún của đất xung quanh Khi cùng biến dạng tương đối, ứng suất dọc trục trụ được biểu thị như sau :

soilScol

Scolcol

EaE

a

qA

)1( −+=

=

Trong đó:

q - áp lực tiếp xúc trung bình

4 =

Sdas π

Esoil, Ecol - modul biến dạng của đất bao quanh và vật liệu trụ

d

s

AcolAs+Acol

Hình 2-2 Sơ đồ tính tỉ số diện tích thay thế ♦ Trường hợp A:

Độ cứng tương đối của trụ có tính đến tác dụng của đất không ổn định, sẽ quyết định sự phân bố tải trọng giữa trụ và đất không ổn định nằm kế, kiến nghị dùng giá trị modul nén lún của trụ Ecol = 250 Cu.col , [3], với Cu.col là sức kháng cắt không thoát nước của trụ

2

SÉT

Hình 2-3 Mô hình tính lún trường hợp A