Nội dung nghiên cứu:- Dac điểm nên đất yếu ở ĐBSCL;- Tinh hình nghiên cứu, ứng dụng giải pháp cọc XMĐ;- Co sở lý thuyết phương pháp tính toán thiết kế CXMĐ;- Cong nghệ thi công CXMB; - D
Trang 1NGUYEN DAC THONG
NGHIEN CUU XU LY NEN DUONGTREN DAT YEU NHIEM PHÈN O BEN LUC —- LONG AN
chuyện ngành: KỸ THUẬT XÂY DUNG CONG TRINH NGAM
Trang 2CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HOC BACH KHOA —-DHQG -HCM
Họ và tên, hoc ham va học vị Chit ký
Cán bộ hướng dân khoa học
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Truong Dai học Bách Khoa, DHQG Tp HCMngày tháng năm 2016
Thành phân Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đông cham bao vệ luận văn thạc si)
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOOA
Trang 3TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA KT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
Tp.HCM, ngày TÌ tháng 01 năm 2016
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Đắc Thông MSHV: 7140137Ngày, thang, năm sinh: 01/04/1990 Noi sinh: DaklakChuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm Mã ngành: 60580204
I TÊN DE TÀINghiên cứu xử lý nên đường trên đất yếu nhiễm phèn ở Bến Litc — Long An.ll NHIEM VU VÀ NỘI DUNG
1 Nhiém vu:- Thí nghiệm tron mau đất với các ham lượng xi măng và phụ gia khác nhau đốivới đất nhiễm phèn ở Long An dé xác định hàm lượng xi mang và loại phụ gia phùhợp cho cường độ lớn nhất và đảm bảo cường độ mục tiêu cho nền đường.
- Tinh toán 6n định nền đường trên đất yếu đã xử lý với giải pháp gia có đấtbăng xi măng.
2 Nội dung:Mở đầuChương 1: Tổng quan xử lý nền đất yếu cọc xi măng đất.Chương 2: Cơ sở lý thuyết cọc xi măng đất và tính toán thiết kế cọc xi măngđất
Chương 3: Thí nghiệm trong phòng xác định cường độ mẫu đất trộn xi măng.Chương 4: Ung dụng tính toán cọc xi măng đất gia cố nên đường dẫn vao cầu
Long Sơn — Bên Luc — Long An.Kết luận và kiến nghị
Ill NGÀY GIAO NHIỆM VU: 11/01/2016IV NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 17/06/2016Vv CÁN BO HUONG DAN: TS DO THANH HAI
Tp HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
TS DO THANH HAI TS LÊ BÁ VINH
Trang 4v.v“ VY
Lot Cam On
Dé hoàn thành luận văn này, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ThayTS Đỗ Thanh Hải đã tạo điều kiện cho tôi được làm việc với công trình,dự án thực tế theo hướng dé tài nghiên cứu, đồng thời Thay cũng luôn tantình chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình viết Luận văn tốt nghiệp
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thây, Cô trong Bộ mônĐịa cơ nên móng đã tận tình truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báucho tôi trong suôt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường.
Cuôi cùng, xin gửi lời cam ơn đên bạn bè và đông nghiệp đã giúp đỡ,động viên, ủng hộ, chia sẻ dé tôi có thê hoàn thành luận văn của mình.
Tran trọng cảm on!
Tp HCM, tháng 06 năm 2016
Học viên
Nguyễn Đắc Thông
Trang 5TÓM TẤTCông nghệ cọc xi măng — đất đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thếgiới trong việc xử lý nên đất yếu Tại Việt Nam, phương pháp cọc xi măng đất đãđược sử dụng từ khá lâu nhưng còn hạn chế đối với khu vực Đông bằng Sông CửuLong.
Đề tài này tiến hành thí nghiệm trộn xi măng va đất với các hàm lượng xi
măng/đất (X/Ð) tương ứng với 150, 200, 300 (kg/m); và X/D với hàm lượng 200
kg/m và phụ gia ồn định đất DZ33: 2%, 4%, 8% Dưỡng hộ với các thời gian khácnhau va dem thí nghiệm nén 1 trục nở hông Từ đó dé xuất ty lệ hợp lý dé đưa vào xửlý lún cho công trình.
Phan tính toán áp dụng với công trình đường ở Bến Lức — Long An sử dungphan mềm Plaxis đánh giá sức chịu tải của nên đất yếu, sự phân bố ứng suất, xác địnhđộ lún của nên dat Độ lún của nên sau khi gia cố bằng cọc xi măng đất (X/D = 200kg/m”) giảm xuống còn 12 cm so với 94 cm (giảm 87%)
Trang 6ABSTRACTTechnology soil — cement column were studied and widely in the world indealing soft soil foundation In Viet Nam, Soil-cement column method have beenapplied but limit application for reinforcement in the Mekong Delta.
This Thesis experiments on the mixture of soil and cement with the differentratio of cement/soil (X/D): 150, 200, 300 (kg/m?) And X/D 200 kg/m? with differentratio of DZ33 Soil Stabilizer additive: 2%, 4%, 8% Cured at varios durations andUnconfined compressive strength (UCS) test Therefore, evaluating the resultsobtained in order to propose ratio to analysis the settlement.
For the road embankment in Ben Luc —Long An, the Plaxis software is used toevaluate the bearing capacity of soil — cement piles in the soft soil layer, distributionstress, displacement and settlement of cement soil foundation The result of two cases:the parameters with (X/D = 200 kg/m”) and without reinforced cement, the settlementreducing 94cm to 12cm (reducing about 87%).
Trang 7Các giải pháp nêu trong luận văn được rút ra từ những cơ sở lí luậnvà quá trình nghiên cứu thực tiên.
Học viên
Nguyễn Đắc Thông
Trang 8MỤC LỤCPHAN MỞ ĐẦUU 2% A07 0E7cpTreptaetosdetostetosrenood 1
1 Tính cấp thiết của dé tài c2 2x22 3212121211211 2111211111111 re 33 Đối tượng nghiên CỨU - ¿2 5£ %2 SE SE SE‡E£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEETErrkrrerrrie 34 _ Nội dung nghiÊn CỨU -Ă c 0.0 re 3
5 Phuong pháp nghiÊn CỨU (<1 1119011119001 gen 36 _ Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của dé tài - 5+ c St k3 2x E1 vn 4
CHƯƠNG 1: TONG QUAN XU LÝ NEN DAT YEU BANG COC XI MĂNG
20 Ô 51.1 Tổng quan về đất yếu vùng Đồng bằng sông Cứu Long - 51.2 Tổng quan về coc xi măng đất (CXIMĐ), o5<5scss se seseseseseesesesesee 71.2.1 Giới thiệu ChunnØ - - << + 1000 9.00 0 re 71.2.2 Các kiểu bố trí CXME - c1 1 1 12 1 1212111111511 11211 1101211010111 de 91.2.3 Thực tế ứng dụng - 2 E52 S1 E1 1 11 1215111111211 11 2111111111110 111.3 Nhu cau sử dụng CXMD ở Long An và ĐBSCL -5-5-5<csese<2 131.4 Kết luận chương 1 -s- 5c << << << <sse se 9e eEsesesesesesessse 14
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYET CXMĐ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KE COC XI
MANG 57v Ô 152.1 Cơ sở hóa lý của CXMĐ o- 55c Em EnE EExEsEEEstseeersesessesesee 162.2 Cơ sé lý thuyết tính toán thiết kế CXÌMĐ 5-5ce< so se c<csceeeeseseses 172.2.1 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam — Tính toán nên gia cốtheo biến dạng ¿- ¿6-52 2E95% 219212321 391123112111 2111 1111111111111 172.2.2 | Phương pháp tính toán theo quy trình Nhật Bản - - 182.2.3 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Chau Au 202.24 Phương pháp tính toán theo quy trình của Trung Quốc 25
Trang 92.2.5 Tổng hợp các phương pháp tính toán - 25-52 2 55+c+£s+s+zzcszceẻ 262.26 _ Ưu và nhược điểm của các phương pháp tính lún -. -5-5- +: 272.3 Công nghệ thi công cọc xi măng đất trộn tÓf <-< << << eseses 282.3.1 Khái quát quá trình thi CÔng - 5 Ăn ng re 28
2.3.2 Cong nghệ thi công trộn ướt (Wet mixing, Jet — ørouting) 282.4 Các yếu tô ảnh hướng đến chất lượng cọc xi măng đất trộn ướt 3024.1 Ảnh hưởng của loại đất + 5+ Sx+s* x3 SE ExEkrkerkrrrrkrreee 302.4.2 Anh hưởng của tuổi xi măng — đất 2552 +s+c++xvrcxerecsererree, 302.4.3 Ảnh hưởng của loại xỉ măng - ¿5 + 5s+5e+x+Ex+xeEcxerkrkerkrrrrerrees 31244 Anh hưởng của ham lượng xi măng +25 2 2©c+c+cs+s+£zcsccee 3l24.5 Ảnh hưởng của hàm lượng nước +5 +s+5++s+zs+se+zserscree 3324.6 Ảnh hưởng của độ pH - ¿+ SE SE+E£ E93 EEEEEEEEkEEEkrkerkrkrrkrrees 3324.7 Ảnh hưởng của độ rỗng - + 2 + SE+E£ E3 £ESEEEEEEEEEEkrkerkrkrrkrreee 332.5 Các dạng phá hoại cọc xi măng đẤt - <5 << csscsesesessseeeseseseses 332.6 Kết luận chương 22 -<- << << 9E 3 99596 06 4524 sex 34
CHƯƠNG 3 THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ MẪU
DAT TRỘN XI MĂNGG d ° << sư g0 Hư 091990895 4 s56 353.1 Mục dich thí nghiỆ¡m << G G6 6 6 9 9 9 96 68 09990996.9608989999999686668669969666 35
3.2 Vật liệu thí nghiệm - s- <5 s° se Ess SEsS9Es5S9E39E5E555E3955859 55958552 353.2.1 Đất thínghiệm - + 5< SE E+EE S35 2151521211515 1111121 111151110 T1 cyy 353.2.2 Xi măng cọ re 38
3.2.3 NUGC veecccccccccccscsscsssscssscsssssscsscsssssscssssssesssssscsssssssssscsesesecsssesscssssseessesseees 39
3.24 os LT HSn HT HH TH HH H0 1121111111211 39
3.3 Dụng cụ thí nghiém Go << G 6 S9 9% 9999 96 88994 9968889999986889999956869996 433.3.1 Máy trộn xi măng đất - - + ©sSe Set E21 1 2 1115121111111 11 011g 43
Trang 103.3.2 Dụng cụ tao THẪU CC 113119195 11v 1113 1T ngưng 41
3.3.3 Máy nén một trục nở hông tự do SH 1 ee 45
3.4 Quy trình thí nghiém o5 G5 5 5s 5 6 99999 9.96 68994 996 8888899998889999666869996 463.4.1 Số lượng mau thí nghiệm -¿-¿- + 2 ©E++SE+E£EEE£E+ESEEEEEEEEErEerrrkrreee 463A2 Chế bị mẫu E211 1121111111 9 0151011111111 11 10111511 48
3.4.3 Thí nghiệm mẫu - - + 52 S2 SE SE E233 E23 13111115 111k 50
34A Kế hoạch thực hiỆn - - - EkSx SE E S111 11 1811511 513.5 Kết qua thí nghiiệm (<< s9 3s 596 eEsesesee 52
3.5.2 _ Cường độ của mau đất trộn xi măng với các hàm lượng phụ gia khác nhau
553.5.3 Kết quả cường độ của mẫu đất trộn xi măng theo thời gian 573.6 Nhận xét, kết luận chương 3 << << << << ssese se eeseseses 61
CHUONG 4 UNG DUNG TÍNH TOÁN CXMD GIA CO NEN DUONG DANVÀO CÂU LONG SON — BEN LUC — LONG AN s<-cessccceeseere 62
4.1 Giói thiệu công frÌnnh << << 6 S9 9% 9999.996 689094 996898869999868899996966869996 624.1.1 Thông tin chung về công trình -¿- - ¿+ 2 ++++x+xe+xvxecxererrerersees 624.1.2 Các thông số kỹ thuật của tuyến đường - - 5s©5<+s+cscxsrecsee 644.1.3 tải trọng tác Ụng - nọ nọ 644.2 Đặc điểm địa chất khu VựCC - << se << se <sseEs eEssessseeesesese 654.3 Tính toán độ lún và 6n định của nền đường khi chưa gia cố bằng Plaxis 664.3.1 Giới thiệu về PlaXis -5- 5£ S+2S< SE Sx E2 2E 2E tre 664.3.2 Thông số sử dụng trong phan MEM cececccsescssessesessesessesessesessesesseeeeseenes 674.3.3 Mô hình và kiểm tra 6n định nền bằng Plaxis - 2552 s52 G7
Trang 114.3.4 Phan tích kết quả tính toán +- +5 + +s+S£+E£+£+E+EE+EeEekererrerkcrereee 7]4.4 Thiết kế xử lý nền đường bang giải pháp CXMD <-5<<<<<cs 714.4.1 Thông số cọc xi măng đất -:- ©2523 E11 1E EEEEckrre re 7]44.2 Các thông số đầu vào cho mô hình - 2+ 2s s+s+se+s+z+zx+zszsee: 714.443 Kết quả phân tích :- + +52 St+ESESEEEEE22111 211211121211 734.5 Nhận xét, kết luận chương 4 << < << << se ssese se eseseseses 78Kết luận và kiến nnghj, - << << << sư 9599596 4524 sex 79Tài liệu tham khảO < << << 6 6 6 99 9% 8999.49.96 8994.996 990994.998988995999889499006869496066666 81Phụ LUC G55 6 6 99999 .96 9.9094.900 08000949.10089899994.96990696800994966666860996066 83
Trang 12PHẢN MỞ ĐẦU1 Tính cấp thiết của đề tài:
Nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, mạng lưới giao thông đã vàđang được xây dựng với tốc độ ngày càng lớn Các công trình xây dựng thường tậptrung ở những nơi có điều kiện kinh tế, giao thông thuận lợi tuy nhiên phan lớn lại batlợi về điều kiện địa chất công trình Tại đây, cầu trúc nền thường rất phức tạp gồmnhiều lớp đất yếu, có chiều dày lớn, phân bố ngay trên mặt Khi xây dựng nền đườngviệc lựa chọn giải pháp thiết kế nên móng thường gặp nhiều khó khăn Khó khăn là ởchỗ, chọn giải pháp vừa đáp ứng được yêu cầu của kết cau, vừa đảm bảo tiến độ thicông va giá thành hợp ly.
Khu vực Đồng bang sông Cửu Long (ĐBSCL) nói chung và ở Long An nóiriêng đều liên quan đến thuật ngữ “nền đất yếu” ĐBSCL có đặc trưng là vùng trũngthấp, sông ngòi chăng chịt, đất sét bão hòa rất yếu, ngập lũ thường xuyên hàng nămnên biến dạng theo thời gian rất lớn là điều tất yếu Điều đó cho thay mức độ phức taptrong xây dựng liên quan tới yêu cầu ôn định nền móng công trình do đất yếu gây ra
Trang 13Hiện nay, việc xử lý nên đất yếu khi xây dựng nền đường đã và đang áp dụngnhững biện pháp như: thay thế một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu bằng lớp vật liệu cóchỉ tiêu cơ lý tốt hơn, sử dụng vải địa kỹ thuật, bắc thắm, cọc cát, giếng cát, cọc đấtgia cô xi măng
Giải pháp gia cố sâu bằng cọc ximăng đất (CXMĐ) đã được áp dụng nhiều vàrộng rãi để gia cô sâu đất nền Đây là giải pháp hữu ích, không cần thời gian chất tải,tăng cường độ 6n định của nền và chứng tỏ nhiều lợi thế về hiệu quả kỹ thuật và kinhtế Một số dự án lớn ở ĐBSCL: Đường vào sân đỗ cảng hàng không Cần Thơ, đườngbăng sân bay Cần Thơ, công Lung Dừa — Ca Mau đã sử dụng giải pháp nền đất yếutheo phương pháp này Kết qua xử lý đảm bảo 6n định, có hiệu quả kinh tế cho cáccông trình.
Tỉnh Long An có diện tích 4.491,22 km”, trong đó đất yếu có bề dày lớn phânbó rộng Chiều sâu lớp đất yếu thay đổi từ vai mét đến vài chục mét, đất thường cótính nhiễm phèn cao Chất lượng CXMĐ được quyết định bởi nhiều yếu tố mà đặcđiểm đất phèn có ảnh hưởng không nhỏ đến cường độ của đất gia có
Trang 14Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu xử lý nền đường trên đất yếu nhiễm phèn ở BếnLire — Long An” là cần thiết, phục vụ cho sự phát triển giao thông và mục tiêu pháttriển kinh tế lâu dài của Tỉnh và các vùng lân cận.
2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:Mục đích chính của đề tài là: xác định khả năng ứng dụng giải pháp CXMĐ,lựa chọn loại xi măng và hàm lượng chất phụ gia phù hop dé xử lý nên đường trên đấtyếu nhiễm phèn thuộc huyện Bến Lức — Long An
3 Đối tượng nghiên cứu:Đối tượng dé tài tập trung nghiên cứu là giải pháp CXMD và nên đất yếu trongphạm vi huyện Bến Lức — Long An
4 Nội dung nghiên cứu:- Dac điểm nên đất yếu ở ĐBSCL;- Tinh hình nghiên cứu, ứng dụng giải pháp cọc XMĐ;- Co sở lý thuyết phương pháp tính toán thiết kế CXMĐ;- Cong nghệ thi công CXMB;
- Dac điểm nên đất yếu ở Long An;- Nghiên cứu, lựa chọn loại XM và chất phụ gia tạo CXMD cho đất yếu nhiễmphèn ở Long An;
- Ung dụng giải pháp CXMD cho công trình thực tế ở Long An dé khang địnhhiệu quả của giải pháp.
- _ Sử dụng phần mém dé kiểm tra lại nền đất yếu gia có bang CXMĐ ở Long An.5 Phương pháp nghiền cứu:
- _ Nghiên cứu các lý thuyết tính toán cọc xi măng đất và áp dụng tính toán khảnăng chịu tải, độ lún, sức kháng cat dé gia cô dưới nên đất yếu
- Thi nghiệm: Chế bi mẫu đất trộn xi măng với các hàm lượng xi măng va phụgia khác nhau cho đất tại khu vực cần nghiên cứu, từ đó tìm ra hàm lượng thích hợpcho địa chất khu vực đó
- M6 phỏng: Dùng phần mềm Plaxis mô phỏng dé thay được hiệu quả của việc
Trang 15xử lý nền đất yếu, tìm ra hàm lượng xi măng, phụ gia phù hợp.6 Y nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài:
- é tài làm rõ hơn ứng xử của cọc XMĐ trong điều kiện địa chất ở khu vựchuyện Bến Lức — Tinh Long An, từ đó có những số liệu đánh giá khái quát về khanăng ứng dụng của cọc XMD cho các khu vực có địa chất tương tự
- Gop phần làm rõ hơn mối quan hệ giữa các thông số cọc XMD từ kết quatrong phòng thí nghiệm và hiện trường Từ đó đưa ra những thông số tương quan ápdụng cho công trình ngoài thực tế
Trang 16CHƯƠNG 1
TONG QUAN VE GIẢI PHÁP XỬ LÝ NEN ĐẤT YEU
BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT1.1 Tong quan về đất yếu vùng Đồng bang sông Cứu Long:
Thuật ngữ “đất yếu” rat quen thuộc trong khoa hoc xây dựng, đặc biệt là tronglĩnh vực địa kĩ thuật Đất yếu được hiểu là đất không đủ sức chịu tải, không có đủ độbền và biến dang rất nhiều, do vậy không thé dùng làm nền tự nhiên cho công trìnhxây dựng.
Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị phá hoại do bị lún, sập hayhư hỏng khi xây dựng trên nên đất yếu là do không có những biện pháp xử lý phù hop,không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nên đất Do vậy việc đánh giáchính xác các tính chất co lý của nền đất yếu dé làm cơ sở và dé ra các giải pháp xử lýnền móng phù hợp là một van đề hết sức quan trọng, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽgiữa năng lực kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, hướng đếngiảm được tôi đa các sự co, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nên dat yêu.
Đất yếu có các đặc tính là: hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước S >
0,8, độ sệt lớn (B > 1), khả năng chống cat bé (c và ‹ọ bé), khả năng thấm nước bé, hệsố rỗng e lớn (e > 1,0), đất có tính nén lún lớn (a > 0,1 cm*/kg), modules biến dangnhỏ (E < 50 kg/cm’), dung trọng bé
Tang tram tích mới ĐBSCL là đối tượng nghiên cứu chủ yếu về mặt địa chấtcông trình Các lớp đất chính thường là loại sét hữu cơ và sét không hữu cơ trạng tháiđộ sệt khác nhau Bên cạnh đó còn phải kế đến những lớp đất cát, sét bùn lẫn vỏ sòsạn laterit Ngay trong sét còn gap các vệt cát mong.
Dựa theo hình trụ các hỗ khoan trong phạm vi độ sâu khoảng 30m của các côngtrình thuộc các tỉnh Long An, Tiền Giang, Vĩnh Long, Hậu Giang, Cà Mau, Bạc Liêu,Thành phố Hồ Chí Minh có thể phân các lớp đất như sau:
Lớp đất trên mặt: dày khoảng 0,5 — 1,5m gồm những loại sét hạt bụi đến hạtcát, có màu xám nhạt đến đến vàng xám Có nơi là bùn sét hữu cơ màu xám đen Lớpnày có nơi năm trên mực nước ngầm và có nơi nằm dưới mực nước ngầm (vùng sìnhlầy)
Trang 17BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG ĐẤT YẾUỞ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG |
-Ẻ»*———-————~
BIỂN TÂY
GHI CHỦ
| - ĐẤT BUN SET MAU XÁM XANH THAM
II BAT BUN SÉT, SET PHA CAT, SUN CAT Pra SETXEN KEP VOI CÁC LOP CAT PHA SET
lil CAT HAT MEN, CAT PHA SET XEN KEP IT BUN CAT PHA SETIV - ĐẤT THAN BUN XEN KEP SUN SET, BUN SET PHA CAT
CAT BỤI, CAT PHA SETV ‹ BUN SET PHA CAT VA GUN GAT PHA SET NGAP NƯỚC
Hình 1.3 Ban đồ phan bô dat yeu ở DBSCLLớp sét hữu co: nam dưới lớp mặt là lớp sét hữu co, có chiều day thay đối từ 3— 4m (Long An), 9 — 10m (Thạch An, Hậu Giang), 18 — 20m (vùng Long Phú, HậuGiang) Chiều dày lớp nay tăng dan về phía biển Lớp sét hữu cơ thường có mau xámđen, xám nhạt hoặc vàng nhạt Hàm lượng sét chiếm khoảng 40 — 70% Hàm lượnghữu cơ thường gặp từ 2 — 8%, các chất hữu cơ phân giải gần hết Ở lớp gần mặtthường có những khối hữu cơ ở dạng than bùn
Lớp sét cát lẫn it sạn, mảnh vụn laterit và vỏ sò: lớp này dày khoảng 3 — 5m,thường năm chuyên tiếp giữa lớp sét hữu co với lớp sét không hữu cơ Cũng có nơinhư Mỹ Tứ (Hậu Giang) lớp cát lại năm giữa lớp đất sét Lớp này không liên tục trêntoàn vùng ĐBSCL.
Trang 18Lớp sét không lẫn hữu cơ: lớp đất sét này khá dày xuất hiện ở các độ sâu khácnhau Một số hỗ khoan ở Long An cho thấy lớp đất sét tương đối chặt năm cách mặtđất 3 — 4m Ở những nơi khác lớp đất sét tương tự nằm cách mặt đất 9 — 10m (ThạchAn, Hậu Giang), 15 — 16m (Vinh Quy, Tân Long, Hậu Giang), 25 — 26m (Mỹ Thanh,Hậu Giang), càng gân ven biên, lớp đât sét càng năm sâu cách mặt đât tự nhiên.
1.2.1, Giới thiệu chung
Cọc xi măng đất (hay còn gọi là cột xi măng đất, trụ xi măng đất) - (Deep soilmixing columns, soil mixing pile) Cọc xi măng đất là hỗn hợp giữa đất nguyên trạngnơi gia cố và xi măng được phun xuống nên đất bởi thiết bị khoan phun Mũi khoanđược khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia cô thi quayngược lại và dịch chuyến lên Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được phunvào nền dat (bang áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bang bơm vữa đối với hỗnhợp dạng vữa ướt).
Trang 19Pham vi ứng dung:Khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu cần phải có cácbiện pháp xử lý đất nền bên dưới móng công trình, nhất là những khu vực có tầng đấtyếu khá dày như vùng Nhà Bè, Bình Chánh, Thanh Da ở thành phố Hồ Chí Minh vàmột số tỉnh ở đồng bằng sông Cửu Long.
Cọc xi măng đất là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu Cọc xi măngđất được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nên đất yếu cho các công trìnhxây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng như: làm tường hào chống thấmcho đê đập, sửa chữa thấm mang cống va đáy công, gia có đất xung quanh đườngham, ôn định tường chan, chong trượt dat cho mai doc, gia cô nên đường, mô câudẫn
6 - Chống nâng hay hồ đào7 - Chống chuyển dịch ngang của móng cọc.8 - Dé biến 9 - Ngăn nước
Trang 20Uu điểm:So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, công nghệ cọc xi măng đất có ưuđiểm là khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô chođến bùn yếu), thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điềukiện hiện trường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đã đưa lại hiệu quả kinh tẾ rõ rệt sovới các giải pháp xử lý khác (nếu sử dụng phương pháp cọc bê tông ép hoặc cọckhoan nhỏi thì rất tốn kém do tang đất yếu bên trên dày) Với 1 trường hợp đã áp dụngvới lớp đất dày 30m, thì khi sử dụng phương pháp cọc - đất xi măng tiết kiệm cho mỗimóng xi lô khoảng 600 triệu đồng.
Ưu điểm nổi bật của cọc xỉ măng đất là:Thi công nhanh kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tô rủi ro cao.Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cườngđộ (ví dụ tai dự an Sunrise) Tốc độ thi công cọc rất nhanh
Hiệu quả kinh tế cao Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng, đặcbiệt trong tình hình giá vật liệu leo thang như hiện nay.
Rất thích hợp cho công tác xử lý nên, xử lý móng cho các công trình ở các khuvực nên đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển
Thị công được trong điều kiện mặt băng chật hẹp, mặt băng ngập nướcKhả năng sử lý sâu (có thể đến 50m)
Dia chất nên là cát rất phù hợp với công nghệ gia cô ximăng, độ tin cậy cao.1.2.2 Các kiểu bỗ tri CXMB:
Tuy theo điều kiện tác dụng của tải trọng cũng như mục đích sử dụng ma Cocximang dat được bô trí theo các kiêu khác nhau như: kiêu đơn, kiêu đôi, kiêu dải, kiêulưới tam giác hoặc ô vuông kiêu diện, kiêu khôi
- Kiéu đơn: bô trí cọc theo lưới 6 vuông hoặc lưới tam giác thường được áp dungcho việc gia cô các khôi dat dap nên đường hoặc các côngtrình chịu tải trọng thangđứng lón.
- Kiéu dai: bô trí cọc theo kiêu dai đê gia cô cho các hô đào, các công trình ônđịnh mái dốc, các công trình có lực ngang tác dụng lớn
Trang 21dụng và công nghiệp, các cọc được bô trí bên dưới móng công trình.
3 - Kiểu khối; 4 - Kiểu diện
Hình 1.7 Bo trí cọc ximang đất trộn uot trên mặt dat
Trang 221.2.3 Thực té ứng dung:
Trên thế giới:Nước ứng dụng công nghệ xi măng đất nhiều nhất là Nhật Bản và các nướcvùng Scandinaver Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung trong giaiđoạn 80-96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3 BTD Riêng từ 1977 đến 1993, lượngđất gia cố bằng xi măng ở Nhật vào khoảng 23,6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển vàtrong đất liền, với khoảng 300 dự án Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m3
Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, tổng khối lượng xửly bằng cọc xi măng đất ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m3 TạiChâu Âu, nghiên cứu va ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển va Phan Lan bắt đầu từ năm1967 Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (6m cao 8m dai) đã được xây dựng ở PhanLan sử dụng cột vôi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng và chiều dàicột về mặt khả năng chịu tai
Tại Việt Nam:
Tại Việt nam, phương pháp này được nghiên cứu từ những năm dau của thập ky
80 (thé ky trước) với sự giúp đỡ của Viện Địa kỹ thuật Thuy Điền (SGI) với một thiết bithi công, do TS Nguyễn Trap làm chủ trì Dé tai được kết thúc vào năm 1986 thiết biđược chuyển giao cho LICOGI
Từ năm 2002 đã có một số dự án bat dau ứng dụng cọc xi măng dat vào xây dựngcác công trình trên nên dat, cụ thé như: Dự án cảng Ba Ngòi (Khanh Hòa) đã sử dụng4000m cọc xi măng đất có đường kính 0,6m thi công băng trộn khô; xử lý nền cho bồnchứa xăng dau đường kính 21m, cao 9m ở Cần Thơ Năm 2004 cọc xi măng dat được sửdụng dé gia cố nền móng cho nha máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng chobồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ (Hải Phòng), các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộnkhô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m Tháng 5 năm 2004, các nhà thầu Nhật Bản đã sửdụng Jet - grouting dé sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhôi của cầu Thanh Trì (Hà Nội).Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dung cọc xi măng đất như: dự án thoát nước khu đôthị Đồ Sơn - Hải Phong, dự án sân bay Can Tho, dự án cảng Bạc Liêu
Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoanphut cao áp (Jet-grouting) từ Nhat Bản Dé tai đã ứng dung công nghệ và thiết bị nàytrong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, ảnh
Trang 23hưởng của ham lượng XM đến tính chat của xi măng dat, nhăm ứng dụng cọc xi măngđất vào xử lý đất yêu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi Nhóm dé tai cũng đã sửachữa chống thắm cho Cống Trại (Nghệ An), Cống Rạch C (Long An)
Tại thành phố Đà Nẵng, cọc xi măng đất được ứng dụng ở Plazza Vĩnh Trungdưới 2 hình thức: Làm tường trong dat và làm cọc thay cọc nhôi
aaWeaame
dụng cọc xi măng đất dé chống mat 6n định công trình hồ bán nguyệt — khu đô thị PhúMỹ Hưng, dự án đường trục Bắc — Nam (giai đoạn 3) cũng kiến nghị chọn cọc xi măngđất xử lý đất yếu
Trang 24Bang 1.1 So liệu về một số công trình su dụng cọc xi mang datno ` Đường kính cọc | Tổng mét dài | Công nghệSTT Tên công trình ¬ R
(m) đã thi công (m) trộn
D ` ` ^ đỗ 2
1 |e 0.6 32.000 Tron ướthang khong Can Tho
Nha máy điện Nh
2 anne 06 15.000 Trộn khô
Trach I Dong NaiĐường nối cầu Thủ3 | Thiêm với đại lộ Đông 0.6 100.000 Trộn khô
TâyHam chui đường sắt4 | vành đai đường Láng 0.6 150.000 Tron khô
Hoa Lac Km 7+358Duong bang san b
5 |e 0.6 300.000 Tron ướtCan Tho
1.3 Nhu cầu sử dung CXMD ở Long An và ĐBSCL:
Long An nói riêng và ĐBSCL nói chung là khu vực có địa tầng yếu Với mụctiêu và hướng phát triển chung là phát triển đô thị, việc chọn giải pháp và công nghệxử lý nên thích hợp với địa chất khu vực là điều cần thiết và cấp bách
Song, với việc xây dựng công trình trên nền đất yếu đã gặp không ít khó khantrong công tác xử lý nền đất yếu Trong khi đó một số biện pháp xử lý nền đất yếutruyền thông chưa mang lại hiệu quả cao như mong muôn.
Trong những giải pháp xử lý nền hiện nay, công nghệ CXMĐ có ưu điểm làkhả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu của khu vực ĐBSCL, thicông được cả trong điều kiện ngập sâu trong nước (ví dụ như một phan diện tích củaLong An vào mùa lũ) hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đãmang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt so với các giải pháp xử lý khác (nếu sử dụng phươngpháp cọc bêtông hoặc cọc khoan nhồi thì rất tốn kém) Qua khảo sát một số côngtrường đã áp dụng với lớp đất dày hơn 30m, thì khi sử dụng phương pháp CXMĐ tiếtkiệm cho môi móng chi phí rat lớn.
Một trong những công ty hàng đầu của Nhật Ban trong công tác xử lý nền đấtyếu đã hợp tác tiến hành công tác thi công thử nghiệm gia cố nền đất yếu bangphương pháp CXMD tại khu vực ĐBSCL (Đường vào sân đỗ cảng hang không Cần
Trang 25Tho hay đường bang sân bay Can Thơ) Kết quả đạt được cho thay phương pháp cótính khả thi cao, phù hợp với điều kiện nên đất yếu ở Việt Nam đặc biệt là khu vựcĐBSCL nói chung va Long An nói riêng.
Những thuận lợi và khó khăn của khu vực Long An:
- Thuan lợi:e Có nhu cầu xử lý nền đất yếu rất lớn; đặc điểm cau trúc nền đất yếu có triểnvọng với giải pháp CXMD;
e Vật tư, thiết bị và máy móc có tại địa phương và các vùng lân cận có thé dapứng xử lý nền đất yêu bang CXMĐ;
e Có sự chuyến giao công nghệ khoa học về CXMĐ.- Kho khăn:
e Nhan sự nam bắt khoa học va công nghệ CXMD còn hạn chế:e Địa chất phức tạp sẽ gây khó khăn trong việc xử lý nền đất yếu;e Ham lượng min, hữu co, thành phan khoáng vật đặc biệt là tính nhiễm phèn,độ pH của đất có ảnh hưởng đến việc xử lý nền, đặc biệt là CXMĐ
1.4 Kết luận chương 1- _ Đất yếu là loại đất có sức chịu tải thấp, có tính biến dạng lớn Vì vậy nhất thiếtphải được xử lý khi xây dựng công trình.
- Pat yéu ở ĐBSCL phân bố trên phạm vi rộng, có chiều dày lớn chủ yếu là bùnsét, bùn sét pha, bùn cát pha, sét pha, cát pha trong trạng thái chảy, đất thường chứahữu cơ Ở ĐBSCL, đặc biệt là Long An nhiều nơi đất bị nhiễm phèn ảnh hưởng đếnhiệu quả của các giải pháp xử lý đặc biệt là các giải pháp dùng các chất kết dính nhưvol, xI măng
- CXMĐ là giải pháp xử lý nền đất yếu đã và đang được ứng dụng hiệu qua ởnhiều nước trên thế giới Ở Việt Nam, giải pháp CXMĐ cũng đã được thử nghiệm vàáp dụng đạt hiệu quả tốt đặc biệt là với các công trình có quy mô không quá lớn, đấtyếu dày như ở ĐBSCL
- _ Việc nghiên cứu áp dụng CXMD ở Long An còn rất hạn chế và chưa được thửnghiệm Do vậy việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán thiết kế
Trang 26CXMĐ, đặc biệt là các yếu tố như loại chất kết dính (xi măng và chất phụ gia) để ápdụng có hiệu quả cao giải pháp CXMĐ trong điều kiện đất nhiễm phèn ở Long An làvân đề cân nghiên cứu trong đê tài này.
Trang 27CH ƠNG2CƠ SỞ LÝ THUYÉT CỌC XI MĂNG ĐẤTVÀ TÍNH TỐN THIẾT KE COC XI MĂNG DAT2.1 Cơ sở hĩa lý cua CXMD:
Vật liệu sử dụng làm chất gia cơ là xi măng Portland Xi măng Portland đượcsản xuất băng cách cho them thạch cao vào clinker và nghiền nhỏ thành bột Clinkercĩ cau tạo từ các thành phần: 3CaO.SiO,, 2CaO.SiO,, 3CaO.ALO, và
4CaO.Al,O,.Fe,O,.
Sản phẩm thủy hĩa của xi măng xảy ra nhanh và phần lớn cường độ của cọcđạt được sau vài tuần Hydrat Canxi được hình thành trong quá trình thủy hĩa cùngcác phản ứng với các hạt đất sét làm tăng thêm cường độ của đất nhưng phản ứng nàyxảy ra rất chậm kéo dài trong vài năm
Quá trình hình thành cường độ của CXMĐ là quá trình biến đổi hĩa lý phứctạp, cĩ thể chia làm 2 giai đoạn chính: giai đoạn ninh kết và giai đoạn răn chắc Trongthời gian ninh kết, vữa xi măng mat dan tính dẻo và đặc dan lại nhưng cường độ cịnthấp Trong giai đoạn rắn chắc, chủ yếu xảy ra quá trình thủy hĩa các thành phankhống vật của clinker gồm Silicat tricalcit 3CaO.SiO, , Silicat bicalcit 2CaÒ.S¡Ĩ,,Aluminat tricalcit 3CaO.AL,O, , Fero-aluminat tetracalcit 4CaO.ALO,.Fe,O,, phan unthủy hĩa cĩ thé biểu diễn:
3Ca0.SiO, +nH,O = Ca(OH); + 2CaO.S¡O,.(n — HO2CaO.SIO, +mH,O = 2CaO.SiO, mH ,O
3CaO.Al,O, + 6H,O = 3CaO.Al,O,.6H,O4Ca0.Al,O,.Fe,0, +nH,O = 3CaO.Al,O0,.6H,O + CaO.Fe,O,mH,O
Các sản phẩm chủ yếu được hình thành sau quá trình thủy hĩa là Ca(OH), ,3CaO.ALO,.6H,O, 2CaO.SiO,znH,O và CaO.Fe,O,mH,O Quá trình ninh kết củaxi măng cĩ thê chia ra làm 3 giai đoạn cơ bản như sau:
Giai đoạn hịa tan: Ca(OH), , 3CaO.Al,O,.6H,O sinh ra sau qua trình thủy hĩa hoatan được trong nước sẽ diễn ra ngay lập tức tạo thành thể dịch bao quanh mặt hạt ximang.
Giai đoạn hĩa keo: khi đến một giới hạn nào đĩ, lượng các chất Ca(OH )„,3CaO.Al,O,6H,O khơng thể hịa tan được nữa và sẽ ton tại ở dạng thể keo ChatSilicat bicalcit (2CaO.SiO, ) Khơng hịa tan sẽ tách ra ở dang phan tán nhỏ trong dungdịch, tạo thành dạng keo phân tán Lượng keo này ngày càng sinh ra nhiều, làm chocác hạt keo phân tán tương đơi nhỏ kết tụ lại tạo thành những hạt keo lớn hơn ở dạng
Trang 28sệt khiến cho xi măng mắt dan tính dẻo và ninh kết lại dan dan nhưng chưa hình thànhcường độ.
Giai đoạn kết tinh: Ca(OH),, 3CaO.ALO 6H,O từ dang thé ngưng keochuyển sang dạng kết tinh, các tinh thé nhỏ đan chéo nhau làm cho xi măng bat đầu cócường độ, 2CaO.SiO, mH,O ton tại ở dạng thể keo rất lâu, sau đó có một phânchuyên thành tinh thé Do hàm lượng nước ngày càng mat đi, keo dan dan bị khô, ninhkêt chat lại và trở nên ran chac.
Các giai đoạn hòa tan, hóa keo và kết tinh không xảy ra độc lập mà xảy rađồng thời với nhau, xen kẽ nhau hạt keo với tinh thé, chúng phát triển va tăng dancường độ.
2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế CXMD:
Khi dùng CXMĐ tức là ta đã tính đến bài toán gia cỗ đất nên, có 3 tiêu chuẩncần được thỏa mãn:
Tiêu chuân cường độ: c, @ của nên được gia cô phải thỏa mãn điêu kiện sứcchịu tải dưới tác dụng của tải trọng công trình.
Tiêu chuân biên dạng: Modules biên dạng tông thê của nên được gia cô phảithỏa mãn điều kiện chịu lún của công trình.
Điều kiện thoát nước: Ấp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất cần được “oralphong” cang nhanh cang tot
2.2.1 Phương pháp tinh toán theo tiêu chuẩn Việt Nam — Tinh toán nên gia cỗtheo bién dạng:
Độ lún tong (ky higu S) cua nén gia cô được xác định băng tong độ lún của toànbộ bản thân khối gia cố và độ lún của đất dưới khối gia có:
S=S,+S, (2.1)Trong đó:
S¡: độ lún bản thân khối đất gia có;Sz: độ lún của đất chưa gia cố, dưới mũi cọc;Độ lún của bản thân khối gia cô S¡ được tính theo công thức:
c.ai _ gH
' BE, a&,+(-a)£,tb (2.2)
Trong đó:
Trang 29q: tai trọng công trình truyền lên khối gia cố (KN);H: chiều sâu của khối gia cô (m);
a: tỷ số diện tích, a=(n.A, / BL)n: tong sé cọc;
A,: diện tích tiết diện cọc;B, L: kích thước khối gia cố:E.: Modules đàn hồi của vật liệu cọc, có thé lay E =(50+100).C (với C, làsức kháng cat của vật liệu cọc);
E.: Modules biến dạng của đất nền giữa các cọc, có thé lay theo công thức thựcnghiệm E, = 250C, với Cụ là sức kháng cắt không thoát nước của đất nền;
Độ lún của đất chưa gia cô Sz dưới mũi cọc được tính theo nguyên lý cộng lúncủa từng lớp Phạm vi vùng ảnh hưởng lún đến chiều sâu mà tại đó áp lực gây lúnkhông vượt quá 10% áp lực đất tự nhiên
2.2.2 Phương phúp tính toán theo quy trình Nhật Ban:
2.2.2.1 Sức chịu tai của CXMD theo vat liéu:
Khả năng của CXMD được tính toán theo công thức sau:
P=APA<P (2.3)
Trong đó:P: tải trọng của nên đất dap do một coc đỡ (kN);
AP: tong tải trọng phân bố của nền đất dap (KN/m');A: diện tích nền đất do một cọc đỡ (m?: Và được tính băng A=xVới x là khoảng cách giữa các cọc (tính từ tim cọc);
P,: lực nén lớn nhất mà cọc có thé chịu được (kN):
Khi đó:
qu: cường độ chịu nén của cọc (KN/m)):
A,: diện tích tiết diện của cọc (mì)
Trang 302.2.2.2 Sức chịu tải của CXMB theo đất nền:
R,=R,, +L 04h, (2.5)
Trong do:Ry: sức chiu tai cực han của coc gia cố:Ryu: sức chịu tai mũi cực hạn của cọc gia cố:Sức chịu tải cực hạn của cọc gia cô phụ thuộc vào loại đât:
Với đất rời: Ñ „=75.N.A, (26)Với đất dính: R,, =6<c.A, (2.7)
Trong do:
N: trị số SPT trung bình trên và dưới 1 lần đường kính cọc;
C: lực dính của đất nên;Ap: diện tích tiết diện của cọc;L: chu vi cọc gia cố;
7„: ma sát thành bên cực han của coc gia cố:
Ma sát thành bên cực hạn của cọc được tính theo công thức sau:
Đối với đất rời: r„ = “` (2.8)
Đối với đất dính: z„ = c hoặc z„ = + (2.9)
Trong do:qu: sức kháng cắt của cọc;N: trị số SPT tại độ sâu đang xét;hj: chiều day phân tố
2.2.2.3 Tính độ lún của đất nên gia co:
Độ lún tổng (S) của nền gia cố được xác định băng tổng độ lún của bản thânkhối gia cô và độ lún của đất dưới khối gia cố:
S=S,+S, (2.10)
Trang 31Trong đó:S¡: độ lún trong phân đất được gia cố;So: độ lún của lớp đất yếu chưa được gia cô dưới mũi cọc;Độ lún S, được tính theo:
S=/5, (2.11)
|
_1+a„(n=]) “2
Trong đó:ap: ty diện tích đất được thay thế:n: tỷ số modules, với n được tính theo công thức:
E 1= Sool 2.13
C¿: chỉ số nén của lớp đất thứ n;eo: hệ số rỗng ban dau của lớp đất thứ n;
w,.W, : tải trong của lớp đất đắp;p: ứng suất cô kết giữa lớp đất thứ n; với p=max(p ,ø,) (2.15)
Ø,.Ø,: Ứng suất có hiệu do tải trọng gây ra;Độ lún So: xem xét khối đất được gia cô bang CXMĐ nam ở phía trên như mộtkhối móng quy ước, khi đó độ lún S, của đất yếu phía dưới khối gia cố được tính theophương pháp phân tang cộng lún của từng lớp phân to
2.2.3 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu:
Trang 32Van dé đặt ra là xác định khoảng cách giữa các CXMĐ Khoảng cách giữa cáccọc được tính toán sao cho là lớn nhất để đáp ứng về nhu cầu kinh tế đồng thời đápứng yêu câu về kỹ thuật Giới hạn tối đa cho khoảng cách giữa các cọc khi bồ trí theolưới ô vuông có thé xác định theo công thức:
Trong do:
Q,: kha nang chiu tai cho phép cua mỗi coc;
fi: hệ số tải trọng do đất dap, khi xét trang thai giới han cường độ,
Ø,: ap lực ngang tong cộng tác dụng lên CXMB, và được tính theo công thức:
Ơ, —=Ø, +5.C vị (2.19)
Cucol °€ : sức khang cat của cọc va dat nên;usoil °
Trang 33Ø,: ung suất phần bố dưới đáy khối gia cố băng CXMD, được tinh theo côngthức:
2.2.3.2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền:
Kiểm tra theo điều kiện đất nền được thực hiện theo phương pháp hệ số vượttải phải thỏa điều kiện:
p= Las (2.22)
Sức chịu tải của coc đất theo điều kiện đất nên:
Q.„=(Œxr.D.L +2,25.r.D2).S, (2.23)
Trong đó:F,: hệ số an toàn;D: đường kính cọc;Le: chiều dài coc;Su: sức kháng cat khong thoát nước cua đất nên;P„„: tải trọng tính toán cua | cọc đơn bao gồm cả hoạt tải.2.2.3.3 Kiểm tra sức chịu tải của nhóm cọc đơn:
Kiểm tra theo điều kiện đất nền của nhóm cọc được thực hiện theo phươngpháp hệ số vượt tải với điều kiện:
F - Leow 51 2 (2.24)
group
Trang 34Sức chịu tải của nhóm cọc tính theo công thức của Broms va Boman (1978),Bergado (1996) và tính theo công thức:
C „„„ =2-5,.-L,(B+L)+~(6+9).S B.L (2.25)
Tai trọng tính toán:
Prroup = (Py + h„).B.L (2.26)
Trong do:B: bé rộng cua nhóm cọc;L: chiều dài nhóm cọc;Sat sức kháng cat không thoát nước của đất nên;P„¡: tải trọng đất dap;
Pr: tải trọng đất dưới khối đất dap va trén nhom coc;Hệ số lay bang 6 khi móng hình chữ nhật có L>>B (ví du như móng bang).2.2.3.4 Độ lún của khối thân cọc:
Độ lún tổng cộng của một công trình đặt trên nền đất gia cường băng CXMĐgồm hai thành phan là độ lún cục bộ của khối đất được gia cô (AA,) và độ lún của datkhông 6n định nằm dưới khối (Af,)
Tính độ lún cục bộ của khối đất được gia cô (AA, ):Độ tăng tải trong q gây ra do công trình, một phan truyền lên cọc (q¡) và mộtphan truyền cho đất ở xung quanh (qa) nhu hình 2.1
Z Z “Œ Z
Hình 2.1 Phân chia tai trọng tác dụng lên CXMD và đất nên
Trang 35Độ lún cục bộ phân coc xi măng dat Ah, được xác định theo gia thiết độ tăng
tải trọng q không đổi suốt chiều cao khối và tải trọng trong khối không giảm, lúc đóthì cọc và đất nền có cùng độ lún:
Ah.q+(l—-a).M
Ah: chiều dày của lớp địa chất.2.2.3.5 Độ lún của đất dưới mũi coc:
Độ lún Ah, của đất chưa gia cỗ dưới mũi cọc được tính theo nguyên lý cộnglún từng lớp phân tô và quy về móng khối quy ước
Ah, =>, “ổ rIg— + Clgo,, + Ao,
Trong đó:hj: bề dày lớp đất tinh lún thứ i;
e,: hệ số rỗng của lớp đất thứ ¡ ở trạng thái tự nhiên ban đầu;
C': chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải;
C': chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún;
Ø: ứng suất nén thắng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất tự nhiên nằmtrên lớp 1;
Ao, : gia tăng ứng suất thang đứng;
Trang 36o,: áp lực tiền cô kết.2.2.4 Phương pháp tính toán theo quy trình của Trung Quốc:
Tiêu chuẩn này chỉ chủ yếu đề cập đến vẫn đề lực thăng đứng là chính mà chưadé cập đến tải trọng ngang
2.2.4.1 Sức chịu tải của khối gia có:
Sức chịu tải cho phép của CXMĐ là khả năng chịu tai cho phép của CKMDđược xác định theo thí nghiệm nén tinh cọc đơn tại hiện trường, tuy nhiên có thể ướctính theo công thức sau đây và lấy giá trị nhỏ hơn
h.=11/.-A, (2.31)
Hoặc:
P,=U,.À ql, +@A, 4, (2.32)
Trong do:fey: cường độ chịu nén của mẫu thử dat gia cô xi măng trong phòng thí nghiệmở thời điểm 90 ngày tudi trong điều kiện bảo dưỡng tiêu chuẩn:
A,: diện tích mat cắt ngang cọc;n: hệ số chiết giảm cường độ thân cọc, có thé lay bằng 0,3+0,4;U,: chu vi cọc đất gia cố:
q„¡: lực ma sát của lớp đất xung quanh cọc;I;: chiều dày lớp đất thứ i;
a: hệ số chiết giảm khả năng chịu tải của đất dưới mũi cọc, có thể lay 0,4 +0,6dp: khả năng chịu tai của đất dưới mũi cọc;
Sức chịu tải cho phép của khối nên đất gia cô tức là khả năng chịu tải cho phépcủa khối nền đất gia cố được xác định theo thí nghiệm nén nên hỗn hợp tại hiệntrường, tuy nhiên có thé ước tính theo công thức sau và lay giá trị nhỏ hon:
F., = “ + B(l—m).f, (2.33)
P
Trong đó:m: tỷ diện thay thế của CXMĐ;
Trang 37f.: khả năng chịu tải cho phép của đất giữa các cọc;B: hệ số chiết giảm khả năng chịu tải cho phép của đất dưới mũi cọc, có thé lay0,4+0,6.
2.2.4.2 Độ lún của nên gia cố:
Độ lún của nên dat gia cô được tính toán bao gôm độ lún của khôi thân cọc ximang và tông độ lún của lớp dat yêu không gia cô dưới mỗi cọc.
Độ lún của khối thân CXMĐ được tính theo công thức:
SP
(2.34)
Trong đó:
Po: 4p lực trung bình tại đỉnh cọc;
Poz: áp lực tại mỗi cọc;
Esp: modules co nén của thân cọc;
E,, =m.E, +(|—m).E, (2.35)
Ep: modules co nén của cọc dat xi mang;
E„ = 100 +120).f,, (2.36)
fou sức kháng cat của cọc dat xi mang;
m: ty diện thay thê của cọc gia cô dat xi măng:
E,: modules co nén cua dat xung quanh cọc;Độ lún S; của đất chưa gia cố dưới mũi coc được tính theo nguyên ly cộng lúntừng lớp.
2.2.5 Tổng hợp các phương pháp tính toán:
Bang 2.1 Tổng hợp 4 phương pháp tinh toán CXMĐ
Phương Tính toán
pháp tính cv Độ lún Sức chịu | Sức chịu ; Suc chiu
toan theo Do lun a wh > ne Khoang ne; l của đât tải cho tài của „ ¬ tài củacác tiêu của khôi no aa Ke , cach giữa ,
; , - dưới khôi | phép theo | coc theo : nhóm cọcchuan gla CO ok nde Lo cac cocgla CỔ vat liệu dat nên don
Trang 38TCVN X X
Nhật Bản X X X X
Châu Âu X X X X
Tỷ diệnTrung
Qué X X cọc thay X
uôc
đât (m)
2.2.6 Uu và nhược điểm của các phương pháp tinh lún:
Bang 2.2 Ưu, nhược điểm cua 4 phương pháp tinh toán CXMĐ
Ưu và nhược điểm của Tiêu chuẩn tính toáncác phương pháp tính _ Trung
CXMPĐ TCVN Nhat Ban Chau Au k
Quoc
Kiểm soát được độ lún› ke ok X X X X
của khôi gia cô
Kiểm soát được độ lúncủa nên đất dưới khối X X X X
gia cô hoặc mũi cọcKiểm soát được sứcchịu tải của cọc theo X X X
vật liệu
Kiểm soát được sứcchịu tải của cọc theo X X X
đất nềnKiểm soát được khoảng Tỷ tiết diện
cách giữa các cọc và X X cọc thay đấtbài toán kinh tế (m)Kiểm soát được sức
¬ „ X X X
chịu tải của nhóm cọc
Trang 39Nhận xét:Ưu điểm: cả 4 tiêu chuẩn déu xét đến các yếu tố:- _ Tiêu chuẩn về biến dạng (độ lún của toàn bộ bản thân khối gia cố, độ lún củađất dưới khối gia cô);
- _ Điều kiện thoát nước.Nhược điểm:
- Hai tiêu chuẩn của Việt Nam và Trung Quốc chưa xét đến:- - Khoảng cách giữa các cọc (ảnh hưởng đến bài toán kinh tế):- Suc chịu tai của nhóm cọc đơn;
- Tiéu chuẩn về cường độ (sức chịu tải theo vật liệu, sức chịu tai của cọc theo đấtnên)
2.3 Công nghệ thi công cọc xi măng đất trộn ót:2.3.1 Khái quát quá trình thi công:
CXMĐ được thi công tạo thành theo phương pháp khoan trộn sâu Dùng thiếtbi máy khoan và các thiết bị chuyên dùng khoan vao lòng đất với đường kính và chiềusâu lỗ khoan theo hỗ sơ thiết kế Dat trong quá trình khoan không được lay lên khỏi lỗkhoan cho nên bị phá vỡ kết cấu, được các cánh mũi khoan nghiền tơi, trộn đều vớichất kết dính (chất kết dính thong thường là xi măng hoặc vôi, thạch cao, chất phụ giavà cát ).
Phương pháp xử lý nên đất yếu băng CXMĐ khá đơn giản: bao gồm một máykhoan với hệ thống lưới có đường kính thay đổi tùy theo đường kính cột được thiết kếvà chứa các xilo có chứa xi măng có gắn máy bơm nén với áp lực lên tới 12 kg/cm’.Các thiết bi máy khoan của Thụy Điển và Trung Quốc có khả năng khoan sâu đến35m và tự động điều chỉnh định vị cần khoan luôn thang đứng
Khi mũi khoan được rút lên khỏi hồ khoan, trong hồ khoan còn lại đất đã đượctrộn đều với chất kết dính dan dần đông cứng tạo thành CXMĐ
Hiện nay trên thế giới có hai công nghệ được áp dụng phố biến là công nghệcủa Châu Âu và công nghệ của Nhật Bản
Tại Việt Nam phô biến hai công nghệ thi công cọc xi măng đất là: Công nghệtrộn khô (Dry Jet Mixing) và Cong nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là Jet —grouting) là cổng nghệ cua Nhật Bản.
2.3.2 Công nghệ thi công trộn wot (Wet Mixing, Jet — grouting)
Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có hoặc không có chất phụgia.
Trang 40Quá trình phun hay bơm chất kết dính dé trộn với đất trong hỗ khoan, tùy theoyêu cầu có thể được thực hiện ở cả 2 pha khoan xuống và rút lên của mũi khoan hoặcchỉ thực hiện ở pha rút mũi khoan lên.
Dùng máy khoan dé đưa ông bơm có vòi phun vào tới độ sâu phải gia có, rồibắt đầu bơm vita xi mang, hệ thống cánh trộn sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ đượcsắp xếp lại theo một tỷ lệ có quy luật giữa đất và vữa theo khối lượng hat Sau khi vữacứng lại sẽ thành cột xi măng đất, có thể tóm lược qua sơ đồ sau:
Nước Xi măng Phụ gia
Trộn > Bồn chứa
Bơm áp lựcKiểm soát độ sâu và độ quay
ÁỶ Ỷ
Tạo trụÀ Kiểm soát lưu lượng
Hình 2.3 Sơ đồ thi công coc xi măng đấtƯu điểm của công nghệ trộn ướt: Phạm vi áp dụng rộng rãi, thích hợp với mọi
loại đất, thi công được trong nước, phạm vi xử lý sâu hơn trộn khô, có thé xử lý lớp
đất yếu cục bộ mà không ảnh hưởng đến lớp đất tốt, quá trình hình thành cường độcủa cọc đất gia cố diễn ra đồng đều hon, ít chan động nên hạn chế tối đa đến côngtrình lân cận.