TONG QUAN VE GIẢI PHÁP XỬ LÝ BANG COC XI MANG DAT 1.1 Lịch sử phat triển và ứng dụng công nghệ coc xi măng đất1.1.1 Ứng dụng công nghệ coc dat gia cố xi măng trên thé giới Từ rất lâu, co
Trang 1ĐẠI HỌC QUOC GIA TP.HO CHÍ MINH
TRUONG DAI HOC BACH KHOA
PHAM QUANG VINH
PHAN TÍCH UNG XU CUA COC XI MĂNG DATKHI GIA CO NEN DAT YEU DUOI DUONG
O KHU DO THI MOI THU THIEM QUAN 2
Chuyén nganh: KY THUAT XAY DUNG CONG TRINH NGAMMa so nganh: 60.58.02.04
TP HO CHI MINH, thang 06 nam 2015
Trang 2CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA —DHQG -HCMCán bộ hướng dẫn khoa học : TS Lê Bá Vinh
Cán bộ cham nhận xét 1 : TS Pham Van HùngCán bộ cham nhận xét 2 : TS.Dang Đăng TùngLuận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại hoc Bách Khoa, DHQG Tp HCMngày 14 tháng 8 năm 2015
Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:(Ghi rõ ho, tên, học hàm, học vi của Hội đồng cham bảo vệ luận văn thạc sĩ)1 PGS.TS Châu Ngọc An
2 PGS.TS Dương Hồng Tham3 TS Lê Trọng Nghia
4 TS Phạm Văn Hùng5 TS.Dang Đăng Tung
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quan lý chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA
PGS.TS Châu Ngọc An TS.Nguyễn Minh Tâm
Trang 3ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
- Chương 4 : Tính toán cọc xi măng đất gia cô nền đường khu dân cư Bình Khánh, khu đô thịmới Thủ Thiêm, quận 2
- Kết luận và kiến nghị- Tài liệu tham khảo
HI.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/01/2014IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 14/06/2015V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS LEBA VINH
Nội dung và đề cương Luận Văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Nghành thông qua
CÁN BO HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA
ĐÀO TẠO QL CHUYEN NGÀNH
TS LE BA VINH TS LE BA VINH TS NGUYEN MINH TAM
Trang 4LOI CAM ONLuận văn này hoàn thành dưới sự hướng dan, giúp đỡ quý báu của các thay cô, cácanh chị em, gia đình và bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thànhtỚI:
Ban giám hiệu, Phong dao tạo sau đại học, Bộ môn Dia cơ Nền móng - Truong Đạihọc Bách Khoa, DHQG Tp HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trìnhhọc tập và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thay, cô trong bộ môn Địa cơ Nén móng -Trường Đạihọc Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM đã tận tình truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báutrong thời gian tôi học tập tại trường đề phục vụ cho luận văn và công việc của tôi sau này.
Thay Lê Bá Vinh , người thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ, tận tình dạy bảo tôitrong thời gian học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy ĐỗThanh Hải , cô Đặng Thị Ngọc đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình sử dụngphòng thí nghiệm
Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và người thân, đã cho tôi nguồn động viên tinh thân tolớn để hoàn thành luận văn này Luận văn được hoàn thành nhưng không thể tránh đượcnhững thiêu sót và hạn chê.
Rat mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp dé luận văn
được hoàn thiện và có ý nghĩa thực tiễn
Trân trọng cảm ơn.
Tp.HCM, ngày 14 tháng 06 năm 2015
Học viên
Phạm Quang Vĩnh
Trang 5TOM TAT LUẬN VĂNTìm hiểu tổng quan giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc xi măng đất trên thế giới và ở ViệtNam, phân tích ưu nhược điểm của 2 phương pháp thi công ( trộn khô và trộn ướt ) Các giả
thuyết tính toán cường độ cọc xi măng đất hiện nay
Đề tài tiễn hành thí nghiệm, phân tích, tong hop, tính toán dựa vào kết quả thực tế tại côngtrình khu dân cư Bình Khánh thuộc khu đô thị mới Thủ Thiêm quận 2 với các mục đích :
- Thấy được sự ảnh hưởng của hàm lượng xi măng và thời gian bảo dưỡng đến cườngđộ cọc xi mang dat
- Tìm hiểu sự khác nhau về cường độ của mẫu xi măng đất khi chế tạo trong phòng vàthực tế thi công ngoài hiện trường
- Phân tích sự khác nhau của mô đun đàn hồi Eso cọc xi măng dat trong phòng thí nghiệmvà ngoài công trình bằng phần mềm plaxis 3D Foundation theo kết quả nén tĩnh ngoài côngtrình.
- Tính toán độ ồn định và biến dang của nền đường băng phương pháp giải tích và môphỏng băng phần mém Plaxis 2D
Trang 6ABSTRACTResearch the solution that processes soft land by soil ciment pile with land in vietnam andin the world, analyses the advantage and disadvantages of two menthods in construction ( drymix and wet mix) The computational intensity theories of soil-cement pile at the present.
Analysis, synthetise, calculation in experiment of this abstract are based on actual result ofconstruction in Binh khanh residential quarter of Thu Thiem new urban area project in district 2within two purposes:
-Examinable the effect of cement content and time to maintain the intensity of the cement pile.
soil Examinable the differences of the intensity of soil-cement pile made in laboratory and atactual construction site.
-Analysable the differences of elastic module n Eso of soil-cement pile in laboratory and inactual contruction site bysoft ware Plaxis 3D Foundation as the result of external static
compression at contruction site.-Able to calculate the stability and deformation of the road face by analytical methods andsimulation soft ware Plaxis 2D.
Trang 7LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của tác giả, đượcthực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Lê Bá Vinh
Tất cả số liệu thí nghiệm, kết quả tính toán, phân tích trong luận văn là hoàntoàn trung thực Tôi cam đoan chịu trách nhiệm về sản phầm nghiên cứu của minh.
Tp.HCM, ngày 14 tháng 6 năm 2015
Học Viên
Phạm Quang Vĩnh
Trang 8MỤC LỤC
18193069 4 iMỤC LUC HINH ANH -G- G112 91911981 51111151 5 1101 1 1T 1g re iv00790)10097.1000057 |1 Tính cấp thiết của để tài ¿c5 c1 21 1 11212121111 1111111111 1111011111111 cv |2 Mục tiêu nghiên cứu của dé tài: +: - t2 1 1 3 1515111121115 11 11111111 exrk |3 Phương pháp nghiÊn CỨU - << 0099 0 vn 2A Y nghĩa và giá trị thực tiễn của để tài -¿-:- - + cz se Sex Sx 1 E1 121111 1 xe, 25 Hạn chế của để tài - - c1 191 91 1E 9111911110 11g11 11101011 Tung ng 2CHUONG 1 : TONG QUAN VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ BANG COC XI MĂNG0.900 31.1 Lich sử phát triển và ứng dụng công nghệ coc xi măng đất - 31.1.1Ung dụng công nghệ cọc dat gia cố xi măng trên thế giới -. - 31.1.2 Ung dụng công nghệ cọc xi măng đất ở Việt Nam -¿5- + ccsccec: 51.1.3 Một số hình ảnh công trình cọc xi măng đất ở Việt Nam c-csccsc: 61.2 Nguyên lý đặc tính của coc xi măng đất: c5 cececxctsrsrrrereee 81.3 Các yếu tô của đất anh hưởng đến cường độ cọc xi măng đất - 101.4 Một số dữ liệu về cọc xi măng II eecccccesescesecscsceceececscecsscevscacececsevavacaceceeeeees 121.5 Sơ đồ bố trí cọc xỉ măng đất - - + 25c St 3 E1 3 1215111111 1111151 1111k 121.6 Phạm vi và ứng dụng cọc xi măng I0 131.7 Các dạng phá hoại cọc xi măng In 141.8 Nhật XÉT GQQQnHg ọ rre 15CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ THI CÔNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁNCOC XI MĂNG ĐẤTT tt 531121911 5111919111 101011121 10111111 H11 ni l62.1 Công nghệ thi công cọc xi măng đất -¿+- + 5+2 £xvveErxrvrrerrrveee 162.1.1 Quy trình thi công gia cố Gat ccccccccccsccsesesesesessesssessesssessesesessesesesseseseseeseeen l62.1.2 Công nghệ thi công trộn khô (Dry Mixing) . ĂĂS S2 re 172.1.3 Công nghệ thi công trộn ướt (Wet Mixing, Jet-grounfing) 202.2 Cơ sở lý thuyết tính toán cọc xi măng đất - ¿5 cS+cxcxcrecxvvererrrreee 24
Trang 9ii-2.2.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm làm việc như COC . - 24
2.2.2 Quan niệm hỗn hợp - ¿+ + E9E9%2%2%2E212E 825 1 1 1 11111111311 cxe 26
2.3 Nhận xét, KẾt luận - - + s E111 E51 9191 51 1 9 919151 1 1111211110 111921 gen: 38CHƯƠNG 3: PHAN TÍCH KET QUA THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VA SOSÁNH VỚI CƯỜNG ĐỘ COC XI MĂNG DAT NGOÀI HIỆN TRƯỜNG 393.1 Mục đích thí nghiỆm 2202000101011 1 111 9 111 111 00 101 khe 393.2 Vật liệu thí nghiệm ¿- - ¿E2 SESE9 SE E9 1 1E1515111111511115 1115111111 xe, 393.2.1 Đất thí nghiệm E6 252211 1 E5 1 121115131513 11 1111111111111 1111111 rk 39
3.2.3 NƯỚC -L 1S HT 1 1 1101111111115 11 1111111121111 112111111 1111112111111 1101111111110 tke 423.3 Dụng cụ thí nghiỆm - Ă G1110 000g 423.3.1 Máy trộn xi măng đất ¿ -:- - S621 1 E5 1 321115111111 111111111 1111111 42
3.3.2 Dụng cụ tạo THẪU SG G11 11 581 581 9891 911 1120 H11 nung 43
3.3.3 Máy nén | trục nở hông ty O Ăn ngờ 43.4 Qui trình thí nghiỆm 0011030103010 0S nh 453.4.1 Số lượng mẫu thí nghiệm : - + - + S2 +E+E+E+E£EEEE+E£ESEEEEEEEEEErErErrrrkred 453.4.2 Chế bị mẫu - - E111 519191 1 9 91111151 511111 1111 1111291 ng ng ree 46
3.4.3 Thí nghiệm mẫL - ¿2 252 S2 2 E9E91515EE1E1E121 2121 2311171111 11111 50
3.5 Kết quả thí nghiệm . - ¿2+ 5£ S692 SE2E9EE 2323911212111 211112111111 513.5.1 Phân tích kết quả trong phòng ¿+ - 2 2 22+E+S£+E£EvEE£EEEeEErErkerkrkrrrrerree 513.5.2 So sánh kết quả trong phòng và hiện trường -2255525s+s+ccscse2 583.6 Nhận xét , Ket luận - tk 11121 1E 111121 1 3 111111 1111110113 E1 ree 59CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN COC XI MĂNG DAT GIA CO NEN DUONG CHOKHU ĐÔ THỊ MỚI THỦ THIÊM BÌNH KHANH - QUẬN2 - 5<: 604.1 Giới thiệu công tTÌnh - << <1 9900010 k 604.2 Đặc điểm địa chất khu dan cư tái định cư Bình Khánh : - 624.3 Đặc điểm tuyến đường xử lý coc xi măng đất D2 2-5555 5s se 634.3.1 Vị trí tuyến đường ]D2 - ¿6 SE 21212 12391 221211121 2111111111111 11 634.3.2 Đặc điểm địa chất tuyến Ba 644.3.3 Giải pháp xử lý tuyến đường D2 bang cọc xi măng đất - +: 65
Trang 10HH
-4.3.4 Tải trọng tác dụng lên đường D2 - << 5 5 S01 119990 1 ng ke 694.3.5 Đặc điểm của cột đất trộn xi măng sử dụng để gia CO nền ccsccccecss¿ 704.4 Phân tích ứng xử cọc Xi măng đất - + +52 +2 S*2EvEExEErxrkerererreee 7]4.4.1 Tính kha năng chịu tải của cọc xi măng đất - - 2525255 2scc+csccszeceee 714.4.2 Phân tích Eso của cọc xi măng II 734.4.3 Tính toán độ lún của nên hỗn ¡U00 89KET LUẬN VA KIEN NGHỊ, - G- G3911 về E11 9E g1 vn gen 1001 Qua các nghiên cứu, thí nghiệm, tính toán trên có thé rút ra các kết luận: 1002 Kiến nghị và hướng nghiên cứu tiẾp theo - ¿55552 22+E+£££e+xeeezscree 100TÀI LIEU THAM KHẢO - 6s 33% E56 9191 91 3E E112 112129 vn gi 102
Trang 123.4 Xác định độ âm và dung trọng mẫu đất ¿sex sEsEskskserersesed 4I3.5 Xi măng Holcim làm thí nghiệm (<< + + 113951 EEEseessseke 423.6 Bộ phận máy trộn xi măng 0 & 433.70ng mau, dao vòng va thùng bảo dưỡng mẫu 2255252552 43.8 Máy nén | trục nở hông tl O «+ + 0 9 ng ke 43.9 Máy cắt trực tiếp mẫu đất trộn xi măng đất 5 2 5+c+5sc5¿453.10 Cân xác định khối lượng dat - + 525222 SE E2 2E EEeErrrkrkrree AT3.11 Cân xác định khối lượng xi MANY ¿ - + c2 2+s+x+x+esrrsrereee AT3.12 Cân xác định khối lượng nước cececcccccccesescsesessesescsesesesscssseeseseseeseseeeees AT3.13 Hén hop vita xi mang va cho đất vào cối cối trộn -c-scscsscxe: 48
3.14 Gan cối trộn vào máy trộn và điều chỉnh tốc độ quay - 46
3.15 Hỗn hợp đất xi măng sau khi trộn xong 2-25 s+s+s+ceczcszxccee 493.16 Chế tạo mẫu thí nghiệm + ¿2© 2 2E +E£E+E2ESEE£E£E+ESEEEErrerkrree 493.17 Mẫu sau khi đúc xong -¿- 5-55 652552 z2 2E EEEEEEEEEEErkrkrkrrrrrrree 503.18 Mẫu sau khi lói ra khỏi khuôn 2-62 £ +2 E2 E+EEsE+EE+EE+E+sx+e£sxz 503.19 Thí nghiệm nén đơn nở hông và cắt trực tiếp MAU - 51
3.20Biều đồ thí nghiệm nén 1 trục nở hông mẫu 7 ngày - 51
3.21 Biéu đồ thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu xi măng đất ở độ tudi 7 ngay 52
3.22 Biéu đồ thí nghiệm nén 1 trục nở hông mẫu 14 ngày 53
3.23 Biéu đồ thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu xi măng đất 14 ngày 53
3.24 Biéu đồ thí nghiệm nén 1 trục nở hông mẫu 28 ngày 54
3.25 Biéu đồ thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu xi măng đất ở 28 ngày 55
3.26 Biểu đồ quan hệ qy và thời gian mẫu 225 kg/ mỉỶ - 55+: 563.27 Biểu đồ quan hệ qụ và thời gian mẫu 250 kg/ mỉ 2-5 563.28 Biéu đồ quan hệ qu và thời gian mẫu 250 kg/ m3 - 57
3.29 Biểu đỗ so sánh gy trong phòng và hiện trường . -5-55c5¿ 583.30 Biểu đồ so sánh sức kháng cắt trong phòng va hiện trường 59
4.1 Tong thé Khu đô thị mới Thủ Thiêm + 2 2 2 2£ 2££+£z£zcze: 604.2 VỊ trí các khu chức năng , khu đô thị mới Thủ Thiêm - 614.3 Tong thé khu dân cư Bình Khánh w ccccccccccscsesessescsesesesesessessseeseseeeeees 62
Trang 13-
VỊ-4.4 VỊ trí đường ÌÖ2 - G00 kh 634.5 Trụ địa chất đường ÏD22 - + 6+ S2 SE SE E232 1212121111111 644.6 Mặt cắt điển hình đường D2 ¿5-5-5222 2xEErEekrrerrerrrerree 654.7 Sơ đồ bố trí cọc CDÌM c1 11 1121115 5111515113 5111815111 112g rrrki 704.8 Mặt cắt ngang đường ÏD2 + ¿2E E213 E215 1 1211151151111 E11 xe, 71
4.15 Độ lún cọc xi măng đất ứng với 100% OQ S= 27,54 mm 87
4.16 Do lun coc xi mang dat ứng với 150% OQ S= 46,43 mm 874.17 Biéu đồ nén tĩnh nhóm coc xi măng đất - - 5+ 2 2+s+s+escee: 894.18 Mô hình gia cố nền đường bằng cọc CDM wieeecscscessssssessssesesseseseseeseseeeeees 944.19 Cac phase tính toán theo giai đoạn thi cÔng s5 «<< << e2 944.20 Chuyên vị lớn nhất của đường sau khi hoàn thiện xong - 954.21 Chuyên vị lớn nhất của đường sau khi cố kết hoàn toàn 954.22 Vị trí điểm cần tính toán -G- s2 3121 SE re ree 964.23 Độ lún tại tim đường và mép đường . 5-5 Ă Ăn se eeee %64.24 Ấp lực nước 16 rỗng thặng dư tại điểm CC sec eEseseskseree 974.25 Ap lực nước 16 rỗng thặng dư tại điểm ÏD c6 ce cv erseseskes 974.26 Ấp lực nước 16 rỗng thặng dư tại điểm E sec ke eEsesesxseree 984.27 Ap lực nước 16 rỗng thang dư theo độ sâu - 5-55 ssSS+++<<+*sss 984.28 Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng thang dư - 2 2 255cs+cscee: 99
Trang 14PHAN MỞ ĐẦU
1.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 lạibất lợi về điều kiện địa chất công trình Tai day, cầu trúc nền thường rất phức tap,gôm nhiêu lớp đất yếu, có chiều dày lớn, phân bố ngay trên mặt Khi xây dựng nênđường việc lựa chọn giải pháp thiết kế nền móng thường gặp nhiều khó khăn Khókhăn là ở chỗ, chọn giải pháp vừa đáp ứng được yêu cau của kết cau, vừa đảm bảotiền độ thi công và giá thành hợp lý Hiện nay, việc xử lý nền đất yếu khi xây dựngnên đường đã và đang áp dụng những biện pháp như: thay thế một phần hoặc toànbộ lớp đất yếu băng lớp vật liệu có chỉ tiêu cơ lý tốt hon, sử dụng vải địa kỹ thuật,bắc thắm, cọc cát, giếng cát, coc đất gia cỗ xi măng
Những năm gan đây tại thành phố Hồ Chí Minh khi ham Thủ Thiêm đượcxây dựng xong , thì tình hình kinh tế ở quận 2 bat đầu phát triển mạnh Khi xây
dựng cơ sở hạ tầng, đặc biệt là xử lý lún cho nên đường, Khu quận 2 thì địa chất
khá là yếu khoảng 20 m dau là lớp bùn sét, nên việc xử lý lớp đất yếu nay khá phứctạp dé hạn chế độ lún cũng như là thời gian thi công nhanh Phuong án cọc xi măngđã được dé xuất với những ưu điểm thời gian thi công nhanh, công nghệ không quáphức tạp và xử lý khá triệt để vẫn đề lún của công trình Đề hiểu rõ về sự làm việccủa cọc CDM trong điều kiện địa chất đó, thì việc phân tích ứng xử của cọc xi măngđất khi gia có đất yếu dưới nên đường ở khu đô thị mới Thủ Thiêm là khá cần thiết,nhằm thấy được hiệu quả khi xử lý nền đường bằng cọc CDM
2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
- Thí nghiệm xác định ty lệ xi măng / đất phù hợp với dia chất khu vực ThủThiêm, quận 2.
- So sánh sự khác nhau về cường độ chịu nén và khả năng kháng cắt của mẫuđất trộn xi măng thí nghiệm trong phòng và mẫu khoan lấy lõi từ cọc xi măng đấtngoài công trình
Trang 15_2 Tìm ra sự chênh lệch giữa mô đun đàn hồi Eso của mẫu khoan lay lõi từ cocCDM ngoài công trình đem về thí nghiệm nén đơn va Esp của cọc CDM thực tế taicông trình
- Phân tích độ ôn định và biến dạng của công trình thuộc khu Đô Thị MớiThủ Thiêm, quận 2.
3 Phương pháp nghiên cứu.
- Nghiên cứu các lý thuyết tính toán cọc xi măng đất va áp dung tính toánkhả năng chịu tải , độ lún , sức kháng cat dé gia cỗ dưới nên đất yếu
- Thu thập và phân tích các số liệu thí nghiệm từ cọc CDM thực tế ngoàicông trình , để có những kết luận mang tính khách quan trong quá trình tính toán
- Thí nghiệm : Chế bị mẫu đất trộn xi măng với các hàm lượng xi măng khácnhau cho đất tại khu vực cần nghiên cứu, từ đó tìm ra hàm lượng thích hợp cho địachất khu vực đó
- Mô phỏng : Dùng phần mềm Plaxis để mô phỏng để thấy được chênh lệchgiữa số liệu trong tính toán và thực tế
4 Y nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài
- Đề tài làm rõ hơn ứng xử của cọc CDM trong điều kiện địa chất ở quận 2,thành phố Hỗ chí Minh , từ đó có những số liệu đánh giá khái quát về khả năng ứngdụng của cọc CDM cho các khu vực có địa chất tương tự
- Góp phần làm rõ hơn mối quan hệ giữa các thông số cọc CDM từ kết quảtrong phòng thí nghiệm và hiện trường Từ đó đưa ra những thông số tương quan ápdụng cho công trình ngoài thực tế
5 Hạn chế của đề tài
- Do thời gian , khả năng còn hạn chế nên tác giả chỉ tiến hành thí nghiệmhàm lượng xi măng ảnh hưởng đến cường độ cọc CDM mà chưa nghiên cứu đượctính thắm của mau đất trộn xi măng
- Chỉ có số liệu thí nghiệm cua | công trình, nên các tính toán va kết luậnchỉ mang tính chất cục bộ nên không có tính thuyết phục nhiều
Trang 16_3-CHUONG 1 TONG QUAN VE GIẢI PHÁP XỬ LÝ BANG
COC XI MANG DAT
1.1 Lịch sử phat triển và ứng dụng công nghệ coc xi măng đất1.1.1 Ứng dụng công nghệ coc dat gia cố xi măng trên thé giới
Từ rất lâu, con người đã cải tạo nền đất yếu băng cách trộn với các chất liênkết như vôi, xi măng
Phương pháp cọc trộn tại chỗ, gọi là “Mixed In Place Pile”, (gọi tắt là phươngpháp MIP) dùng chất liên kết là vôi do nước Mỹ nghiên cứu thành công đầu tiên sauĐại chiến thế giới thứ 2 năm 1954, khi đó dùng cọc có đường kính từ 0.3 — 0.4m,dài 10 -12 m Nhưng cho đến 1996 coc đất gia cô xi măng với mục đích thươngmại mới được sử dụng với SỐ lượng lớn
Sự phát triển của công nghệ trộn sâu bắt đầu từ Thụy Điền và Nhật Bản từnhững năm 1960 Tron khô dùng vôi hạt (vôi sông) làm chat gia cô đã được đưa vàothực tế ở Nhật vào giữa những năm 1970 Cũng khoảng thời gian đó trộn khô ởThụy Điển dùng vôi bột trộn vào để cải tạo các đặc tính lún của đất sét dẻo mềm,mềm yếu Tron ướt dùng vữa xi măng làm chat gia cố cũng được áp dụng trongthực tế ở Nhật từ giữa những năm 1970
Năm 1967, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu thuộc Bộ giao thông vận tảiNhật Bản bắt đầu các thí nghiệm trong phòng sử dụng vôi cục hoặc vôi bột để xửlý đất biển bang phương pháp trộn vôi dưới sâu Công việc nghiên cứu bởi
Okumura, Terashi và những người khác suốt những năm dau của thập niên 70.Năm 1974, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu báo cáo phương pháp trộnvôi dưới sâu đã được bat đầu ứng dụng toàn diện tại Nhật Bản
Năm 1976, viện nghiên cứu công chánh thuộc Bộ xây dựng Nhật Bản hợp tác vớiViện nghiên cứu máy xây dựng Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu phương pháp trộnphun khô dưới sâu bang bột xi mang, bước thử nghiệm đầu tiên hoàn thành vào cuốinăm 1980.
Năm 1977, Nhật Bản lần đầu tiên phương pháp trộn xi măng dưới sâu áp dụngtrên thực tế
Trang 17_4-Những nước ứng dụng công nghệ DM nhiều nhất là Nhật Ban Theo thống kêcủa hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 1980 ~ 1996 có 2345 dựán, sử dụng 26 triệu m3 đất gia cỗ xi măng Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất giacô bằng DM ở Nhật vào khoảng 23.6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển và trong đấtliền, 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, mặc dù ngay từcudi những năm 1960, các kỹ sư Trung Quốc đã học hỏi phương pháp trộn vôi dướisâu và CDM ở Nhật Bản Thiết bị DM dùng trên đất liền xuất hiện năm 1978 vàngay lập tức được sử dụng để xử lý nên các khu công nghiệp ở Thượng Hải Tổngkhối lượng xử lý bằng DM ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên | triệu m3.Từ năm 1987 đến 1990, công nghệ DM đã được sử dụng, tong cộng 513000m” đấtđược gia cô, bao gồm các móng kè, móng của các tường chan phía sau bến cập tàu
Đến năm 1992, một hợp tác giữa Nhật và Trung Quốc đã tạo ra sự thúc đâycho những bước đầu tiên của công nghệ CDM ở Trung Quốc, công trình hợp tácđầu tiên là cảng Yantai Trong dự án này 60.000m” xử lý ngoài biển đã được thiếtkế và thi công bởi chính các kỹ sư Trung Quốc
Tại Châu Âu, nghiên cứu và ứng dung bat đầu ở Thụy Điển và Phan Lan.Trong năm 1967, Viện Dia chất Thụy Điền đã nghiên cứu các cột vôi theo đề xuấtcủa Jo Kjeld Páue sử dụng thiết bị theo thiết kế của Linden- Alimak AB(Rathmayer, 1997) Thu nghiệm đầu tiên tai sân bay Ska Edeby với các cột vôi cóđường kính 0.5m và chiều sâu tối đa 15m đã cho những kinh nghiệm mới về các cộtvôi cứng hoá (Assarson, 1974) Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (6m cao 8m dài)đã được xây dựng ở Phần Lan sử dụng cột vôi đất, nhằm mục đích phân tích hiệuquả của hình dạng và chiều dài cột về mặt khả năng chiu tải
Từ những năm 1970 và đến những năm 1980, các công trình nghiên cứu vàứng dụng tập trung chủ yếu vào việc tạo ra vật liệu gia cố, tối ưu hoá hỗn hợp ứngvới các loại đất khác nhau
Nam 1993, Hiệp hội DJM ( Deep jet mixing -phun trộn khô dưới sâu) cuaNhật Bản xuất bản sách hướng dẫn những thông tin mới nhất thiết kế và thi côngcọc đât xi măng.
Trang 18_5-Năm 1996, hon 5 triệu m' cọc vôi va vôi xi măng đã được thi công tại ThụyĐiền kế từ năm 1975 Sản phẩm từng năm tai Thụy Dién và Phan Lan lúc bay giờ làcùng sản lượng như nhau.
Vào tháng 11 năm 1999 một hội nghị quốc tế về phương pháp trộn khô đượctổ chức tại Stokholm, Thụy Điền
Tại Mỹ, việc xử lý và nâng cấp các đập đất nhăm đáp ứng mục tiêu an toàntrong vận hành và ngăn ngừa hiện tượng thấm rất được quan tâm CDM đã đượcứng dụng dé nâng cấp các đập đất hiện có, tạo ra các tường chống thấm
Tai Đông Nam A, cọc đất — vôi hay xi măng chưa được thông dung vi lýdo chủ yếu là các máy móc thi công, chi phí khai thác vôi sống tinh khiết cao
Xu hướng phát triển của công nghệ CDM trên Thế giới hiện nay hướng vàoviệc khai thác mặt mạnh của CDM Khi mới phát minh, yêu cầu đối với CDM bandau chỉ là nham đạt được cường độ cao va chi phí thấp; nhưng gần đây do nhữngnan giải trong xây dựng đã đặt ra những yêu cầu cao hơn về sự tin cậy và hoànchỉnh của công nghệ Xu thế quan trọng của công nghệ này là ở chỗ nó cho phép xửlý tại chỗ và cô lập các chất ô nhiễm trong đất, hứa hẹn cho những nghiên cứu tiếptục Trong lĩnh vực chống động đất, người ta đang tiếp tục nghiên cứu ứng dụngCDM nhằm ngăn chặn sự hoá lỏng đất, tim ra những phương án có hiệu quả kinh tế,sử dụng vật liệu có sợi để chịu được uốn khi có động đất
1.1.2 Ứng dụng công nghệ cọc xi măng đất ở Việt Nam.Tại Việt Nam, công nghệ cọc đất — vôi hay xi măng bat đầu nghiên cứu vàonăm 1980 với sự giúp đỡ của Viện dia Kỹ thuật Thụy Điền (SGD Đề tài nghiên cứuđược Bộ Xây dựng nghiệm thu vào năm 1985 và đã được áp dung cho một số côngtrình dân dụng và công nghiệp ở Hà Nội va Hải Phòng Công trình dau tiên ở phíaNam do công ty Hercules kết hợp với công ty phát triển kỹ thuật xây dựng thi cônglà công trình Tổng kho xăng dầu Hậu Giang tại khu công nghiệp Trà Nóc, TP CầnThơ vào đầu năm 2001 với khối lượng khoảng 50.000m dài cọc
Năm 2002, đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng cọc đất xi măng vào xâydựng các công trình trên nên đất yếu ở Việt nam Cụ thé như: Dự án Cảng Ba Ngòi(Khánh hoa) đã sử dụng 4000m cọc đất xi măng có đường kính 600cm thi công
Trang 19_6-bang trộn khô; Năm 2003, một Việt kiều ở Nhật đã thành lập công ty xử ly nềnmóng tại TP Hồ Chí Minh, ứng dụng thiết bị trộn khô dé tạo cọc đất xi măng lồngống thép Coc đất xi măng lồng ống thép cho phép ứng dụng cho các nhà cao tầng(đến 15 tầng) thay thé cho cọc nhdi, rẻ và thi công nhanh hơn Năm 2004 cọc đất ximăng được sử dụng để gia cô nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hànam), xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu ở Đình vũ (Hải phòng) Các dự án trênđều sử dụng công nghệ trộn khô độ sâu xử lý trong khoảng 20m Tháng 5 năm2004, các nhà thầu Nhật bản đã sử dụng Jet - grouting dé sửa chữa khuyết tật chocác cọc nhéi của cầu Thanh trì (Hà nội) Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụngcọc đất xi măng như: dự án thoát nước, khu đô thị Đồ Sơn - Hải phòng, dự ánđường cao tốc TP Hồ Chí Minh đi Trung Lương dự án Đại lộ Đông Tây — Sài Gònhay dự án cải tạo, nâng cấp đường hạ cất cánh, đường lăn và sân đỗ máy bay cảnghàng không Cần Thơ và đặc biệt là các cảng năm ở khu vực Bà Rịa — Vũng Tàunhư SP-PSA, SITV
1.1.3 Một số hình anh công trình cọc xi măng đất ở Việt Nam
Vĩnh Trung Plaza (Đà Nẵng )
Công trình do Công ty Đức Mạnh làm chủ đầu tư.Tập đoàn TENOXKYUSYU là đơn vị thiết kế và thi côngVinh Trung Plaza rộng trên 13.000 mˆ
Khoảng 2.765 cọc đất — xi mang , đường kính 800mm, chiều dài cọc 17m
Cụm Cảng Hàng Không Cần Thơ
Trang 20Đường cao tốc Đông — TâyDự án có chiều dải toàn tuyến 21,89km, đi qua địa bàn các quận 1, 2, 4, 5, 6, 8,Bình Tân và huyện Bình Chánh, cải thiện hệ thống giao thông nội thị hiện đangquá tải Có đại lộ Đông - Tay, các phương tiện giao thông ra vào cảng Sai Gòn déđi và về các tỉnh miền Đông và miền Tây sẽ là con đường huyết mạch nối với cáctỉnh Đồng băng sông Cửu Long, tạo thành mối liên kết chặt chẽ các địa phươngtrong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam.
Trang 21- Tiêu chuẩn đường: cấp 1- Vận tốc thiết kế 80km/h- Sử dụng cọc đất/xiniăng gia cô nền- Coc có đường kính 600mm, dài 16m- Dự án có tổng mức dau tư 660.660 nghìn USD tương đương 9.863 ty VND- Liên danh Obayashi Corporation - PS Mitsubishi trúng thầu thi công.1.2 Nguyên lý đặc tính của coc xi măng dat:
Nguyên lí của phương pháp : phụt vào trong lỗ rỗng của đất hoặc khe nứt củađá một lượng ximăng cần thiết theo thiết kế Vira ximang được phụt vào trong cáclỗ rỗng hoặc khe nứt sau đó cứng lại Có tác dụng làm giảm tính tham va lam tăngkhả năng chịu tải của nền đất hay đá dưới công trình sắp xây dựng
Hiện nay, phương pháp phụt vữa ximăng được ứng dụng nhiều trong lĩnh vựcxây dựng vì nó có nhiều ưu việt so với các biện pháp hóa lí khác Khi áp dụngphương này không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp mà hiệu quả gia cường nên cao, thiếtbị thi công đơn giản, do đó có ý nghĩa kinh tế rất lớn
Chính vì lẽ đó mà phương pháp phụt vữa ximăng dé gia cô nền có phạm viứng dụng khá rộng rãi, không chí trong các công trình thủy lợi, cảng mà còn ápdụng cho các công trình cầu, đường khi gia cường hoặc sửa chữa các trụ cầu trongxây dựng mỏ, khi thiết kế các đường ham, trong xây dựng công nghiệp khi thiết kếcác công trình chịu tải trọng lớn trên nền đá dam, sỏi, cuội hoặc làm giảm tínhthầm của các loai dat, đá dam bao cho các công trình làm việc ôn định Dé làm tang
Trang 22_09-hiệu qua của vữa ximang, có thể thêm vào các chất phụ gia như: cát, bột đá, đất sét,phụ gia hoạt tính như CaCl).
Theo M.p Moseley và K Kirsch khi nền dat được gia cỗ bằng xi măng đất,
lượng xi măng được trộn vào nên đất chiếm ti lệ tương đối ít (chiếm 7% đến 25%
khối luợng của đất gia cỗ), phản ứng thủy hóa của xi măng được thực hiện trongmôi trường có hoạt tính nhất định và được bao quanh bởi nên đất nên tốc độ hóarắn chậm và tác dụng phức tạp cho nên quá trình gia tăng cường độ của khối đất ximăng đất cũng chậmm hơn bê tông
Nguyên lý cơ bản của việc gia cố xi măng đất là xi măng sau khi được phatrộn với đất sẽ sinh ra một loạt phản ứng hóa học roi dần dần đóng ran lại , cácphản ứng chủ yếu đó là :
Phản ứng thủy giải và thủy hóa của xi măng : xi măng thông thường chủ yếudo các chất Oxyd và Oxuyd Calci, Oxyd Silic làn luợt tạo thành các khoáng vật ximăng khác nhau: Silicat tricalci, Aluniinat tricalci, Silicat dicalci , Khi dung ximăng gia cô nền đất yếu, các khoáng vật trên bề mặt xi măng nhanh chóng xảy raphản ứng thủy giải và thủy hóa với nước trong đất yếu tạo thành các hợp chất nhưHydroxyd Calci, Silicat calci ngậm nước, Aluminat calci ngậm nước theo cáccông thức sau:
Xi măng + Nước = Keo CSH + Ca(OH)2Tác dụng của hạt đất sét với các chất thủy hóa của xi măng: sau khi các chấtthủy hóa của xi măng được tạo thành, tự thân trực tiếp đóng răn, hình thành bộkhung xương đá xi măng, tiếp đến phản ứng với các hạt đất sét có một hoạt tínhnhất định ở xung quanh
Tác dụng Cacbonat hóa: Hydro Calci trôi nồi trong chất thủy hóa xi măng cóthé hap thụ Cacbonic trong nước va trong không khí sinh ra phản ứng Cacbonat tạothành Calci Cacbonat không tan trong nước.
Từ những nguyên lý trên có thé thay, do tac dụng cat gọt và nhào trộn của cầnkhoan nên trên thực tế không thể tránh được trường hợp đất còn sót lại dưới dạngcục từ đó lượng xi măng được phun vảo khối đất không được phân bố đồng đều Dođó trong xi mang dat sẽ có những vùng có cường độ khá cao va tính ôn định nước
Trang 23-
10-khá tốt xen kẻ những vùng có cường độ thấp hơn Vì vậy việc trộn cưỡng bức giữaxi măng va đất càng kỹ thì sự phân bố xi mang trong khối đất càng đồng đều vacường độ của của trụ xi măng đất xi măng sẽ cao hơn
1.3 Các yếu té của đất anh hưởng đến cường độ cọc xi măng đất- Hàm lượng hữu cơ : Hàm lượng hữu cơ càng cao làm ngăn cản quá trìnhhydrat hóa cua xi măng, làm giảm cường độ chịu nén Lượng sét mịn càng cao làmtăng lượng xi măng can ding
- Thành phần khoáng : Trong trường hợp đất có hoạt tính pozzolan cao thìđặc trưng cường độ của đất trộn xi măng phụ thuộc chủ yếu vào sự ứng xử vềcường độ của những hạt xi măng đông cứng Trong trường hợp đất có hoạt tínhpozzolan kém thì đặc trưng cường độ của đất trộn xi măng phụ thuộc chủ yếu vàosự ứng xử về cường độ của những hạt đất đông cứng ( Saitoh, 1985) cho nên nếuđiều kiện cải tạo đất nền như nhau thì loại đất có hoạt tính pozzolan cao hơn chocường độ lớn hon Hilt và Davidson ( 1960) quan sát thấy rang các loại đất sétmonmorilonit và kaolinit là những hoạt chất pozzolan có hiệu quả so với các loạiđất sét chứa khoáng illite , chlorite hoặc vermoculite Wissa và những người khác( 1965) cũng giải thích rằng số lượng xi măng thứ cấp sinh ra trong phản ứngpozzolan giữa hạt sét và vôi tôi phụ thuộc vào số lượng và thành phần khoáng củasét cũng như silica va alumina trong đất
- Độ pH của đất :Những phản ứng pozzolan lâu dài sẽ thuận lợi khi độ pH lớnvì phản ứng sẽ được đây nhanh nhờ độ hòa tan của silicatr và aluminate trong hạtsét gia tang
- Tỷ lệ xi măng / đất :Viéc lựa chon ty lệ xi măng với đất ảnh hưởng rat lớnđến tính chất của hỗn hợp vật liệu xi măng đất và giá thành công trình Cường độkháng nén ( q, ) là một chỉ tiêu dé tính toán sức chịu tai của coc Một số nghiễncứu cho thấy :
Cường độ của xi măng đất tăng lên theo tỉ số tăng lượng xi măng trộn vảo Trong thực tế, tỷ lệ xi măng với đất thường chọn 7% - 15% , trong các trường hopthông thường thì không nên nhỏ hơn 12%
Ty lệ xi măng với đất (a„) được tính theo % khối lượng xi măng so với khối lượng
Trang 24-11-đất Dé chọn tỷ lệ pha trộn các hỗn hợp gia có theo phương pháp thí nghiệm trongphòng xác định sức kháng nén của mẫu xi măng đất Để giảm bớt số mẫu và thờigian thí nghiệm chúng tôi giới thiệu một số nghiên cứu sau
Luong xi măng yêu cầu phụ thuộc vào loại dat , trạng thai của đất cần gia cỗ.Ty lệ xi măng với đất tối ưu ( so với trọng lượng khô của đất cần gia cố ) phụ thuộcvào các loại đất khác nhau
Bảng 1.1 Bảng tong hợp tỷ lệ xi măng với các loại đất khác nhauSTT | Loại dat Ty lệ xi măng với đất ( %)l Soi có tính chọn lọc kém, cát có tính chon | 6 +10
lọc kém và cát có tính chọn loc tốt2 Sét dẻo thấp , bùn dẻo thấp và bùn dẻo cứng | 8 +123 Sét dẻo thấp , dẻo cứng 1014Bảng 1.2 Tỷ lệ xi măng với đất của các loại đất khác nhau theo hệ thông phân loại
Unified ( Mitchell and Freitag , 1959 )STT | Loai dat Ty lệ xi măng với đất ( %)l Đất tốt chứa sỏi , các hạt thô , cát hạt mịn có | 5% hoặc ít hon
hoặc không có lượng nhỏ bùn hay sétĐất cát xâu với lượng nhỏ bùn 9 %Loại dat cát còn lại 7%Dat chứa bùn không dẻo hoặc dẻo vừa phải | 10%
Tóm lại, cường độ cọc xi măng đất tại hiện trường bị ảnh hưởng của nhiềuyếu tố như tính chat của đất, điều kiện trộn , thiết bị và quy trình trộn, điều kiệndưỡng hộ, tỷ lệ xi măng và đất Vì thế cường độ hiện trường rất khó xác định chínhxác trong giai đoạn thiết kế sơ bộ Điều quan trọng là cần xác lập và kiểm chứngcường độ hiện trường qua các bước băng các thí nghiệm mẫu trộn trong phòng,kinh nghiệm đã tích lũy, chế tạo trụ thử và thí nghiệm kiểm chứng Thiết kế được
Trang 25_12-sửa đôi nếu các yêu cầu không được đáp ứng đây đủ Cần chú ý rang bản chat củamẫu chế bị trong phòng thí nghiệm sẽ khác với bản chất của đất tại hiện trường Bởi vậy với bất cứ một công trình nao, trước khi thi công thi cần thiết phải tiếnhành các thí nghiệm trong phòng nhằm biết rõ hiệu qua gia cố với từng loại đất cụthể để chọn được tỷ lệ pha trộn tối ưu nhất
1.4 Một số dữ liệu về cọc xi măng đấtSau một thời gian nghiên cứu ứng dụng và phát triển các nhà khoa học đã đưa ramột di liệu cơ bản về cọc xi măng đất như sau :
- Đường kính coc xi măng đất : từ 0.5 — 1.2 m , ( thông thường là 0.6 -1.2m )- Khoảng cách giữa các coc xi măng đất : từ 0,8 — 1,8 m
- Chiều dai cọc xi măng đất : từ lóm — 33m.- Lượng xi măng trộn vào là 7% - 15% trọng lượng đất gia có ( tương đương180-250 kg / m)
- Cường độ của đất sau khi gia cô bang cọc đất — xi măng có thé dat từ 100Kpa — 1500Kpa
- Ti lệ diện tích đất gia cố bằng cọc đất - xi măng so với diện tích đất khôngđược gia cô từ 0,1 — 0,3 Tại Nhật có thé lên đến 0,5
1.5 Sơ đồ bố trí cọc xi măng dat
Tùy theo điều kiện tác dụng của tải trọng cũng như mục đích sử dụng màCoc ximăng đất được bố trí theo các kiểu khác nhau như: kiểu đơn, kiểu đôi, kiểudải, kiểu lưới tam giác hoặc ô vuông, kiểu diện, kiểu khối
- Kiểu đơn: bố trí cọc theo lưới ô vuông hoặc lưới tam giác thường được ápdụng cho việc gia cỗ các khối dat đắp nền đường hoặc các công trình chịu tai trọngthăng đứng lớn
- Kiểu dải: bố tri coc theo kiểu dai dé gia cố cho các hé đào, các công trình6n định mái dốc, các công trình có lực ngang tác dụng lớn
- Kiểu lưới và kiểu khối: thường được bố trí cho các công trình xây dựngdân dung và công nghiệp, các cọc được bô trí bên dưới móng công trình.
Trang 279 - Ngăn nướcCọc đất ximăng đã được sử dụng nhiều ở Nhật Bản và các nước vùng BắcAu như Phần Lan, Thụy Điển
1.7 Các dạng phá hoại cọc xi măng đất
Dang phá hoại thì phụ thuộc vào nhiều yếu tố như sức chống cắt của dat ,sức chống cắt và đường kính của cột đất xi măng, chiều dài cột và khoảngcách giữa các cột, chiều cao nên đường, chiều sâu và hướng cung trượt Cácdang phá hoại của cột theo Kivelo (1998) như sau :
Trang 28.Hình 1.8Các dạng phá hoại cua Coc ximăng dat ( Kivelo, 1997)- Dạng a,b : Độ bên cắt và độ bền nén của cột bị vượt qua
- Dạng c ,d,e: Khả năng kháng uốn của cột bị vượt qua- Dạngf,g,h: Khả năng chịu lực ngang của đất không gia cô xung quanhcột bi vượt qua
1.8 Nhật xét
- Phương pháp gia cố nền đất yéu bang cọc xi măng dat đã được sử dung phốbiến trên thế giới , ở Việt Nam mới được sử dụng rộng rãi gân đây mang lại hiệuquả khá tốt Đây là phương pháp không cần tốn nhiều thời gian nhưng vẫn làm tăngkhả năng 6n định cho dat yếu
- Các chỉ tiêu về cường độ, biến dạng cua cọc xi măng đất phụ thuộc vào
hàm lượng xi măng, loại đất nền, ham lượng hữu cơ, độ PH
- Hình dáng, kích thước và cách bố trí của cọc xi măng đất tùy thuộc vào
loại công trình khác nhau Coc xi măng đất có thé áp dụng trên đất liền hay trênbiên déu cho những kết quả khá tốt
Trang 29-_
16-CHUONG 2 CONG NGHỆ THI CÔNG VA CƠ SỞ
LY THUYET TINH TOAN COC XI MANG DAT
2.1 Công nghệ thi công cọc xi măng dat2.1.1 Quy trình thỉ công gia có đất
- Bước 1: Định vị tim cọc, tim cọc được định vị và đánh dau băng CỌC 26Công tác này được thực hiện bang may toàn đạc kết hợp với thước thép
- Bước 2: Di chuyền máy tới vi trí khoan tạo cọc ximang đất, đặt mũi khoanđúng vị trí tim cọc, điều chỉnh cân bang máy, kiểm tra và điều chỉnh độ thang đứngcủa cần khoan (độ nghiêng của cọc ) Độ thăng đứng của cần khoan được điềuchỉnh thông qua thiết bị điện tử gắn trong xe khoan hoặc bằng các dây dọi đượcgan trực tiếp trên xe khoan
- Bước 3: Khoan phun tạo cọc Vận hành thiết bị cho mũi khoan xoay vaxuyén vao trong đất Mũi khoan cham đất hiện hữu thì bat đầu khoan, khi mũikhoan đến cao độ đầu cọc thì tiến hành bơm vữa, về hàm lượng xi măng nước đãđược lập trình trước và được điều khiến tự động.Việc bơm vữa phải được theo dõithường xuyên Tốc độ đi xuống của lưỡi khoan khoảng ( 0,4 — 0,6 ) m/phút, tùytheo địa chất có điều chỉnh hợp lý để lượng vữa được phân bố đều, trộn đều vàđồng nhất
- Bước 4: Rút cần khoan lên và vẫn tiếp tục phun vữa tạo cọc ximăng đất vớitốc đô khoảng (0.9 — 1,2 ) m/phút , tùy theo địa chất mà điều chỉnh tốc độ rút lênhợp lý.
- Bước 5: Di chuyển máy sang vị trí thi công tiếp theo
Trang 30Nhà kiểm tra _| Nguồn điện | Thi công trụ
Hình 2.2 Sơ đồ thi công trộn khô
Trang 31_18-Ưu điểm của công nghệ trộn khô: Thiết bị thi công đơn giản; Hàm lượng ximăng sử dụng ít hơn; quy trình kiểm soát chất lượng đơn giản hơn công nghệ trộnướt.
Nhược điểm của công nghệ trộn khô: Do cắt đất băng các cánh cắt nên gặphạn chế trong đất có lẫn rác, đất sét, cuội đá, hoặc khi cần xuyên qua các lớp đấtcứng hoặc tam bê tông; Không thi công được nếu phan xử lý ngập trong nước.Chiêu sâu xử lý trong khoảng 15 ~ 20m
Hình 2.3Thiết bị thi công theo công nghệ trộn khô.2.1.2.1Công nghệ Bắc Âu
Thiết bị có khả năng tạo trụ đến chiều sâu 25 m, đường kính từ 0,6 m đến 1,0m Độ nghiêng tới yo” so với phương đứng Máy có một cần, lỗ phun xi măng ở đầutrộn Năng lượng trộn và khối lượng xi măng được quan trắc và trong nhiều trườnghợp được kiểm soát tự động để cho đất được trộn đều
Đầu trộn được xuyên xuống đến độ sâu thiết kế, khi rút lên xi măng đượcphun qua lỗ ở đầu trộn qua ống dẫn trong cần trộn Đất và xi măng được trộn đềunhờ đầu trộn được quay trong mặt phăng ngang, thậm chí đổi hướng quay vài lần.Cả hai pha đều có thể được lặp lại tại một vi trí nếu cần
Tốc độ quay của đầu trộn và tốc độ rút lên đều hiệu chỉnh được dé đạt tới độđồng nhất mong muốn Thiết bị đời mới phát triển chứa được cả khí lẫn xi măng
Trang 322.1.2.2Công nghệ Nhật Bản
_19-Nhat Ban chê tạo ra nhiêu loại máy, có một can hay nhiều cân Mỗi can cóđầu trộn nhiều lưỡi cắt đường kính từ 0,8 m đến 1,3 m và có khả năng tao tru dénđộ sâu 33,0 m Xi mang di vào may trộn nhờ khí nén Thiết bị đời mới có đầu chụpngăn bụi xi măng khỏi phụt lên trên mặt đất Lỗ phun xi măng năm cả ơ phía trênvà phía dưới hệ lưỡi cắt Khối lượng xi măng và áp lực khí được kiểm soát tự động
Xi măng được phun cả trong pha xuống hoặc trong hai pha của hành trình
Bảng 2.1So sánh công nghệ trộn Bắc Âu và Nhật BảnThiết bị Chỉ tiết Bắc Au Nhật bảnĐâu trộn Số lượng trục trộn | 1 1-2
Duong kinh Từ 0,4m dén 1.0m |Tx0,8m-13mChiêu sâu tôiđa | 25 m 33 m
Vi tri 16 khoan Day truc tron Day trục hoặc trên cánh cắt
( một lỗ hoặc nhiều lỗ)Áp lực phun Từ 400kPa - 800kPa | Tôi đa 300kPa
Truyền liệu Công suat 400kg/min
800kg/min
Bang 2.2 Đặc tinh kỹ thuát công nghệ trộn Bắc Âu và Nhật Bản
Van toc xuyên xudng Tir 2,0 m/min dén 6,0 Tir 1,0 m/min dén 2,0
tron
m/min m/min} Từ 1,5 m/min đến 6,0 Từ 0,7 m/min đến 0,9Van toc rut lên
m/min m/minTốc độ quay của cánh „ „
Từ 100 r/min dén 200 r/m Tu 24 r/min dén 64 r/m
Số lượng vòng quay cánh Từ 150 đến 500 cho mỗi
m
> 274 cho mỗi mKhối lượng xi măng phun | Từ 100kg/m' đến 250 Từ 100kg/m3 đến 300
Trang 33_ 20
-kg/m -kg/mTốc độ rút ( xuyên ) Từ 10 mm/r đến 30 mm/r | Từ 10 mm/r đến 35 mm/rPha phunxi măng Điển hình trong khi rút | Xuyên xuống hoặc rút lên
lên
2.1.3 Công nghệ thi công trộn ướt (Wet Mixing, Jet-grounting).Tron ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có hoặc không có chất phụgia.
Quá trình phun (hoặc bom) chất kết dính dé trộn với dat trong hố khoan, tuỳtheo yêu câu có thể được thực hiện ở cả hai pha khoan xuống và rút lên của mũikhoan hoặc chỉ thực hiện ở pha rút mũi khoan lên.
Dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun vảo tới độ sâu phải gia cố, rồibat đầu bơm vữa xi măng, hệ thống cánh trộn sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ đượcsắp xếp lại theo một ti lệ có qui luật giữa đất và vữa theo khối lượng hạt Sau khivữa cứng lai sẽ thành cột xi mang dat, có thê được tóm lược qua sơ đô sau:
Nước XI măng Phụ gia
Kiém soat luu luong
A
Tao tru
Hình 2.4 Sơ do thi công trộn ướt.Hiện nay trên thế giới đã phát triển ba công nghệ Jet grouting: dau tiên là côngnghệ S, tiếp theo là công nghệ T và gần đây là công nghệ D
Công nghệ đơn pha S: Vữa phụt phun ra với vận tốc 100m/s, vừa cắt đất vừatrộn vữa với dat một cách dong thoi, tao ra cột xi măng dat dong đều với độ cứng
Trang 34Khí bao quanh tia vữa
Hình 2.6 Sơ đồ công hai pha DCông nghệ ba pha T: Quá trình phụt có cả vữa không khí và nước Khônggiống như phụt đơn và phụt 2 pha, ban đầu nước được bơm với áp suất cao kết hợpvới dòng khí nén bao bọc xung quanh dòng nước để đây khí ra khỏi đất Sau đó
Trang 35_22-được bơm qua I vòi riêng biệt nam dưới vòi khí - nước dé lấp đầu khoảng trong củakhí Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất mà không xáo trộn đất Công nghệ Tđược sử dụng để làm cọc, các tường ngăn chống thấm, có thé tạo ra cột Soilcreteđường kính đến 3m
Khí bao quanh tia nước
Hình 2.7 Sơ đô công hai pha DƯu điểm : của công nghệ trộn ướt: Phạm vi áp dung rộng rãi, thích hợp vớimọi loại đất, thi công được trong nước, phạm vi xử lý sâu hơn trộn khô, có thé xử lýlớp đất yếu cục bộ mà không ảnh hưởng đến lớp đất tốt, quá trình hình thành cườngđộ của cọc đất gia cố diễn ra đồng đều hon, it chan động nên han chế tối đa đếncông trình lân cận.
Nhược điểm: của công nghệ trộn ướt: Hàm lượng xi măng sử dụng nhiều hơntrộn khô do có xi măng di theo dòng trào ngược và đặc biệt là đối với nền đất cónhiều túi bùn hoặc rác hữu cơ thì axit humic trong đất có thể làm chậm hoặc phá
Trang 36Hình 2.8 Thiết bị thi công theo công nghệ trộn ướt.2.1.3.1 Công nghệ Châu Âu
trên cạn trên cạn trên biênSố lượng trục trộn 1+3 1+4 2+8
Duong kinh (m) 04+09 1+13 1+18Dau 70m từ mattrô Chiêu sâu tôi đa 25m 48m ;
Thê tích tôi đa (T) 30 50 + 1600chứa
2.1.3.2 Công nghệ Nhật BảnDùng cả trên đât liên và trên biên Trên đât liên dùng thiệt bị có một, hai và bôntrục, có nhiều tang cánh trộn dé tạo độ đồng nhất cho trụ Chỉ số quay cánh vàkhối lượng vữa được kiểm soát tự động Đường kính cánh cắt từ 1,0 m đên 1,3 m,chiều sâu tối đa đến 48 m Khi thi công trên biển thường dùng tau lớn, trên đó lắpcả thiệt bi trộn sâu, bon chứa, trạm trộn vữa và phòng điêu khién Các thiệt bi nay
có thé tạo các trụ có diện tích tiết điện từ 1,5 mÝ đến 6,9 m và tới độ sâu tối đa 70
m kê từ mặt nước biên.
Trang 37Vận toc rút lên (m/min) 3+5 07+ 10 1.0Tốc độ quay cánh trộn | 25 +50 20 + 40 20 + 60(r/min)
Số lượng vòng quay cánh Chủ yêu là 350cho 35 cho
guong xoắn mỗi mét mỗi métKhối lượng vữa phun 80 + 450 70 + 300 70 + 300
(kg/m')
Pha phun xi măng Pha 25 + 50 25 +50
xuống hoặcpha lên
2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán cọc xi măng dat2.2.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm làm việc như cọc.2.2.1.1 Đánh giá 6n định cọc xi măng — đất theo trang thái giới hạn 1
Đề móng cọc đảm bảo an toàn cần thỏa mãn các điều kiện sau:
Nội lực lớn nhất trong một cọc: Nimax < Qur/Fs
Moment lớn nhất trong một cọc: Minax < [M] của vật liệu làm cọc.Chuyén vị của khôi móng: Ay < [Ay]
Trong đó:Qu — Sức chịu tải giới han của cọc xi măng đất
[M]— Moment giới han của cọc xi măng đất.Fs — Hệ sô an toàn.
Trang 38_25-2.2.1.2 Đánh giá ốn định cọc xi măng dat theo trạng thái giới hạn 2Tính toán theo trạng thái giới hạn 2, đảm bảo cho móng cọc không phát sinhbiến dạng và lún quá lớn: AS; < [S]
Trong đó:[S] — Độ lún giới hạn cho phép.AS; — Độ lún tổng cộng của móng cọc.Nói chung, trong thực tế quan điểm này có nhiều hạn chế và có nhiều điểm chưaro ràng Chính vì những lý do đó nên ít được dùng trong tính toán.
2.2.1.3 Theo quan niệm tính toán như nền tương đương.Nền trụ và đất dưới đáy móng được xem như nên đồng nhất với các số liệucường độ 0@¡a, Cig, Eig được nâng cao (được tính từ ọ, C, E cua đất nền xung quanhtrụ và vật liệu làm trụ) Công thức quy đôi tương đương ig, Cig, Eig dựa trên độ
cứng của cột xi măng đất, đất và diện tích đất được thay thé bởi cột xi măng đất
Goi a là tỷ lệ giữa diện tích cột xi măng - đất thay thế trên diện tích đất nên
d- đường kính cọc xi măng đấtS - Khoảng cách giữa các cọc xi măng datTheo phương pháp tính toán này, bài toán gia cố đất có 2 tiêu chuẩn cần kiểm
tra:
- Tiêu chuẩn về cường độ: iq , Cig của nền được gia cố phải thỏa mãn điều kiệnsức chịu tải dưới tác dụng của tải trọng công trình.
Trang 39Loại phá hoại đầu phụ thuộc cả vào sức can do ma sát mặt ngoài cột xi măng đấtvà sức chịu chân cột xi măng đất.
Loại sau còn phụ thuộc vào sức kháng cắt của vật liệu cọc xi măng đất Khảnăng chịu tải giới hạn ngăn của cọc xi măng đất đơn trong đất sét yếu khi đất pháhoại được tính theo biểu thức sau:
Quisoi = (W-d Hoot 2.25 2d°)Cu sot (2.5)
Trong đó:d - đường kính của cột xi măng đất;H,„¡ - chiều dài cột xi măng dat:Cusoi - dO bén cat không thoát nước trung bình của đất sét bao quanh,được xác định bằng thí nghiệm ngoài trời như thí nghiệm cắt cánh và xuyên côn
Giả thiết là sức cản mặt ngoài băng độ bên cắt không thoát nước của đất sét Cuvà sức chịu ở chân cọc xi măng đất tương ứng là 9 C, Sức chịu ở chân cọc xi măngđất treo không đóng vao tang nén chặt, thường thấp so với mặt ngoài Sức chịu ởchân cột xi măng đất sẽ lớn khi cọc xi măng đất cắt qua tang ép lún vào đất cứngnăm dưới có sức chịu tải cao Phần lớn tải trọng tác dụng sẽ truyền vào lớp đất ởdưới qua đáy của cọc xi măng đất Tuy nhiên sức chịu ở chân cọc xi măng đất
không thể vượt qua độ bền nén của ban thân cọc xi măng đất
Trang 40_27-Trong trường hợp cọc xi măng đất đã bị phá hoại trước thi các cọc xi măng datđược xem như một lớp đất sét cứng nứt nẻ Độ bền cắt của hỗn hợp sét ở dạng cụchay hợp thể đặc trưng cho giới hạn trên của độ bên Khi xác định bằng thí nghiệmxuyên hay cắt cánh, giới hạn này vào khoảng từ 2 + 4 lần độ bền cắt dọc theo mặtliên kết khi xác định bởi thí nghiệm nén có nở hông
Quit cot = Acot X(3-5 Ceol +3Øn) (2.6)
Trong do:
C.o = lực dính kết của vật liệu cọc xi măng đấtGa - áp lực ngang tổng cộng tác động lên cọc xi măng đất tại mặt cắt giớihạn.
Giả thiết góc ma sát trong của đất là 309 Hệ số tương ứng hệ SỐ áp lực bị độngKy khi @„„,cọc xi măng dat=30°
Giả thiết là: Ơn =Ơp + 5 Cụ (2.7)Trong đó:
Op - áp lực tong của các lớp phủ bên trên