công nghệ thi công cọc đất-ximăng hợp lý để phòng chống trượt bờ sông khu vực thành phố hồ chí minh

Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, ở nớc ta một số công trình có sử dụng công nghệ gia cố nền bằng cọc đất-xi măng nh xử lý cho đờng dẫn đầu cầu dự án đờng từ thành phố Cà Mau đi khu Cô

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và cha từng đợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Võ Ngọc Quân

2.1 Đặc điểm địa chất công trình khu vực thành phố Hồ Chí Minh 18

2.1.1 Trầm tích nguồn gốc sông biển hệ tầng Thủ Đức (zamQII-IIItđ) 18

2.1.2 Trầm tích nguồn gốc sông biển hệ tầng Củ Chi (amQIII3cc) .18

2.1.3 Trầm tích hệ tầng Bình Chánh (QIV1-2bc) 19

2.1.4 Trầm tích hệ tầng Cần Giờ (QIV2-3cg) 20

2.1.5 Trầm tích hệ tầng Nhà Bè - Bình Trng (amN13-N21) 21

2.1.6 Trầm tích hệ tầng Bà Miêu (amN22) 21

Lụựp 1 23

ẹaựt seựt maứu naõu 23

Lụựp 2 23

ẹaỏt buứn seựt 23

Lụựp 3 23

Buứn aự seựt 23

Lụựp 4 23

Buứn aự caựt 23

Lụựp 5 23

Lụựp 6 23

Aự caựt 23

Trình tự tính toán sơ bộ các thông số khoan phụt nh sau: 40 Qua đặc điểm địa chất công trình của khu vực bờ sông Rạch Giẽ, thành phố

Hồ Chí Minh (nh đã trình bày ở chơng 2), cho thấy bề dày đất yếu không

quá lớn (khoảng 7.0m), bên dới lớp đất yếu là lớp sét nửa cứng và lớp cát

trạng thái chặt vừa Sông Rạch Giẽ có chiều rộng khoảng 85.0m, mực nớc

sông cách bờ hiện tại 2.0m Cao độ mực nớc sông thay đổi theo mùa với mức chênh mực nớc là 3.0m Mái dốc tự nhiên của bờ sông có tỷ lệ 1:3 nên trong

Trang

nay một số đoạn khu vực bờ sông đang tiến hành xây dựng các công trình bên trong, chủ đầu t đã tiến hành san lấp với chiều cao san lấp từ 1.0m đến 2.0m để lấy mặt bằng vận chuyển vận liệu theo đờng sông vào công trình đã gây nên hiện tợng trợt bờ sông rất nghiêm trọng Do đó, việc xử lý gia cố bờ sông chống trợt bờ sông khi san lấp đạt cao độ thiết kế là hết sức cần thiết 45 Qua cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về cọc đất-ximăng cho thấy sức chống cắt của đất đợc gia cố đợc tăng lên đáng kể, đây là cơ sở để lựa chọn phơng pháp cọc đất-ximăng để xử lý trợt bờ sông Việc lựa chọn công nghệ thi công trộn khô nh phân tích ở Chơng 2 là phù hợp với điều kiện đất nền của khu vực bờ sông Rạch Giẽ, thành phố Hồ Chí Minh 45 Lụựp ủaỏt 1 48 Lụựp ủaỏt 2 48

Mở đầu

Công nghệ xử lý nền đất yếu bằng cọc đất-ximăng đã đợc áp dụng tại Việt Nam nhiều năm qua Hiện nay đã có rất nhiều công nghệ thi công cọc đất-xi măng của các nớc phát triển đợc áp dụng tại Việt Nam nh công nghệ Hercules của Thuỵ

Điển, công nghệ cọc đất - ximăng Keller của Đức, công nghệ cọc đất-ximăng Nax Fox, công nghệ Fudo của Nhật Bản Kèm theo các công nghệ này là các tiêu chuẩn áp dụng Mỗi công nghệ đều có những điểm u việt khác nhau, tuy nhiên khi

áp dụng tại Việt Nam thì vẫn còn gặp nhiều khó khăn và vẫn cha đợc áp dụng rộng rãi Đối với các khu vực có cấu trúc đất nền khác nhau thì công nghệ xử lý nền đất yếu cũng khác nhau

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, ở nớc ta một số công trình có sử dụng công nghệ gia cố nền bằng cọc đất-xi măng nh xử lý cho đờng dẫn đầu cầu dự án đờng từ thành phố

Cà Mau đi khu Công nghiệp khí điện đạm, cảng Dung Quất, một số hố móng công trình nhà cao tầng tại thành phố Hồ Chí Minh Tuy nhiên, công nghệ này chủ yếu đợc sử dụng để xử lý nền đất yếu, cha có ứng dụng nào để xử lý cho công tác phòng chống trợt các bờ sông Tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh các bờ sông đều đợc cấu tạo bởi đất yếu (bùn sét), hiện tợng trợt các bờ sông này diễn ra hàng ngày, hàng tháng, hàng năm và gây ra rất nhiều tác động xấu cho công tác xây dựng, quy hoạch lãnh thổ, ảnh hởng đến đời sống dân c và hàng loạt các tác động xấu khác Để gia cố các bờ sông này, hiện nay, rất nhiều chủ đầu t chọn các biện pháp gia cố rất tốn kém nh tờng cừ Baret, cọc ván bêtông dự ứng lực, hoặc xử lý bằng rọ đá Công nghệ cọc đất-xi măng hoàn toàn có thể đợc sử dụng để xử lý hiện tợng trợt bờ sông, vừa đảm bảo an toàn phòng chống trợt, vừa đạt hiệu quả kinh tế Do đó, ứng dụng công nghệ cọc

đất–ximăng để xử lý phòng chống trợt cho bờ sông khu vực Thành phố Hồ Chí Minh có tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn rất lớn

2 Mục đích của đề tài

Phân tích, đánh giá lựa chọn công nghệ gia cố nền đất yếu bằng cọc

đất–ximăng thích hợp để gia cố bảo vệ phòng chống trợt bờ sông khu vực Thành phố Hồ Chí Minh

3 Đối tợng và phạm vi nghiên cứu

trợt bờ sông bằng cọc đất–ximăng

bờ sông Rạch Giẽ, khu đô thị Phớc Nguyên Hng

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, cơ sở thực nghiệm và công nghệ của

ph-ơng pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc đất-ximăng

- Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình các bờ sông khu vực thành phố Hồ Chí Minh

phố Hồ Chí Minh

- Tính toán, thiết kế gia cố bờ sông Rạch Giẽ, khu đô thị Phớc Nguyên

H-ng, thành phố Hồ Chí Minh

5 Phơng pháp nghiên cứu

Để hoàn thành luận văn, tác giả đã sử dụng các phơng pháp nghiên cứu sau:

- Phơng pháp nghiên cứu lý thuyết

- Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm: phơng pháp đo vẽ địa hình, khoan lấy mẫu, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn, thi công cọc đất–ximăng

- Phơng pháp thí nghiệm trong phòng xác định cờng độ kháng cắt và ờng độ kháng nén của mẫu

- Đề tài bổ sung thêm những hiểu biết chung về công nghệ cọc ximăng Ngoài ra kết quả nghiên cứu còn là tài liệu tham khảo, định hớng trong việc lựa chọn giải pháp xử lý chống trợt bờ sông.

đất ứng dụng công nghệ cọc đấtđất ximăng chống trợt bờ sông khu vực hành phố Hồ Chí Minh có ý nghĩa rất lớn trong xây dựng công trình, quy hoạch lãnh thổ, ổn định đời sống dân c vì hiện nay phần lớn bờ sông khu vực thành…phố Hồ Chí Minh đều trợt khi xây dựng công trình bên trên

7 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn đợc trình bày trong 4 chơng:

Chơng 1- Cơ sở lý thuyết, thực nghiệm phơng pháp gia cố bảo vệ bờ sông

bằng cọc đất-ximăngChơng 2- Đặc điểm địa chất công trình khu vực nghiên cứu

Chơng 3- Lựa chọn công nghệ thi công cọc đất–ximăng hợp lý để phòng

chống trợt bờ sông khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Chơng 4- Tính toán, thiết kế gia cố bờ sông Rạch Giẽ, thành phố Hồ Chí Minh bằng cọc đất–ximăng

Lời cảm ơn

Trong quá trình hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận đợc sự quan tâm giúp đỡ của của các thầy trong bộ môn Địa chất công trình trờng Đại học Mỏ-

PGS.TS Tạ Đức Thịnh đã tận tình hớng dẫn và giúp đỡ trong quá trình học tập

và nghiên cứu của mình Ngoài ra, tác giả còn nhận đợc sự giúp đỡ, động viên nhiệt tình của bạn bè và đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Do điều kiện thời gian có hạn, đối tợng nghiên cứu còn mới mẻ cộng với khả năng và kinh nghiệm còn nhiều hạn chế, luận văn chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Rất mong nhận đợc sự đóng góp, bổ sung những ý kiến bổ ích để tác giả hoàn thiện hơn và phát triển luận án khi

có điều kiện nghiên cứu tiếp

Chơng 1 Cơ sở lý thuyết, thực nghiệm phơng pháp gia cố

bảo vệ bờ sông bằng cọc đất-xi măng

1.1 Cơ sở lý thuyết

Cũng nh các phơng pháp cải tạo, gia cố và xử lý nền đất yếu khác,

ph-ơng pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc đất-ximăng nhằm thay đổi tính chất cơ

lý của đất theo hớng nâng cao sức chịu tải, giảm biến dạng của nền, tăng sức chống cắt Do đó, có thể ứng dụng phơng pháp gia cố đất yếu bằng cọc đất-ximăng để xử lý nền và đảm bảo ổn định mái dốc của bờ sông

Vấn đề là làm sáng tỏ cơ chế của quá trình gia tăng cờng độ của đất, xác định các quá trình nào sẽ xảy ra trong đất khi gia cố bằng cọc đất-ximăng Làm sáng tỏ cơ chế của những quá trình cơ học và hóa lý xảy ra trong đất, hoàn thiện phơng pháp tính toán nền và chống trợt của mái dốc chính là đã xây dựng đợc cơ sở lý thuyết của phơng pháp

Trên cơ sở phân tích lý thuyết các phơng pháp gia cố nền bằng cọc ximăng có thể nhận thấy khi gia cố bằng cọc đất-ximăng trong đất sẽ diễn ra các quá trình cơ học và hóa lý sau đây:

đất-1.1.1 Quá trình nén chặt cơ học

Gia cố và xử lý nền bằng cọc đất-ximăng là dùng thiết bị chuyên dụng

để đa một lợng vật liệu vào nền đất dới dạng cọc hỗn hợp ximăng-nớc hoặc ximăng Lợng vật liệu ximăng, nớc này sẽ chiếm chỗ các lỗ hổng trong đất làm cho độ lỗ rỗng giảm đi, các hạt đất sắp xếp lại, kết quả là đất nền đợc nén chặt

Xét một khối đất có thể tích ban đầu V0, thể tích hạt rắn Vh0, thể tích ban đầu Vr0 ta có:

Sau khi gia cố, thể tớch khối đất sẽ là V, thể tớch hạt rắn là Vh, thể tớch

lỗ rỗng Vr:

V = Vh + Vr (1.2)Như vậy, sự thay đổi thể tớch khối đất là:

∆V = Vo – V = (Vho + Vro) - (Vh + Vr) (1.3)Thể tớch cỏc hạt rắn được coi như khụng đổi trong quỏ trỡnh gia cố, nghĩa là Vho = Vh , do đú:

∆V = Vro - Vr

Biểu thức (1.4) cho thấy: sự thay đổi thể tớch khối đất khi gia cố chớnh

là sự thay đổi thể tớch lỗ rỗng trong khối đất.

Nh vậy, khi gia cố nền bằng cọc đất- xi măng, quá trình nén chặt đất sẽ xảy ra tức thời Hiệu quả nén chặt phụ thuộc vào thể tích vật liệu đợc đa vào nền, nghĩa là phụ thuộc vào số lợng, đờng kính cũng nh khoảng cách giữa các cọc, hình dạng bố trí cọc Chiều sâu gia cố phụ thuộc vào chiều sâu vùng hoạt

động nén ép dới đáy móng công trình, nghĩa là, tại độ sâu mà ở đó thoả mãn một trong các điều kiện sau đây:

- ứng suất nén ép (σz ) nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 ứng suất bản thân của đất

- ứng suất nén ép (σz) nhỏ hơn hoặc bằng áp lực bắt đầu cố kết thấm của đất

- ứng suất nén ép σz = 20 – 30 kPa

Việc kiểm tra đánh giá định lợng tác dụng nén chặt đất khi gia cố nền bằng cọc đất - xi măng có thể thực hiện đợc bằng nhiều phơng pháp nh khoan lấy mẫu đất trong phạm vi giữa các cọc để xác định hệ số rỗng cũng nh khối l-ợng thể tích của đất sau gia cố hoặc dùng thí nghiệm xuyên tĩnh hay nén tĩnh nền Các công việc này đơn giản, dễ tiến hành

1.1.2 Quá trình gia tăng cờng độ của cọc gia cố và sức kháng cắt của đất nền

Do xi măng đợc sản xuất bằng cách cho thêm thạch cao vào clinker và nghiền nhỏ thành bột, clinker có cấu tạo từ các thành phần: 3CaO.SiO2, 2CaO.Al2O3 và 4CaO.Al2O3.Fe2O3, nên khi sử dụng hỗn hợp vữa ximăng–nớc vào trong đất sẽ xảy ra các quá trình thủy hóa sau:

2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.2SiO2 + 3H2O + Ca(OH)2

Sản phẩm thủy hóa của ximăng xảy ra nhanh và phần lớn cờng độ của cột đạt sau vài tuần Hydrat Canxi cũng đợc hình thành trong quá trình thủy hóa cũng có phản ứng với các hạt đất sét làm tăng thêm cờng độ của đất, nhng phản ứng này xảy ra rất chậm và kéo dài trong vài năm Quá trình trên đợc biểu diễn bằng hình 1.1 dới đây:

Hình 1.1 Quá trình đạt cờng độ của đất gia cố xi măng

Khi gia cố nền đất yếu bằng cọc cát, sức kháng cắt của cọc cát dới tác dụng của tải trọng ngoài xác định theo định luật Coulomb τ = σtgϕ , với ϕ là góc ma sát trong của cát Nhng trong cọc đất-xi măng, do hỗn hợp vữa ximăng-đất có thêm lực dính nên khả năng chịu lực nén và lực cắt của cọc đất-ximăng tăng lên rất đáng kể Lúc đó, sức kháng cắt của cọc đất-xi măng xác

định theo biểu thức τ = σtgϕ + Cxm, với Cxm là lực dính đợc tạo nên bởi các phản ứng thủy hóa xảy ra trong hỗn hợp vữa ximăng-nớc-đất Giá trị Cxm có thể xác định đợc nhờ thí nghiệm cắt các mẫu chế bị ở trong phòng

Mặt khác, khi trộn xi măng, nớc và hỗn hợp vật liệu này vào nền đất, ở mặt tiếp xúc giữa cọc và đất nền sẽ xảy ra quá trình trao đổi ion và phản ứng puzolan Các ion Calci hoá trị 2 thay thế các ion Natri và Hydro hoá trị 1 ở trong lớp điện kép bao quanh mỗi hạt khoáng vật sét Vì cần ít hơn Calci hoá trị 2 để trung hòa lới điện âm trên mặt của mỗi khoáng vật sét nên giảm đợc

kích thớc của lớp điện kép và do đó làm tăng lực hút của các hạt sét, dẫn đến lực dính của đất tăng lên Hơn nữa, silic và nhôm trong khoáng vật sét sẽ phản ứng với Silicat Calci và Hydrat nhôm Calci trong phản ứng puzolan, tạo ra các hợp chất có độ bền cao và rất bền trong môi trờng nớc Những quá trình này làm tăng lực ma sát và lực dính của đất xung quanh cọc gia cố, dẫn đến làm gia tăng cờng độ của đất nền.

Cần phải nhấn mạnh rằng, tất cả các quá trình nén chặt cơ học, quá trình gia tăng cờng độ của cọc và đất nền khi gia cố bằng cọc đất-xi măng đều

có liên hệ hữu cơ với nhau Các quá trình này không độc lập với nhau mà diễn

ra đồng thời với nhau, là động lực thúc đẩy phát triển của nhau

1.1.3 Tính toán ổn định và biến dạng của nền đất sau gia cố

Hiện nay, việc tính toán sức chịu tải và biến dạng của nền gia cố bằng cọc đất-xi măng đang còn là vấn đề tranh căi Một số nhà khoa học kiến nghị tính toán nh đối với cọc cứng, số khác lại đề nghị tính toán nh đối với nền thiên nhiên, có tác giả lại đề nghị tính toán sức chịu tải nh đối với cọc cứng, còn biến dạng thì tính toán theo nền Sở dĩ còn nhiều những quan điểm trái ngợc nhau là vì bản thân vấn đề rất phức tạp, cần phải có nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm làm sáng tỏ vai trò mang tải của cọc, của

đất nền xung quanh cọc, nghĩa là xem cọc và nền cùng đồng thời làm việc Vấn đề sẽ đơn giản hơn nhiều nếu quan niệm nền đất yếu đă đợc gia cố là một nền mới, có tính chất cơ lý mới Rõ ràng là, trớc khi gia cố, nền thiên nhiên là một nền đất yếu với các tính chất cơ lý không đáp ứng đợc yêu cầu xây dựng Sau khi gia cố, các chỉ tiêu cơ lý đă thay đổi một cách đáng kể nh độ ẩm, hệ

số rỗng giảm, khối lợng thể tích, lực dính, góc ma sát trong tăng nhờ các quá trình cố kết và tác dụng của các phản ứng hoá lý giữa xi măng, với đất nền trong quá trình gia cố, một phần nhờ vào quá trình nén chặt cơ học (tác dụng nén chặt cơ học chiếm vai trò không lớn) Vì vậy, việc tính toán sức chịu tải

và độ lún của nền sau gia cố có thể tính nh đối với nền thiên nhiên

1.1.3.1 Tính toán ổn định của nền đất đợc gia cố

a Cờng độ kháng cắt của nền gia cố

Thờng cọc đấximăng đợc dùng để ổn định mái dốc, khối đắp hoặc ờng hào Mặt phá hoại theo mặt phẳng hoặc cung tròn, huy động sức kháng cắt của cọc và đất xung quanh cọc Phân tích ổn định dựa theo các phơng pháp hiện hành Nền xử lý có cờng độ kháng cắt tính theo công thức:

t-Stb = S u (1- a) + a S U-DXM (1.5)Trong đó: Su là sức kháng cắt của đất, tính theo phơng pháp trọng số

2 U DXM h

v vo

σ ' = ' + 0 5 ∆

Cường độ chịu tải dài hạn của cọc đơn cú thể lấy từ 0.7 đến 0.95 cường

độ chịu tải tới hạn của cọc, cọc đất-ximăng được thiết kế cú thể chịu tải lớn nhất q1max với cường độ chịu tải dài hạn của cọc đơn 0.90 cường độ chịu tải tới hạn của cọc:

a: A/c2 đối với lưới cọc vuụng, với c là khoảng cỏch cọc

SU-DXM: Cường độ khỏng cắt khụng thoỏt nước của cọc đất-ximăng'

Trong trờng hợp dùng các cọc đơn lẻ để chống mất ổn định cần lu tâm

đến nguy cơ phá hoại uốn của cọc ứng xử của cọc khác nhau trong vùng chủ

động, vùng chịu cắt và vùng bị động (xem hình 1.2) Trong vùng chủ động lực dọc trục của cọc sẽ góp phần làm tăng sức kháng cắt và kháng uốn trong khi

đó tại vùng bị động các cọc thậm chí bị nứt do chịu kéo Do đó các cọc trong vùng chủ động có lợi tăng điều kiện ổn định Trong vùng cắt và bị động bố trí cọc thành tờng hoặc thành khối sẽ hiệu quả hơn bố trí các cọc đơn lẻ để ngăn phá hoại trợt

Hình 1.2 Lực dọc trục của cọc trong vùng chủ động tăng sức kháng cắt và kháng uốn, trong vùng bị động cọc có thể bị nứt khi chịu kéo.

quyết định bởi sức kháng cắt của đất xử lý ở chỗ gối nhau.

d Phân cách các cọc

Phá hoại xảy ra ở vùng chịu cắt do phân cách các cọc trong hàng khi mặt trợt nằm gần đỉnh cọc và sức kháng kéo thấp trong vùng gối nhau Dự tính sức kháng kéo của đất xử lý ở vùng gối nhau khoảng 5% đến 15% cờng độ kháng nén không hạn chế nở hông (có thể thấp hơn hoặc cao hơn tùy theo chất lợng và hiệu quả trộn sâu) Khi các cọc phân cách với nhau, sức kháng cắt của cọc trong hàng bằng sức kháng cắt của cọc đơn

e Xử lý toàn khối

Do tính chất của đất nền xử lý khác xa nền cha xử lý, có thể xem khối

xử lý đợc chôn trong đất để truyền tải trọng tác dụng đến lớp thích hợp (Kitazume, 1996)

Bớc đầu tiên gồm phân tích ổn định công trình bên trên làm việc đồng thời với nền xử lý

Bớc thứ hai gồm phân tích ổn định của nền xử lý chịu tác động của ngoại tải: phá hoại trợt, lật, mất khả năng chịu tải

Bớc thứ ba, kiểm tra độ lún của nền

Có thể dùng phơng pháp Phần tử hữu hạn để phân tích ứng suất và biến dạng của nền xử lý phức tạp, số liệu đầu vào chiếm vai trò quan trọng

1.1.3.2 Tính toán biến dạng của nền đất đợc gia cố

Các công thức tính toán lấy theo TCXDVN 385:2006 Gia cố nền đất“

yếu bằng cọc đất- ximăng”

a Độ lún toàn phần

Cọc để giảm độ lún thờng đợc bố trí theo lới tam giác hoặc ô vuông Phân tích lún dựa trên quan điểm đồng biến dạng, nói cách khác, cho rằng hiệu ứng vòm phân bố lại tải trọng sao cho biến dạng thẳng đứng tại độ sâu

nhất định trở thành bằng nhau trong cọc và đất quanh cọc.

Đối với nhóm cọc, độ lún trung bình sẽ đợc giảm bởi ứng suất cắt của

đất, huy động tại bề mặt tiếp xúc theo chu vi khối với đất xung quanh Chỉ chuyển dịch khá nhỏ (vài mm) đủ để huy động sức kháng cắt của đất ứng suất cắt gây nên độ lún lệch các cọc trong nhóm Độ lún lệch này sẽ giảm dần theo mức độ cố kết của đất, cho nên sẽ không kể đến trong tính lún tổng Ph-

ơng pháp tính lún của giáo s Broms nh sau:

• Độ lún tổng (S) của nền gia cố đợc xác định bằng tổng độ lún của bản thân khối gia cố và độ lún của đất dới khối gia cố:

Trong đó: S1 - độ lún bản thân khối gia cố

S2 - độ lún của đất cha gia cố, dới mũi cọc

• Độ lún của bản thân khối gia cố S1 đợc tính theo công thức:

s c

qH E

qH S

) 1 ( 1

− +

=

=

(1.9)Trong đó: q - tải trọng công trình truyền lên khối gia cố (kN);

H - chiều sâu của khối gia cố (m)

a - tỷ số diện tích, a = (nAc / BL), n- tổng số cọc, Ac - diện tích tiết diện cọc, B, L -kích thớc khối gia cố;

Ec- Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc; Có thể lấy Ec = (50ữ100) SU-DXM trong đó SU-DXM là sức kháng cắt của vật liệu cọc

Es - Mô đun biến dạng của đất nền giữa các cọc (Có thể lấy theo công thức thực nghiệm Es = 250Su, với Su là sức kháng cắt không thoát nớc của đất nền)

Ghi chú: Các thông số Ec, SU-DXM, Es, Su xác định từ kết quả thí nghiệm mẫu hiện trờng cho kết quả phù hợp thực tế hơn.

Hình 1.3 Tính lún nền gia cố khi tải trọng tác dụng cha vợt quá

sức chịu tải cho phép của vật liệu cọc

• Độ lún S2 đợc tính theo nguyên lý cộng lún từng lớp hoặc phơng pháp lớp tơng đơng áp lực đất phụ thêm trong đất có thể tính theo lời giải cho bán không gian biến dạng tuyến tính (tra bảng) hoặc phân bố giảm dần theo chiều sâu với độ dốc (2:1) nh hình 1.3 Phạm vi vùng ảnh hởng lún đến chiều sâu mà tại đó áp lực gây lún không vợt quá 10% áp lực

đất tự nhiên (theo quy định trong tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình TCXD 45-78)

Ghi chú: Để thiên về an toàn, tải trọng (q) tác dụng lên đáy khối gia

cố xem nh không thay đổi suốt chiều cao của khối.

b Tốc độ lún

Trong trộn khô, có thể tính thấm của cọc cao hơn đất xung quanh, cọc

có tác dụng nh băng thoát nớc thẳng đứng Tuy nhiên, tốc độ lún không chỉ

Tải trọng phân bố, q

2 1

S2

2 1

S1

H

quyết định bởi hiệu ứng thoát nớc Khi cọc gia cố và đất sét yếu xung quanh cùng làm việc, hiện tợng nổi trội chính là sự phân bố ứng suất trong hệ thống cọc-đất theo thời gian Ngay khi tác động, tải trọng đợc chịu bởi áp lực nớc lỗ rỗng d Cọc tăng độ cứng theo thời gian, sẽ chịu dần tải trọng, giảm bớt tải trọng lên đất Hệ quả là áp lực nớc lỗ rỗng d trong đất yếu sẽ đợc giảm nhanh, thậm chí cha có thấm hớng tâm Phân bố lại ứng suất là nguyên nhân chính để giảm độ lún và tăng tốc độ lún Do đó, cho dù tính thấm của cọc chỉ bằng của

đất thì quá trình cố kết cũng nhanh hơn nhờ hiện diện của các cọc Cọc đất xi măng đã làm tăng hệ số cố kết một chiều

Trong trộn ớt, tính thấm của cọc không cao hơn nền đất xung quanh

Nh-ng nhờ phân bố lại ứNh-ng suất mà quá trình cố kết một chiều xảy ra nhanh hơn

1.2 Cơ sở thực nghiệm của phơng pháp

Để kiểm tra khả năng tăng cờng độ và sức kháng cắt của mẫu đất khi

đ-ợc gia cố bằng cọc đất-ximăng, tác giả đã tiến hành lấy mẫu hiện trờng tại khu vực bờ sông Rạch Giẽ, thành phố Hồ Chí Minh đem chế bị trong phòng thí nghiệm, sau đó tiến hành các thí nghiệm: nén nở hông, thí nghiệm cắt trực tiếp và thí nghiệm thấm mẫu đất-ximăng

Thí nghiệm mẫu cọc đất-ximăng đợc tiến hành trên 03 mẫu thử, tỷ lệ trộn mẫu là 45kg ximăng cho 1.0m dài cọc, tơng đơng 159kg ximăng cho 1.0

m3 khối trộn

Mẫu thí nghiệm đợc lấy bằng phơng pháp khoan xoay lấy mẫu ở một số cọc đất xi-măng Kết quả thí nghiệm trên một số mẫu thử cọc đất-ximăng tại khu vực bờ sông Khu đô thị Phớc Nguyên Hng, Thành phố Hồ Chí Minh cũng cho thấy cờng độ kháng nén và sức kháng cắt của mẫu đất khu vực đợc gia cố bằng cọc đất-ximăng đợc tăng lên đáng kể

Các chỉ tiêu vật lý và cơ học của mẫu đất trớc khi gia cố đợc thể hiện trong bảng 1.1:

Bảng 1.1 Bảng cơ lý lớp đất yếu trớc khi gia cố

Hình 1.5 Biểu đồ thí nén nở hông mẫu đất-ximăng M1

Hình 1.7 Biểu đồ thí nghiệm nén nở hông mẫu đất-ximăng M3

Tổng hợp kết quả thí nghiệm mẫu đất nền đợc gia cố bằng cọc ximăng đợc thể hiện trong Bảng 1.2 Biểu bảng thí nghiệm xem phụ lục 2

đất-Bảng 1.2 Tổng hợp kết quả thí nghiệm mẫu đất-ximăng

bờ sông

Chơng 2

Đặc điểm địa chất công trình

khu vực nghiên cứu

2.1 Đặc điểm địa chất công trình khu vực thành phố Hồ Chí Minh

2.1.1 Trầm tích nguồn gốc sông biển hệ tầng Thủ Đức (zamQ II-III tđ)

Trầm tích nguồn gốc sông biển hệ tầng Thủ Đức (amQII-IIItđ) phân bố rộng rãi trong khu vực nghiên cứu, song chỉ lộ ra ở phía Bắc Thủ Đức, diện tích còn lại bị phủ bởi các trầm tích trẻ hơn với bề dày tơng đối lớn Thành phần của hệ tầng gồm đất sét màu xám trắng loang nâu đỏ, sét pha, cát pha màu xám trắng, nâu vàng và cát màu xám vàng loang trắng Nét đặc trng là các trầm tích này bị phong hóa nên có màu sặc sỡ và đợc gắn kết ở các mức

độ khác nhau Các nghiên cứu cho thấy bề mặt của tầng liên tục, có sự dịch chuyển từ dới lên và bị phong hóa kiểu thấm lọc nên vỏ ferit hóa ở đới ảnh h-ởng của nớc ngầm

Các trầm tích này có trạng thái từ dẻo cứng đến chảy, độ chặt trung bình,

độ nén lún thấp, khả năng chịu tải từ trung bình đến cao 2,5 – 3,0kG/cm2, có chiều dày thay đổi từ 0,5 – 7,5m, phủ trực tiếp lên trầm tích Trảng Bom

2.1.2 Trầm tích nguồn gốc sông biển hệ tầng Củ Chi (amQ III 3 cc)

Trầm tích nguồn gốc sông biển hệ tầng Củ Chi (amQIII3cc) có thành phần

đất đá rất đa dạng, nhiều màu sắc, bề dày thay đổi từ 2,5 - 25m Các trầm tích này phân bố rộng rãi nhng lộ ra không liên tục ở các quận 3, 5, 10, Tân Bình

và Gò Vấp, phần diện tích còn lại bị phủ bởi các trầm tích trẻ hơn Có thể chia trầm tích hệ tầng Củ Chi thành 2 tập: tập trên và tập dới

• Tập trên có thành phần chủ yếu là sét, sét pha nâu vàng, loang lổ, lẫn sạn sỏi laterit, trạng thái nửa cứng tới cứng, bề dày từ 3 - 8m, có nơi hơn 10m Phần trên cùng của tập có độ chặt cao, sức kháng xuyên đầu mũi từ 100 - 200kG/cm2, tính nén lún nhỏ và độ bền tơng đối cao

• Tập dới có thành phần chủ yếu là cát pha và cát hạt mịn đến thô, độ chặt trung bình, sức kháng xuyên đầu mũi của đất từ 20 - 70kG/cm2, tính nén lún trung bình, độ thấm tơng đối cao

Các trầm tích này có trạng thái cứng - dẻo cứng, sức chịu tải 3,0 - 3,5kG/cm2, chiều dày từ 1,5 - 5m

2.1.3 Trầm tích hệ tầng Bình Chánh (Q IV 1-2 bc)

Trầm tích hệ tầng Bình Chánh có thành phần đất đá đa dạng, phân bố rộng rãi, cha đợc nén chặt, hệ số rỗng, độ sệt, độ bão hòa và tính biến dạng lớn, độ bền thấp, có nguồn gốc biển và hỗn hợp sông biển

2.1.3.1 Trầm tích nguồn gốc biển (mQ IV 1-2 bc)

Trầm tích lộ ra chủ yếu ở các huyện Nhà Bè, Duyên Hải và Bình Chánh tạo nên bậc địa hình có cao trình tuyệt đối 2 – 5m, phần còn lại bị phủ bởi các trầm tích hệ tầng Cần Giờ (QIV2-3 cg) ở các độ sâu khác nhau

Mặt cắt vùng lộ, theo đặc điểm địa chất công trình có thể phân thành nh sau:

• Lớp trên chủ yếu là sét, sét pha màu xám xanh, trạng thái từ dẻo mềm đến chảy, phần trên cùng bị phong hoá yếu có màu vàng loang lổ, thờng chứa các kết vón nhỏ, trạng thái phổ biến là dẻo mềm, đôi khi đạt đến dẻo cứng, độ bền tuy có đ-

ợc cải thiện nhng nhìn chung vẫn thấp, tính nén lún lớn

• Lớp dới là cát pha, cát sạn lẫn ít sét bột, màu xám đen, độ hạt biến đổi thô dần theo chiều sâu, phân bố ở độ sâu 15 – 20m, sâu dần theo hớng Đông Bắc đến Tây Nam, phủ bất chỉnh hợp trên bề mặt hệ tầng Củ Chi (amQIII3 cc) Đây là thành phần chứa nớc chính của tầng Holoxen, song nhiều nơi không có lớp này

2.1.3.2 Trầm tích nguồn gốc sông biển (amQ IV 1-2 bc)

Các trầm tích phân bố khá phổ biến trong khu vực nghiên cứu Các trầm tích lộ ra ở các quận 4, 5, 6, 8, 11, quận Thủ Đức, huyện Bình Chánh, Nhà Bè

và phần còn lại bị phủ bởi cấc trầm tích hệ tầng Cần Giờ (QIV2-3 cg) Thành phần chủ yếu là sét, bùn sét, bùn sét pha, đôi chỗ có cát pha và cát hạt mịn

Đất cha đợc nén chặt, hệ số nén chặt tự nhiên Kđ nhỏ hơn 0, trạng thái dẻo mềm đến chảy, liên kết keo xúc biến, độ bền không đáng kể, khối lợng thể tích tự nhiên 1,45 - 1,85g/cm3 , hệ số rỗng từ 0,8 - 2 và lớn hơn, hệ số nén lún

a1- 2 = 0,090 - 0,634cm2/ kG Giống nh các trầm tích biển, tại những nơi lộ ra trên bề mặt, đất bị phong hóa yếu có màu vàng loang lổ Tuy nhiên, do địa hình thấp, mực nớc ngầm nằm nông, bị ảnh hởng của thủy triều nên lớp này

có bề dày không đáng kể

Đáng lu ý là trầm tích Holoxen trầm tích sông biển đợc phân bố ở cửa biển (từ mũi Nhà Bè đổ ra phía biển nên trong khu vực nghiên cứu trầm tích này không giữ vai trò cấu tạo nên bờ và lòng sông Đồng Nai).

2.1.4 Trầm tích hệ tầng Cần Giờ (Q IV 2-3 cg)

2.1.4.1 Trầm tích nguồn gốc sông biển (amQ IV 2-3 cg)

Trầm tích lộ ra chủ yếu ở huyện Nhà Bè, Bình Chánh, Bình Thạnh, Nam Thủ Đức và một diện tích nhỏ ở Cần Giờ Mặt cắt địa chất điển hình nhất của

hệ tầng gồm hai lớp: lớp dới chủ yếu là bùn sét, bùn sét pha màu xám đen, lẫn

ít thực vật có mức độ phân hủy kém Lớp trên là cát lẫn bột màu nâu, nâu vàng, bão hòa nớc, tuy nhiên nhiều nơi không có lớp này Nhìn chung, các trầm tích hệ tầng Cần Giờ đang ở giai đoạn đầu của quá trình tạo đá nên hệ số nén chặt tự nhiên nhỏ hơn 0, các đặc trng về trạng thái vật lý của đất thay đổi không rõ rệt theo chiều sâu, thờng ở trạng thái chảy, chảy ẩn, liên kết keo xúc biến, độ bền không đáng kể, độ ẩm tự nhiên thờng cao hơn giới hạn chảy và thay đổi trong khoảng 50 - 85% hoặc lớn hơn, mật độ tự nhiên của đất 1,26 - 1,75g/cm3 Do các trầm tích mềm yếu hệ tầng Cần Giờ và hệ tầng Bình Chánh trực tiếp phủ lên nhau, vì vậy bề dày đất yếu trong khu vực này rất lớn

2.1.4.2 Trầm tích nguồn gốc đầm lầy sông (baQ IV 2-3 cg)

Trầm tích phân bố chủ yếu ở Nhà Bè, dọc trũng Lê Minh Xuân, thung lũng sông Sài Gòn và Bắc Hóc Môn Theo đặc điểm thành phần có thể chia mặt cắt hệ tầng thành ba lớp: lớp dới là bùn sét màu xám nâu chứa các di tích thực vật đã phân hủy, bề dày 1,5 - 3,5m Lớp giữa là than bùn màu nâu đen, xốp nhẹ, dày 0,1 - 1,5m, có nơi vắng mặt Lớp trên là bùn sét màu xám đen chứa mùn thực vật, chiều dày 0,1 - 0,3m Các trầm tích đầm lầy sông hệ tầng Cần Giờ phủ chỉnh hợp lên sét màu xám xanh hệ tầng Bình Chánh Do đó, bề dày đất yếu tơng đối lớn, tuy nhiên, đôi nơi nhỏ hơn 5m Than bùn và bùn sét hữu cơ nguồn gốc đầm lầy sông hệ tầng Cần Giờ có độ ẩm, độ rỗng và tính nén lún lớn, độ bền nhỏ, hàm lợng hữu cơ thờng biến đổi trong khoảng từ 6 - 15% đến 50 - 60% Đất có tính bất đẳng hớng rõ rệt về tính thấm, tính biến dạng và độ bền

2.1.4.3 Trầm tích nguồn gốc đầm lầy biển (bmQ IV 2-3 cg)

Phân bố chủ yếu ở các huyện Nhà Bè, Cần Giờ, gồm bùn sét, bùn sét pha màu xám đen, chứa 20 - 30% tạp chất hữu cơ và vụn thực vật phân hủy kém, bề mặt dày 2 - 10m và lớn hơn, phủ chỉnh hợp lên các trầm tích hệ tầng Bình Chánh, bề mặt bị ngập nớc thờng xuyên, trên đó thảm thực vật đầm lầy nớc mặn phát triển mạnh Các trầm tích này có độ ẩm cao, thông thờng 70 - 90%, trạng thái chảy, hệ số rỗng rất lớn, độ sệt thay đổi rộng, rất kém ổn định, tính thấm và độ bền nhỏ, tính nén lún lớn, hệ số nén lún thay đổi trong khoảng 0,5 - 1,0cm2/kg

Nhìn chung, các trầm tích hệ tầng Cần Giờ đều là đất yếu, chứa một ợng đáng kể vật chất hữu cơ và hàm lợng của nó liên quan mật thiết với nguồn gốc thành tạo, thấp nhất là trong trầm tích nguồn gốc sông biển, kế đó là các trầm tích đầm lầy biển và đầm lầy sông Ngoài ra, trong các trầm tích đầm lầy sông còn có mặt than bùn, phân bố tơng đối rộng, biến đổi mạnh về chiều dày,

l-độ ẩm cao, hệ số rỗng và tính nén lún rất lớn, l-độ bền nhỏ và bất đẳng hớng rõ rệt về tính thấm, tính biến dạng và độ bền Do đó, sự có mặt của chúng trong cấu trúc nền đất gây nhiều khó khăn cho công tác khảo sát cũng nh thiết kế,

xử lý nền móng và thi công xây dựng, ảnh hởng bất lợi đến ổn định của công trình, làm cho nền đất rất nhạy cảm trớc tác động của con ngời

2.1.5 Trầm tích hệ tầng Nhà Bè - Bình Trng (amN 1 3 -N 2 1 )

Các trầm tích có nguồn gốc chủ yếu là sông biển hỗn hợp không lộ ra trên mặt Chúng phân bố ở độ sâu 80m ở Nam Thủ Đức đến 140m ở trung tâm thành phố và trên 200m ở Tây Nam Bình Chánh Chiều dày thay đổi từ 0 - 120m Thành phần bao gồm các lớp cát lẫn sỏi sạn màu xám trắng, đôi chỗ có chứa cacbonat xen kẹp các lớp sét bụi màu xám xanh phân lớp mỏng Các trầm tích hệ này phủ bất chỉnh hợp lên các đá Mezozoi và phủ không chỉnh hợp bởi các trầm tích Pliocen trên, hệ tầng Bà Miêu

2.1.6 Trầm tích hệ tầng Bà Miêu (amN 2 2 )

Các trầm tích hệ tầng này có nguồn gốc sông biển hỗn hợp, không xuất

lộ trên bề mặt Chúng phân bố từ độ sâu 10 - 30m ở Thủ Đức, nội thành và chiều sâu đến 75m ở Bình Chánh Chiều dày biến đổi từ 0 - 140m Các trầm

tích này có tớng châu thổ là chủ yếu, và cấu trúc dạng nhịp, với chiều dày mỗi nhịp từ 50 - 70m Phần dới của nhịp là cát lẫn sạn, sỏi màu xám trắng Trong

đó các hạt trung chiếm u thế Phần trên là cát bụi, bụi, sét màu xám xanh, xám vàng nhạt Phần trên cùng của hệ thống bị phong hóa mạnh tạo nên lớp Laterit khá dày

2.1.7 Trầm tích hệ tầng Trảng Bom (aQ 1 )

Trầm tích Trảng Bom có nguồn gốc sông phân bố rộng khắp trên toàn diện tích thành phố, nhng không xuất lộ trên bề mặt Chiều dày biến đổi trung bình từ 10 - 30m Mặt cắt trầm tích của tầng này có thể phân chia thành ba lớp: dới cùng là cuội sỏi, ở giữa là cát sạn, trên cùng là sét pha, sét Theo hớng

từ Bắc xuống Nam, chiều dày lớp sét pha, sét tăng nhanh trung bình từ 2 - 20m, còn cát sạn sỏi lại giảm Lớp sét pha có hàm lợng sét biến đổi từ 11,4% - 63,0% Trạng thái biến đổi từ cứng đến dẻo cứng Sức chịu tải 3,0 - 5,0kG/cm2 ở vùng có địa hình cao, bề mặt của tầng bị phong hóa mạnh hình thành lớp sét - sét pha chứa Laterit Bề mặt của tầng Trảng Bom không bằng phẳng, nhiều nơi bị bào khoét tới độ sâu 20 - 30m, thậm chí hơn 40m ở Tây Nam Bình Chánh, và hình thành các trũng lớn ở vùng duyên hải, Nhà Bè, Bình Chánh, Nam Thủ Đức, dọc sông Sài Gòn để chứa các trầm tích trẻ Holocen ở các khu vực Bắc Thủ Đức, Củ Chi, Hóc Môn, nội thành, tầng Trảng Bom nổi cao ở độ sâu 3 - 10m, là tầng chịu tải chính của công trình bề mặt

Từ những trình bày nói trên, có thể thấy rằng tính chất cơ lý của các trầm tích phụ thuộc vào tuổi và nguồn gốc của chúng Các trầm tích Pleistocen

cổ hơn (hệ tầng Thủ Đức và Củ Chi) có mức độ thành đá cao hơn, độ bền lớn hơn, đợc đặc trng bằng độ ẩm tự nhiên, độ rỗng, độ sệt, độ nén lún tơng đối thấp, còn khối lợng thể tích tự nhiên, sức kháng cắt, môđun tổng biến dạng và khả năng chịu tải tơng đối cao Các trầm tích Holoxen trẻ hơn (hệ tầng Bình Chánh, Cần Giờ) có mức độ thành đá thấp và độ bền rất nhỏ, về cơ bản đều là các loại đất yếu, có độ ẩm tự nhiên vợt quá giới hạn chảy, tính nén lún rất lớn

và rất nhạy cảm với các tác động từ bên ngoài Các trầm tích có nguồn gốc

đầm lầy có hàm lợng vật chất hữu cơ cao làm cho đất có tính bất đẳng hớng rõ rệt về tính thấm, tính biến dạng và độ bền

Ghi chú : - Tử số là trị số chuẩn hoặc trị số tính toán trung bình

- Mẫu số là trị tối thiểu và tối đa

2.2 Đặc điểm địa chất công trình khu vực bờ sông Rạch Giẽ thành phố

Hồ Chí Minh

Khu vực khảo sát nằm ở phía Nam thành phố Hồ Chí Minh, thuộc xã Phớc Kiển, huyện Nhà Bè, gần cầu Rạch Đĩa Vị trí địa lý nh sau: phía Bắc giáp sông Rạch Giẽ, phía Tây giáp đờng Lê Văn Lơng, phía Đông giáp đờng Nguyễn Hữu Thọ Khu vực này hiện nay đợc san lấp để xây dựng hàng loạt công trình bên trên, tuy nhiên do đặt trên lớp đất yếu nên các công trình đều phải xử lý nền trớc khi xây dựng, hơn nữa, do nằm cạnh sông nên cũng xảy ra hiện tợng trợt bờ sông khi san lấp, vì vậy cũng cần phải xử lý ổn định trợt mái dốc nhằm đảm bảo ổn

định công trình đồng thời tạo cảnh quan cho khu vực

Mặt cắt địa chất công trình khu vực từ trên xuống gồm các lớp đất nh sau:

- Lớp đất lấp: Cát san lấp màu vàng nhạt, xám vàng, bắt gặp tại một vài nơi trong khu vực, bên dới lớp này là sét màu xám xanh lẫn hữu cơ Chiều dày lớp 0.4m

- Lớp bùn sét (amQIV2-3cg): màu xám đen, đôi chỗ xám nâu, lẫn ít mùn thực vật có mức độ phân huỷ kém Lớp này phân bố trong toàn bộ khu vực khảo sát Chiều dày lớp trung bình 7.0m Gía trị xuyên tiêu chuẩn Nspt = 1ữ2,

đất có tính nén lún cao, hệ số nén lún a = 0.236 cm2/kg

- Lớp sét nửa cứng (amQIV1-2bc): màu xám trắng, loang lổ nâu đỏ, nâu vàng Chiều dày trung bình 8.5m Trạng thái nửa cứng Giá trị xuyên tiêu chuẩn Nspt = 18ữ22 Tính nén lún trung bình, hệ số nén lún a = 0.026 cm2/kg

- Lớp sét pha (amQIV1-2bc): màu xám, vàng nâu Chiều dày trung bình 6.5m Trạng thái nửa cứng Giá trị xuyên tiêu chuẩn Nspt = 20ữ25

- Lớp cát pha (amQIIIcc): màu xám trắng, đôi chỗ xám vàng, chiều dày lớp cha xác định Trạng thái chặt vừa

(Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý các lớp đất xem bảng 2.2)

2.2.1 H×nh trô hè khoan ®iÓn h×nh cña c«ng tr×nh phôc vô cho c«ng t¸c tÝnh to¸n

H×nh 2.1 H×nh trô hè khoan ®iÓn h×nh

2.2.2 Thống kê các đặc trng cơ lý cơ bản tính toán của đất

Chỉ tiêu tiêu chuẩn

Theo TCVN 45-78: trị số tiêu chuẩn của một chỉ tiêu A nào đó của đất (ký hiệu Atc) đợc xác định theo công thức:

n

A A

A

n i

A tt = tc ± ασ

(2-2)Với biến c,ϕ:

σ

α

t A

1 2 1 τ

P

2 2

φ

α σ ϕ

t∀ : hệ số tra bảng phụ thuộc vào n và ∀

Khi tính nền theo cờng độ (trạng thái giới hạn thứ nhất) chọn α =0,95.Khi tính nền theo biến dạng (trạng thái giới hạn thứ hai) chọn α =0,85.Theo TCVN 45-78: trong tính toán nền móng, mọi chỉ tiêu phải dùng chỉ tiêu tính toán Nhng đối với khối lợng thể tích γ, các thông số c, ϕ đợc xác

còn các chỉ tiêu khác cho phép lấy Kd =1, tức là Att= Atc

Xác định trị số tiêu chuẩn của sức chống cắt C và ϕ :

) (

1

2

i n

i

n i i n

i i n

i i i

) (

1

τ τ

Trong đó:

2

1 1

Còn đối với c,ϕ (trị số trung bình đợc xác định theo phơng pháp bình

ph-ơng nhỏ nhất) thì độ lệch của chúng tính qua độ lệch của τ theo biểu thức:

1 τ

−

n

i tc tc

p

2 2

Bảng 2.2 Các đặc trng cơ lý của đất nền phục vụ tính toán

Các

đặc

Lớp 1 H=7m H=8.5mLớp 2 H=6.5mLớp 3 Lớp 4

26 0.769 1.60 1.94 3.10 -8

19.8 0.583

2.03

18.6 0.578

- Trợt mái dốc: Mái dốc bờ sông sẽ bị trợt với chiều sâu cung trợt nằm trong phạm vi lớp bùn sét hoặc mặt trợt sẽ là bề mặt tiếp xúc giữa lớp bùn sét

và lớp sét nửa cứng, tuỳ theo tải trọng ngoài tác dụng Trong thực tế, mái dốc

bờ sông đang trợt khi cát đợc vận chuyển theo đờng sông chất tạm tại khu vực này để chuyển vào bên trong khu vực xây dựng Việc kiểm tra cung trợt nguy hiểm khi chất tải sẽ đợc kiểm chứng trong chơng 4

- Lún nền đất: Rõ ràng, khi nền đất đã mất ổn định gây trợt thì lún của

đất nền là điều tất yếu sẽ sảy ra Tuy nhiên, phạm vi nghiên cứu của Luận văn chủ yếu về khả năng ổn định mái dốc, việc tính toán độ lún của nền đất chủ yếu để tham khảo và đề ra giải pháp xử lý mà không nhất thiết phải sử dụng cọc đất-ximăng Kết quả kiểm tra biến dạng lún của đất nền khi chất tải cũng

sẽ đợc thể hiện trong chơng 4

Do đó, xử lý mái dốc khi chất tải cho khu vực bờ sông Rạch Giẽ với điều kiện địa chất công trình nh trên là việc làm hết sức cần thiết cho tính ổn định lâu dài của công trình

Chơng 3 Lựa chọn công nghệ thi công cọc đất-ximăng hợp lý để phòng chống trợt bờ sông khu vực

Thành Phố Hồ Chí Minh

3.1 Một số công nghệ thi công phổ biến

Hiện nay, trên thế giới cũng nh tại Việt Nam, phổ biến một số công nghệ thi công cọc đất-xi măng nh sau:

- Công nghệ thi công trộn khô (Dry mixing)

- Công nghệ thi công trộn ớt (Wet mixing)

- Công nghệ thi công trộn sâu dạng ớt (Jet Grouting)

Trong phơng pháp trộn khô, không khí dùng để dẫn xi măng bột vào đất (độ ẩm của đất cần phải không nhỏ hơn 20%) Trong phơng pháp ớt, vữa xi măng làchất kết dính Trộn khô chủ yếu dùng cải thiện tính chất của đất dính, trong khi phun ớt thờng dùng trong đất rời Trong một ít trờng hợp nh ngăn ngừa hiện tợng hóa lỏng, trộn khô dùng cho đất rời xốp

3.1.1 Công nghệ thi công trộn khô (Dry mixing)

Nguyên tắc chung của phơng pháp trộn khô đợc thể hiện trên hình 3.1 Khí nén sẽ đa xi măng vào đất

Quy trình thi công gồm các bớc sau:

a) Định vị thiết bị trộn

b) Xuyên đầu trộn xuống độ sâu thiết kế đồng thời phá tơi đất;

c) Rút đầu trộn lên, đồng thời phun xi măng vào đất

d) Đầu trộn quay và trộn đều xi măng với đất

e) Kết thúc thi công

3.1.1.1 Công nghệ Bắc Âu

Thiết bị có khả năng tạo cọc đến chiều sâu 25 m, đờng kính 0.6m ữ 1.0

m Độ nghiêng tới 700 so với phơng đứng Máy có một cần, lỗ phun xi măng ở

đầu trộn Năng lợng trộn và khối lợng xi măng đợc quan trắc và trong nhiều ờng hợp đợc kiểm soát tự động để cho đất đợc trộn đều

tr-Đầu trộn đợc xuyên xuống đến độ sâu thiết kế, khi rút lên xi măng đợc phun qua lỗ ở đầu trộn qua ống dẫn trong cần trộn Đất và xi măng đợc trộn

đều nhờ đầu trộn đợc quay trong mặt phẳng ngang, thậm chí đổi hớng quay vài lần Cả hai pha đều có thể đợc lặp lại tại một vị trí nếu cần

Tốc độ quay của đầu trộn và tốc độ rút lên đều hiệu chỉnh đợc để đạt tới

độ đồng nhất mong muốn Thiết bị đời mới đợc phát triển chứa đợc cả khí lẫn xi măng

3.1.1.2 Công nghệ Nhật Bản

Nhật Bản chế tạo ra nhiều loại máy, có một cần hay nhiều cần Mỗi cần có đầu trộn nhiều lỡi cắt đờng kính 0.8 m 1.3 m, có khả năng tạo cọc

đến độ sâu 33 m Xi măng đi vào máy trộn nhờ khí nén Thiết bị đời mới

có đầu chụp ngăn bụi xi măng khỏi phụt lên trên mặt đất Lỗ phun xi măng nằm cả ở phía trên và phía dới hệ lỡi cắt Khối lợng xi măng và áp lực khí đợc kiểm soát tự động Xi măng đợc phun cả trong pha xuống hoặc trong hai pha của hành trình

Bảng 3.1 So sánh giữa Bắc Âu và Nhật Bản theo công nghệ trộn khô

Đầu trộn Số lợng trục trộnĐờng kính 10.4 m đến 1.0 m 1 đến 20.8 m đến 1.3 m

cánh cắt (một lỗ hoặc nhiều lỗ)

3.1.2 Công nghệ thi công trộn ớt (Wet mixing)

Nguyên lý trộn ớt đợc mô tả trong hình 3.2

Hình 3.2 Sơ đồ thi công trộn ớt

Trộn ớt dùng vữa xi măng Khi cần có thể cho thêm chất độn (cát và phụ gia) Khối lợng vữa thay đổi đợc theo chiều sâu Khi chế tạo cọc trong đất rời dùng khoan guồng xoắn liên tục có cánh trộn và cánh cắt hình dạng khác nhau, có đủ công suất để phá kết cấu đất và trộn đều vữa

Cờng độ và tính thấm phụ thuộc vào thành phần và đặc tính của đất (hàm lợng hạt mịn, hàm lợng hữu cơ, loại sét, thành phần hạt), khối lợng và chủng loại vữa và quy trình trộn

Có thể ngng trộn khi vữa cha bắt đầu đông cứng, khởi động trộn lại tại

độ sâu ít nhất 0.5 m trong đất đã xử lý

Bơm để chuyển vữa đến lỗ phun cần phải có đủ công suất (tốc độ truyền

và áp lực) để truyền lợng vữa thiết kế an toàn

3.1.2.2 Công nghệ Nhật Bản

Dùng cả trên đất liền và trên biển Trên đất liền dùng thiết bị có một, hai và bốn trục, có nhiều tầng cánh trộn để tạo độ đồng nhất cho cọc Chỉ số quay cánh và khối lợng vữa đợc kiểm soát tự động Đờng kính cánh cắt từ 1.0

m đến 1.3 m, chiều sâu tối đa đến 48 m Khi thi công trên biển thờng dùng tàu lớn, trên đó lắp cả thiết bị trộn sâu, bồn chứa, trạm trộn vữa và phòng điều khiển Các thiết bị này có thể tạo các cọc có diện tích tiết diện từ 1.5 m2 đến 6.9 m2, và tới độ sâu tối đa 70 m kể từ mặt nớc biển

Bảng 3.3 Công nghệ trộn ớt châu Âu và Nhật Bản

trên cạn

Nhật Bản, trên cạn

Nhật Bản, trên biển

Đầu trộn Số lợng trục trộnĐờng kính (m) 1-30.4 - 0.9 1-41.0 - 1.3 2-81.0 - 1.6

0.25

0.25 ữ 1.0 0.5 ữ 2.0

Khối lợng vữa lu giữ (m3)

Bảng 3.4 Đặc tính kỹ thuật công nghệ trộn ớt châu Âu và Nhật Bản

cạn

Nhật Bản, trên cạn

Nhật Bản, trên biển

và/hoặc pha lên

Pha xuống và/hoặc pha lên

Pha xuống và/hoặc pha lên3.1.3 Công nghệ thi công trộn sâu dạng ớt (Jet grouting)

3.1.3.1 Tổng quan về công nghệ Jet grouting

Công nghệ Jet grouting là một công nghệ trộn sâu dạng ớt (wet mixing) Hiện nay nớc ta cha có thuật ngữ khoa học tiếng Việt chính thức để gọi tên công nghệ này Tạm thời, có thể đề xuất thuật ngữ "khoan phụt vữa cao áp", để phân biệt với các công nghệ khoan phụt sử dụng áp suất thấp hơn (2-10 atm) và cơ chế nút bịt đã có mặt ở nớc ta từ nhiều năm nay

Khoan phụt vữa cao áp là một quá trình bê tông hoá đất Nhờ có tia nứớc và tia vữa phun ra với áp suất cao (200- 400 atm), vận tốc lớn (≥ 100 m/s), các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hoà trộn với vữa phụt đông cứng tạo thành một khối đồng nhất đất-ximăng

• Ưu điểm của công nghệ khoan phụt vữa cao áp:

- Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp mọi loại đất, từ bùn sét đến sỏi cuội

- Có thể xử lý các lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hởng đến các lớp đất tốt

- Có thể xử lý dới móng hoặc kết cấu hiện có mà không cần ảnh hởng

đến công trình

- Thi công đợc trong nớc

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

h Thiết bị nhỏ gọn, có thể thi công trong không gian có chiều cao hạn chế, nhiều chớng ngại vật

• Nhợc điểm của công nghệ khoan phụt vữa cao áp:

- Có thể gây ra trơng nở nền và gây ra các chuyển vị quá giới hạn trong lòng đất áp lực siêu cao còn có khả năng gây nên rạn nứt nền đất lân cận và tia vữa có thể lọt vào các công trình ngầm sẵn có nh hố ga, tầng hầm lân cận

- Đối với nền đất chứa nhiều túi bùn hoặc rác hữu cơ thì axit humic trong đất có thể làm chậm hoặc phá hoại quá trình ninh kết của hỗn hợp đất-ximăng

• Tính chất của đất-ximăng:

- Đất-ximăng trong đất đóng vai trò ổn định đất và chống thấm

- Cờng độ chịu nén của đất-ximăng từ 2 ữ 25 N/mm2, phụ thuộc vào hàm lợng xi măng và tỷ lệ đất còn lại trong khối đất-ximăng

- Hiệu quả chống thấm của đất-ximăng đạt đợc bằng cách lựa chọn loại vữa thích hợp, trong trờng hợp cần thiết phải cho thêm bentonite

- Loại vật liệu làm vữa và khối lợng vữa bơm vào, cũng nh loại đất và ợng đất còn lại trong khối đất-ximăng sẽ quyết định tính chống thấm của nó

l-Hình 3.3 So sánh hiệu quả sử dụng khoan phụt vữa cao áp với các phơng pháp khoan phụt hoá chất và khoan phụt xi măng áp lực thấp

Hình 3.4 Cờng độ kháng nén của

đất-ximăng

Hình 3.5 Biểu đồ phát triển cờng độ

của đất- ximăng