báo cáp môn học phương pháp thi công cọc xi măng đất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA XÂY DỰNG & CƠ HỌC ỨNG DỤNG BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CỌC XI MĂNG ĐẤT GVGD: HÀ HUY KHÁNH NHÓM THỰC HIỆN: NGUYỄN NHẤT QUYẾT 11149112 NGUYỄN VĂN HIỂN 11149 TÔ NGỌC TÍNH 11149 11149 TPHCM, tháng 05 năm 2014 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 3 I. GIỚI THIỆU CHUNG: 4 1. KHÁI NIỆM: 4 2. PHẠM VI ỨNG DỤNG: 4 3. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM: 5 4. TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ: 6 5. CÁCH TÍNH TOÁN CỌC XMĐ: 6 6. CÁC KIỂU BỐ TRÍ CỌC: 7 7. THỰC TẾ ỨNG DỤNG: 8 II. KỸ THUẬT THI CÔNG: 10 1. NGUYÊN LÝ THI CÔNG: 11 2. MÁY THI CÔNG: 12 3. TRÌNH TỰ THI CÔNG: 14 4. AN TOÀN LAO ĐỘNG: 21 III. NHẬN XÉT: 22 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, nhu cầu phát triển về cơ sở hạ tầng rất lớn và cấp thiết. Phần lớn các công trình được xây dựng trên nền đất hình thành một cách tự nhiên trong những môi trường khác nhau. Do nền đất tự nhiên nhiều khi chưa đáp ứng được khả năng chịu tải của các công trình như nhà cửa, cầu cống, đê đập xây dựng trên chúng, hay nói cách khác, khả năng chịu tải của chúng kém hơn so với tải trọng dự kiến. Vì vậy cần cải thiện tính chất của nền đất trong phạm vi ảnh hưởng để chúng có thể đủ sức chịu tải trọng thiết kế. Trong thực tế có nhiều phương pháp để cải thiện tính chất của nền đất yếu, một trong những phương pháp đó là xử lý nền bằng cọc xi măng đất. Một trong những thông số quan trọng khi thiết kế cọc xi măng đất là lựa chọn được tỷ lệ xi măng với đất hợp lý; nó ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của vật liệu, sức chịu tải của nền và giá thành công trình. Xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng-đất đối với nước ta còn mới mẻ. Một trong những chỉ tiêu quan trọng khi thiết kế cọc xi măng- đất là lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất. Để lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất phù hợp với từng loại đất nền cần phải xử lý, phải nghiên cứu những ảnh hưởng của tỷ lệ xi măng với đất đến tính chất của hỗn hợp vật liệu, sức chịu tải của cọc đơn, sức chịu tải của nền đất sau khi được gia cố và kinh nghiệm lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất đối với các loại đất khác nhau cần phải xử lý I. GIỚI THIỆU CHUNG: 1. KHÁI NIỆM: − Cọc xi măng đất (hay còn gọi là cột xi măng đất, trụ xi măng đất) -(Deep soil mixing columns, soil mixing pile) − Cọc xi măng đất là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun. − Cọc xi măng đất (XMĐ) là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu với khả năng ứng dụng tương đối rộng rãi như: Làm tường hào chống thấm cho đê đập, gia cố nền móng cho các công trình xây dựng, sửa chữa thấm mang cống và đáy cống, ổn định tường chắn, chống trượt mái dốc, gia cố đất yếu xung quanh đường hầm, gia cố nền đường, mố cầu dẫn − Tại Việt Nam, tiêu chuẩn thiết kế - thi công – nghiệm thu cọc xi măng đất là TCXDVN 385 : 2006. − Cũng như các phương pháp cải tạo, gia cố nền đất yếu khác, phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc xi măng đất nhằm thay đổi tính chất cơ lý của đất theo hướng nâng cao sức chịu tải, giảm biến dạng của nền. − Nguyên lý đất trộn xi măng: Xi măng sau khi trộn với đất sẽ xảy ra một loạt các phản ứng hoá học gây đông cứng, đóng rắn khối đất được trộn, các phản ứng hoá học chủ yếu là: + Phản ứng thuỷ hoá của ximăng: Ximăng + nước = Hydroxyd ngậm nước + + Tác dụng của hạt đất sét với các chất thuỷ hoá của ximăng: tạo thành các chất thuỷ hoá của ximăng, tự đóng rắn thành kết cấu khung xương đá ximăng. + Tác dụng Cacbonat hoá: Hydroxid calxi + không khí = Cacbonat canxi (kết tủa rắn) 2. PHẠM VI ỨNG DỤNG: − Khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu cần phải có các biện pháp xử lý đất nền bên dưới móng công trình, nhất là những khu vực có tầng đất yếu khá dày. Một trong những biện pháp xử lý hiệu quả và kinh tế là dùng Cọc xi măng đất. − Cọc xi măng đất được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho các công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng…như: làm tường hào chống thấm cho đê đập, sửa chữa thấm mang cống và đáy cống, sử dụng tường chắn, gia cố đất xung quanh đường hầm, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố nền đường, mố cầu dẫn… 3. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM: • Ưu điểm: − So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, công nghệ cọc xi măng đất có ưu điểm là khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho đến bùn yếu), thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đã đưa lại hiệu quả kinh tế rõ rệt so với các giải pháp xử lý khác.(nếu sử dụng phương pháp cọc bê tông ép hoặc cọc khoan nhồi thì rất tốn kém do tầng đất yếu bên trên dày. Với 1 trường hợp đã áp dụng với lớp đất dày 30m, thì khi sử dụng phương pháp cọc- đất xi măng tiết kiệm cho mỗi móng xi lô khoảng 600 triệu đồng. − Ưu điểm nổi bật của cọc xi măng đất là: Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi ro cao. Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ(Ví dụ tại dự án Sunrise). Tốc độ thi công cọc rất nhanh. Hiệu quả kinh tế cao. Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng, đặc biệt trong tình hình giá vật liệu leo thang như hiện nay. Rất thích hợp cho công tác sử lý nền, sử lý móng cho các công trình ở các khu vực nền đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước Khả năng sử lý sâu (có thể đến 50m) Địa chất nền là cát rất phù hợp với công nghệ gia cố ximăng, độ tin cậy cao • Nhược điểm: − So với móng cọc với chiều dài cọc lớn thì nó sẽ lún nhiều hơn nhưng vẫn đảm bảo giới hạn cho phép. − Phụ thuộc nhiều vào công nghệ thi công nên yêu cầu có hệ thống quy chuẩn, quy định các quy trình thi công nghiêm ngặt và quy trình nghiệm thu kiểm tra hoàn thiện. Cần nghiên cứu thêm vì công nghệ máy móc, thiết bị hiện đại. 4. TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ: Tại Việt Nam, tiêu chuẩn thiết kế - thi công – nghiệm thu cọc xi măng đất là TCXDVN 385 : 2006 "Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng" do Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng - Bộ Xây dựng biên soạn, Vụ Khoa học Công nghệ Xây dựng đề nghị, Bộ Xây dựng ban hành theo Quyết định số 38/2006/QĐ-BXD ngày 27 tháng 12 năm 2006. Tiêu chuẩn của nước ngoài thì có Shanghai-Standard ground treatment code DBJ08-40-94. (Tuy nhiên trong các tài liệu tính toán này chỉ chủ yếu đề cập đến vấn đề lực thẳng đứng là chính mà chưa thấy đề cập đến vấn đề thiết kế khi công trình chịu tải trọng ngang.) 5. CÁCH TÍNH TOÁN CỌC XMĐ: Hiện nay có 3 quan điểm: - Quan điểm xem cọc xi măng đất làm việc như cọc. Sơ đồ này đòi hỏi trụ phải có độ cứng tương đối lớn (trụ đá hoặc trụ bê tông - vibro-concrete column) và các trụ phải được đưa xuống tầng đất chịu tải (bearing layer). Nếu tính theo sơ đồ này thì lực từ móng chuyền xuống sẽ chủ yếu đi vào các columns (đất nền dưới móng không chịu tải). Với trụ không được đưa xuống tầng chịu lực, có thể dùng phương pháp tính với cọc ma sát để tính. - Quan điểm xem các cọc và đất làm việc đồng thời. Nền trụ+đất dưới móng được xem như nền đồng nhất với các số liệu cường độ c, phi được nâng cao (được tính từ c, phi của đất và của vật liệu làm trụ). Công thức qui đổi c, phi tương đương dựa trên độ cứng của trụ, đất và diện tích đất được thay thế bởi trụ.(tính tóan như đối với nền thiên nhiên) - Một số các nhà khoa học lại đề nghị tính tóan theo ca 2 phương thức trên nghĩa là sức chịu tải thì tính tóan như "cọc" còn biến dạng thì tính tóan theo nền. Sở dĩ các quan điểm trên chưa thống nhất bởi vì bản thân vấn đề phức tạp, những nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm còn hạn chế. Có người đề xuất cách tính toán như sau: + Tính sức chịu tải của một cọc như cọc cứng. + Tính số cột cần thiết (Căn cứ lực tác dụng, khả năng chịu tải của đất móng giữa các cột). + Tùy thuộc tỷ lệ diện tích thay thế giữa cột va đất để tính tóan tiếp - Nếu tỷ lệ này >20% thi coi khối đất+Cột là một khối và tính tóan như một khối móng quy ước. - Ngược lại thì tính tóan như móng cọc 6. CÁC KIỂU BỐ TRÍ CỌC: Tùy theo mục đích sử dụng có thể bố trí cọc theo các mô hình khác nhau. Ví dụ: Để giảm độ lún bố trí trụ đều theo lưới tam giác hoặc ô vuông. Để làm tường chắn thường tổ chức thành dãy. Hình A.1 - Thí dụ bố trí cọc trộn khô: 1 Dải; 2 Nhóm, 3 Lưới tam giác, 4 Lưới vuông Hình A.2 - Thí dụ bố trí cọc trùng nhau theo khối Hình A.3 - Thí dụ bố trí cọc trôn ướt trên mặt đất: 1 Kiểu tường, 2 Kiểu kẻ ô, 3 Kiểu khối, 4 Kiểu diện Hình A.4 - Thí dụ bố trí cọc trộn ướt trên biển:1- Kiểu khối , 2- Kiểu tường, 3-Kiểu kẻ ô, 4-Kiểu cột, 5-Cột tiếp xúc, 6- Tường tiếp xúc, 7-Kẻ ô tiếp xúc, 8-Khối tiếp xúc Hình A.5 - Thí dụ bố trí cọc trùng nhau trộn ướt, thứ tự thi công 7. THỰC TẾ ỨNG DỤNG: Nước ứng dụng công nghệ XMĐ nhiều nhất là Nhật Bản và các nước vùng Scandinaver. Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 80-96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3 BTĐ. Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia cố bằng xi măng ở Nhật vào khoảng 23,6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển và trong 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 xử lý bằng cọc XMĐ ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m3. Tại Châu Âu, nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan bắt đầu từ năm 1967. 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 hiệu quả của hình dạng và chiều dài cột về mặt khả năng chịu tải. Tại Việt Nam, từ năm 2002 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng cọc XMĐ vào xây dựng các công trình trên nền đất, cụ thể như: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m cọc XMĐ có đường kính 0,6m thi công bằng trộn khô; xử lý nền cho bồn chứa xăng dầu đường kính 21m, cao 9m ở Cần Thơ. Năm 2004 cọc XMĐ được sử dụng để gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ (Hải Phòng), các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m. Tháng 5 năm 2004, các nhà thầu Nhật Bản đã sử dụng Jet - grouting để sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội). Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụng cọc XMĐ như: dự án thoát nước khu đô thị Đồ Sơn - Hải Phòng, dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản. Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng XM đến tính chất của XMĐ, nhằm ứng dụng cọc XMĐ vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi. Nhóm đề tài cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An) Tại thành phố Đà Nẵng, cọc XMĐ được ứng dụng ở Plazza Vĩnh Trung dưới 2 hình thức: Làm tường trong đất và làm cọc thay cọc nhồi. Tại Tp. Hồ Chí Minh, cọc XMĐ được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây, một số building như Saigon Times Square …Hiện nay, các kỹ sư Orbitec đang đề xuất sử dụng cọc XMĐ để chống mất ổn định công trình hồ bán nguyệt – khu đô thị Phú Mỹ Hưng, dự án đường trục Bắc – Nam (giai đoạn 3) cũng kiến nghị chọn cọc XMĐ xử lý đất yếu. [...]... trình gia cố có thể như sau: * Chế tạo dung dịch hồ xi măng : * Kiểm tra trước khi cho máy bơm hút hồ xi măng : * Bơm hồ xi măng xuống gia cố nền : Một số hình ảnh cọc đất phụt xi măng trong đất : Cột đất do phụt một ống Cột thi công theo công nghệ 2 ống phụt : Phạm vi sử dụng phương pháp này : Phụt vữa xi măng vào đất được gọi là công nghệ tường xi măng đất được dùng phổ biến cho gia cố nền, làm chắc... thành cao nên phương pháp này ít áp dụng d Khoan phụt cao áp (Jet – grouting) Công nghệ trộn xi măng với đất tại chỗ- dưới sâu tạo ra cọc XMĐ được gọi là công nghệ trộn sâu (Deep Mixing-DM) Hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công cọc XMĐ là: Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là Jetgrouting) Trong hai phương pháp trộn khô và trộn ướt; phương pháp trộn ướt... ba công nghệ Jet-grouting: đầu tiên là công nghệ S, tiếp theo là công nghệ T, và gần đây là công nghệ D + Công nghệ đơn pha S: Công nghệ đơn pha tạo ra các cọc XMĐ có đường kính vừa và nhỏ 0,4 - 0,8m Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công nền đất đắp, cọc + Công nghệ hai pha D: Công nghệ hai pha tạo ra các cọc XMĐ có đường kính từ 0,8 -1,2m Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công các tường chắn, cọc. .. hỗn hợp nước -ximăng Phạm vi cọc ximăng đất được tạo có đường kính 0,8-1,5 m c Công nghệ phụt 3 ống phụt JET 3 (three-jets technology) .Công nghệ này sử dụng 3 ống phụt đồng trục và áp lực bơm phụt tới 20-30 MPa và đường kính cọc xi măng đất được phụt tới 1,2-2,5 m Các dữ liệu khoan phụt điển hình được cho trong bảng dưới đây: 3 TRÌNH TỰ THI CÔNG: - Thi công cải tạo nền đất yếu bằng cọc XMĐ có thể... bước sau: - Định vị và đưa thi t bị thi công vào vị trí thi t kế; - Khoan hạ đầu phun trộn xuống đáy khối đất cần gia cố; - Bắt đầu quá trình khoan trộn và kéo dần đầu khoan lên đến miệng lỗ; - Đóng tắt thi t bị thi công và chuyển sang vị trí mới Một khu vực đã được gia cố thành vách đào để thi công móng trong khi nhà liền kề rất sát khu đất xây dựng : Sử dụng cọc xi măng đất làm tường chắn cho hố... pháp trộn ướt có nhược điểm là thi t bị đắt tiền hơn nhưng khi áp dụng vào thực tiễn thì đạt hiệu quả cao hơn nhiều so với phương pháp trộn khô 1 NGUYÊN LÝ THI CÔNG: + Công nghệ trộn khô (Dry Mixing): Công nghệ này sử dụng cần khoan có gắn các cánh cắt đất, chúng cắt đất sau đó trộn đất với vữa XM bơm theo trục khoan + Công nghệ trộn ướt (hay còn gọi là Jet-grouting): Phương pháp này dựa vào nguyên lý... thấm + Công nghệ ba pha T: Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất mà không xáo trộn đất Công nghệ T sử dụng để làm các cọc, các tường ngăn chống thấm, có thể tạo ra cột Soilcrete đường kính đến 3m a Công nghệ phụt một ống : JET 1 (one-jet technology) Công nghệ này chỉ dùng xi măng và nước làm vữa phụt Cột phụt này có đường kính chỉ là 0,50,8 m b Công nghệ phụt hai ống : JET 2 (two-jets technology) Công. ..II KỸ THUẬT THI CÔNG: a Khoan phụt truyền thống: Khoan phụt truyền thống (còn được gọi là khoan phụt có nút bịt) được thực hiện theo sơ đồ hình 2 Mục tiêu của phương pháp là sử dụng áp lực phụt để ép vữa xi măng (hoặc ximăng – sét) lấp đầy các lỗ rỗng trong các kẽ rỗng của nền đá nứt nẻ Gần đây, đã có những cải tiến để phụt vữa cho công trình đất (đập đất, thân đê, ) Phương pháp này sử dụng khá... nẻ, quy trình thi công và kiểm tra đã khá hoàn chỉnh Tuy nhiên với đất cát mịn hoặc đất bùn yếu, mực nước ngầm cao hoặc nước có áp thì không kiểm soát được dòng vữa sẽ đi theo hướng nào b Khoan phụt kiểu ép đất Khoan phụt kiểu ép đất là biện pháp sử dụng vữa phụt có áp lực, ép vữa chiếm chỗ của đất c Khoan phụt thẩm thấu Khoan phụt thẩm thấu là biện pháp ép vữa (thường là hoá chất hoặc ximăng cực mịn)... Khởi TPHCM, nhà máy điện Ô môn Cần Thơ Thực tế với các nền đường đắp cao trên nền đất yếu; công trình yêu cầu thời gian thi công ngắn; độ lún còn lại nhỏ; yêu cầu đất nền cố kết nhanh; tiết kiệm vật liệu đắp khi vật liệu này khan hiếm thì giải pháp xử lý nền bằng cọc XMĐ tỏ ra khá hiệu quả Vì vậy sắp tới chúng ta nên mạnh dạn ứng dụng công nghệ này để xử lý nền đắp trên đất yếu nhất là các đoạn đường . tỷ lệ xi măng với đất đối với các loại đất khác nhau cần phải xử lý I. GIỚI THI U CHUNG: 1. KHÁI NIỆM: − Cọc xi măng đất (hay còn gọi là cột xi măng đất, trụ xi măng đất) -(Deep soil mixing columns,. CHUẨN THI T KẾ: Tại Việt Nam, tiêu chuẩn thi t kế - thi công – nghiệm thu cọc xi măng đất là TCXDVN 385 : 2006 " ;Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng& quot; do Viện Khoa học Công. soil mixing pile) − Cọc xi măng đất là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thi t bị khoan phun. − Cọc xi măng đất (XMĐ) là một trong những giải pháp