công nghệ thi công móng hiện đại

Công nghệ thi công móng hiện đại. Các công nghệ đang được sử dụng hiện nay là: CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG TẠI CHỖ. CÔNG NGHỆ LẮP GHÉP. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN. CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC. CỌC ĐỔ TẠI CHỖ. CÔNG NGHỆ KHOAN DẪN

Mục lục

CHUYÊN ĐỀ 3: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN 7

3.1 Xử lý nền theo phương pháp vật lý: 7

3.1.1 Phương pháp bấc thấm 7

3.1.2 Phương pháp cố kết chân không 8

3.1.3 Trình tự Xử lý nền bằng cố kết chân không 13

3.2.1.1 Bản chất: 13

14

3.2.1.2 Vật liệu: 14

3.2.1.3 Quy trình: 14

3.2.1.4 Thiết bị: 14

3.2.1.5 Phạm vi áp dụng: 16

3.2.2 Cọc Xi măng – đất 16

3.2.2.1 Bản chất: 16

3.2.2.2 Quá trình nén chặt cơ học 16

3.2.2.3 Quá trình cố kết thấm 17

3.2.2.4 Vật liệu: 19

3.2.2.5 Quy trình: 19

3.2.2.6 Công nghệ thi công 19

3.2.2.8 Trình tự thi công cọc xi măng đất 22

3.2.3 Phương pháp silicát hóa .23

3.2.3.1 Bản chất: 23

3.2.3.2 Vật liệu: 23

3.2.3.3 Các phương pháp thi công: 24

3.2.3.4 Thiết bị: 24

1

3.2.3.5 Áp dụng 24

3.3.1.2 Ưu thế kỹ thuật đầm rung sâu 26

c, Đầm lăn 27

3.3.2.1.1 Đặc điểm 28

3.3.2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật 28

3.3.2.1.3 Thi công 28

3.3.2.1.4 Phạm vi áp dụng 28

3.3.2.2.1 Ưu nhược điểm 28

3.3.2.2.3 Nguyên tắc phương pháp 30

3.3.2.2.4 Trình tự thi công 32

3.3.2.1 Đặc điểm 33

3.3.2.2 Phạm vi áp dụng: 33

3.3.2.3 Phương pháp thi công hạ cọc: 34

4.1.2.3 Ưu nhược điểm của phương pháp hạ cọc bằng búa rung 39

4.1.2.4 Phạm vi áp dụng 39

4.1.2.5 Những vấn đề lưu ý, sự cố trong thi công 39

4.3 CÔNG NGHỆ KHOAN DẪN 46

CHUYÊN ĐỀ 1: CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG TẠI CHỖ

Khái niệm CN Bê tông tại chỗ:

CN Bê tông tại chỗ là công trình được làm ra và sử dụng tại chỗ

1.1 CN Bê tông tại chỗ:

a Vật liệu: vữa bê tông: cát, đá, xi măng, nước toàn khối

b Thiết bị: ván khuôn

c Quy trình: đúc nguội: cần chú ý tới thứ tự đúc, thời gian đúc và các chỉ số trong quá trình đúc

1.2 Phân tích ưu, nhược điểm của CN Bê tông tại chỗ:

a Ưu điểm:

- Có thể tạo hình dáng bất kỳ,

- Đúc liền khối cho bất kỳ cấu kiện, kết cấu nào,

- Có thể thi công thủ công hay cơ giới cho bất kỳ công trình nào,

- Gần giống với lý thuyết tính toán vật liệu liên tục dẫn đến độ bền công trình cao,

b Nhược điểm:

- Gây ra ô nhiễm môi trường do phải làm tại chỗ,

- Chịu ảnh hưởng lớn của thời tiết,

- Các công trình đơn chiếc,

- Những công trình đòi hỏi có độ bền cao như: cầu, cống, đập thủy lợi – thủy điện, công trình tháp cao tầng, công trình chính trị - văn hóa – bảo tàng …

1.4 Hướng phát triển của công nghệ:

a Vật liệu:

- Đưa ra vật liệu có chế biến: bê tông, vữa thương phẩm dạng khô, tươi; cốt thép thương phẩm, chế phẩm khung lồng thép, lưới thép…; ván khuôn chuyên dụng tăng chất lượng, giảm giá thành công trình: ván khuôn trượt…

- Bê tông: bê tông cường độ cao, bê tông cốt liệu nhỏ, bê tông compozit (mịn hoàn toàn)

b Quy trình thi công:

- Phương án rút ngắn thời gian thi công, tăng chất lượng công trình

1.5 Những vấn đề cần chú ý, sự cố khi thi công đổ tại chỗ:

- Khâu chuẩn bị vật tư: quan trọng cần căn cứ mặt bằng thi công thự tế tính toán lượng bê tông cần dùng và vật liệu cần thiết tránh gián đoạn trong khi đúc

- Kiểm tra hệ thống ván khuôn, đà giáo: yếu tố này quyết định rất lớn đến chất lượng bê tông

và an toàn lao động trong thi công: hệ thống ván khuôn, đà giáo chắc chắn phù hợp thiết kế thì quá trình đúc thuận tiện, bê tông không mất nước, cấu kiện đúc xong phù hợp thiết kế; hệ thống ván khuôn, đà giáo không tốt dẫn đến cấu kiện sau thi công sai lệch khích thước thiết kế, mắc nhiều khuyết tật do mất nước bê tông nguy hiểm hơn là mất an toàn lao đông: bục ván khuôn, trượt hệ đà giáo … gây thiệt hại

- Dự phòng thời tiết: quan trọng khi thi công ngoài trời, cần có sự chuẩn bị trước dụng cụ che đậy phủ như bạt, bao bì khi thời tiết xấu sảy ra; chuẩn bị thiết bị chiếu sáng khi thi công đêm

- Kiểm tra cao độ, kích thước ván khuôn đúc cấu kiện trước khi đúc: do việc can thiệp vào sự làm việc toàn khối của cấu kiện bê tông đều không tốt

- Thực hiện đúng quy định bảo dưỡng bê tông sau khi đúc

CHUYÊN ĐỀ 2 CÔNG NGHỆ LẮP GHÉP

2.1 Khái niệm:

Công nghệ lắp ghép là công nghệ lắp giáp tại hiện trường các cấu kiện đã được chế tạo sẵn ở nhà máy thành các kết cấu chịu lực của một công trình, sau khi đã được vận chuyển đến công trường, bằng các nối nối thi công tại công trường Các cấu kiện bằng kim loại thì thường được giáp mối bằng mối liên kết hàn hay liên kết cơ khí khác Các cấu kiện bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép đúc sẵn thì liên kết bằng mối liên kết bê tông hay bê tông cốt thép có chất lượng tương đương với việc thi công bê tông toàn khối

Một số công trình đã áp dụng công nghệ lắp ghép: ( Theo Công ty bê tông Xuân Mai)

3

- Toà nhà 34 tầng Khu Đô thị Trung Hòa Nhân Chính - Hà Nội Diện tích sàn: 50.000 m2

- Nhà 25 tầng VIMECO: Đường Phạm Hùng - Trung Hòa - Cầu Giấy - Hà Nội Diện tích sàn: 100.000m2

- Chung cư Mỹ Đình – Sông Đà: Khu đô thị Mỹ Đình - Hà Nội Diện tích sàn: 80.000m2

- Chung cư cao cấp 25 tầng Syrena Hồ Tây: Diện tích sàn: 34.000m2

- 3 Toà 25 tầng VIMECO CT1, CT2, CT3 Địa điểm: Đường Trần Duy Hưng - Hà Nội

- Nhà máy TOTO - Giai đoạn II Địa điểm: Khu công nghiệp Bắc Thăng Long Hà Nội.

Diện tích: 36.000m2

- Nhà máy May Thái Bình Địa điểm: KCN Nguyễn Đức Cảnh – TP.Thái Bình Diện tích:

10.200 m2

- Siêu thị nội thất Mê Linh – Plaza Địa điểm: KCN Mê Linh - VP Diện tích: 13.900m2

- Tuyến cầu băng ra biển Nhà máy xi măng Cẩm Phả Địa điểm: Cẩm Phả - Quảng Ninh

2.2 Quy trình công nghệ:

Quy trình công nghệ của Công nghệ lắp ghép là:

Vật liệu( chế phẩm, cấu kiện) + Thiết bị( Máy cẩu, nâng hạ) + Quy trình ( Lắp ghép)

a) Vật liệu: Là các cấu kiện bê tông cốt thép, thép, bê tông dự ứng lực được chế tạo trong nhà máy như các tấm sàn, cột, dầm, cầu thang, vì kèo…

Cừ Cọc

b) Thiết bị: Thiết bị dùng để thi công lắp ghép bao gồm cẩu và các xe đặc chủng để vận chuyển cấu kiện

c) Quy trình thi công:

2.3 Ưu nhược điểm của công nghệ lắp ghép:

a) Ưu điểm

- Thời gian thi công nhanh

- Do được sản xuất trong nhà máy nên chất lượng cấu kiện được đảm bảo

5

- Ít gây ô nhiễm môi trường

- Tiết kiệm kinh phí do tiết kiệm ván khuôn

- Hệ số sử dụng máy thi công cao -> Cơ giới hóa

- Giảm nhân công có mặt trên công trường -> Tự động hóa và chuyên nghiệp hóa

b) Nhược điểm:

+ Phải có cơ sở hạ tầng tương ứng ( nơi sx, phương tiện thi công, hệ thống giao thông vận tải)

+ Sản xuất hàng loạt -> Kiến trúc đơn điệu -> thẩm mỹ thấp

+ Cấu kiện xuất hiện các mối nối -> nơi xung yếu của kết cấu

2.4 Phạm vi áp dụng:

Công nghệ lắp ghép được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong ngành xây dựng hầu như

có thể áp dụng vào mọi loại công trình như dân dụng, công nghiệp, thủy lợi, cảng, cầu đường

- Công trình dân dụng: Áp dụng rộng rãi từ nhà thấp tầng đến nhà cao tầng

- Công trình công nghiệp: Lắp dựng các vì kèo thép, mái không gian…

- Công trình thủy lợi: Lắp dựng cống, kè bằng tấm bê tông đúc sẵn, cừ bằng bê tông , thép…

2.6 Những hư hỏng thường gặp đối với công nghệ lắp ghép:

- Do mối liên kết giữa các cấu kiện đúc sẵn thường không tốt bằng cấu kiện đổ tại chỗ nên khả năng chịu lực kém Đặc biệt là đối với công trình lắp ghép chịu tải trọng ngang

- Nhà lắp ghép thường rất nhạy cảm với vấn đề lún lệch Nên khi xảy ra lún lệch sẽ phá hỏng các liên kêt

- Do được lắp ghép bằng các tấm chế sẵn nên giữa chúng thường có khe hở Theo thời gian chúng có thể gây hiện tượng thấm theo các khe hở này.

- Khi thi công lắp đặt có thể xảy ra các tai nạn liên quan đến vấn đề cẩu lắp như vụ tai nạn rơi dầm tại cầu cao tốc trên cao Thanh Trì – Hà Nội

thực hiện dựa trên mô phỏng bài toán cố kết thấm theo phương pháp phần tử hữu hạn theo sơ

đồ bài toán phẳng, trong đó hệ số thấm tương đương theo phương đứng được tính từ độ cố kết trung bình trong điều kiện cố kết một trục (Chai và nnk, 2001) Ảnh hưởng của tham số như chiều sâu, khoảng cách bấc thấm, hệ số thấm ngang, độ xáo trộn và hệ số thấm trong vùng xáo trộn đối với tốc độ cố kết là có ý nghĩa khi áp dụng đối với công trình đường cao tốc Cầu Giẽ- Ninh Bình Kết quả mô phỏng cho thấy tốc độ cố kết tăng khi chiều sâu bấc thấm tăng, khoảng cách bấc thấm giảm, hệ số thấm ngang lớn, độ xáo trộn giảm, hệ số thấm trong vùng xáo trộn lớn Tuy nhiên, khi chiều sâu bấc lớn hơn 15m thì ảnh hưởng nói trên không lớn; Ảnh hưởng này rõ nét hơn khi đất nền có hệ số thấm ngang lớn so với hệ số thấm theo phương đứng

Khi thi công các công trình trên nền đất yếu cần phải giải quyết bài toán cố kết Trong khoảng thời gian hơn 20 năm trở lại đây, các loại bấc thấm chế tạo sẵn (PVD) thay thế giải pháp giếng cát đã và đang phát triển rộng rãi bởi những ưu điểm nổi trội của nó như sản phẩm chế tạo sẵn với khối lượng lớn; có thể thi công cơ giới nhanh; thoát nước lỗ rỗng tốt hơn; giá thành rẻ hơn giá thành giếng cát.

Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng thiết bị thoát nước thẳng đứng là vấn đề phức tạp vì hiệu quả làm việc của bấc thấm phụ thuộc nhiều tham số có liên quan đến quá trình thiết kế, thi công Tuy nhiên, nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng vì có thể lựa chọn được các tham số thiết kế tối ưu.

KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BỊ THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG

Thiết bị thoát nước thẳng đứng, ví dụ bấc thấm, thường có bề rộng khoảng 10¸20cm, bề dày

từ 3¸5mm Lõi của bấc thấm là một băng chất dẻo có nhiều rãnh nhỏ để nước do mao dẫn đưa lên cao và đỡ vỏ bọc ngay cả khi áp lực lớn Vỏ bấc thấm là lớp vải địa kỹ thuật, lớp vải được chế tạo bằng Polyeste không dệt hay giấy vật liệu tổng hợp Nó là hàng rào vật lý phân cách lòng dẫn của dòng chảy với đất bao quanh, và là bộ lọc hạn chế cát hạt mịn đi vào lõi làm tắc thiết bị.

7

Đường kính tương đương của bấc thấm có dạng dải băng mỏng, dw, được xem như đường kính của bấc thấm hình tròn có cùng năng lực thoát nước hướng tâm lý thuyết như của bấc thấm hình dải băng mỏng có chiều rộng a và chiều dầy b.

Có thể thấy rằng thời gian cố kết là hàm số của bình phương đường kính ảnh hưởng của hình trụ đất được thoát nước, De Khi bố trí các bấc thấm theo mạng hình vuông, De = 1,13S; khi bố trí theo mạng hình tam giác đều, De = 1,05S, trong đó S là khoảng cách giữa tim các bấc thấm

Do quá trình thi công bấc thấm, vùng đất xung quanh bấc thấm bị xáo trộn Đường kính của vùng bị xáo trộn, ds, được tính như sau:

3.1.2 Phương pháp cố kết chân không

a Nguyên lý hoạt động của phương pháp cố kết chân không

Để giảm thiểu bề dày nền đắp sử dụng trong hệ thoát nước đứng, cần phải áp dụng lực hút chân

không trực tiếp đến hệ thống thoát nước đứng nhằm tạo ra một gradient thủy lực lớn hơn để

tăng tốc quá trình thoát nước và cố kết của nền đất yếu Lực hút chân không, thực tế, tương tự như sự tác dụng của việc gia tải trên nền đất yếu Phương pháp này thông thường được xem như phương pháp cố kết chân không

Phương pháp cố kết chân không ứng suất có hiệu tăng trong khi ứng suất cắt tăng rất ít, tạo

ra sự tăng ứng suất có hiệu với độ ổn định tốt hơn Thông thường, lực hút chân không đạt 6 tấn/m2 hay 60 kPa có thể tác dụng lên vùng giảm áp có xử lý bấc thấm như minh họa trên

Hình 11a đến 11b Hiệu quả của phương pháp phụ thuộc rất lớn vào việc cách ly vùng chân không trong khu vực giảm áp và sự phân bố chân không trong các đường thoát nước Do đó, đường thoát nước được thiết kế sao cho có thể chịu được áp lực chân không; bất kỳ đường thoát nước nào bị hỏng cũng kéo theo hậu quả rất xấu, như sự phá hoại nền đường hay độ cố kết không thể chấp nhận Vì những lý do đó, công tác này thông thường do các chuyên gia xử

lý nền tiến hành

b Đánh giá phương pháp cố kết chân không

9

Bảng 3 cho ta một cách nhìn tổng quát về những điểm khác nhau của phương pháp bấc thấm

thông thường PVD và phương pháp cố kết chân không Điều tuyệt vời nhất trong phương pháp

cố kết chân không là đắp ít, lượng cát cần thiết cũng ít và thời gian thi công ngắn hơn Ngoài

ra, công tác dỡ tải hay đắp bệ phản áp cũng rất ít, ở mức tối thiểu

Trong phương pháp cố kết chân không, phần lớn giá thành ở công tác vận hành và bảo trì các thiết bị hút chân không trong quá trình hút hay bơm Khi 1 phần việc gia tải trước được tạo ra

do bơm, thời gian bơm sẽ giảm xuống nếu giảm khoảng cách giữa các bấc thấm Các phân tích kỹ thuật đã được tiến hành cho phương pháp cố kết chân không với cùng một bề dày

đắp (Ho) sử dụng phương pháp bấc thấm thông thường Để giảm thiểu thời gian bơm, độ cố kết trong cố kết chân không được giới hạn từ 80-85% thay vì 90% như trong phương pháp bấc thấm thông thường Đối với nền đắp trung bình 4 m, có thể thi công nền đường mà không cần

bệ phản áp như trên hình Hình 13 Để đạt độ cố kết 80%, thời gian bơm dự kiến khoảng 7 tháng như trên Hình 14 Đối với các nền đắp cao hơn trong trường hợp thứ hai, cần có bệ phản

áp 10m để đảm bảo độ ổn định như trên Hình 15 Thời gian bơm trong trường hợp này kéo dài đến 8 tháng và đạt được độ cố kết là 85% như trên Hình 16 So với phương pháp bấc thấm thông thường thời gian đắp và gia tải có thể giảm xuống được từ 10-12 tháng Từ các đánh giá ban đầu trong gói 3, phương pháp cố kết chân không có thể áp dụng trong hầu hết nền đắp như trong Bảng 1

Bề dày đắp lớn nhất trong phương pháp cố kết chân không là 5.9 m nhằm hạn chế chiều

rộng của bệ phản áp khoảng 10m Đối với các nền đắp cao hơn, bản giảm tải sẽ được chọn để đưa vào

c Phương pháp và dây chuyền thi công phương pháp cố kết chân không

Có hai (2) phương pháp cố kết chân không hiện tại trên thị trường, gọi là phương pháp cách khí bằng vải và phương pháp ống hút trực tiếp.

• Phương pháp cách khí bằng vải được mô tả trong Hình 11a, dùng một loại vải kín khí

HDPE phủ lên trên các lớp thoát nước có cắm bấc thấm PVD Vải HDPE cách ly lớp thoát nước và PVD để nước từ các bấc thấm có thể được bơm trực tiếp đến các bơm kế tiếp và đến nền đường Để giảm sự tiêu hao thủy lực trong lớp thoát nước, thiết bị thoát nước bổ sung (ống đục lỗ hay bấc thấm thoát nước ngang) được sử dụng

• Dây chuyền thi công phương pháp này được trình bày trong Hình 17

• Phương pháp ống hút trực tiếp được trình bày trong Hình 11b, các bấc thấm được nối

trực tiếp vào các ống nhựa PE dẻo và dẫn đến các bơm chân không Hình 18 diễn tả công tác lắp các bấc thấm PVD và các đầu nối vào ống

• Dây chuyền thi công như trên Hình 19

11

• Phương pháp ống hút trực tiếp có thuận lợi là giảm thiểu sự tiêu hao chân không do

bơm trực tiếp từ PVD Việc kiểm tra rò rỉ từ các đầu nối có thể được tiến hành sau khi chất tải Phương pháp này cũng giảm được việc sử dụng các lớp thoát nước (cát sạch) và các hố dung dịch nhằm cách ly không khí trong phương pháp cách khí bằng vải Mặt khác, phương pháp cách khí bằng vải cũng có ưu điểm riêng là lớp cát thoát nước sau khi hút chân không được xem là một thành phần gia cường Do sự giảm áp lực nước lỗ rỗng trong lớp thoát nước trong quá trình hút chân không, ứng suất có hiệu của lớp cát thoát nước gia tăng theo áp lực chân không Sự gia tăng ứng suất hiệu quả từ hút chân không và gia tải dẫn đến sự gia tăng sức kháng cắt của lớp thoát nước Nếu lực chân không được duy trì một cách liên tục, kích thước bệ phản áp thậm chí có thể giảm bớt

đi Do đó, việc kiểm soát tốt chân không là vấn đề chính trong phương pháp này Đây là

lý do chính tại sao phương pháp cố kết chân không được các nhà thầu chuyên nghiệp và

có kinh nghiệm phụ trách khi có các sự cố kỹ thuật cần đến sự hướng dẫn và kiểm soát thích hợp trong quá trình thi công

3.1.3 Trình tự Xử lý nền bằng cố kết chân không

•

Bước 1: Thi công lớp thoát nước nằm ngang (lớp cát hạt thô)

Bước 2: Thi công cắm bấc thấm

Bước 3: Lắp đặt hệ thống hút chân không: ống thu nước,

Bước 4: Lắp đặt lớp màng chân không

Bước 5: Chạy bơm hút chân không

3 Keo hóa (ê lốc xi)

Ae phân tích từng phương pháp theo các tiêu chí như sau: Bản chất, vật liệu, quy trình, thiết

bị, áp dụng.

3.2.1 Cọc vôi- đất

3.2.1.1 Bản chất:

Các ion canxi bị hấp phụ vào lớp nước liên kết tạo ra lớp điện kép làm giảm chiều dày

nước liên kết do đó làm tăng lực hút dính giữa các hạt đất, giảm hệ số rỗng của đất Cùng với thời gian, phản ứng pluzơlan biến các ion kết tinh Cường độ của đất do đó tăng lên trong khi tính ép co giảm xuống đất trở lên tốt hơn

13

 Khi khoan đến độ sâu thiết kế thì bắt đầu quá trình phun vôi

 Vôi bột được chứa trong xi lô dung tích 2,5m3

 Khi máy vận hành, một bộ phận máy nén khí tạo nên một áp lực trong xilô và áp lực đó đẩy vôi bột từ xi lô vào ống cao su dẫn qua cần khoan vào lỗ khoan và chui ra một lỗ nhỏ φ=30mm ở dưới lưỡi khoan và phun vào đất vôi bột tác dụng với nước lỗ rỗng tạo nên liên kết ximăng và các liên kết này gắn kết các hạt khoáng vật trong đất lại và làm cho đất cứng hơn

3.2.1.4 Thiết bị:

Phương pháp xử lý bằng cọc vôi/đất khá đơn giản bao gồm:

 Máy khoan với hệ thống lưới có đường kính thay đổi tuỳ thuộc theo đường kính cột được thiết kế

 Các xi lô chứa vôi bột có gắn máy bơm nén với áp lực lên tới 12 kg/cm2

3.2.1.5 Phạm vi áp dụng:

Sử dụng 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

Khi tạo cọc vôi đất thì cường độ của cọc này phụ thuộc vào lượng vôi và thời gian Kết quả nghiên cứu cho thấy lượng vôi càng nhiều thì độ cứng của cọc càng tăng nhanh

Ở nước ta với đất yếu có độ ẩm tự nhiên từ 40-70% thì dùng hàm lựợng vôi từ 6-12% là hợp lý Với tỷ lệ đó thì cường độ cọc đạt 50% sau 1 tháng và 70 – 80% sau 3 tháng

Khoảng cách giữa các cọc vôi tùy thuộc đặc điểm nền và tải trọng, theo kinh nghiệm lấy bằng 0,75m, chiều dài cọc phải vượt chiều sâu chịu nén của đất, lưới cọc trùm ra diện tích đáy móng là b/4 với b là bề rộng móng

3.2.1.6 Ưu và nhược điểm

Ưu điểm

 Cọc đất – vôi xử lý làm tăng cường độ chống cắt của đất lên hàng 10 lần, có thể sử dụng cọc đất vôi này làm tường cừ hoặc làm nền cho công trình

 Thi công nhanh, vật liệu dễ kiếm

 Thiết bị rẻ tiền, thi công được nhiều môi trường, đặc biệt môi trường có nhiều nước

Nhược điểm

 Sức chịu tải thấp

 Bản thân cọc có độ lún, cần được kể vào khi tính toán

 Việc kiểm tra sức chịu tải của nền khi xử lý cần xác định bằng thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường, với kích thước bàn nén là 100x100cm

 Các ứng dụng chủ yếu là làm giảm độ lún, tăng ổn định và chống đỡ

3.2.2 Cọc Xi măng – đất

3.2.2.1 Bản chất:

Cũng như các phương pháp cải tạo, gia cố nền đất yếu khác, phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát - xi măng - vôi nhằm thay đổi tính chất cơ lý của đất theo hướng nâng cao sức chịu tải, giảm biến dạng của nền Vấn đề là cần làm sáng tỏ cơ chế của quá trình gia tăng cường độ của đất, xác định các quá trình nào sẽ xảy ra trong đất khi gia cố nền bằng cọc cát -xi măng - vôi Làm sáng tỏ cơ chế của những quá trình cơ học và hoá lý xảy ra trong đất, hoànthiện phương pháp tính toán nền chính là đã xây dựng được cơ sở lý thuyết của phương pháp

Trên cơ sở phân tích lý thuyết các phương pháp gia cố nền bằng cọc cát, cọc đất - xi măng,đất - vôi có thể nhận thấy, khi gia cố nền đất yếu bằng cọc cát - xi măng - vôi, trong nền đất sẽ diễn ra các quá trình cơ học và hoá lý sau đây:

3.2.2.2 Quá trình nén chặt cơ học

Gia cố nền bằng cọc cát - xi măng - vôi là dùng thiết bị chuyên dụng đưa một lượng vật liệu vào nền đất dưới dạng cọc hỗn hợp cát - xi măng - vôi Lượng vật liệu cát, xi măng và vôi 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 được nén chặt Xét một khối đất có thể tích ban đầu Vo , thể tích hạt rắn Vho , thể tích lỗ rỗng ban đầu Vro, ta có:

Vo = Vho + Vro (1)

Sau khi gia cố, thể tích khối đất sẽ là V, thể tích hạt rắn là Vh, thể tích lỗ rỗng Vr :

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

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

kỳ rắn chắc Trong thời kỳ ninh kết, vữa xi măng mất dần tính dẻo và đặc dần lại nhưng chưa

có cường độ Trong thời kỳ rắn chắc, chủ yếu xảy ra quá trình thuỷ hoá các thành phần khoáng vật của clinke, gồm silicat tricalcit 3CaO.SiO2, silicat bicalcit 2CaO.SiO2, aluminat tricalcit 3CaO.Al2O3, fero-aluminat tetracalcit 4CaO.Al2O3Fe2O3:

3CaO.SiO2 + nH2O = Ca(OH)2 + 2CaO.SiO2(n-1)H2O

2CaO.SiO2 + mH2O = 2CaO.SiO2mH2O

3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O

4CaO.Al2O3Fe2O3 + nH2O = 3CaO.Al2O3.6H2O +CaO.Fe2O3.mH2O

Các sản phẩm chủ yếu được hình thành sau quá trình thuỷ hoá là Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O, 2CaO.SiO2mH2O và CaO.Fe2O3.mH2O Quá trình rắn chắc của xi măng

có thể chia ra làm 3 giai đoạn :

17

a) Giai đoạn hoà tan: các chất Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O sinh ra sau quá trình thuỷ hoá hoà tan được trong nước sẽ ngay lập tức hoà tan tạo thành thể dịch bao quanh mặt hạt xi măng.

b) Giai đoạn hoá keo: đến một giới hạn nào đó, lượng các chất Ca(OH)2 , 3CaO.Al2O3.6H2O không hoà tan được nữa sẽ tồn tại ở thể keo Chất silicat bicalcit (2CaO.SiO2) vốn không hoà tan sẽ tách ra ở dạng phân tán nhỏ trong dung dịch, tạo thành keo phân tán Lượng keo này ngày càng sinh ra nhiều, làm cho các hạt keo phân tán tương đối nhỏ

tụ lại thành những hạt keo lớn hơn ở dạng sệt khiến cho xi măng mất dần tính dẻo và ninh kết lại dần dần nhưng chưa hình thành cường độ

c) Giai đoạn kết tinh: các chất Ca(OH)2 , 3CaO.Al2O3.6H2O từ thể ngưng keo chuyển sang dạng kết tinh, các tinh thể nhỏ đan chéo nhau làm cho xi măng bắt đầu có cường

độ, chất 2CaO.SiO2mH2O tồn tại ở thể keo rất lâu, sau đó có một phần chuyển thành tinh thể Do lượng nước ngày càng mất đi, keo dần dần bị khô, kết chặt lại và trở nên rắn chắc

Các giai đoạn hoà tan, hoá keo và kết tinh không xảy ra độc lập, mà xảy ra đồng thời với nhau, xen kẽ nhau Ngoài ra, vôi trong hỗn hợp tạo cọc có tác dụng như chất gắn kết giống như xi măng, đồng thời có khả năng hấp thụ nước lớn và toả nhiệt làm tăng sức kháng cắt của cọc và tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền Quá trình thuỷ hoá vôi kèm theo sự toả nhiệt được biểu diễn bằng phản ứng sau :

CaO + H2O = Ca(OH)2 + 15,5 kcalo

Cường độ của hỗn hợp tăng lên một phần do phản ứng silicat, một phần do phản ứng carbonat, lượng CaCO3 còn dư trong vôi sẽ trở thành những mầm kết tinh, bao quanh bởi các hạt keo và tinh thể, chúng phát triển và tăng dần cường độ

Mặt khác, nếu tỷ lệ phối trộn giữa xi măng, cát và vôi cũng như thành phần hạt của cát hợp lý thì cọc cát - xi măng - vôi sau khi đông cứng vẫn có thể cho nước thoát qua và làm việc tương tự như một giếng thu nước thẳng đứng, giống như cọc cát Dưới tác dụng của tải trọng ngoài, cùng với thời gian, ứng suất hữu hiệu tăng lên, ứng suất trung tính giảm đi, nước trong

lỗ rỗng của đất sẽ thấm theo phương ngang vào cọc rồi sau đó thoát ra ngoài dọc theo chiều dài cọc

Bài toán cố kết thấm của nền đất khi gia cố bằng cọc cát - xi măng - vôi cũng giống như bài toán cố kết thấm của nền khi dùng cọc cát và đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu Năm

1935, L.Rendulic đã đưa ra phương trình vi phân cố kết đối xứng để xác định trị số áp lực nước

lỗ rỗng trong nền và năm 1942, N.Carrillo đã phân bài toán cố kết thấm 3 chiều thành tổng hợp của bài toán cố kết thấm theo chiều thẳng đứng và theo hướng xuyên tâm

K.Terzaghi đã dùng phương pháp giải tích để giải bài toán cố kết thấm theo chiều thẳng đứng, còn R.E.Glover, R.A.Barron đã giải bài toán cố kết thấm theo hướng xuyên tâm Năm

1948, R.A.Barron đã đưa ra lời giải toàn diện đầu tiên cho bài toán cố kết của trụ đất có chứa một cọc cát (cát - xi măng - vôi) ở giữa

Khi trong nền có các cọc cát - xi măng - vôi, chiều dài đường thấm theo phương ngang sẽ nhỏ hơn nhiều lần chiều dài đường thấm theo phương đứng, do đó có thể coi vai trò thoát nước theo phương ngang của cọc cát - xi măng - vôi là chủ yếu Tuy vậy, trong tính toán quá trình cố kết của nền đất gia cố vẫn thường xác định độ cố kết toàn phần (kết quả tổng hợp của quá trình thoát nước theo phương ngang và theo phương đứng) bằng định đề Carrillo:

P = 1 - (1 - Ph)(1 - Pv) Trong đó :

P : độ cố kết toàn phần của đất

Ph : độ cố kết trung bình của đất theo phương ngang

Pv : độ cố kết trung bình của đất theo phương đứng

Hệ số thấm của cọc cát - xi măng - vôi ảnh hưởng nhiều đến quá trình cố kết của nền đất Theo nhiều nghiên cứu, khi hệ số thấm ngang của nền đất kh < 1.10-7 cm/s hoặc hệ số cố kết theo phương ngang Ch < 1.10-4 m2/ng.đ thì tác dụng cố kết của nền đất sẽ bị hạn chế Để đảm bảo cọc cát - xi măng - vôi làm việc tốt trong quá trình cố kết thì hệ số thấm của vật liệu cọc cần lấy > 2 3 m/ng.đ Muốn vậy, cần chế tạo mẫu chế bị với các tỷ lệ xi măng, cát và vôi khác nhau và tiến hành thí nghiệm mẫu xác định hệ số thấm Để đánh giá định lượng quá trình

cố kết của nền đất khi gia cố bằng cọc cát - xi măng - vôi có thể đặt các thiết bị đo áp lực nước

lỗ rỗng tại các thời điểm trước, sau khi

gia cố và trong thời gian sử dụng công

Thi công cải tạo nền đất yếu bằng cọc

XMĐ có thể theo các bước như sau:

 Định vị và đưa thiết bị thi công vào

vị trí thiết 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 thiết bị thi công và chuyển

Quá trình phun (hoặc bơm) chất kết dính để trộn với đất trong hố khoan, tuỳ theo yêu cầu

có thể được thực hiện ở cả hai pha khoan xuống và rút lên của mũi khoan hoặc chỉ thực hiện ở

19

pha rút mũi khoan lên Để tránh lãng phí xi măng, hạn chế xi măng thoát ra khỏi mặt đất gây ô nhiễm môi trường thông thường khi rút mũi khoan lên cách độ cao mặt đất từ 0.5m đến 1.5m người ta dừng phun chất kết dính, nhưng đoạn cọc 0.5m đến 1.5m này vẫn được phun đầy đủ chất kết dính là nhờ chất kết dính có trong đường ống tiếp tục được phun (hoặc bơm) vào hố khoan.

Khi mũi khoan được rút lên khỏi hố khoan, trong hố khoan còn lại đất đã được trộn đều

với chất kết dính dần dần đông cứng tạo thành cọc xi măng đất.

Hiện tại sử dụng các công nghệ thi công sau

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 đểphụt vữa cho công trình đất (đập đất, thân đê, )

Phương pháp này sử dụng khá phổ biến trong khoan phụt nền đá nứt 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) với

áp lực nhỏ để vữa tự đi vào các lỗ rỗng Do vật liệu sử dụng có giá 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 Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing)

+ 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 cắt nham thạch bằng dòng nước áp lực Khi thi công,

trước hết dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun bằng hợp kim vào tới độ sâu phải gia

cố (nước + XM) với áp lực khoảng 20 MPa từ vòi bơm phun xả phá vỡ tầng đất Với lực xung kích của dòng phun và lực li tâm, trọng lực sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ được sắp xếp lại theo một tỉ lệ có qui luật giữa đất và vữa theo khối lượng hạt Sau khi vữa cứng lại sẽ thành cột XMĐ

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 Jet-grouting)

Hiện nay trên thế giới đã phát triển 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 và hào chống 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

3.2.2 7 Phạm vi áp dụng:

Sử dụng gia cố nền đường, chống thấm công trình thủy lợi

Công nghệ trộn sâu nó chung và cọc xi măng đất đã được áp dụng khá phổ biến trên thế

giới nhưng chỉ mới được áp dụng ở Việt Nam gần đây

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 xi măng đất 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 đầu cầu Ngoài ra, ứng dụng cọc xi măng đất để làm tường chắn, vách tầng hầm, chống mất ổn định mái dốc… cũng đạt được hiệu quả cao về kinh tế - kỹ thuật

21

Một khi công nghệ này trở nên phổ biến thì giá thành xây lắp sẽ giảm và ưu điểm của

phương pháp xử lý bằng cọc xi măng đất càng được nâng cao.

Các ứng dụng chủ yếu trong xây dựng:

- Ổn định thành hố đào

- Làm tường vây để xây dựng các công trình ngầm

- Gia cố nền đất yếu để giảm độ lún và lún lệch cho công trình

- Tăng khả năng chống trượt của mái dốc, triền dốc

- Tăng cường độ chịu tải của đất nền, bờ sông, biển

- Ngăn sự hóa mềm để chống lún, lệch, trồi đất, thẩm thấu mực nước ngầm

- Cọc chịu tải của nhà xưởng, nhà cao tầng

3.2.2 8 Trình tự thi công cọc xi măng đất

- Bước 1: Đinh vị máy khoan vào vị trí khoan cọc (bằng máy toàn đạc điện tử.)

- Bước 2: Bắt đầu khoan vào đất, quá trình mũi khoan đi xuống đến độ sâu theo qui định thiết kế

- Bước 3: Bắt đầu bơm vữa theo qui định và trộn đều, tốc độ mũi khoan đi xuống : 0,5m-0.7m/phút

- Bước 4: Tiếp tục hành trình khoan đi xuống, bơm vữa và trộn đều, đảm bảo lưu lượng vữa thiết kế

- Bước 5: Khi đến độ sâu mũi cọc, dừng khoan và dừng bơm vữa và tiền hành quay mũi ngược lại và rút cần khoan lên, quá trình rút lên kết hợp trộn đều 1 lần và nén chặt vữa trong lòng cọc, nhờ vào cấu tạo mũi khoan Tốc độ rút cần khoan lên tb: 0.8m-1.2m/phút

- Bước 6: Sau khi mũi khoan được rút lên khỏi miệng hố khoan, 01 cây cọc vữa được hoàn thành Thực hiện công tác dọn dẹp phần phôi vữa rơi vãi ở hố khoan, chuyển máy sang vị trị cọc mới

3.2.3 Phương pháp silicát hóa.

3.2.3.2 Vật liệu:

Vật liệu cơ bản để gia cố bằng silicat là thủy tinh lỏng – dung dịch keo của silicat natri (Na2O.nSiO2 + mH2O) Tùy theo loại, thành phần và trạng thái của đất cần gia cố mà dùng một hay hai dung dịch silicat hóa

23

Loại 1 dung dịch được dựa trên dung dịch tạo keo bơm vào trong đất gồm 2 hoặc 3 cấu tử Phổ biến nhất là oxit photpho silicat, oxit lưu huỳnh nhôm silicat, oxit lưu huỳnh fluor silicat… Phương pháp 1 dung dịch thích hợp cho đất cát có hệ số thấm 0,5-5m/ngày đêm.

Phương pháp 2 dung dịch dùng để gia cố đất cát có hệ số thấm đến 0,5m/ngày đêm và gồm 2 lần bơm lần lượt vào đất 2 dung dịch silicat natri và clorua canxi Kết quả của phản ứng hóa học là tạo ra oxit keo silic làm cho đất tăng độ bền (đến 2-6MPa) và không thấm nước

3.2.3.3 Các phương pháp thi công:

Phương pháp điện hóa silicat là dựa trên sự tác động tổ hợp lên đất của 2 phương pháp : silicat hóa và dòng điện 1 chiều nhằm để gia cố cát hạt mịn quá ẩm và á cát có hệ số thấm đến 0,2m/ngày đêm

Phương pháp amoniac hóa là dựa trên việc bơm vào trong đất hoàng thổ (để loại trừ tính lún sập) khí ammoniac dưới áp lực không khí không lớn lắm

Silicat hóa bằng khí ga dùng để làm cứng silicat natri Phương pháp này dùng để gia cố đất cát (kể cả đất cacbonat) có hệ số thấm 0,1-0,2m/ngày đêm cũng như đất có hàm lượng hữu

cơ cao (đến 0,2) Độ bền của đất gia cố có thể đến 0,5-2MPa trong thời gian ngắn

Phương pháp thâm nhập nhựa dùng để gia cố đất cát có hệ số thấm 0,5-5m/ngày đêm bằng cách bơm vào trong đất dung dịch nhựa tổng hợp (cacbonic, phenol, epoxy…) Tác dụng của nhựa hóa sẽ tăng lên khi bổ sung vào dung dịch một ít acid clohydric (đối với đất cát) Thời gian keo tụ rất dễ điều chỉnh bằng lượng chất đông cứng Đất được gia cố bằng nhựa hóa sẽ không thấm nước và cường độ chịu nén 1-5MPa Ngoài việc gia cố nền, phương pháp này còn dùng để gia cố vùng sẽ đào xuyên của công trình ngầm

3.2.3.4 Thiết bị:

 Máy phun cao áp

 Bồn dung dịch

3.2.3.5 Áp dụng

Phương pháp gia cố bằng hóa học và phạm vi áp dụng của chúng

Phương pháp Phản ứng của môi trường Phạm vi áp dụng Hệ số thấm của đất m/ngđ Cường độ đất được gia cốSilicat 2 dung dịch trên

Silicat 1 dung dịch trên

cơ sở silicat Na "

Trong đất lún ướt có dung lượng hấp phụ không nhỏ hơn 10mg/100g đất khô và độ bão hòa không quá 0,7