Tiểu luận thi công xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất

Như vậy có thể thấy giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc ximăng đất là công nghệ xử lý nền tiên tiến của thế giới nó cho phép giải quyết những khó khăn trong thi công hệ thống hạ tầng kỹ thuật đô thị. TiÓu luËn sÏ nghiªn cøu gi¶i ph¸p gia cè nÒn ®Êt yÕu b»ng ‘ Cäc ®Êt gia cè xi m¨ng

TIỂU LUẬN MễN HỌC THI CễNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG

KỸ THUẬT Đễ THỊ

Giảng viên: ts Hồ anh cơng

Học viên: phạm hồng đại

Lớp: kỹ thuật hạ tầng đô thị k22.1

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU……… 3 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIẢI PHÁP XỬ Lí NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC XIMĂNG ĐẤT………4 2.1 Nguyên lý hình thành cọc ximăng đất……….4

2.2.1 Công nghệ thi công ………5

2.2.1.1 Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing)……….5

2.2.1.2 Công nghệ trộn ớt (Wet Mixing)………5

2.2.2 Trình tự thi công ……… 8

2.2.2.1 Công tác chuẩn bị trớc khi thi công……….8

2.2.2.2 Thiết bị thi công……….9

2.2.2.3 Trình tự thi công……… 9

Chơng 3 : u điểm cọc ximăng đất so với các giải pháp xử lý đất yếu khác……… 12

Chơng 4 : Kết luận………13

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

Cọc đất gia cố xi măng do nớc Mỹ nghiên cứu đầu tiên thành công sau Đại chiến thế giới thứ 2, năm 1954, gọi là “Mixed – In –Place Pile” (gọi tắt là phơng pháp MIP), khi đó dùng cột có đờng kính từ 0,3 – 0,4m, dài 10 – 12m Nhng cho đến năm

1996 cột đất gia cố với mục đích thơng mại mới đợc sử dụng với số lợng lớn

Sự phát triển của công nghệ trộn sâu bắt đầu từ Thụy Điển và Nhật Bản từ những năm 1960 Trộn khô dùng vôi hạt (vôi sống) làm chất gia cố đã đợc đa vào thực tế ở Nhật Bản vào giữa những năm 1970 Cũng khoảng thời gian đó trộn khô ở Thụy Điển dùng vôi bột trộn vào để cải tạo các đặc tính lún của đất sét dẻo mềm, mềm yếu Trộn

-ớt dùng vữa xi măng làm chất gia cố cũng đợc áp dụng trong thực tế ở Nhật Bản từ giữa những năm 1970

Tại Việt Nam Công nghệ cọc đất xi măng bắt đầu nghiên cứu vào năm 1980 với

sự giúp đỡ của Viện Địa kỹ thuật Thuỵ Điển (SGI) Đề tài nghiên cứu đợc Bộ xây dựng nghiệm thu vào năm 1985 và đã đợc áp dụng cho một số công trình dân dụng và công nghiệp ở Hà Nội và Hải Phòng Công trình đầu tiên ở phía nam do công ty Hercules kết hợp với công ty phát triển kỹ thuật xây dựng thi công là công trình Tổng kho xăng dầu Hậu Giang tại khu công nghiệp Trà Nóc, thành phố Cần Thơ vào đầu năm 2001 với khối lợng khoảng 50.000m dài cọc

Gần đây công nghệ này đã đợc áp dụng ở hai công trình lớn nh: Cải tạo và nâng cấp đờng hạ cất cánh, đờng lăn và sân đỗ máy bay cảng hàng không Cần Thơ và Dự án

đại lộ Đông Tây-Sài Gòn

Như vậy cú thể thấy giải phỏp xử lý nền đất yếu bằng cọc ximăng đất là cụng nghệ xử lý nền tiờn tiến của thế giới nú cho phộp giải quyết những khú khăn trong thi cụng hệ thống hạ tầng kỹ thuật đụ thị Tiểu luận sẽ nghiên cứu giải pháp gia cố nền đất yếu bằng ‘ Cọc đất gia cố xi măng'

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU GIẢI PHÁP XỬ Lí NỀN ĐẤT YẾU BẰNG

CỌC XIMĂNG ĐẤT 2.1 Nguyên lý hình thành cọc ximăng đất.

Cọc xi măng đất đợc tạo ra khi dung dịch vữa xi măng đợc bơm lấp đầy các lỗ rỗng và khe nứt của đất đá thông qua các lỗ khoan hay giếng đứng, nhằm tăng cờng khả năng chịu tải, ổn định về môi trờng, giảm tính thấm nớc của đất đá

Gia cố đất bằng cọc xi măng đem lại hiệu quả cao, an toàn khi thi công, nhanh chóng đem lại thuận lợi về cho công trình: hiệu quả nhanh, chu kỳ thi công ngắn, đơn giản và tiết kiệm đợc nhiều nguyên liệu, thời gian lao động, vận chuyển, không gây ô nhiễm đối với các công trình xung quanh, gía thành tơng đối rẻ

Công nghệ cột đất xi măng áp dụng cho các công trình: ổ định mái dốc, tờng chắn, nhà hai đến ba tầng, nhà kho, nhà công nghiệp nhẹ, nền đờng đắp cao, nền đờng sắt, nền đào, mơng rãnh tháo nớc, cấp nớc, ống nhiệt, nền đờng đắp đầu cầu, gia cố các nền đất có chất tải bên trên

Hình 2.8: Cọc xi măng đất: (a) Kiểu đơn, (b) Kiểu ghép Ngoài ra khi xây dựng công trình tuy thuộc vào điều kiện cụ thể của việc xử lý có thể sử dụng một số biện pháp khác nh: phơng pháp nén trớc, phơng pháp cọc cát, sử dụng đất có cốt, giảm trọng lợng nền đắp bằng cách sử dụng vật liệu nhẹ

2.2 Thi công CọC đất xi măng

2.2.1 Công nghệ thi công

Hiện nay thờng sử dụng hai công nghệ thi công cọc đất – xi măng là: công nghệ trộn phun khô và công nghệ trộn phun ớt

2.2.1.1 Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing)

Đây là công nghệ trộn sâu tạo cọc xi măng với thiết bị thi công có gắn các cánh cắt đất Trong quá trình nhào trộn, các cánh cắt này sẽ cắt đất trong khi quay cùng với trục Trong một số thiết bị, vì lý do kỹ thuật mà còn có các cánh không quay cùng với trục hoặc quay theo chiều ngợc lại Không khí đợc sử dụng nh là một chất trung chuyển, đẩy xi măng từ các bình chứa vào đất qua các lỗ trên thên trục Với phơng pháp này yêu cầu độ ẩm của đất phải lớn hơn 20% để đảm bảo lợng nớc cần thiết thấm

ớt các hạt xi măng Công nghệ này thờng dùng để cải thiện tính chất cho đất dính

Hình 3.2.1.1 Sơ đồ công nghệ trộn khô

Công nghệ trôn khô sử dụng các thiết bị thi công đơn giản, hàm lợng xi măng sử dụng ít hơn công nghệ trộn ớt Tuy nhiên công nghệ này gặp các khó khăn khi thi công với các lớp đất có lẫn đất sét, cuội, các dị vật, chất thải, khi gặp lớp đất cứng Không thi công đợc trong khu vực ngập nớc Chiều sâu xử lý vào khoảng 15 – 20m

2.2.1.2 Công nghệ trộn ớt (Wet Mixing)

Đây là công nghệ trộn sâu tạo cọc xi măng với thiết bị thi công có các vòi phun gắn trên trục Từ các vòi phun này, hỗn hợp xi măng và nớc hay một dạng vữa dới áp suất cao (khoảng 20MPa) đợc phun ra trong quá trình thi công Dòng hỗn hợp dới áp suất cao này phá vỡ tầng đất ở độ sâu cần gia cố Dới tác dụng của lực ly tâm và của trọng lực cũng nh lực xung kích của dòng phun mà đất sẽ trộn lẫn với dung dịch vữa, sau đó hỗn hợp này sẽ đợc sắp xếp lại theo một tỉ lệ giữa đất và vữa theo khối lợng hạt Công nghệ này thờng đợc dùng để cải thiện tính chất của đất rời

Hiện nay trên thế giới có 3 công nghệ trộn ớt: công nghệ S, công nghệ D, và gần

đây là công nghệ T

- Công nghệ S (đơn pha): Vữa phụt ra với vận tốc 100m/s vừa cắt đất vừa trộn vữa với đất một cách đồng thời, tạo ra một cọc đất xi măng đồng đều với độ cứng cao và hạn chế đất trào ngợc lên Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ phun vữa Các lỗ phun vữa có thể đợc bố trí ngang hàng hoặc lệch hàng và có độ lệch góc đều nhau Công nghệ đơn pha chế tạo ra các cọc xi măng có đờng kính vừa nhỏ (từ 0,4 – 0,8m) Công nghệ này chủ yếu phục vụ cho thi công nền đất đắp

Hình 3.2.1.2 Mũi khoan công nghệ S

- Công nghệ D (hai pha): Đây là hệ thống phụt vữa kết hợp vữa với không khí Hỗn hợp vữa đất xi măng đợc bơm ở áp suất cao, tốc độ 100m/s và đợc trợ giúp bởi một tia khí nén bao bọc quanh vòi phun Vòng khí nén sẽ làm giảm ma sát và cho phép vữa xâm nhập sau vào trong đất, do vậy tạo ra cọc xi măng đất xó đờng kính lớn Tuy nhiên dòng khí lai làm giảm độ cứng của cọc xi măng đất so với phơng pháp phụt

đơn pha và đất bị trào công nghệ ngợc nhiều hơn Cấu tạo đầu khoan gồm có một hoặc nhiều lỗ phun bố trí ngang hàng hoặc lệch hàng có độ lệch góc đều nhau để phun vữa

và khí, khe phun khí nằm bao quanh lỗ phun vữa.Công nghệ này tạo ra các cọc xi măng có đờng kính từ 0,8 – 1,2m Công nghệ này chủ yếu phục vụ cho thi công các t-ờng chắn, cọc và hào chống thấm

Hình 3.2.1.2 Mũi khoan công nghệ D

- Công nghệ T (ba pha): bao gồm cả quá trình phụt vữa, không khí và nớc Không giống phụt vữa đơn pha và hai pha, nớc đợc bơm với áp xuất cao và kết hợp với

dòng khí nén xung quanh vòi nớc Điều đó đuổi khí ra khỏi cọc đất gia cố Vữa đợc bơm qua một vòi riêng biệt nằm dới vòi phun khí và vòi phun nớc để lấp đầy khoảng trống của khí Phụt ba pha là công nghệ thay thế đất hoàn toàn Đất bị thay thế sẽ trào ngợc lên mặt đất và đợc thu gom xử lý Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ đúp

để phun nớc và khí đồng thời và một hoặc nhiều lỗ đơn nằm thấp hơn để phun vữa, mỗi cặp lỗ phun khí nớc và vữa đều nằm đối xứng nhau qua tâm trục của đầu khoan, các cặp lỗ đợc bố trí lệch góc đều nhau Công nghệ phụt ba pha này là phơng pháp thay thế

đất mà không làm xáo trộn đất Công nghệ này phục vụ cho việc tạo ra các cọc Soilcrete có đờng kính lớn (có thể tới 3m), làm tờng ngăn chống thấm

Hình 3.2.1.2 Mũi khoan công nghệ T

Phạm vi áp dụng công nghệ trộn ớt rộng, có thể xuyên qua các lớp đất cứng hoặc tấm bê tông, đặc biệt có thể thi công trong nớc Tuy nhiên thiết bị thi công phức tạp, hàm lợng xi măng nhiều hơn (do thoát cùng với dòng nớc trào ra ngoài)

2.2.2 Trình tự thi công

2.2.2.1 Công tác chuẩn bị trớc khi thi công

- Hiện trờng để thi công phải đợc dọn sạch san phẳng trớc, cần thiết phải loại bỏ tất cả các vật chớng ngại trên mặt đất và dới đất Các cống hở, vũng nớc hoặc các khu đất trũng thấp phải bơm hết nớc và vét bùn đọng, đắp bằng chất đất sét dẻo và chia lớp đầm chặt, không đợc đắp bằng các loại đất tạp hoặc rác sinh hoạt Trớc khi mở máy cần phải chạy thử, kiểm tra tình trạng của máy chế tạo cọc và ống dẫn vật liệu đợc thông suốt

- Để đảm bảo độ thẳng đứng của cọc xi măng đất, phải chú ý đến độ bằng

phẳng của thiết bị cẩu nâng và độ thẳng đứng của giá dẫn hớng, sai số cọc xi măng đất không đợc vợt quá 1%, sai lệch về bố trí cọc không đợc lớn hơn 4%

thi công cọc xi măng đất chịu lực, cao độ mặt ngừng bơm vữa thiết kế thờng phải cao hơn cao độ đáy móng từ 300-500mm,

2.2.2.2 Thiết bị thi công

Thiết bị thi công có thể sử dụng thiết bị khoan cọc xi măng đất của Trung Quốc ký hiệu GPP-5P Máy tự dịch chuyển bằng hệ thống thuỷ lực có các thông số cơ bản sau

- Chiều sâu làm việc tối đa 18m

- Đờng kính khoan 0,55m

- Tốc độ khoan 0,48 – 1,47m/phút

- Tốc độ quay 28 - 92 vòng/phút

- Tổng trọng lợng 9250kG

- áp lực trên nền đất 24kPa

- Cấu tạo mũi khoan: tuỳ thuộc vào công nghệ thi công

2.2.2.3 Trình tự thi công

a Thi công trộn ớt

- Sơ đồ chuẩn bị thi công cọc

- Các bớc tiến hành thi công cọc

- Bớc 1: đa máy phun trộn vữa vào vị trí

- Bớc 2: khoan hạ đầu phun trộn vữa xuống

- Bớc 3: kéo dần phần trộn phun vữa lên

- Bớc 4: thả lại phần trộn phun vữa xi măng

- Bớc 5: trộn phun lại rồi nâng dần thẳng lên miệng lỗ

- Bớc 6: đóng tắt thiết bị trộn phun

Nước Xi măng Phụ gia

Bơm ỏp lực Trộn Bồn chứa

Kiểm soỏt lưu lượng Kiểm soỏt độ sõu và độ quay

Tạo trụ

Hình 3.2.2.1 Sơ đồ thi công cọc xi măng đất công nghệ trộn ớt

b Thi công trộn khô

- Sơ đồ chuẩn bị thi công cọc

- Các bớc tiến hành thi công cọc

- Bớc 1: đa giá khoan cọc vào vị trí

- Bớc 2: mũi khoan quay xuôi phun khí hạ xuống nền đất dự kiến trộn xi măng đến cao trình thiết kế mũi cọc

- Bớc 3: mũi khoan quay ngợc lại phun bột xi măng máy trộn nâng lên tới cao độ thiết kế ngừng phun vữa Tại những bộ phận mấu chốt của thân cọc (nh đầu cọc, mũi cọc, …) phải trộn đi trộn lại hoặc phun đi phun lại

- Bớc 4: đo lờng lợng bột phun xi măng trong thùng chứa, đối với những vị trí cọc có lợng bột phun không đạt yêu cầu thiết kế phải trộn lại và phun lại

Xe tải Xi m ng ă Silo

Mỏy nộn khớ Mỏy sấy Bồn chứa khớ

Xi m ng ă Nhà kiểm tra Nguồn điện Thi cụng trụ

Hình 3.2.2.1 Sơ đồ thi công cọc xi măng đất công nghệ trộn khô

Chơng 3 : u điểm cọc ximăng đất so với các giải pháp xử lý

đất yếu khác

Trong xây dựng hiện nay, nhất là trong xây dựng cầu đờng, do việc thi công công trình theo tuyến, điều này khiến cho công việc thi công gặp nhiều khó khăn Hiện nay có rất

nhiều biện pháp để cải thiện nền đất, một số biện pháp tuy đã có u điểm nhất định

nh-ng cũnh-ng còn tồn tại một số nhợc điểm sau :

+ Phơng pháp lèn chặt đất bằng cọc đợc áp dụng tốt nhất là trong các loại đất cát, trong trờng hợp đất dính thì không kinh tế

+ Đối với phơng pháp sử dụng giếng cát có nhợc điểm là tốn công, máy móc nặng nề, tốc độ thi công chậm Khi nền bị cố kết và biến dạng thì có thể làm cho giếng cát bị cắt đứt kém hiệu quả sử dụng

+ Đối với phơng pháp sử dụng bấc thấm có thể tăng nhanh tôc độ thi công , tốc

độ cố kết, không bị tắc đờng thấm nhng tốn kém vật liệu

+ Để việc thi công tiến hành nhanh chóng không phải mất thời gian chờ thi công thì ngời ta thờng áp dụng gia cố nền đất bằng phơng pháp trộn sâu vôi hoặc xi măng và đất tại chổ

- Đối với phơng pháp trộn sâu bằng vôi củng có rất nhiều tác dụng nh làm cho nền đất tăng cờng độ, khả năng chống cắt tăng lên, nền khắc phục đợc dộ lún

- Tính chất của đất xung quanh cọc xi măng đợc cải thiện và khả năng chịu lực tăng nhờ các hạt xi măng trong quá trình thuỷ hoá sẽ hút một phần nớc trong đất

Để khắc phục một số nhợc điểm mà trong những điều kiện nhất định các phơng pháp khác không thể khắc phục đợc

Chơng 4 : Kết luận 4.1 Kết luận

Sau khi nghiên cứu lý thuyết và tổng hợp thực tiển theo các tài liệu đã công bố của một số dự án đã thực hiện tại Việt Nam và các nớc trên thế giới, em rút ra một số kết luận đối với giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất ximăng nh sau :

• Thời gian đa công trình vào khai thác sau khi thi công ngắn, công tác thi công cọc đợc cơ giới hoá và có thể thực hiện cuốn chiếu, phần trớc thi công cọc, phần sau có thể tiến hành thi công nền và mặt, không tốn thời gian chờ lún cố kết

• Cờng độ sức chống cắt của cọc đất ximăng đợc tăng lên khá cao, làm tăng đáng kể khả năng chống trợt

sủ dụng

• Về chi phí xây dựng có đắt hơn các phơng pháp khác, tuy nhiên do thời gian thi công ngắn đảm bảo giải quyết đợc vấn đề xã hội và phát triển kinh tế, bảo vệ môi trờng

• Tuy nhiên nhợc điểm cơ bản của công nghệ cọc đất gia cố ximăng là

độ lún không đều giữa các cọc và nền đất xung quanh cọc, do vậy nếu kết cấu mặt không đủ cứng thì sau một thơì gian khai thác sẽ tạo nên

sự lồi lỏm Trong trờng hợp này có thể bố trí thêm lớp vải địa kỹ thuật

để giảm sự chênh lệch lún này

4.2 Kiến nghị

• Hiện nay việc áp dụng biện pháp này đang ở mức thử nghiệm do vậy cần phải thu thập thêm các số liệu và thay đổi của chiều dài, đờng kính của cọc phù hợp trong điều kiện địa chất Việt Nam

• Trong biện pháp gia cố bằng cọc đất xi măng thì các số liệu về địa chất nền đất hiện tại là rất quan trọng và ảnh hởng rất lớn đến hiệu quả xây dựng công trình Do đó để có các biện pháp thiết kế hợp lý và giảm đợc giá thành xây dung thì công tác khảo sát là hết sức quan trọng, xác định các chỉ tiêu cơ lý củng nh các chỉ tiêu cần thiết cho quá trình thiết kế

• Đối với công trờng đòi hỏi chống trợt ( nền đờng đắp cao, tờng chắn ) thì áp dụng biện pháp này là hợp lý vì khi gia cố thì sức chống cắt tăng lên rất nhiều

• Đối với những công trình đòi hỏi đọ lún đồng đều cần tính toán lựa chọn khoảng cách giữa các cọc hợp lý hoặc có thể gia cố thêm vải địa

kỹ thuật