Ứng dụng giải pháp JET GROUTING xử lý đất yếu dưới đáy hố đào, để ổn định tường vây cho nhà cao tầng

Kết quả phân tích cho thấy chuyển vị ngang của tường vây lớn nhất nằm ở khu vực gần đáy hố đào ở độ sâu.10.15m, độ lún mặt đất xung quanh hố đào lớn, đẩy trồi đáy hố đào cũng là vấn đề

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

-

NGUYỄN VIỆT THÁI

ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP JET-GROUTING XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƯỚI ĐÁY HỐ ĐÀO, ĐỂ ỔN ĐỊNH

TƯỜNG VÂY CHO NHÀ CAO TẦNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số ngành: 60580208

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

-

NGUYỄN VIỆT THÁI

ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP JET-GROUTING XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƯỚI ĐÁY HỐ ĐÀO, ĐỂ ỔN ĐỊNH

TƯỜNG VÂY CHO NHÀ CAO TẦNG

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS VÕ PHÁN

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 27 tháng 08 năm 2016

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

3 PGS.TS Dương Hồng Thẩm Phản biện 2

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN VIỆT THÁI Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 24/12/1989 Nơi sinh: Tiền Giang

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN MSHV:1441870013

I- Tên đề tài:

ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP JET-GROUTING XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƯỚI ĐÁY

HỐ ĐÀO, ĐỂ ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY CHO NHÀ CAO TẦNG

II- Nhiệm vụ và nội dung:

Mở đầu

Chương 1:Tổng quan về công nghệ Jet-Grouting xử lý nền đất yếu dưới đáy hố đào,

để ổn định tường vây cho nhà cao tầng

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán phương pháp Jet- Grouting

Chương 3 : Quy trình công nghệ Jet- Grouting

Chương 4: Ứng dụng mô phỏng tính toán chuyển vị tường vây và đẩy trồi hố đào

cho công trình sử dụng phương pháp Jet- Grouting

III- Ngày giao nhiệm vụ: 23/01/2016

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 23/07/2016

V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS VÕ PHÁN

PGS.TS VÕ PHÁN

LỜI CAM ĐOAN

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 chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này

đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Việt Thái

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS VÕ PHÁN, người Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp tôi đưa ra hướng nghiên cứu cụ thể, hỗ trợ tài liệu, kiến thức quý báo trong quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, cô, Anh chị nhân viên Phòng Quản Lý Khoa Học –Đào Tạo Sau Đại Học đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập

Một lần nữa xin gởi đến Quý Thầy Cô và Gia Đình lòng biết ơn sâu sắc

Đề tài nghiên cứu khả năng làm việc của lớp đất yếu sau khi xử lý bằng phụt vữa áp lực cao và những tính toán hợp lý để có được chất lượng phụt cao nhất

Đồng thời dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn tính toán, kiểm tra, mô phỏng lớp đất sau khi khoan phụt.Tính toán đẩy trồi đáy hố đào dựa trên cơ sở lý thuyết của giải tích Công trình ở quận 1, TP.HCM với 34 tầng cao và 2 tầng hầm, độ sâu đào lớn nhất 13.35m, giải pháp chắn giữ hố đào là tường vây có chiều dài 0.8m, dài 38.5m

Kết quả phân tích cho thấy chuyển vị ngang của tường vây lớn nhất nằm ở khu vực gần đáy hố đào ( ở độ sâu.10.15m), độ lún mặt đất xung quanh hố đào lớn, đẩy trồi đáy hố đào cũng là vấn đề cần tính toán trước khi thi công thực tế.Dựa trên những nghiên cứu trên thế giới, tác giả mô tả ứng dụng giải pháp phun vữa cao áp Jet Grouting giảm chuyển vị ngang hố đào trong điều kiện địa chất yếu TP.HCM Đất trong khu vực đáy

hố đào được thay thế một phần bằng những cọc Jet Grouting (JGPs) nhằm tăng sức kháng bị động.Phương pháp phân tích số được lựa chọn sử dụng đánh giá tính hiệu quả của Jet Grouting, từ đó tìm ra giải pháp mô phỏng dễ dàng và nhanh chóng, giảm bớt khối lượng tính toán Việc tính toán để tìm ra hệ số an toàn chống đẩy trồi hố đào cũng

đã cho thấy hiệu quả của việc xử lý Jet Grouting dưới đáy hố đào.Có hai phương pháp

mô phỏng được xét tới :

+Phương pháp RAS(The real allocation simulation)mô phỏng vật liệu riêng biệt theo

tính chất thật của đất nền và JGPs

+ Phương pháp EMS(Equivalent material simulation) mô phỏng qui đổi vật liệu tương đương, xem cọc JGPs và đất nền làm việc như một khối duy nhất

Tùy theo đường kính cọc và khoảng cách giữa các cọc mà chọn phương pháp thích hợp

để việc mô phỏng dễ dàng hơn

The subjet reseached capability of soft soil after treatment with Jet Grouting and reasonably calculated to obtain the highest quality Jet

Also based on the finite element method caculates, test, simulate soil after drilling Jet.Caculate the bottom of the pit bands based on the theory of calculus

Building in District 1, Ho Chi Minh City with 34 floors and 2 basements, the largest excavation depth 13.35m, the solution is retaining to keep the excavation diaphragm wall thickness of 0.8m, 38.5m long

Results of the analysis showed that the horizontal displacement of the largest diaphragm wall is near the bottom of the excavation ( at a depth of -10.15m), surface settlement around the excavation is large (about 5m from the diaphragm), pushing rise the excavation are also issues to be caculates before the actual contructions Based on the review of the world, the author describes the application

of Jet Grouting solution which reduced horizotal displacement the excavation of weak geological conditions in HCM Soil in the bottom of the excavation area is partially replaced by Jet Grouting piles (JGPs) to increase passive resistance.Methods of analysis have chosen to use to assess the effectiveness of Jet Grouting, thus generating simulation solution easily and quickly, which reduce the amount of calculation.The calculation finds out the factors of safety push-ups

excavation which have shown the effectiveness of the treatmnet of Jet Grouting the bottom of the excavation.There are two simulation methods are considered to : +RAS method (The real allocation simulation) simulation separate materials on the characteristics of the real soil and JGPs

+ EMS method (Equivalent material simulation ) as JGPs piles and soil untreated work as a single block material

Depending on the diameter and the distance between of the piles that was selecting the appropriate method for the simulation easily

i

MỤC LỤC

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 2

5 Phạm vi nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ JET-GROUTNG ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐÁY HỐ ĐÀO 4

1.2 Tổng quan về chuyển vị tường vây 4

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây hố đào 4

1.4 Tổng quan về công nghệ Jet -Grouting 7

1.5 Lịch sử phát triển của phương pháp Jet-Grouting và ứng dụng 10

1.5.2 Lịch sử phát triển của phương pháp Jet-Grouting 10

1.5.3 Các ứng dụng của Jet Grouting 15

1.6 Phân loại hệ thống Jet-Grouting 16

1.7 Đánh giá chung về công nghệ Jet Grouting 20

1.7.2 Ưu điểm 20

1.7.3 Hạn chế 21

1.8 NHẬN XÉT 23

CHƯƠNG 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN PHƯƠNG PHÁP PHỤT VỮA ÁP LỰC CAO 24 2.2 Một số đặt tính chung về phương pháp phụt vữa áp lực cao 24

2.3 Ảnh hưởng các thông số đầu vào cảu thiết bị Jet Grouting 24

2.3.2 Ảnh hưởng của áp lực phụt[1] 24

2.3.3 Ảnh hưởng của tốc độ dòng phụt, lưu lượng phụt[1] 25

2.3.3.1 Tốc độ dòng phụt 25

2.3.3.2 Lưu lượng dòng phụt 25

2.3.4 Ảnh hưởng của khí nén[1] 27

2.3.5 Ảnh hưởng của khí nén phủ kín 27

2.3.5.2 Tốc độ và khối lượng của khí nén 28

2.3.6 Tốc độ nâng hạ cần 28

2.3.7 Tốc độ xoay cần 29

2.3.8 số lần lập 29

2.3.9 Kích thước và số lượng vòi phun 29

2.3.10 Tỉ lệ nước : xi măng (w:c) 30

2.3.11 Ảnh hưởng khác 30

2.4 Dự đoán chất lượng sản phẩm soilcrete 31

2.4.2 Đường kính cọc, khoảng cách xói 31

2.4.2.1 Đường kính cọc: 31

2.4.2.2 Khoảng cách xói 32

2.4.3 Sức chống cắt của đất nền sau khi được xử lý: 33

2.5 Lý thyết mô phỏng đất nền sau khi phụt vữa Jet Grouting trong phần tử hữu hạn 34 2.5.2 Phương pháp mô phỏng: 34

2.5.3 Mô hình sử dụng mô phỏng trong phần tử hữu hạn 34

2.5.4 Phần tử tiếp xúc 34

2.5.5 Mô hình Morh- Coulmb cho tính toán PTHH sử dụng Plaxis 35

2.5.6 Mô hình Hradening Soil cho tính toán PTHH sử dụng Plaxis 35

2.5.7 Thông số đầu vào đất nền 37

2.5.7.1 Thông số mô đun E và hệ số poison v 37

2.5.7.2 Hệ số thấm k 39

2.5.8 Thông số cọc Jet Grouting 40

2.5.9 Thiết kế cọc Jet Grouting theo phương pháp hỗn hợp vật liệu tương đương 42 2.5.9.1 Thông số của đất được xử lý 42

2.5.9.2 Xác định thông số nền tương đương 42

2.6 Lý thuyết về ổn định chống trồi (bùng) của hố đào [29] 45

2.6.2 Kiểm tra ổn định chống trồi hố đào theo phương pháp Terzaghi-Peck46 2.6.3 Phương pháp tính chống trồi đáy khi đồng thời xét cả c và  48

2.6.4 Tính ổn định chống trồi đáy bằng bơm phụt 49

2.7 NHẬN XÉT 51

CHƯƠNG 3:QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ JET GROUTING 52

3.2 Phân loại thiết bị Jet Grouting 52

3.2.3 Phần di động 53

iii

3.2.3.1 Công nghệ và cấu tạo thanh cần Jet Grouting: 53

3.2.3.2 Vòi phun 54

3.2.3.3 Đầu phun 54

3.2.3.4 Cấu tạo các ống dẫn trong thanh cần Jet Grouting 55

3.2.3.5 Cấu tạo giàn tự hành khoan phụt 56

3.2.4 Phần cố định 57

3.2.4.1 Máy bơm cao áp 57

3.2.4.2 Hệ thống trộn vữa 58

3.3 Các thông số JET GROUTING 58

3.3.2 Các thông số vận hành thiết bị 59

3.3.3 Các thông số của sản phẩm soilcrete 59

3.4 So sánh giữa các dạng Jet Grouting 60

3.5 Phát thảo quy trình công nghệ Jet Grouting 62

3.5.2 Phạm vi áp dụng 62

3.5.3 các thuật ngữ và định nghĩa 63

3.5.4 Các quy định chung 64

3.5.4.1 Quy trình thiết kế và thi công gia cố nền bằng cọc đất xi măng 64

3.5.4.2 Thông tin cần xác định trước khi thiết kế và thi công Jet Grouting 64 3.5.5 Khảo sát địa chất 65

3.5.6 Vật liệu sử dụng 65

3.5.7 Các xem xét trong thiết kế 66

3.5.8 Thi công Jet Grouting 66

3.5.9 Giám sát, kiểm tra, nghiệm thu 68

3.5.9.1 Giám sát trong quá trình thi công Jet Grouting 68

3.5.9.2 Kiểm tra chất lượng soilcrete 68

3.5.9.3 Nghiệm thu sản phẩm Jet Grouting 69

3.6 NHẬN XÉT 74

CHƯƠNG 4:ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY VÀ ĐẦY TRỒI ĐÁY HỐ ĐÀO CHO CÔNG TRÌNH 75

4.2 Tổng quan về công trình 75

4.2.2 Giới thiệu chung 75

4.2.3 Địa chất công trình 76

4.3 Phân tích quá trình thi công hố đào 78

4.3.2 Phân tích quá trình thi công hố đào bằng PTHH(Plaxis) 78

4.3.2.1 Các thông số đầu vào 78

4.3.2.2 Mô hình làm việc của đất trong plaxis 79

4.3.3 Phân tích quá trình thi công hố đào có quan trắc thực tế 85

4.3.4 So sánh chuyển vị trường vây trong quá trình thi công hố đào bằng phần tử hữu hạn và quan trắc 89

4.4 Nhận xét 90

4.5 Phân tích ứng dụng Jet Grouting để giảm chuyển vị ngang của hố đào 91

4.5.2 Thông số của cọc Jet Grouting khi thi công 91

4.6 Mô phỏng công trình trong phần tử hữu hạn 92

4.6.2 Phương pháp mô phỏng 92

4.6.2.2 Mô phỏng cọc JPGs làm việc như phương pháp vật liệu tương đương (PP EMS : Equivalent material simulution ) 95

4.6.2.3 Kết quả chuyển vị tường vây sau khi gia cố bằng phương pháp phụt vữa áp lực cao theo phương pháp vật liệu riêng biệt 98

4.6.2.4 Kết quả chuyển vị tường vây sau khi gia cố bằng phương pháp phụt vữa áp lực cao theo phương pháp vật liệu tương đương 99

4.6.2.5 Kết quả chuyển vị tường vây sau khi gia cố bằng phương pháp phụt vữa áp lực cao với tỷ lệ 5%(Ir=5%) 101

4.6.2.6 Kết quả chuyển vị tường vây sau khi gia cố bằng phương pháp phụt vữa áp lực cao với tỷ lệ 10%(Ir=10%) 102

4.6.2.7 Kết quả chuyển vị tường vây sau khi gia cố bằng phương pháp phụt vữa áp lực cao với tỷ lệ 15%(Ir=15%) 103

4.6.2.8 Kết quả chuyển vị tường vây sau khi gia cố bằng phương pháp phụt vữa áp lực cao với tỷ lệ 20%(Ir=20%) 104

4.6.3 Kết quả độ lún xung quanh hố đào 105

4.6.4 Kiểm tra ổn định chống trồi đáy hố đào 107

4.6.5 Tính ổn định chống đẩy trồi đáy hố đào khi đồng thời xét cả c và φ 107 4.6.5.2 Tính ổn định chống đẩy trồi đáy hố đào bằng phương pháp bơm phụt 109

4.7 Nhận xét 110

Kết luận 112

Kiến nghị 113

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 114

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

MỘT SỐ KÍ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

𝑝𝑂 (m) áp suất tại đầu phụt tính theo chiều cao cột nước có áp

𝑉0 (m/s) tốc độ ban đầu từ đầu phụt

g (m/𝑠2) gia tốc trọng trường

m (N/A) hệ số ảnh hưởng bởi chất lượng vòi phụt

n (N/A) số lượng vòi phun trên vòi phun

d (mm) đường kính vòi phun

𝐿𝑚 (m) bán kính cọc

𝐷𝑚𝑒𝑎𝑛 (m) đường kính trung bình của cột xi măng bơm bằng Jet grouting

𝑙𝑗 (m) khoảng cách xói của tia

𝑃𝑖 ( kN) áp lực trong vòi phun

𝑃𝑆 ( Kn/m) áp lực thủy tĩnh tác dụng lên đầu ra của vòi phun

𝑞𝑢 (kN/𝑚2) cường độ nén nở hông

𝑑1, 𝑑2 (m) khoảng cách giữa hai tim cọc theo hai phương

𝑃𝑔 (N/A) thông số của đất được cải thiện

𝑃𝑐 (N/A) thông số của đất không cải thiện

𝑃𝑒𝑔 (N/A) thông số đất tương đương cho khối đất hỗn hợp như là : 𝐸𝑢𝑖, c,v,…

𝐼𝑟 (N/A) tỉ lệ bề mặt đất được cải tạo

𝑇𝑡 (N/A) độ bền cắt của đất được xử lý

𝑇𝑠 (N/A) độ bền cắt của đất không được xử lý

γ (kN/𝑚3) dung trọng ướt của đất

𝛾1 (kN/𝑚3) các lớp đất ở phía ngoài hố kể từ mặt đất đến chân tường

ℎ0′ m độ sâu cách mặt đất của hàng chống cuối cùng

𝛼1 rad góc kẹp ngang giữa hàng chống dưới cùng với mặt đào của hố

𝛼1 rad góc tâm tròn của mặt trượt lấy điểm chống của hàng chống dưới cùng làm tâm

𝑀𝑆𝐿 ( Kn/m) Moment gây trồi

𝑄𝐽𝐺 ( kN) tổng lực neo giữ của cọc ở lớp bơm phụt

Danh mục các bảng

Bảng 2.7 : Tổng hợp các thống số vận hành của hệ thống phun đơn 30

Bảng 2.2 : Mối quan hệ giữa đường kính cọc với các hệ thống thi công khác nhau với các loại đất khác nhau 33

Bảng 2.3 : Tổng hợp các nét chính của hai mô hình MC và HS [8] 36

Bảng 2.7 : Tương quan giữa mô đun biến dạng E theo NSPT [8] 38

Bảng 2.8 : Giá trị hệ số s theo Das.BM.[15] 39

Bảng 2.6 : Hệ số thấm k cuả một số loại đất theo theo Das.BM.[15] 39

Bảng 2.7 : Hệ số thấm điển hình của đất[16] 40

Bảng 2.8 : Đặc điểm cọc Jet Grouting ở TP.HCM [8] 41

Bảng 2.9 : Một số mối quan hệ giữa giá trị Eu và qu [8] 41

Bảng 3.7 : Ưu nhược điểm của hệ thống Jet Grouting (Bruke 2004) 60

Bảng 3.2 : Quy định số lượng thí nghiệm tiến hành (TCCS 5:2010) 69

Bảng 3.3 : các hoạt động chủ yếu trong thi công Jet Grouting 70

Bảng 3.4 : số vận hành theo hãng YBM(YBM Co.) 72

Bảng 3.5 : Bảng tổng hợp các thông số Jet Grouting trong điều kiện địa chất thử nghiệm khu vực TP.HCM.(Trần Nguyễn Hoàng Hùng 2016) 73

Bảng 4.1 : Mô tả địa chất công trình 77

Bảng 4.2 : Trình tự thi công 78

Bảng 4.3 : thông số tường vây 79

Bảng 4.4 : Các thông số đặc trưng của thanh chống 79

Bảng 4.5 : Các thông số của đất trong mô hình Morhr- Coulomb 81

Bảng 4.6 : Các thông số của đất trong mô hình Hardening Soil 82

Bảng 4.7 : Chi tiết mô phỏng từng giai đoạn tính toán trong plaxis 83

Bảng 4.8 : Chuyển vị tường vây tại mốc quan trắc INO1 87

Bảng 4.9 : Chuyển vị tường vây tại mốc quan trắc INO2 88

Bảng 4.10 : Tỷ lệ trộn vữa bơm gia cố thân cọc 91

Bảng 4.11 : Áp lực bơm vữa dự tính 91

Bảng 4.12 : Thiết bị chủ yếu dự kiến cho phương pháp gia cố nền xung quanh chân cọc 91

Bảng 4.13 : Quy đổi chiều dài cọc 94

Bảng 4.14 : Quy đổi vật liệu tương đương 96

Bảng 4.15 : Kiểm tra ổn định đáy hố đào theo Terzaghi 108

Bảng 4.16 : kiểm tra ổn định đáy hố đào bằng bơm phụt 109

Danh mục các biểu đồ, đồ thị, sơ đồ, hình ảnh

Hình 1.1 : Ảnh hưởng độ cứng của tường đến chuyển vị của tường 5

Hình 1.2 : Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vị ngang 6

Hình 1.3 : Các loại phương pháp phụt vữa trong đất cơ bản (Nguyễn Quốc Dũng,2010a) 8

Hình 1.4 : Các dạng Jet-Grouting cơ bản 10

Hình 1.5 : Bịt khe hở giữa các ống bằng Jet Grouting(Essler & Yoshida 2004) 12

Hình 1.6 : Công nghệ S 17

Hình 1.7 : Công nghệ D 17

Hình 1.8 : Công nghệ T 18

Hình 1.9 : Cột xi măng sau khi phụt vữa 18

Hình 1.10 : Phương pháp phụt vữa truyền thống và phương pháp phụt vữa áp lực cao 19 Hình 1.11 : Quy trình thi công xử lý nền bằng công nghệ Jet Grouting 22

Hình 1.12 : Xử lý đất yếu dưới đáy hố đào bằng cọc Jet Grouting 23

Hình 2.6 : Sự ảnh hưởng của áp lực và dòng phụt [1] 26

Hình 2.7 : Ảnh hưởng của khoảng cách làm xói mòn của vòi phụt và tốc độ áp lực động trong không khí, nước và trong nước với không khí phủ kín[1] 27

Hình 2.8 : Quan hệ giữa tốc độ rút cần và loại đất [3] 28

Hình 2.9 : Tốc độ xoay và chu kỳ lặp lại ảnh hưởng của đường kính cọc[3] 29

Hình 2.10 : Một dòng chảy rối 31

Hình 2.11 : Mô hình tia áp lực trong đất của Chu, E.H (2005)[9] 33

Hình 2.12 : Mối quan hệ giữa qu – Ir – m [27] 43

Hình 2.13 : Cọc Jet Grouting làm việc bằng phương pháp vật liệu riêng biệt( PP

RAS : The real allocation simulation) 44

Hình 2.14 : Cọc Jet Grouting làm việc bằng phương pháp vật liệu tương đương ( PP EMS : Equivalent material simulation) 45

Hình 2.15 : Phương pháp Terzaghi cải tiến tính chống trồi đáy hố 47

Hình 2.16 : Sơ đồ tính toán chống trồi khi đồng thời xét cả c và  (2.19) 48

Hình 2.17 : Khi gia cố chỉ có bơm phụt 50

Hình 2.18 : Khi gia cố chỉ có bơm phụt + cọc 50

Hình 3.6 : Sơ đồ bố trí thiết bị phun đôi (YBM Co.) 52

Hình 3.7 : Cấu tạo đầu phun Jet Grouting (a) Phun đơn, (b) Phun đôi, (c) Phun ba (Kauchinger 2006) 55

Hình 3.8 : Bơm áp lực cao 57

Hình 3.9 : Máy trộn 58

Hình 3.10 : Sơ đồ tổng thể hệ thống Jet Grouting phun đơn lắp ghép 62

Hình 3.11 : Sơ đồ dây chuyền thiết bị khoan phụt cao áp 68

Hình 4.6 : Mặt bằng hệ thống lưới trục công trình 75

Hình 4.7 : Mặt cắt địa chất 76

Hình 4.8 : Mô phỏng bài toán 80

Hình 4.9 : Các bước tính toán trong plaxis 80

Hình 4.10 : các mốc quan trắc công trình trong quá trình thi công phần ngầm 85

Hình 4.11 : Quan trắc thực tế chuyển vị ngang của tường vây tại điểm ứng với mốc quan trắc INO2 ứng với các giai đoạn đào 86

Hình 4.12 : So sánh chuyển vị ngang của tường vây giữa quan trắc thực tế, mô hinh Morh-Coulomb, mô hình Hardening Soil khi đào đất 13.35m 89

Hình 4.13 : Cọc Jet Grouting làm việc bằng phương pháp vật liệu riêng biệt (PP

RAS : the real allocation simulation) 92

Hình 4.14 : Cọc JPGs làm việc bằng vật liệu tương đương ( PP EMS : Equivalent material simulution) 93

Hình 4.15 : Quy đổi từ cọc tròn sang cọc chữ nhật 93

Hình 4.16 : Kết quả chuyển vị tường vây ở giai đoạn đào 13.35m(PP RAS) 98

Hình 4.17 : Kết quá chuyển vị tường vây ở giai đoạn đào 13.35m(PP EMS) 99

Hình 4.18 : Kết quả chuyển vị tường vây ở giai đoạn đào 13.35m(Ir=5%) 101

Hình 4.19 : Kết quả chuyển vị tường vây ở giai đoạn đào 13.35m(Ir=10%) 102

Hình 4.20 : Kết quả chuyển vị tường vây ở giai đoạn đào 13.35m(Ir=15%) 103

Hình 4.21 : Kết quả chuyển vị tường vây ở giai đoạn đào 13.35m(Ir=20%) 104

Hình 4.22 : Chuyển vị mặt đất quanh hố đào khi chưa xử lý và xử lý đáy hố đào bằng phương pháp RAS 105

Hình 4.23 : Chuyển vị mặt đất quanh hố đào khi chưa xử lý và xử lý đáy hố đào bằng phương pháp EMS 106

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện nền kinh tế thị trường, ngành xây dựng tất yếu cần phải phát triển không ngừng và ngày càng lớn mạnh Tiếp cận các công nghệ tiên tiến của thế giới và đưa vào ứng dụng trong nước để tạo ra sản phẩm có chất lượng, đạt hiệu quả kinh

tế cao là một phần chiến lược phát triển khoa học công nghệ của Nhà nước hiện nay

Móng nhà cao tầng là cấu kiện chiếm phần lớn thời gian thi công cũng như kinh phí Đặc biệt đối với móng nhà cao tầng trên nền đất yếu

Để nâng cao chất lượng trong lĩnh vực xử lý nền đất yếu các công trình xây dựng, có rất nhiều công nghệ mới được đưa vào ứng dụng rộng rãi như cọc đất trộn xi măng, cọc vôi, phương pháp hạ mực nước ngầm… Một trong những biện pháp để xử lý nền đất yếu dưới công trình cao tầng là giải pháp xử lý bằng phương pháp phụt vữa xi măng áp lực cao

Tuy ra đời muộn nhưng công nghệ khoan phụt vữa xi măng áp lực cao đã được các nhà chuyên môn đón nhận và quan tâm vì những ưu điểm nổi bật của

nó, đặc biệt để giải quyết những khó khăn trong thi công

Việc sử dụng phương pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất theo công nghệ jet-grouting tại Việt Nam chưa được áp dụng rộng rãi vì lý thuyết, phương pháp tính toán cũng như giá thành máy móc, chưa có những nghiên cứu nâng cao chất lượng trong quá trình thi công

Với những đặc điểm và yêu cầu nêu trên, đề tài “Ứng dụng giải pháp Jet- Grouting để xử lý đất yếu dưới đáy hố đào, để ổn định tường vây cho nhà cao tầng” mang ý nghĩa thiết thực, cần thiết nhằm nâng cao chất lượng trong quá trình

2

thi công, xử lý kịp thời các sự cố xảy ra đối với công trình, đem lại hiệu quả kinh

tế cao

2 Mục tiêu nghiên cứu

Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây khi công trình cao tầng có hố đào sâu trên nền tầng đất yếu

Phân tích hiện tượng đẩy trồi đáy hố đào khi công trình cao tầng có hố đào sâu trên lớp đất yếu

Phân tích, dự toán lún xung quanh hố đào trong quá trình thiết kế, nghiên cứu Phân tích ảnh hưởng của áp lực phụt vữa, khoảng cách phụt vữa tới chất lượng bê tông sau khi phụt vữa

3 Phương pháp nghiên cứu

Phân tích cơ sở lý thuyết, đánh giá về phương pháp phụt vữa áp lực cao để xử

lý nền dưới đáy hố đào

Phân tích mô phỏng bằng phần mềm plaxis 8.6 để kiểm tra ổn định

4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Giải pháp phụt vữa áp lực cao giúp hạn chế chuyển vị ngang trong quá trình thi công hố đào hay thi công hầm

Giải pháp phụt vữa áp lực cao gia cường nền đất nhằm ngăn không cho nền

bị phá hoại trong trường hợp tải trọng tác dụng vượt quá giới hạn cho phép Giải pháp phụt vữa áp lực cao làm tăng hệ số ổn định của hố đào

Tránh hiện tưởng hóa lỏng của nền

Tại Việt Nam, công nghệ phụt nói chung còn đang tồn tại nhiều vấn đề cơ bản :

Công nghệ phụt trong các quy trình và tiêu chuẩn ngành hiện mới dừng ở phụt phân đoạn thụ động

Vữa phụt chưa có hệ thống hóa chi tiết về thành phần, thông số và chỉ tiêu cho từng mục đích và công nghệ sử dụng

Các phương pháp và công nghệ phụt được quy định dựa chủ yếu trên tiêu chuẩn của Liên xô từ nhiều thập niên trước, đã lỗi thời so với chính nước Nga ngày nay

Cơ quan quản lý chuyên ngành chậm cập nhật những tiến bộ công nghệ và lý thuyết vữa vào các quy định lâu dài và tạm thời

Những dự án xây dựng lớn và phức tạp đòi hỏi xử lý nền móng bằng công nghệ phụt ngày càng nhiều, sự lạc hậu của quy trình đã và sẽ còn gây khó khăn cho sự thống nhất chất lượng và kiểm tra, giám sát, đánh giá

5 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi đề tài chỉ nghiên cứu sự ổn định của tầng đất yếu sau khi dùng giải pháp phụt vữa áp lực cao để xử lý nền đất yếu dưới công trình cao tầng, chưa xét tới chất lượng bê tông, công nghệ trong quá trình thi công

Thời gian nghiên cứu đề tài còn ngắn, kiến thức cũng như kinh nghiệm còn nhiều hạn chế

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ JET-GROUTNG ĐỂ

XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐÁY HỐ ĐÀO

1.2 Tổng quan về chuyển vị tường vây

Kết cấu hố đào sâu thường được thi công trong vùng dân cư Chuyển vị đất nền phải thấp hơn giới hạn cho phép để tránh ảnh hưởng tới những kết cấu lân cận Chuyển vị của tường là yếu tố khó tiên đoán trước Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thuộc tính địa chất, độ cứng của tường và hệ thanh chống, ảnh hưởng của tải trọng, hiệu ứng góc, và một số ảnh hưởng khác

Công trình hố đào sâu bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào đất… trong đó, một khâu nào

đó gặp sự cố có thể sẽ dẫn đến cả công trình bị đỗ vỡ

Việc thi công hố móng ở các hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ nước ngầm, đào đất… đều có thể sinh ra những ảnh hưởng hoặc khống chế lẫn nhau, tăng thêm các nhân tố để có thể gây ra sự cố

Công trình hố móng có giá thành khá cao, nhưng lại chỉ là có tính tạm thời nên có khuynh hướng không muốn đầu tư chi phí nhiều Nhưng nếu để xảy ra sự

cố thì xử lý sẽ vô cùng khó khăn, gây ra tổn thất lớn về kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt xã hội

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây hố đào

+Tải trọng các công trình hiện hữu ảnh hưởng lớn đến việc phân bố lại áp lực trong đất gây tác động đến chuyển vị tường vây

+Độ cứng của tường chắn và hệ chống đỡ: thay đổi độ dày tường làm thay đổi độ cứng của tường làm giảm chuyển dịch của đất bên ngoài hố đào Tuy nhiên việc tường dày quá chiếm diện tích lớn, chi phí thi công tăng cao

Clough và O’Rourke 1990 dựa vào một số quan trắc về biến dạng của một số

hố đào đã lập thành bảng so sánh với độ cứng của tường chắn và tương quan giữa

hệ số an toàn với sự trồi nền.Đối với hố đào trong đất sét mềm tới cứng vừa, O’Rourke đã so sánh chuyển vị ngang lớn nhất và chuẩn hóa umax/z với độ cứng của tường EI/γh4

Hình 1.1 : Ảnh hưởng độ cứng của tường đến chuyển vị của tường

Với đất sét mềm với hệ số an toàn thấp, sự chuyển dịch của tường có thể lên tới δhm / H = 3,2%, biến dạng của hố đào sâu trong đất không dính cũng như trong đất sét cứng không phụ thuộc nhiều vào độ cứng của bức tường và hệ chống

đỡ Độ cứng ảnh hưởng đến biến dạng đáng kể khi đào sâu trong đất sét mềm với

hệ số an toàn thấp

Mực nước ngầm : Trong từng giai đoạn thi công hố đào, mực nước ngầm ảnh hưởng đáng kể đến chuyển v tường vây Dòng thấm là nguyên nhân giảm áp lực nước ngầm, tăng ứng suất hữu hiệu

Áp lực đất và tính chất của đất nền : thi công hố đào sâu sinh ra áp lực đất chủ động và bị động, gây ra lực ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây, theo nghiên

6

cứu của Terzaghi 1954 trên nền cát với các đặc trưng khác nhau cho ra kết quả chuyển vị tường vây khác nhau

Kích thước hố móng : Hình dạng, kích thước hố móng ảnh hưởng đến sự phân

bố chuyển vị của đất xung quanh và bên dưới đáy hố móng.Hố đào càng sâu, ứng suất tổng giảm càng lớn và như vậy chuyển vị của tường chắn càng lớn Hố đào càng rộng, chuyển vị của tường chắn càng lớn.Phân tích theo mô hình ứng suất hữu hiệu, MIT-E3 (Whittle và Kavvadas, 1994) có xét đến ảnh hưởng của chiều dài tường đến độ lún nền và chuyển vị ngang của tường ứng với các chiều sâu tường là L=40m và 20m Khi đào đến các cấp đào H=2.5m, 5.0m, 10.0m, 15.0m, 22.5m cho đất OCR=1 Khi chiều sâu tường tăng dẫn đến chuyển vị ngang của tường giảm, được thể hiện qua hình:

Hình 1.2 : Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vị ngang

1.4 Tổng quan về công nghệ Jet -Grouting

Jet-Grouting (Xói trộn vữa áp lực cao ) là công nghệ đất trộn xi măng, dùng tia áp lực cao vữa xi măng (20-60MPa) có thể kết hợp với tia khí hay nước để cắt đất tại chổ và trộn với vữa xi măng để hình thành cọc xi măng đất , hay cọc soilcrete Cọc soilcrete này có đặt trưng cơ lý như : cường độ, độ cứng, hệ số thấm tốt hơn đất tự nhiên tại chổ từ 10 đến 100 lần Công nghệ Jet-Grouting tạo cọc soilcrete thông qua quá trình tạo lỗ trước, đường kính Ø 100-200mm và chỉ kích hoạt quá trình tạo cọc đường kính lớn (thường Ø >= 0,6 m) ở độ sâu yêu cầu nên

có khả năng bảo vệ các kết cấu mặt, vẫn có thể gia cố các lớp đất bên dưới Đây

là một ưu điểm vượt trội của Jet-Grouting so với các công nghệ trộn xi măng khác Một cách tổng quát, nền đất có thể được gia cố theo nhiều nguyên lý khác nhau như: thay đất, làm chặt, thoát nước cố kết, bơm vữa, trộn chất kết dính, gia cố,…hay có thể dùng kết hợp các nguyên lý cải thiện trên để cải thiện nền (Terashi

& Juran 2000) Các phương pháp theo nguyên lý trộn chất kết dính cải thiện các đặc trưng của đất ( cường độ, tính nén lún, vv) bằng cách trộn đất nền với hóa chất Những cơ chế hóa lý diễn ra ở chất kết dính và trên bề mặt hạt đất tạo ra vật liệu mới có đặt trưng tốt hơn ban đầu.Nhiều chất kết dính được nghiên cứu sử dụng nhưng phổ biến hiện nay là vôi và xi măng do nguồn cung dồi dào và giá thành thấp.Các phương pháp trộn đất tại chổ với vôi và xi măng để làm móng và nền đường đã được nghiên cứu từ thập niên 1960 Sau đó, công nghệ được phát triển để trộn đất theo chiều sâu.Đến nay, nhiều phương pháp trộn sâu được phân loại theo chất kết dính( xi măng, vôi , thạch cao, tro bay,…), theo phương pháp trộn(khô/ướt, quay/phun tia, guồng xoắn hoặc lưỡi cắt) (TCVN 9403:2012, Porbaha 1998,Terashi & Juran 2000,CDIT 2002)

Theo nguyên lý phụt vữa, nền đất được cải thiện bằng cách bơm vữa vào khe rỗng có sẵn hoặc được tạo trong quá trình bơm vữa.Vữa sẽ ninh kết hay hóa keo giúp giảm lỗ rỗng, tăng độ ổn định, giảm tính biến dạng, tính thấm cả khối ( ASCE Committee of Grouting 1995, Houlsby 1990).Các phương pháp theo nguyên lý phụt vữa được phân thành bốn loại cơ bản thể hiện trong Hình 1.1 : khoan phụt

8

ép nứt đất(hay khoan phụt truyền thống-Fracture Grouting), khoan phụt ép đất(Compaction Grouting), khoan phụt thẩm thấu(Permeation Grouting) và Jet- Grouting (Bruce 1994,Stole 2001, Nguyễn Quốc Dũng 2010)

Hình 1.3 : Các loại phương pháp phụt vữa trong đất cơ bản (Nguyễn Quốc

Dũng,2010a)

Xói trộn vữa cao áp (Jet-Grouting) là công nghệ kết hợp nguyên lý phụt vữa

và nguyên lý trộn đất sâu với vữa xi măng (Terashi & Juran 2000) Qúa trình Jet- Grouting cải thiện đất bằng cách dùng tia phụt vận tốc cao xói tơi đất hoặc đá yếu, thay thế một phần và trộn tại chổ đất đá vụn còn lại với chất kết dính (thường là vữa xi măng) tạo thành cột hoặc bản đất- xi măng(Soilcrece) (BS En 12716- 2011,ASCE Committee on Grouting 1995,2005, Essler & Yoshida 2004, Covil & Skinner 1994, Croce & Flora 2000 từ nguồn Miki 1985, nguồn Tornaghi 1989, nguồn Shibazaki 1991, nguồn Kauschinger et al.1992 và nguồn Bell 1993).Qúa trình cải thiện đất của Jet-Grouting với hai hoạt động chính là xói tơi và trộn đất Đối với nền sỏi, một số tác giả nhận thấy dòng vữa chủ yếu thấm qua lỗ rỗng

mà không làm phá hoại cấu trúc đất Do đó, đối với nền sỏi sạn, cơ chế gia cố chính cảu tia vữa áp lực cao là thẩm thấu vữa ( tương tự Permeation Grouting)(Croce &Flora 2000 từ nguồn Miki 1985, nguồn Bell 1993)

Điểm khác biệt chính của Jet-Grouting so với các phương pháp theo nguyên

lý phụt vữa và trộn sâu khác là việc sử dụng tia phụt áp lực cao, vận tốc lớn.Trong khoan phụt thẩm thấu, vữa thẩm thấu qua những lỗ rỗng tự nhiên trong đất Còn

ở khoan phụt truyền thống và khoan phụt ép đất, đất bị chuyển vị do lực ép của

khối vữa.Ở cả ba dạng khoan phụt, áp lực càng cao vữa càng bơm xa và kích thước khối vữa phụt càng lớn Tuy nhiên quãng đường dịch chuyển không chỉ phụ thuộc vào áp suất mà còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác như: độ nhớt, thời gian ninh kết, kích cỡ cốt liệu vữa so với kích thước lỗ rỗng, tính chất đất đá,v v….nên hình dạng khối vữa thường ngẫu nhiên, không xác định được và khối đất không đồng nhất.Vì vậy, hiệu quả cải thiện nền về sức chịu tải, khó được xác định Khi áp lực bơm càng lớn, hiện tượng trên càng rõ nên được giới hạn từ 0,1 đến 3MPa(Ichise et al 1971,Terashi & Juran 2000)

Jet Grouting được phát triển để khắc phục những nhược điểm trên (Nikbakhtan

2010, Terashi &Juran 2000) Khoảng trống được tạo ra bởi đất bị xói tơi nhờ tia phụt vận tốc cao và năng lượng xung kích lớn (BS E n 12716: 2001, Brill et al 2003,Burke & Sehn 2003) Nếu duy trì được dòng hỗn hợp trào ngược ổn định thì

áp lực bơm tăng sẽ không làm tăng áp lực hỗn hợp vữa –đất , mà làm tăng vận tốc tia phụt.Do vậy, việc làm tăng khả năng xói tơi đất sẽ làm tăng kích thước cột –

xi măng đất Hình dạng và kích thước của cọc soilcrete phụ thuộc vào nhiều nhân

tố ( áp lực, lưu tốc tia phụt, tính địa chất,vv…) nhưng đã cải thiện đáng kể so với sản phẩm của các phương pháp phụt vữa khác(Ichise et al 1971,Terashi & Juran 2000).Jet Grouting sử dụng áp lực bơm cao nhất trong các công nghệ bơm phụt vữa, thường từ 20 đến 60 MPa(BS En 12716 :2001,Bruce 1994,Bruke 2004) Jet Grouting khác với các phương pháp phụt vữa còn lại : vữa xi măng được trộn với đất để tạo thành khối đất được kết dính(hay còn gọi là đất- xi măng hay soilcrete) Trong khoảng trống cắt xói được, luôn còn tồn tại đất dù tỉ lệ thay thế đạt hơn 50%(Terashi&Juran 2000,Bruke 2012).Vì thế, Jet Grouting còn được xem

là một công nghệ trộn sâu tạo đất-xi măng, nhưng công tác trộn đất dùng tác dụng xói của tia vữa xi măng áp lực cao, không dùng cánh trộn như phương pháp trộn sâu quy định trong TCVN 9403:2012

10

Đặc trưng của phương pháp Jet Grouting là thường có dòng bùn thải gồm vữa , nước, đất, vv… trào lên bề mặt từ lỗ khoan.Đất bị thay thế bởi dòng bùn thải trên (Mernard Company ,Croce &Flora 2000,Woodward 2005) Dòng trào ngược này cần phải được duy trì liên tục vì giúp hạ áp suất môi trường bao quanh tia phụt, đảm bảo hiệu quả cắt xói đất của tia đồng thời giảm chuyển vị đất do áp suất chất lỏng (Brill et al.2003, Yoshida 2012)

Giữa thập niên 1960, người Nhật bắt đầu tiếp cận và phát triển những khái niệm, cơ chế ban đầu của Jet Grouting (Essler & Yoshida 2004) Năm 1965, theo nghiên cứu và cải tiến của an hem Yamakado, công nghệ không chỉ cắt xói mà còn để dính đất(Bruce 1994).Ban đầu, Jet Grouting được phát triển nhằm mục đích chống thấm

Đến đầu thập niên 1970, Jet Grouting tiếp tục có những cải tiến lớn nhờ nghiên cứu của hai nhóm chuyên gia Nhật Bản độc lập nhau(BRUCE 1994 từ nguồn Miki và Nikanishi 1984).Nhóm đứng đầu bởi Nakanishi thuộc công ty Nissan Freeze đề xuất phương pháp CCP( Chemical Churning Pile ), dùng vữa hóa chất để cắt xói và trộn đất(Bruce 1994 từ nguồn Miki 1973 và Nakanishi 1974,Novatecna Co.)Vữa hóa chất được phụt qua các vòi đường kính 1.2 mm đến

2 mm, nằm ở mũi cần khoan đơn giản và quay trong khi phụt Biện pháp xoay cần vòng tròn khắc phục được nhược điểm của phương pháp Jet Grouting tạo bản là khó điều chỉnh chiều dày(Essler & Yoshida 2004) Do vấn đề môi trường, vữa hóa chất được thay thế bởi vữa xi măng, dù tên của phương vẫn là CCP do bảo hộ độc quyền (Bruce 1994 từ nguồn Guatteri et al 1988)

Đối thủ chính của nhóm Nakanishi, đứng đầu bởi Yahiro thuộc Kajima Corp, đưa ra phương pháp JP( Jet Grout)vào năm 1970 dùng một tia nước vận tốc cao,

cố định, nằm ngang để xói tơi đất và phu vữa lắp đầy dần dần từ dưới lên tạo thành bản (Bruce 1994 từ nguồn Yahiro và Yoshida 1973,1974,Novatecna Co.) năm

1975 nhóm Kajima Corp cải tiến phương pháp JG thành phương pháp Phun ba CJG cần không còn cố định mà được quay rút lên, tia nước phía trên được bổ sung lớp khí nén giúp duy trì năng lượng

Ý, Pháp, Singapore và Brazil (Bruce 1994,Essler & Yoshida 2004)

Trên thế giới hiện nay, Jet Grouting vẫn được xem là một công nghệ mới và đang được nghiên cứu, hoàn thiện hơn nữa(Lurnadi 1997).Một số hướng phát triển công nghệ là :

(1) Hạn chế ảnh hưởng đến môi trường : giảm năng lượng cần thiết để cải thiện một đơn vị thể tích đất Nhờ đó , lượng CO2 thải ra giảm, hạn chế ô nhiễm môi trường Ngoài ra, lượng bùn trào ngược cũng được tìm cách tận dụng (2) Tăng độ tin cậy: giảm độ biến thiên của tính chất cơ lý vật liệu(Yoshida 2012)

Jet Grouting xuất hiện ở Mỹ từ năm 1979.Tuy nhiên, ban đầu quá trình phổ biến Jet Grouting diễn ra chậm Đến năm 1984, khoảng chục dự án nhỏ đã sử dụng thành công hệ thống phun đơn hay phun ba.Nguyên nhân do

(a) Tâm lý e ngại về tính an toàn của công nghệ

(b) Còn thiếu cơ sở pháp lý

(c) Thất bại của một số ứng dụng ban đầu

(d) Nhu cầu đối với những ứng dụng mà công nghệ có hiệu quả còn thấp(Bruce

1994 từ nguồn Andromalos và Pettit 1986)

Sau đó một số đơn vị thi công thực hiện thành công nhiều công trình dù mới chỉ cải thiện nền cho mục đích như chống đỡ kết cấu và cho loại đất nhất định (cát

và sỏi)(Bruce 1994 từ nguồn Burke et al 1989).Đến thập niên 1990, hệ thống phun đôi được biến ở Mỹ với giá thành hạ, áp dụng hiệu quả nhiều điều kiện đất và cho nhiều mục đích ứng dụng khác nhau ngoài: chống đỡ, kiểm soát mực nước ngầm,

ổn định khối đất nền,…

Đầu thập niên 2000, công nghệ Super Jet được đưa vào Bắc Mỹ và có giá thành xây dựng thấp hơn nữa, tạo ra cột có đường kính lớn Công nghệ Jet Grouting được phổ biến nhanh chóng hơn( Brill et al.2003)

Ở Trung Quốc, Jet Grouting được ứng dụng đầu tiên vào năm 1972 để xây dựng kết cấu tường chắn ổn định mái đào cho nhà máy thép Baoshan, Thượng Hải.Jet Grouting được ứng dụng trong xây dựng công trình ngầm ở các thành phố lớn như : Thượng Hải, Bắc Kinh, …Trung Quốc trở thành quốc gia sử dụng Jet Grouting nhiều nhất thế giới (Shen et al.2011)

Ở nước ta, phương pháp gia cường móng bằng trộn sâu đã được nghiên cứu

từ đầu thập niên 1980 ở Viện Khoa Học Và Công Nghệ Xây Dựng.Năm 2006, Bộ Xây Dựng ban hành tiêu chuẩn TCXDVN 385:2006 “ Gia cố nền đất yếu bằng cọc xi măng-đất” Tuy nhiên với Jet Grouting dù xuất hiện ở nước ta từ năm 1999

và có nhiều ưu điểm, khả năng ứng dụng, được áp dụng vào nhiều dự án, công

Một trong những nghiên cứu thực nghiệm đầu tiên ở nước ta để ứng dụng Jet Grouting cho mục đích gia cố, nâng cao sức chịu tải của nền móng được tiến hành bởi Viện Thủy Công thuộc Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam tại Trạm Nghiên Cứu Tài Nguyên Đất-Nước Ven Biển Đồ Sơn, Hải Phòng vào đầu tháng 10/2004.Cọc được tạo bằng phương pháp quét đơn thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường Soilcrete được khoan lấy mẫu để xác định cường độ và hệ số thấm Đây

là nghiên cứu thực nghiệm bước đầu với quy mô chưa lớn.Số liệu thu được về sức chịu tải cọc, cường độ, hệ số thấm tương đối phù hợp với số liệu từ tài liệu quốc

tế (Nguyễn Quốc Dũng et al.2005, Nguyễn Quốc Dũng 2006).Kết quả nghiên cứu của các tác giả thuộc Viện Khoa Học Thủy Lợi đã ứng dụng thực tiễn để giải quyết sự cố lún sụt đê nối tiếp cống Trà Vinh (Thái Bình) 574 cọc xi măng đất với tổng chiều dài 3.200m đã được thi công trong 22 ngày đêm Kết quả quan trắc

và kiểm tra phù hợp với kết quả tính toán (Nguyễn Quốc Dũng et al.2010) Kết quả của những nghiên cứu trên đã chứng minh hiệu quả ứng dụng và tính khả thi của công nghệ Jet-Grouting ở nước ta Tuy nhiên, các ứng dụng cụ thể của

dự án ở khu vực Bắc và Bắc Trung Bộ mà chưa có nhiều số liệu cho khu vực phía Nam.Tuy có những ứng dụng xử lý lún sụt và ổn định tường vây, mục đích ứng dụng chủ yếu của dự án vẫn là để chống thấm trong ngành Thủy lợi

Trong năm 2012, TS Trần Nguyễn Hoàng Hùng cùng nhóm nghiên cứu đã thực hiện đề tài trọng điểm cấp quốc gia KC03.TN.15/11-15 đã cải tiến và thử nghiệm thành công bốn cọc soilcrete bằng công nghệ Jet Grouting ở TP.HCM có đường kính lên đến 1.7m Kết quả nghiên cứu này giúp củng cố tính thực tiễn công nghệ Jet Grouting trong gia cố các công trình giao thông và xây dựng trong tương lai gần

1.5.3 Các ứng dụng của Jet Grouting

Với những ưu điểm nổi bật, Jet Grouting nhanh chóng trở thành một phương pháp được sử dụng trong xây dựng nền móng các công trình hầm, gia cường móng công trình, phát triển đô thị, các khu công nghiệp, dự án sửa chữa, gia cố công trình cũ(Bruce 1994) Ngày nay, các ứng dụng khác thường được dùng như gia cố móng công trình hiện hữu, tường chống thấm cho các đường hầm, rãnh mở, kênh, đập(Bruce 1994 từ nguồn ASCE 1987) Các báo cáo tóm tắt ở các công trình sử dụng Jet Grouting cho các mục đích nhất định ở các quốc gia cho thấy Jet Grouting

có nhiều ứng dụng và có thể phân theo từng nhóm sau đây(Essler & Yshida 2004):

 Kiểm soát mực nước ngầm bao gồm : ngăn không cho dòng nước ngầm thấm qua hay vào trong hố đào, chống thấm đường hầm

bị phá hoại trong trường hợp tải trọng tác dụng vượt giới hạn cho phép, làm việc như móng cọc truyền tải trọng của công trình xuống lớp đất tốt hơn bên dưới

1.6 Phân loại hệ thống Jet-Grouting

Theo yêu cầu về mặt hình học, có ba phương pháp chính khác nhau trong sử dụng công nghệ phụt vữa áp lực cao đã xuất hiện

 Phương pháp đơn giản nhất gọi là phương pháp phụt vữa đơn (single system S), đây là hình thức đơn giản nhất trong hai hình thức còn lại Vữa lỏng được phụt vào trong đất tạo ra quá trình xói mòn vùng đất xung quanh

và tạo thành hỗn hợp vữa với đất được hình thành Đất được đào lên không thể dễ dàng vận chuyển lên trên mặt đất, khả năng trương nở cũng xuất hiện Khi khoan thấp hơn mực nước ngầm, khoảng cách xói mòn đất có thể xem xét rút ngắn bởi vì thiếu đi vùng không khí che phủ, là nhân tố làm gia tăng năng lượng cắt

Hình 1.6 : Công nghệ S

 Phương pháp thi công kép ký hiệu (D), phương pháp này có thêm sự xuất hiện đồng thời của dòng khí nén xung quanh vùng ảnh hưởng phụt vữa làm tăng khả năng ảnh hưởng xói mòn, đặc biệt bên dưới có mực nước ngầm Tuy nhiên, phương pháp này vẫn tồn tại khuyết điểm cần được cân nhắc giữa tỷ lệ vữa có thế mất trong quá trình dòng khí nén rút lên cũng như liên quan đến chất lượng quá trình gia cố nền

Hình 1.7 : Công nghệ D

 Phương pháp thứ ba (T), đây là phương pháp kết hợp cả ba quá trình gồm vữa phụt vào kết hợp dòng khí nén và tia nước áp lực cao Hệ thống này

18

thường bao gồm một vòi phụt vữa khoảng nửa mét dưới một vòi phụt nước Trong khi hệ thống đôi có thể đào được nhiều đất hơn dự kiến dựa vào khối lượng đất bị xói mòn, phương pháp này đạt được xói mòn và phụt vữa độc lập, do đó có thể được tối ưu hóa để thực hiện yêu cầu Nói cách khác, đây là một phương pháp vượt trội hơn hai phương pháp trước

Hình 1.8 : Công nghệ T

Hình 1.9 : Cột xi măng sau khi phụt vữa

Để thành công trong xây dựng những cột lớn hơn đòi hỏi phải chú ý bảo dưỡng hệ thống vòi phụt Nếu không tính toán một tỷ lệ đủ lớn sẽ gây quá trình mất mát năng lượng phụt trong quá trình phụttia áp lực vữa Do đó, với tỷ lệ phù hợp đó thì việc phụt vữa áp lực cao có khả năng phủ trên một diện rộng lớn trong vùng ảnh hưởng

Kết quả quá trình phụt vữa áp lực cao cho thấy nó phụ thuộc vào thiết bị phụt

và loại đất vùng gia cố Để đưa ra được kết luận này, rất nhiều nghiên cứu thí nghiệm với các thong số khác nhau đã được tiến hành và đo đạc; tuy nhiên những đánh giá này vẫn chưa đưa ra được một con số hợp lý vì việc tiến hành nghiên cứu với đất rất phức tạp

Cuối năm 1980, một khái niệm mới được sử dụng cho việc cải tiến quy trình phụt vữa áp lực cao được gọi là hệ thống “phụt kép va chạm” Đây là phương pháp cải tiến nhằm hạn chế vùng ảnh hưởng do tia áp lực phụt ra để tạo ra những cột có đường kính chính xác hơn cho mọi loại đất nền gia cố

So sánh giữa phương pháp truyền thống và phương pháp phụt Với cột được xây dựng bằng phương pháp phụt vữa truyền thống thì đường kính cột phụ thuộc

và thay đổi theo đặt tính đất nền Trong khi đó, với những ưu điểm của phương pháp phụtva chạm đôi giúp kiểm soát được chất lượng thiết kế, đồng thời phạm

vi áp dụng trở nên rộng rãi hơn Vào đầu 1990, phương pháp này ngày càng phát triển bao gồm cả phương pháp trộn sâu

Hình 1.10 : Phương pháp phụt vữa truyền thống và phương pháp phụt vữa áp lực cao

Hơn nữa, nhằm mục đích nâng cao chất lượng phụt vữa hơn 4 lần trên cùng thiết bị phụt, người ta đã dùng phương pháp phụt rối và được sử dụng hệ thống kiểm soát JACSMAN

Các phương pháp Jet Grouting khác như NSSS – MAN, Super Jet ,X- Jet ,vvv đều xuất phát từ ba dạng cơ bản trên Phương pháp SSS – MAN (Super soil stabilization ) dùng tia nước áp lực lớn có đệm khí để xói tơi đất rồi phun vữa thay thế như phương pháp phun ba