Nghiên cứu ứng dụng cọc đất xi măng theo công nghệ tạo cọc bằng thiết bị trộn kiểu tia phun xi măng (jet – grouting) cho địa bàn thành phố hải phòng

B GIO DC V O TO TRNG I HC DN LP HI PHềNG V VN KHNH NGHIấN CU NG DNG CC T XI MNG THEO CễNG NGH TO CC BNG THIT B TRN KIU TIA PHUN XI MNG (JET GROUTING) CHO A BN THNH PH HI PHềNG LUN VN THC S CHUYấN NGNH: K THUT XY DNG CễNG TRèNH DN DNG V CễNG NGHIP Ngi hng dn khoa hc: GS.TSKH Nguyn Vn Qung Hi Phũng, thỏng 01 nm 2017 LI CAM OAN Tụi xin cam oan ton b ni dung ca Lun l chớnh tụi thc hin di s hng dn ca GS TSKH Nguyn Vn Qung Tụi xin cam oan õy l cụng trỡnh nghiờn cu ca riờng tụi Cỏc s liu, kt qu lun l trung thc v cha tng c cụng b bt k cụng trỡnh no khỏc Tỏc gi Lun V Vn Khỏnh LI CM N Lun Thc s k thut chuyờn ngnh K thut cụng trỡnh xõy dng vi ti Nghiờn cu ng dng cc t xi mng theo cụng ngh to cc bng thit b trn kiu tia phun xi mng (Jet-grouting) cho a bn thnh ph Hi Phũng. l thnh qu ca nhng kin thc ó thu nhn c ca Hc viờn nhng nm hc ti Trng i hc Dõn lp Hi Phũng Hc viờn xin c by t lũng bit n sõu sc n GS.TSKH Nguyn Vn Qung - ngi ó trc tip hng dn, ch bo tn tỡnh sut thi gian nghiờn cu v hon thnh Lun vn; Ban lónh o Nh trng v ton th cỏc thy cụ thuc khoa Xõy dng - Trng i hc Dõn lp Hi Phũng, nhng ngi ó giỳp c v v to mi iu kin cho Hc viờn sut quỏ trỡnh hc tp, nh hng nghiờn cu cng nh thc hin Lun Hc viờn cng xin cỏm n s ng h, ng viờn tinh thn nhit tỡnh ca gia ỡnh, bn bố, ng nghip thi gian thc hin Lun M U Lý chn ti: t nc ta ang trờn ng cụng nghip húa, hin i húa iu kin nn kinh t th trng, ngnh xõy dng tt yu cn phi phỏt trin khụng ngng v ngy cng ln mnh Tip cn cỏc cụng ngh tiờn tin ca th gii v a vo ng dng nc to sn phm cú cht lng, t hiu qu kinh t cao l mt phn chin lc phỏt trin khoa hc cụng ngh ca Quc gia hin nõng cao cht lng lnh vc x lý nn cỏc cụng trỡnh xõy dng, thy li, giao thụng cú rt nhiu cụng ngh mi c a vo ng dng rng rói nh bc thm, vi a k thut, cụng ngh x lý nn t yu theo phng phỏp n nh ton khiv khụng th khụng núi n cụng ngh khoan pht cao ỏp (Jet - Grouting) Tuy i mun nhng cụng ngh khoan pht cao ỏp ó c cỏc nh chuyờn mụn ún nhn v ỏnh giỏ rt cao vỡ nhng u im ni bt ca nú, c bit gii quyt nhng khú khn thi cụng Vic s dng phng phỏp gia c nn bng cc t xi mng theo cụng ngh Jet grouting ti Hi Phũng cha c ỏp dng rng rói vỡ lý thuyt, phng phỏp tớnh toỏn cng nh giỏ thnh mỏy múc, cha cú nhng nghiờn cu nõng cao cht lng quỏ trỡnh thi cụng c bit l cha cú nhng nghiờn cu ng dng chuyờn sõu cụng ngh ny ti Hi Phũng Vi nhng c im v yờu cu nờu trờn, ti ng dng cc t xi mng theo cụng ngh to cc bng thit b trn kiu tia phun xi mng (Jet Grouting) cho a bn thnh ph Hi Phũng mang ý ngha thit thc, cn thit Cc t xi mng thi cụng theo cụng ngh Jet Grouting vi cỏc u im nh giỏ thnh r hn cỏc cụng ngh khỏc khụng tn nhiu vt liu, tn dng c vt liu ti ch, thit b thi cụng khụng quỏ phc nu tớnh toỏn ỏp dng thnh cụng thỡ s t c hiu qu rt ln Mc tiờu nghiờn cu ca ti: - Mt l, nm c c im k thut ca cc t xi mng v quy trỡnh thi cụng cc t xi mng theo cụng ngh Jet Grouting cú gii phỏp qun lý m bo cht lng cụng trỡnh; - Hai l, nghiờn cu phm vi ỏp dng cc t xi mng cho cỏc cụng trỡnh xõy dng ti Hi Phũng; nghiờn cu kh nng ỏp dng bin phỏp x lý nn bng cc t xi mng cho cỏc dng t yu khỏc khu vc thnh ph Hi Phũng; - Ba l, nghiờn cu tớnh toỏn, thit k cc t xi mng ng dng cho cỏc cụng trỡnh xõy dng; - Bn l, ỏp dng gii phỏp hp lý qun lý t chc thi cụng cc t xi mng theo cụng ngh Jet - Grouting vo x lý nn t yu ti Hi Phũng; - Nm l, xut gii phỏp m bo cht lng v kim tra ỏnh giỏ cht lng quỏ trỡnh thi cụng v nghim thu Hng nghiờn cu, phng phỏp nghiờn cu Thu thp cỏc ti liu v nghiờn cu lý thuyt: Tiờu chun thit k v ngoi nc, ti liu, bỏo cỏo khoa hc, giỏo trỡnh hng dn tớnh toỏn thit k x lý nn t bng cc t xi mng theo cụng ngh to cc bng thit b trn kiu tia phun xi mng (Jet Grouting) Thu thp v phõn tớch s liu cỏc kt qu thớ nghim v thi cụng cỏc d ỏn u t xõy dng cú s dng gii phỏp cc t xi mng gia c nn t yu ó v ang c trin khai Nghiờn cu ng dng cc t xi mng theo cụng ngh to cc bng thit b trn kiu tia phun xi mng (Jet Grouting) cho a bn thnh ph Hi Phũng ỏp dng cc t xi mng mt cỏch ph bin xõy dng cỏc cụng trỡnh Vit Nam núi chung v Hi Phũng núi riờng, ni dung nghiờn cu ca ti trung nghiờn cu lm rừ nhng sau õy: c s lý thuyt tớnh toỏn kt cu cc, sc chu ti ca cc, quy trỡnh cụng ngh thi cụng cc t xi mng bng thit b trn kiu tia phun xi mng (Jet Grouting) cho a bn thnh ph Hi Phũng Thu thp s liu v a cht cỏc khu vc thuc a bn thnh ph Hi Phũng, t ú nghiờn cu, tớnh toỏn ỏp dng cho tng khu vc Kt qu d kin t c Tng quan v thi cụng cc t xi mng theo cụng ngh Jet Grouting ó ng dng vo cỏc cụng trỡnh Vit Nam v trờn th gii T ú, xut gii phỏp hp lý vic ng dng cụng ngh Jet Grouting x lý nn t yu cho a bn thnh ph Hi Phũng Cỏc kt qu nghiờn cu ca Lun cú th c s dng lm ti liu tham kho, nghiờn cu v ỏp dng cho chuyờn ngnh a k thut, thi cụng v xõy dng cụng trỡnh h tng ụ th, v nu c hon thin thờm, s l c s khoa hc kin ngh s dng rng rói phng phỏp gia c nn bng cc xi mng t thc tin xõy dng cỏc cụng trỡnh Hi Phũng CHNG I TNG QUAN TèNH HèNH NGHIấN CU V NG DNG CC XM THEO CễNG NGH JET GROUTING Jet Grouting l mt k thut gia c nn bng cỏch s dng tia nc/va/khớ vi ỏp lc cao ct t, sau ú trn va vi t va b ct to thnh hn hp t xi mng (soilcrete) cú cng tt hn v h s thm thp hn (Choi 2005, Essler & Yoshida 2004, Xanthakos et al 1994) Trong h thng cỏc phng phỏp x lý nn, Jet Grouting l phng phỏp c s dng khỏ linh hot cho nhiu mc ớch khỏc nh: gia cng múng cho cỏc cụng trỡnh, lm tng chng thm, lm gim v kim soỏt chuyn v cho cỏc h o hay quỏ trỡnh thi cụng hm, v.v (Choi 2005, Essler & Yoshida 2004) Phng phỏp Jet Grouting cú th to soilcrete m bo v cng vi cỏc hỡnh dng khỏc thụng qua cỏc yu t nh tc xoay, tc nõng cn, cỏch sp xp, b trớ cỏc l khoan, v.v phc v cho cỏc mc ớch c th (Choi 2005) Hỡnh dng ph bin nht ca Jet Grouting l dng ct va, hỡnh dng ny c to bng xoay v nõng cn quỏ trỡnh pht va, cn to kt cu ng bn thỡ quỏ trỡnh rỳt cn nhng khụng xoay cn (Choi 2005) Cỏc kt cu dng phc khỏc nh tng dng mng, múng bng, tng trng lc cú th to thnh bng cỏch kt hp cu trỳc c bn dng ct ó cp bờn trờn Cỏc kt cu ny to nờn cỏc soilcrete c ng dng a k thut gii quyt nhiu Tuy nhiờn, phng phỏp ny ũi hi kht khe v k thut thit k v thi cụng, nu sai sút thit k hay s c thi cụng cng s dn n sn phm soilcrete khụng t cht lng (Essler & Yashida 2004) TèNH HèNH CễNG NGH JET GROUTING TRấN TH GII a Lch s i Kh nng xúi ca tia nc ó c s dng cho mc ớch o t t rt sm, c bit l cụng nghip khai thỏc m, thm cú mt s ti liu cho rng k thut ny c ỏp dng t thi Trung C (Essler & Yashida 2004) K thut Jet Grouting sm c phỏt minh Anh vo thp niờn 50, nhng c ng dng u tiờn Nht vo thp niờn 70 (Essler & Yoshida 2004) Nhng nghiờn cu v phỏt trin ban u s dng nguyờn lý v ct v xúi t vo khong nm 1965 bi Yamakado v cng s (Xanthakos et al 1994 t ngun Miki & Nikanishi 1984) Trong giai on ny Jet Grouting c s dng u tiờn ch to tng ngn nc (Essler & Yoshida 2004) (hỡnh 1.1) Hỡnh 1.1: Jet Grouting c ỏp dng ban u to tng ngn nc (Essler & Yoshida 2004) Vo u nhng nm thp niờn 70, pht va cao ỏp kt hp xoay cn xut hin Nht vỡ kt cu dng bn khú to vi cỏc b dy khỏc v cú cng yu (Essler & Yashida 2004) Cui nhng nm ca thp niờn 70, hu ht cỏc k thut c bn v Jet Grouting ó c tỡm v c chp nhn trờn khp th gii, nhng trc tiờn ch yu l c, Phỏp, Singapore v Brazil (Xanthakos et al 1994) Phm vi ny c m rng ỏng k cỏc thp k sau Nam M, ý tng v Jet Grouting c cp ln u tiờn vo nm 1979, cho n 1984 mt s ớt cỏc d ỏn nh s dng cỏc h thng thi cụng phng phỏp ny (Xanthakos et al 1994) S chp nhn chm cụng ngh ny cỏc hn ch gm: ri ro s dng bin phỏp mi, tớnh phỏp lý ca mt phng phỏp mi, tớnh khụng phự hp ca phng phỏp i vi a phng, hay cỏc v k thut dn n tớnh kộm hiu qu ca phng phỏp, v n gin vỡ k thut ny t tin (Xanthakos et al 1994 t ngun Andromalos and Pettit 1986) Tuy nhiờn, cỏc nm sau ny s lng cỏc nh thu thi cụng c cụng ngh ny nhiu hn v cú kinh nghim hn, c bit mc ớch chng cho cụng trỡnh t cỏt hay si sn (Xanthakos et al 1994) Cho n nm 1987 thỡ Jet Grouting mi c dựng M (Choi 2005 t ngun Schaefer 1997) Vo cui thp niờn 80, mt ý tng mi cho phng phỏp Jet Grouting, ú l dựng hai tia giao hn ch kh nng ct ca tia va ỏp lc cao Crossjet Grouting Phng phỏp ny cho ng kớnh cc chớnh xỏc nh mong mun v ỏp dng cho mi loi t (Essler & Yoshida 2004) u thp niờn 90, phng phỏp mi hn v Jet Grouting, Supperjet Grouting, cú kh nng gia tng ng kớnh cc c phỏt trin Phng phỏp ny to cc cú ng kớnh ln hn 5m thm lờn n 9m nn t yu (Essler & Yoshida 2004) Hỡnh cho thy ct va thi cụng bng cụng ngh Supper Jet Grouting vi ng kớnh trờn m Hỡnh 1.2: Ct va thi cụng bng cụng ngh SupperJet Grouting vi ng kớnh trờn 4m (Kazemian&Huat 2009 t ngun Ratio 2006) b ng dng cc t xi mng trờn th gii Nhng nc ng dng cụng ngh trn sõu nhiu nht l Nht Bn v cỏc nc vựng Scandinaver (Bc u) Theo thng kờ ca hip hi cc trn sõu (Cement deep mixing methods CDM-Nht Bn), tớnh chung giai on 80~96 cú 2345 d ỏn, s dng 26 triu m3 hn hp xi mng - t Riờng t 1977 n 1993, lng t gia c bng trn sõu Nht vo khong 23.6 triu m3 cho cỏc d ỏn ngoi bin v t lin, vi khong 300 d ỏn Hin hng nm thi cụng khong triu m3 n 1994, hóng SMW Seiko ó thi cụng 4000 d ỏn trờn ton th gii vi 12.5 triu m2 (7 triu m3) Tp Tin tc k thut (ENR) thng xuyờn thụng bỏo cỏc thnh tu ca cụng ngh trn sõu (Deep mixing - DM) Nht Bn, chng hn s 1983 ng kt qu ng dng cho cỏc cụng trỡnh nn múng thi cụng nc, s 1989 v tỏc dng chng ng t, s 1986 v cỏc tng chng thm Hng nm, cỏc hi ngh v cỏc cụng ngh gia c nn c t chc ti Tokyo, hi ngh nhiu thnh tu mi nht v khoan phc v DM ó c trỡnh by Ti Trung Quc, cụng tỏc nghiờn cu bt u t nm 1970, mc dự t cui nhng nm 1960, cỏc k s Trung Quc ó hc hi phng phỏp trn vụi di sõu v CDM Nht bn Thit b trn sõu dựng trờn t lin xut hin nm 1978 v lp tc cs dng x lý nn cỏc khu cụng nghip Thng Hi Tng lng x lý bng trn sõu Trung Quc cho n vo khong trờn triu m3 T nm 1987 n 1990, cụng ngh trn sõu ó cs dng Cng Thiờn Tõn xõy dng bn cp tu v ci to nn cho 60 khu dch v Tng cng 513000m3 t c gia c, bao gm cỏc múng kố, múng ca cỏc tng chn phớa sau bn cp tu Mt s nghiờn cu khỏc liờn quan ti trn sõu ụng Nam nh s dng cỏc ct vụi t x lý t hu c Trung Quc (Ho, 1996), cỏc h o sõu i Loan (Woo, 1991) v mt s d ỏn khỏc Singapore (Broms , 1984) Ti Chõu u, nghiờn cu v ng dng bt u Thy in v Phn Lan Trong nm 1967, Vin a cht Thy in ó nghiờn cu cỏc ct vụi (SLC) theo xut ca Jo Kjeld Pỏue s dng thit b theo thit k ca Linden- Alimak AB (Rathmayer, 1997) Th nghim u tiờn ti sõn bay Ska Edeby vi cỏc ct vụi cú ng kớnh 0.5m v chiu sõu ti a 15m ó cho nhng kinh nghim mi v cỏc ct vụi cng hoỏ (Assarson v nnk, 1974) Nm 1974, mt t th nghim (6m cao 8m di) ó cxõy dng Phn Lan s dng ct vụi t, nhm mc ớch phõn tớch hiu qu ca hỡnh dng v chiu di ct v mt kh nng chu ti (Rathmayer v Liminen, 1980) Hỡnh 4.11 Mt bng b trớ cc trờn múng in hỡnh 2.2 Tớnh toỏn Cc xi mng t thi cụng theo phng phỏp Jet - Grouting * Tớnh toỏn theo tiờu chun Trung Quc DBJ -08-40-94 - Tớnh sc chu ti cc theo vt liu cc: Pa =*qu*Ap =0,35*400*0,785=109,9 (T) Trong ú: Pa - sc chu ti cho phộp ca cc n (T) qu - cng khỏng nộn ca cc, qu =400(T/m2) - h s chit gim cng thõn cc, = 0,35 Ap - din tớch mt ct cc, Ap = 0,785 (m2) - Tớnh sc chu ti theo iu kin t nn: Pa = Upqsi*li + *Ap*qp = 3,14*1,4*10+0,6*0,785*150=114,61 (T) Trong ú: Up - chu vi ct, Up =3,14 (m) qsi - lc ma sỏt cho phộp ca lp th i xung quanh cc Theo DBJ -08-40-94: i vi t bựn, qsi = 5ữ8 (kPa) = 0,5 ữ 0,8 (T/m2) t ln bựn, qsi = 8ữ12 (kPa) = 0,8 ữ 1,2 (T/m2) t sột, qsi = 12ữ15 (kPa) = 1,2 ữ 1,5 (T/m2) Trong tớnh toỏn ny ly qsi = 1,4 (T/m2) li - chiu dy ca lp t th i, li = 10 (m) - h s chit gim lc chu ti ca t múng thiờn nhiờn mi cc, = 0,6 qp - sc chu ti ca t mi cc, qp = 150 (T/m2) [10, tr 141] (bảng 4.4, sách Nền móng, Lê Anh Hoàng, Nhà xuất Xây dựng) - Chn sc chu ti cc n: Pa = 109,9 (T) 2.3 Kim tra iu kin bin dng Hỡnh 4.12 - S tớnh toỏn bin dng lỳn ca nn t (h) bao gm lỳn ca nn ó x lý (h1) v lỳn ca nn t bờn di x lý (h2) h =h1 +h2 2.3.1 lỳn ca nn x lý cc t xi mng lỳn ca nn t x lý c tớnh theo cụng thc: h1 qH a p E p (1 a p ) Es Trong cỏc cụng thc trờn: h l tng lỳn tớnh toỏn ca nn gia c bng cc xi mng t, tớnh bng m; q l ti trng tỏc dng, tớnh bng T/m2; ap l t l din tớch gia c tớnh bng %, ap= n.Ap/A= 6*0,785/17,5= 27% (trong ú n l s cc; Ap l din tớch cc; A l din tớch ỏy múng) H l chiu dy lp t yu c gia c, tớnh bng m; Ep l mụ un bin dng ca cc, tớnh bng kN/m2; Es l mụ un bin dng ca t nn xung quanh cc, tớnh bng kN/m2; Thay s vo cụng thc trờn c kt qu nh di õy: d (m) ap Ep (T/m2) Es (T/m2) q (T/m2) H (m) S1 (mm) 1,0 0,27 7500 229,4 10,4 10 47,4 lỳn ca nn t di x lý c tớnh theo cụng thc: h2 Qc ' q' 0,071 13,2 7,28 H ' lg * lg =0,017m =1,7cm e0 '0 1,363 13,2 q' qB 10,4 * 3,5 =7,28 T/m2 H' B 3,5 2 Trong cỏc cụng thc trờn: q' l ti trng tỏc dng lờn lp t yu khụng c gia c di mi cc, tớnh bng T/m2; H' l chiu dy lp t yu khụng c gia c di mi cc, tớnh bng m; H=3m Qc l ch s nộn ca lp t yu di mi cc; Qc=0,071 e0 l h s rng t nhiờn ca lp t yu di mi cc; e0=1,363 0' l ng sut hiu qu ti ỏy gia c, tớnh bng T/m2; 0'=11,5*1,147 =13,2 T/m2 h =h1 +h2=4,74+1,7=6,44cm < 8cm Thi cụng cc t xi mng 3.1 Yờu cu vt liu v thit b thi cụng a Xi mng - - Xi mng dựng thi cụng th cc t xi mng phi t mỏc PCB40 theo tiờu chun TCVN 6260-1997 Cht lng xi mng phi c thớ nghim kim tra theo cỏc tiờu chun TCVN 6016-1995, TCVN 679-1989 Kt qu thớ nghim phi t yờu cu k thut v c ỏnh giỏ theo cỏc ch tiờu sau: Cng chu nộn (TCVN 6016-1995) khụng nh hn 400kg/cm2 (R28 ngy) Thi gian ụng kt: TCVN 6017-1995 (ISO 9597-1989) + Bt u ụng kt: khụng di 45 phỳt + Kt thỳc ụng kt: khụng di 170 phỳt n nh th tớch o theo phng phỏp LeChatelier