TS. Nguyễn Phƣơng Duy, Thầy đã tận tình chỉ dẫn, định hướng trong nghiên cứu, hết lòng giúp đỡ cũng như tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hoàn thành luận văn. Tôi chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong khoa Công trình, phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học của Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội đã giảng dạy, giúp đỡ tôi trong suốt những năm học Cao học cũng như quá trình hoàn thiện Luận án này.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠ TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI VŨ QUANG HƢNG LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ PHUN VỮA THẤM ÁP LỰC CAO GIA CỐ NỀN ĐẤT, ỨNG DỤNG CHO THI CÔNG HẦM METRO TUYẾN SỐ 3: NHỔN - GA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI VŨ QUANG HƢNG LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ PHUN VỮA THẤM ÁP LỰC CAO GIA CỐ NỀN ĐẤT, ỨNG DỤNG CHO THI CÔNG HẦM METRO TUYẾN SỐ 3: NHỔN - GA HÀ NỘI CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HÂM MÃ SỐ: 60.58.02.05.04 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Phƣơng Duy HÀ NỘI - 2016 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, luận văn Thạc sỹ kỹ thuật “Lựa chọn công nghệ phun vữa thấm áp lực cao gia cố đất, ứng dụng cho thi công hầm metro tuyến số 3: Nhổn ga Hà Nội” cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực, xuất phát từ tình hình thực tế dự án án tuyến đường sắt thị thí điểm TP Hà Nội: đoạn Nhổn - ga Hà Nội Hà Nội, ngày tháng 08 năm 2016 Học viên Vũ Quang Hƣng ii LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu hoàn thiện luận văn Thạc sỹ kỹ thuật “Lựa chọn công nghệ phun vữa thấm áp lực cao gia cố đất, ứng dụng cho thi công hầm metro tuyến số 3: Nhổn - ga Hà Nội”, bên cạnh nỗ lực thân nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn giúp đỡ Thầy - Cơ, đồng nghiệp Tơi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Phƣơng Duy, Thầy tận tình dẫn, định hướng nghiên cứu, hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để thực hồn thành luận văn Tơi chân thành cảm ơn Thầy - Cơ khoa Cơng trình, phòng Đào tạo Đại học sau Đại học Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội giảng dạy, giúp đỡ suốt năm học Cao học q trình hồn thiện Luận án Tơi gửi lời cám ơn đến đồng nghiệp dự án tuyến đường sắt thị thí điểm TP Hà Nội: đoạn Nhổn - ga Hà Nội giúp thu thập thông tin, số liệu phục vụ nghiên cứu luận án Học viên iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: CÁC CÔNG NGHỆ GIA CỐ NỀN ĐẤT 1.1 Tổng quan công nghệ gia cố đất .5 1.1.1 Công nghệ cọc đất - xi măng .5 1.1.2 Công nghệ bơm vữa thấm TAM 1.1.3 Công nghệ cọc cát: 12 1.1.4 Công nghệ sàn giảm tải bê tông cốt thép: .13 1.1.5 Công nghệ bấc thấm: 14 1.2 Lịch sử phát triển, ứng dụng phạm vi áp dụng công nghệ gia cố đất 15 1.3 Giới thiệu công nghệ phun khoan vữa cao áp 18 1.3.1 Tổng quan công nghệ khoan vữa cao áp: 19 1.3.2 Ưu - nhược điểm, phạm vi áp dụng công nghệ khoan vữa cao áp 21 1.3.3 Các nhân tố ảnh hưởng tới công nghệ khoan vữa cao áp: .22 1.4 Công nghệ thi công khoan vữa cao áp 23 1.4.1 Nguyên lý làm việc 23 1.4.2 Vật liệu thiết bị thi công 26 1.4.3 Kiểm soát chất lượng .29 1.5 Kết luận 30 CHƢƠNG 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHUN VỮA ÁP LỰC CAO CHO THI CÔNG ĐOẠN NGẦM TUYẾN METRO SỐ 3: NHỔN - GA HÀ NỘI 31 2.1 Giới thiệu chung dự án xây dựng hầm metro tuyến số 3: Nhổn - ga Hà Nội 31 2.1.1 Quy mô dự án, thông số kỹ thuật tuyến metro Nhổn - ga Hà Nội .31 2.1.2 Điều kiện địa chất thủy văn khu vực tuyến Metro Nhổn - ga Hà Nội: 34 iv 2.2 Đoạn ngầm ga ngầm 38 2.3 Ứng dụng công nghệ khoan vữa cao áp cho thi công đoạn ngầm tuyến Metro số Nhổn - ga Hà Nội 41 2.3.1 Công nghệ thi công đoạn ngầm tuyến metro số Nhổn - ga Hà Nội Phân tích ảnh hưởng thi công hầm ga ngầm gây 41 2.3.2 Tương tác hầm ga ngầm, giải pháp cải thiện đất nền: 46 2.3.3 Ứng dụng công nghệ khoan vữa cao áp gia cố, chống thấm hầm, lối vào vị trí ga 51 2.3.4 Ứng dụng công nghệ khoan vữa cao áp gia cố, chống thấm cho giếng đứng 65 2.4 Kết luận 69 CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ GIA CỐ NỀN ĐẤT BẰNG CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT VỮA CAO ÁP .71 3.1 Công tác khảo sát, thí nhiệm phục vụ tính tốn, thiết kế công nghệ khoan vữa cao áp 72 3.1.1 Cơng tác khảo sát, thí nghiệm: 72 3.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ đất xử lý: 73 3.2 Giới thiệu phương pháp tính tốn khoan vữa cao áp theo tiêu chuẩn giới 75 3.2.1 Phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn Shanghai-Standard ground treatment code DJ 08-40-94: 75 3.2.2 Phương pháp tính tốn Nhật Bản theo tiêu chuẩn CDIT: 76 3.2.3 Phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn châu Âu DIN EN12716:2001 82 3.2.4 Phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn Đức DIN 4093-2012: 84 3.2.5 Phương pháp tính tốn theo phương pháp phần tử hữu hạn: 86 3.3 Giới thiệu phương pháp tính tốn khoan vữa cao áp theo tiêu chuẩn Việt Nam 87 3.3.1 Phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn tiêu chuẩn thiết kế TCVN 86442011 - Quy trình kỹ thuật phun vữa gia cố: .87 3.3.2 Phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 9403:2012 Xử lý đất yếu - trụ đất xi măng: 88 v 3.4 Nghiên cứu đề xuất, lựa chọn phương pháp tính tốn áp dụng cho tuyến Metro số 3: Nhổn - ga Hà Nội .92 3.4.1 Cơ sở lý thuyết: 92 3.4.2 Thông số thiết kế: .93 3.4.3 Trình tự tính toán: 96 3.5 Kết luận .101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO .105 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Vị trí ga tàu tuyến 32 Bảng 2.2: Mô tả địa chất khu vực xây dựng tuyến 36 Bảng 2.3: Môi trường địa chất thủy văn đồng sông Hồng dọc tuyến metro Nhổn - ga Hà Nội .38 Bảng 2.4: Bảng thống kê cấu hình ga 39 Bảng 2.5: Các thông số đề xuất khối đất xử lý 48 Bảng 2.6: Các ứng dụng xử lý đất thông dụng theo phương pháp bơm phun .50 Bảng 2.7: Danh mục đơn vị địa chất đất Hà Nội 51 Bảng 2.8: Kích cỡ bơm xi măng đặc điểm theo đơn nguyên (lớp) 54 Bảng 2.9: Độ nghiêng tối đa hệ thống phun vữa 57 Bảng 2.10: Các đặc tính cột phun vữa thấm áp lực cao 59 Bảng 3.1: Nội dung cần thực thiết kế thi công khoan cao áp .82 Bảng 3.2: Một số thông số thường dùng thi công 84 Bảng 3.3: Giới hạn cường độ phun vữa loại đất khác .86 Bảng 3.4: Tỷ lệ pha trộn dung dịch vữa 88 Bảng 3.5: Thơng số địa kỹ thuật trung bình dự kiến liên quan đến khả bơm phun đơn nguyên (lớp) địa kỹ thuật khác xác định dọc tuyến Đường sắt Đô thị Hà Nội .93 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cơng nghệ trộn khơ Hình 1.2 Ứng dụng công nghệ cọc xi măng đất .8 Hình 1.3 Kỹ thuật bơm vữa TAM Hình 1.4 Ống bọc đơn kép .10 Hình 1.5 Sơ đồ thi cơng cọc cát 12 Hình 1.6 Một số cơng nghệ khoan vữa 18 Hình 1.7 Cơng nghệ khoan vữa cao áp 20 Hình 1.8 Các dạng kết cấu khoan vữa cao áp 21 Hình 1.9 Nguyên lý tạo cột khoan vữa cao áp .24 Hình 1.10 Trình tự thi cơng công nghệ 24 Hình 1.11 Cơng nghệ đơn pha 25 Hình 1.12 Công nghệ hai pha .25 Hình 1.13 Cơng nghệ ba pha 26 Hình 1.14 Thiết bị sử dụng khoan vữa 28 Hình 1.15 Dây chuyền thi cơng khoan vữa cao áp hãng YBM - Nhật Bản 28 Hình 2.1 Bình đồ hướng tuyến metro 31 Hình 2.2 Ga ngầm hai tầng 40 Hình 2.3 Ga ngầm ba tầng 40 Hình 2.4 Sơ đồ hướng tuyến metro Hà Nội 42 Hình 2.5 Hào lún hầm 45 Hình 2.6 Các đường rò rỉ tiềm ẩn khu vực lối vào 47 Hình 2.7 Sơ hoạ phương pháp cải thiện đất 48 Hình 2.8 Sơ hoạ phương pháp thay 49 Hình 2.9 Sơ họa phương pháp tường chắn 50 Hình 2.10 Tính ứng dụng vữa thấm nhập (bởi KELLER) 53 Hình 2.11 Xác định áp lực dựa biểu đồ áp lực - lưu lượng 55 Hình 2.12 Các bước tiến hành phun vữa 57 Hình 2.13 Ứng dụng khoan vữa cao áp xử lý đất lối vào ga 60 Hình 2.14 Cơ chế phun vữa giai đoạn bơm vữa xi măng bentonite .62 viii Hình 2.15 Cơ chế phun vữa giai đoạn bơm vữa hóa chất 62 Hình 2.16 Cơ chế phun vữa khoan vữa cao áp 63 Hình 2.17 Ứng dụng khoan vữa cao áp loại đất đá khác .64 Hình 2.18 Mặt cắt điển hình cho giếng đứng .66 Hình 2.19 Địa tầng địa chất thơng số địa chất cơng trình 68 Hình 2.20 Xử lý đất giếng đứng 69 Hình 3.1 Sơ đồ thiết kế theo tiêu chuẩn CDIT .77 Hình 3.2 Mơ hình tính tốn 78 Hình 3.3 Sơ đồ bố trí cọc 79 Hình 3.4 Mơ hình tính lún cọc chống 81 Hình 3.5 Mơ hình tính lún cọc treo 82 Hình 3.6 Quy trình thiết kế lặp .89 Hình 3.7 Bố trí cọc mặt đất 91 Hình 3.8 Quan hệ tỷ lệ xi măng với đất cường độ xi măng-đất (Lin 2000) .98 Hình 3.9 Xử lý đất từ bề mặt đoạn nối với hầm 101 92 Trong đó: q: Tải trọng cơng trình truyền lên khối gia cố (kN) H: Chiều sâu khối gia cố (m) a: Tỷ số diện tích, a=(nAc/BL) n: Tổng số cọc Ac: Diện tích tiết diện cọc B: Bề rộng đường L: Chiều dài, thông thường lấy L=1m Ec: Môđun đàn hồi vật liệu cọc; Có thể lấy Ec = (50÷100)Cc Trong Cc sức kháng cắt vật liệu cọc Es: Mơđun biến dạng đất cọc (Có thể lấy theo công thức thực nghiệm Es = 250Cu, với Cu sức kháng cắt khơng nước đất nền) (Các thông số Ec, Cc, Es, Cu xác đ nh từ kết thí nghiệm mẫu trường cho kết phù hợp thực tế hơn) Độ lún đất chưa gia cố, mũi cọc S2 Độ lún S2 tính theo nguyên lý cộng lún lớp Áp lực đất phụ thêm đất tính theo lời giải cho bán khơng gian biến dạng tuyến tính phân bố giảm dần theo chiều sâu với độ dốc (2:1) Phạm vi vùng ảnh hưởng lún đến chiều sâu mà áp lực gây lún không vượt 10% áp lực đất tự nhiên 3.4 Nghiên cứu đề xuất, lựa chọn phƣơng pháp tính tốn áp dụng cho tuyến Metro số 3: Nhổn - ga Hà Nội 3.4.1 Cơ sở lý thuyết: Nghiên cứu tiêu chuẩn thiết kế nước phần ta thấy có hai phương pháp sử dụng để tính tốn thiết kế cơng nghệ khoan vữa cao áp: - Phân tích dựa cơng thức thực nghiệm kinh nghiệm - Phương pháp số: dựa số liệu thu thập từ thí nghiệm phòng ngồi trường, áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính tốn Giá trị đặc trưng thơng số địa chất cơng trình phải lựa chọn giá trị thận trọng, đòi hỏi liệu thơ phải phân tích kỹ, cẩn thận để loại bỏ liệu bất thường, khơng đại diện gây bảo thủ 93 tiếp cận thiết kế Vì cách tiếp cận sử dụng cho tuyến metro đoạn Nhổn - ga Hà Nội sau: - Đối với tham số địa chất, xem xét dải biến thiên hợp lý, mà sở thực phân tích độ nhạy trình tính tốn (đánh giá trực tiếp); xác định dải hợp lý sở thí nghiệm phòng thí nghiệm ngồi trường với tỷ lệ cục có biện pháp loại trừ giá trị bất thường - Các giá trị khắt khe so với sử dụng trường hợp có rủi ro bất thường điều kiện địa chất hay tải trọng đặc biệt khó khăn/bất lợi Đối với điều kiện vĩnh cửu, đặc tính đất dài hạn xét đến thiết kế tường đất, tường chắn ngầm Đối với kết cấu tạm thời, áp dụng hệ số riêng phần tương tự cho kết cấu vĩnh cửu Luận văn đề xuất sử dụng cơng thức kinh nghiệm để tính tốn thiết kế công nghệ khoan vữa cao áp cho thi công khu vực giếng đứng kết nối với hầm 3.4.2 Thông số thiết kế: a) Đặc điểm địa chất, thủy văn: Bảng 3.5: Thông số địa kỹ thuật trung bình dự kiến liên quan đến khả bơm phun đơn nguyên (lớp) địa kỹ thuật khác đƣợc xác định dọc tuyến Đƣờng sắt Đô thị Hà Nội Đơn nguyên (lớp) địa kỹ thuật GU1_s Thông số Min Max Giá trị thiết kế γ (kN/m3) - - 18.50 w (%) 14% 48% 25% eo 0.49 0.7 PI (%) 6% 23% 16% 3x10-9 k (m/s) GU3&4 γ (kN/m3) 20 16 w (%) 18% 82% 47% eo 0.61 2.36 1.4 PI (%) 8% 34% 21% k (m/s) 1.5x10-9 94 Đơn nguyên (lớp) địa kỹ thuật Thông số Min Max Giá trị thiết kế γ (kN/m3) 17 21 20 w (%) 14% 28% 22% eo 0.23 0.75 0.6 Dr (%) 35% 45% 40% GU5a 9x10-7 - 2x10-6 k (m/s) γ (kN/m3) - - 20.5 w (%) 14% 28% 22% eo 0.23 0.75 0.6 Dr (%) 40% 50% 45% GU5b 2x10-6 - 1x10-5 k (m/s) γ (kN/m3) 17 20 19 w (%) 20% 50% 29% eo 0.64 1.44 0.85 PI (%) 13% 21% 16% GU1_d 3x10-9 k (m/s) γ (kN/m3) - - 21 w (%) - - - eo - - - Dr (%) 65% 80% 70% GU7&8 k (m/s) 1x10-4 - 5x10-4 b)Tải trọng: Áp lực đất: Để tính áp lực đất tác dụng, khác biệt thực sở độ sâu hầm Theo cơng thức Terzaghi xét trường hợp sau: - Hầm nông H < B - Hầm độ sâu trung bình B < H < 2.5 B - Hầm sâu H > 2.5 B Trong đó: H = lớp phủ = 26.5m vòm đỉnh; 95 B = bề rộng thân tải trọng mái hầm, xác định khối lượng đất có bề mặt trượt tiềm tàng đánh giá cho hầm hình móng ngựa theo mối liên quan Terzaghi sử dụng rộng rãi (3.23) Trong đó: b =3.4m chiều rộng hầm h=3.4m chiều cao hầm φ=34° góc ma sát Gu5a H > 2.5B, đoạn nối hầm xem hầm sâu Điều có nghĩa đoạn lớp phủ xét phần tính trọng tâm áp lực đất có hiệu ngang áp lực nước giữ khơng đổi dọc chiều cao hầm Đối với hầm sâu, tải trọng tác dụng xét là: (3.24) Áp lực chủ động: (3.25) Trong γ trọng lượng đất tính theo kN/m3 Áp lực đất ngang tính theo cơng thức: (3.26) K0 áp lực đất nghỉ, dự tính theo cơng thức Jacky, K0= 1-sinφ Áp lực nước Áp lực hướng tâm nước ngầm, xét tác dụng phương hướng tâm vỏ hầm, tính sử dụng cơng thức: (3.27) Trong đó: h’ độ sâu mực nước ngầm Các áp lực nước sau tính hầm nối: 89kPa Hoạt tải: Hoạt tải đứng bề mặt đất giả định với 20 kN/m2 bề mặt đất giá trị giảm dần phần với độ sâu Do điều kiện hầm sâu, tải trọng giao thơng vòm hầm bỏ qua 96 c) Tổ hợp tải trọng: Kiểm toán kết cấu phải thực với tổ hợp tải trọng trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) theo cơng thức sau: (3.28) Trong đó: γGJ hệ số riêng phần với tác động lâu dài 1.35, có tính đến độ bất định mơ hình biến đổi kích thước Gk,j giá trị đặc tính tác động lâu dài j γQ1 hệ số riêng phần tác động biến đổi chủ yếu 1.5, có tính đến độ bất định mơ hình biến đổi kích thước Ψ0.1 hệ số xác định giá trị tổ hợp tác động biến đổi chủ yếu Qk,1 giá trị đặc tính tác động biến đổi chủ yếu γQ,i hệ số riêng phần tác động biến đổi kèm “i”, có tính đến độ bất định mơ hình biến đổi kích thước Ψ0,i hệ số xác định giá trị tổ hợp tác động biến đổi kèm “i” Qk,i giá trị đặc tính tác động biến đổi kèm “i” 3.4.3 Trình tự tính tốn: Trước tính toán thiết kế khoan vữa cao áp, cần phải tiến hành thí nghiệm trường phòng nhằm xác định thuộc tính địa tầng, chế độ nước ngầm khu vực cải tạo đất Từ đánh giá, lựa chọn thơng số phun, yếu tố hỗn hợp vữa, để nâng cao chất lượng cơng việc Trình tự tính tốn thơng số khoan sau: + Bước sơ lựa chọn cường độ cột đất sau xử lý Với thông số chọn, kết hợp với biểu đồ kinh nghiệm để hiệu chỉnh lượng xi măng, sau xác định lượng xi măng 1m3 đất phải xử lý Nếu vữa khác, xi măng phải vào thí nghiệm phòng + Chọn đường kính cột đất tạo tính tốn lượng xi măng dùng + Chọn cấp phối vữa Cần ý đến thông số vữa phải phù hợp với bơm Trong trường hợp hỗn hợp gồm nước xi măng, tỉ lệ có ảnh 97 hưởng đến khả bơm cường độ cột đất gia cố Tỉ lệ N/X cao dễ bơm cường độ đạt lại thấp + Khi chọn cấp phối vữa cần quan tâm đến yếu tố: điều kiện tự nhiên đất; cấp phối hạt; khả thấm hàm lượng nước Trong vùng đất có tính thấm lớn, nước vữa khỏi vùng xử lý, tỉ lệ N/X cần chọn tăng lên Với đất dính, độ thấm nước nhỏ chọn tỉ lệ N/X nhỏ để đạt cường độ cao Với đất có độ thấm cao, mà yêu cầu cường độ khơng cao lắm, pha thêm bentonite vào vữa để giảm nước Tỉ lệ N/X thông thường chọn từ đến 1,5 + Từ bước trên, tính toán lượng vữa xi măng cần bơm để tạo thành cọc đất + Chọn áp suất phun (thông thường từ 40 đến 50 atm) Lý tưởng xác định kinh nghiệm kết hợp với thí nghiệm trường Thông số đồng thời hàm số lực bơm áp lực cao điều kiện thực tế đất áp suất bơm vữa cao, lực tia lớn kết hiệu phá đất cao áp suất cao đường kính cột đất lớn Đường kính cột đất phụ thuộc vào thời gian bơm, tức thời gian giữ cần khoan cố định chỗ để bơm lượng vữa bơm vị trí + Chọn kích thước số lỗ phù hợp với cần khoan từ biểu đồ “áp lực - lưu lượng” để xác định vữa bơm + Tính toán thời gian bơm vữa cho mét cột đất cần tạo + Chọn tốc độ rút cần khoan lên tính tốn thời gian cần thiết để bơm lưu lượng vữa cần thiết cho đoạn + Chọn tốc độ quay cần khoan rút lên Áp dụng tiêu chuẩn TCVN 4093-2012 để tính tốn, đánh giá sức chịu tải cọc đất xi măng, mũi cọc nằm tầng chịu tải, tính tốn cọc chống Xác đ nh tỷ lệ xi măng với đất: Việc lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất (aw) ảnh hưởng lớn đến tính chất hỗn hợp vật liệu xi măng đất giá thành cơng trình Cường độ xi măng đất tăng lên theo tỉ số tăng lượng xi măng trộn vào (hình 1.3) Trong thực tế, tỷ lệ xi măng với đất thường chọn 7% ÷ 15%, trường hợp thơng thường khơng nên nhỏ 12% 98 Hình 3.8 Quan hệ tỷ lệ xi măng với đất cƣờng độ xi măng-đất (Lin 2000) Thiết kế cấp phối: Lượng xi măng tính theo công thức sau: Wc 1 w awW0 w0 (3.29) Lượng nước trộn tính theo công thức sau: w w0 1 w Ww aw W0 1 w 1 w0 (3.30) Đất yếu gia cố với cột phun vữa bơm dòng đơi có đường kính 1.1m Hỗn hợp bơm phun phải có độ chảy thấp, độ tách nước thấp (dưới 1%), đông nhanh độ tăng cứng cuối lớn 15Mpa Tỷ lệ trộn nước/xi măng/bentonite: (Wc/Ww=0.8÷1.1) - Nước 100kg - Xi măng 80÷100kg - Bentonite 2÷3kg Khoảng cách lỗ khoan liền kề hàng lựa chọn cho bán kính lan truyền vữa lỗ khoan phải bao trùm lên bán kính lan truyền vữa lỗ khoan kia, chọn 400mm, hàng cọc 900mm Lượng bơm giới hạn từ 10÷15 lít van giai đoạn Quy trình bù tiến hành song 99 song với việc kiểm tra bên ngoài, để bù độ lún tổn thất lưu lượng Áp lực bơm thường thấp 20 đến 30 bar Tính tốn mơ đun biến dạng cường độ kháng cắt gia cố: Diện tích tương đối cọc (tỷ số diện tích thay thế) as: as= Trong đó: d ( )2 s (3.31) d: đường kính cọc S: Khoảng cách cọc Mođun biến dạng tương đương khối gia cố: Etđ = E col.as + (1-as).Esoil (3.32) Trong đó: Etđ: Môđun biến dạng tương đương khối gia cố Esoil: Môđun biến dạng đất E col: Môđun biến dạng cọc Nền xử lý có cường độ kháng cắt tính theo cơng thức: C tđ = C ucol as + (1- as) Cusoil (3.33) Trong đó: C tđ: Cường độ kháng cắt khơng nước tương đương khối gia cố Cucoil: Cường độ kháng cắt khơng nước vật liệu cột C usol: Cường độ kháng cắt khơng nước đất Các giá trị Esoil, E col, Cucoil, C usol xác định qua thí nghiệm trường Xác đ nh tải trọng tác dụng lên cột: Tải trọng tác dụng lên phần cột đất xi măng cao độ đầu cột: Q col = A col q q Ecol = 998.47 daN Q col =A col E col E E (3.34) Ứng suất tải trọng tác dụng lên phần đất xung quanh cao độ đầu cột: col = q Esol = 0.09 daN/cm2 E (3.35) Ứng suất phân bố đáy khối gia cố: p = q + i h i Trong đó: q: Tải trọng phân bố, q= hikc ikc (daN/cm2) (3.36) 100 hikc ikc : Chiều dày, trọng lượng lớp kết cấu cột hi: Chiều dài cột qua lớp đất thứ i i : Trọng lượng lớp đất thứ i Tính tốn khả ch u tải cọc đơn: Khả chịu tải cọc đất xi măng theo đất nền: Qult ,soil . dhiCuisoil 2.25 d 2Cusoil Trong đó: (3.37) d: đường kính cột hicol: Chiều dài cột qua lớp đất i Cusoil: độ bền cắt không nước trung bình đất sét bao quanh, xác định thí nghiệm ngồi trời thí nghiệm cắt cánh thí nghiệm xun Khả chịu tải cọc đất xi măng theo vật liệu: Q = Acol(3.5ccol+3 n ) (3.38) Trong đó: n : tổng áp lực ngang tác dụng lên cột mặt tới hạn n v 5Cu.soil (3.39) v : tổng áp lực lớp phủ bên v q Cisoilhi (3.40) Cucoil: Lực dính khơng nước vật liệu cột Acol: diện tích mặt cắt ngang cột Sức chịu tải ngắn ngày cọc, vật liệu cọc đạt đến giới hạn rão: Qrão = (0.65 0.85) Qultcol (3.41) Tính tốn khả ch u tải nhóm cọc: Khả chịu tải nhóm cột tính tốn theo biểu thức sau: Qult, groud 2.Cusoil.H B L (6 9).Cusoil.B.L Trong đó: B, L, H: Chiều rộng, chiều dài, chiều cao nhóm cọc (Hệ số móng chữ nhật móng hình vng, tròn) (3.42) 101 Hình 3.9 Xử lý đất từ bề mặt đoạn nối với hầm 3.5 Kết luận Chương trình bày phương pháp tính tốn thiết kế phun vữa thấm áp lực cao giới nước, sử dụng phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn TCVN9403-2012 gia cố đất yếu phương pháp trụ đất xi măng để làm sở tính tốn cụ thể xử lý đất khu vực giếng đứng Khu vực lối vào ga tính tốn tương tự Thiết kế thường theo phương pháp lặp, kết nhiều phương pháp thí nghiệm kiểm tra phần quan trọng Cọc đất xi măng tạo công nghệ khoan vữa cao áp có độ cứng gấp từ 50 đến 200 lần so với đất xung quanh, độ đồng tương đối cao Vì việc sử dụng công nghệ để gia cố, 102 chống thấm cho đoạn ngầm dự án Nhổn - ga Hà Nội phù hợp, hiệu so với công nghệ khác Công nghệ khoan vữa cao áp ngày sử dụng rộng rãi giới công tác gia cố xử lý đất yếu Cùng với phát triển phương pháp thi cơng, phương pháp tính tốn, thiết kế cột xi măng đất phát triển không ngừng đến mức độ hồn thiện, chia làm hai phương pháp phương pháp số phương pháp dựa công thức kinh nghiệm Tuy nhiên, tiêu chuẩn, quy phạm cơng nghệ ít, nhiều vấn đề chưa hướng dẫn, chưa rõ ràng Các vấn đề chưa tổng kết, chưa đánh giá toàn diện, giải dự án cụ thể Các thí nghiệm trường, nén nở hơng chưa phản ánh ứng xử cọc xi măng đất chịu tải, mẫu khoan không phản ánh chất lượng vật liệu toàn chiều dài cọc Phương pháp số (phần tử hữu hạn) công cụ mạnh phụ thuộc vào trình độ người sử dụng, chưa kể đến giả thiết gần đúng, kết đầu cần kiểm sốt cẩn thận Vì với quan điểm thiết kế lại có phương pháp tính tốn khác Nói chung, dù áp dụng phương pháp nào, người thiết kế cần cẩn trọng tỷ mỷ, hiểu biết thấu đáo theo chiều hướng ngày có hiệu 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Nền đất yếu đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền biến dạng nhiều, làm thiên nhiên cho cơng trình xây dựng Việc nghiên cứu đất yếu xác định biện pháp xử lý phù hợp có ý nghĩa quan trọng Biện pháp gia cố đất ứng dụng vào cơng trình đào sâu có đất yếu, nhằm ngăn chặn nước ngầm, lún lệch tăng ổn định cho cơng trình thi cơng đào tầng hầm Luận văn trình bày cơng nghệ xử lý gia cố đất phát triển giới Việt Nam, sâu nghiên cứu công nghệ khoan cao áp Dự án tàu điện ngầm lần thực Việt Nam Sự lựa chọn công nghệ hay việc quản lý, kiểm sốt rủi ro thi cơng đoạn ngầm đòi hỏi phải cẩn trọng Điều kiện địa chất, địa chất thủy văn địa chất kỹ thuật định tính ổn định việc đào hầm việc lựa chọn phương pháp thi công, trang thiết bị vật liệu sử dụng Việc thi cơng cơng trình ngầm thường gây dịch chuyển ảnh hưởng đến tòa nhà có nằm khu vực ảnh hưởng địa kỹ thuật Luận văn giới thiệu dự án metro tuyến số Nhổn - ga Hà Nội, kết hợp phân tích khó khăn gặp phải thi cơng đoạn ngầm, từ làm bật lên hiệu công nghệ khoan vữa cao áp việc xử lý đất yếu dự án Ở Việt Nam công nghệ trình nghiên cứu, tìm hiểu Vì thiết kế, thi cơng gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên, khó khăn kỹ thuật khắc phục thông qua khảo sát thật kỹ địa chất, địa chất thủy văn địa kỹ thuật từ nghiên cứu ban đầu, kiểm soát chất lượng thi công Kiến nghị Hướng nghiên cứu tiếp theo: - Nghiên cứu tính chất vật liệu ximăng đất thi công vùng địa lý khác nhau, đặc biệt vùng đất chua phèn mặn; - Nghiên cứu, hoàn thiện quy trình thực nghiệm phòng ngồi trường, đánh giá tiêu đất ảnh hưởng đến cơng nghệ - Nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ thiết kế, thi công, kiểm tra chất lượng cọc xi măng đất cho mục đích khác nhau; 104 - Xây dựng tiêu chuẩn thiết kế, nghiệm thu cọc xi măng đất - Nghiên cứu quản lý rủi ro giai đoạn thi công tàu điện ngầm thành phố Hà Nội Hồ Chí Minh - Sử dụng phần mềm tính tốn (ví dụ phần mềm Plaxis, ) để xây dựng mơ hình tính tốn phần mềm máy tính giúp người thiết kế đưa giải pháp thiết kế linh hoạt Ví dụ bố trí cọc với cự ly khơng nhau, bố trí cọc chân taluy dày phần lõi đường theo phân bố ứng suất đường để giảm kinh phí xây dựng Nếu tính tốn giải tích khơng bố trí mà bắt buộc phải bố trí cọc xi măng đất với cự lý 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] AASTHO (1996), Tiêu chuẩn AASTHO [2] Bộ Giao thông vận tải (2005), Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272 - 05, Nhà xuất GTVT, Hà Nội [3] Bộ Giao Thông vận tải (2000), Quy trình khảo sát thiết kế đường ơtơ đắp yếu 22 TCN 262-2000 [4] Bộ Khoa học Công nghệ (2005), Đường ô tô - yêu cầu thiết kế TCVN 40542005 [5] Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn (2011), Tiêu chuẩn thiết kế TCVN8644-2011 Cơng trình thủy lợi - u cầu kỹ thuật khoan vữa gia cố đê [6] Bộ xây dựng (2012), Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 9043:2012 Gia cố đất yếu Phương pháp trụ đất xi măng [7] Nguyễn Quang Chiêu (2004), Thiết kế thi công đắp đất yếu Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [8] Frolop I.U., D.M.Golitsunski, A.P.Lediaep (2005), Cơng trình ga đường tàu điện ngầm -NXB Xây dựng, Hà Nội [9] Nguyễn Bá Kế (2008), Xây dựng công ngầm đô th theo phương pháp đào mở - NXB Xây dựng, Hà Nội [10] Nguyễn Xn Mãn (1998), Xây dựng cơng trình ngầm điều kiện đặc biệt [11] Makopski L.V (2008), Cơng trình ngầm giao thơng th - NXB Xây dựng, Hà Nội [12] Nguyễn Quang Phích (2006), Các biện pháp nâng cao hiệu thi công xây dựng công trình ngầm [13] Trường đại học giao thơng vận tải (2009), Thiết kế tuyến đường tàu điện ngầm metro [14] Viện thủy cơng (2011), Báo cáo tổng kết hồn thiện công nghệ khoan vữa áp lực cao (jet-grouting) nhằm tăng khả chống thấm cho cơng trình thủy lợi 106 Tiếng Anh [15] Anagnostou G., K Kovári (1996) - Tunnelling and Underground Space Technology - NXB Great Britain [16] Almer E.C van der Stoel (2001), Grouting for pile foundation improvement [17] British Standard Bsi, EN 12716, 2001: Execution of special geotechnical works - Jet Grouting [18] Chan Man Piu (2005), Analysis and Modeling of Grouting and its Application in Civil Engineering [19] John O.Bickel, Thomas R.Kuesel Elwyn H.King (2009), Tunnel engineering handbook [20] Norbert Vogt (2015), Jet-Grouting, Development and Actual Design Practice in Germany [21] Rakshya Shrestha (2008), Soi Mixing: A Study on ‘Brusse ian Sand’ Mixed with Slag Cement Binder [22] Richard Fun Yiu Choi (2005), Review of the jet grouting method [23] Siva Prasad Pathivada (2005), Effects of water-cement ratio on deep mixing treated expansive clay characteristics [24] Thomas Kimpritis (2013), The control of column diameter and strength in Jet Grouting processes and the influence of ground conditions ... công nghệ gia cố đất Chƣơng 2: Ứng dụng công nghệ phun vữa áp lực cao cho thi công đoạn ngầm tuyến Metro số 3: Nhổn - ga Hà Nội Chƣơng 3: Tính tốn thi t kế gia cố đất cơng nghệ khoan vữa cao áp. .. 30 CHƢƠNG 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHUN VỮA ÁP LỰC CAO CHO THI CÔNG ĐOẠN NGẦM TUYẾN METRO SỐ 3: NHỔN - GA HÀ NỘI 31 2.1 Giới thi u chung dự án xây dựng hầm metro tuyến số 3: Nhổn - ga Hà Nội 31 ... VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI VŨ QUANG HƢNG LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ PHUN VỮA THẤM ÁP LỰC CAO GIA CỐ NỀN ĐẤT, ỨNG DỤNG CHO THI CÔNG HẦM METRO TUYẾN SỐ 3: NHỔN - GA HÀ NỘI CHUYÊN