xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc xi măng đất cho công trình ngân hàng tmcp vĩnh thuận, tp cần thơ

TĨM TẮT Việt Nam q trình phát triển mạnh mẽ, q trình cơng nghiệp hóa đại hóa để bắt kịp với xu đại, kéo theo trình yêu cầu phát triển sở hạ tầng Từ đó, hoạt động xây dựng ngày phát triển, cơng trình nhà cao tầng, phát triển đƣờng giao thơng, nhà máy xí nghiệp, cơng trình cảng biển,… ngày nhiều Tuy nhiên q trình xây dựng cơng trình chủ yếu trọng đến việc lựa chọn vị trí phù hợp, thuận tiện việc phát triển kinh tế mà bỏ qua ảnh hƣởng đất, nên nhiều cơng trình phải xây dựng đất yếu, khả chịu lực kém, có tác dụng tải trọng thƣờng bị lún Từ dẫn đến làm hƣ hại cơng trình gây nguy hiểm cho ngƣời Do vấn đề đƣợc đặt để cải tạo nề đất yếu bên dƣới để đáp ứng u cầu ổn định cho cơng trình Vấn đề cải tạo đất để đáp ứng đƣợc yêu cầu kỹ thuật cho xây dựng, đƣợc nhà khoa học địa chất nghiên cứu tìm nhiều giải pháp để gia cố đất từ đơn giản đến phức tạp công nghệ xử lý để đất đƣợc gia cố tốt ví dụ: phƣơng pháp đầm nện, thay lớp đất yếu, cố kết giếng thấm, sử dụng cọc xi măng đất,… Trong phƣơng pháp gia cố đất, phƣơng pháp cọc xi măng đƣợc ứng dụng rộng rãi nhiều ƣu điểm công tác gia cố iii MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU ĐỀ TÀI NỘI DUNG VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 NGUYÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 1.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 1.2.1 Vị trí địa lý 1.2.2 Đặc điểm địa hình 1.2.3 Đặc điểm khí hậu 1.3 ĐẶC ĐIỂM DÂN CƢ – KINH TẾ - XÃ HỘI 1.3.1 Đặc điểm kinh tế - xã hội 1.3.2 Đặc điểm dân cƣ 1.4 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT 1.5 ĐẶC ĐIỂM THỦY VĂN 1.6 TỔNG QUAN NỀN ĐẤT YẾU 1.6.1 Khái niệm 1.6.2 Nguyên nhân hình thành a Yếu kết cấu b Yếu độ ẩm c Yếu đặc tính sinh hóa 1.6.3 Ảnh hƣởng đất yếu đến cơng trình 1.7 TỔNG QUAN VỀ CỌC XI MĂNG ĐẤT 10 1.7.1 Khái niệm 10 1.7.2 Nguyên tắc làm việc cọc xi măng đất 11 iv a Phản ứng thủy phân hydrat hóa xi măng 12 b Tác dụng hạt đất sét với sản phẩm hydrat hóa xi măng 12 c Tác dụng cacbonat hóa 12 1.7.3 Phạm vi ứng dụng cọc xi măng đất 13 1.7.4 Ƣu điểm nhƣợc điểm 14 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1.1 Phƣơng pháp thu thập tài liệu 15 2.1.2 Phƣơng pháp thực địa 15 2.1.3 Phƣơng pháp thí nghiệm phòng xử lý số liệu 16 2.2 PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN 16 CHƢƠNG KẾT QUẢ TÍNH TỐN 24 3.1 THƠNG TIN VỀ CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG 24 3.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA TẦNG KHU VỰC XÂY DỰNG 24 3.3 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ 28 3.4 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ SƠ BỘ CỌC XI MĂNG ĐẤT 29 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TP : Thành phố TP.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh TCXD : Tiêu chuẩn xây dựng TCN : Tiêu chuẩn nghành TMCP : Thƣơng mại cổ phần XM : Xi măng NXB : Nhà xuất gl : Ứng suất tải trọng gây bt : Ứng suất thân : Ứng suất tác dụng lên cọc Qgh,nh : Khả chịu tải giới hạn theo vật liệu Qgh,đ : Khả chiu tải giới hạn theo Qgh,tt : Khả chịu tải giới hạn tính tốn Qgh,dh-p : Khả chịu tải cọc có từ biến Mđ : Môđun nén đất xung quanh cọc Mp : Môđun nén cọc AP : Tiết diện ngang cọc Cu : Độ bền cắt khơng nƣớc đất xung quanh σh : Áp lực tổng theo phƣơng ngang tác động lên cọc σv : Tổng áp lực chất tải thẳng đứng dc : Đƣờng kính cọc Cc : Sức chống cắt khơng nƣớc cọc xi măng F : Hệ số an toàn Cvh : Hệ số cố kết đất R : Bán kính ảnh hƣởng cọc đất ximăng vi DANH MỤC HÌNH Hình 2-1 Mơ hình lún cho trƣờng hợp 20 Hình 2-2 Mơ hình lún cho trƣờng hợp 21 Hình 2-3 Hình vẽ minh họa LP 23 Hình 3-1 Vị trí khu vực thi cơng 24 Hình 3-2 Độ sâu ảnh hƣởng 31 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 3-1 Chỉ tiêu lý lớp 1, 2, 3, 28 Bảng 3-2 Chỉ tiêu lý lớp 5, 6, 7, 29 Bảng 3-3 Tính ứng suất σgl σbt 30 Bảng 3-4 Kết tính lún 32 Bảng 3-5 Giá trị tính tốn theo lƣới tam giác 35 Bảng 3-6 Kết cố kết theo bố trí tam giác 37 Bảng 3-7 Giá trị tính tốn theo lƣới ô vuông 37 Bảng 3-8 Kết cố kết theo bố trí ô vuông 38 Bảng 3-9 So sánh thiết kế theo ô vuông theo tam giác 39 viii MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Nƣớc ta bƣớc vào thời đại cơng nghiệp hóa, đại hóa, khu cơng nghiệp tập trung, sở hạ tầng kỹ thuật, khu đô thị mới, mạng lƣới giao thông vận tải,… đƣợc xây dựng với tốc độ ngày nhanh Cơng trình xây dựng ngân hàng TMCP Vĩnh Thuận, TP Cần Thơ đƣợc xây dựng nơi có điều kiện kinh tế, giao thơng thuận lợi nhƣng lại bất lợi điều kiện địa chất cơng trình Khu vực xây dựng cơng trình gồm nhiều lớp đất yếu, có chiều dày lớn, phân bố mặt Nếu lựa chọn giải pháp móng cọc bê tơng cốt thép giá thành cao, nhiều gây lãng phí, chọn giải pháp móng cọc tre hay cừ tràm hiệu khơng cao, chiều sâu gia cố hạn chế, thi công phƣơng pháp thủ công nên tốc độ chậm, hiệu kinh tế không cao Vì vậy, đề tài nghiên cứu :” xử lý đất yếu cọc xi măng đất cho cơng trình ngân hàng TMCP Vĩnh Thuận, TP Cần Thơ” đƣợc thực nhằm nghiên cứu đƣa giải pháp khả thi, tiết kiệm cho cơng trình MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Làm sáng tỏ đặc điểm đất yếu khu vực xây dựng - Tính tốn, thiết kế sơ cọc xi măng đất xử lý đất yếu ví trí xây dựng Cần Thơ NỘI DUNG VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI a Nội dung - Tổng hợp số liệu đặc điểm đất yếu khu vực xây dựng cơng trình ngân hàng TMCP Vĩnh Thuận, TP.Cần Thơ - Quy trình tính tốn, thiết kế sơ cọc xi măng đất khu vực xây dựng ngân hàng Vĩnh Thuận - Quy trình phƣơng pháp thi cơng cọc xi măng đất - Đánh giá hiệu phƣơng pháp cọc xi măng đất b Phạm vi đề tài Nền đất yếu cơng trình ngân hàng TMCP Vĩnh Thuận, TP Cần Thơ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Thu thập tham khảo tài liệu - Khảo sát thực địa - Phƣơng pháp thí nghiệm - Phƣơng pháp tổng hợp, xử lý số liệu - Phƣơng pháp tham khảo ý kiến chuyên gia CHƢƠNG I TỔNG QUAN 1.1 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC a Trên giới Nƣớc ứng dụng công nghệ xi măng đất nhiều Nhật Bản nƣớc vùng Scandinaver Theo thống kê hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung giai đoạn 80-96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3 BTĐ Riêng từ 1977 đến 1993, lƣợng đất gia cố xi măng Nhật vào khoảng 23,6 triệu m3 cho dự án biển đất liền, với khoảng 300 dự án Hiện hàng năm thi công khoảng triệu m3 Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu năm 1970, tổng khối lƣợng xử lý cọc xi măng đất Trung Quốc vào khoảng triệu m3 Tại Châu Âu, nghiên cứu ứng dụng bắt đầu Thụy Điển Phần Lan năm 1967 Năm 1974, đê đất thử nghiệm (6m cao 8m dài) đƣợc xây dựng Phần Lan sử dụng cột vôi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu hình dạng chiều dài cột mặt khả chịu tải b Tại Việt Nam Tại Việt nam, phƣơng pháp đƣợc nghiên cứu từ năm đầu thập kỷ 80 (thế kỷ trƣớc) với giúp đỡ Viện Địa kỹ thuật Thuỵ Điển (SGI) với thiết bị thi công, TS Nguyễn Trấp làm chủ trì Đề tài đƣợc kết thúc vào năm 1986 thiết bị đƣợc chuyển giao cho LICOGI Cũng giai đoạn đề án tốt nghiệp đề tài đƣợc thực trƣờng Đại học Kiến trúc Hà nội (1983).Có hai luận văn cao học [1 ĐH Kiến trúc Hà nội (2003) ĐH Xây dựng HN (2004)] đƣợc bảo vê Trong luận án ĐH xây dựng đề cập đến chịu tải trọng ngang cho việc gia cố hố đào Vào năm 2000, yêu cầu thực tế, phƣơng pháp đƣợc áp dụng trở lại lĩnh vực xăng dầu, cơng trình chấp nhận giá trị độ lún cao bình thƣờng nhiên có hiệu kinh tế cao Đơn vị đƣa trở lại phƣơng pháp ban đầu COFEC C&E Consultants Trong thời gian song song với việc áp dụng nhiều thí nghiệm trƣờng (quan trắc cơng trình) đƣợc thực hiên Những thí nghiệm mang tính nghiên cứu đƣợc C&E thực quy mơ khơng thua đồng nghiệp khác Hiện C&E thực thí nghiệm quan trắc thay đổi áp lực nƣớc nƣớc dƣới đáy khối gia cố (ở độ sâu > 20 m) TP Hồ Chí Minh để xem xét lại tính cố kết đất dƣới đáy khối gia cố Hai đầu đo đƣợc lắp đặt để tiến hành nghiên cứu lâu dài Từ năm 2002 có số dự án bắt đầu ứng dụng cọc xi măng đất vào xây dựng cơng trình đất, cụ thể nhƣ: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) sử dụng 4000m cọc xi măng đất có đƣờng kính 0,6m thi cơng trộn khơ; xử lý cho bồn chứa xăng dầu đƣờng kính 21m, cao 9m Cần Thơ Năm 2004 cọc xi măng đất đƣợc sử dụng để gia cố móng cho nhà máy nƣớc huyện Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu Đình Vũ (Hải Phòng), dự án sử dụng cơng nghệ trộn khô, độ sâu xử lý khoảng 20m Tháng năm 2004, nhà thầu Nhật Bản sử dụng Jet - grouting để sửa chữa khuyết tật cho cọc nhồi cầu Thanh Trì (Hà Nội) Năm 2005, số dự án áp dụng cọc xi măng đất nhƣ: dự án thoát nƣớc khu thị Đồ Sơn - Hải Phòng, dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản Đề tài ứng dụng công nghệ thiết bị nghiên cứu sức chịu tải cọc đơn nhóm cọc, khả chịu lực ngang, ảnh hƣởng hàm lƣợng XM đến tính chất xi măng đất, nhằm ứng dụng cọc xi măng đất vào xử lý đất yếu, chống thấm cho công trình thuỷ lợi Nhóm đề tài sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An) Tại thành phố Đà Nẵng, cọc xi măng đất đƣợc ứng dụng Plazza Vĩnh Trung dƣới hình thức: Làm tƣờng đất làm cọc thay cọc nhồi Tại Tp Hồ Chí Minh, cọc xi măng đất đƣợc sử dụng dự án Đại lộ Đông Tây, số building nhƣ Saigon Times Square …Hiện nay, kỹ sƣ Orbitec đề xuất sử dụng cọc xi măng đất để chống ổn định cơng trình hồ bán nguyệt – khu đô thị Phú Mỹ Hƣng, dự án đƣờng trục Bắc – Nam (giai đoạn 3) kiến nghị chọn cọc xi măng đất xử lý đất yếu Tại Quảng Ninh, cơng trình nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh áp dụng cơng nghệ phun ƣớt, địa chất cơng trình phức tạp gặp đá mồ côi tầng địa chất cách cao độ 1.8 0,7854 0,28 635,9 234,34 298,37 2,71 Hình bố trí theo sơ đồ tam giác phần phụ lục  Bƣớc 5: Khả chịu tải cọc có kể đến từ biến Qgh,dh-p = 0,65 Qgh,nh = 0,65 105,24 = 68,41 (T) Ứng suất cọc có kể đến từ biến gh,dh-p Vì = = 279,11 (kN/m2) < P = 87,1 (T/m2) = gh,dh-p = 871 (kN/m2) điều chứng tỏ tải trọng tác dụng nhỏ chƣa vƣợt quagiới hạn từ biến nên Độ lún h1 đƣợc tính theo cơng thức h1 = = = 0,2(m) Độ lún dự tính đất sau nén chặt cọc xi măng đất a0 = = = 0,0041 (cm2/kg) P = P0 – h = 10.5 – 2*1 = 8,5 Độ lún sau nén chặt Sc = a0phs [3] Vậy Sc = 0,0041.8,5.149 = 5,2 (cm) Độ lún tổng cộng cơng trình đặt đƣợc xử lý cọc xi măng đất là: h = 0,2 + 0,052 = 0,252 (m) Ta thấy S = h < [S] = 30 thỏa điều kiện biến dạng thẳng đứng [1]  Bƣớc 6: Tính tốn độ cố kết Độ cố kết đƣợc tính theo cơng thức:   2C vh t    R F ( n)  U = - exp  [5] 36 n2     n  1 kđ  H c   ln( n)  0.75  1       Với F(n) = n   n  4n   n r kc    Bố trí cọc theo lƣới vng ta có: R = 0,56d =0,56 1,6 = 0,896 Bán kính cọc : r =0,5 (m) = Tỷ số = n= với = 1,792 Cv = = 10512 (cm2/năm) = 1.0512 (m2/năm) Vậy CV = Thay giá trị vào công thức đƣợc kết F(n) = 0,501 Giá trị cố kết đƣợc thể bảng 3-6 Bảng 3-6 Giá trị cố kết theo bố trí tam giác Tháng (t) n F(n) U(%) 1,802 0,501 98 1,802 0,501 99,7 1,802 0,501 99,99 Cách tính bố trí vng bƣớc tính tốn tƣơng tự Dƣới bảng kết thể ứng suất cọc hệ số an toàn bố trí lƣới vng đƣợc thể bảng 3-7 Bảng 3-7 Giá trị tính tốn theo lƣới vuông STT d(m) AP a Qgh,tt QP FS 1.2 0.7854 0.545 635.9 139.57 4.56 P 177.70 37 1.3 0.7854 0.465 635.9 159.12 4.00 202.60 1.4 0.7854 0.401 635.9 179.03 3.55 227.94 1.5 0.7854 0.349 635.9 199.12 3.19 253.53 1.6 0.7854 0.307 635.9 219.26 2.9 279.17 Hình bố trí theo hình vng phần phụ lục Kết giá trị tính tốn độ cố kết theo bố trí vng đƣợc thể bảng 3-8 Bảng 3-8 Kết cố kết theo bố trí ô vuông Tháng (t) n F(n) U(%) 1,792 0,817 95 1,792 0,817 99,1 1,792 0,817 99,999  Bƣớc 8: Phạm vi bố trí cọc LP Phạm vi bố trí cọc LP đƣợc tính theo cơng thức LP = H(n – tan ) Chọn theo kinh nghiệm = 37,5 Vậy LP = 5.(1,5 – tan 37,5) = 3,67 (m) Bề rộng cần bố trí theo phƣơng ngang Bgc Bgc = Bđáy – 2LP Bgc = 12 – 2.3,67 = 4,66 (m) a) Đối với bố trí hình vng - Số lƣợng cọc theo bề rộng NB = - = = (cọc) Số lƣợng cọc theo bề dài 38 NL = - = = (cọc) Số lƣợng cọc diện gia cố N = NB NL = = 21 (cọc) b) Đối với bố trí hình tam giác - Số lƣợng cọc theo chiều rộng NB = - = (cọc) Số lƣợng cọc theo chiều dài NL = - = = = (cọc) Số lƣợng cọc diện gia cố N = NB NL = = 12 (cọc) Các kết tổng hợp từ tính tốn theo cách bố trí bố trí theo vng bố trí theo tam giác đƣợc thể bảng 3-9 dƣới Bảng 3-9 So sánh số lƣợng cọc theo thiết kế lƣới ô vuông lƣới tam giác Thông số Khoảng cách cọc Lƣới ô vuông Lƣới tam giác 1,6 1,7 2,9 2,95 3 21 12 d(m) Hệ số an toàn (Fs) Thời gian ổn định t (tháng) Số lƣợng cọc Nhận xét: Cả hai phƣơng án thiết kế từ số liệu cho thấy thời gian cần để lún ổn định tháng Nếu sử dụng theo lƣới tam giác hệ số an tồn cao, chi phí tiết kiệm so với bố trí lƣới vng khoảng cách bố trí nhƣng đảm bảo hệ số an toàn 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Gia cố đất yếu phƣơng pháp cọc xi măng đất cho ngân hàng TMCP Vĩnh Thuận, TP Cần Thơ giúp đảm bảo độ ổn định cho công trình xây dựng vƣợt trội phƣơng pháp khác Tuy nhiên phƣơng pháp mặt hạn chế chi phí cao Việc gia cố cọc xi măng làm cho số liệu cƣờng độ tăng cao Trƣớc gia cố giá trị lún 4,9m nhƣng sau gia cố độ lún giảm nhiều 0,25m hệ số an tồn tăng cao nhƣ cho phép hạn chế đƣợc độ lún đẩy nhanh tiến độ thi công KIẾN NGHỊ Với mặt kiến thức hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót Kiến nghị với nhà trƣờng nên có học phần làm tập riêng phƣơng pháp xử lý đất yếu để giúp sinh viên nắm rõ trƣờng hợp dùng phƣơng pháp công thức giúp sinh viên nắm kỹ kiến thức so với việc dồn lý thuyết tính tốn vào chung làm sinh viên khơng có nhiều hội làm tập thực hành khó nắm vững phƣơng pháp tính tốn 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO - [1] 22TCN 262 : 2000 – Thiết kế đường đất yếu Bộ Giao Thông Vận Tải - [2] Đậu Văn Ngọ, Nguyễn Việt kỳ - Nền mống cơng trình Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2010 - [3] Đậu Văn Ngọ – Giải pháp xử lý đất yếu cơng nghệ trộn xi măng đất, Tạp chí phát triển Khoa Học Công Nghệ Tập 11 (11) (2008) - Đoàn Thế Mạnh – Phương pháp gia cố đất yếu Trƣờng đại học Hàng Hải - Hoàng Thị Thanh Thủy, Thiềm Quốc Tuấn - Sổ tay thí nghiệm địa kỹ thuật NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2014 - Lê Xuân Mai, Đỗ Hữu Đạo – Cơ học đất Nhà xuất xây dựng , 2012 - Nguyễn Viết Trung – Phương án gia cố đất yếu trụ xi măng.Giáo trình, trung tâm đào tạo xây dựng Vietcons - [4] Phan Thị San Hà, Lê Minh Sơn – Địa kỹ thuật Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh , 2010 - Phùng Vĩnh An – Bàn phương pháp tính toán gia cố cọc xi măng đất, Tạp chí Khoa Học Cơng Nghệ Thủy lợi (11) (2012) - [5] TS Võ Đại Nhật – Các Phương pháp gia cố đất Bài giảng môn học, trƣờng Đại học Bách Khoa TPHCM - TCVN 9632:2012 – Tiêu chuẩn thiết kế nhà cơng trình Bộ xây dựng - TCVN 9403:2012 – Gia cố đất yếu trụ xi măng đất Bộ xây dựng 41 PHỤ LỤC - Bảng tra hệ số K Hình vẽ bố trí theo lƣới tam giác Hình vẽ bố trí theo lƣới vng Hình vẽ mặt cắt sau xử lý Bảng số liệu tiêu lý Hình trụ địa chất cơng trinh Mặt cắt địa chất cơng trình 42 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 11, SỐ 11 - 2008 GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU BẰNG ĐẤT TRỘN XI MĂNG Đậu Văn Ngọ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHGQ-HCM (Bài nhận ngày 29 tháng 05 năm 2008, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 10 tháng 11 năm 2008) TÓM TẮT: Bài viết trình bày sơ lược giải pháp xử lý đất yếu cọc xi măng đất, phương pháp tính tốn thiết kế cấp phối đất trộn xi măng Đồng thời báo mối quan hệ cường độ chịu nén 28 ngày mẫu chế tạo phòng thí nghiệm ngồi trường đại lộ Ðơng Tây Thành phố Hồ Chí Minh Từ khóa: Đất yếu, đất trộn xi măng, trộn ướt sâu, trộn khô sâ, cọc xi măng đất GIỚI THIỆU Một số cơng trình cầu đường trình khai thác tồn tượng phổ biến lún lệch hai bên đầu cầu, hai bên cống hộp, … Sự lún lệch trở ngại lớn lưu thông, gây nên tượng nảy, xốc đột ngột dễ xảy tai nạn Mức độ nguy hiểm tùy thuộc vào độ lún lệch cơng trình Đồng thời phát sinh hàng loạt vấn đề khác làm giảm lực khai thác cơng trình phải giảm tốc độ qua vị trí lún lệch, làm tăng mức độ hao phí (xăng dầu, hao mòn máy móc, …) phương tiện giao thơng Những biện pháp đối phó thơng thường để giảm thiểu lún lệch mang tính chất loại giải pháp tình (như bù lún bê tơng nhựa), đòi hỏi chi phí cao làm tăng tổng vốn đầu tư xây dựng thời gian lâu dài Mặt khác vấn đề mỹ quan cơng trình khơng thể đảm bảo yêu cầu Trong xây dựng tầng hầm cơng trình nhà cao tầng, tầng hầm có chiều sâu lớn việc chống ổn định thấm phương pháp cọc bares tường cừ sen thường khơng đạt hiệu quả, nhiều cơng trình dẫn đến cố xói ngầm (điển cơng trình tòa nhà cao tầng Pacific 45-47 Nguyễn Thị Minh Khai thành phố Hồ Chí Minh) số cơng trình khác Để giải vấn đề trên, giới nước ta ứng dụng công nghệ đất trộn xi măng phương pháp trộn sâu Phương pháp có nhiều ưu điểm: - Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp loại đất từ bùn sét đến sỏi cuội - Có thể xử lý lớp đất yếu cách cục bộ, không ảnh hưởng đến lớp đất tốt - Thi công nước - Mặt thi cơng nhỏ, chấn động, tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến cơng trình lân cận - Rất giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường - Thiết bị nhỏ gọn, thi cơng khơng gian có chiều cao hạn chế - Và đặc biệt thi công nhanh, thời gian đất đạt yâu cầu kỹ thuật xử lý ngắn, đẩy nhanh tiến độ cải tạo đất Hình Phương pháp trộn ướt sâu Trang 57 Science & Technology Development, Vol 11, No.11 - 2008 Hình Phương pháp trộn khơ sâu Phương pháp trộn sâu kỹ thuật cải tạo đất để gia tăng cường độ, kiểm soát biến dạng, giảm thấm nhờ đất trộn với xi măng vật liệu khác Những vật liệu có liên quan đến chất kết dính dang lỏng khơ Điều thực cọc đất-ximăng Các cọc đất-ximăng thực mũi khoan; mũi khoan gắn với cần khoan Các cần khoan đưa vào đất, vữa xi măng khô bơm qua lỗ mũi khoan vào đất nhờ hệ thống áp lực lớn (có tới hàng trăm atmơtfe) Nhóm mũi khoan lưỡi trộn cần pha trộn đất với vữa/xi măng khơ giống hình thức máy trộn đất sét Phương pháp nhờ loạt phản ứng hóa học – vật lý xảy chất đóng rắn với đất, làm cho đất sét yếu đóng rắn lại thành thể cọc có tính chỉnh thể, tính ổn định có cường độ định Phương pháp mà bột xi măng khô sử dụng tác nhân làm ổn định gọi phương pháp trộn khơ sâu; Còn tác nhân làm ổn định hình thức vữa gọi phương pháp trộn ướt sâu Đường kính cọc xi măng – đất thường từ 0.6 – 1.5m đạt đến 40m chiều sâu Các ứng dụng đất trộn xi măng: - Cải tạo đất yếu đường vào cầu: việc thi cơng cơng trình đất sét mềm hữu có khó khăn phức tạp lớn Nhất cố biến dạng thẳng đứng biến dạng ngang lớn Bằng cách sử dụng cọc xi măng - đất đặc trưng độ bền biến dạng đất cải thiện cách đáng kể nhanh chóng - Làm chặt lại đất yếu phục vụ cơng trình giao thơng, bãi congtenner,các nên cơng trình thủy lợi… - Gia cố mái taluys cơng trình: mái dốc cơng trình có độ ổn định kém, đất chịu ứng suất cắt lớn, hệ số an tồn phá hoại cải thiện cách gia cố lớp đất có chịu tải phù hợp thông qua cọc xi măng - đất - Làm móng vững cho cơng trình nhà cao tầng, cơng trình cơng nghiệp, làm tường chắn đất, làm bờ kè - Gia cố thành hố đào, đặc biệt hố đào sâu, yêu cầu chống thấm cao Trang 58 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 11, SỐ 11 - 2008 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN CỌC XI MĂNG - ĐẤT 2.1 Phương pháp tính tốn theo quan điểm cọc xi măng – đất làm việc cọc [4] 2.1.1 Đánh giá ổn định cọc xi măng – đất theo trạng thái giới hạn Để móng cọc đảm bảo an toàn cần thỏa mãn điều kiện sau: Nội lực lớn cọc: Nmax < Qult/Fs Moment lớn cọc: Mmax < [M] vật liệu làm cọc Chuyển vị khối móng: Δy < [Δy] Trong đó: Qult – Sức chịu tải giới hạn cọc xi măng – đất [M] – Moment giới hạn cọc xi măng – đất Fs – Hệ số an toàn 2.1.2 Đánh giá ổn định cọc xi măng – đất theo trạng thái giới hạn Tính tốn theo trạng thái giới hạn 2, đảm bảo cho móng cọc khơng phát sinh biến dạng lún lớn: ΣSi < [S] Trong đó: [S] – Độ lún giới hạn cho phép ΣSi – Độ lún tổng cộng móng cọc Nói chung, thực tế quan điểm có nhiều hạn chế có nhiều điểm chưa rõ ràng Chính lý nên dùng tính tốn 2.1.3 Phương pháp tính tốn theo quan điểm tương đương [4] Nền cọc đất đáy móng xem đồng với số liệu cường độ ϕtđ, Ctđ, Etđ nâng cao Gọi as tỉ lệ diện tích cọc xi măng – đất thay diện tích đất Ap A as = S ϕtđ = asϕcọc + (1-as)ϕnền Ctđ = asCcọc + (1-as)Cnền Etđ = asEcọc + (1-as)Enền Trong đó: ap – Diện tích đất thay cọc xi măng - đất as – Diện tích đất cần thay Theo phương pháp tính tốn này, tốn gia cố đất có tiêu chuẩn cần kiểm tra: tiêu chuẩn cường độ tiêu chuẩn biến dạng 2.2 Phương pháp tính tốn theo quan điểm hỗn hợp Viện Kỹ Thuật Châu Á 2.2.1 Khả chịu tải cọc đơn Khả chịu tải giới hạn ngắn hạn cọc đơn đất sét yếu định sức kháng đất sét yếu bao quanh (đất phá hoại) hay sức kháng cắt vật liệu cọc (cọc phá hoại), theo tài liệu D.T.Bergado [3]: Qult.soil = (πdLcol + 2.25πd2) Cu.soil Trong đó: d: đường kính cọc Lcol: chiều dài cọc Trang 59 Science & Technology Development, Vol 11, No.11 - 2008 Cu.soil: độ bền cắt khơng nước trung bình đất sét bao quanh, xác định thí nghiệm ngồi trời thí nghiệm cắt cánh thí nghiệm xun Khả chịu tải giới hạn ngắn ngày cọc bị phá hoại độ sâu z, theo Bergado: Qult.col = Acol (3.5Cu.col + Kbσh) Trong đó: Kb: hệ số áp lực bị động; Kb = ϕult.col = 30o 2.2.2 Khả chịu tải giới hạn nhóm cọc Khả chịu tải giới hạn nhóm cọc xi măng - đất tính theo cơng thức: Qult.group = 2Cu.soil.H (B + L) + k.Cu.soil.B.L Trong đó: B, L, H – chiều rộng, chiều dài chiều cao nhóm cọc xi măng – đất k = 6: móng hình chữ nhật k = 9: móng hình vng, tròn Trong tính tốn thiết kế, kiến nghị hệ số an toàn 2.50 (theo D.T.Bergado, [3]) Độ lún tổng cộng gồm thành phần độ lún cục khối gia cố (Δh1) độ lún đất không ổn định nằm khối gia cố (Δh2) Có trường hợp xảy ra: Trường hợp A: tải trọng tác dụng tương đối nhỏ cọc chưa bị rão Trường hợp B: tải trọng tương đối cao tải trọng dục trục tương ứng với giới hạn rão cọc ♦ Trường hợp A: Δ h = Δ h1 + Δ h2 Δh1 T a ûi tro ïn g đ n v ò q c o ïc v o âi /x i m a ên g Y E ÁU Δ h2 Ho Ñ A ÁT S E ÙT 1 S E ÙT Hình Mơ hình tính lún trường hợp A Độ lún cục phần cọc vôi – xi măng Δh1 xác định theo giả thiết độ tăng ứng suất q không đổi suốt chiều cao khối tải trọng khối không giảm: Δh1 = ∑ aEcol Δh.q + (1 − a ) E soil Độ lún lớp đất yếu bên đáy khối gia cố tính tốn theo phương pháp cộng lớp phân tố với công thức sau: (trường hợp tổng quát) hi i i =1 + e0 n Δh2 = ∑ Trang 60 ⎛ i σ 'p σ ' + Δσ ' v ⎜ C r lg + C ci lg vo ⎜ σ ' vo σ 'p ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 11, SỐ 11 - 2008 Trong đó: hi - bề dày lớp đất tính lún thứ i eoi - hệ số rỗng lớp đất I trạng thái tự nhiên ban đầu Cri - số nén lún hồi phục ứng với trình dỡ tải Ccr - số nén lún hay độ dốc đoạn đường cong nén lún σ’vo - ứng suất nén thẳng đứng trọng lượng thân lớp đất tự nhiên nằm lớp i Δσ’v - gia tăng ứng suất thẳng đứng σ’p - ứng suất tiền cố kết Tỷ số giảm lún β tỷ số độ lún tổng cộng đáy khối gia cố với độ lún khơng có cọc vơi – xi măng tính theo quan hệ sau: β= aEcol E soil + (1 − a ) E soil ♦ Trường hợp B Trong trường hợp này, tải trọng tác dụng lớn nên tải trọng dọc trục tương ứng với giới hạn rão Tải trọng tác dụng chia làm phần, phần q1 truyền cho cọc q2 truyền cho đất xung quanh Phần q1 định tải trọng rão cọc tính theo biểu thức: [3] q1 = n Acol σ creep B.L Giá trị q1 xác định gần sau: q1 = Acol σ creep c2 với c khoảng cách cọc Độ lún cục phần cọc tính theo biểu thức: Δh1 = ∑ Δh.q1 a.M col Độ lún Δh2 đáy khối gia cố tính cho q1 q2, với giả thiết tải trọng q1 truyền xuống đáy khối gia cố, tải trọng q2 tác động lên mặt ĐẤT SÉT YẾU Tải trọng truyền cho đất q2 q2 = q - q1 Móng khối qui ước cọc vôi/xi măng q1 H1 Ho Tải trọng truyền lên cọc q1 1 SÉT a) Tải trọng truyền cho cọc Tải trọng đáy móng qui ước SÉT b) Tải trọng truyền cho đất Trang 61 Science & Technology Development, Vol 11, No.11 - 2008 Hình Mơ hình tính lún cho trường hợp B THIẾT KẾ CẤP PHỐI Việc thiết kế hỗn hợp xi măng đất u cầu phải có thơng tin tính chất đất điều kiện khác vùng đất dự án Các yêu cầu kỹ thuật cọc xi măng đất chi phối thiết kế cấp phối Người kỹ sư thường ý đến yêu cầu cường độ, modul đàn hồi, khả thấm yêu cầu cần thiết để xác định tính liên tục đồng suốt chiều sâu cọc Việc thiết kế cấp phối thường xác định nhà thầu chuyên kỹ thuật trộn sâu Cấp phối cuối khẳng định đất trường, loại thiết bị sử dụng, qui trình lắp đặt, yêu cầu chất lượng tính kinh tế dự án 3.1 Cường độ thiết kế Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cường độ cuối xi măng đất ngồi thực tế, chẳng hạn cơng nghệ thi cơng, mơi trường ninh kết, kích thước khối đất xử lý bị ảnh hưởng nhiệt tỏa từ trình hydrat hóa Vì vậy, với thay đổi điều kiện mặt đất, vấn đề cần ý chất lượng xi măng đất thực tế khác với chất lượng mẫu chế tạo phòng với mơi trường hồn tồn khống chế Từ nhiều thí nghiệm tác giả cho thấy rằng, cường độ xi măng đất thực tế khoảng 1/2 1/3 cường độ mẫu phòng hình Những sai khác ảnh hưởng phân tán mẫu lấy từ nhiều dự án làm Việt Nam Rõ ràng cường độ thiết kế thực tế phải dựa kinh nghiệm xét đến ảnh hưởng loại đất vùng dự án, loại chất kết dính, thử nghiệm trước thi công, mức độ giám sát bảo đảm chất lượng C ườ n g đ ộ ch òu nén ph ò n g th í ngh iệ m (M P a) 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 y = 0.5x + 3.49 R2 = 0.49 4.00 3.00 2.00 1.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 Cường độ chòu nén trường (MPa) Hình Mối quan hệ cường độ chịu nén phòng thí nghiệm ngồi trường 3.2 Thiết kế hỗn hợp xi măng đất Đầu tiên đất lấy độ sâu khác mang phòng thí nghiệm, với mục đích gia cố tăng cường độ thiết kế cấp phối với hàm lượng xi măng khác xác định cường độ xi măng đất tuổi ngày, 28 ngày Nhằm phối hợp ảnh hưởng trường, tùy thuộc vào qui mô mức độ quan trọng dự án, thí nghiệm trường trước khởi Trang 62 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 11, SỐ 11 - 2008 9.0 8.0 7.0 (MPa) Cường độ chòu nén 28 ngày cơng thường tiến hành chọn vị trí cơng trình Với dự án nhỏ sử dụng tài liệu có để thiết kế Tỷ lệ cuối hỗn hợp xi măng đất thiết kế dựa yêu cầu cường độ (trên nguyên tắc bảo đảm cường độ nằm phạm vi cho phép), kết thí nghiệm phòng trường, ảnh hưởng môi trường thiết bị thi công Theo kinh nghiệm, hàm lượng xi măng khoảng 50 ~ 300 kg/m3 đất Theo thống kê hàm lượng xi măng thay đổi theo loại đất 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 130 140 150 160 170 180 190 200 Tỷ lệ xi măng (kg/m3) Hiện trường Phòng thí nghiệm Hình Mối quan hệ hàm lượng xi măng với cường độ chịu nén 28 ngày đại lộ Ðông Tây Tp HCM NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN Trong năm gần công nghệ cải tạo đất cọc xi-măng đất ứng dụng nhiều nước ta Như đại lộ Đông Tây Thành phố Hồ Chí Minh, dự án cải tạo mơi trường thành phố Hồ Chí Minh, tầng hầm cơng trình cao tầng Tamsquaer Đồng Khởi Tp Hồ Chí minh nhà máy điện Ơ mơn Cần Thơ số cơng trình cảng Bà Rịa –Vũng Tàu, v.v Nhưng nhà thầu phần lớn Nhật, Trung Quốc, Đài loan Vì chưa có kinh nghiệm, qui trình thiết kế thi cơng nước ta giai đoạn soạn thảo sơ lược, chưa cụ thể đầy đủ Vì viết hy vọng giới thiệu cho người đọc tiếp cận với cơng nghệ cải tạo đất-ximăng nhanh chóng đạt hiệu cao Tuy công nghệ giai đoạn bước đầu sử dụng số cơng trình nước ta Sau số nhận xét kiến nghị tác giả: * Trong hai phương pháp trộn khô trộn ướt; phương pháp trộn ướt có nhược điểm thiết bị đắt tiền áp dụng vào thực tiễn đạt hiệu cao nhiều so với phương pháp trộn khơ * Qua phương pháp tính tốn vừa trình bày trên, tác giả nhận thấy quan điểm xem trụ đất-xi măng làm việc trụ có nhiều hạn chế Theo quan điểm đòi hỏi trụ đất –xi măng phải có độ cứng tương đối lớn mũi trụ phải đưa vào tầng đất chịu tải Khi tải trọng truyền vào móng chủ yếu truyền vào trụ đất-xi măng Trong trường hợp trụ đất ximăng khơng đưa vào tầng đất chịu lực dùng phương pháp tính trụ ma sát; Chính mà quan điểm có nhiều hạn chế đưa vào tính tốn cho địa tầng đất yếu khu vực thành phố Hồ Chí Minh Quan điểm xem cọc đất-xi măng đất mơ hình tương đương có nhiều hạn chế Vì theo quan điểm xem trụ đất đáy móng đồng trường hợp áp dụng mật độ cọc xi măng thiết kế dày Trang 63 Science & Technology Development, Vol 11, No.11 - 2008 Phương pháp tính tốn theo quan điểm hỗn hợp viện kỹ thuật châu Á (AIT) có nhiều ưu điểm phù hợp với thực tế * Tỷ lệ xi măng có ảnh hưởng tuyến tính đến cường độ chịu nén nở hơng xi măng-đất Điều cho thấy dàng dự đoán lượng xi măng cần dùng sản phẩm xi măng đất thực tế * Mối quan hệ cường độ chịu nén phòng thí nghiệm-hiện trường biểu thị dạng hàm quan hệ sau: qptn = (3-5)qhtr Tỷ lệ biến đổi phụ thuộc vào loại đất môi trường sử dụng SOFT GROUND TREATING METHODS BY USING SOIL – CEMENT COLUMN Đau Van Ngo University of Technology, VNU-HCM ABSTRACT: This paper gives an overview of soft ground treating methods which are used soil-cement columns, calculated methods and geomaterial designs It also shows the relationship between Laboratory and in-situ compressive strength at 28-day age of Sai Gon East West high way project TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Quý An, Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Văn Quỳ, Cơ học đất, Nhà xuất Giáo dục, năm (1995) [2] Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Tp.HCM, năm (2004) [3] Bergado D.T, Chai J.C, Alfaro M.C, Những biện pháp kỹ thuật cải tạo đất yếu xây dựng Nhà xuất Giáo dục, năm (1996) [4] Nguyễn Quốc Dũng, Phùng Vĩnh An, Nguyễn Quốc Huy, Công nghệ khoan cao áp xử lý đất yếu, Nhà xuất Nông nghiệp, năm (2005) [5] Trung Tâm Nghiên Cứu Công Nghệ Thiết Bị Công Nghiệp trường Đại học Bách Khoa-Đại học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh - Kết thí nghiệm cấp phối cọc đất- xi măng đại lộ Đơng Tây Tp Hồ Chí Minh Trang 64 ... dựng cơng trình ngân hàng TMCP Vĩnh Thuận, TP. Cần Thơ - Quy trình tính tốn, thiết kế sơ cọc xi măng đất khu vực xây dựng ngân hàng Vĩnh Thuận - Quy trình phƣơng pháp thi cơng cọc xi măng đất - Đánh... biện pháp xử lý đất bên dƣới móng cơng trình, khu vực có tầng đất yếu dày Một biện pháp xử lý hiệu kinh tế dùng phƣơng pháp cọc xi măng đất Cọc xi măng đất đƣợc áp dụng rộng rãi việc xử lý móng đất. .. đề tài nghiên cứu :” xử lý đất yếu cọc xi măng đất cho cơng trình ngân hàng TMCP Vĩnh Thuận, TP Cần Thơ đƣợc thực nhằm nghiên cứu đƣa giải pháp khả thi, tiết kiệm cho cơng trình MỤC TIÊU ĐỀ TÀI