Bài viết trình bày về công nghệ cọc xi măng - đất (DSMC – Deep Soil Mixed Column) và sự ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến sức chịu tải của cọc xi măng - đất đối với nền đất thuộc công trình Đại lộ Đông – Tây, Thành phố Hồ Chí Minh. Quá trình nghiên cứu được thực hiện dựa trên việc thi công thử các cọc xi măng - đất tại khu vực dự án, khoan lấy mẫu và tiến hành thí nghiệm nén một trục nở hông nhằm xác định hàm lượng xi măng hợp lý cho nền đất yếu cần xử lý, đồng thời đánh giá mức độ ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ cọc.
TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 18-02/2016 37 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG XI MĂNG ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC XI MĂNG - ĐẤT TẠI CƠNG TRÌNH ĐẠI LỘ ĐƠNG – TÂY, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH STUDY ON THE AFFECTION OF CEMENT CONTENT TO THE LOAD CAPACITY OF DEEP SOIL MIXED COLUMN IN EAST – WEST HIGHWAY, HO CHI MINH CITY TS Nguyễn Thành Đạt, ThS Đỗ Thanh Tùng Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng Tóm tắt: Bài viết trình bày công nghệ cọc xi măng - đất (DSMC – Deep Soil Mixed Column) ảnh hưởng hàm lượng xi măng đến sức chịu tải cọc xi măng - đất đất thuộc cơng trình Đại lộ Đơng – Tây, Thành phố Hồ Chí Minh Q trình nghiên cứu thực dựa việc thi công thử cọc xi măng - đất khu vực dự án, khoan lấy mẫu tiến hành thí nghiệm nén trục nở hông nhằm xác định hàm lượng xi măng hợp lý cho đất yếu cần xử lý, đồng thời đánh giá mức độ ảnh hưởng hàm lượng xi măng đến cường độ cọc Từ khóa: DSMC, cột xi măng – đất, sức chịu tải, hàm lượng xi măng Abstract: This paper presents a case study on Deep Soil Mixed Column Technology (DSMC) and the affection of cement content to the load capacity of deep soil mixed column in East – West Highway, HCM City The study base on these scientific activities: build trial DSMCs, sample by core drilling and experiment with unconfined compression test to define the rational cement content and estimate the affection of cement content to the load capacity of DSMC Key words: DSMC, Deep Soil Mixed Column, load capacity, cement content Giới thiệu Trong công tác xử lý đất yếu Việt Nam, công nghệ cọc xi măng – đất ngày sử dụng rộng rãi ưu điểm bật Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cọc, hàm lượng xi măng sử dụng đóng vai trò quan trọng cần nghiên cứu kỹ lưỡng Vì vậy, báo đời nhằm đóng góp phần làm sáng tỏ vấn đề nêu dựa theo nghiên cứu, thí nghiệm thực với đất yếu cơng trình Đại lộ Đơng – Tây khu vực Quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh Công nghệ cọc ximăng - đất: [1] Cọc ximăng - đất (DSMC) cọc làm từ đất chỗ, gia cố với hàm lượng ximăng phụ gia định tùy thuộc vào loại tính chất - lý - hoá đất nơi khu vực đặt cơng trình Mục đích cơng nghệ nhằm tăng cường độ đất nền, giảm tính thấm, tính lún tăng sức bền dựa phản ứng - lý - hoá ba thành phần đất chỗ, ximăng phụ gia Đường kính cọc DSMC thường 0,6 – 1,5m đạt đến chiều sâu 40m DSMC nghiên cứu ứng dụng rộng rãi vào năm 1976 Phần lớn vấn đề nghiên cứu xuất phát từ Nhật Bản Có hai công nghệ chế tạo DSMC nay: - Trộn khô: trình cắt đất trộn với hàm lượng ximăng khô thiết bị lưỡi dao quay, thêm khơng thêm phụ gia Thường dùng cho điều kiện địa chất mềm, thích hợp cho nước vùng Scandinavian - Trộn ướt: cắt đất trộn với hàm lượng hỗn hợp ximăng lưỡi dao quay Hỗn hợp thêm khơng thêm phụ gia bơm áp lực nước Thích hợp cho điều kiện địa chất Việt Nam Trình tự thi công: - Chuẩn bị mặt thi công - Khoan xoay xối nước qua cần khoan mũi khoan 38 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 18, Feb 2016 - Cần phải dùng loại cần khoan chuyên dụng Sau đưa mũi khoan đến độ sâu thiết kế, trình vữa bắt đầu Vữa qua vòi phun với áp suất vận tốc cao, phá vỡ kết cấu đất tạo thành cấu trúc ximăng đất vững Trong trình vữa, cần khoan vừa xoay vừa rút lên, tạo thành cột tròn xi măng – đất Đặc điểm cơng trình nghiên cứu Cơng trình lựa chọn cho cơng tác nghiên cứu cơng trình Đại lộ Đơng – Tây (Nay Đại lộ Mai Chí Thọ - Võ Văn Kiệt, Thành phố Hồ Chí Minh) với địa điểm cụ thể bảng Tại địa điểm nghiên cứu, số lượng cọc xi măng – đất thi công thử nghiệm với hàm lượng xi măng khác là: 140kg/m3, 150 kg/m3, 180 kg/m3, 200 kg/m3 [5] Mục đích việc thi cơng cọc thử nhằm xác định hàm lượng xi măng phù hợp để thi cơng đại trà qua xác định chất lượng việc thi công cọc xi măng đất (DSMC) Phương pháp thí nghiệm: Tại vị trí cọc thử, lấy mẫu để thí nghiệm nén trục nở hơng (sau 28 ngày) Quy trình thí nghiệm thực sau: [5] - Mẫu lấy ống thành mỏng, đường kính xấp xỉ 150mm (hình 2) Bảng Bảng thống kê vị trí số lượng cọc xi măng - đất thử nghiệm [5] - Mẫu lấy từ cọc 2m Mỗi cọc khoan lỗ lấy mẫu - Khoảng cách tâm mẫu đến tâm cọc 150 mm(=D/4: D=600mm) hình Vị trí Số lượng cọc thử Cầu Kênh 18 Cầu Kênh 1A 16 Cầu Cá Trê Nhỏ 16 Cầu Cá Trê Lớn 16 STT Khu vực địa chất tuyến Đại Lộ Đông - Tây đa phần bao gồm lớp địa chất sau: [4] - Lớp 1: Lớp đất san lấp bề dày từ 1,2m đến 2,0m - Lớp 2: Lớp bùn hữu yếu có bề dày từ 15m đến 20m - Lớp 3: Lớp bùn hữu yếu có bề dày từ đến 10m - Lớp 4: Cát sét nhão màu xám đen có bề dày từ đến 5m - Lớp 5: Lớp đất từ cứng đến nửa cứng Cọc xi măng đất sử dụng để gia cố đất nên thi công cọc đến hết độ sâu lớp đất yếu (khoảng 30m), đường kính cọc D = 600mm Hình Hình ảnh cọc xi - măng đất thử nghiệm Hình Hình ảnh ống lất mẫu trường 0.15m 0.30m 0.30m 0.60m Hình Vị trí khoan lấy mẫu cọc thử - Mẫu gọt cho nhẵn thẳng đứng Hình Hình ảnh mẫu thí nghiệm - Các kích thước mẫu đo ghi lại - Các mẫu thí nghiệm nén máy nén UCT (Unconfined Compression Test) - Kiểm tra, ghi lại số liệu thí nghiệm Hình Hình ảnh thí nghiệm UCT TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 18-02/2016 Kết thí nghiệm: [5] 5.1 Kết thí nghiệm vị trí Cầu Kênh 1: Kết thí nghiệm thể qua đồ thị hình hình 39 thị Hình 10 Hình 11 Hình 10 Cường độ cọc DSMC (qu28) vị trí cầu Cá Trê Nhỏ Hình Cường độ cọc DSMC (qu28) vị trí cầu Kênh Hình 11 Quan hệ hàm lượng xi măng với Hình Quan hệ hàm lượng xi măng với cường độ cọc DSMC Cầu Kênh cường độ DSMC Cầu Cá Trê Nhỏ 5.4 Kết thí nghiệm vị trí Cầu Cá Trê Lớn: Kết thí nghiệm thể qua đồ thị hình 12 hình 13 5.2 Kết thí nghiệm vị trí Cầu Kênh 1A: Kết thí nghiệm thể qua đồ thị hình hình Hình 12 Cường độ cọc DSMC (qu28) vị trí cầu Cá Trê Lớn Hình Cường độ cọc DSMC (qu28) vị trí cầu Kênh 1A Hình 13 Quan hệ hàm lượng xi măng với cường độ DSMC Cầu Cá Trê Lớn Hình Quan hệ hàm lượng ximăng với cường độ cọc DSMC Cầu Kênh 1A 5.3 Kết thí nghiệm vị trí Cầu Cá Trê Nhỏ: Kết thí nghiệm thể qua đồ 5.5 Nhận xét kết thí nghiệm: Dựa kết thí nghiệm nén trục nở hơng trên, tác giả đưa đồ thị tổng hợp quan hệ hàm lượng xi măng cường độ chịu tải DSMC hình 14 40 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 18, Feb 2016 Hình 14 Quan hệ hàm lượng xi măng với cường độ cọc DSMC Nhìn chung địa chất khu vực Đại lộ Đơng - Tây, điển hình vị trí Cầu Kênh 1, 1A, Cầu Cá Trê Nhỏ, Cầu Cá Trê Lớn, sử dụng cọc DSMC gia cố đất yếu cường độ cọc DSMC qu dao động từ 400-850 kN/m2 với hàm lượng xi măng từ 140 kg/m3 – 200 kg/m3 Theo lý thuyết, lớp đất tăng hàm lượng xi măng cường độ qu tăng theo Hầu hết trường hợp tăng hàm lượng xi măng từ 140 kg/m3 đến 180kg/m3 cường độ tăng tuyến tính hàm lượng xi măng tăng lên đến 200kg/m3 cường độ tăng chậm lại độ tăng có khuynh hướng giảm, điều chứng tỏ hàm lượng xi măng hợp lý khu vực địa chất nên chọn 180 kg/m3 Kết luận kiến nghị: Qua kết nghiên cứu, nhận thấy rằng: - Khi hàm lượng xi măng m3 đất tăng sức chịu tải cọc DSMC có xu hướng tăng Tuy nhiên, với khoảng hàm lượng xi măng hợp lý, sức chịu tải cọc tăng nhanh theo chiều hướng tuyến tính (khoảng 140-180 kg/m3 cơng trình nghiên cứu Đại lộ Đơng – Tây) Nếu sử dụng lượng xi măng vượt khoảng hàm lượng sức chịu tải cọc tăng chậm dần không đạt yêu cầu mặt kinh tế Vì việc xác định hàm lượng xi măng hợp lý cho công tác xử lý DSMC cần thiết Nó đảm bảo cho cọc xi măng – đất đạt yêu cầu cường độ, đồng thời giảm chi phí đầu tư - Ứng với khu vực địa chất khác có mức hàm lượng xi măng sử dụng khác Vì vậy, kiến nghị nên thực cơng tác thí nghiệm cho trường hợp Tuy nhiên, khơng có điều kiện thí nghiệm tham khảo tài liệu cơng trình tương tự Ví dụ, áp dụng kết nghiên cứu cho cơng trình xử lý DSMC khu vực lân cận Đại lộ Đông – Tây - Cường độ nén trục nở hông mẫu thí nghiệm với đường kính nhỏ theo ghi nhận mẫu nén có đường kính lớn Vì vậy, tác giả kiến nghị nên kết hợp thêm thí nghiệm xun động DCPT (Dynamic Cone Penetration Test) trường để tăng thêm đa dạng phép so sánh nhằm tối ưu hoá lựa chọn hàm lượng xi măng Tài liệu tham khảo: [1] Nguyễn Viết Trung, Vũ Minh Tuấn (2010), “Cọc đất xi măng – Phương pháp gia cố đất yếu”, NXB Xây dựng [2] Đậu Văn Ngọ (2009), “Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ cọc xi măng đất”, Science & Technology Development, Vol 12, No 05-2009 [3] Bộ Xây Dựng (2006), “TCXDVN 385-2006: Phương pháp gia cố đất yếu trụ đất xi măng” [4] Trung tâm nghiên cứu công nghệ & thiết bị công nghệ, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh (2009), “Báo cáo khảo sát địa chất cho cơng trình đường Thủ Thiêm” [5] Obayashi Corporation (2009), “Report of Test Result of Trial DSMC” Ngày nhận bài: 01/02/2016 Ngày chấp nhận đăng: 15/02/2016 Phản biện: TS Trần Thiện Lưu ... cột tròn xi măng – đất Đặc điểm cơng trình nghiên cứu Cơng trình lựa chọn cho cơng tác nghiên cứu cơng trình Đại lộ Đơng – Tây (Nay Đại lộ Mai Chí Thọ - Võ Văn Kiệt, Thành phố Hồ Chí Minh) với... kg/m3 cơng trình nghiên cứu Đại lộ Đông – Tây) Nếu sử dụng lượng xi măng vượt khoảng hàm lượng sức chịu tải cọc tăng chậm dần không đạt yêu cầu mặt kinh tế Vì việc xác định hàm lượng xi măng hợp... nghiên cứu, nhận thấy rằng: - Khi hàm lượng xi măng m3 đất tăng sức chịu tải cọc DSMC có xu hướng tăng Tuy nhiên, với khoảng hàm lượng xi măng hợp lý, sức chịu tải cọc tăng nhanh theo chiều hướng