Bài viết trình bày kết quả ứng dụng phương pháp cọc cátxi măngvôi để gia cố, xử lý nền đất yếu tại Trường Trung học Phổ thông Tây Thái Thụy, Thái Bình. Kết quả cho thấy,sau khi gia cố, lực dính của đất nền tăng 126%, hệ số nén lún giảm 55%, mô đun tổng biến dạng tăng 277%.
78 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ (2018) 78-85 Thiết kế xử lý đất yếu cọc cát-xi măng-vôi Trường Trung học phổ thơng Tây Thái Thụy, Thái Bình Tạ Đức Thịnh * Khoa Xây dựng, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Quá trình: Nhận 15/6/2018 Chấp nhận 20/7/2018 Đăng online 31/8/2018 Phương pháp xử lý đất yếu cọc cát-xi măng-vôi phương pháp mới, đề xuất sở phương pháp cọc cát, cọc đất-xi măng cọc đất-vôi Cơ sở phương pháp luận phương pháp tác dụng nén chặt học, tác dụng cố kết thấm tác dụng gia tăng cường độ vật liệu cọc đất xung quanh cọc sau gia cố Bài báo trình bày kết ứng dụng phương pháp cọc cát-xi măng-vôi để gia cố, xử lý đất yếu Trường Trung học Phổ thơng Tây Thái Thụy, Thái Bình Kết cho thấy, sau gia cố, lực dính đất tăng 126%, hệ số nén lún giảm 55%, mô đun tổng biến dạng tăng 277% Từ khóa: Đất yếu Cọc cát-xi măng-vơi Sức chịu tải Độ lún © 2018 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Mở đầu Đất yếu loại đất có thành phần, trạng thái tính chất đặc biệt, phân bố rộng rãi nước ta, đặc biệt vùng đồng Bắc Bộ đồng sơng Cửu Long (Trần Đình Kiên, 2016) Đây loại đất có sức kháng cắt nhỏ, tính biến dạng lớn, nhạy cảm với tác động tải trọng ngồi Khi xây dựng loại cơng trình đất yếu, dù có quy mơ, tải trọng vừa nhỏ, khơng có giải pháp gia cố, xử lý thích hợp, cơng trình bị hư hỏng, chí bị phá hủy ổn định cường độ biến dạng (Nguyễn Trấp, Nguyễn Anh Dũng, 1985) Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý, gia cố đất yếu ứng dụng nước ta phương pháp cọc cát, giếng cát, bấc thấm, _ *Tác giả liên hệ E-mail: taducthinh@humg.edu.vn cọc đất-xi măng, cọc đất-vơi mang lại hiệu tích cực, đáp ứng yêu cầu thực tiễn xây dựng cơng trình (Bergado, 1994) Tuy nhiên, phương pháp có ưu điểm, nhược điểm định Phương pháp cọc cát có ưu điểm sau thi công, tác dụng nén chặt học phát huy xây dựng cơng trình Thế nhưng, khu vực có mực nước ngầm dao động mạnh, cọc cát dễ bị gãy, cắt, hạt cát đáy cọc di cư nơi khác làm cho chân cọc bị rỗng, dẫn đến sức chịu tải cọc giảm đáng kể theo thời gian, gây ổn định công trình Phương pháp giếng cát, bấc thấm có ưu điểm tăng nhanh q trình cố kết nước đất nhược điểm thời gian chờ đất nước q lâu, cơng trình chậm thi công dẫn đến hiệu đầu tư không cao Phương pháp cọc đất-xi măng có ưu điểm gia tăng cường độ chịu tải cọc theo ý muốn, tiến hành xây dựng cơng trình sau Tạ Đức Thịnh/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 78-85 kết thúc trình thi cơng cọc Tuy nhiên, phương pháp có nhược điểm không làm tăng sức chịu tải đất xung quanh cọc trường hợp mũi cọc phân bố lớp đất yếu hiệu xử lý, gia cố không cao (Tạ Đức Thịnh, 2002) Để khắc phục nhược điểm phát huy ưu điểm phương pháp trên, đề xuất phương pháp xử lý, gia cố đất yếu cọc cát - xi măng - vôi Đây phương pháp mới, phát huy ưu điểm khắc phục nhược điểm phương pháp cọc cát, cọc đất - xi măng cọc đất - vôi, đồng thời tận dụng nguồn vật liệu chỗ, phù hợp với điều kiện Việt Nam, mang lại hiệu kinh tế - kỹ thuật cao Mặc dù vậy, nay, phương pháp chưa ứng dụng rộng rãi, phần chưa xây dựng sở lý thuyết thực nghiệm vững chắc, công nghệ thi công chưa đại, phần quan trọng hơn, là, chưa quan có thẩm quyền cho phép triển khai Để tiếp tục hoàn thiện sở lý thuyết thực nghiệm, áp dụng phương pháp để xử lý, gia cố đất yếu số công trình có quy mơ, tải trọng vừa nhỏ Quảng Ninh, Thanh Hóa, đặc biệt Trường Trung học Phổ thơng Tây Thái Thụy, Thái Bình, bước đầu mang lại kết rõ rệt kĩ thuật kinh tế (Trần Đình Kiên, 2016) Cơ sở lý thuyết phương pháp gia cố đất yếu cọc cát-xi măng-vơi Như nói, phương pháp gia cố đất yếu cọc cát-xi măng-vôi phương pháp kết hợp phương pháp cọc cát, cọc đất-xi măng cọc đất-vôi Bản chất phương pháp dùng thiết bị chuyên dụng đưa lượng vật liệu hỗn hợp bao gồm cát, xi măng, vôi vào đất để tạo cọc hỗn hợp cát-xi măng-vơi có cường độ định nhằm tăng sức chịu tải nền, giảm độ lún cơng trình Cơ sở phương pháp luận phương pháp cọc cát-xi măng-vôi xử lý đất yếu sở lý thuyết thực nghiệm làm sáng tỏ trình nén chặt học, trình cố kết thấm, trình gia tăng cường độ cọc sức kháng cắt đất nền, việc tính tốn sức chịu tải độ lún sau gia cố, cụ thể sau: 2.1 Quá trình nén chặt học 79 Phương pháp cọc cát-xi măng-vôi giống phương pháp cọc cát, khác vật liệu làm cọc cát mà hỗn hợp cát, xi măng vôi Lượng hỗn hợp cát, xi măng vôi đưa vào chiếm chỗ lỗ rỗng đất nền, làm cho tổng thể tích lỗ rỗng giảm đi, hạt đất xếp lại, kết đất nén chặt, sức kháng cắt tăng lên, hệ số nén lún giảm Q trình mơ tả sau: Nếu xét khối đất tích ban đầu Vo, thể tích hạt rắn Vho, thể tích lỗ rỗng ban đầu Vro, ta có: Vo = Vho + Vro Sau gia cố, thể tích khối đất V, thể tích hạt rắn Vh, thể tích lỗ rỗng Vr, ta có: V = Vh + Vr Như vậy, thay đổi thể tích khối đất trước sau gia cố V = Vo - V = (Vho + Vro) - (Vh + Vr) = Vho + Vro - Vh - Vr Do hạt rắn không biến dạng nên thể tích hạt rắn trước sau gia cố khơng đổi (Vho = Vh), vậy, V = Vro - Vr = Vr, V = Vr Biểu thức cho thấy chất trình nén chặt học, nghĩa là, thay đổi thể tích khối đất gia cố thay đổi thể tích lỗ rỗng khối đất 2.2 Quá trình cố kết thấm Ngồi tác dụng nén chặt học, phương pháp cọc cát-xi măng-vơi có tác dụng làm tăng nhanh q trình cố kết nước đất Sở dĩ vì, hỗn hợp cát-xi măng-vôi trộn khô, đưa vào hút nước để tạo vữa xi măng-vơi sau đơng cứng biến thành đá xi măng Quá trình xảy sau bắt đầu gia cố chia thành hai thời kỳ: thời kỳ ninh kết thời kỳ rắn Trong thời kỳ ninh kết, vữa xi măng dần tính dẻo đặc dần lại chưa có cường độ Trong thời kỳ rắn chắc, chủ yếu xảy trình thủy hóa thành phần khống vật clinke, gồm silicat tricalcit 3CaO SiO2, silicat bicalcit 2CaO SiO2, aluminat tricalcit 3CaO Al2O3, feroaluminat tetracalcit 4CaO.Al2O3.Fe2O3 theo phương trình sau: + 3CaO SiO2 + nH2O = Ca(OH)2 + 2CaO SiO2(n-1)H2O + 2CaO SiO2 + mH2O = 2CaO SiO2mH2O + 3CaO Al2O3 + 6H2O = 3CaO Al2O3 6H2O + 4CaO Al2O3 Fe2O3 + nH2O = 3CaO Al2O3 6H2O + CaO Fe2O3 mH2O Các sản phẩm hình thành sau trình thủy hóa (Ca(OH)2, 3CaO Al2O3 6H2O) trải qua giai đoạn hòa tan, hóa keo kết tinh, làm tổn thất lượng nước lớn lỗ rỗng đất Ngồi ra, 80 Tạ Đức Thịnh/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 78-85 trình thủy hóa vơi kèm theo tỏa nhiệt làm tăng nhanh trình cố kết đất nền, biểu diễn phản ứng sau: CaO + H2O = Ca(OH)2 +15,5 Kcalo Mặt khác, sử dụng cát hạt thô trộn với xi măng vôi theo tỷ lệ thích hợp sau đơng cứng, cọc cát-xi măng-vơi có cấu trúc dạng ’‘tổ ong’’, tiếp tục cho nước thấm qua làm việc tương tự giếng thu nước thẳng đứng Dưới tác dụng tải trọng cơng trình, với thời gian, ứng suất hữu hiệu tăng lên, ứng suất trung tính giảm đi, nước lỗ rỗng đất thấm vào cọc theo phương ngang thoát lên mặt đất theo chiều dài cọc Q trình biểu diễn phương trình z = + U, đó, z ứng suất tổng, ứng suất hữu hiệu, U ứng suất trung tính (Tạ Đức Thịnh, 2002) 2.3 Quá trình gia tăng cường độ cọc sức kháng cắt đất xung quanh cọc Về chất, cọc cát-xi măng-vôi khác cọc đấtxi măng chỗ, vật liệu tạo nên cọc cát-xi măng-vôi bao gồm hỗn hợp cát, xi măng vơi, vật liệu tạo nên cọc đất-xi măng bao gồm đất xi măng Như vậy, trộn cát với xi măng vôi, hỗn hợp hút nước tạo vữa cát- xi măng-vôi đông cứng lại, sức kháng cắt hỗn hợp tăng lên đáng kể nhờ gia tăng thành phần lực dính xi măng vơi tạo Q trình giải thích sau: Khi chưa có xi măng vôi, sức kháng cắt cát τ=σtgφ, với φ góc ma sát cát Sau trộn xi măng vôi vào cát, hỗn hợp cát-xi măng-vôi hút nước tạo thành vữa cát-xi măng-vôi đông cứng, sức kháng cắt lúc có thêm thành phần lực dính xi măng vơi tạo ra, τ=σtgφ+Cxm, với Cxm lực dính tạo liên kết xi măng-vơi Ngồi ra, cọc cát-xi măng-vơi tạo trình trao đổi ion phản ứng puzolan xảy mặt tiếp xúc cọc cát-xi măng-vôi đất Các ion canxi hóa trị hai thay ion natri hydro hóa trị lớp điện kép bao quanh hạt khoáng vật sét đất Vì cần canxi hóa trị hai để trung hòa lưới điện âm bề mặt khống vật sét nên giảm kích thước lớp điện kép làm tăng lực hút hạt sét, dẫn đến lực dính đất tăng lên Mặt khác, silic nhơm khống vật sét phản ứng với silicat canxi hydrat nhôm canxi phản ứng puzolan, tạo hợp chất có độ bền cao mơi trường nước Những trình làm tăng lực ma sát lực dính đất xung quanh cọc gia cố, dẫn đến gia tăng cường độ đất (Tạ Đức Thịnh, 2002) 2.4 Vấn đề tính tốn sức chịu tải độ lún cơng trình Việc tính tốn sức chịu tải độ lún công trình sau gia cố cho xác đảm bảo độ tin cậy vấn đề quan trọng thiết kế xử lý đất yếu cọc cát-xi măng-vôi Do phương pháp nên việc tính tốn sức chịu tải độ lún gia cố cọc cát-xi măng-vơi có nhiều ý kiến khác Một số nhà khoa học đề nghị tính tốn sức chịu tải cọc độ lún cơng trình theo phương pháp hành giống phương pháp tính tốn gia cố cọc đất-xi măng mà Bengt Brome, Bergado nhiều người khác đề xuất (Bergado et al., 1994) Tuy nhiên, phương pháp tính sức chịu tải độ lún hành gia cố cọc đất-xi măng có hạn chế, mũi cọc phân bố lớp đất yếu (Tạ Đức Thịnh, 2017) Theo quan điểm địa chất cơng trình, tất phương pháp gia cố, xử lý đất yếu phương pháp cải tạo tính chất lý đất nền, làm cho đất sau gia cố có tính xây dựng tốt lên, nâng cao sức chịu tải, giảm độ lún cơng trình Vì vậy, chúng tơi cho rằng, coi đất yếu sau gia cố cọc cát-xi măng-vơi đất mới, có thành phần, trạng thái tính chất lý Khi đó, hồn tồn tính tốn sức chịu tải độ lún cơng trình theo cách tính thông thường theo lý thuyết đàn hồi biến dạng tuyến tính Vấn đề cần xác định hàm lượng cát, xi măng, vơi thích hợp cho cường độ cọc cát-xi măng-vơi khơng có khác biệt lớn so với cường độ đất xung quanh cọc để coi đất biến dạng tuyến tính, đồng đẳng hướng Tuy nhiên, tính tốn độ lún cơng trình sau gia cố, có số ý kiến đặt vấn đề: lượng vật liệu cát, xi măng, vôi đưa vào có coi tải trọng gây lún hay khơng? Đây vấn đề phức tạp, nhiều tranh luận Chúng cho rằng, cần phân biệt hai trường hợp thi công chậm thi công nhanh Tạ Đức Thịnh/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 78-85 Trường hợp thi công chậm trường hợp sau gia cố thời gian bắt đầu thi cơng xây dựng cơng trình Trong trường hợp này, hồn tồn coi gia cố tự nhiên mới, vì, lượng cát, xi măng, vôi đưa vào phát huy hết tác dụng (nén chặt học, cố kết thấm, gia tăng cường độ cọc đất xung quanh cọc), làm thay đổi trạng thái ứng suất thân đất Khi đó, đất yếu gia cố trở thành đất mới, có thành phần, trạng thái tính chất lý việc tính tốn sức chịu tải biến dạng hồn toàn tự nhiên Nghĩa là, lượng cát, xi măng, vôi đưa vào coi tải trọng ngồi gây lún Trường hợp thi cơng nhanh, tức sau hoàn thành việc gia cố tiến hành xây dựng cơng trình Trong trường hợp này, rõ ràng, lượng cát, xi măng, vôi đưa vào phát huy hết tác dụng nén chặt học, tác dụng cố kết thoát nước gia tăng cường độ cọc đất xung quanh cọc phải sau thời gian phát huy hết Như vậy, có phần cát, xi măng, vơi xem tải trọng ngồi gây biến dạng nền, phần lại, theo thời gian tiếp tục phát huy tác dụng cố kết, gia tăng cường độ cọc đất xung quanh cọc Nghĩa là, phần cát, xi măng, vôi xem tải trọng ngồi gây lún cơng trình Tuy nhiên, việc xác định % lượng cát, xi măng, vơi đưa vào đóng vai trò tải trọng gây lún % lượng cát, xi măng, vôi đưa vào gây tác dụng biến dạng theo thời gian vấn đề phức tạp, cần có nhiều nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm để làm sáng tỏ Chúng tơi đề xuất lấy giá trị 50 % khối lượng cát, xi măng, vôi đưa vào bổ sung vào giá trị trị áp lực gây lún để 81 tính tốn độ lún cơng trình Tính tốn thiết kế xử lý đất yếu Trường Trung học Phổ thông Tây Thái Thụy 3.1 Đặc điểm cấu trúc Trường Trung học Phổ thông Tây Thái Thụy, Thái Bình xây dựng xã Thụy Anh, huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình, có quy mơ tầng với 21 phòng học, cầu thang khu vệ sinh khép kín Chiều dài cơng trình 82,4 m, chiều rộng 11,0 m, chiều cao 10,8 m, diện tích sử dụng 2006 m2 Cấu trúc khu vực xây dựng đến độ sâu 30 m gồm lớp đất (Công ty tư vấn quy hoạch khảo sát thiết kế xây dựng Thái Bình, 1999), theo thứ tự từ xuống sau: Lớp 1: Đất lấp, thành phần sét pha lẫn gạch vỡ, chiều dày 0,6 - 1,0 m Lớp 2: Bùn sét pha lẫn thấu kính cát bụi màu xám tro, có nhiều tạp chất hữu cơ, chiều dày 7,0 8,0 m Lớp 3: Bùn sét lẫn bùn sét pha, chiều dày trung bình 12,0 m Lớp 4: Sét pha dẻo mềm-dẻo chảy, chiều dày lớn 10,5 m Giá trị trung bình số tiêu lý lớp đất trình bày Bảng Với cấu trúc trên, kỹ sư tư vấn thiết kế đưa giải pháp móng cọc bê tơng cốt thép, kích thước 20 x 20 cm, chiều dài cọc 25 m, tựa vào lớp sét trạng thái dẻo mềm Tuy nhiên, việc sử dụng giải pháp móng cọc bê tông cốt thép làm tăng giá thành công trình nên sau phân tích, tính tốn yếu tố kĩ thuật - kinh tế, kiến nghị giải pháp móng băng gia cố cọc cát-xi măng-vơi Bảng Giá trị trung bình số tiêu lý lớp đất Chỉ tiêu Khối lượng thể tích Hệ số rỗng Độ ẩm Độ sệt Góc ma sat Lực dính Hệ số nén lún Môđun tổng biến dang Đơn vị g/cm3 % độ kG/cm2 cm2/kG kG/cm2 Lớp 1,67 1,387 47,18 1,351 6o35’ 0,05 0,101 22,0 Lớp 1,65 1,315 46,25 1,274 6o12’ 0,07 0,107 21,0 Lớp 1,72 1,006 45,3 0,75 10o12’ 0,18 0,054 59,0 82 Tạ Đức Thịnh/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 78-85 3.2 Xác định hàm lượng xi măng, vơi thích hợp hỗn hợp tạo cọc Việc xác định hàm lượng xi măng, vơi thích hợp có ý nghĩa quan trọng, vừa tiết kiệm kinh tế lại vừa tạo đất coi đồng nhất, đẳng hướng để áp dụng phương pháp tính toán theo lý thuyết đàn hồi biến dạng tuyến tính Để xác định hàm lượng xi măng, vơi thích hợp hỗn hợp tạo cọc, chúng tơi tiến hành chế tạo mẫu chế bị với vật liệu cát hạt trung, xi măng Pooclăng P300 Hoàng Thạch vôi bột nghiền từ vôi cục khô Hàm lượng xi măng vơi tính theo % khối lượng cát khô, là, xi măng: 5,0; 7,5; 10; 12,5 15 %, vôi: 5,0; 7,0; 9,0 11 % Cát, xi măng, vôi trộn khô với chậu cho thêm nước từ từ bình phun Mẫu đúc ống nhựa có đường kính 86 mm, chiều cao 172 mm Khi đúc mẫu, cho nước thấm ướt mẫu cho không bị chảy nước xi măng xung quanh khơng thấm xuống phía ống nhựa Sau đúc mẫu xong, để mẫu phòng, hàng ngày phun nước bảo dưỡng lên bề mặt sau bảo dưỡng 28 ngày, mẫu mang thí nghiệm thấm nén trục Tổng số mẫu thí nghiệm 25 Kết thí nghiệm trình bày Bảng Bảng Từ kết thí nghiệm mẫu chế bị rút số nhận xét sau: - Hệ số thấm cát hạt trung chưa có xi măng vơi 26,45 m/ngđ, - Hệ số thấm mẫu chế bị giảm dần hàm lượng xi măng vôi tăng, - Khi hàm lượng xi măng tăng > 10%, hệ số thấm mẫu chế bị giảm mạnh, - Hàm lượng xi măng thích hợp hỗn hợp cát-xi măng-vơi nên lấy < 10%, hàm lượng vôi nên lấy nhỏ 9% hệ số thấm cọc K > m/ngđ cho nước thấm qua - Cường độ kháng nén cọc tỷ lệ thuận với hàm lượng xi măng vôi Tuy nhiên, sau gia cố nền, môđun tổng biến dạng cọc đất xung quanh cọc cần có giá trị khác không lớn để áp dụng lý thuyết đàn hồi tính tốn sức chịu tải độ lún cơng trình nên hàm lượng xi măng vôi hỗn hợp tạo cọc nên lấy nhỏ 10% Trên sở thí nghiệm phân tích kỹ hiệu kinh tế - kỹ thuật, kiến nghị lựa chọn hàm lượng xi măng 7,5%, hàm lượng vơi 7% Khi đó, cọc cát-xi măng-vơi có hệ số thấm K = 16,09 m/nđ, cường độ kháng nén n = 9,2 kG/cm2 dễ dàng cho nước thấm qua áp dụng phương pháp hành để tính sức chịu tải độ lún cơng trình Bảng Giá trị trung bình hệ số thấm K mẫu chế bị (m/ngđ) Số TT Hàm lượng xi măng (%) 0,0 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 Hàm lượng vơi (%) (tỷ lệ % tính theo khối lượng cát khô) 0,0 5,0 7,0 9,0 11,0 26,45 22,85 21,82 20,46 18,77 17,12 18,49 17,27 16,09 14,78 13,56 3,66 3,14 2,67 2,06 1,64 1,17 1,00 0,80 0,61 0,38 0,80 0,70 0,47 0,33 0,23 Bảng Giá trị trung bình cường độ chịu nén trục mẫu chế bị (kG/cm2) Số TT Hàm lượng xi măng (%) 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 Hàm lượng vơi (%) (tỷ lệ % tính theo khối lượng cát khô) 0,0 5,0 7,0 9,0 11,0 1,6 2,3 3,5 4,8 6,6 5,5 7,2 9,2 11,8 15,0 21,2 22,7 24,2 25,7 27,6 49,8 49,8 50,1 50,5 50,7 60,4 60,4 60,6 60,5 60,6 Tạ Đức Thịnh/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 78-85 3.3 Thiết kế cọc cát-xi măng-vơi 3.3.1 Diện tích cần gia cố Diện tích cần gia cố đáy móng tính theo cơng thức (Nguyễn Trấp, Nguyễn Anh Dũng,1985): Fgc = 1,4b(a+0,4b) Trong đó: Fgc: Diện tích đáy móng cần gia cố; a, b: Chiều dài chiều rộng đáy móng 3.3.2 Chiều sâu gia cố Chiều sâu gia cố chiều dài cọc, phụ thuộc vào cấu trúc đất yếu chiều sâu ảnh hưởng nén ép công trình Nếu lớp đất yếu phân bố mặt đất lớp đất tốt cần gia cố hết chiều dày lớp đất yếu Tuy nhiên, tốt gia cố đến ranh giới vùng hoạt động nén ép cơng trình, thơng thường xác định độ sâu mà thỏa mãn điều kiện sau (Tạ Đức Thịnh, Nguyễn Huy Phương, 2002): - Ứng suất nén ép tải trọng cơng trình gây nhỏ 0,1 ứng suất thân đất điểm đó; - Ứng suất nén ép tải trọng cơng trình gây áp lực bắt đầu cố kết thấm; - Ứng suất nén ép tải trọng cơng trình gây độ bền kết cấu đất; - Ứng suất nén ép tải trọng cơng trình gây nhỏ 0,2 kG/cm2 (20 Pa) Kết tính toán cho thấy, độ sâu 7,5 m, ứng suất nén ép tải trọng cơng trình gây nhỏ 0,1 ứng suất thân đất Vì vậy, chọn chiều dài cọc gia cố 7,5 m 3.3.3 Đường kính khoảng cách cọc Căn vào quy mơ, tải trọng cơng trình, chiều dài cọc tính thiết bị chế tạo cọc, lựa chọn đường kính cọc 30 cm Khoảng cách cọc tính tốn phụ thuộc vào mạng lưới bố trí cọc Kiến nghị mạng lưới bố trí cọc mạng vng, khoảng cách cọc 1,0 m 3.3.4 Thiết bị thi cơng Có thể dùng thiết bị chuyên dụng máy LPS-3 hãng Linden Alimak - Thụy Điển dùng búa rung tạo chấn động đưa ống thép xuống đất nhồi vật liệu cọc Tuy nhiên, dùng máy chun dụng đòi hỏi mặt thi cơng 83 rộng, dùng búa rung ảnh hưởng đến cơng trình xung quanh Vì chúng tơi sử dụng thiết bị thi công máy khoan UGB-50M Liên bang Nga Đây loại máy khoan đa có cơng suất 150 mã lực, khoan guồng xoắn với chiều quay xuôi, ngược với mômen xoắn lớn Nguyên lý làm việc thiết bị dùng hệ thống thủy lực máy trọng lượng thiết bị làm đối trọng suốt trình ép đất xung quanh nhồi vật liệu cọc 3.4 Kết xử lý đất yếu Sau hoàn thành việc gia cố, xử lý đất yếu, tiến hành khoan hố khoan trực tiếp vào thân cọc, lấy mẫu (mỗi cọc lấy mẫu độ sâu khác nhau), khoan hố khoan lấy mẫu đất xung quanh cọc để thí nghiệm phòng, đồng thời tiến hành thí nghiệm xuyên tĩnh, thí nghiệm nén tĩnh để kiểm tra, đánh giá hiệu gia cố Thí nghiệm nén tĩnh phải đảm bảo nén đồng thời cọc vùng đất xung quanh cọc Kết thí nghiệm phòng trường cho thấy, tính chất lý đất sau gia cố cải thiện đáng kể, hiệu nén chặt đất thể rõ rệt qua giá trị hệ số rỗng giảm, khối lượng thể tích tự nhiên tăng; tác dụng q trình cố kết nước thể thông qua giá trị độ ẩm giảm, độ sệt giảm; tác dụng gia tăng cường độ đất thể thơng qua giá trị góc ma sát trong, lực dính mơđun tổng biến dạng tăng, hệ số nén lún giảm (Bảng 4) Sử dụng giá trị tiêu lý đất sau gia cố để tính sức chịu tải độ lún cơng trình theo cơng thức lý thuyết đàn hồi biến dạng tuyến tính xác định giá trị sức chịu tải độ lún cơng trình hồn tồn đáp ứng u cầu, nghĩa sức chịu tải đất sau gia cố lớn áp lực cơng trình truyền đáy móng, độ lún cơng trình nhỏ độ lún giới hạn cho phép Kết luận kiến nghị Từ kết nghiên cứu trình bày rút kết luận kiến nghị sau: - Phương pháp gia cố, xử lý đất yếu cọc cát-xi măng-vôi phương pháp với sở phương pháp luận trình làm gia tăng sức chịu tải nền, giảm độ lún cơng trình, gồm: 84 Tạ Đức Thịnh/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 78-85 Bảng Giá trị tiêu lý lớp đất trước sau gia cố Chỉ tiêu Khối lượng thể tích Hệ số rỗng Độ ẩm Độ sệt Góc ma sat Lực dính Hệ số nén lún Môđun tổng biến dang Độ bền nén cọc Đơn vị g/cm3 % độ kG/cm2 cm2/kG kG/cm2 kG/cm2 Giá trị trước gia cố 1,67 1,387 47,18 1,351 6o35’ 0,05 0,101 22,0 24 (lý thuyết) trình nén chặt học, trình cố kết thấm trình gia tăng cường độ vật liệu cọc đất xung quanh cọc Nền đất yếu sau gia cố coi đất mới, có thành phần, trạng thái, tính chất lý sử dụng lý thuyết đàn hồi, lý thuyết biến dạng tuyến tính để tính sức chịu tải độ lún cơng trình - Hàm lượng xi măng, vơi thích hợp hỗn hợp vật liệu tạo cọc kiến nghị lấy xi măng 7,5 đến 10 %, vôi đến % (so với khối lượng cát khơ hạt trung đến thơ) Đường kính cọc cát-xi măng-vơi lấy 30 đến 60 cm, chiều dài cọc nên lấy chiều sâu vùng hoạt động nén ép đáy móng cơng trình - Kết xử lý đất yếu Trường Trung học Phổ thơng Tây Thái Thụy, Thái Bình phương pháp cọc cát-xi măng-vôi cho thấy, sau gia cố, sức kháng cắt đất gia tăng đáng kể (lực dính tăng 126 %, góc ma sát tăng 68%), độ lún cơng trình giảm mạnh (hệ số nén lún giảm 55%) - Hiện nay, vôi bột ngày sử dụng nên để phù hợp với thực tiễn sử dụng cát xi măng hỗn hợp tạo cọc Tuy nhiên, nguồn vật liệu cát hạt trung hạt thô ngày khan dần nên cần tiếp tục nghiên cứu để sử dụng cát hạt nhỏ, hạt mịn thay Tài liệu tham khảo Công ty CP Tư vấn Quy hoạch Khảo sát Thiết kế Giá trị sau gia cố 1,78 1,131 41,05 1,232 9o39’ 0,113 0,045 83 18 (thực tế) Đánh giá tăng 6,6% giảm 18,5% giảm 13% giảm 10% tăng 68% tăng 126% giảm 55% tăng 277% Xây dựng Thái Bình, 1999 Báo cáo kết khảo sát địa chất cơng trình Trường Trung học phổ thơng Tây Thái Thụy, Thái Bình Hiệp hội Tư vấn Xây dựng Việt Nam - VECAS Bergado, D T., Chai, J C., Alfaro, M C., Balasubramaniam, A S., 1994 Những biện pháp kỹ thuật cải tạo đất yếu xây dựng, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Trấp, Nguyễn Anh Dũng, 1985 Báo cáo tổng kết Chương trình ứng ụng tiến khoa học kỹ thuật 26-03-03-07 Viện Khoa học Kỹ thuật Xây dựng, Hà Nội Tạ Đức Thịnh, 2017 Bàn phương pháp tính tốn sức chịu tải độ lún đất yếu gia cố cọc đất-xi măng Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ-Địa chất, số 58 - Kỳ 5, tháng 10-2017 Tạ Đức Thịnh, 2002 Nghiên cứu xử lý, gia cố đất yếu cọc cát-xi măng-vôi Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ, Hà Nội Tạ Đức Thịnh, Nguyễn Huy Phương, 2002 Cơ học đất Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Trần Đình Kiên, 2016 Nghiên cứu, đánh giá tổng hợp điều kiện địa chất cơng trình vùng ven biển Bắc Bộ phục vụ quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội, an ninh - quốc phòng, ứng phó với biến đổi khí hậu mực nước biển dâng Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ, Mã số CTB-2012-02 Tạ Đức Thịnh/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 78-85 85 ABSTRACT The application of sand-cement-lime columns to soft soil improvement in Tay Thái Thuy high school, Thai Binh Province Thinh Duc Ta Faculty of Civil Engineering, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam The method of sand-cement-lime columns for the improvement of soft soils is a new method which is proposed based on the sand columns, soil-cement columns, and soil-lime columns The main purposes of this method are mechanical compression, consolidation, and increasing the strength of its column and soils in the vicinity of the column after foundation treatment The paper presented the application results of this method to soft soil treatment in Tay Thuy Anh high school, Thai Binh province This method is both technically and economically efficient Results showed that after foundation treatment, the cohesion force increased by 126%, the coefficient of compression decreased to 55%, the deformation module increased by 277% ... thiết kế xử lý đất yếu Trường Trung học Phổ thông Tây Thái Thụy 3.1 Đặc điểm cấu trúc Trường Trung học Phổ thông Tây Thái Thụy, Thái Bình xây dựng xã Thụy Anh, huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình, ... phương pháp để xử lý, gia cố đất yếu số cơng trình có quy mơ, tải trọng vừa nhỏ Quảng Ninh, Thanh Hóa, đặc biệt Trường Trung học Phổ thơng Tây Thái Thụy, Thái Bình, bước đầu mang lại kết rõ rệt kĩ... hạt trung đến thơ) Đường kính cọc cát-xi măng-vơi lấy 30 đến 60 cm, chiều dài cọc nên lấy chiều sâu vùng hoạt động nén ép đáy móng cơng trình - Kết xử lý đất yếu Trường Trung học Phổ thơng Tây Thái