Hiện nay hai công nghệ thi công cọc ximăng - đất phổ biến nhất và đang được sử dụng là: công nghệ trộn khô DJM (Dry Jet Mixing) và công nghệ trộn ước là Wet Mixing hay còn gọi là Jet - Grounting.
Trộn khô (Dry Jet Mixing): là một quá trình cắt đất xáo trộn với một hàm lượng ximăng khô và một lượng phụ gia nhất định (có thể có hoặc không). Mục đích của phương pháp này nhằm cải thiện tính năng nén và thấm của đất nền.
Công nghệ trộn ước trộn ướt (Jet - grounting): phương pháp này dựa vào nguyên lý cắt nham thạch bằng dòng nước áp lực. Khi thi công trước hết dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun bằng hợp kim vào tới độ sâu phải gia cố (nước + ximăng) với áp lực khoảng 20 MPa từ vòi bơm phun xả phá vỡ cấu trúc tầng đất. Với lực xung kích của vòi phun, lực li tâm, trọng lực…sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi được sắp xếp lại theo một tỉ lệ có quy luật giữa đất và vữa theo khối lượng hạt. Dưới tác dụng của quá trình hóa lý xảy ra giữa đất, ximăng và nước thì quá trình đông cứng
được hình thành tạo thành trụ ximăng - đất.
Hiện nay trên thế giới đã phát triển ba công nghệ Jet - Grounting là:
Công nghệ đơn pha S (công nghệ
phụt một ống JET 1- One jet technology): Với công nghệ này sử dụng cần khoan đơn với đầu mũi chỉ có một lỗ phun (nozzle), vữa phụt ra với vận tốc 100m/s, đầu khoan vừa cắt vừa trộn vữa với đất đồng thời, tạo ra cọc ximăng - đất đồng đều với độ cứng
Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ phun vữa bố trí ngang hàng hoặc lệch hàngvà có độ lệch gốc đều nhau.
Công nghệ thi công đơn pha S dùng tạo ra các cọc có đường kính vừa và nhỏ: 0.5 m đến 0.8 m và phù hợp với các loại nền đất đắp. Đây là loại thiết bị đầu ít dùng, chiều sâu cọc có thểđạt tới khoảng 25 m.
Công nghệ hai pha (công nghệ D, JET 2- Two - jets technology): Công nghệ
này sử dụng cần khoan nòng đôi, lõi trong bơm vữa, lõi ngoài bơm khí. Lỗ phun kép có hai vòng, vòng trong phun vữa, vòng ngoài phun khí. Hỗn hợp vữa ximăng được bơm với áp suất cao lớn hơn 200 atm, phun ra ở
vùng trong, đồng thời bơm khí nén >20 atm phun ra ở vòng ngoài và được trợ giúp bởi một tia khí nén bao bọc quanh vòi phun. Vòng khí nén sẽ làm giảm ma sát và cho phép vữa xâm nhập vào trong đất cho nên tạo ra cọc ximăng - đất có đường kính tương đối lớn.
Hình 3.2 Chi tiết mũi khoan CN D Tuy nhiên, dòng khí làm giảm độ cứng của cọc đất sơ với phương pháp phụt một tia và đất bị trào lên nhiều hơn.
Cấu tạo đầu khoan bao gồm một hoặc nhiều lỗ phun được bố trí ngang hàng hoặc lệch hàng có độ lệch góc đều nhau để phun vữa và khí. Khe phun khí nằm bao quanh lỗ phun vữa. Công nghệ hai pha này tạo ra các loại cọc có đường kính từ 0,8 đến 1,5 m được áp dụng cho việc thi công tường chắn, cọc và hào chống thấm, chiều dài cọc có thể lên tới 45 m và là công nghệ phổ biến hiện nay.
Công nghệ ba pha (công nghệ T, JET 3 - Three jets technology) : Quá trình
phụt vữa lúc này không giống như công nghệ S hay công nghệ D nữa mà nó được thực hiện là nước được bơm với áp suất cao và kết hợp với dòng khí nén xung quanh vòi nước để đẩy khí ra khỏi cọc đất gia cố. Vữa
được bơm qua một vòi riêng biệt nằm dưới vòi khí và vòi nước để lắp đầy khoản trống của khí. Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất mà không xáo trộn. Đất được thay thế sẽ trào lên mặt đất sau đó thu gom và xử lý.
Cấu tạo đầu khoan gồm một lỗ hoặc nhiều lỗ đúp để phun nước và khí đồng thời và một hoặc nhiều lỗ đơn nằm thấp phía dưới để
Hình 3.3 Lưu đồ công nghệ T phun vữa. Nói chung mỗi một cặp lỗ phun nước, khí và vữa đều nằm đối xứng nhau qua tâm trục của đầu khoan. Các cặp lỗđược bố trí góc lệch đều nhau. Công nghệ T thường áp dụng cho các cọc, các tường ngăn chống thấm có thể tạo ra cọc Soilcrete có đường kính lên tới 3 m.
Bảng 3.0 Các thông số dữ liệu cho quá trình khoan phụt vữa điển hình
Thông số (Jet - grounting) JET 1 JET 2 JET 3
Min Max Min Max Min Max Áp lực bơm phụt (Mpa) 20 60 30 60 3 7 Lượng vữa được phụt (lít/phút) 40 120 70 150 70 150 Áp lực khí nén (Mpa) - - 0.6 1.2 0.6 1.2 Lưu lượng khí nén sử dụng (lít/phút) - - 2000 6000 2000 6000 Áp lực nước để ép (Mpa) - - - - 20 50 Lưu lượng nước (lít/phút) - - - - 70 150 Đường kính mũi phụt (mm) 1.5 3 1.5 3 4 8
Đường kính mũi phun nước(mm) - - - - 1.5 3 Lỗ mở cho khí thoát ra ở mũi (mm) - - 1 2 1 2
Tốc độ quay trục (rpm) 10 25 5 10 5 10 Tốc độ phun (cm/phút) 10 50 7 30 5 30
Hình 3.4 Biểu đồ biểu diễn độ cứng của cọc ximăng - đất theo hàm lượng ximăng.
Hình 3.5a Sơđồ thi công cọc ximăng - đất theo công nghệ trộn ướt Nước Ximăng Phụ Gia
Quá trình trộn Bồn chứa Bơm áp lực Kiểm soát độ sâu và độ quay
Hình 3.5b Sơđồ thi công cọc ximăng - đất theo công nghệ trộn khô
*Ưu và nhược điểm của trộn ướt và trộn khô
Từđó cho thấy trộn ướt có nhiều ưu điểm hơn trong điều kiện địa chất và thiết bị thi công ở Việt Nam và đây cùng là phương pháp chính áp dụng cho luận văn này.