4.1.1 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng
Ưu điểm:
- Tốc độ thi cụng nhanh hơn và giỏ thành hạ hơn phương phỏp trộn tia;
Nhược điểm:
- Khụng thi cụng được với loại nền đất cú lẫn rỏc, sột cứng, cuội, đỏ hoặc khi cần xuyờn qua cỏc tấm bờ tụng.
- Chiều sõu xử lý tối đa ∼ 20m, đõy là hạn chế so với trộn kiểu tia.
- Thiết bị thi cụng nặng (>50T) và cồng kềnh (>3m), nờn rất khú khăn, thậm chớ khụng thi cụng được những nơi cú mặt bằng chật hẹp.
Phạm vi ứng dụng:
Do những ưu nhược điểm ở trờn, nờn phương phỏp này chỉ thớch hợp và thi cụng đạt năng suất cao ở nơi cú mặt bằng thi cụng rộng như gia cố nền cho bói chất hàng húa, đường quốc lộ, vv.
4.1.2 Quy trỡnh thi cụng
Trỡnh tự thi cụng cọc xi măng đất được sơ hoạ như hỡnh 4.1:
Chuẩn bị, khảo sát hiện tr−ờng
Thi công thử
Thi công đại trà Quản lý chất l−ợng
Hỡnh 4.1. Trỡnh tự thi cụng cọc xi măng đất
Trước khi thi cụng cần tiến hành khảo sỏt hiện trường để đảm bảo vận hành trụi chảy quỏ trỡnh thi cụng, trỏnh cỏc tỏc động xấu tới mụi trường xung quanh. Nội dung khảo sỏt gồm sự cú mặt của cỏc lớp đất cứng xen kẹp, cỏc tầng chứa nước cú ỏp, tầng đất chứa khớ ...ụ nhiễm nguồn nước, khụng khớ, tiếng ồn, chấn động...
Cụng tỏc thi cụng thử cần được thực hiện, đặc biệt là khi thi cụng tại những khu vực lần đầu tiờn ỏp dụng phương phỏp trộn sõu, hoặc kinh nghiệm thi cụng trước chưa đầy đủ, hoặc đối với những cụng trỡnh cú yờu cầu đặc thự...Thi cụng thử nhằm xỏc định:
- Cỏc thụng số quỏ trỡnh thi cụng(tỡnh trạng thiết bị, tốc độ quay, tốc độ xuyờn, tốc độ rỳt, cỏc thành phần của vật liệu);
- Chất lượng cọc đất gia cố (kớch thước, cường độ, sự đồng nhất). Sau khi thi cụng thử, cú thể nhổ 1 cọc lờn để khảo sỏt, đo đạc và lấy mẫu thớ nghiệm. Mẫu lấy sẽ được thớ nghiệm nộn một trục nở hụng để xỏc định cường độ cọc;
- Cỏc thụng số quản lý chất lượng thi cụng và hệ thống quản lý chất lượng thi cụng;
- Sức chịu tải ở mũi cọc (nếu cần)
- Cỏc tỏc động (tiếng ồn, chấn động, biến dạng) đối với mụi trường xung quanh (nếu cần thiết)
Hàm lượng xi măng sử dụng thi cụng thử cú thể xỏc định trờn cơ sở thớ nghiệm trộn thử trong phũng hoặc xỏc định qua cỏc quan hệ kinh nghiệm sau:
Wc = F nếu pH ≥8 (4.1) Wc = F x (9-pH) nếu pH < 8 (4.2) Trong đú 325 25 . 16 1+ = qu F (t/m3) (4.3)
qu1 : cường độ cọc theo kết quả thớ nghiệm trộn thử trong phũng, KG/cm2 pH : độ pH của đất gia cố nền
Ghi chỳ: Cường độ cọc thực tế thi cụng thường biến đổi khỏ mạnh phụ thuộc vào chiều sõu lấy mẫu và vị trớ lấy mẫu trờn mặt cắt ngang cọc. Sự biến đổi này được đặc trưng bởi hệ số khụng đồng nhất của cọc. a f qu qu = γ (4.4) Trong đú: qua : cường độ cọc thiết kế quf : cường độ trung bỡnh của cọc
γ : hệ số đặc trưng cho sự khụng đồng nhất của cọc, thường γ < 1
Do điều kiện thớ nghiệm, điều kiện bảo dưỡng mẫu...khỏc nhau, kết quả thớ nghiệm trộn thử ngoài cụng trường thường thấp hơn cường độ thớ nghiệm trong phũng. Sự khỏc nhau về điều kiện làm việc được đặc trưng bằng hệ số điều kiện làm việc η.
l f qu qu = η (4.5) Trong đú:
qul : cường độ trung bỡnh của cọc theo thớ nghiệm trộn thử trong phũng
η : hệ số đặc trưng cho điều kiện thi cụng, thường η <1 Xỏc định qul: qua = η x γ x qul = k x qul (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong đú: k là hệ số hiểu chỉnh, phổ biến thay đổi trong khoảng (1/3 ∼ 1/4)
Hỡnh 4.2 là sơ đồ tổng quỏt thi cụng 1 cọc xi măng đất theo phương phỏp trộn sõu tại chỗ.
Đối với dạng cọc chống, để đảm bảo ổn định, cọc đất gia cố phải được thi cụng đến lớp đất cứng. Thụng thường bề mặt lớp đất cứng này khụng bằng phẳng và cục bộ thường khỏc với cao độ thiết kế. Vỡ vậy trong quỏ trỡnh thi cụng thực tế việc kiểm tra và xỏc nhận lớp đất cứng này là hết sức quan trọng và cần thiết đối với tất cả cỏc cọc. Khi thi cụng lớp đất cứng theo thiết kế, phải tiến hành rỳt lờn và xuyờn xuống cựng với việc bơm xi măng vào và trộn tại chỗ một số lần để đảm bảo mũi cọc tựa hoàn toàn vào lớp đất chịu tải.
(1) Định vị
(2) Xuyên xuống (phạm vi không gia cố)
(3) Xuyên xuống (phạm vi gia cố)
(4) Kiểm tra lớp đáy cọc
(5) Rút lên (phạm vi gia cố)
(6) Rút lên (phạm vi không gia cố)
Thi công cọc tiếp theo
Mặt 1 2 3 4 5 6 Đáy Phạm vi không gia cố Phạm vi gia cố Cọc Hỡnh 4.2. Trỡnh tự thi cụng một cọc xi măng đất
Trong khi thi cụng cú thể gặp cỏc lớp cứng xen kẹp sẽ làm hư hỏng bộ phận trộn, cỏnh trộn cú thể bị góy, đầu trộn cú thể bị kẹt.
Cỏc lớp đất xen kẹp thụng thường là lớp kẹp đất loại cỏt dày hơn 2m và SPT>5; lớp kẹp đất dớnh dày hơn 2m và sức khỏng nộn một trục qu>70kN/m2 hoặc SPT>10.
Đối với những lớp này cần cú biện phỏp thi cụng thớch hợp. Một số giải phỏp kết hợp được liệt kờ ở bảng 4.1
Bảng 4.1 Biện phỏp thi cụng đối với lớp cứng xen kẹp
Biện phỏp Mục đớch
Dựng mỏy cụng suất lớn Tăng lực xuyờn và mụ men xoắn Tăng tỷ lệ nước/xi măng Giảm lực quay
Kết hợp bơm nước với ỏp lực lớn Tăng khả năng phỏ Khoan dẫn Tạo thuận lợi khi xuyờn
Ghi chỳ:Trong khi thi cụng, việc gặp cỏc lớp cứng xen kẹp hay ởđỏy cỏc cú thể nhận biết qua sự thay đổi nhanh của tốc độ xuyờn, mụ men quay và tốc độ quay của dụng cụ trộn.
Trong quỏ trỡnh thi cụng xi măng được bơm và trộn với đất dưới dạng dung dịch (phương phỏp trộn ướt) hoặc dưới dạng bột (phương phỏp trộn khụ). Trong phương phỏp trộn ướt, xi măng cú thể được bơm vào đồng thời với quỏ trỡnh xuyờn xuống hoặc rỳt lờn. Ngược lại với phương phỏp trộn khụ, xi măng chỉ được bơm vào trong khi rỳt lờn. Lưu lượng bơm được điều chỉnh trong suốt quỏ trỡnh thi cụng theo tốc độ xuyờn xuống hoặc rỳt lờn, nhằm đảm bảo hàm lượng xi măng theo thiết kế. Tuy nhiờn lưu lượng bơm khụng nờn quỏ nhỏ sẽ khú đảm bảo sự phõn tỏn đều của xi măng. Thực tế thi cụng cần duy trỡ lưu lượng bơm khụng nhỏ hơn 100lớt cho 1 m3 trộn đối với phương phỏp trộn ướt và ỏp lực khớ nộn khụng nhỏ hơn 300kN/m2 đối với phương phỏp trộn khụ.
Ghi chỳ: Quỏ trỡnh trộn xi măng được bơm vào ngay khi xuyờn xuống cú ưu điểm là mức độ đồng nhất của cọc tốt hơn vỡ đất được trộn hai lần. Tuy nhiờn nhược điểm là cú thể gõy hư hại hoặc kẹt thiết bị trộn nếu cú bất kỳ sự cố nào xảy ra trong quỏ trỡnh trộn. Vỡ vậy chỉ nờn ỏp dụng phương thức này đối với việc thi cụng trờn đất liền. Quỏ trỡnh trộn xi măng được bơm vào khi tỳt lờn cú ưu điểm và nhược điểm ngược với phương thức bơm xi măng ngay khi xuyờn xuống. Nếu xi măng được bơm vào ngay khi xuyờn xuống, cửa bơm xi măng ra được định vị phớa dưới cựng của đầu trộn. Ngược lại khi xi măng được bơm vào khi rỳt lờn, của bơm xi măng ra được định vị phớa trờn cựng của đầu trộn.
Trong khi thi cụng, ngoài việc phải đảm bảo hàm lượng xi măng theo thiết kế, cần đảm bảo mức độ trộn. Mức độ trộn được đỏnh giỏ qua một đại lượng gọi là “số lần trộn”, ký hiệu T. Số lần trộn là tổng số vũng quay của tất cả cỏc lưỡi trộn trong một một dài cọc xi măng đất khi đầu trộn xuyờn xuống và rỳt lờn.
Nếu xi măng được bơm vào khi xuyờn xuống (hỡnh 4.3a) ∑ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = Vu Nu Vd Nd Mx T (4.6)
Nếu xi măng chỉ được bơm vào khi rỳt lờn (hỡnh 4.3b)
∑ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = Vu Nu Mx T (4.7) Trong đú: T: Số lần trộn
∑M : Tổng số lưỡi trộn gắn trờn đầu trộn (khụng kể lưỡi trộn tự do) Nd : Tốc độ quay của đầu trộn khi xuyờn xuống, (vũng/phỳt) Vd : tốc độ xuyờn xuống của đầu trộn, (m/phỳt)
Nu : Tốc độ quay của đầu trộn khi rỳt lờn, (vũng/phỳt) Vu : tốc độ rỳt lờn của đầu trộn, (m/phỳt) Đất đã đ−ợc gia cố Đất đã đ−ợc gia cố Đất nền Đất nền b) a) Hỡnh 4.3. Cỏc dạng hành trỡnh trộn
Ghi chỳ: Mức độ trộn được xỏc định qua thi cụng thử (xem mục 4.1.2). Tuy nhiờn để đảm bảo mức độđồng nhất của cọc, trị số T cần duy trỡ ở mức tối thiểu 250 lần cho 1 m dài.
4.2 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỘT XIMĂNG - ĐẤT
Cụng tỏc quản lý chấy lượng phải được thực hiện liờn tục trong suốt quỏ trỡnh thi cụng và sau khi thi cụng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong quỏ trỡnh thi cụng cần tuõn thủ và đảm bảo cỏc yờu cầu thiết kế. Cần cú hệ thống theo dừi chặt chẽ cỏc thụng số yờu cầu trong quỏ trỡnh thi cụng như hàm lượng xi măng, tốc độ quay đầu trộn, tốc độ di chuyển (xuyờn xuống và rỳt lờn) của đầu trộn, lưu lượng bơm, ỏp lực bơm...Nhưng thụng số này được theo dừi qua hệ thống đồng hồ và là căn cứ để điều chỉnh quỏ trỡnh thi cụng. Trong hệ thống theo dừi này khụng thể thiếu cỏc
đồng hồ đo lưu lượng bơm (1), đo tốc độ xuyờn/rỳt (2), tốc độ quay (3) và đo độ sõu xử lý (6).
Thiết kế
Thi công
Nghiệm thu
Quản lý chất l−ợng thi công
Kiểm tra chất l−ợng sau khi thi công
(1) Thông số quá trình trộn
(2) Hàm l−ợng ximăng
(1) Khoan kiểm tra (2) Đào kiểm tra đầu cọc
Hỡnh 4.4. Sơđồ quản lý chất lượng Bản thân cọc Hàm l−ợng ximăng Kiểm tra hàm l−ợng ximăng cho 1m3 trộn Đồng hồ đo l−u l−ợng dung dịch Đồng hồ đo tốc độ xuyên rút
Trộn Kiểm tra tốc độ xuyên, rút và quay đầu trộn
Đồng hồ đo tốc độ quay
Chờm giữa các cọc
Kiểm tra định vị ray dẫn
Máy đo độ nghiêng
Máy dò GPS Vị trí Kiểm tra vị trí cọc
Độ sâu cọc Kiểm tra chiều sâu cọc Đồng hồ đo độ sâu
Độ sâu gia cố
Kiểm tra sự tiếp xúc các cọc với lớp chịu tải
Đồng hồ đo áp lực
Đồng hồ đo áp suất thuỷ lực hoặc đo tốc độ quay mô tơ
Độ chờm
Bề mặt
Độ sâu
Ghi chỳ: Việc theo dừi cỏc thụng số thi cụng được thực hiện tựđộng. Những thụng số này được ghi lại và in ra (thường dưới dạng biểu đồ theo độ sõu) từ hệ thống mỏy tớnh đối với mỗi cọc đất gia cố. Thụng thường những số liệu này được in ra đồng thời theo độ sõu thực của đầu trộn và được sử dụng để quản lý chất lượng khi thi cụng bằng cỏch xem xột điều chỉnh hoặc khụng điều chỉnh kỹ thuật thi cụng, cỏc thụng số thi cụng và nếu cần cú thể bố trớ thờm cọc. Những tài liệu này được xem như một phần trong tài liệu hoàn cụng khi nghiệm thu cọc.
Sau khi hoàn thành, cần tiến hành kiểm tra, nghiệm thu. Cụng tỏc kiểm tra, nghiệm thu phải thực hiện trước khi thi cụng cỏc hạng mục kết cấu thượng tầng khỏc như nền đắp, tường chắn, mố cầu...Cỏc thụng số cần kiểm tra bao gồm kớch thước cọc (vị trớ, chiều dài, đường kớnh) cường độ cọc.
4.2.1 Đỏnh giỏ về kớch thước hỡnh học
Đỏnh giỏ hỡnh dạng và đường kớnh cọc: Đường kớnh cọc được kiểm tra bằng phương phỏp đào lộ đầu cọc bằng thủ cụng, chiều sõu đào kiểm tra khoảng 1~ 2 m kể từ đỉnh cọc. Khi cần thiết cú thể yờu cầu đào sõu hơn hoặc đào toàn bộ chiều sõu cọc.
4.2.2 Đỏnh giỏ về chất lượng cọc (chi tiết xem phụ lục kốm theo) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.2.2.1 Phương phỏp khoan lấy mẫu và thớ nghiệm trong phũng
Là phương phỏp phổ biến nhất hiện nay. Được sử dụng cho cả kiểu trộn cơ khớ và kiểu trộn tia. Tuy nhiờn, do đặc điểm của phương phỏp trộn này chất lượng cọc xi măng đất khụng đồng đều. Vỡ vậy, trong hồ sơ tư vấn thường yờu cầu nếu kết quả thớ nghiệm đỏnh giỏ theo phương phỏp này khụng đạt thỡ yờu cầu nộn tĩnh để xỏc định sức chịu tải và độ lỳn. Một số lưu ý như sau:
- Khoan lấy lừi được tiến hành sau khi cọc cú đủ thời gian ninh kết, ớt nhất là 14 ngày. Trong những trường hợp đặc biệt cú thể đào lấy nguyờn cả cọc chở về phũng thớ nghiệm để khoan mẫu hoặc nộn cả đoạn cọc. Nếu nộn cả cọc thỡ phải dựng vữa ximăng cỏt trỏt phẳng hai đầu cắt, sau khi vữa cứng thỡ đưa lờn mỏy nộn.
- Thiết bị khoan lấy mẫu loại nũng đụi. Đường kớnh khụng nhỏ hơn 70 mm. - Lỗ khoan đặt tại tim cọc. Trung bỡnh 2 ∼ 3 m lấy 1 mẫu thớ nghiệm.
- Khi dựng phương phỏp nộn mẫu để lấy cỏc chỉ tiờu cơ học, cần phải chỳ ý đến khõu lấy mẫu, gia cụng mẫu và quy trỡnh thớ nghiệm. Mẫu thớ nghiệm nờn cú tỷ lệ chiều cao/ đỏy bằng 2 lần. Thiết bị nộn mẫu cú hành trỡnh để khi đạt tới tải trọng phỏ họai dự kiến của mẫu thử khụng nhỏ hơn 20% và khụng vượt quỏ 80% tổng hành trỡnh, tốc độ gia tải nhỏ (khoảng 10 ~ 15 N/s).
- Mẫu dựng cho thớ nghiệm cơ học phải được bảo dưỡng trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm kiểm soỏt chặt chẽ.
- Chỉ tiờu cơ học của XMĐ xỏc định qua chỉ tiờu thớ nghiệm nộn nở hụng (qu) ở tuổi 90 ngày (trừ khi thiết kế cú chỉ định khỏc). Để phục vụ tớch toỏn ứng suất-biến dạng trong nền, người thớ nghiệm cần cung cấp đường cong nộn lỳn qu ~ ε và kiến nghị cỏc thụng số đưa vào tớnh toỏn bao gồm: qu; γ ; φ; C ; E với những nhận xột, lưu ý cần thiết.
Loại và số lượng thớ nghiệm khoan lấy mẫu theo bảng sau:
Bảng 4.2 Số liệu thớ nghiệm phương phỏp thớ nghiệm trong phũng (theo TCXDVN 385:2006)
Thớ nghiệm\Quy mụ ≤ 100 cọc ≤ 500 cọc ≤ 1000 cọc ≤ 2000 cọc
Số lượng cọc cần khoan 2 5 10 15
4.2.2.2 Phương phỏp thớ nghiệm xuyờn tiờu chuẩn (SPT)
Trong một số trường hợp cụ thể tư vấn cú thể chỉ định phương phỏp này kết hợp với phương phỏp khoan để rỳt ngắn thời gian đỏnh giỏ chất lượng (giảm số lượng và thớ nghiệm mẫu trong phũng). Phương phỏp được tiến hành bằng cỏch đúng ống mẫu vào đỏy hố, một quả tạ cú trọng lượng chuẩn rơi tự do với chiều cao quy định, tiến hành đếm số bỳa đập theo cỏc khoảng chiều sõu thõm nhập quy ước. Qua cỏc cụng thức biến đổi ta cú thể đỏnh giỏ trạng thỏi đất nền, xỏc định một số thụng số cơ lý hoặc sử dụng trực tiếp để tớnh toỏn nền múng.
Phương phỏp này thường kết hợp với phương phỏp khoan lấy mẫu sau khi khoan đến cao trỡnh cần phải xỏc định số bỳa SPT.
Phạm vi ứng dụng của phương phỏp:
+ Sử dụng cho cọc ximăng đất thi cụng bằng phương phỏp trộn kiểu cơ khớ, + Dựng để xỏc định cỏc chỉ tiờu như: gúc ma sỏt trong ϕ, mụđun biến dạng E. Loại và số lượng thớ nghiệm khoan lấy mẫu theo bảng sau:
Bảng 4.3 Số liệu thớ nghiệm phương phỏp thớ nghiệm xuyờn tiờu chuẩn (theo TCXDVN 385:2006)
Thớ nghiệm\Quy mụ ≤ 100 cọc ≤ 500 cọc ≤ 1000 cọc ≤ 2000 cọc
Số lượng cọc cần khoan 2 5 10 15
Số lượng đúng SPT thớ nghiệm
Khoảng 2 ∼ 3 m dọc theo chiều dài cọc thực hiện một lần đúng SPT
4.2.2.3 Phương phỏp thớ nghiệm nộn tĩnh
Thớ nghiệm nộn tĩnh cọc nhằm xỏc định sức chịu tải của cọc. Đõy là thớ nghiệm
kết quả chớnh xỏc nhất về khả năng làm việc của hệ thống cọc ximăng đất + đất nền. Do khú khăn trong việc vận chuyển và bố trớ thiết bị thớ nghiệm nờn phương phỏp này ớt được lựa chọn. Tuy vậy, phương phỏp này được xem là phương phỏp thay thế duy nhất trong trường hợp phương phỏp khoan lấy mẫu thớ nghiệm trong phũng khụng thể thực hiện được. Phương phỏp thực hiện nộn tĩnh xem ở mục 3.1.4.2. Thớ nghiệm nộn tĩnh xỏc định sức chịu tải cọc ximăng - đất.
Loại và số lượng thớ nghiệm khoan lấy mẫu theo bảng sau:
Bảng 4.4 Số liệu thớ nghiệm phương phỏp thớ nghiệm nộn tĩnh (theo TCXDVN 385:2006)
Thớ nghiệm\Quy mụ ≤ 100 cọc ≤ 500 cọc ≤ 1000 cọc ≤ 2000 cọc