1.5.2 Phương phỏp trộn bằng tia ỏp lực cao (Jet - Grouting)
Phương phỏp mới này kết hợp lợi thế của trộn cơ học và phun vữa lỏng. Mỏy cú cả đầu trộn và vũi phun, cú thể tạo nờn cỏc trụ cú đường kớnh lớn hơn đường kớnh đầu trộn.
Phương phỏp này dựa vào nguyờn lý cắt nham thạch bằng dũng nước ỏp lực. Khi thi cụng, trước hết dựng mỏy khoan để đưa ống bơm cú vũi phun bằng hợp kim vào tới độ sõu phải gia cố (nước + xi măng) với ỏp lực khoảng 20 MPa từ vũi bơm phun xả phỏ vỡ tầng đất. Với lực xung kớch của dũng phun và lực li tõm, trọng lực... sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ được sắp xếp lại theo một tỉ lệ cú qui luật giữa đất và vữa theo khối lượng hạt. Sau khi vữa cứng lại sẽ thành cột XMĐ.
Hiện nay trờn thế giới đó phỏt triển ba cụng nghệ Jet - Grounting là:
- Cụng nghệ đơn pha S (cụng nghệ phụt một ống JET 1- One jet technology.
- Cụng nghệ hai pha (cụng nghệ D, JET 2- Two - jets technology). - Cụng nghệ ba pha (cụng nghệ T, JET 3 - Three jets technology)
Ưu điểm của cụng nghệ phụt vữa cao ỏp (Jet Grouting):
- Phạm vi ỏp dụng rộng, thớch hợp với mọi loại đất từ bựn sột đến sỏi cuội. - Cú thể xử lý cỏc lớp đất yếu một cỏch cục bộ khụng ảnh hưởng đến cỏc lớp đất tốt. Cú thể xử lý dưới múng hoặc cỏc lớp kết cấu hiện cú mà khụng ảnh hưởng đến kết cấu của cụng trỡnh.
Nhược điểm của cụng nghệ phụt vữa cao ỏp (Jet Grouting):
- Cú thể gõy ra trương nở nền và gõy ra cỏc chuyển vị quỏ giới hạn trong lũng đất, ỏp lực siờu cao cú thể gõy nờn rạn nứt cỏc nền đất lõn cận và tia vữa cú thể lọt vào cỏc cụng trỡnh ngầm. Giỏ thành tương đối cao.
- Đối với nền đất cú chứa nhiều tỳi bựn hoặc rỏc hữu cơ thỡ axit humic trong đất cú thể làm chậm hoặc phỏ hoại quỏ trỡnh ninh kết hỗn hợp đất xi măng.
Bảng 1-1: So sỏnh cụng nghệ thi cụng trụ đất xi măng
Cụng nghệ trộn khụ
(Dry Jet Mixing methods)
Cụng nghệ trộn ướt (Wet - Mixing)
Ưu điểm
Thiết bị thi cụng đơn giản Phạm vi ỏp dụng rộng, thi cụng được trong nước. Hàm lượng xi măng sử dụng ớt hơn. Phạm vi xử lý đến 50m.
Quy trỡnh kiểm soỏt chất lượng đơn giản hơn cụng nghệ trộn ướt.
Mặt bằng thi cụng nhỏ, ớt chấn động, ớt tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến cỏc cụng trỡnh lõn cận.
Giỏ thành đầu tư thiết bị cũng như giỏ thành thi cụng một đơn vị cọc thấp.
Thiết bị nhỏ gọn, cú thể thi cụng trong khụng gian cú chiều cao hạn chế, nhiều chướng ngại vật.
Chất lượng cọc xi măng đất độ đồng đều cao hơn so với trộn khụ.
Nhược điểm
Do cắt đất bằng cỏc cỏnh cắt nờn hạn chế trong đất cú lẫn rỏc, đất sột, cuội đỏ, hoặc khi cần xuyờn qua cỏc lớp đất cứng hoặc tấm bờ tụng.
Hàm lượng xi măng sử dụng nhiều hơn trộn khụ, thiết bị thi cụng phức tạp, người vận hành phải thành thạo. Khụng thi cụng được nếu phần xử
lý ngập trong nước
Giỏ thành đầu tư thiết bị lớn, giỏ thành thi cụng đơn vị cọc cao. Chiều sõu xử lý trong khoảng 15-
20m.
Cú thể gõy trương nở nền và gõy ra cỏc chuyển vị quỏ giới hạn trong lũng đất. Áp lực siờu cao cũn cú khả năng gõy nờn rạn nứt nền đất lõn.
1.6 Nhận xột:
- Trụ đất trộn xi măng là phương phỏp gia cố nền đất yếu, sử dụng vật liệu là xi măng làm chất đúng rắn nhờ vào cần khoan xoắn và thiết bị bơm vữa vào trong đất để trộn đất yếu với chất đúng rắn (dạng bột hoặc dung dịch), nhờ chuỗi phản ứng húa học - vật lý xảy ra giữa chất đúng rắn với đất, làm cho đất mềm yếu đúng rắn lại thành một thể trụ. Quỏ trỡnh ninh kết hỗn hợp đất xi măng sẽ phỏt nhiệt, một phần nước xung quanh bị hỳt vào do quỏ trỡnh thủy húa, một phần khỏc bị búc hơi do nhiệt. Hiện tượng này làm đất xung quanh trụ tăng độ bền hơn trước.
- Ở những khu vực ven biển phổ biến đất yếu, cú cấu tạo địa chất khụng đồng nhất lẫn san hụ, trầm tớch, cuội đỏ khi đú gia cố nền đất yếu tại khu vực ven biển này thỡ cụng nghệ thi cụng trụ đất xi măng phụt vữa dưới sõu cú nhiều ưu điểm hơn: kinh tế, thời gian được đảm bảo, chất lượng trụ đất xi măng đồng đều, thi cụng được trong điều kiện gặp nhiều chướng ngại vật. Qua đỏnh giỏ trờn tỏc giả sẽ ứng dụng cụng nghệ thi cụng trụ đất xi măng dưới sõu cho khu vực đất yếu Duyờn Hải – Trà Vinh.
1.7 Ứng dụng của trụ đất xi măng
Khi xõy dựng cỏc cụng trỡnh cú tải trọng lớn trờn nền đất yếu cần phải cú cỏc biện phỏp xử lý đất nền bờn dưới múng cụng trỡnh, nhất là những khu vực cú tầng đất yếu khỏ dày. Một trong những biện phỏp xử lý hiệu quả và kinh tế là dựng trụ xi măng - đất.
Cụng nghệ trụ xi măng - đất được ỏp dụng rộng rói cho cỏc lĩnh vực như sau: - Gia cố tăng cường độ đất yếu; Gia cố xử lý nền đất yếu chống lỳn, tăng ổn định cho nền đường đắp cao, đường đầu cầu; Gia cố chống thấm cho đờ đập; Gia cố tường chắn cho cỏc cụng trỡnh đào sõu; Gia cố gióm biến loóng do tỏc dụng động; Gia cố chống ụ nhiễm mụi trường; Gia cố chống trượt đất cho mỏi dốc...
- Với những ưu điểm riờng trong cụng tỏc xử lý nền đất yếu, cụng nghệ trụ đất trộn xi măng được dựng rộng rói để gia cố nền đường, khắc phục độ lỳn cũn dư khi đưa cụng trỡnh vào khai thỏc sử dụng đạt tiờu chuẩn 22TCN 262-2000 của Bộ Giao thụng vận tải. Tuy nhiờn, chỳng ta cần nghiờn cứu kỹ lưỡng để cú thể ứng dụng rộng rói hơn, tiết kiệm chi phớ và nõng cao hiệu quả trong việc ứng dụng cụng nghệ trờn.
1.8 Cỏc kết quả nghiờn cứu trong nước về trụ đất xi măng
Hiện nay trong nước cú nhiều đề tài gia cố nền đất yếu liờn quan đến trụ xi măng – đất tại khu vực vựng đất yếu Nam Bộ điển hỡnh một số đề tài như:
Nguyễn Văn Kiệp, Luận văn thạc sỹ 2011 “Nghiờn cứu tớnh toỏn cỏc cơ chế phỏ hoại tường chắn loại cọc ximăng - đất để gia cố hố đào sõu”.
Phạm Lờ Thanh: Luận văn thạc sỹ 2013 “Nghiờn cứu giải phỏp dựng cọc xi măng đất để xử lý lỳn lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu cho một số cụng trỡnh khu vực Cần Thơ”.
Lờ Nhật Trường, Luận văn thạc sỹ 2014 “Nghiờn cứu giải phỏp trụ xi măng đất để gia cố nền đất yếu dưới nền đường đắp cao trong điều kiện Cà Mau”.
Trần Quốc Hậu, Luận văn thạc sỹ 2015 “Ứng dụng trụ đất vụi xi măng xử lý nền nhà mỏy bao bỡ tỉnh Hậu Giang”.
Đậu Văn Ngọ, Tạp chớ phỏt triển KH&CN tập 12 số 05-2009 “Cỏc nhõn tố ảnh hưởng đến cường độ cọc xi măng đất”. Trờn đõy là những nghiờn cứu gần nhất về cụng nghệ trụ đất xi măng và cũn nhiều nghiờn cứu tiờu biểu khỏc.
Nhỡn chung kết quả của cỏc nghiờn cứu bờn trờn trờn, đó đưa ra được nhiều nhận định cú giỏ trị khoa học cao như tỡm ra được những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của cọc xi măng đất, khả năng và phạm vi ứng dụng của nú nhưng vẫn cũn một số hạn chế nhất định chưa khai thỏc, ứng dụng nhiều cho vựng đất yếu ven biển và chủ yếu tập trung cho khu vực nội địa đồng bằng. Nhiều qua điểm tớnh toỏn sức chịu tải, tớnh lỳn chưa đạt được sự thống nhất cao. Hi vọng kết quả nghiờn cứu của tỏc giả dựa trờn nền tiờu chuẩn hiện hành kết hợp với những nhận định cú độ tin cậy cao sẽ gúp phần khắc phục được cỏc hạn chế trờn.
“Tiờu chuẩn hiện hành hiện nay về gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng là: Tiờu chuẩn 9403:2012 được chuyển đổi từ TCXDVN 385:2006 do Viện Khoa học Cụng nghệ Xõy dựng - Bộ xõy dựng biờn soạn, Bộ Xõy dựng đề nghị, Tổng cục Tiờu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định - Bộ Khoa học Cụng nghệ cụng bố”.
1.9 Một số cụng trỡnh ứng dụng trụ đất xi măng trong và ngoài nước 1.9.1 Một số ứng dụng trụ đất xi măng trờn thế giới 1.9.1 Một số ứng dụng trụ đất xi măng trờn thế giới
Nước ứng dụng cụng nghệ xi măng đất nhiều nhất là Nhật Bản và cỏc nước vựng Scandinaver. Theo thống kờ của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tớnh chung trong giai đoạn 1980-1996 cú 2345 dự ỏn, sử dụng 26 triệu m3 BTĐ. Riờng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia cố bằng xi măng ở Nhật vào khoảng 23,6 triệu m3 cho cỏc dự ỏn ngoài biển và trong đất liền, với khoảng 300 dự ỏn. Hiện nay hàng năm thi cụng khoảng 2 triệu m3.
Tại Trung Quốc, cụng tỏc nghiờn cứu bắt đầu từ năm 1970, tổng khối lượng xử lý bằng cọc xi măng đất ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trờn 1 triệu m3. Tại Chõu Âu, nghiờn cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan bắt đầu từ năm 1967. Năm 1974, một đờ đất thử nghiệm (cao: 6m; dài: 8m) đó được xõy dựng ở Phần Lan sử dụng cột vụi đất, nhằm mục đớch phõn tớch hiệu quả của hỡnh dạng và chiều dài cột về mặt khả năng chịu tải.
1.9.2 Một số cụng trỡnh ứng dụng trụ đất xi măng tại Việt Nam
Cụng nghệ trộn sõu đó được miờu tả trong quyển “xử lý sự cố nền múng cụng trỡnh” của giỏo sư Nguyễn Bỏ Kế xuất bản năm 2000. Năm 2002 viện Khoa học Cụng nghệ đó cú nghiờn cứu về cột đất xi măng. Hiện nay Bộ Xõy dựng đó nghiờn cứu ban hành tiờu chuẩn thiết kế cột đất xi măng. Với cụng nghệ trộn cơ: Từ năm 2002, cụng trỡnh đầu tiờn ứng dụng cọc XMĐ vào Dự ỏn cảng Ba Ngũi (Khỏnh hồ) đó sử dụng 4000m cọc XMĐ cú đường kớnh 60cm thi cụng bằng phương phỏp trộn khụ, xử lý nền cho bồn chứa xăng dầu đường kớnh 35m, cao 4m ở Cần Thơ, Tường chống thấm cho đờ quõy giai đoạn II- Nhà mỏy thuỷ điện Sơn la bằng cụng nghệ cọc xi măng đất (tổng cộng 2411m; chiều dài 15m), Tường chống thấm Hồ Đỏ Bạc - Hà Tĩnh (tổng cộng 5125m; Chiều dài 18m) ….Và phỏt triển mạnh trong cỏc dự ỏn giao thụng.
cắt ngang
giới hạn t-ờng chống thấm T-ờng chống thấm
Đ-ờng phân giới lớp 7 và lớp 8 Đỉnh t-ờng chống thấm +7.00m
cắt dọc tim t-ờng chống thấm sơ đồ thi công
1 4 2 5 3 1 4 2 5 3