Khi xử lý bằng cọc cỏt, cú 2 quỏ trỡnh xảy ra là quỏ trỡnh nộn chặt cơ học và
quỏ trỡnh cố kết thấm. Cọc cỏt làm nhiệm vụ như giếng cỏt, giỳp nước lỗ rỗng thoỏt ta nhanh, làm tăng nhanh quỏ trỡnh cố kết và độ lỳn ổn định diễn ra nhanh hơn; nền đất được ộp chặt làm cho đất được nộn chặt thờm, nước trong đất bị ộp thoỏt vào cọc cỏt, do vậy làm tăng cường độ cho nền đất sau khi xử lý. Cọc cỏt thi cụng đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cỏt) nờn giỏ thành rẻ hơn so với dựng cỏc loại vật liệu khỏc. Hiện nay vẫn chưa cú quy trỡnh hoàn thiện về kiểm tra, đỏnh giỏ chất lượng gia cố nền đất yếu bằng cọc cỏt; thiết bị và quy trỡnh thi cụng cọc cỏt. Cần hoàn thiện cỏc nghiờn cứu về gia cố nền đất yếu bằng cọc cỏt để đưa ra trỡnh tự, cụng thức tớnh toỏn thiết kế như: Diện tớch gia cố, chiều sõu gia cố, đường kớnh cọc, số lượng cọc, mật độ cọc, sức chịu tải của nền sau gia cố, độ lỳn của nền sau gia cố.
Giải phỏp cọc cỏt được ỏp dụng khi bề dày đất yếu cần xử lý tương đối lớn; chiều cao nền đắp tương đối lớn; khi đất yếu cú sức chống cắt nhỏ mà việc cải thiện tớnh chất cơ lý của đất yếu bằng cố kết thấm đơn thuần thỡ hiệu quả đạt được sẽ khụng cao.
Bấc thấm là băng cú lừi chất dẻo cú tiết diện hỡnh bỏnh răng hoặc hỡnh dẫn ống kim, được bao bờn ngoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật Polypropylen khụng dệt). Bấc thấm cú bề rộng 100mm, dày 3 - 5mm, được cuốn lại trong cỏc rulo, dài khoảng 200 - 300m. Độ sõu cắm bấc cú hiệu thường từ 10 - 20m.
Lớp bọc ngoài vải địa kỹ thuật cú chức năng ngăn cỏch lừi và đất xung quanh, ngăn cỏt hay hạt đất chui vào lừi làm tắc lừi. Lừi chất dẻo cú chức năng đỡ lớp vỏ bao bọc, tạo đường cho nước thấm dọc ngay cả khi ỏp lực xung quanh lớn.
Bấc thấm cú tỏc dụng dẫn nước từ dưới tầng đất yếu lờn tầng đệm cỏt phớa trờn và thoỏt ra ngoài, nhờ đú tăng tốc độ cố kết, tăng nhanh sức chịu tải do thay đổi cỏc chỉ tiờu cơ bản (C, φ) của đất yếu, do đú làm tăng nhanh tốc độ lỳn của nền đất; tuy nhiờn khú kiểm soỏt chất lượng trong quỏ trỡnh thi cụng, giỏ thành cao, thời gian gia tải dài…
Giải phỏp bấc thấm chỉ được dung khi ỏp suất nền đắp cộng với phần gia tải phải lớn hơn 1,2 lần ỏp suất tiền cố kết của đất yếu, cú vậy mới đẩy được nước ra khỏi đất yếu. Nước thoỏt ra trong quỏ trỡnh cố kết phải được đẩy ra khỏi phạm vi nền đường. PVD thường được sử dụng để xử lý nền đường cấp cao và đường cao tốc với đất yếu
là bựn cú độ sệt B>0,75, khối lượng thể tớch 1450 – 1700 kg/m3 và chiều cao đắp H >
3 - 3,5m. Giải phỏp này đó được sử dụng tương đối phổ biến ở cỏc đoạn nền đường đắp cao trờn đất yếu ở cỏc tuyến QL5, Đường cao tốc TP Hồ Chớ Minh – Trung Lương… đều đạt hiệu quả tương đối tốt.
1.2.2.9. Giải phỏp giếng cỏt [23]
Giếng cỏt cú đường kớnh 35-45cm, 40-60cm, nhờ cỏc thiết bị chuyờn dụng nhồi vào nền đất bóo hũa đến độ sõu thiết kế, với chức năng là đường thoỏt nước thẳng đứng. Giải phỏp này luụn kốm với biện phỏp gia tải trước (thường Hđắp >4m) và 1 lớp đệm cỏt (giữa đất yếu và nền đắp) để thoỏt nước ngang. Cơ sở lý thuyết tớnh toỏn giếng cỏt hoàn toàn giống như tớnh toỏn PVD.
Khoảng cỏch cỏc giếng cỏt phụ thuộc vào đường kớnh giếng và tốc độ cố kết của nền đất, thụng thường khoảng từ 1,2- 2,5m. Lớp đất yếu bóo hũa nước càng dày thỡ biện phỏp này càng đạt hiệu quả về độ lỳn tức thời. Giải phỏp cú hiệu quả đối với đất yếu loại sột hay ỏ sột; đũi hỏi thời gian gia tải thường là 6-12 thỏng.
Giếng cỏt cú tỏc dụng tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất, làm cho nền đường
biến dạng đều và cụng trỡnh nhanh chúng đạt đến giới hạn ổn định về lỳn. Ngoài ra giếng cỏt cũn làm tăng độ chặt của nền đất và do đú sức chịu tải của đất nền cũng tăng đỏng kể. Tuy nhiờn giải phỏp này khú khống chế chất lượng khi thi cụng và cú lỳc giếng cỏt đứt ngang thõn giếng nờn khụng làm nhiệm vụ thoỏt nước được. Giải phỏp đó được ỏp dụng nhiều trong cỏc cụng trỡnh giao thụng ở nước ta như đường bắc Thăng Long - Nội Bài, đoạn Km93 QL5, cụng trỡnh cầu Chợ Đệm Km8+200 - Km9+380 thuộc đường cao tốc TP Hồ Chớ Minh - Trung Lương…
1.2.2.10. Giải phỏp CĐXM [5], [14], [15]
Nguyờn lý của phương phỏp là đưa xi măng vào đất, cỏc quỏ trỡnh phản ứng húa học sẽ tạo nờn cỏc mối liờn kết kiến trỳc mới trong đất, cỏc mối liờn hệ này khỏ bền vững, đồng thời độ chặt của đất cũng tăng lờn. Cỏc phản ứng húa lý chủ yếu gồm cú: phản ứng thủy húa xi măng với nước, phản ứng puzzolan giữa cỏc thành phần khoỏng vật puzzolan trong đất với Ca(OH)2, phản ứng trao đổi ion … Kết quả cuối cựng làm giảm hàm lượng nước trong đất, tăng độ bền, độ ổn định, làm giảm hệ số thấm và độ lỳn của đất đồng thời chống lại sự trương nở, co ngút và tan ró của đất sau khi xử lý.
Giải phỏp CĐXM được ỏp dụng để xử lý cỏc đoạn đất yếu ở những đoạn đường cú chiều cao đất đắp lớn hoặc ở cỏc vị trớ đường đầu cầu hoặc qua cống do yờu cầu độ lỳn cũn lại nhỏ nhằm mục đớch: Tăng độ cố kết của đất nền, giảm độ lỳn, rỳt ngắn được thời gian thi cụng và tăng cường sự ổn định trượt của nền đất, đảm bảo độ ổn định của nền đường đắp trờn cỏc đoạn đất yếu cú bề dày rất lớn (thường là 30-50m) mà cỏc giải phỏp thoỏt nước thẳng đứng khụng hoặc khú cú thể thực hiện được.
Giải phỏp cọc đất xi măng làm tăng cường độ, giảm tớnh nộn lỳn do đú tăng cường ổn định nền đất, từ đú kiểm soỏt sự biến dạng của đất nền. So với một số giải phỏp xử lý nền hiện cú, cụng nghệ này cú ưu điểm là khả năng xử lý sõu (đến 50m), thớch hợp với cỏc loại đất yếu (từ cỏt thụ cho đến bựn yếu), thi cụng được cả trong điều kiện nền ngập sõu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đó đưa lại hiệu quả kinh tế rừ rệt so với cỏc giải phỏp xử lý khỏc .
Tuy nhiờn việc nghiờn cứu để lựa chọn mụ hỡnh tớnh toỏn hợp lý, từ đú xỏc định cỏc thụng số chớnh hợp lý khi ỏp dụng cụng nghệ là những vấn đề chưa được giải quyết triệt để. Đõy cũng là phần nội dụng mà luận ỏn hướng tới.
Giải phỏp CĐXM đó được ỏp dụng cú hiệu quả ở Nhật Bản, Hoa kỳ, Thụy Điển, Trung Quốc, Thỏi Lan, Philippin … Ở nước ta, giải phỏp này được sử dụng để gia cố nền nhà, cụng trỡnh xõy dựng dõn dụng. Trong vài năm gần đõy cụng nghệ này đó được ỏp dụng tại cảng Ba Ngũi (Khỏnh Hũa), bệ bỡnh chứa dầu của Tổng kho xăng dầu Cần Thơ, đại lộ Đụng Tõy - TP Hồ Chớ Minh, sõn bay Trà Núc, Cao tốc Bến Lức – Long Thành [11], Dự ỏn đường Liờn cảng Cỏi Mộp – Thị Vải [10], và gần nhất là thử nghiệm tại đường Lỏng - Hũa Lạc [9]. Ngoài việc gia cố nền đất yếu, CĐXM cũn được ứng dụng trong cỏc lĩnh vực như: xõy dựng tường chống thấm, chống đỡ thành hố múng, giảm nhẹ và ngăn chặn sự húa lỏng… Khi ỏp dụng giải phỏp này cần cú những điều tra, nghiờn cứu về hàm lượng hữu cơ, thành phần khoỏng húa của đất yếu vỡ nếu đất cú hàm lượng hữu cơ lớn hoặc cú độ pH nhỏ thỡ cường độ của CĐXM sẽ tăng khụng nhiều. Với ưu điểm là thời gian thi cụng nhanh, sử dụng được vật liệu địa phương, giỏ thành tương đối thấp, cụng nghệ này đang dần được cỏc nhà quản lý, thiết kế và thi cụng quan tõm khi gặp đất yếu. [34].
1.2.2.11. Cỏc giải phỏp khỏc
Trờn thế giới cũn nhiều cỏc giải phỏp khỏc như:
+ Điện thấm điện húa: Cho dũng điện một chiều chạy qua đất hạt mịn, bóo hũa nước thỡ hạt đất chuyển dịch về phớa cực dương, cũn nước ở trong đất di chuyển về phớa cực õm. Ở phớa cực õm bố trớ thiết bị tiờu nước làm tăng nhanh tốc độ cố kết của đất.
+ Điện húa học: Thường dựng clorua canxi và natri silicat đưa vào đất qua điện cực dương. Khi dũng điện qua, cỏc điện cực này sẽ bị phỏ hủy. Cỏc sản phẩm phỏ hủy liờn kết cỏc hạt sột làm cho khối đất trở nờn cứng lại, nước được thoỏt ra ở điện cực õm.
+ Hỳt chõn khụng: Sử dụng cỏc loại vật liệu trựm kớn toàn bộ khu vực cần xử lý sau đú dựng bơm hỳt chõn khụng tạo nờn sự chờnh lệch ỏp suất giữa khu vực cần xử lý và khụng gian tỳi nước sẽ thoỏt ra ngoài.
+ Cọc Balat, cọc cỏt đầm: Sử dụng cỏc cọc vật liệu rời bao gồm cỏt và sỏi được làm chặt và chốn vào lớp đất mềm yếu bằng phương phỏp thay thế. Đất và cọc vật liệu rời này tạo thành một hỗn hợp. Khi chịu tải trọng bờn ngoài, cọc biến dạng phỡnh ra, làm cho đất chịu ứng suất, tăng cường độ của hỗn hợp và giảm tớnh nộn lỳn. Mặt khỏc, cọc vật liệu rời cũn cú tớnh thấm cao nờn cũn làm tăng nhanh độ lỳn cố kết và trị số lỳn của cụng trớnh sau khi xõy dựng.
Cỏc giải phỏp này cú cụng nghệ thi cụng phức tạp, đũi hũi dõy chuyền thiết bị thi cụng đồng bộ, tay nghề cỏn bộ chuyờn nghiệp, khú ỏp dụng ở Việt Nam.
1.3. TỔNG QUAN VỀ CĐXM [6], [24], [25], [32], [34], [40], [46], [50], [60]
1.3.1. Khỏi niệm
CĐXM (Deep Mixing Method : DMM) là hỗn hợp giữa đất nguyờn dạng nơi cần gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun. Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt đến độ sõu lớp đất cần gia cố thỡ quay ngược và dịch chuyển lờn.Trong quỏ trỡnh dịch chuyển lờn, xi măng được phun xuống nền đất bằng ỏp lực khớ nộn đối với hỗn hợp khụ (dry mixing) [34], [46], [50] hoặc bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt (wet mixing) [6], [34], [40], [50]. Thực chất của phương phỏp này là quỏ trỡnh gia cố sõu nhằm cải thiện cỏc đặc trưng cơ học của đất (tăng cường độ khỏng cắt, giảm tớnh nộn lỳn…) bằng cỏch trộn đất nền với xi măng để chỳng tương tỏc với nhau, tạo ra sự trao đổi ion tại bề mặt cỏc hạt sột, gắn kết cỏc hạt đất và lấp đầy cỏc lỗ rỗng bởi cỏc sản phẩm của phản ứng húa học đất - xi măng.
Cựng với xi măng thỡ cú nhiều loại chất gia cố khỏc như vụi, thạch cao, tro bay… tuy nhiờn theo kinh nghiệm đỳc kết từ rất nhiều cụng trỡnh đó thi cụng trờn thế giới thỡ xi măng thể hiện được nhiều ưu điểm vượt trội mà cỏc chất gia cố khỏc khụng cú được và rất thớch hợp để xử lý nền đất yếu tại Việt Nam. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vấn đề tờn gọi là Cọc hay Cột hoặc Trụ hiện nay cũn một số trường phỏi sau: + Trường phỏi 1: Ở chõu Á như Trung Quốc [25], Học viện cụng nghệ chõu Á, tờn gọi là Cọc [34].
+ Trường phỏi 2: Gồm cỏc nước Mỹ [60], Nhật [32]., chõu Âu [24], tờn gọi là cột. Theo quan điểm cỏ nhõn của NCS thỡ nờn gọi là cọc sẽ hợp lý hơn cột hay trụ. Cột, trụ thường được dựng chỉ những kết cấu bờ tụng cú cường độ lớn hơn nhiều so với mụi trường xung quanh và thường được sử dụng nằm trờn mặt đất để chịu tải trọng nộn thẳng đứng. Trong luận ỏn này NCS dựng thuật ngữ là cọc - CĐXM
1.3.2. Phõn loại [34], [42], [50]
Cú rất nhiều cỏch phõn loại CĐXM như:
+ Theo chủng loại chất gia cố, cỏch thức trộn: Phương phỏp trộn khụ, trộn ướt; phương phỏp xoay phun và khoan xoay…
+ Theo bố trớ mặt bằng cọc: Dạng cọc đơn, dạng hàng cọc liờn tục gối chồng lờn nhau, dạng khung, dạng khối cỏc cọc…
+ Theo phạm vi ứng dụng trong thực tế: xõy dựng cỏc tường chống thấm, ổn định và chống đỡ thành hố múng, gia cố nền đất yếu, giảm nhẹ và ngăn cản sự húa lỏng (cỏt chảy), làm tường chắn, cụ lập và ngăn chặn vựng bị ụ nhiễm…
+ Theo cụng nghệ thi cụng: Chia thành khoan phụt truyền thống, khoan phụt kiểu ộp, khoan phụt thẩm thấu, khoan phụt cao ỏp… Trong đú khoan phụt truyền thống là sử dụng ỏp lực phụt để ộp vữa xi măng lấp đầy cỏc lỗ rỗng khe nứt, thường ỏp dụng trong khoan phụt đỏ, đất nứt nẻ thõn đờ, đập.Khoan phụt kiểu ộp là sử dụng vữa phụt cú ỏp lực để ộp và chiếm chỗ đất.Khoan phụt thẩm thấu là biện phỏp ộp vữa với ỏp lực nhỏ để vữa tự đi vào cỏc lỗ rỗng.Khoan phụt cao ỏp là sử dụng ỏp lực cao để ộp vữa chiếm chỗ đất.
+ Theo phương phỏp trộn: Chia thành cụng nghệ trộn khụ (dry mixing) và cụng nghệ trộn ướt (jet grouting hay wet mixing).
(a) (b) (c)
1.3.3. Lịch sử phỏt triển CĐXM
1.3.3.1. Trờn thế giới [24], [25], [32]
CĐXM bắt đầu được nghiờn cứu ứng dụng ở chõu Âu và Nhật Bản từ năm 60 của thế kỷ 20. Nước ứng dụng cụng nghệ CĐXM nhiều nhất là Nhật Bản và cỏc nước vựng Scandinaver. Theo thống kế của hiệp hội DMM Nhật Bản [32], tớnh chung trong giai đoạn 1980-1996 cú 2345 dự ỏn, sử dụng 26 triệu m3. Riờng từ năm 1977 đến
1993, lượng đất gia cố xi măng ở Nhật Bản khoảng 23,6 triệu m3 cho cỏc dự ỏn ngoài
biển và trong đất liền, với khoảng 300 dự ỏn. Hiện nay hàng năm ở Nhật Bản thi cụng
khoảng 2 triệu m3.Tại chõu Âu [24], cụng nghệ này bắt đầu được nghiờn cứu ở Thụy
Điển và Phần Lan từ những năm 1967. Năm 1974 một đờ đất thử nghiệm (cao 6m và dài 8m) được xõy dựng ở Phần Lan sử dụng cọc đất gia cố vụi nhằm mục đớch phõn tớch hiệu quả của hỡnh dạng và chiều dài cọc về khả năng chịu tải.
Tại Trung Quốc [25], việc nghiờn cứu CĐXM được bắt đầu từ năm 1970 và được ứng dụng để xử lý nền đất cỏc khu cụng nghiệp Thượng Hải vào cuối thập kỷ 70 thế kỷ 20, xõy dựng cỏc bến cập ở cảng Thiờn Tõn vào cuối những năm 80 thế kỷ trước.
Tổng khối lượng xử lý CĐXM ở Trung Quốc đến nay khoảng trờn 1 triệu m3. Năm
1992 một hợp tỏc giữa Trung Quốc và Nhật Bản đó tạo sự thỳc đẩy cho cụng nghệ DMM phỏt triển mạnh ở Trung Quốc, với kết quả là dự ỏn cảng Yantai đó xử lý nền
đất ngoài biển khoảng 60.000m3.
1.3.3.2. Ở Việt Nam [9], [34], [35]
Đơn vị đầu tiờn đưa CĐXM vào là Viện khoa học cụng nghệ xõy dựng Việt Nam (IBST) [35], điều này được khẳng định trong hội nghị gia cố sõu được tổ chức tại Stockholm 2001. Phương phỏp này bắt đầu được nghiờn cứu từ những năm đầu của thập kỷ 80 thế kỷ trước với sự giỳp đỡ của Viện Địa kỹ thuật Thuỵ Điển (SGI) với một thiết bị thi cụng, do TS Nguyễn Trấp làm chủ trỡ. Đề tài được kết thỳc vào năm 1986 thiết bị được chuyển giao cho Tổng cụng ty xõy dựng và phỏt triển hạ tầng (LICOGI). Khoảng những năm 2000, do yờu cầu của thực tế, cụng nghệ này được ỏp dụng để xử lý nền múng cho cỏc bồn chứa dầu,khi cụng trỡnh chấp nhận một giỏ trị độ lỳn cao hơn bỡnh thường. Đơn vị thực hiện ban đầu là COFEC và nay là C&E Consultants, theo đú rất nhiều thớ nghiệm hiện trường (quan trắc cụng trỡnh) đó được thực hiện.
Từ năm 2002 đó cú một số dự ỏn bắt đầu ứng dụng CĐXM vào xõy dựng cỏc cụng trỡnh trờn nền đất, cụ thể như: Dự ỏn cảng Ba Ngũi (Khỏnh Hũa) đó sử dụng 4000m CĐXM đường kớnh 0,6m thi cụng bằng trộn khụ; xử lý nền cho bồn chứa xăng dầu đường kớnh 21m, cao 9m ở Cần Thơ. Năm 2004 CĐXM được sử dụng để gia cố nền múng cho nhà mỏy nước huyện Vụ Bản (Nam Định), xử lý múng cho bồn chứa xăng dầu ở Đỡnh Vũ (Hải Phũng), cỏc dự ỏn trờn đều sử dụng cụng nghệ trộn khụ, độ sõu xử