1.2 Giới thiệu về cọc ximăng – đất bảo vệ thành hố đào, những sự cố xảy ra trong tính toán và thực tế
1.2.1 Khái niệm và sơ lược lịch sử hình thành cọc ximăng–đất
Cọc ximăng - đất sử dụng cốt liệu chính là đất tại chỗ, gia cố với một hàm lượng ximăng, phụ gia nhất định tùy thuộc vào loại và các tính chất cơ – lý – hóa của đất nền tại khu vực đặt công trình thi công. Mục đích chính của việc sử dụng công nghệ cọc ximăng – đất là nhằm cải thiện để tăng cường độ, giảm tính thấm và tăng sức bền dựa trên các phản ứng của ba thành phần chính là đất, ximăng và nước để tạo nên một loại vật liệu mới có cường độ tốt hơn, môđun biến dạng tăng …. Nhìn chung, cho đến thời
điểm hiện nay thì trên thế giới đã cho ra đời các công nghệ thi công mới áp dụng cho cọc ximăng - đất như sau:
Năm 1954: Công ty Repakt của Mỹ cho ra đời công nghệ MIP (Mixing in Place).
Đây là công nghệ khoan đơn chỉ áp dụng ở Mỹ.
Năm 1960 công nghệ DLM (Deep Lime Mixing) được Trung Quốc báo cáo và nền tảng dựa trên công nghệ CDM (Ciment Deep Mixing). Nhưng đến năm 1970 thì quá trình nghiên cứu được bắt đầu.
Năm 1961 người Nhật đã áp dụng công nghệ MIP để thi công hơn 300,000m cọc ximăng – đất gia cố hố đào và ngăn thấm nước ngầm. Đến 1970 công ty Seiko Kogyo của Nhật đã áp dụng thành công tường chắn bằng công nghệ DMM (Deep Mixing Method) và SMW (Soil Mixing Wall).
Năm 1972 công ty Seiko Kogyo của Nhật tiếp tục duy trì và phát triển công nghệ SMW trong thi công tường chắn.
Năm 1974 công nghệ DLM (Deep Lime Mixing) đã được hoàn thiện và áp dụng tại Nhật Bản. Cũng trong năm này Thụy Điển đã thử nghiệm cọc có chiều sâu 12m và đường kính 0,5m.
Năm 1975 PHRI đã phát triển vượt bậc công nghệ CDM (Cement Deep Mixing) và áp dụng cho các dự án lớn.
Năm 1976 PWRI (Public Works Research Institute) đã đầu tư nghiên cứu công nghệ DJM .
Các công nghệ này luôn dược cải tiến và ứng dụng rộng rãi từ năm 1976 đến nay và phần lớn vấn đề nghiên cứu được xuất phát từ người Nhật Bản.
Hiện nay, việc sử dụng cọc ximăng – đất để gia cố hố đào được áp dụng rộng rãi nhất ở Việt Nam là công nghệ DMM (SMW) của Nhật Bản và công nghệ Geomix, công ty Soletanche Bachy, nước Pháp.
Công nghệ cọc ximăng - đất DMM (SMW) của Nhật Bản là công nghệ gia cố nền tại chỗ, hỗn hợp vật liệu là sự kết hợp của 3 thành phần chính đất tại chỗ, ximăng,
nước và một lượng nhất định phụ gia cần thiết.
Mô phỏng sơ lược thiết bị và quy trình thi công tường cọc ximăng - đất theo công nghệ CDM và SMW:
Nội dung Công nghệ (CDM)
Cement Deep Mixing
Công nghệ SMW Soil Mixing Wall Hình ảnh máy trộn
Mô phỏng trạng thái làm việc
Các cần quay làm đất di chuyển và bị cắt trộn đều tạo ra hỗn hợp đất.
Các mũi khoan, các cần khoan quay tạo ra hỗn hợp đất tại chỗ, kết hợp với ximăng tạo nên bức tường ximăng - đất liên tục.
Số cần khoan 2,4,6 hoặc 8 cần khoan. 1,2,3 hoặc 5 cần khoan.
Vật liệu Ximăng hoặc vữa vôi. Vữa ximăng, bùn đất sét và vữa phụ gia cần thiết khác.
Loại đất áp dụng Bùn nhão, đất sét mềm, cát rời.
Bùn sét mềm cho tới cứng, cát, sỏi sạn, sỏi cuội đá tảng.
Phạm vi ứng dụng Phần lớn áp dụng cho các công trình kè chắn sóng vùng biển và bờ sông.
Gia cố hố đào, ngăn dòng mực nước ngầm.
Quan điểm nhận xét Được phát triển bởi Port và Harbor.
Công ty Seiko Kogyo của Nhật Bản.
Và sau đây là một số hình ảnh trong quá trình thi công theo công nghệ DMM:
Hình 1.6 Cần khoan cọc đơn Hình 1.7 Cần khoan
Hình 1.8 Thiết bị thi công cọc ximăng - đất.
Hình 1.9 Chi tiết cần và lưỡi khoan.
Hình 1.10 Tường vây cọc ximăng - đất công trình 145 Phan Chu Trinh tp Vũng Tàu
Hình 1.11 Cọc tường vây công trình Sài Gòn Pearl Nguyễn Hữu Cảnh Tp.HCM Thông thường loại tường liên tục bằng cọc ximăng – đất (SMW) có các thành phần chính là đất tại chỗ, ximăng và một hàm lượng phụ gia nhất định, không có cốt thép. Nhưng trong điều kiện cần thiết như: gia công hố đào quá sâu cần phải giằng chống do áp lực ngang của đất và nước ngầm quá lớn, người ta có thể tăng cường khả
năng chịu uốn của cọc này bằng cách gia cường các thanh thép hình vào cọc khi vừa trộn xong. Số lượng và vị trí cọc được gia công thép hình tùy theo điều kiện địa chất khu vực và độ sâu hố đào.
Hình 1.12 Tường vây cọc ximăng - đất có gia cố thép hình
Dao số 1 Dao số 2
Dao số 3 Dao số 4
Hình 1.13 Các dao trộn điển hình trong công nghệ trộn của Thụy Điển (thông tin công nghệ 1992)
Việc sử dụng ưu điểm tối đa của vật liệu hỗn hợp ximăng - đất và công nghệ áp dụng cho loại vật liệu này để gia cố đất nền và vách hố đào ngày càng được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Đồng thời hiện nay công nghệ này cũng ngày càng phổ biến ở Việt Nam. Điển hình như một số dự án lớn ở Việt Nam đã thực hiện công nghệ này:
đường băng sân bay Cần Thơ, công trình Sài Gòn Pearl Nguyễn Hữu Cảnh….thêm vào một số công trình trọng điểm khác.
Ngoài vật liệu hỗn hợp ximăng - đất được sử dụng theo công nghệ DMM của Nhật Bản thì hiện nay một số công trình ở Việt Nam đang sử dụng loại vật liệu này để gia cố thành hố đào dưới dạng bản tường (tấm panel) đó là công nghệ Geomix, công ty Soletanche Bachy thi công.
Geomix cũng là một công nghệ dựa trên quy trình sử dụng cốt liệu chính là đất tại chỗ, gia cố với một hàm lượng ximăng và phụ gia nhất định tùy thuộc vào loại và các tính chất cơ – lý – hóa của đất nền tại khu vực đặt công trình thi công để tạo nên những bức tường liên hoàn dùng trong việc gia cố thành hố đào, ngăn thấm rất tốt và rất thân thiện với môi trường.
Công nghệ Geomix chỉ khác với công nghệ DMM (SMW) của Nhật ở thiết bị, phương pháp thi công và hình dạng sản phẩm sau khi thi công.
Về thiết bị thi công: Loại dao dùng để cắt đất cho công nghệ này là loại dao CSM (cutter soil Mixing). Loại dao này gồm các motor thủy lực phía trên và hai dao cắt và trộn đất hình bánh xe tròn được định vị cố định. Khi bánh xe quay đất sẽ bị cắt và trộn đều với ximăng . Thiết bị trên phù hợp với thi công tường panel ximăng - đất.
Về phương pháp thi công cũng như công nghệ DMM nhưng nó chỉ khác ở chỗ:
chúng dùng bánh xe quay nhờ vào các motor thủy lực cắt đất, đất sau khi bị cắt sẽ được xáo trộn với ximăng theo vòng quay của dao, dao trộn sẽ được di chuyển lên xuống nhằm bảo đảm sự đồng đều của đất và ximăng.
Hình 1.14 Hình ảnh bánh xe trộn theo công nghệ Geomix
Hình 1.15 Hình ảnh thi công tường ximăng - đất theo công nghệ Geomix.
Với công nghệ Geomix sản phẩm sau khi thi công là tấm panel ximăng - đất liên tục. Phần lớn các sản phẩm thi công theo công nghệ này có tác dụng ngăn thấm, ngăn sự xâm thực của nguồn nước ô nhiểm, bờ kè và gia công vách hố đào nhưng ít phổ biến do khả năng chịu uốn thấp hơn so với công nghệ DMM của Nhật Bản.
Hình 1.16 Công trình tường ngăn thấm ở Phần Lan