QUI ĐỊNH KỸ THUẬT THI CÔNG VÀ KIỂM TRA CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG (DSMC)
III.1 CƠ SỞ THỰC HIỆN VÀ QUY ĐỊNH CHUNG
III.1.1. Cở sở thực hiện
- Căn cứ quy định của TCXDVN 385 : 2006 “Gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng”, cũng như các quy trình quy phạm nước ngoài như BS 8006 : 1995 (Anh), CB5 (Nhật Bản), CW02 (Thuỵ Điển), DBJO8 – 40 – 94 (Thượng Hải) vv… về nguyên tắc và quy trình lập thiết kế cọc đất xi măng để xử lý gia cường nền đất yếu (N300 < 1; a > 0.1 cm2/kg; Cc> 0.500 vv…) là nền đất có khả năng chịu tải kém, độ nhạy lớn, tính lún cao vv… Nguyên tắc và quy định đó là:
Các thí nghiệm trong phòng & thí nghiệm hiện trường trước và sau khi nền đất yếu được xử lý gia cường bằng cọc đất xi măng. Các kết quả số liệu đó, chính là số liệu đầu vào để lập thiết kế cơ sở cho cọc đất xi măng.
Các thí nghiệm hiện trường và thí nghiệm trong phòng này là để kiểm chứng với kết quả tính toán trong hồ sơ thiết kế của cọc đất xi măng và là căn cứ khoa học, cơ sở thực tế để quyết định các thông số kỹ thuật về cọc đất xi măng (đường kính, khoảng cách, tỷ lệ xi măng/1m3 đất trộn vv…) được sử dụng trong thi công đại trà.
Với cấu trúc địa chất phức tạp (như vị trí xây dựng đường và sân đỗ ôtô – Nhà ga hành khách cảng hàng không Cần Thơ) thì ngay cả quá trình thi công đại trà cọc đất xi măng, vẫn cần phải có những thí nghiệm bổ sung để kiểm tra.
Các điểm ở trên đã được tiến hành thực hiện ở các dự án như: Cụm Cảng Hàng Không Cần Thơ, Đại lộ Đông - Tây Tp.Hồ Chí Minh, Cao ốc 16 tầng Đà Nẵng, Cảng Ba Ngòi, Nhà Máy Nước Nam Định vv… Qua thực tế cho phép kết luận việc tiến hành cho hạng mục xử lý nước thải của dự án Saigon Pearl là có tính pháp quy xây dựng cơ bản và không thể nào khác. Bởi tất cả các thí nghiệm nêu trên không ngoài mục đích vì sự an toàn khi khai thác và sử dụng cọc đất xi măng cho công trình.
- Các thông số kỹ thuật cho cọc đất xi măng tại Cảng Hàng không như sau:
o Đường kính D=0,6m, chiều sâu 16m và khoảng cách giữa các tim cọc là 1m4.
- Với tiêu chuẩn như trên thì đủ đảm bảo an toàn về:
o Cường độ: ΣN < τu + Ru; qd = Mp.σE < qu
o Độ lún dư cho phép: dS = ( 1-U).Sn < DSL
o Độ lún theo thời gian: St = U.Sc
- Các kết quả tính toán cần được kiểm tra và đối chứng bằng thí nghiệm hiện trường
III.1.2. Quy định chung
Thiết kế, thi công gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng cần tuân theo quy trình sau:
a) Khảo sát địa chất công trình, thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng thích hợp trong phòng thí nghiệm;
b) Thiết kế sơ bộ nền gia cố theo điều kiện tải trọng tác dụng của kết cấu bên trên (căn cứ vào kết quả thí nghiệm mẫu trong phòng và kinh nghiệm tích lũy);
c) Thi công trụ thử bằng thiết bị dự kiến sử dụng;
d) Tiến hành các thí nghiệm kiểm tra (xuyên cánh, xuyên tĩnh, nén tĩnh, lấy mẫu...);
e) So sánh với các kết quả thí nghiệm trong phòng, đánh giá lại các chỉ tiêu cần thiết;
f) Điều chỉnh thiết kế (hàm lượng chất gia cố, chiều dài hoặc khoảng cách giữa các trụ);
g) Thi công đại trà theo công nghệ đã đạt yêu cầu và tiến hành kiểm tra chất lượng phục vụ nghiệm thu.
Tuy cùng một tỷ lệ pha trộn nhưng luôn có sự khác nhau giữa mẫu chế bị trong phòng và thực tế thi công bằng các thiết bị ngoài hiện trường, cho nên việc thi công trụ thử, tìm hiệu quả gia cố tối ưu là quy định bắt buộc. Trụ thử phải thi công ngoài công trình để có thể tiến hành thí nghiệm kiểm tra . Số lượng trụ thử không ít hơn 2 trụ cho mỗi loại thiết bị và công nghệ.
Dự án trụ đất xi măng được tiến hành theo quy trình lặp, quyết định thi công đại trà chỉ có thể đưa ra sau khi đã thi công và thí nghiệm trụ thử đạt yêu cầu.
III.2. Yêu cầu về vật liệu sử dụng
III.2.1.
Vật liệu xi măng
• Không sử dụng xi măng bị vón cục, xi măng đã lưu kho trên 3 tháng. Các lô xi măng đến công trường phải được thí nghiệm đầy đủ trước khi sử dụng.
• Xi măng dùng làm chất gia cố trong công tác thi công cọc đất gia cố xi măng là xi măng poóclăng thông thường PCB30 (TCVN 6260 -1997 và ASTM 1157 – 00 Loại LH).
• Chất lượng của xi măng được thí nghiệm theo TCVN 6016(ISO)- 1995 ÷ TCVN 679 -1989. Kết quả thí nghiệm phải đạt yêu cầu kỹ thuật của cơ quan thiết kế và được đánh giá theo các chỉ tiêu sau: • Cường độ chịu nén (TCVN 2682 -92) không nhỏ hơn
300kg/cm2(R28) và không lớn hơn 400 kg/cm2(R28). • Thời gian đông kết : TCN 6017 -1995 (ISO 9597-1989) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
o Bắt đầu đông kết : không dưới 120 phút o Kết thúc đông kết : không dưới 170 phút
o Độ ổn định thể tích đo theo phương pháp LeChatelier < 10mm.
o Nhiệt thủy hóa 7 ngày (ASTM C186-94) nhỏ hơn 70 Kcal/kg.
• Hàm lượng SO3 (TCVN 141-1998) : không lớn hơn 3,5% • Hàm lượng mất khi nung (TCVN 141-86) : không lớn hơn 5%.
• Hàm lượng C3A cuả xi măng phải thấp hơn các trị số trong (phụ lục Bảng III.1), phụ thuộc vào bản chất thạch học của cốt liệu và nhiệt độ lớn nhất khi đổ bê tông và sai số cho phép nhỏ hơn 5% • Độ nghiền mịn ( TCVN 4030 – 85) : Phần còn lại trên sàng 0.08
mm không lớn hơn 15%.
III.2.2.Vải địa kỹ thuật
Vải địa lỹ thuật sử dụng tăng cường độ, tạo lớp cốt trên đầu cọc đất gia cố xi măng là loại vải dệt và đáp ứng các yêu cầu trong (phụ lục bảng III.2)
III.2.3. Yêu cầu về thiết bị
• Thiết bị phải có năng lực thi công phù hợp yêu cầu về chất lượng và tiến độ công trình.
• Các thông số cơ bản của máy khoan phun như chiều sâu khoan phun, đường kính cọc, công suất phun chất gia cố vào đất, áp lực phun, tốc độ quay khi mũi khoan đi xuống và khi đi lên, tốc độ rút cần khoan phải được kiểm soát tốt trong suốt quá trình khoan phun tạo cọc.
• Máy khoan phun khi thi công cọc thử nghiệm phải cùng chủng loại với máy thi công cọc đại trà và sử dụng cùng một kiểu mũi trộn.
III.2.4. Yêu cầu kỹ thuật thi công cọc đất gia cố xi măng
III.2.4.1.
Chuẩn bị mặt bằng thi công :
• Bóc bỏ toàn bộ các lớp hữu cơ cho đến bề mặt lớp cát san lấp hiện hữu.
• Đào đắp, san gạt để tạo mặt phẳng thi công cọc đất gia cố xi măng; mặt bằng thi công được tạo ra với độ dốc không quá 1/7 và phù hợp với thiết bị khoan phun tạo cọc, cao độ thi công mặt phẳng này được thực hiện theo đúng cốt san nền.
III.2.4.2.
Các bước thi công chính:
- Bước 1: Định vị tim cọc. Tim cọc được định vị bằng cọc gỗ hay cọc tre. Sai số cho phép về vị trí tim cọc phụ thuộc vào sơ đồ bố trí các cọc.
- Bước 2: Di chuyển máy khoan phun đến vị trí, đặt tim mũi khoan trùng với vị trí tim cọc; điều chỉnh cân bằng máy, kiểm tra và điều chỉnh độ thẳng đứng của cần khoan (độ nghiêng của cọc).
- Bước 3: Kiểm tra và bổ sung chất gia cố vào bình chứa của máy khoan phun.
- Bước 4: Khoan phun tạo cọc. Vận hành máy cho mũi khoan đi xuống đất, khi mũi khoan đạt độ sâu thiết kế thì cho mũi khoan quay ngược lại và rút mũi khoan lên đồng thời phun chất gia cố vào trong đất bằng khí nén thông qua lỗ ở đầu mũi trộn. Tùy thuộc vào thiết bị cụ thể việc phun chất gia cố vào đất có thể thực hiện ở giai đoạn mũi trộn đi xuống hay đi lên hoặc ở cả hai giai đoạn. Các cánh của mũi trộn sẽ trộn chất gia cố với đất tại chỗ đã được làm tơi trước đó. Việc phun chất gia cố vào đất dừng lại cách mặt đất thi công trung bình khoảng 1,5m . Các thông số hoạt động của thiết bị khi phun xi măng như vận tốc quay mũi trộn, tốc độ rút cần, áp lực và liều lượng phun phải được duy trì ổn định giũa các cọc. Bắt buộc sử dụng các máy khoan phun điều khiển tự động các thông số nói trên.
- Bước 5: Di chuyển máy sang vị trí thi công cọc mới.
III.2.4.3.
Trình tự thi công và thời gian nghỉ
Cho phép thi công các cọc bên cạnh cọc vừa mới thi công xong, không yêu cầu thời gian chờ. Sau khi cọc được thi công xong trong vòng 3 ngày đầu các thiết bị thi công khác (ô tô, máy ủi) không được đi lại và hoạt động trên đỉnh cọc. Sau đó cho phép các thiết bị đi lại với điều kiện lớp đất bên trên đỉnh cọc dày tối thiểu
0,50m, các thiết bị không được tạo lực rung động hay xung kích ảnh hưởng đến phát triển cường độ cọc. Sau khi cọc đạt tối thiểu 7 ngày tuổi, cho phép bắt đầu đào lộ đầu cọc để kiểm tra, kiểm tra chất lượng các cọc đã thi công sau đó cho phép đắp nền và thi công lớp móng mặt đường.
III.2.4.4.
Ghi chép trong thi công (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Loại máy khoan phun
- Chủng loại và liều lượng xi măng đã sử dụng
- Thời gian khoan và phun chất gia cố tạo cọc, gặp di vật khi khoan, sự cố máy móc.
- Độ nghiêng của cần khoan (độ nghiêng của cọc).
- Chiều dài khoan, chiều dài phun xi măng, lượng xi măng phun cho từng mét dài cọc được in ra từ máy tự động theo dõi lượng phun trong quá trình thi công). Cao độ mũi cọc, đầu cọc, mặt đất thi công.
III.2.4.5.
Sai số trong thi công
- Sai số vị trí tim cọc theo mọi phương :10cm - Sai số cao độ mũi cọc: ± 0,10m.
- Sai số lượng xi măng phun vào đất: ± 5%/m dài
III.2.5. Phương án thiết kế gia cố nền và các thông số thiết kế cọc đất gia cố
III.2.5.1.
Phương án thiết kế gia cố nền
- Gia cố nền đường khu vực đường và bãi đậu xe bằng cọc đất gia cố xi măng có đường kính D= 0,6m với chiều sâu 16m và khoảng cách gia cố là 1m4:
III.2.5.2.Thông số thiết kế cọc đất gia cố
- Chiều dài cọc đất 16m.
- Hàm lượng xi măng tính toán : 65kg/1m dài.
- Mô đuyn biến dạng cọc: Ecọc=11250KPa (112.5kg/cm2).
- Cường độ kháng nén có nở hông của vật liệu cọc gia cố : qu=3.0 kg/cm2.
III.2.6. Yêu cầu về thí nghiệm và kiểm tra chất lượng cọc
III.2.6.1. Thí nghiệm trong phòng
- Mục tiêu của thí nghiệm này là nhằm xác định các đặc trưng cường độ của đất tự nhiên khi trộn với xi măng phục vụ thiết kế, đồng thời dự tính hàm lượng xi măng để thi công cọc thử nghiệm.
- Gồm thí nghiệm các mẫu trộn trong phòng và các mẫu lấy ở các độ sâu khác nhau trong thân trụ hiện trường.
- Công tác thí nghiệm trộn thử trong phòng thí nghiệm được thực hiện theo dự thảo tiêu chuẩn châu Âu về trộn sâu: CEN/TC 288, Excution of special geotechnical work – Deep mixing, được trình bày trong tiêu chuẩn của Viện KHCN GTVT ban hành, TCVGT 5-2004.
III.2.6.2.Thi công và kiểm tra các cọc thử nghiệm tại hiện trường
- Các phương pháp thí nghiệm hiện trường được áp dụng cho dự án xây dựng nhà ga hành khách Cảng hàng không Cần Thơ. Nội dung kiểm tra bao gồm:
- Khoan lấy mẫu dọc thân cọc kết hợp với xuyên tiêu chuẩn (SPT) trong cọc và đất nền xung quanh cọc, từ kết quả N300 xác định được qu của cọc và đất xung quanh cọc;
- Khoan lấy mẫu đất nằm giữa các cọc để thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý và xác định Es, mvt (mô đun biến dạng và hệ số nén thể tích của đất xung quanh cọc sau khi đã được xử lý) từ đó xác định được hệ số tập trung ứng suất n, hệ số triết giảm độ lún;
- Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) của đất xung quanh cọc để xác đinh qc, qs sau khi nền đất đã được xử lý từ đó có thể tính được sức chịu tải của cọc đơn;
- Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (FVT) phần đất nằm giữa các cọc để xác định Su từ đó so sánh với Su trước khi được xử lý bằng DSMC; dựa vào thông số này để xác định được hệ số ổn định trượt K;
- Thí nghiệm đào lộ đầu cọc; - Thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Thí nghiệm chất tải trọng thật tại hiện trường.
III.2.6.2.1.Thí nghiệm khoan lấy mẫu và xuyên tiêu chuẩn (SPT)
- Công tác khoan lấy mẫu dọc thân cọc được thực hiện theo 22TCN 259-2000. Sử dụng mũi khoan D75mm để nhận được mẫu có đường kính trong phạm vi từ 50-70mm, lấy mẫu liên tục. Các mẫu khoan sau đó được bảo quản nguyên trạng trong các ống chứa mẫu thành mỏng và giữ nguyên độ ẩm cho tới khi thí nghiệm theo TCVN 2683-1991. Các mẫu nén nở hông được chế bị có số chiều cao bằng 2 lần đường kính. Nếu mặt mẫu không bằng phẳng thì dùng một lớp thạch cao mỏng để làm phẳng mặt mẫu trước khi nén. Công tác lấy mẫu được chia làm 2 loại và được lấy đan xen nhau.
Mẫu chẵn: được lấy theo độ sâu z=2, 4, 6 …., sau khi lấy mẫu sẽ tiến hành đóng SPT.
Mẫu lẽ: được lấy theo độ sâu z=1, 3, 5 …., sau khi lấy mẫu sẽ tiến hành đóng SPT.
- Thí nghiệm SPT được thực hiện tại vị trí tim cọc và tại điểm giữa của đất xung quanh cọc.
- Trong quá trình khoan và đóng SPT lưu ý điểm thí nghiệm phải đảm bảo được thực hiện trong phạm vi tiết diện cọc.
- Số lượng mẫu thí nghiệm: cho 1 cọc : 05 mẫu khoan cho 1 cấp tuổi mẫu (01 mẫu cho khu vực lớp cát số 2, 02 mẫu cho khu vực lớp sét số 1 và 02 mẫu cho khu vực lớp bùn số 2).
- Các chỉ tiêu cần xác định trên 01 mẫu khoan tương ứng với mỗi tuổi: - Mô đun biến dạng E50, cường độ kháng nén có nở hông qu (theo
ASTM D2166): áp dụng cho tất cả 05 mẫu/cọc. Thí nghiệm khi cọc đạt tuổi 14 và 28 ngày. Với các mẫu thuộc lớp đất số 3 và 4 làm bổ xung thí nghiệm ở tuổi 90 ngày.
- Thí nghiệm xác định hệ số thấm : chỉ làm 02 mẫu thí nghiệm cho mỗi khu vực tương ứng với mỗi lớp địa chất.
- Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích tự nhiên , độ ẩm tự nhiên, độ rỗng của mẫu đất gia cố: chỉ làm 09 mẫu thí nghiệm cho mỗi khu vực. - Sau khi có kết quả thí nghiệm qu tiến hành lập quan hệ giữa giá trị
xuyên tiêu chuẩn N30 và qu để phục vụ đánh giá tổng thể chất lượng cọc và mở rộng số lượng cọc kiểm tra mà không cần nén thêm mẫu khoan.
III.2.6.2.2.Thí nghiệm đào lộ đầu cọc
Thí nghiệm được thực đào cho đầu cọc lộ ra ở mức tối đa có thể được (bị tác động của nước ngầm và cát chảy). Thí nghiệm này phục vụ cho các đánh giá định tính.
III.2.6.2.3. Thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn
Thí nghiệm chỉ được thực hiện khi cọc đạt tuổi tối thiểu 28 ngày. Quy trình thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn và đánh giá kết quả được thực hiện như sau:
a) Bàn tải trọng: Bàn tải trọng phải là bản cứng, cọc đơn hình tròn có thể dùng bàn tải trọng hình tròn đường kính tương đương. Nền móng tổ hợp cọc đơn có thể dùng bản tải trọng hình vuông hoặc hình tròn, diện tích của chúng là diện tích sử dụng của một chiếc cọc phải chịu, tim cọc với tim bản tải trọng phải duy trì cho đồng tâm.
b) Chiều sâu, chiều dài và bề rộng của hố thí nghiệm: Cao độ đáy bản tải trọng giống như cao độ thiết kế mặt đáy móng. Chiều dài và bề rộng hố thí nghiệm ở chỗ cao độ thí nghiệm, phải lớn hơn