Trang chủ > Bài viết, Cọc vữa > ỨNG DỤNG CỌC XI MĂNG ĐẤT TRONG CÔNG TÁC THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NỀN MÓNG CHO CÔNG TRÌNH

ỨNG DỤNG CỌC XI MĂNG ĐẤT TRONG CÔNG TÁC THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NỀN MÓNG CHO CÔNG TRÌNH

Sưu tầm từ Internet

I. ĐẶT VN ĐỀ :

Tôi đang thiết kế một công trình ở Quận 7-Tp. HCM. Công trình được mô tả sơ lược như sau:

  1. Công trình cao 25 tầng
  1. Có một tầng hầm sâu 3.6m
  2. Giải móng : Móng bè dày ~3m + cọc khoan nhồi
  3. Địa chất công trình lớp 1 đất lấp dày ~1m, lớp 2: Bùn sét hữu cơ dày 20m có chỉ số SPT ~1 đến 3. Lớp 3, sét pha dẻo mềm đến nửa cứng dày ~7m. lớp 4 …..

Qua tài liệu BCKSĐ C cho thấy đất ở Quận 7- TP. HCM rất yếu nếu đưa ra biện pháp thi công hố đào không hợp lý cho công trình sẽ có một số vấn đề nảy sinh:

  1. Dùng giải pháp tường cừ barrete dày 600 sâu >20m thì tốn kém cho Chủ đầu tư vì công trình chỉ có một tầng hầm.
  2. Dùng cừ lassen nếu có chiều dài ~12m cắm xuống để đào hố sâu ~7m thì chưa ổn vì chân cắm của cừ đang lơ lửng trong lớp bùn (dày ~20m) . Nếu không cẩn thận

thì cả cừ lẫn đầu cọc khoan nhồi s ẽ bị dịch chuyển do ổn định mái dốc ???? rất nguy hiể m . Nế u cắ m cừ dài > 20m vào lớp sét thì có thể yên tâm nhưng lại chi phí tài chính lại rất cao .

Vậy liệu có biệ n pháp thi công hố đào hay hơn mà chi phí tài chính là hợp lý cho công trình trong thời điểm hiện tại không?.

Qua tìm hiểu tôi được biết Cọc XMĐ là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu với khả năng ứng dụng tương đối rộng rãi như: Làm tường hào chống thấm cho đê đập, gia cố nền móng cho các công trình xây dựng, sửa chữa thấm mang cống và đáy c ống, ổn định tường chắn, chống trượt mái dốc, gia c ố đất yếu xung quanh đường hầm, gia cố nền đường, mố cầu dẫn….. So với một s ố giải pháp xử lý nền hiệ n có, công nghệ cọc XMĐ có ưu điể m là khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loạ i đất yếu (từ cát thô cho đến bùn yếu), thi công được cả trong điề u kiện nền ngậ p sâu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đã đưa lại hiệu quả kinh tế rõ rệt so với các giải pháp xử lý khác.

Trong quá trình đi tìm hiểu thực tế và thu thập tài liệu thiết kế, tôi xin tổng kết và giới thiệu đôi nét về cọc xi măng đất.

II. CƠ S LÝ THUYT CA PHƯƠNG PHÁP GIA C NN ĐẤT YU BNG CC CÁT – XI MĂNG – VÔI

Cũng như các ph ương pháp cải tạo, gia cố nền đất yếu khác, phương pháp gia c ố nền đất yếu bằng cọc cát – xi măng – vôi nhằm thay đổi tính chất cơ lý của đất theo hướng nâng cao sức chịu tải, giảm biế n dạ ng của nền. Vấn đề là cần làm sáng tỏ c ơ chế c ủa quá trình gia tăng cường độ của đất, xác định các quá trình nào sẽ xảy ra trong đất khi gia cố nền bằng cọc cát – xi măng – vôi. Làm sáng tỏ cơ chế của những quá trình cơ h ọc và hoá lý xảy ra trong đấ t, hoàn thiện phương pháp tính toán nền chính là đã xây dựng được cơ sở lý thuyết của phương pháp.

Trên cơ sở phân tích lý thuyế t các phươ ng pháp gia cố nền bằ ng cọc cát, cọc đất – xi măng, đất – vôi có thể nhận thấy, khi gia cố nền đất yếu bằng cọc cát – xi măng – vôi, trong nền đất sẽ diễn ra các quá trình cơ học và hoá lý sau đây:

1. Quá trình nén cht cơ hc

Gia cố nền bằng cọc cát – xi măng – vôi là dùng thiết bị chuyên dụng đưa m ột lượng vật liệu vào nền đất d ưới dạ ng cọc hỗn hợp cát – xi măng – vôi. Lượng vật liệu cát, xi măng và vôi này sẽ chi ếm chỗ các lỗ hổng trong đất làm cho độ lỗ r ỗng giảm đi, các hạt đất sắp xếp lại, kế t quả là đất nền được nén chặt. Xét một khối đất có thể tích ban đầu Vo , thể tích hạt rắn Vho , thể tích lỗ rỗng ban đầu Vro, ta có:

Vo = Vho + Vro (1)

Sau khi gia cố, thể tích khối đất sẽ là V, thể tích hạt rắn là Vh, thể tích lỗ rỗng Vr :

V = Vh + Vr (2)

Như vậy, sự thay đổi thể tích khối đất là:

D V = Vo – V (3) = (Vho + Vro) – (Vh + Vr)

Thể tích các hạt rắn được coi như không đổi trong quá trình gia cố, nghĩa là Vho = Vh , do đó:

D  V = Vro – Vr

D  V = D Vr (4)

Biểu thức (4) cho thấy: sự thay đổi th tích khi đất khi gia c chính là s thay đổi th tích l rng trong khi đất.

Như vậy, khi gia c ố nề n bằng cọc cát – xi măng – vôi quá trình nén chặt đất s ẽ xả y ra tức th ời. Hiệu quả nén chặt phụ thuộc vào thể tích vật liệu được đưa vào nền, nghĩa là ph ụ thuộc vào số lượng, đường kính cũng như khoả ng cách giữa các cọc, hình dạng bố trí cọc. Việc xác định đường kính cọc, khoảng cách giữ a các cọc và sơ đồ bố trí cọc hoàn toàn có thể xác định như đối với cọc cát. Còn chiều sâu gia cố phụ thuộc vào chi ều sâu vùng hoạt động nén ép dưới đáy móng công trình, nghĩa là, tại độ sâu mà ở đó thoả mãn một trong các điều kiện sau đây:

–  ứng suất nén ép (s z ) nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 ứng suất bản thân (s bt) của đất.

–  ứng suất nén ép (s z) nhỏ hơn hoặc bằng áp lực bắt đầu cố kết thấm của đất.

–  ứng suất nén ép s z £ 20 – 30 kPa.

Việc kiể m tra đánh giá định lượng tác dụng nén chặt đất khi gia cố nền bằng cọc cát – xi mă ng – vôi có thể thực hiệ n được bằng nhiều phương pháp như khoan lấy mẫ u đất trong phạm vi giữa các cọc để xác định hệ số rỗng cũng như khối lượng thể tích của đất sau gia cố hoặc dùng thí nghiệm xuyên tĩnh hay nén tĩnh nền. Các công việc này đơn giản, dễ tiến hành.

2. Quá trình c kết thm

Ngoài tác dụng nén chặt đất, cọc cát – xi măng – vôi còn có tác dụng làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền.

Do cọc cát – xi măng – vôi được đưa vào nền dưới dạng khô nên hỗn hợ p cát – xi m ăng – vôi sẽ hút nước trong đất nền để tạo ra vữa xi măng, sau đó biến thành đá xi măng. Quá trình tạo vữa xi măng làm tổn thất một l ượng nước lớn chứa trong lỗ hổng của đất, ngh ĩa là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất. Quá trình này xảy ra ngay sau khi bắt đầu gia c ố và kéo dài cho đến khi nền đất được gia c ố xong, toàn bộ cọc cát – xi m ăng – vôi trở thành một loại bê tông . Đ ây là quá trình biến đổi hoá lý phức tạp, chia làm hai thời kỳ: thời kỳ ninh kết và thời kỳ rắn chắ c. Trong thời kỳ ninh kết, vữa xi mă ng mất dần tính dẻo và đặ c dầ n lại nhưng chưa có cường độ. Trong thời kỳ rắn chắc, chủ yếu xảy ra quá trình thuỷ hoá các thành phần khoáng vật của clinke, gồm silicat tricalcit 3CaO.SiO2, silicat bicalcit 2CaO.SiO2, aluminat tricalcit 3CaO.Al2O3, fero-aluminat tetracalcit 4CaO.Al2O3Fe2O3:

3CaO.SiO2 + nH2O Þ Ca(OH)2  + 2CaO.SiO2(n-1)H2O.

2CaO.SiO2 + mH2O Þ 2CaO.SiO2mH2O.

3CaO.Al2O3 + 6H2O Þ 3CaO.Al2O3.6H2O.

4CaO.Al2O3Fe2O3 + nH2O Þ 3CaO.Al2O3.6H2O +CaO.Fe2O3.mH2O

Các sản phẩm chủ yếu được hình thành sau quá trình thuỷ hoá là Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O, 2CaO.SiO2 mH2O và CaO.Fe 2O3.mH2O. Quá trình rắn chắc của xi măng có thể chia ra làm 3 giai đoạn :

a)   Giai đon hoà tan: các chất Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O sinh ra sau quá trình thuỷ hoá hoà tan được trong nước sẽ ngay lập tức hoà tan tạo thành thể dịch bao quanh mặt hạt xi măng.

 

b)  Giai đon hoá keo: đến một giới hạn nào đó, lượng các chất Ca(OH)2 , 3CaO.Al2O3.6H2O không hoà tan được nữa sẽ tồn tại ở thể keo. Chất silicat bicalcit (2CaO.SiO2) vốn không hoà tan sẽ tách ra ở dạng phân tán nhỏ trong dung dịch, tạo thành keo phân tán. Lượng keo này ngày càng sinh ra nhiều, làm cho các hạt keo phân tán tương đối nhỏ tụ lại thành những hạt keo lớn hơn ở dạng sệt khiến cho xi măng mất dần tính dẻo và ninh kết lại dần dần nhưng chưa hình thành cường độ.

 

c)   Giai đon kết tinh: các chất Ca(OH)2 , 3CaO.Al2O3.6H2O từ thể ngưng keo chuyển sang dạng kết tinh, các tinh thể nhỏ đan chéo nhau làm cho xi măng bắt đầu có cường độ, chất 2CaO.SiO2mH2O tồn tại ở thể keo rất lâu, sau đó có một phần chuyển thành tinh thể. Do lượng nước ngày càng mất đi, keo dần dần bị khô, kết chặt lại và trở nên rắn chắc.

Các giai đoạn hoà tan, hoá keo và kết tinh không xảy ra độc lập, mà xảy ra đồng thời với nhau, xen kẽ nhau. Ngoài ra, vôi trong hỗn hợp tạo cọc có tác dụng như chất gắn kế t gi ống như xi măng, đồng thờ i có khả năng hấ p th ụ nước lớn và toả nhiệt làm t ăng sức kháng cắt của cọc và tăng nhanh quá trình cố kế t của đất nền. Quá trình thuỷ hoá vôi kèm theo sự toả nhiệt được biểu diễn bằng phản ứng sau :

CaO + H2O Þ Ca(OH)2 + 15,5 kcalo

Cường độ của hỗn hợ p tă ng lên một phần do phản ứng silicat, một phần do phản ứng carbonat, l ượng CaCO3 còn dư trong vôi sẽ trở thành những mầm kết tinh, bao quanh bởi các hạt keo và tinh thể, chúng phát triển và tăng dần cường độ.

Mặt khác, nếu tỷ lệ phối trộn giữa xi măng, cát và vôi c ũng như thành phần hạ t của cát hợp lý thì cọc cát – xi măng – vôi sau khi đông cứng vẫn có thể cho nước thoát qua và làm việc tương tự như một giếng thu nước thẳng đứng, giống như cọc cát. Dưới tác dụng của tả i trọng ngoài, cùng với thời gian, ứng suất hữu hiệu tă ng lên, ứng suất trung tính giảm đi, nước trong lỗ rỗng của đất sẽ thấm theo phương ngang vào cọc rồi sau đó thoát ra ngoài dọc theo chiều dài cọc.

Bài toán cố kết thấm của nền đất khi gia cố bằng cọc cát – xi măng – vôi cũng giống như bài toán c ố kết thấm của nền khi dùng c ọc cát và đã đượ c nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Năm 1935, L.Rendulic đã đưa ra phương trình vi phân cố kết đối xứng để xác định trị số áp lực nước lỗ rỗng trong nền và năm 1942, N.Carrillo đã phân bài toán cố kết thấm 3 chiều thành tổng hợp của bài toán cố kết thấm theo chiều thẳng đứ ng và theo h ướng xuyên tâm. K.Terzaghi đã dùng phương pháp giải tích để giải bài toán cố k ết thấm theo chiều thẳng đứng, còn R.E.Glover, R.A.Barron đã giải bài toán cố kết thấm theo hướng xuyên tâm. Năm 1948, R.A.Barron đã đưa ra lời gi ải toàn diện đầu tiên cho bài toán cố kết của trụ đất có chứa một cọc cát (cát – xi măng – vôi) ở giữa.

Khi trong nền có các cọc cát – xi măng – vôi, chiều dài đường thấm theo ph ương ngang s ẽ nhỏ hơn nhiều lần chiều dài đường thấm theo phương đứng, do đó có thể coi vai trò thoát nước

theo phương ngang của cọc cát – xi măng – vôi là chủ yếu. Tuy vậy, trong tính toán quá trình cố kết của nền đất gia cố vẫn thường xác định độ cố kết toàn phần (kết quả tổng hợp của quá trình thoát nước theo phương ngang và theo phương đứng) bằng định đề Carrillo:

P = 1 – (1 – Ph)(1 – Pv)

trong đó :

P : độ cố kết toàn phần của đất

Ph : độ cố kết trung bình của đất theo phương ngang

Pv : độ cố kết trung bình của đất theo phương đứng

Hệ số thấm của cọc cát – xi măng – vôi ảnh hưởng nhiều đến quá trình cố kết của nền đất. Theo nhiều nghiên cứu, khi hệ số thấm ngang của nền đất kh < 1.10-7 cm/s hoặc hệ số cố kết theo phương ngang Ch < 1.10-4 m2/ng.đ thì tác dụng cố kết của nền đất sẽ bị hạn chế. Để đảm

bảo cọc cát – xi măng – vôi làm việc tốt trong quá trình cố kết thì hệ số thấm của vật liệu cọc cần lấy > 2¸ 3 m/ng.đ. Muốn vậy, cần chế tạo mẫ u chế bị với các t ỷ lệ xi măng, cát và vôi khác nhau và ti ến hành thí nghiệm mẫu xác định hệ số thấm. Để đánh giá định lượng quá trình cố kế t của nền đất khi gia cố bằng cọc cát – xi măng – vôi có thể đặt các thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng tại các thời điểm trước, sau khi gia cố và trong thời gian sử dụng công trình.

3. Quá trình gia tăng cường độ ca cc gia c và sc kháng ct ca đất nn

Khi gia cố nền đất yếu bằng cọc cát, sức kháng cắt của cọc cát dưới tác dụng của tải trọng ngoài xác định theo định luật Coulomb t = s tgj , vớ i j là góc ma sát trong của cát. Khi trộn thêm xi mă ng và vôi vào cát, do hình thành liên k ết xi măng – vôi trong cọc nên khả năng chịu lực nén và lực cắt của cọc gia cố tăng lên đáng kể. Lúc đó, sức kháng cắt của cọc cát – xi măng – vôi xác định theo biểu thức t = s tgj + Cxm , với Cxm là lực dính được tạo nên bởi liên kết xi măng – vôi. Giá trị Cxm có thể xác định được nhờ thí nghiệm cắt các mẫu chế bị ở trong phòng.

Như vậ y, khác với c ọc cát, cọc cát – xi măng – vôi có độ bền lớn nhờ lực dính trong hỗn hợp tạo cọc tăng lên. Độ bền của c ọc cát – xi măng – vôi phụ thuộc vào lực dính trong liên kết xi măng – vôi, nghĩa là phụ thuộc vào hàm lượng xi măng và vôi trong hỗn hợp tạo cọc.

Mặt khác, khi trộn xi măng, vôi vào trong cát và đưa vật liệu vào nền đất, ở mặ t tiếp xúc giữa cọc và đất nền sẽ xảy ra quá trình trao đổi ion và phản ứ ng puzolan. Các ion calci hoá trị 2 thay th ế các ion natri và hydro hoá trị 1 ở trong lớ p điệ n kép bao quanh mỗi hạt khoáng vật sét. Vì cầ n ít hơn calci hoá trị 2 để trung hoà lưới điện âm trên mặt của mỗi khoáng vật sét nên giảm được kích thước của lớp điện kép và do đó làm tăng lực hút của các hạt sét, dẫn đến lực dính của đấ t tăng lên. Hơn nữa, silic và nhôm trong khoáng vật sét sẽ phản ứng với silicat calci và hydrat nhôm calci trong phản ứng puzolan, tạo ra các hợp chấ t có độ bền cao và rất bền trong môi trường nước. Những quá trình này làm tăng lực ma sát và lực dính của đất xung quanh cọc gia cố, dẫn đến làm gia tăng cường độ của đất nền.

Cần phải nhấn mạnh rằ ng, tất cả các quá trình nén chặ t cơ học, quá trình c ố kế t, quá trình gia tăng cường độ của cọc và đất nền khi gia cố bằng cọc cát – xi mă ng – vôi đều có liên hệ hữu cơ với nhau. Các quá trình này không độc lập với nhau mà diễn ra đồng thời với nhau, là động lực thúc đẩy phát triển của nhau.

4. Tính toán sc chu ti và biến dng ca nn đất sau gia c

Hiện nay, việc tính toán sức chịu tải và bi ến dạ ng c ủa nền gia cố bằng cọc cát – xi măng – vôi đang còn là vấn đề tranh cãi. Một số nhà khoa học kiến nghị tính toán như đối với c ọc cứng, số khác lại đề nghị tính toán như đối với nền thiên nhiên, có tác giả lại đề nghị tính toán sức chịu tải như đối với c ọc cứ ng, còn biến dạng thì tính toán theo nền. Sở dĩ còn nhiều những quan điểm trái ngược nhau là vì bản thân vấn đề rất phức tạp, cầ n phải có nhiều công trình nghiên cứu lý thuyế t và thực nghiệm làm sáng tỏ vai trò mang tải c ủa cọc, của đất nề n xung quanh cọc, ngh ĩa là xem cọc và nề n cùng đồng thời làm việc. Theo chúng tôi, vấn đề sẽ đơn giản hơn nhiề u nếu quan niệm nền đất yếu đã đượ c gia cố là một nền mới, có tính chất cơ lý mới. Rõ ràng là, trước khi gia cố, nền thiên nhiên là một nền đất yếu với các tính chất cơ lý không đáp ứng được yêu cầu xây dựng. Sau khi gia c ố, các ch ỉ tiêu cơ lý đã thay đổi một cách đáng kể như độ ẩm, hệ số rỗng giảm, khối lượng thể tích, lực dính, góc ma sát trong tăng nhờ các quá trình nén chặt cơ học, cố kế t và tác dụng của các phản ứng hoá lý gi ữa xi mă ng, vôi và đất nền trong quá trình gia cố. Vì vậy, việc tính toán sứ c chịu tải và độ lún c ủa nền sau gia cố có thể tính như đối với nền thiên nhiên. Tuy nhiên, cần phân biệt hai trường hợp là trường hợp thi công nhanh và trường hợp thi công chậm.

a. Trường hp thi công chm:

Khi gia cố nền, tức là đã tác dụng một tải trọng ngoài vào nề n đất (tả i trọng đó là khối lượng vật liệu cát – xi mă ng – vôi đư a vào nề n) gây ra quá trình nén chặt cơ học (do thể tích vật liệu cát – xi măng – vôi chiếm ch ỗ thể tích lỗ rỗng trong đất), quá trình cố kết của đất nền (do hút nước làm đông cứng vữa xi măng, thoát n ước do áp lực hữu hiệu tăng, áp lực nước lỗ rỗng giảm) và các phản ứng hoá lý của xi mă ng, vôi với môi trường đất yếu. Các quá trình này xảy ra đồng thời ngay sau khi bắt đầu gia c ố nền nhưng kết thúc vào các thời điểm khác nhau. Quá trình nén ch ặt cơ học sẽ kết thúc ngay sau khi hoàn thành gia cố. Quá trình cố kết c ủa đất nền và tác d ụng hoá lý của xi măng, vôi vớ i đấ t nền sẽ kết thúc muộn hơn và sau bao lâu sẽ kết thúc thì cần phải có nghiên cứu chi tiết. Do vậy, nếu sau khi gia cố m ột thời gian, khi mà quá trình cố kế t và các phản ứng hoá lý của môi trường đã kết thúc, mớ i xây dựng công trình thì rõ ràng là, nền đất gia cố đã trở thành một nền mới, ứng suất trong nền gia cố đã được phân bố lại, tính chất cơ lý của nền đã thay đổi với các giá trị mới.

b. Trường hp thi công nhanh:

Trường hợp thi công nhanh, nghĩa là, sau khi quá trình gia cố nền kết thúc thì tiến hành xây dựng công trình ngay. Lúc này, chỉ có quá trình nén chặ t cơ học là kết thúc, còn quá trình cố kết và các phản ứng hoá lý của môi trường vẫn tiếp diễn. Tuy nhiên, quá trình nén chặt cơ học mới là chủ yếu, mà quá trình này thì đã kết thúc ngay sau khi gia cố. Do vậy, việc tính toán nền, theo chúng tôi, vẫn có th ể tiến hành như đối với tr ường hợp thi công chậm, nhưng có lưu ý đến tác dụng của quá trình cố kế t và phản ứ ng hoá lý của môi trường còn ch ưa kế t thúc, bằng cách đưa thêm vào áp lực gây lún một trị số nào đó của “áp lực gia cố” do trọng lượ ng vật liệu cát – xi măng – vôi gây ra. Trị số này có thể ước tính bằng 1/2 “áp lực gia cố”. Một số nhà chuyên môn có thể thắc mắc, khi tính như vậy thì khối lượng cát – xi mă ng – vôi đưa vào nền mất đi đâu ? Tạ i sao lại không đưa toàn b ộ tải trọng này vào giá tr ị áp lực gây lún của công trình mà lại ch ỉ đưa vào m ột giá tr ị nào đó ? Thực ra, việc đưa thêm vào trị số áp lực gây lún một giá trị bằng 1/2 “áp lực gia cố” cũng chỉ mang tính quy ước dựa vào các phân tích cơ sở phương pháp luận của vấn đề.

Chúng tôi cho rằng, khối lượng cát – xi măng – vôi đưa vào nền có thể coi là một tải trọng ngoài. Dưới tác dụng của tải tr ọng này, trong nền đất sẽ xuấ t hiệ n ứng suất phụ thêm s z gây biến dạng nền (cả theo phương dọc và phương ngang). Trị số của ứng suất phụ thêm bằng :

s z = s + U

trong đó, s – ứng suất hữu hiệu do hạt đất tiếp thu

U – ứng suất trung tính do nước tiếp thu

Cùng với thời gian, ứng suất hữu hiệu tăng lên, ứng suất trung tính giảm đi, như ng ở bất kỳ thời điểm nào trong nề n đất vẫn tồn tạ i mối tương quan trên. Trong trường hợp thi công chậm, các quá trình nén chặt cơ học, cố kết và phản ứng hoá lý giữa xi măng và môi trường đã kết thúc. Khi đó toàn bộ tải trọng ngoài (lượng cát – xi mă ng – vôi) do hạt đất tiếp thu (s z = s ), ứng suất trung tính bị triệt tiêu (U=0), biến dạng nền đạt trị số ổn định, nền được nén chặt hoàn toàn, trở thành một nền mới. Trong trường hợp thi công nhanh, chỉ quá trình nén chặt cơ học là kết thúc, còn quá trình cố kết và các phản ứng hoá lý giữ a xi mă ng, vôi và nền chưa kết thúc, nền đất ch ỉ biến dạng một phần, phầ n còn lạ i vẫ n tiế p tục diễn ra cùng với quá trình nén lún do tải trọng công trình xây dự ng. Như vậy, có thể quy ước, một nửa lượng cát – xi măng – vôi đã truyền cho hạt đất làm nền bị biế n dạng, tương ứng với quá trình nén chặt cơ học đã kết thúc; còn một nửa l ượng cát – xi mă ng – vôi s ẽ vẫn tiếp tục gây ra biến dạng nền, tương ứng với quá trình cố kết và tác dụng hoá lý giữa xi m ăng, vôi và đất nề n. Do đó, khi tính lún công trình cầ n thêm vào trị số áp lực gây lún một giá trị bằng một nửa khối lượng cát – xi măng – vôi đưa vào nền.

Với quan niệm như vậ y, độ lún của nền sau gia cố có thể được tính bằng phương pháp cộng lún từng lớp theo công thức :

trong đó: n – số lớp đất phân chia trong chiều sâu chịu nén của công trình

s i – ứng suất trung bình phụ thêm ở giữa lớp đất phân tố thứ i

hi – chiều dày lớp phân tố thứ i

b – hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào hệ nở hông của đất

E0i – môđun tổng biến dạng của lớp đất thứ i, xác định bằng bàn nén ở hiện trường. Cũng có thể tính độ lún theo công thức:

trong đó : Cc – chỉ số nén của đất, xác định theo đường cong nén lún trong hệ toạ độ bán logarit

h – chiều dày lớp đất tính lún e 0 – hệ số rỗng ban đầu của đất

s 0 – áp lực nén ban đầu của dất do trọng lượng bản thân của đất gây ra

D s – áp lực do tải trọng ngoài tác dụng lên lớp tính lún.

5. Kết lun

Từ những vấn đề đã trình bày ở trên có th ể khẳng định rằng, hoàn toàn có thể xây dựng được cơ sở phương pháp luận của phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát – xi măng – vôi. Các

cơ sở này là các quá trình nén chặt cơ học, quá trình c ố kết, quá trình gia tăng cường độ của cọc và của đất nền khi gia c ố cũng như nguyên lý tính toán sức chịu tải và biến dạng của nền sau gia cố. Nếu các cơ sở lý thuyết này được minh ho ạ và kiểm chứ ng bằng các số liệu nghiên cứu thực nghiệm đầy đủ thì phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát – xi măng – vôi có thể được áp dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình có quy mô, tải trọng vừa và nhỏ, mang lại hiệu quả kinh tế cao.

III . CÁC CÔNG NGH KHOAN PHT

Hình 1- Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt chống thấm cho công trình thuỷ lợi

Hình 2: Phạm vi ứng dụng của các loại khoan phụt

a.  Khoan pht truyn thng:

Khoan phụt truyền thống (còn đượ c gọi là khoan phụt có nút bịt) được thực hiện theo sơ đồ hình 2. Mục tiêu c ủa phương pháp là sử dụng áp lực phụt để ép vữa xi măng (hoặc ximăng – sét) l ấp đầy các lỗ rỗng trong các kẽ rỗng của nền đá nứt nẻ. Gần đây, đã có những cải tiến để phụt vữa cho công trình đất (đập đất, thân đê, … ).

Phươ ng pháp này sử dụng khá phổ biến trong khoan phụt nề n đá nứt nẻ, quy trình thi công và kiểm tra đã khá hoàn chỉnh. Tuy nhiên. vớ i đất cát mịn hoặc đất bùn yếu, mực nước ngầm cao hoặc nước có áp thì không kiểm soát được dòng vữa sẽ đi theo hướng nào.

Hình 2- Sơ đồ khoan phụt có nút bịt b. Khoan pht kiu ép đất

Khoan phụt kiểu ép đất là biện pháp sử dụng vữa phụt có áp lực, ép vữa chiếm chỗ của

đất.

c.   Khoan pht thm thu

Khoan phụt thẩm thấu là biệ n pháp ép vữa (thườ ng là hoá chất hoặc ximăng cực mịn) với áp lực nhỏ để vữ a tự đi vào các lỗ rỗng. Do vật liệu sử dụng có giá thành cao nên phương pháp này ít áp dụng.

d.  Khoan pht cao áp (Jet – grouting)

Công nghệ trộn xi măng với đất tại chỗ- dưới sâu tạo ra cọc XMĐ được gọi là công nghệ trộn sâu (Deep Mixing-DM).

Hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công cọc XMĐ là: Công nghệ trộn khô (Dry Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing).

+ Công ngh trn khô (Dry Mixing):

Công nghệ này sử dụng cần khoan có gắn các cánh cắt đất, chúng cắt đất sau đó trộn đất với vữa XM bơm theo trục khoan.

+ Công ngh trn ướt (hay còn gi là Jet-grouting):

Phương pháp này dựa vào nguyên lý cắt nham thạch bằ ng dòng nước áp lực. Khi thi công, trước hết dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun bằng hợp kim vào tới độ sâu phả i gia cố (nước + XM) với áp lực khoảng 20 MPa từ vòi bơm phun xả phá vỡ tầng đất. Với lực xung kích c ủa dòng phun và lực li tâm, trọng lự c… sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ được sắp xếp lại theo một tỉ lệ có qui luật giữa đất và vữa theo khối lượng hạt. Sau khi vữa cứng lại sẽ thành cột XMĐ.

Hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công cọc XMĐ là: Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là Jet-grouting).

Hiện nay trên thế giới đã phát triển ba công nghệ Jet-grouting: đầu tiên là công nghệ S, tiếp theo là công nghệ T, và gần đây là công nghệ D.

–  Công nghệ đơn pha S: Công nghệ đơn pha tạo ra các cọc XMĐ có đường kính vừa và nhỏ 0,4 – 0,8m. Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công nền đất đắp, cọc…..

–  Công nghệ hai pha D: Công nghệ hai pha tạo ra các cọc XMĐ có đường kính từ 0,8 – 1,2m. Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công các tường chắn, cọc và hào chống thấm.

–  Công nghệ ba pha T: Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất mà không xáo trộn

đất. Công nghệ T sử dụng để làm các cọc, các tường ngăn chống thấm, có thể tạo ra cột Soilcrete đường kính đến 3m

IV . PHM VI VÀ THC TẾ ỨNG DNG

Nước ứng dụng công nghệ DMM nhiều nhất là Nhật Bản và các nước vùng Scandinaver. Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 80-96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3 BTĐ. Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đấ t gia cố bằng DMM ở Nhật vào khoảng 23,6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng 300 dự án. Hiệ n nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m3. Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu t ừ năm 1970, tổng khối lượng xử lý bằng DMM ở Trung Qu ốc cho đến nay vào khoả ng trên 1 triệu m3. Tại Châu Âu, nghiên c ứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Đ iển và Phần Lan bắt đầu từ năm 1967. Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (6m cao 8m dài) đã được xây dựng ở Phầ n Lan s ử dụng cột vôi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng và chiều dài cột về mặt khả năng chịu tải.

Tại Việt Nam, từ năm 2002 đã có một s ố dự án bắt đầu ứ ng dụng cọc XM Đ vào xây dựng các công trình trên nền đất, cụ thể như: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m cọc XMĐ có đường kính 0,6m thi công bằng trộn khô; xử lý nền cho b ồn chứ a x ăng dầu đường kính 21m, cao 9m ở Cần Thơ. Năm 2004 c ọc XMĐ được sử dụng để gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bả n (Hà Nam), xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ (Hải Phòng), các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m. Tháng 5 năm 2004, các nhà thầu Nhật Bản đã sử dụng Jet – grouting để sửa chữa khuyế t tật cho các cọc nh ồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội). N ăm 2005, một số dự án cũng đã áp d ụng cọc XMĐ như: dự án thoát nướ c khu đô thị Đồ Sơn – Hả i Phòng, Gia cố nền móng kho khí hoá lỏng Cần thơ, dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu….

Năm 2004, Vi ện Khoa học Thủy l ợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nh ật Bản. Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thi ết bị này trong nghiên cứu sức chịu tải của c ọc đơn và nhóm cọc, khả năng ch ịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng XM đến tính chất của XMĐ,… nhằm ứng dụng cọc XMĐ vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi. Nhóm đề tài cũng đã s ửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An)…

Tại thành phố Đà Nẵng, Nha trang và nhất là thành phố Hồ Chí Minh cọc XMĐ được ứng dụng ở cho công trình dưới 2 hình thứ c: Làm tường trong đấ t và làm c ọc thay cọc nhồi. Sau đây là một số hình ảnh mô tả ứng dụng Cọc XNĐ trong việc thiết kế làm tường vây đào hố móng:

Máy thi công cọc XMĐ                                          Máy đang thi công cọc XMĐ

Cọc XMĐ dùng thay cọc khoan nhồi cho khách                       Đầu cọc XMĐ chuẩn bị thí nghiệm

sạn tư nhân ở Nha trang

Cọc XMĐ dùng làm tường vây cho một công trình ở Vũng tàu

Cọc XMĐ dùng làm tường vây cho một công trình ở Vũng tàu

Cọc XMĐ dùng làm tường vây cho công trình 145 Phan Chu Trinh ở Vũng tàu

Cọc XMĐ dùng làm tường vây cho công trình Sài gòn Pearl-Nguyễn Hữu Cảnh-Tp. HCM

Cọc XMĐ dùng làm tường vây cho công trình Sài gòn Pearl-Nguyễn Hữu Cảnh-Tp. HCM

Cọc XMĐ dùng làm tường vây cho công trình:  23-Nguyễn Thị Huỳnh – Tp. HCM

V . TÍNH TOÁN CC XI MĂNG ĐẤT

Tính toán cọc XMĐ theo 3 quan điểm :

–  Quan điểm xem cọc XMĐ làm việc như cọc.

–  Quan điểm xem các cọc và đất làm việc đồng thời.

–  Tính toán theo cả 2 quan điểm trên.

Phần mềm dùng để tính toán : Plaxis

VI . TRÌNH T THI CÔNG CC XI MĂNG ĐẤT

Thi công cải tạo nền đất yếu bằng cọc XMĐ có thể theo các bước như sau:

–  Định vị và đưa thiết bị thi công vào vị trí thiết kế

–  Khoan hạ đầu phun trộn xuống đáy khối đất cần gia cố

–  Bắt đầu quá trình khoan trộn và kéo dần đầu khoan lên đến miệng lỗ

–  Đóng tắt thiết bị thi công và chuyển sang vị trí mới.

VII . MT S LƯU Ý KHI THIT K VÀ THI CÔNG CC XI MĂNG ĐẤT

Do việc thiết kế cọc XMĐ th ường được dựa trên nhưng giả thiết do vậ y công tác thí nghiệm là rất quan trọng. Sau đây là một số thí nghiệm cần lưu ý khi thiết kế:

a.Thí nghim xuyên tĩnh có đo áp lc nước l rng CPTU;

b.Thí nghim nén c kết;

c. Thí nghim hn hp xi măng đất (để xác định hàm lượng xi măng s dng cho gia c);

 

d.Thí nghim ct cánh;

e. Thí nghim trn đất ti ch vi xi măng theo tiêu chun ca Thy Đin;

Khi thi công ngoài hiện trường cần có một số thí nghiệm, đo và quan trắc như sau:

a. Thí nghim xuyên ct tiêu chun, kết qu thí nghim sc kháng ct được so sánh vi kết qu thí nghim trong phòng, giá tr hàm lượng xi măng được chp thun là giá tr sao cho cường độ kháng ct ca cc tương đương vi kết qu phòng thí nghim;

 

b.Thí nghim nén ngang;

c. Thí nghim nén tĩnh mt ct;

d.Thí nghim đào ct;

e. Thí nghim cht ti trên mt ct;

  1. f.  Thí nghim cht ti toàn phn;

g.Quan trc đo lún trên hin trường;

  1. h.  Quan trc đo áp lc nước trong khi gia c;
  2. i.  Quan trc do độ lún theo độ sâu ca tng đất ca khi gia c……

Dựa trên các kết quả thí nghiệm và quan trắc người kỹ s ư thiết kế và thi công đề ra những biện pháp cần thiết cho việc xử lý nền móng công trình.

VIII . TÀI LIU THAM KHO

  1. 1.  Bergado D. T., Chai J. C., Alfaro M. C., Balasubramanian A. S., 1994. Những biện pháp kĩ thuật mới cải tạo đất yếu trong xây dựng. Nxb Giáo dc, Hà Ni.

 

  1. 2.   Hoàng Văn Tân, Trn Đěnh Ngô và nnk, 1973. Những phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu. Nxb Khoa hc k thut, Hà Ni.

 

  1. 3.  Nguyn Trp, Nguyn Mnh Dân, Nguyn Hng Sinh, Phm Quy Ho, Nguyn Anh Dũng, 1985. Gia cố nền đất yếu bằng các phương pháp cọc đất – vôi, đất – xi măng và

cốt thoát nước chế tạo sẵn. Chương trình ng dng tiến b KHKT 26-03-03-07. Vin KHKT Xây dng, Hà Ni.

4. Cơ s phương pháp lun ca vic ng dng phương pháp gia c nn đất yếu bng cc cát-xi măng-vôi.

Tạ Đức Thnh, Vũ Thi ết Tường,1Đại hc MĐịa cht, Đông Ngc, T Liêm, Hà Ni 2Vin nghiên cu Địa cht và khoáng sn, Thanh Xuân, Hà Ni

Advertisements
Chuyên mục:Bài viết, Cọc vữa Thẻ:
  1. 29/04/2013 lúc 20:36

    Excellent post. I absolutely appreciate this site.
    Keep writing!

  1. No trackbacks yet.

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Đăng xuất / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: