Nghiên cứu ứng dụng giải pháp xử lý nền móng công trình thuỷ lợi trên vùng đất yếu đồng bằng sông cửu long bằng cột đất xi măng khoan trộn sâu

Để đáp ứng các tiêu chí đưa ra ở trên và nhằm mục tiêu nâng cao chất lượng xử lý đất yếu phục vụ cho việc xây dựng công trình, công nghệ trộn sâu CDM đã được nghiên cứu và đưa vào áp dụn

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

VIỆN THUỶ CÔNG

_o0o _

Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp xử lý nền móng công trình

Thuỷ lợi trên vùng đất yếu Đồng bằng Sông Cửu long bằng cột Đất – Ximăng khoan trộn sâu

Tên cơ quan chủ trì đề tài:

Viện Khoa học Thuỷ lợi

Địa chỉ: 171- Tây sơn - Đống Đa – Hà nội

BẰNG CÁC MẪU TRÊN HIỆN TRƯỜNG

8901

Hà nội, tháng 12 năm 2009

MỤC LỤC

TÓM TẮT KẾT QUẢ THỰC HIỆN 1 

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG 4 

1.1  TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRỘN SÂU 4 

1.1.1  Ứng dụng công nghệ trộn sâu và vật liệu xi măng - đất trên thế giới 4 

1.1.2  Ứng dụng công nghệ trộn sâu và vật liệu xi măng - đất tại Việt Nam 9 

1.2  ĐẤT YẾU ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 12 

1.2.1  Khái niệm chung về đất yếu ở Việt Nam 12 

1.2.1.1 Bùn(Ил) 12 

1.2.1.2 Bùn thối(Сапропель) 13 

1.2.1.3 Than bùn (Торф) 13 

1.2.1.4 Đất than bùn (Грунт заторфованный) 14 

1.2.1.5 Đất sét mềm 14 

1.2.2  Đặc điểm địa chất vùng đồng bằng sông Cửu Long 16 

1.2.2.1 Trầm tích hệ Bình Chánh (QIV 1-2 bc) 16 

1.2.2.2 Trầm tích hệ Cần Giờ (QIV2-3cg) 17 

1.2.2.3 Phân vùng đất yếu 19 

1.3  KẾT LUẬN CHƯƠNG 22 

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU XI MĂNG THI CÔNG BẰNG CÔNG NGHỆ TRỘN SÂU QUA KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 24 

2.1  MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 

2.1.1  Mục tiêu 24 

2.1.2  Nội dung 24 

2.1.3  Phương pháp nghiên cứu 25 

2.2  KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 25 

2.2.1 Kết quả nghiên cứu ở Cần Thơ và Hậu Giang 25 

2.2.1.1 Địa chất tại khu vực thí nghiệm 25 

2.2.1.2 Tóm tắt kết quả thí nghiệm về vật liệu xi măng đất thi công bằng công nghệ trộn kiểu tia 26 

2.2.1.3 Tóm tắt kết quả thí nghiệm về vật liệu xi măng đất thi công bằng công nghệ trộn kiểu cơ khí 29 

2.2.2 Kết quả nghiên cứu ở Cà Mau 33 

2.2.2.1 Địa chất tại khu vực thí nghiệm 33 

2.2.2.2 Kết quả phân tích mẫu nước tại khu vực thí nghiệm 34 

2.2.2.3 Tóm tắt kết quả thí nghiệm về vật liệu xi măng đất 36 

2.2.2.4 Tóm tắt kết quả thí nghiệm nén tĩnh 40 

2.3  KẾT LUẬN CHƯƠNG 43 

CHƯƠNG 3: HƯỚNG DẪN KHẢO SÁT THIẾT KẾ CỌC XIMĂNG ĐẤT THI

CÔNG BẰNG CÔNG NGHỆ TRỘN SÂU 45 

3.1  KHẢO SÁT ĐỊA KỸ THUẬT 45 

3.1.1  Các chỉ tiêu cơ, lý, hoá 45 

3.1.2  Các phương pháp khảo sát nhanh phục vụ xử lý nền bằng công nghệ trộn sâu CDM 46 

3.1.3  Trộn thử trong phòng 48 

3.1.4  Thí nghiệm cọc thử tại hiện trường 49 

3.1.4.1 Khoan lấy mẫu thí nghiệm 49 

3.1.4.2 Thí nghiệm nén tĩnh xác định sức chịu tải cọc ximăng - đất 50 

3.2  THIẾT KẾ 54 

3.2.1  Thiết kế xử lý đất yếu bằng cọc ximăng - đất 55 

3.2.2  Các phương pháp tính toán 56 

3.2.2.1 Phương pháp tính toán theo phương pháp nền tương đương 56 

3.2.2.2 Phương pháp tính toán theo phương pháp móng cọc 58 

3.2.2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 63 

CHƯƠNG 4: HƯỚNG DẪN THI CÔNG, KIỂM TRA VÀ NGHIỆM THU CỌC XIMĂNG ĐẤT THI CÔNG BẰNG KIỂU TRỘN CƠ KHÍ 67 

4.1  THI CÔNG 67 

4.1.1  Phạm vi ứng dụng 67 

4.1.2  Trình tự thi công 67 

4.2  ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỘT XIMĂNG - ĐẤT 71 

4.2.1  Đánh giá về kích thước hình học 73 

4.2.2  Đánh giá về chất lượng cọc 73 

4.2.2.1 Phương pháp khoan lấy mẫu và thí nghiệm trong phòng 73 

4.2.2.2 Phương pháp thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) 74 

4.2.2.3 Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh 74 

4.2.2.4 Phương pháp thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST) 75 

4.2.2.5 Phương pháp thí nghiệm xuyên cắt thuận (SCPT) 75 

4.2.2.6 Phương pháp thí nghiệm xuyên cắt nghịch (SCPT) 76 

4.3  NGHIỆM THU 76 

CHƯƠNG 5: HƯỚNG DẪN THI CÔNG, KIỂM TRA VÀ NGHIỆM THU CỌC XIMĂNG ĐẤT THI CÔNG BẰNG KIỂU TRỘN TIA 78 

5.1  THI CÔNG 78 

5.1.1  Phạm vi ứng dụng 78 

5.1.2  Các công việc chuẩn bị trước khi thi công đại trà 78 

5.1.3  Thi công đại trà 79 

5.2  ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỘT XIMĂNG - ĐẤT 81 

5.2.1  Những vấn đề cần lưu ý khi giám sát và kiểm tra 81 

5.2.2  Đánh giá về kích thước hình học 81 

5.2.3  Đánh giá về chất lượng cọc 81 

5.2.3.1 Phương pháp khoan lấy mẫu và thí nghiệm trong phòng 81 

5.2.3.2 Phương nén tĩnh 82 

5.2.3.3 Phương pháp biến dạng nhỏ 82 

5.3  NGHIỆM THU 83 

CHƯƠNG 6: ĐỊNH MỨC KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO PHƯƠNG PHÁP TRỘN KIỂU CƠ KHÍ VÀ PHƯƠNG PHÁP TRỘN KIỂU TIA 85 

6.1  XÂY DỰNG ĐỊNH MỨC KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO PHƯƠNG PHÁP TRỘN KIỂU TIA 85 

6.1.1  Công trình xây mới 85 

6.1.1.1 Thi công trên cạn 85 

6.1.1.2 Thi công dưới nước 94 

6.1.2  Công trình nâng cấp sửa chữa 98 

6.1.2.1 Thi công trên cạn 98 

6.1.2.2 Thi công dưới nước 104 

6.2  XÂY DỰNG ĐỊNH MỨC KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO PHƯƠNG PHÁP TRỘN KIỂU CƠ KHÍ 110 

6.2.1 Thi công trên cạn 110 

6.2.1.1 Tính toán hao phí vật liệu 110 

6.2.1.2 Tính toán hao phí nhân công 112 

6.2.1.3 Tính toán hao phí máy thi công 114 

6.2.1.4 Xây dựng các tiết định mức dự toán cho công tác khoan tạo lỗ, phụt và trộn vữa xi măng cọc theo kiểu cơ khí bằng máy khoan phụt thuần áp, trên cạn 116 

6.2.2 Thi công dưới nước 117 

6.2.2.1 Tính toán hao phí vật liệu 117 

6.2.2.2 Tính toán hao phí nhân công 119 

6.2.2.3 Tính toán hao phí máy thi công 121 

6.2.2.4 Xây dựng các tiết định mức dự toán cho công tác khoan tạo lỗ, phụt và trộn vữa xi măng cọc bằng máy khoan phụt thuần áp, dưới nước 124 

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125 

1 Về đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật 125 

2 Về các nội dung của đề tài 128 

3 Kiến nghị 128 

PHỤ LỤC A TIÊU CHUẨN CHẾ TẠO VÀ BÃO DƯỠNG MẪU ĐẤT GIA CỐ XI

MĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÔNG ĐẦM 130 

PHỤ LỤC B VÍ DỤ MỘT MẪU TRỘN THỬ TRONG PHÒNG 132 

PHỤ LỤC C – 1 VÍ DỤ BÁO CÁO THI CÔNG 1 CỌC THEO PHƯƠNG PHÁP TRỘN CƠ KHÍ 133 

PHỤ LỤC C – 2 VÍ DỤ BIỂU ĐỒ CÁC THÔNG SỐ THI CÔNG 1 CỌC THEO PHƯƠNG PHÁP TRỘN CƠ KHÍ 134 

PHỤLỤC C – 3 VÍ DỤ MẪU BÁO CÁO NGÀY THEO PHƯƠNG PHÁP TRỘN CƠ KHÍ 135 

PHỤ LỤC D THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG NÉN CỦA MẪU XI MĂNG ĐẤT 136 

PHỤ LỤC E BIỂU MẪU KẾT QỦA THI CÔNG CỌC THỬ 140 

PHỤ LỤC F BIỂU MẪU THUYẾT MINH HIỆU CHỈNH KẾT QỦA TÍNH TOÁN KHI THI CÔNG THỬ NGHIỆM 142 

PHỤ LỤC G BIỂU MẪU KẾT QỦA THI CÔNG ĐẠI TRÀ 144 

PHỤ LỤC H BIỂU MẪU KẾT QỦA THI CÔNG TRONG NGÀY 146 

PHỤ LỤC K BIỂU MẪU THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC THỬ 147 

PHỤ LỤC L KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN MỘT TRỤC NỞ HÔNG 150 

PHỤ LỤC M BIỂU MẪU KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN BA TRỤC (UU) 151 

PHỤ LỤC N CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG 152 

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tính chất cơ lý của bùn ở một số địa phương 13 

Bảng 1.2 Phân loại than bùn theo địa chất công trình 14 

Bảng 1.3 Phân loại than bùn theo tính chất cơ lý 14 

Bảng 1.4 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý 16 

Bảng 1.5 Bảng tổng hợp đặc trưng cơ lý trầm tích nguồn gốc hỗn hợp sông-biển 17 

Bảng 1.6 Bảng tổng hợp đặc trưng cơ lý trầm tớch mềm yếu hệ Cần Giờ 18 

Bảng 1.7 Bảng tổng hợp đặc trưng cơ lý trầm tích hệ Bình Chánh 18 

Bảng 1.8 Bảng tổng hợp đặc trưng cơ lý trầm tích đầm lầy sông 19 

Bảng 2.1 Thông số vật lý của các lớp địa chất tại khu vực thí nghiệm 25 

Bảng 2.2 Phân bố cường độ nén cọc xi măng đất 26 

Bảng 2.3 Cường độ kháng nén của mẫu 300 kg/m3 và 400 kg/m3 trên hiện trường 27 

Bảng 2.4 Phân bố cường độ nén cọc xi măng đất 30 

Bảng 2.5 Cường độ kháng nén của mẫu 100 Kg/m3, 200 Kg/m3 và 250 kg/m3 trên hiện trường 30 

Bảng 2.6 Thông số vật lý của các lớp địa chất tại khu vực thí nghiệm (Cà Mau) 34 

Bảng 2.7 Phân tích mẫu nước 36 

Bảng 2.8 Phân bố cường độ nén cọc xi măng đất 37 

Bảng 2.9 Cường độ kháng nén của mẫu trên hiện trường 37 

Bảng 3.1 Số liệu đầu vào phục vụ việc tính toán xử lý đất yếu bằng CDM 47 

Bảng 3.2 Các mô hình vật liệu cơ bản sử dụng trong FEM 65 

Bảng 4.1 Biện pháp thi công đối với lớp cứng xen kẹp 70 

Bảng 4.2 Số liệu thí nghiệm phương pháp thí nghiệm trong phòng 74 

Bảng 4.3 Số liệu thí nghiệm phương pháp thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn 74 

Bảng 4.4 Số liệu thí nghiệm phương pháp thí nghiệm nén tĩnh 75 

Bảng 4.5 Số liệu thí nghiệm phương pháp thí nghiệm cắt cánh hiện trường 75 

Bảng 4.6 Số liệu thí nghiệm phương pháp thí nghiệm xuyên cắt thuận 76 

Bảng 4.7 Số liệu thí nghiệm phương pháp thí nghiệm xuyên cắt nghịch 76 

Bảng 6.1 Tính toán hao phí vật liệu theo phương pháp thống kê – phân tích 85 

Bảng 6.2 Tính toán hao phí xi măng PCB30 theo thiết kế 86 

Bảng 6.3 Tính toán hao phí vật liệu bằng vận dụng định mức có sẵn 86 

Bảng 6.4 Hao phí vật liệu cho công tác khoan tạo lỗ và phụt vữa xi măng cọc bằng máy khoan phụt cao áp, trên cạn cho công trình xây mới 87 

Bảng 6.5 Tổng hợp số liệu khảo sát hao phí nhân công 88 

Bảng 6.6 Tính toán định mức lao động cơ sở 88 

Bảng 6.7 Tính toán định mức hao phí lao động 89 

Bảng 6.8 Hao phí nhân công bằng vận dụng định mức có sẵn 89 

Bảng 6.9 Hao phí nhân công cho công tác khoan tạo lỗ và phụt vữa xi măng cọc bằng

máy khoan phụt cao áp, trên cạn cho công trình xây mới 89 

Bảng 6.10 Tính toán định mức năng suất máy khoan phụt YBM theo số liệu khảo sát 91 

Bảng 6.11 Tính toán định mức hao phí máy khoan phụt YBM theo số liệu khảo sát 91 

Bảng 6.12 Tính toán định mức năng suất ca máy khuấy YGM4 theo số liệu khảo sát 91 

Bảng 6.13 Tính toán định mức hao phí máy khuấy YGM4 theo số liệu khảo sát 92 

Bảng 6.14 Tính toán hao phí máy thi công bằng vận dụng định mức có sẵn 92 

Bảng 6.15 Hao phí máy thi công cho công tác khoan tạo lỗ và phụt vữa xi măng cọc bằng máy khoan phụt cao áp, trên cạn cho công trình xây mới 92 

Bảng 6.16 Định mức công tác khoan tạo lỗ và phụt vữa xi măng cọc bằng máy khoan phụt cao áp, trên cạn cho công trình xây mới 93 

Bảng 6.17 Tính toán hao phí vật liệu vận dụng định mức công bố 94 

Bảng 6.18 Tính toán hao phí nhân công vận dụng định mức công bố 95 

Bảng 6.19 Tính toán hao phí máy thi công vận dụng định mức công bố 95 

Bảng 6.20 Tính toán định mức năng suất ca máy Xà lan theo số liệu khảo sát 96 

Bảng 6.21 Tính toán định mức hao phí máy Xà lan theo số liệu khảo sát 97 

Bảng 6.22 Hao phí máy thi công cho công tác khoan tạo lỗ và phụt vữa xi măng cọc bằng máy khoan phụt cao áp, dưới nước cho công trình xây mới 97 

Bảng 6.23 Định mức công tác khoan tạo lỗ và phụt vữa xi măng cọc bằng máy khoan phụt cao áp, trên cạn cho công trình xây mới 98 

Bảng 6.24 Hao phí vật liệu cho công tác khoan tạo lỗ và phụt vữa xi măng cọc bằng máy khoan phụt cao áp, trên cạn cho công trình xây mới 99 

Bảng 6.25 Tổng hợp số liệu khảo sát hao phí nhân công 100 

Bảng 6.26 Tổng hợp số liệu hao phí máy khoan phụt YBM 102 

Bảng 6.27 Tổng hợp số liệu hao phí máy khuấy YGM 4 102 

Bảng 6.28 Tổng hợp số liệu hao phí Xà lan 200 Tấn 103 

Bảng 6.29 Định mức công tác khoan tạo lỗ và phụt vữa xi măng cọc bằng máy khoan phụt cao áp, trên cạn cho công trình nâng cấp sửa chữa 103 

Bảng 6.30 Hao phí vật liệu cho công tác khoan tạo lỗ và phụt vữa xi măng cọc bằng máy khoan phụt cao áp, dưới nước cho công trình xây mới 104 

Bảng 6.31 Tổng hợp số liệu khảo sát hao phí nhân công 106 

Bảng 6.32 Tổng hợp số liệu hao phí máy khoan phụt YBM 108 

Bảng 6.33 Tổng hợp số liệu hao phí máy khuấy YGM 4 108 

Bảng 6.34 Tổng hợp số liệu hao phí Xà lan 200 Tấn 109 

Bảng 6.35 Định mức công tác khoan tạo lỗ và phụt vữa xi măng cọc bằng máy khoan phụt cao áp, dưới nước cho công trình nâng cấp sửa chữa 109 

Bảng 6.36 Tính toán hao phí vật liệu theo phương pháp thống kê – phân tích 110 

Bảng 6.37 Tính toán hao phí xi măng PCB30 theo thiết kế 111 

Bảng 6.38 Hao phí vật liệu cho công tác khoan tạo lỗ, phụt và trộn vữa xi măng cọc theo kiểu cơ khí bằng máy khoan phụt thuần áp, trên cạn 112 

Bảng 6.39 Tổng hợp số liệu khảo sát hao phí nhân công 113 

Bảng 6.40 Tính toán định mức lao động cơ sở 113 

Bảng 6.41 Tính toán định mức hao phí lao động 113 

Bảng 6.42 Hao phí nhân công cho công tác khoan tạo lỗ, phụt và trộn vữa xi măng cọc theo kiểu cơ khí bằng máy khoan phụt thuần áp, trên cạn 114 

Bảng 6.43 Tính toán định mức năng suất máy khoan phụt YBM theo số liệu khảo sát115  Bảng 6.44 Tính toán định mức hao phí máy khoan phụt YBM theo số liệu khảo sát 115 

Bảng 6.45 Tính toán định mức năng suất ca máy khuấy YGM4 theo số liệu khảo sát 116  Bảng 6.46 Tính toán định mức hao phí máy khuấy YGM4 theo số liệu khảo sát 116 

Bảng 6.47 Hao phí máy thi công cho công tác khoan tạo lỗ, phụt và trộn vữa xi măng cọc bằng máy khoan phụt thuần áp, trên cạn 116 

Bảng 6.48 Định mức công tác khoan tạo lỗ, phụt và trộn vữa xi măng cọc bằng máy khoan phụt thuần áp, trên cạn 117 

Bảng 6.49 Tính toán hao phí vật liệu theo phương pháp thống kê – phân tích 118 

Bảng 6.50 Tính toán hao phí xi măng PCB30 theo thiết kế 119 

Bảng 6.51 Hao phí vật liệu cho công tác khoan tạo lỗ, phụt và trộn vữa xi măng cọc theo kiểu cơ khí bằng máy khoan phụt thuần áp, dưới nước 119 

Bảng 6.52 Tổng hợp số liệu khảo sát hao phí nhân công 120 

Bảng 6.53 Tính toán định mức lao động cơ sở 121 

Bảng 6.54 Tính toán định mức hao phí lao động 121 

Bảng 6.55 Hao phí nhân công cho công tác khoan tạo lỗ, phụt và trộn vữa xi măng cọc theo kiểu cơ khí bằng máy khoan phụt thuần áp, dưới nước 121 

Bảng 6.56 Tính toán hao phí máy thi công vận dụng định mức công bố 122 

Bảng 6.57 Tính toán định mức năng suất ca máy Xà lan theo số liệu khảo sát 123 

Bảng 6.58 Tính toán định mức hao phí máy Xà lan theo số liệu khảo sát 123 

Bảng 6.59 Hao phí máy thi công cho công tác khoan tạo lỗ, phụt và trộn vữa xi măng cọc bằng máy khoan phụt thuần áp, dưới nước 123 

Bảng 6.60 Định mức công tác khoan tạo lỗ, phụt và trộn vữa xi măng cọc bằng máy khoan phụt thuần áp, dưới nước 124 

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ hình trụ hố khoan khu vực Thành phố Hồ Chí Minh 19 

Hình 1.2 Sơ đồ hình trụ hố khoan tại thị xã Long Xuyên – An Giang 20 

Hình 1.3 Sơ đồ phân bố đất yếu theo nguồn gốc hình thành 20 

Hình 1.4 Bản đồ phân vùng đất yếu ở đồng bằng Nam Bộ 21 

Hình 2.1 Quan hệ hàm lượng xi măng đất với cường độ nén nở hông (UCS) ở tuổi 28, 56 ngày của mẫu lấy trên hiện trường 27 

Hình 2.2 Tương quan hàm lượng xi măng đất với cường độ nén nở hông (UCS) ở tuổi 14, 28 ngày của mẫu lấy trên hiện trường 28 

Hình 2.3 Sự phát triển của góc ma sát trong theo thời gian của mẫu 400 kg/m3 28 

Hình 2.4 Sự phát triển của lực dính theo thời gian của mẫu 400 kg/m3 29 

Hình 2.5 Tương quan qu (kN/m2) và ϕ (độ), c (kN/m2) mẫu 350 Kg/m3 29 

Hình 2.6 Quan hệ hàm lượng xi măng đất với cường độ nén nở hông (UCS) ở tuổi 7,14 và 28 ngày của mẫu lấy trên hiện trường 31 

Hình 2.7 Tương quan hàm lượng xi măng đất với cường độ nén nở hông (UCS) ở tuổi 7, 14 và 28 ngày của mẫu lấy trên hiện trường 32 

Hình 2.8 Sự phát triển của góc ma sát trong theo thời gian của mẫu 250 kg/m3 32 

Hình 2.9 Sự phát triển của lực dính theo thời gian của mẫu 250 kg/m3 32 

Hình 2.10 Tương quan qu (kN/m2) và ϕ (độ), c (kN/m2) 33 

Hình 2.11 Vị trí lấy mẫu nước thí nghiệm 35 

Hình 2.12 Quan hệ hàm lượng xi măng đất với cường độ nén nở hông (UCS) ở tuổi 14, 28 ngày của mẫu lấy trên hiện trường 38 

Hình 2.13 Tương quan hàm lượng xi măng đất với cường độ nén nở hông (UCS) ở tuổi 14, 28 ngày của mẫu lấy trên hiện trường 38 

Hình 2.14 Sự phát triển của góc ma sát trong theo thời gian của mẫu 350 kg/m3 39 

Hình 2.15 Sự phát triển của lực dính theo thời gian của mẫu 350 kg/m3 39 

Hình 2.16 Tương quan qu (kN/m2) và ϕ (độ), c (kN/m2) mẫu 350 Kg/m3 40 

Hình 2.17 Quan hệ P-t và S-t cọc C1 42 

Hình 2.18 Quan hệ P-t và S-t nhóm 02 cọc 42 

Hình 2.19 So sánh cường độ nén cọc xi măng đất do 2 loại công nghệ tạo ra 43 

Hình 3.1 Ống lấy mẫu SPT thường dùng để lấy mẫu nguyên dạng 47 

Hình 3.2 Qui trình thí nghiệm trộn thử trong phòng 48 

Hình 3.3 Biểu đồ quan hệ cường độ kháng nén một trục – hàm lượng xi măng 49 

Hình 3.4 Quy trình thiết kế xử lý nền đất yếu 56 

Hình 3.5 Sơ đồ tính toán theo phương pháp mặt trượt trụ tròn 57 

Hình 3.6 Sơ đồ tính toán theo phương pháp mặt trượt phức hợp 57 

Hình 3.7 Sơ đồ xác định các biên giới hạn khi sử dụng các phần mềm địa kỹ thuật 58 

Hình 3.8 Sơ đồ tính toán biến dạng 59 

Hình 3.9 Sơ đồ tính lún kiểu cọc chống (a), kiểu cọc treo (b) 60 

Hình 3.10 Sơ đồ tính Vs cho mạng hình vuông 61 

Hình 3.11 Sơ đồ tính toán mạng tam giác (cân tại C) 61 

Hình 3.12 Góc cắt khi sử dụng vải địa kỹ thuật ngăn cách 63 

Hình 3.13 Góc cắt khi gia cố lớp bề mặt 63 

Hình 3.14 Các mô hình hình học thường sử dụng trong thực tế 66 

Hình 3.15 Lựa chọn mô hình đối xứng trục hay mô hình bất đối xứng 66 

Hình 4.1 Trình tự thi công cọc xi măng đất 67 

Hình 4.2 Trình tự thi công một cọc xi măng đất 69 

Hình 4.3 Các dạng hành trình trộn 71 

Hình 4.4 Sơ đồ quản lý chất lượng 72 

Hình 4.5 Hệ thống theo dõi thi công 72 

Để đáp ứng các tiêu chí đưa ra ở trên và nhằm mục tiêu nâng cao chất lượng xử lý đất yếu phục vụ cho việc xây dựng công trình, công nghệ trộn sâu CDM đã được nghiên cứu và đưa vào áp dụng ở Việt Nam Ngay từ những năm đầu của thập kỷ 80, Viện Khoa học công nghệ Xây dựng đã tiến hành nghiên cứu phương pháp gia cố nền đất yếu bằng công nghệ CDM thi công theo kiểu cơ khí Từ đó đến nay, phương pháp này đã đạt được một số kết quả nhất định trong việc nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế Tuy nhiên, đối với việc xử lý nền móng công trình ở vùng đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), việc ứng dụng phương pháp trộn cơ khí còn bộc lộ nhiều vấn đề cần được nghiên cứu bổ sung trong đề tài này, đó là những vấn đề về thiết kế, kiểm tra nghiệm thu

và đơn giá Mặc dù giá thành rẻ hơn và khả năng thi công nhanh hơn nhưng do có nhiều hạn chế như: thiết bị nặng (> 50T), cồng kềnh (cao hơn 3m) và khả năng xử lý hạn chế (< 20m), nên việc áp dụng phương pháp trộn cơ khí vào công trình nói chung, đặc biệt là công trình Thủy lợi ở Đồng bằng sông Cửu Long gặp rất nhiều khó khăn (vì đặc thù của vùng đồng bằng sông Cửu Long là đất yếu, mạng lưới giao thông chủ yếu là các hệ thống kênh rạch nhỏ)

Công nghệ trộn sâu CDM thi công theo kiểu tia thâm nhập vào nước ta chậm hơn, mãi đến năm 2004 mới bắt đầu xuất hiện ở Việt Nam và ban đầu chỉ nhằm mục đích chống thấm Do chậm hơn về mặt thời gian, nên vấn đề về thiết kế, kiểm tra nghiệm thu

và đơn giá cho việc thi công theo công nghệ này gần như không có Vì vậy, việc áp dụng để xây dựng công trình nói chung và công trình Thủy lợi ở đồng bằng sông Cửu Long rất khó khăn

Năm 2008, nhận thấy nhiều tiềm năng trong vấn đề xử lý đất yếu ở đồng bằng sông Cửu Long, Bộ Nông nghiệp và PTNT đã cho triển khai đề tài “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp xử lý nền móng công trình Thủy lợi trên vùng đất yếu Đồng bằng sông Cửu long bằng cột Đất-Xi măng khoan trộn sâu” với mục tiêu hạ giá thành xử lý nền đất yếu và giảm thời gian thi công xây dựng công trình

Đề tài có 6 nội dung cơ bản:

Nội dung 1: nghiên cứu tổng quan về địa chất của vùng đồng bằng sông Cửu Long Các tài liệu phân vùng địa chất sẽ góp phần định hướng cho các kỹ sư thiết kế quyết định việc có nên áp dụng công nghệ trộn sâu cho một công trình cụ thể nào đó hay không?

Nội dung 2: nghiên cứu tính chất của vật liệu xi măng đất khi sử dụng hai phương pháp trộn khác nhau, cho hai loại vùng địa chất đặc trưng của đồng bằng sông Cửu Long

là đất mùn hữu cơ có hoặc không có ảnh hưởng mặn Các kết quả của nội dung này là một phần quan trọng trong (dự thảo) quy trình hướng dẫn xử lý nền cho vùng đồng bằng sông Cửu Long

Nội dung 3: (dự thảo) quy trình hướng dẫn thiết kế thi công xử lý nền đất yếu cho các công trình Thủy lợi bằng công nghệ CDM Đây là nội dung hướng dẫn thiết kế và thi công xử lý đất yếu bằng CDM Do đặc thù của từng công nghệ vì vậy, phương pháp trộn khô và phương pháp trộn ướt có những điểm giống và khác nhau; giống nhau về phương pháp khảo sát thiết kế, khác nhau về phương pháp thi công, kiểm tra nghiệm thu

và định mức đơn giá Để thống nhất toàn bộ nội dung nhằm giúp cho người kỹ sư thiết

kế có thể tham khảo một cách tốt nhất, nội dung này được chia làm 3 phần: (1) Hướng dẫn khảo sát, thiết kế là phần chung cho cả 2 phương pháp trộn, trong đó đưa các (dự thảo) quy trình thí nghiệm cọc xi măng đất trên hiện trường và (dự thảo) hướng dẫn thí nghiệm trong phòng; (2) (dự thảo) quy trình thi công, phần này được chia làm hai phần nhỏ ứng với hai phương pháp trộn; (3) Xây dựng định mức - đơn giá, nội dung này cũng được chia thành hai phần nhỏ tương ứng với hai phương pháp nói trên

Nội dung 4: (dự thảo) hướng dẫn đánh giá chất lượng cột xi măng-đất khi xử lý đất yếu bằng CDM Nội dung này đề cập đến vấn đề đánh giá chất lượng cọc xi măng đất phục vụ cho công tác kiểm tra và nghiệm thu Vì vật liệu xi măng đất được tạo ra từ hai phương pháp khác nhau, do vậy các phương pháp kiểm tra cũng có những phương pháp chung phổ biến và có những phương pháp riêng khác phù hợp với từng phương pháp trộn Để thuận tiện cho kỹ sư thiết kế và để đạt được tính thống nhất cao trong việc xây dựng hướng dẫn, nội dung (dự thảo) hướng dẫn đánh giá chất lượng cọc xi măng-đất này được trình bày tiếp theo sau nội dung hướng dẫn (dự thảo) thi công theo từng phương pháp trộn Các phương pháp thí nghiệm kiểm tra cụ thể được biên soạn thành các phụ lục, để tra sau khi xem xét nội dung phương pháp thí nghiệm theo các phương pháp trộn khác nhau

Nội dung 5: ứng dụng thí nghiệm sức chịu tải trên hiện trường và thiết kế một đồ

án xử lý nền móng các công trình Thủy lợi ở ĐBSCL Đây là nội dung khó nhất và mất nhiều thời gian nhất trong tất cả các nội dung của đề tài do phải thiết kế đồ án ở giai đoạn TKBVTC để thuyết phục chủ đầu tư nhiều lần (Giai đoạn TKCS không có phương

án này) Ngay sau khi triển khai đề tài được một năm, đã triển khai ứng dụng thử xử lý nền móng kè Anker có chủ đầu tư là tập đoàn SHX của Châu Âu với mục đích kiểm tra xem có đáp ứng được tiêu chuẩn khắt khe của Châu Âu hay không ? Sau đó việc ứng dụng để xử lý nền cho hai công trình: cống KG 2 và Lung Dừa tại Cà Mau chủ yếu nhằm đánh giá tính hoàn thiện của quy trình khảo sát, thiết kế thi công và kiểm tra chất lượng sau khi điều chỉnh một số nội dung Thông qua việc thử nghiệm này, đã đánh giá được hiệu quả kinh tế kỹ thuật của công nghệ so với các công nghệ khác Kết quả thí nghiệm chứng tỏ rằng cọc xi măng đất đáp ứng được sức chịu tải công trình Đánh giá công trình sau hơn một năm đưa vào khai thác, Chủ đầu tư là sở Nông nghiệp và PTNT

Cà Mau cũng cho rằng, phương án này so với các phương án xử lý truyền thống khác giảm được khoảng 30% giá thành và 50% thời gian thi công Trên thực tế, sau đó toàn

bộ các công trình ở đây đã được thiết kế xử lý bằng phương pháp trên

Nội dung 6: tổng kết nghiệm thu đề tài

Tóm lại đề tài được thực hiện một cách tương đối bài bản, đáp ứng được các yêu cầu đặt ra từ ban đầu Những nội dung khoa học của đề tài là các tài liệu quan trọng phục vụ cho người kỹ sư thiết kế Nhiều kết quả nghiên cứu của đề tài hoàn toàn mới chưa được công bố trong một tài liệu nào

Trong những năm sắp tới, xu hướng sử dụng công nghệ trộn sâu để xử lý nền móng công trình trên nền đất yếu là xu hướng tất yếu Vì sau một thời gian dài nghiên cứu và ứng dụng Cho đến hiện nay sự hiểu biết về công nghệ trộn sâu đã đạt đến mức

độ nhất định Chúng ta đã xây dựng được tiêu chuẩn, hướng dẫn khảo sát, thiết kế, quy trình kiểm tra, nghiệm thu và quan trọng nữa là định mức đơn giá cho công nghệ một cách tương đối hoàn chỉnh đến tận những bảng biểu sử dụng cho cả quá trình thi công, những điều này có được hoàn toàn dựa trên kinh nghiệm trong quá trình ứng dụng thực

tế của chúng ta Đó là những thuận lợi lớn mà chỉ cách đây mấy năm chúng ta không thể

có Những thuận lợi nói trên sẽ góp phần thúc đẩy việc ứng dụng nhanh công nghệ vào sản xuất Đóng góp một phần vào công cuộc hiện đại hóa đất nước

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRỘN SÂU

1.1.1 Ứng dụng công nghệ trộn sâu và vật liệu xi măng - đất trên thế giới

Công nghệ trộn sâu (DM) tạo cọc xi măng - đất (XMĐ) là công nghệ trộn xi măng với đất tại chỗ dưới sâu Cọc XMĐ sử dụng khá rộng rãi trong xử lý nền móng các công trình xây dựng Mục đích gia cố của công nghệ là làm tăng cường độ, khống chế biến dạng, giảm tính thấm của đất yếu hoặc đất co ngót hoặc để vệ sinh các khu nhiễm độc (làm thay đổi đất, nâng cao chất lượng của đất bằng cách cứng hóa tại chỗ)

Từ năm 1960, Nhật Bản là nước dẫn đầu trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ DM Những nghiên cứu đầu tiên bắt đầu từ Viện nghiên cứu Cảng và Đường thủy, tại phòng thí nghiệm Quốc gia đặt tại Bộ Giao thông, với đề tài đất trộn vôi (viết tắt tiếng Anh là DLM) Đất ở các vùng ven biển khác nhau được đưa về phòng thí nghiệm

và trộn với vôi làm chất gia cố để tìm ra tỉ lệ trộn thích hợp và hiệu quả của việc trộn Công nghệ DLM đã đưa vào ứng dụng trên toàn quốc và vùng Đông Nam Á từ năm

1974 Năm 1975, phương pháp trộn ướt sử dụng chất kết dính là xi măng (viết tắt tiếng Anh là CDM) ra đời

Các thí nghiệm trong phòng và quan trắc hiện trường nhằm đánh giá tính năng kỹ thuật của đất được gia cố nhằm thiết lập phương pháp thiết kế và cải tiến thiết bị (Jerashi

và nnk, 1985; Suzuki và nnk, 1988; Kitazume, 1996) đã nghiên cứu ứng xử của đất trên

mô hình bằng máy li tâm Những nghiên cứu về khả năng chịu động đất (Inatomi và nnk, 1984, 1986) về tính chất của xi măng- đất (Honjo, 1982), về khả năng chống hoá lỏng (Hirama và Toriihara, 1983; Suzuki và nnk, 1986), về khả năng chịu rung động (Inatomi và nnk, 1985), về kiểm soát hố đào (Tanaka, 1993; Matsushi ta và nnk, 1993),

về thiết bị trộn (Nishibafashi, 1985) và về việc kiểm soát chất lượng (Mitsuhashi và nnk, 1996; Zheng và shi, 1996) đã được thực hiện một cách có hệ thống

Ngay từ giai đoạn đầu, mặc dù gặp những khó khăn về kỹ thuật và thiếu sự hiểu biết đầy đủ về ứng xử của DM, nhưng ngành xây dựng Nhật Bản vẫn quyết định ứng dụng công nghệ vào nhiều dự án nhằm đương đầu với các khó khăn về ổn định mái đất

và khắc phục độ lún của nền

Đến năm 1977, một nhóm gồm 48 công ty xây dựng đã thiết lập Hiệp hội CDM nhằm phối hợp quá trình phát triển qua sự hợp tác giữa các nhà sản xuất với các Viện nghiên cứu

Các số liệu đã chỉ ra rằng, khối lượng thi công CDM năm 1993 đã gấp đôi năm

1987 Một tài liệu hướng dẫn kỹ thuật (CDM Manual) là tài liệu kỹ thuật đầu tiên về lĩnh vực này, đến năm 1994 nó được hiệu chỉnh và tái bản lại (CDM Association of Japan, 1994)

Từ năm 1980, Bộ Xây dựng Nhật Bản đã phát triển phương pháp khoan phụt khô gọi tắt là DJM DJM sử dụng khoan không liên tục và dùng xi măng làm chất kết dính Báo cáo của Chida (1982) đã miêu tả chi tiết công nghệ này Đầu những năm 1980 có khoảng 24 công ty xây dựng lập ra hiệp hội DJM Số lượng các dự án sử dụng DJM có

xu hướng tăng lên do công nghệ này đạt được sự ổn định từ những năm 1990 Quyển Sổ tay hướng dẫn (DJM Manual), bản mới hiệu chỉnh, do Hiệp hội DJM xuất bản năm 1993

đã dẫn ra nhiều công trình ứng dụng

Tại Nhật Bản, phương pháp CDM được áp dụng rộng rãi trong các công trình cảng biển, trong khi công nghệ DJM thì chỉ có thể áp dụng cho các công trình trên đất liền Song song với Viện nghiên cứu Cảng và Đường thủy, nhiều Viện nghiên cứu khác nằm trong các tập đoàn xây dựng cũng công bố các kết quả nghiên cứu về DM Ví dụ, Viện nghiên cứu Takenaka đã nghiên cứu về các đặc tính của bê tông đất (BTĐ) và đặc điểm kỹ thuật của chúng (Niina và nnk, 1981; Kawasaki và nnk, 1981; Saitoh và nnk, 1982; Suzuki và nnk, 1986)

Về mặt công nghệ, các nghiên cứu đã tiếp tục tập trung vào phương pháp phụt áp suất cao, công nghệ tạo ra cột xi măng-đất có hình dạng khác nhau (như cột chữ nhật), hoặc nghiên cứu vật liệu phụt (Asano và nnk, 1996) trên cùng một nguyên lý phụt Do

đó, DM được phân thành nhiều họ khác nhau

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 ximăng-đất Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia

cố bằng DM ở Nhật Bản vào khoảng 23,6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển và trong đất liền với khoảng 300 dự án Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m3 Đến 1994, hãng SMW Seiko đã thi công 4000 dự án trên toàn thế giới với 12,5 triệu m2 (7 triệu m3) Tạp chí Tin tức kỹ thuật (ENR) thường xuyên thông báo các thành tựu của DM ở Nhật Bản, chẳng hạn số 1983 đăng kết quả ứng dụng cho các công trình nền móng thi công trong nước, số 1989 về tác dụng chống động đất, số 1986 về các tường chống thấm Hàng năm, các hội nghị về các công nghệ gia cố nền được tổ chức tại Tokyo, trong hội nghị nhiều thành tựu mới nhất về khoan phụt và DM đã được trình bày

Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, mặc dù ngay từ cuối những năm 1960, các kỹ sư Trung Quốc đã học hỏi phương pháp trộn vôi dưới sâu và CDM ở Nhật Bản Thiết bị DM dùng trên đất liền xuất hiện năm 1978 và ngay lập tức được sử dụng để xử lý nền các khu công nghiệp ở Thượng Hải Tổng khối lượng xử lý bằng DM ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m3 Từ năm 1987 đến

1990, công nghệ DM đã được sử dụng ở Cảng Thiên Tân để xây dựng 2 bến cập tàu và cải tạo nền cho 60 ha khu dịch vụ Tổng cộng 513.000 m3 đất được gia cố, bao gồm các móng kè, móng của các tường chắn phía sau bến cập tầu

Đến năm 1992, một sự hợp tác giữa Nhật Bản và Trung Quốc đã tạo ra sự thúc đẩy cho những bước đầu tiên của công nghệ CDM ở Trung Quốc, công trình hợp tác đầu tiên là cảng Yantai Trong dự án này 60.000 m3 xử lý ngoài biển đã được thiết kế và thi công bởi chính các kỹ sư Trung Quốc (Tang, 1996)

Một số nghiên cứu khác liên quan tới DM ở Đông Nam Á như sử dụng các cột vôi đất xử lý đất hữu cơ ở Trung Quốc (Ho, 1996), các hố đào sâu ở Đài Loan (Woo, 1991)

và một số dự án khác nhau ở Singapore (Broms , 1984) đã được công bố

Tại châu Âu, nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan Trong năm 1967, Viện Địa chất Thụy Điển đã nghiên cứu các cột vôi (SLC) theo đề xuất của Jo Kjeld Páue sử dụng thiết bị theo thiết kế của Linden- Alimak AB (Rathmayer, 1997) Thử nghiệm đầu tiên tại sân bay Ska Edeby với các cột vôi có đường kính 0,5 m

và chiều sâu tối đa 15 m đã cho những kinh nghiệm mới về các cột vôi cứng hóa (Assarson và nnk, 1974)

Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (cao 6 m, dài 8 m) đã được xây dựng ở Phần Lan sử dụng cột vôi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng và chiều dài cột về mặt khả năng chịu tải (Rathmayer và Liminen, 1980)

Từ những năm 1970 và đến những năm 1980, các công trình nghiên cứu và ứng dụng tập trung chủ yếu vào việc tạo ra vật liệu gia cố, tối ưu hoá hỗn hợp ứng với các loại đất khác nhau Broms and Boman (1977) tổng kết kinh nghiệm thu được từ phương pháp SLC trong quyển sách hướng dẫn đầu tiên về công nghệ này Sau đó một số nhà nghiên cứu khác (Nieminen 1977; Viitanen, 1977; Kujala, 1982) đã nghiên cứu ứng dụng thạch cao, tro bay làm chất độn để vôi hoá nhanh hơn Bài viết giới thiệu công nghệ mới của Eggestad (1983) liên quan đến các hợp chất hoá học dùng để chế tạo chất gia cố sử dụng trong công nghệ cọc vôi đất

Holin và nnk (1983) khi nghiên cứu ứng xử theo thời gian của hỗn hợp vôi - thạch cao, đã khuyến cáo rằng tỉ lệ vôi - thạch cao nên nằm trong khoảng 3:1, ứng dụng trong trường hợp xét đến sự bền vững lâu dài của cọc DM

Trong những năm 1980, công trình nghiên cứu của Kujala và Lahtinen, với khoảng 3000 mẫu lấy tại 29 vị trí ở Phần Lan đã được làm thí nghiệm nhằm tìm hiểu phản ứng gia cố Trên cơ sở những kinh nghiệm thu được, quyển sách hướng dẫn thiết

kế mới (STO-91) đã được xuất bản ở nước này

Năm 1991, Sở Địa chất thành phố Helsinki đã nghiên cứu khả năng giảm giá thành xây dựng qua chi phí vận chuyển để xử lý các lớp đất yếu bằng cách gia cố từng khối Chất gia cố được sử dụng là vôi, xi măng, xỉ lò cao và các sản phẩm sunfua hoá

từ các nhà máy nhiệt điện Mức độ ổn định của hỗn hợp đó được rút ra từ các thí nghiệm hiện trường, trên các công trình thực tế (Karltedt và Halkola, 1993)

Kukko và Ruohomaki (1995) báo cáo các kết quả của 1355 thí nghiệm trong phòng với 195 loại hỗn hợp và 21 loại đất, ngoài ra nghiên cứu xây dựng một mô hình toán để dự đoán cường độ kháng nén cực hạn của xi măng-đất theo tỉ lệ nước-xi măng, hàm lượng mùn, và tỉ lệ hạt mịn

Năm 1995, Hội Địa chất Thụy Điển đã xuất bản một sổ tay hướng dẫn mới về cột đất vôi và xi măng-vôi (Carlsten, 1995) Tài liệu này đã tổng kết những kiến thức mới nhất qua các dự án đã và đang thực hiện

Tại Thụy Điển gia cố theo phương pháp DM đó có một sự phát triển rất mạnh mẽ (Ahnberg, 1996), ngày càng được sử dụng nhiều trong 20 năm gần đây (Ahnberg và nnk, 1994) để giảm độ lún và nâng cao độ ổn định của các công trình đường bộ và đường sắt, nó được xem như một giải pháp ưu việt nhất hiện nay trong phát triển hạ tầng Ngoài ra nó cũng được ứng dụng làm móng cọc, ổn định hố đào, ổn định mái dốc

và giảm rung động Về tổ chức nghiên cứu phát triển, một tổ hợp nghiên cứu mới là trung tâm nghiên cứu gia cố đất sâu Thụy Điển (The Swedish Deep Stabilizatim Research Center) đã được thành lập năm 1995, với khoản kinh phí 8 triệu USD dành cho nghiên cứu trong vòng 5 năm nhằm phân loại, mô hình hóa và kiểm soát chất lượng của DM, với sự hợp tác nghiên cứu của các tập đoàn công nghiệp chế tạo vôi và

xi măng, các công ty thi công và các nhà tư vấn, các trường đại học và các trung tâm nghiên cứu ở Thụy Điển

Một dự án nghiên cứu tương tự cũng được tiến hành ở Phần Lan nằm trong chương trình nghiên cứu cải thiện chất lượng đường bộ, chương trình nghiên cứu này

kết thúc vào năm 2001 Mặc dù thị trường ở nước này nhỏ hơn nhưng rất ổn định (khoảng 250.000 m3/năm; 80% trong số đó là cọc vôi, xi măng) Vào những năm 1980, hàng năm Thuỵ Điển và Phần Lan sử dụng DM gia cố đất khoảng hơn 1 triệu m3 Giá thành khoảng 7~12 selling/m3

Thị trường tại các nước vùng Bantich và Na Uy tuy nhỏ, nhưng rất có tiềm năng Tại các nước châu Âu khác tuy chưa có số liệu chính xác, nhưng có thể khẳng định thị trường tại các nước như Anh, Pháp, Đức, Ý chưa thể bằng ở vùng Scandinavơ Những nước này chủ yếu dùng công nghệ DM để ngăn chặn và chôn lấp các chất thải nguy hiểm Viện Hàn lâm khoa học Bungari cũng đã công bố những kết quả nghiên cứu về xi măng- đất (Angelova và Evastatiev, 1991) và việc ứng dụng công nghệ DM trong cải tạo các nền đường sắt (Evstatiev và nnk, 1995)

Theo Jasperse và Ryan (1992) công nghệ trộn đất có lịch sử từ những năm 1960 theo sáng chế tại Mỹ Liver và Bruce (1996) đã ghi nhận sự đóng góp của công ty Instrusion Prepakt sử dụng thiết bị trộn cơ khí để trộn xi măng với đất làm thành các cọc tạo ra một phần móng và tường chắn

Mặc dù lúc bấy giờ DM được chấp nhận rộng rãi ở Nhật Bản và Thụy Điển, các công ty xây dựng của Mỹ vẫn không mặn mà với công nghệ này, cũng không đầu tư cho công tác nghiên cứu và phát triển bởi họ cho rằng đó không phải là một công nghệ

có hiệu quả kinh tế Tuy nhiên, sự phát triển mạnh mẽ với những thành công đáng ghi nhận ở Nhật Bản đã mở đường cho công nghệ DM vào Mỹ Vào cuối những năm 80, một thế hệ thiết bị trộn đất mới đã được đưa vào Mỹ (Jasperse và Ryan, 1987) để bảo

vệ kết cấu đất khỏi bị hoá lỏng dưới tác dụng của động đất

Từ đó trở đi, chính người sử dụng ở Mỹ đã tiếp tục sử dụng DM trong cải tạo nâng cấp các đập đất, qua đó đã đóng vai trò kích thích phát triển công nghệ này Trong cải tạo các đập đất, người ta đã tạo ra các tường chống thấm trong thân đập Ví dụ như đập đất Lockington ở Ohio (Walker, 1994); đập đất Jackson Lake ở Wyoming (Taki và Yang, 1991); đập đất Cushman ở Washington (Yang và Takeshima, 1994) v.v

Dự án lớn nhất ở Mỹ sử dụng công nghệ DM là đường hầm Trung tâm Nghệ thuật

ở Boston chi phí nhiều triệu đôla, dự án này kết thúc năm 2001 (Fairweather, 1996) Tường ximăng-đất đã được ứng dụng trong việc ổn định hố đào từ rất sớm, tại Bird Island Flats gần sân bay Logan

Hiện nay ở Mỹ, ít nhất 9 công ty có khả năng (hoặc tự cho là có khả năng) thi công DM Trong đó 4 công ty tự nghiên cứu chế tạo thiết bị mà không mua thiết bị

hoặc bản quyền công nghệ của nước ngoài Những công ty khác hoặc là hợp tác với nước ngoài hoặc sử dụng bản quyền của nước khác Theo điều tra của Bruce, từ năm

1986 đến 1992, hàng năm khối lượng công tác DM đạt chừng 10~20 triệu USD, đến năm 1996 tăng lên hơn 50% Sau đó, nhờ các dự án lớn ở Boston, Salt Lake City và West Coast, khối lượng DM đến nay chừng 20~30 triệu USD, tăng 5~10% mỗi năm

1.1.2 Ứng dụng công nghệ trộn sâu và vật liệu xi măng - đất tại Việt Nam

Tại Việt Nam, gia cố bằng phương pháp trộn sâu đã được nghiên cứu và bắt đầu từ những năm đầu của thập kỷ 80 tại Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng với một thiết bị thi công của Viện Địa kỹ thuật Thụy Điển (SGI) Đề tài được kết thúc vào năm 1986 và thiết bị được chuyển giao cho LICOGI Kết quả đạt được của đề tài là:

- Lượng % xi măng hợp lý với từng loại đất cải tạo

- Các nhân tố ảnh hưởng tới cải tạo đất như hàm lượng hưu cơ, cách gia công mẫu Năm 1985, tại Hội nghị Khoa học Kỹ thuật Địa chất Việt Nam lần thứ 2, PTS Hồ Chất (Viện Kỹ thuật Giao thông) đã có báo cáo kết quả nghiên cứu “Về khả năng gia cố đất bằng chất kết dính vô cơ trong điều kiện Việt Nam” Báo cáo này chủ yếu phân tích khả năng áp dụng phương pháp trộn sâu cho nhiều loại đất khác nhau dựa vào thành phần hạt và nêu ra một số ảnh hưởng khi áp dụng phương pháp như: loại đất, tỷ lệ kết dính, nhân tố thời gian đến khản năng biến cứng và ổn định đất gia cố

Cũng thời gian này một luận án của TS Đỗ Minh Toàn “Nghiên cứu cải tạo đất thuộc trầm tích sét QIV bằng phương pháp xi măng”, luận án nghiên cứu ảnh hưởng của các vật chất hữu cơ và muối dễ hòa tan trong sét QIV đến chất lượng cải tạo

Năm 1999, nhóm nghiên cứu do TS Tạ Đức Thịnh đã nghiên cứu và ứng dụng phương pháp cọc đất – vôi – xi măng Kết quả đã đưa ra được hàm lượng cho từng chất kết dính tham gia vào hỗn hợp cải tạo tại trường trung học Thái Thụy – Thái Bình Năm 2000, công nghệ DM đã được GS Nguyễn Bá Kế miêu tả trong quyển “Xử lý

sự cố nền móng công trình”

Năm 2001, Công ty Hacules kết hợp với Công ty Phát triển Kỹ thuật Xây Dựng thi công cột xi măng – đất làm nền móng cho bể chứa xăng dầu tại khu công nghiệp Trà Nóc, Cần Thơ với khối lượng 50.000m dài

Năm 2002, đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng cọc XMĐ vào xây dựng các công trình trên nền đất yếu ở Việt Nam Cụ thể như: dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m cọc XMĐ có đường kính 600cm thi công bằng trộn khô; xử lý nền cho bồn

chứa xăng dầu đường kính 35m, cao 4m ở Cần Thơ Cùng thời gian này, Viện KHCN Xây dựng đã có đề tài nghiên cứu về cọc xi măng – vôi

Năm 2003, một việt kiều ở Nhật đã thành lập công ty xử lý nền móng tại TP Hồ Chí Minh, ứng dụng thiết bị trộn khô để tạo cọc XMĐ lồng ống thép Cọc XMĐ lồng ống thép cho phép ứng dụng cho các nhà cao tầng (đến 15 tầng) thay thế cho cọc nhồi,

rẻ và thi công nhanh hơn

Năm 2004, cọc XMĐ được sử dụng để gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện

Vụ Bản (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 khoảng 20m Cũng trong thời gian này, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jetgrouting) từ Nhật Bản Đề tài đã bước đầu có những nghiên cứu thực nghiệm về sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng

xi măng đến tính chất của XMĐ nhằm ứng dụng cột XMĐ vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình Thủy lợi Các kết quả nghiên cứu này đã bắt đầu có những ứng dụng trong thực tiễn, đem lại hiệu quả cao về kinh tế kỹ thuật Ví dụ: chống thấm cho hồ

Đá Bạc – Hà Tĩnh; xử lý chống thấm cho cống D10 – Hà Nam; xử lý chống thấm cho cống Sông Cui – Long An

Năm 2005 đến nay hàng loạt các công trình Giao thông và Xây dựng có quy mô lớn đã được lập dự án xây dựng ở ĐBSCL Do gặp khó khăn trong vấn đề xử lý nền đất yếu, tháng 10/2005 Bộ GTVT đã phải tổ chức một hội nghị nhằm tìm kiếm giải pháp cho vấn đề này Trong hội nghị này, vấn đề ứng dụng CDM đã được nhiều đại biểu quan tâm Sau hội nghị, Bộ GTVT đã cho biên sọan gấp rút một dự thảo của ngành Giao thông “Dự thảo tiêu chuẩn thiết kế thi công và nghiệm thu cọc xi măng-đất” Cũng trong thời gian này Bộ Xây Dựng cũng cho ra đời tiêu chuẩn XDVN 385:2006 “Gia cố nền đất yếu bằng trụ đất-ximăng”

Năm 2007, cọc XMĐ lần đầu được ứng dụng vào xử lý nền, mang cho đập xà lan tại một số công trình thuộc dự án phát triển Thủy lợi đồng bằng Sông Cửu long bằng công nghệ Jetgrouting Đặc biệt đây cũng là lần đầu tiên ở Việt Nam phương pháp này được sự dụng để gia cố nền móng trong nước Cũng trong năm này nhiều các dự án xử

lý nền cho các khu công nghiệp ở Long An, Hải Dương cũng đã được thực hiện

Năm 2008, nhận thấy tiềm năng trong vấn đề xử lý đất yếu cho vùng đồng bằng sông Cửu Long Bộ Nông nghiệp và PTNT đã cho triển khai đề tài “Nghiên cứu ứng

dụng cọc xi măng đất cho đồng bằng sông Cửu Long” Một số công trình theo hướng xử

lý nền móng này đã được triển khai thử nghiệm đáp ứng được các tiêu chí đặt ra như giảm 30% giá thành, giảm 50% thời gian thi công so với các công nghệ xử lý nền truyền thống Đó là các cống Lung Dừa, KG 2 thuộc tỉnh Cà Mau Thử nghiệm quy trình thiết

kế, kiểm tra nghiệm thu của đề tài Nhóm thiết kế cũng đã áp dụng thiết kế thử cho kè AnKer Yards – Vũng Tàu

Bước sang năm 2009, nhiều công trình có sử dụng cọc xi măng đất để xử lý nền tiếp tục được triển khai Đáng chú ý tại khu vực Miền Trung một số công trình lần đầu tiên mới được thiết kế xử lý nền bằng cọc xi măng đất như công trình Kè Kiến Giang – Quảng Bình, Cống Hói Đại – Quảng Bình, công trình đập Khe Ngang – Huế Với các công trình này, những kiến thức thực tế thu được suốt từ năm 2002 đến nay trên những công trình ở vùng đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long không phù hợp

Vì vậy, tại các công trình này, đã bộc lộ một số vấn đề về công tác thiết kế và thi công Đặc biệt là chất lượng của cọc xi măng đất trong quá trình thi công xử lý như cọc không

đủ đường kính, không đủ chiều sâu, cường độ cọc với hàm lượng 300 Kg/m3 không đạt

qu = 7 Kg/cm2

Năm 2010, chưa bao giờ vấn đề về tiêu chuẩn thiết kế, thi công và kiểm tra nghiệm thu lại được các cơ quan hữu quan quan tâm đến như vậy Từ các đơn vị tư vấn thiết kế, các cơ quan quản lý nhà nước, các cơ quan về pháp luật ngày đêm thúc giục cho ra đời tiêu chuẩn để đáp ứng yêu cầu về sản xuất Thêm vào đó, một sự kiện trong lĩnh vực xây dựng công trình đã xảy ra đó là sự cố đê nối tiếp cống Trà Linh – Thái Bình Đây là một công trình trọng điểm chống lũ của tỉnh Thái Bình Khi sự cố xảy ra, các đơn vị tư vấn

và các cơ quan quản lý đã phải vào cuộc để tìm ra nguyên nhân và tìm các giải pháp khắc phục với yêu cầu đê phải chống được lũ tiểu mãn và trước ngày 30/6/2010 theo yêu cầu của ADB Nhiều phương án đã được đề xuất, nhưng ngoại trừ phương án xử lý nền bằng cọc xi măng đất không một phương án nào khác đáp ứng được các yêu cầu nói trên Trước tình hình trên, các chuyên gia của Viện Thủy Công đã phải giúp tư vấn phương án xử lý, đồng thời cho ra đời tiêu chuẩn cơ sở TCCS 05:2010/VKHTLVN

“Hướng dẫn sử dụng phương pháp Jet Grouting tạo cọc xi măng đất để gia cố nền đất yếu, chống thấm nền và thân công trình đất” Tiêu chuẩn trên là kết quả nghiên cứu,

ứng dụng và tổng kết được trong suốt nhiều năm của nhóm triển khai công nghệ Đó là những kết quả đúc rút được từ những bài học thực tiễn

1.2 ĐẤT YẾU ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

1.2.1 Khái niệm chung về đất yếu ở Việt Nam

Đất yếu là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 – 1,0 daN/cm2) có tính nén lún lớn, hầu như bão hoà nước, có hệ số rỗng lớn (e>1), môdun biến dạng thấp (thường thì Eo<50 daN/cm2), lực chống cắt nhỏ Nói chung các loại đất yếu thường có những đặc điểm sau:

• Thường là đất lọai sét có lẫn hữu cơ hoặc nhiều hoặc ít

• Hàm lượng nước cao và trọng lượng thể tích nhỏ

• Độ thấm nước rất nhỏ

• Cường độ chống cắt nhỏ và khả năng nén lún lớn

Vì đất yếu có những đặc tính nêu trên do đó nếu không có các biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được

Xét về nguồn gốc thì đất yếu có thể được thành tạo trong điều kiện lục địa, vũng vịnh hoặc vịnh biển Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích, sườn tích, bồi tích do gió, nước, do lũ bùn đá, do con người gây ra Nguồn gốc vũng vịnh có thể là cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh biển Đất yếu nguồn gốc biển có thể được thành tạo ở khu vực nước nông, khu vực thềm lục địa hoặc khu vực biển sâu Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí không gian, điều kiện địa lý và khí hậu

mà tồn tại các loại đất yếu khác nhau như đất sét mềm, cát hạt mịn, than bùn, các loại trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa vv Việt Nam chúng ta thường gặp các loại đất yếu sau đây [9]:

và e > 1,5 (với sét) Theo thành phần hạt, bùn có thể là á cát, á sét và cũng có thể là cát mịn và đều có chứa một hàm lượng hữu cơ nhất định (đôi khi đến 10-12%), càng xuống sâu hàm lượng này càng giảm Trong thành phần khoáng vật của bùn biển thường chứa nhiều khoáng vật sét thuộc nhóm ilit và mônmônilônit Trong bùn nước ngọt thì có nhiều ilit và kaolinit

Cường độ của bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn (bùn có đặc tính là nén chặt không hạn chế kèm theo sự thoát nước tự do), mô dun biến dạng chỉ vào khoảng 1-5 daN/cm2

(với bùn sét) và từ 10-25 daN/cm2 (với bùn á sét và bùn á cát), hệ số nén lún thì có thể đặt tới 2-3 cm2/daN Như vậy bùn là những trầm tích nén chưa chặt và dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên, do đó việc xây dựng trên bùn chỉ có thể thực hiện được sau khi áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt

Bảng 1.1 Tính chất cơ lý của bùn ở một số địa phương

Độ rỗng e o

Giới hạn chảy L L

(%)

Giới hạn dẻo P L

(%)

Chỉ

số dẻo

P I

Độ sệt B nội ma Góc

sát ϕ, (độ)

Lực dính c (kN/m 2 )

T.P HCM 59,11 10,30 1,59 56,37 31,13 25,24 1,12

An Giang 61,89 10,00 1,67 59,16 35,34 22,82 1,12 6 8 Minh Hải 66,20 9,70 1,79 61,23 36,89 24,34 1,12 5 7

ẩm cao trung bình từ 85-95% và có thể đạt hàng trăm phần trăm Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất: hệ số nén lún có thể đặt từ 3,8-10 cm2/daN, vì

thế phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với mẫu cao ít nhất 40-60cm Than bùn thường được phân loại theo địa chất công trình và theo tính chất cơ lý

Bảng 1.2 Phân loại than bùn theo địa chất công trình

1,0

II Độ sét không ổn định

ở độ ẩm bất kỳ, khi nhiệt độ trên 0 0 C, đào hố sâu 2m, thành thẳng đứng thì không thể giữ được trong 5 ngày đêm Địa thế tương đối thấp và bằng

Than bùn phân hủy mạnh, khi bão hòa nước

ở thể lỏng, nước ngầm thường lộ trên mặt, bộ phận trũng có nước chảy, có các loại cói, sú vẹt mọc tốt, lớp than bùn có nhiều rễ cây, trên mặt dày 2-4,5m, người và súc vật đi lại được

< 0,3

Bảng 1.3 Phân loại than bùn theo tính chất cơ lý

Tính chất cơ lý Loại

Hệ số rỗng e o

II Không ổn định

Hàm nhiều hạt khoáng Chủ yếu do hạt sét tạo thành

là các silicat alumin có thể chứa các ion Mg, K, Ca, Na và Fe chia thành 3 loại chính

là ilit, kaolinit và môn-mônilônit Đây là những khoáng vật làm cho đất sét có đặc tính riêng của nó

Ilit là một khoáng vật đại biểu của nhóm hidrômica – Hidrômica được thành tạo chủ yếu là ở môi trường kiềm (pH tới 9,5), trung tính và axít yếu, luôn chứa khá nhiều Kali trong dung dịch Về cấu tạo màng tinh thể Ilit chiếm vị trí trung gian giữa Kaolinit

và môn-mônilônit Kaolinit được thành tạo do phong hóa đá phún xuất, đá biến chất và

đá trầm tích trong điều kiện khí hậu khác nhau nhưng nhất thiết phải ẩm Đặc điểm của mạng tinh thể Kaolinit là tương đối bền, ổn định Mônmônilônit phổ biến nhất là loại chứa oxit nhôm, cấu tạo mạng tinh thể gần giống như Kaolinit nhưng kém bền vững, nước dễ xuyên vào gây trường nổ mạnh Mônmônilônit được tạo thành chủ yếu trong quá trình phong hóa đá phún xuất và điều kiện môi trường kiềm (pH = 7-8,5), khí hậu khô, ôn hòa và ẩm Mônmônilônit cũng có thể phát sinh ở biển trong điều kiện môi trường kiềm

Các khoáng vật sét là dấu hiệu biểu thị các điều kiện môi trường mà nó thành tạo

và có ảnh hưởng quyết định đến các tính chất cơ lý của đất sét Vì vậy khi đánh giá đất sét về mặt địa chất công trình cần nghiên cứu thành phần khoáng vật sét (phần phân tán mịn) của nó Trong trường hợp chung đất sét là một hệ phân tán ba pha (hạt khoáng, nước lỗ rỗng và hơi), tuy nhiên do đất sét yếu thường bão hòa nước nên có thể xem là một hệ hai pha: cốt đất và nước lỗ rỗng Các hạt sét và hoạt tính của chúng với nước trong đất làm cho đất sét mang những tính chất mà những loại đất khác không có: tính dẻo và sự tồn tại của gradien ban đầu, khả năng hấp thu, tính chất lưu biến từ đó mà đất sét có những đặc điểm riêng về cường độ, tính biến dạng

Một trong những đặc điểm quan trọng của đất yếu mềm là tính dẻo Nhân tố chủ yếu chi phối độ dẻo là thành phần khoáng vật của nhóm hạt kích thước nhỏ hơn 0,002

mm và hoạt tính của chúng đối với nước Tính chất lưu biến cũng là một tính chất quan trọng của đất sét yếu Đất sét yếu là môi trường dẻo nhất Chúng có tính từ biến và có khả năng thay đổi độ bền khi chịu tác dụng lâu dài của tải trọng Khả năng đó gọi là tính lưu biến Ngoài sự từ biến, trong tính chất lưu biến của đất sét còn có biểu hiện giảm dần ứng suất trong đất khi biến dạng không đổi, gọi là sự chùng ứng suất Thời gian mà ứng suất gây nên biến dạng đang xét giảm đi e = 2,7183 lần gọi là chu kỳ chùng ứng suất ở đất sét yếu chu kỳ chùng ứng suất thường rất ngắn Trong tính toán nền móng công trình gồm các đất có tính lưu biến, người ta dùng phương pháp tính theo độ bền lâu

dài hoặc tính theo biến dạng từ biến và trong cả hai trường hợp đều phải xét đến ảnh

hưởng của nhân tố thời gian Hiện tượng hấp thu là khả năng của đất sét yếu hút từ môi

trường xung quanh và giữ lại trên chúng những vật chất khác nhau (cứng, lỏng, hơi),

những ion phân tử và các hạt keo Người ta dùng nó để giải thích nhiều hiện tượng và

tính chất đặc biệt của đất sét

1.2.2 Đặc điểm địa chất vùng đồng bằng sông Cửu Long

Vùng đồng bằng sông Cửu Long là vùng đồng bằng châu thổ của hệ thống sông

Mê Kông chảy vào nước ta Đây là vùng phân bố các trầm tích mềm yếu có bề dày lớn,

nguồn vật liệu xây dựng khóang tự nhiên hầu như rất khan hiếm Theo các tài liệu

nghiên cứu về địa chất, trong vùng chủ yếu các thành tạo trầm tích sau:

1.2.2.1 Trầm tích hệ Bình Chánh (QIV 1-2 bc)

Trầm tích hệ này phân bố rộng rãi trong khu vực nghiên cứu và có thành phần khá

đa dạng Đất đá chưa được nén chặt nên có hệ số rỗng lớn, độ bền thấp Các thành tạo

trầm tích có nguồn gốc khác nhau, thường có đặc điểm về thành phần và tính chất khác

nhau Chính điều này lại ảnh hưởng đến việc lựa chọn giải pháp thích hợp xử lý nền đất

Bùn sét hữu cơ

+ Lớp dưới: Thành phần chủ yếu là cát pha, cát sạn lẫn ít sét bột màu xám đen, độ

hạt biến đổi thô dần theo chiều sâu, thường phân bố ở độ sâu 15 ÷ 20 m

Một số đặc trưng cơ lý chủ yếu như bảng 1.4

- Trầm tích nguồn gốc hỗn hợp sông – biển:

Phân bố khá phổ biến trong khu vực nghiên cứu và lộ ra ở nhiều nơi, một số nơi bị

phủ bởi trầm tích Cần Giờ (QIV1-2 cg) Thành phần trầm tích chủ yếu là sét dẻo mềm,

dẻo chảy, bùn sét, bùn sét pha, đôi chỗ có cát pha và cát mịn Bề dày trầm tích không

lớn Một số đặc trưng cơ lý của trầm tích như bảng 1.5

Bảng 1.5 Bảng tổng hợp đặc trưng cơ lý trầm tích nguồn gốc hỗn hợp sông-biển

Bùn sét hữu cơ

Cát pha dẻo

Trầm tích thuộc hệ tầng này phân bố khá rộng rãi và có nhiều nguồn gốc khác

nhau Tuy nhiên, phổ biến hơn cả là các trầm tích nguồn gốc sông Biển, đầm lầy ven

biển và đầm lầy sông

- Trầm tích nguồn gốc hỗn hợp sông biển

Trầm tích này có thể phân thành 2 lớp:

+ Lớp trên: Thành phần là cát lẫn bột màu vàng, bão hòa nước Tuy nhiên, nhiều

nơi không có lớp này và lộ ra lớp dưới

+ Lớp dưới: Thành phần chủ yếu là bùn sét, bùn sét pha màu xám đen, lẫn thực vật

phan hủy kém

Do các trầm tích mềm yếu hệ tầng Cần Giờ và hệ tầng Bình Chánh trực tiếp phủ

lên nhau nên bề dày của những khu vực này rất lớn Một số đặc trưng cơ lý chủ yếu như

bảng 1.6

Bảng 1.6 Bảng tổng hợp đặc trưng cơ lý trầm tớch mềm yếu hệ Cần Giờ

- Trầm tích nguồn gốc đầm lầy ven biển

Phân bố chủ yếu ở vùng đầm lầy Đồng Tháp Mười với thành phần chủ yếu là bùn

sét và bùn chứa sét pha chứa 20 – 30 % hữu cơ và vụn thực vật phân hủy kém Bề dày

trầm tích thường từ 2 – 10 m và lớn hơn Trầm tích nguồn gốc đầm lầy ven biển phủ

trực tiếp trên các trầm tích hệ tầng Bình Chánh, bề mặt thường bị ngập nước và phát

triển thảm thực vật đầm lầy nước mặn Giá trị đặc trưng cơ lý chủ yếu trầm tích như sau:

- Trầm tích nguồn gốc đầm lầy sông:

Phân bố chủ yếu ở khu vực Cần Thơ, Vĩnh Long, Cà Mau Theo đặc điểm thành

phần có thể chia trầm tích này thành 3 lớp:

+ Lớp trên: Thành phần là bùn sét màu xám đen chứa mùn thực vật, dày 0,1 ÷ 0,3 m

+ Lớp giữa: Thành phần là than bùn màu nâu xám, xốp nhẹ, dày 0,1 ữ 1,5 m

+ Lớp dưới: Thành phần là bùn sét màu xám nâu, chứa các di tích thực vật phân

hủy tốt, bề dày 1,5 ÷ 3,5 m Một số đặc trưng cơ lý của trầm tích như bảng 1.8

Bảng 1.8 Bảng tổng hợp đặc trưng cơ lý trầm tích đầm lầy sông

- Theo chiều sâu phân bố đất yếu (Hình1.1 và 1.2):

Được chia thành 3 khu vực gồm:

+ Khu vực có chiều dày đất yếu từ 1 ÷ 3 m Gồm: Các vùng ven thành phố Hồ Chí

Minh, thượng nguồn các sông Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, Phía tây đồng bằng Tháp

Mười, quanh vùng Bảy Núi cho đến vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá, đông bắc đồng

bằng từ Vũng Tàu đến Biên Hòa;

Hình 1.1 Sơ đồ hình trụ hố khoan khu vực Thành phố Hồ Chí Minh

+ Khu vực có các lớp đất yếu dày từ 5 ÷ 30 m phân bố kề cận các khu vực nói trên

và chiếm đại bộ phận đồng bằng và trung tâm đồng Tháp Mười

kN/m2

kN/m2

Hình 1.2 Sơ đồ hình trụ hố khoan tại thị xã Long Xuyên – An Giang

+ Khu vực các lớp đất yếu từ 15 ÷ 40 m chủ yếu thuộc sông Cửu Long, Bến Tre tới vùng duyên hải tỉnh Minh Hải, Hậu Giang, Tiền Giang

- Theo chiều nguồn gốc hình thành:

Được chia thành 5 khu vực: (1) Vùng đầm lầy; (2) Trầm tích tam giác châu; (3)

Vùng đồng bằng có đồi núi sót; (4) Bồi tích tam giác châu cũ; (5) Vùng đồi cổ

Hình 1.3 Sơ đồ phân bố đất yếu theo nguồn gốc hình thành

kN/m2

kN/m2

- Theo đặc điểm địa chất và chiều dày lớp đất yếu:

Viện khoa học thủy lợi Miền Nam [10] căn cứ vào thành phần thạch học, địa chất công trình, địa chất thủy văn và chiều dày của các lớp đất yếu đã chia vùng đất yếu Đồng bằng sông Cửu Long làm 5 khu vực như hình 1.4

Hình 1.4 Bản đồ phân vùng đất yếu ở đồng bằng Nam Bộ

Theo cách phân loại này các lớp đất được chia như sau:

(1) Lớp trên cùng dày từ 0,5 ∼ 1,5 m là lớp sét pha cát có màu xám đến xám vàng; (2) Lớp sét hữu cơ có chiều dày thay đổi 3 ∼ 20 m, chiều dày tăng dần về phía biển Lớp này thường có màu xám đen, ánh sáng màu xám hoặc hơi vàng Hàm lượng sét chiếm từ 40 ∼ 70 % Hàm lượng hữu cơ chiếm từ 2 ∼ 8 % Đất ẩm, thường bão hòa,

trạng thái dẻo mềm đến dẻo chảy Các chỉ số vật lý như sau: Độ ẩm thường w = 50 ∼ 100%; Giới hạn chảy LL = 50 ∼ 100 %; Giới hạn dẻo PL = 20 ∼ 70%; Chỉ số dẻo PI = 20

∼ 65%; Hệ số rỗng e0 =1,2 ∼ 3; Trọng lượng ướt γw =1,35 ∼ 1,65 g/cm3; Trọng lượng khô γk =0,64 ∼ 0,95 g/cm3

(3) Lớp sét pha cát mịn có chứa vỏ sò, vỏ hến Lớp này dày từ 3 ∼ 5 m Thường xuất hiện khi có sự thay đổi giữa sét hữu cơ và sét vô cơ

(4) Lớp sét vô cơ có độ sâu thay đổi từ 3 ∼ 26 m tùy thuộc từng khu vực Lớp này

có màu vàng xám hoặc hơi vàng Trạng thái mềm hoặc cứng Các chỉ số vật lý như sau:

Độ ẩm thường w = 25 ∼ 50%; Giới hạn chảy LL = 40 ∼ 65%; Giới hạn dẻo PL= 20 ∼ 30

%; Chỉ số dẻo PI = 17 ∼ 45%; Tỷ số độ rỗng ε0= 0,7 ∼ 1,5; Trọng lượng ướt γw =1,65 ∼ 1,95 g/cm3; Trọng lượng khô γk =1,05 ∼ 1,55 g/cm3

Kết luận:

Kinh nghiệm cho thấy rằng tại các khu vực có chiều dày đất yếu từ nhỏ từ 1 ÷ 3 m bao gồm các vùng ven thành phố Hồ Chí Minh, thượng nguồn các sông Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, Phía tây đồng bằng Tháp Mười, quanh vùng Bảy Núi cho đến vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá, đông bắc đồng bằng từ Vũng Tàu đến Biên Hòa không nên sử dụng công nghệ trộn sâu để xử lý nền mà nên sử dụng các giải pháp khác sẽ hiệu quả hơn về mặt kinh tế

Các khu vực còn lại có chiều sâu nền đất yếu lớn thì biện pháp xử lý nền bằng công nghệ trộn sâu làm một phương án có hiệu quả kinh tế - kỹ thuật so với các phương pháp xử lý nền khác

1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Từ những vấn đề tổng quan nêu trên cho thấy rằng việc nghiên cứu ứng dụng cọc xi măng đất để xử lý nền công trình cho các vùng đất yếu nói chung và vùng đồng bằng sông Cửu Long nói riêng là nhu cầu cấp bách của thực tiễn sản xuất Dù đã có hàng thập kỷ nghiên cứu và ứng dụng, vẫn còn nhiều vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện:

(1) Phát triển phương pháp luận trong thiết kế cấp phối để đạt được hiệu quả kinh tế -

kỹ thuật cao;

(2) Tiếp tục hoàn thiện các phương pháp tính toán thiết kế cọc xi măng đất trong các vùng có địa chất khác nhau Đặc biệt lưu ý, các phương pháp tính toán sức chịu tải

thẳng đứng hiện nay có kết quả sai lệch nhiều so với kết quả thí nghiệm thực tế ngoài hiện trường;

(3) Giảm nhỏ kích thước thiết bị để có thể thi công được trong các công trình ngầm, có không gian hạn chế Đặc biệt là để thi công trong vùng đô thị đông dân;

(4) Nghiên cứu ứng xử của cột đất dưới điều kiện tải trọng động hoặc vùng có động đất;

(5) Phát triển các kỹ thuật đánh giá chất lượng cọc xi măng đất Hoàn thiện phương pháp thí nghiệm, sử dụng các thí nghiệm không phá huỷ hoặc thí nghiệm tại chỗ nhằm giảm thiểu sai số do lấy mẫu

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU XI MĂNG THI CÔNG BẰNG

CÔNG NGHỆ TRỘN SÂU QUA KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

2.1 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1.1 Mục tiêu

Để có căn cứ khẳng định tính thích hợp của phương pháp trộn sâu đối với vùng Đồng bằng sông Cửu Long, đã tiến hành thí nghiệm trên 2 vùng đặc trưng của đồng bằng sông Cửu Long: (1) Vùng Cần Thơ – Hậu Giang là vùng đất yếu có chiều sâu lớn,

có hàm lượng hữu cơ cao và đất không bị mặn; (2) Vùng Cà Mau là vùng đất yếu có

chiều sâu lớn, đất vừa có hàm lượng hữu cơ cao vừa bị ảnh hưởng mặn Đề tài cũng

đã thực hiện thí nghiệm nén tĩnh cọc xi măng đất trên hiện trường để xem cọc thiết kế có đảm bảo khả năng chịu tải hay không Các kết quả thí nghiệm thu được là cơ sở cho việc thiết kế cọc xi măng đất

2.1.2 Nội dung

- Lấy mẫu đất yếu tại vị trí thử nghiệm cống KG 2 và cống Lung Dừa đưa về phòng thí nghiệm Sau đó tiến hành đúc mẫu trộn với xi măng theo các tổ hợp:

+ Hàm lượng XM 200, 250, 300, 350 kg/m3

+ Thực hiện thí nghiệm: Kéo, nén, uốn, thấm ở tuổi 14 và tuổi 28 ngày

- Lấy mẫu nước tại hiện trường vị trí thử nghiệm cống KG 2 và cống Lung Dừa về phòng thí nghiệm Sau đó tiến hành thí nghiệm xác định lượng ion sunfat theo TCVN 2659:1978; Xác định lượng ion Clo theo TCVN 2656:1978; Xác định độ PH theo TCVN 2655:1978

- Tạo cọc xi măng đất tại hiện trường, sau đó tiến hành lấy mẫu đem về thực hiện các thí nghiệm trong phòng:

+ Cọc xi măng đất thí nghiệm được thi công theo hai công nghệ: kiểu trộn tia và kiểu trộn cơ khí

+ Hàm lượng XM 300, 350, 400 kg/m3

+ Lấy mẫu thí nghiệm ở tuổi 14 và tuổi 28 ngày

+ Thực hiện thí nghiệm trong phòng: nén, kháng nén

b Thí nghiệm hiện trường

+ Thi công cọc thử và tiến hành thí nghiệm nén tĩnh với cọc đơn C-1 có D 600mm, dài 10 m, hàm lượng xi măng 350 kg/m3

+ Thi công 02 cọc thử và tiến hành thí nghiệm nén tĩnh cọc C2 và C3 có D600mm, dài 10m, hàm lượng 350 kg/m3

2.1.3 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu trong phòng:

+ Thực hiện thí nghiệm các mẫu xi măng đất bằng các thiết bị chuyên dụng xác

định Rk, Rn, Ru, K, E;

+ Thực hiện thí nghiệm mẫu nước xác định ion sunfat, ion Clo, độ PH

- Nghiên cứu trên hiện trường:

+ Thi công tạo cọc xi măng đất với các hàm lượng khác nhau và tiến hành lấy

mẫu thí nghiệm đưa về phòng

+ Thực hiện thí nghiệm nén tĩnh xác định sức chịu tải

2.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

2.2.1 Kết quả nghiên cứu ở Cần Thơ và Hậu Giang

2.2.1.1 Địa chất tại khu vực thí nghiệm

Bảng 2.1 Thông số vật lý của các lớp địa chất tại khu vực thí nghiệm

Thông số thí nghiệm Đơn vị Lớp địa chất

Địa chất tại khu vực thử nghiệm gồm 4 lớp:

- Trên cùng lớp 1a là lớp sét mặt màu xám nâu, nâu đen chứa xác thực vật dẻo

cứng - đến cứng Độ sâu phân bố từ 1,8 ÷ 1,9m

- Tiếp đến là lớp 1 là lớp bùn hữu cơ, màu xám xanh, xám đen trạng thái chảy lẫn

vỏ sò hến đôi chỗ xen kẹp lớp mỏng cát Phân bố đến cao độ -17,1 ÷ -18,5 m Lớp này

có hàm lượng hạt mịn chiếm 72% Độ sệt B = 1,75 Dung trọng khô γk = 0,81 T/m3 Lực

dính C= 0,09 Kg/cm2 Góc ma sát trong ϕ = 3o38’ Đây chính là lớp chủ yếu thực hiện

thí nghiệm

- Lớp 1b, là lớp sét - á sét nặng chứa mùn xác thực vật dẻo mềm nửa cứng Lớp

này nằm trong lớp 1 có độ dày nhỏ

- Cuối cùng là lớp 2 là lớp sét màu xám xanh, xám nâu vàng nhạt nửa cứng-cứng

Phân bố từ -18,2 ÷ -18,5 m trở xuống

2.2.1.2 Tóm tắt kết quả thí nghiệm về vật liệu xi măng đất thi công bằng công

nghệ trộn kiểu tia

a Tính đồng đều của vật liệu trên thân cọc

Kết quả thí nghiệm trên các mẫu với các cấp phối khác nhau 300 kg/m3 và 350

kg/m3 trên hiện trường ở các thời điểm 14 và 28 ngày tuổi Các kết quả thí nghiệm cho

thấy cùng một hàm lượng gia cố cường độ nén nở hông (UCS) của mẫu xi măng đất trên

hiện trường có sự phân tán Đối với mẫu có cùng hàm lượng xi măng và ở cùng độ tuổi

chẳng hạn như ở 14 tuổi chẳng hạn, sự chênh lệch về cường độ nén nhỏ nhất là ∆ Rn14=

34.006 kN/m2 tại mẫu 1-2, lớn nhất là ∆ Rn14= 210.021 kN/m2 tại mẫu 1-1 Tương tự

như vậy đối với mẫu xi măng-đất ở tuổi 28 điều này chứng tỏ sự không đồng đều của

vật liệu trên thân cọc Khi cấp phối có hàm lượng ximăng tăng thì kết quả cường độ nén

cũng tăng Phân tích kết quả nén các mẫu trên cọc thí nghiệm ở tuổi 28 bằng xác suất

thống kế cho ta thấy độ lệch chuẩn về cường độ đạt được là 111,747 (kN/m2) Kết quả

này cho thấy độ lệch chuẩn ở mức độ trung bình so với kết quả thí nghiệm ở nhiều vùng

b Cường độ kháng nén của mẫu trên hiện trường

Kết quả thí nghiệm trên các mẫu lấy trên hiện trường với các cấp phối khác nhau

300 kg/m3 và 400 kg/m3 ở các thời điểm 14, 28 cho thấy cường độ của cọc xi măng đất

đạt từ 5 ∼ 11 kg/cm2 đáp ứng được cho các công trình Thủy Lợi

Bảng 2.3 Cường độ kháng nén của mẫu 300 kg/m 3 và 400 kg/m 3 trên hiện trường

xi măng (Kg/m3)

Cường độ nén qu14

(kN/m2)

Cường độ nén qu28

(kN/m2)

Ghi chú

c Quan hệ hàm lượng xi măng và q u với thời gian

Sự phát triển của cường độ theo thời gian diễn ra bình thường, diễn ra nhanh ở 14 ngày đầu Sau đó vẫn tiếp tục phát triển nhưng chậm lại ở tuổi 28 ngày Vì thí nghiệm dừng lại ở tuổi 28 ngày nên không có kết luận về sự phát triển cường độ sau đó Tuy nhiên theo xu hướng của đồ thị sự phát triển cường độ vẫn tiếp tục xảy ra (Hình 2.1)

Hình 2.1 Quan hệ hàm lượng xi măng đất với cường độ nén nở hông (UCS) ở tuổi

28, 56 ngày của mẫu lấy trên hiện trường

d Tương quan q u 14, 28 của các mẫu hàm lượng 300 Kg/m 3 trên hiện trường

Do điều kiện thực tế không lấy được mẫu xi măng ở độ tuổi 90 ngày để nghiên cứu mối tương quan giữa cường độ cọc xi măng đất ở độ tuổi 14, 28 và 90 Vì vậy ở đây chỉ nghiên cứu mối tương quan giữa cường độ cọc xi măng đất ở tuổi 14 và 28 ngày Tỷ lệ giữa qu28/qu14 của các mẫu thí nghiệm biến đổi 1,95 ÷ 3,03 Giá trị thu được từ đường hồi quy tuyến tính tỷ lệ này là 2,3 (Hình 2.2)

Hình 2.2 Tương quan hàm lượng xi măng đất với cường độ nén nở hông (UCS) ở

tuổi 14, 28 ngày của mẫu lấy trên hiện trường

e Sự phát triển ϕ, c theo t và tương quan q u với ϕ, c

Kết quả thí nghiệm còn cho thấy, khi hàm lượng xi măng tăng thì các thuộc tính về

độ bền của vật liệu xi măng-đất như lực dính, góc ma sát đều tăng

Điều đáng lưu ý ở đây là, góc ma sát của vật liệu xi măng-đất trong mọi trường hợp thí nghiệm ở đây cho ϕ> 40o Lực dính ở tuổi 14 ngày khoảng gấp 8÷10 lần so với lực dính của đất nền trước khi gia cố

Cũng như hầu hết các chỉ tiêu khác lực dính và góc ma sát trong của vật liệu xi măng-đất cũng phát triển theo thời gian Ở tuổi 28 ngày góc ma sát trong của mẫu 400 kg/m3 lớn gấp 1,1 lần so với góc ma sát trong của 14 ngày tuổi Tương tự lực dính ở tuổi

28 ngày lớn gấp 1,22 lần so với lực dính ở tuổi 14 ngày tuổi

Sự phát triển của góc ma sát trong ở tuổi 14 và 28

(Mẫu 400 kg/m3)

0 5 10 15 20 25 30

Sự phát triển của lực dính (Kpa) ở tuổi 14 và 28

ngày (Mẫu 400 kg/m3)

0 10 20 30 40 50

Lực dính (kpa)

Hình 2.4 Sự phát triển của lực dính theo thời gian của mẫu 400 kg/m 3

Qua nghiên cứu tương quan giữa cường độ nén nở hông (UCS) qu và các yếu tố lực dính C và góc ma sát trong ϕ ta thấy rằng tỷ lệ giữa C/qu của các mẫu thí nghiệm biến đổi 0,017 ÷ 0,1 Giá trị thu được từ đường hồi quy tuyến tính tỷ lệ này là 0,08 Tỷ

lệ giữa Phi/qu của các mẫu thí nghiệm biến đổi 0,11 ÷ 0,2 Giá trị thu được từ đường hồi quy tuyến tính tỷ lệ này là 0,16 (Hình 2.5)

Hình 2.5 Tương quan q u (kN/m 2 ) và ϕ (độ), c (kN/m 2 ) mẫu 350 Kg/m 3

2.2.1.3 Tóm tắt kết quả thí nghiệm về vật liệu xi măng đất thi công bằng công nghệ trộn kiểu cơ khí

a Tính đồng đều của vật liệu trên thân cọc

Thí nghiệm trên các mẫu lấy trên cọc thí nghiệm thi công trên hiện trường với các cấp phối khác nhau 150 kg/m3, 200 kg/m3 và 250 kg/m3 ở các thời điểm 7, 14 và 28 ngày tuổi Các kết quả thí nghiệm cho thấy cùng một hàm lượng gia cố cường độ nén nở

hông (UCS) của mẫu xi măng đất trên hiện trường có sự phân tán rất lớn Đối với mẫu

có cùng hàm lượng xi măng và ở cùng độ tuổi chẳng hạn như ở 7 tuổi chẳng hạn tại cọc

MCI-1-D3, sự chênh lệch về cường độ nén nhỏ nhất là ∆ Rn7= 185.2 kN/m2, lớn nhất là

∆ Rn7= 240.9 kN/m2 Tương tự như vậy đối với mẫu xi măng-đất ở tuổi 14 và 28 điều

này chứng tỏ sự không đồng đều của vật liệu trên thân cọc So với kiểu trộn tia sự phân

tán về cường độ trong cùng 1 cọc lớn hơn rất nhiều Thực tế, thậm chí tại những vị trí dự

định lấy mẫu thì khi lấy lên lượng xi măng rất ít và nhiều vị trí dự định lấy mẫu xi măng

tập trung đóng vón thành tảng Điều đó cũng giải thích cho hiện tượng rất nhiều số liệu

thí nghiệm của cọc có hàm lượng thấp hơn, nhưng khi thí nghiệm thì nhiều mẫu có

cường độ cao hơn cọc có hàm lượng cao Tuy nhiên, nhìn chung thì khi cấp phối có hàm

lượng ximăng tăng thì kết quả cường độ nén cũng tăng

Phân tích kết quả nén các mẫu trên cọc thí nghiệm ở tuổi 7 ngày bằng xác suất

thống kế cho ta thấy độ lệch chuẩn về cường độ đạt được là 197,845 (kN/m2) Kết quả

này cho thấy độ lệch chuẩn ở mức độ cao so với kiểu trộn tia

Bảng 2.4 Phân bố cường độ nén cọc xi măng đất

b Cường độ kháng nén của mẫu trên hiện trường

Bảng 2.5 Cường độ kháng nén của mẫu 100 Kg/m 3 , 200 Kg/m 3 và 250 kg/m 3 trên

Cường độ nén qu7

(kN/m2)

Cường độ nén qu14 (kN/m2)

Cường độ nén qu28

(kN/m2)

Ghi chú