Đánh giá nguyên nhân sự cố của cọc đất gia cố xi măng đường đầu cầu gò dưa và đề xuất giải pháp khắc phục luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố

Phương pháp trộn xi măng sâu DCM đã được xem xét để xử lý đất yếu vì sẽ giảm thiểu ảnh hưởng đến các kết cấu hiện hữu gần kề và tuyến đường sắt, vì nguyên tắc trong phương pháp trộn xi m

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

- -

DƯƠNG NGỌC SƠN

ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN SỰ CỐ CỦA CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

GÒ DƯA VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

- -

DƯƠNG NGỌC SƠN

ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN SỰ CỐ CỦA CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

GÒ DƯA VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG TP

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn ký và ghi rõ họ tên

Dương Ngọc Sơn

Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn thạc sĩ, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình và quý báu của các Thầy giáo, Cô giáo trường Đại học Giao thông Vận tải cơ sở II, đặc biệt là Thầy giáo hướng dẫn TS Vũ Thế Sơn

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo hướng dẫn TS

Vũ Thế Sơn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn thạc sĩ Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo đã giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Giao thông Vận tải cơ sở II

Đồng thời, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý anh, chị trong Công ty GS E & C, các đồng nghiệp và gia đình đã giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn thạc sĩ

Mặc dù tôi đã rất cố gắng bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình trong nghiên cứu tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của các Thầy Cô giáo, các nhà khoa học và các đồng nghiệp, tôi xin chân thành cảm ơn và nghiêm túc tiếp thu

Một lần nữa, tác giả xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2016

Học viên

Dương Ngọc Sơn

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG 4

1.1 Giới thiệu chung về ứng dụng công nghệ cọc đất gia cố xi măng 4

1.1.1 Lịch sử phát triển và ứng dụng công nghệ cọc đất gia cố xi măng trên thế giới 4

1.1.2 Ứng dụng công nghệ cọc đất gia cố xi măng ở Việt Nam 7

1.2 Công nghệ thi công cọc đất gia cố xi măng 8

1.2.1 Công nghệ thi công trộn khô (Dry Mixing) [03] 10

1.2.2 Công nghệ thi công trộn ướt (Wet Mixing, Jet-grounting) [03] 11

1.3 Cơ sở lý thuyết của phương pháp cọc đất gia cố xi măng 13

1.4 Phương pháp tính toán của phương pháp cọc đất gia cố xi măng 14

1.4.1 Phương pháp tính toán theo quy trình Trung Quốc (DBJ08-40-94) 14

1.4.2 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu (design guide soft soil stabilistation CT97-0351) 16

1.4.3 Phương pháp tính toán theo quy trình Nhật Bản (Guideline for Design and Quality Control of Soil Improvement for Buildings - Deep and Shallow Cement Mixing Methods, 2004) 20

1.4.4 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCXD 9403:2012) - Tính toán nền gia cố theo biến dạng 23

1.5 Kết luận chương 1 23

CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỜNG ĐẦU CẦU GÒ DƯA 25

2.1 Tổng quan về dự án đường Tân Sơn Nhất – Bình Lợi – Vành đai ngoài 25

2.1.1 Tổng quan về dự án 25

2.1.2 Đặc điểm, phạm vi, tính chất của dự án 25

2.1.3 Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên của dự án 27

2.2 Đặc điểm địa chất 29

2.3 Lựa chọn phương pháp xử lý đất yếu cho dự án 33

2.3.2 Lựa chọn phương pháp trộn xi măng sâu 36

2.4 Các phương pháp kiểm tra chất lượng, các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng cọc đất gia cố xi măng và các giải pháp nâng cao chất lượng cọc đất xi măng 38

2.4.1 Các phương pháp kiểm tra chất lượng cọc đất gia cố xi măng 38

2.4.2 Phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến cọc đất gia cố xi măng 42

2.4.3 Các giải pháp nâng cao chất lượng cọc đất gia cố xi măng 47

2.5 Kết luận chương 2 74

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN SỰ CỐ CỦA CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG ĐƯỜNG ĐẦU CẦU GÒ DƯA VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC 75

3.1 Các sự cố thường gặp trong khi thi công cọc đất gia cố xi măng và cách xử lý 75

3.1.1 Các sự cố thường gặp trong khi thi công & cách xử lý 75

3.1.2 Các rủi ro, biện pháp ngăn chặn và theo dõi 79

3.2 Các sự cố thường gặp sau khi thi công cọc đất gia cố xi măng và cách xử lý 81

3.2.1 Xử lý cọc không đạt yêu cầu cường độ 81

3.2.2 Hiện tượng lún sau khi thi công 85

3.2.3 Xác nhận và hoàn thành cọc 85

3.3 Đánh giá nguyên nhân sự cố của cọc đất gia cố xi măng đường đầu Cầu Gò Dưa và đề xuất giải pháp khắc phục 86

3.3.1 Vị trí và thông số cọc đất gia cố xi măng 86

3.3.2 Phân tích tình hình địa chất 88

3.3.3 Thi công cọc xi măng đất thử nghiệm tại gần cầu Gò Dưa 93

3.3.4 Đánh giá nguyên nhân cọc xi măng đất không đạt yêu cầu cường độ tại mố A2 cầu Gò Dưa và đề xuất giải pháp khắc phục 102

3.4 Kết luận chương 3 140

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 141

TÀI LIỆU THAM KHẢO 144

Bảng 2.1 Kết quả thí nghiệm với hàm lượng xi măng 200kg/m3&250kg/m3 56

Bảng 2.2 Trọng lượng riêng của hồ xi măng được thí nghiệm cho dự án 57

Bảng 2.3 Dữ liệu khoan cọc đất gia cố xi măng (data sheet) 69

Bảng 2.4 Kết quả thí nghiệm nén cực hạn (Cọc số: DNo.7MN-R3) 73

Bảng 3.1 Biện pháp ngăn chặn và theo dõi các rủi ro 79

Bảng 3.2 Dung sai cho phép 85

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của cọc đất thử nghiệm 93

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật của cọc khoan lõi 104

Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả thử nghiệm cường độ kháng nén cọc 8MH-R12 105 Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật của cọc khoan lõi thí nghiệm bổ sung 107

Bảng 3.7 Tổng hợp kết quả thử nghiệm cường độ kháng nén cọc 8MI-R7 108

Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật của cọc thử nghiệm 111

Bảng 3.9 Tổng hợp kết quả thử nghiệm cường độ kháng nén cọc A1 111

Bảng 3.10 Tổng hợp kết quả thử nghiệm cường độ kháng nén cọc A2 114

Bảng 3.11 Tổng hợp kết quả thử nghiệm cường độ kháng nén cọc A4 117

Bảng 3.12 Tổng hợp kết quả thử nghiệm cường độ kháng nén cọc A5 120

Hình 1.1 Sơ đồ mô tả quá trình khoan phun 9

Hình 1.2 Sơ đồ thi công trộn khô 11

Hình 1.3 Thiết bị thi công theo công nghệ trộn khô 11

Hình 1.4 Sơ đồ thi công trộn ướt 12

Hình 1.5 Thiết bị thi công theo công nghệ trộn ướt 13

Hình 1.6 Sơ đồ bố trí cọc đất gia cố xi măng 14

Hình 1.7 Phân chia tải trọng tác dụng lên cọc và đất nền 19

Hình 2.1 Vị trí dự án 27

Hình 2.2 Vị trí của nền đất yếu 33

Hình 2.3 Bảng tổng hợp chiều cao đắp và chiều dày của đất yếu 34

Hình 2.4 Mặt cắt đại diện đề xuất của phương pháp trộn xi măng sâu 37

Hình 2.5 Ảnh hưởng của loại đất 43

Hình 2.6 Ảnh hưởng của tuổi 44

Hình 2.7 Ảnh hưởng của loại xi măng đến cường độ nén 45

Hình 2.8 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng 45

Hình 2.9 Ảnh hưởng của lượng nước ban đầu 46

Hình 2.10 Quy trình chuẩn bị trộn thử 54

Hình 2.11 Máy nén mẫu tại phòng thí nghiệm 56

Hình 2.12 Quy trình thi công cọc đất gia cố xi măng 58

Hình 2.13 Mô hình Máy khoan cọc đất gia cố xi măng 59

Hình 2.14 Máy khoan cọc đất sử dụng cho dự án 60

Hình 2.15 Hệ thống theo dõi thông tin điện tử ở máy khoan 61

Hình 2.16 Hệ thống trạm trộn xi măng 62

Hình 2.17 Bồn trộn xi măng 63

Hình 2.18 Hệ thống điều khiển trộn xi măng 63

Hình 2.19 Lưỡi khoan sử dụng cho dự án 65

Hình 2.20 Máy khoan cọc đất (2 lưỡi khoan) đang tác nghiệp 65

Hình 2.21 Mô hình theo dõi bằng hệ thống điện tử 68

Hình 2.22 Bộ thiết bị lấy lõi 71

Hình 2.23 Khoan lấy mẫu ở hiện trường 72

Hình 3.1 Gặp rác trong quá trình khoan 76

Hình 3.2 Gặp cọc bê tông cốt thép cũ trong quá trình khoan 76

Hình 3.3 Bùn trồi lên trong quá trình khoan 77

Hình 3.4 Vữa trào lên trong quá trình khoan 78

Hình 3.5 Lắp ráp ống lấy lõi 82

Hình 3.6 Phân đoạn lấy mẫu kiểm tra cường độ cọc DSMC 83

Hình 3.7 Đường cong phân bố cường độ cọc DSMC 84

Hình 3.8 Mặt bằng bố trí cọc đất gia cố xi măng đường đầu cầu Gò Dưa 86

Hình 3.9 Mặt cắt ngang bố trí cọc đất gia cố xi măng đường đầu cầu Gò Dưa 87 Hình 3.10 Thông số cọc đất gia cố xi măng 87

Hình 3.11 Mặt cắt dọc lỗ khoan khảo sát địa chất tại cầu Gò Dưa 88

Hình 3.12 Chi tiết vi trí thi công cọc thử nghiệm gần mố A1 94

Hình 3.13 Thi công tạo cọc thử nghiệm A1 94

Hình 3.14 Dữ liệu khoan cọc thử nghiệm A1 95

Hình 3.15 Khoan lõi cọc thử nghiệm A1 95

Hình 3.16 Kết quả thí nghiệm cọc thử nghiệm A1 96

Hình 3.17 Thi công tạo cọc thử nghiệm A2 96

Hình 3.18 Dữ liệu khoan cọc thử nghiệm A2 97

Hình 3.19 Khoan lõi cọc thử nghiệm A2 97

Hình 3.20 Kết quả thí nghiệm cọc thử nghiệm A2 98

Hình 3.21 Thi công tạo cọc thử nghiệm A3 98

Hình 3.22 Dữ liệu khoan cọc thử nghiệm A3 99

Hình 3.23 Khoan lõi cọc thử nghiệm A3 99

Hình 3.24 Kết quả thí nghiệm cọc thử nghiệm A3 100

Hình 3.25 Thi công tạo cọc thử nghiệm A4 100

Hình 3.26 Dữ liệu khoan cọc thử nghiệm A4 101

Hình 3.27 Kéo cọc thử nghiệm A4 ra khỏi mặt đất 101

Hình 3.28 Kiểm tra hình dạng và kích thước cọc thử nghiệm A4 102

Hình 3.29 Mặt bằng vị trí cọc khoan lõi 104

Hình 3.30 Mặt bằng vị trí cọc khoan bù 123

Hình 3.31 Báo cáo kết quả thử nghiệm nước trộn bê tông 124

Hình 3.33 Báo cáo kết quả thử nghiệm xi măng 125

Hình 3.34 Mẫu trộn thử được nén tại phòng thí nghiệm 126

Hình 3.35 Kết quả nén mẫu trộn thử trong phòng với hàm lượng xi măng 160kg/m3 127

Hình 3.36 Kết quả nén mẫu trộn thử trong phòng với hàm lượng xi măng 200kg/m3 128

Hình 3.37 Kết quả nén mẫu trộn thử trong phòng với hàm lượng xi măng 240kg/m3 129

Hình 3.38 Kết quả nén mẫu cọc thử tại hiện trường với hàm lượng xi măng 200kg/m3 130

Hình 3.39 Kết quả nén mẫu cọc thử tại hiện trường với hàm lượng xi măng 220kg/m3 131

Hình 3.40 Kết quả nén mẫu cọc thử tại hiện trường với hàm lượng xi măng 250kg/m3 132

Hình 3.41 Đề xuất sử dụng hàm lượng xi măng 220kg/m3 để thi công đại trà 133

Hình 3.42 Thông số dữ liệu khoan của cọc 8MS-R2 135

Hình 3.43 Thông số dữ liệu khoan của cọc 8MT-L1 136

Hình 3.44 Mặt bằng vị trí khoan khảo sát địa chất tại cầu Gò Dưa 137

Hình 3.45 Mặt cắt lỗ khoan khảo sát địa chất BB-G3 tại Km8+830 138

Hình 3.46 Mặt cắt lỗ khoan khảo sát địa chất EB-37 tại Km8+900 138

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Cầu Gò Dưa nằm trong dự án đường Tân Sơn Nhất – Bình Lợi – Vành đai ngoài là một phần của dự án đường vành đai 1 trong quy hoạch phát triển giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh đến năm 2020 và tầm nhìn sau năm 2020

đã được Thủ Tướng chính phủ phê duyệt vào ngày 22/1/2007, đáp ứng nhu cầu giao thông của thành phố cũng như nhu cầu gia tăng lượng hành khách, hàng hóa vận chuyển của sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất Tuyến đường dài 13.657km được bắt đầu từ sân bay Tân Sơn Nhất nối đến nút giao Nguyễn Thái Sơn theo 2 nhánh, đường Hồng Hà và đường Bạch Đằng, sau đó tuyến đi tiếp đến ga đường sắt Gò Vấp, từ đây tuyến tiếp tục đi song song với đường sắt, cách đường sắt 50m-180m, vượt qua rạch Lăng, sông Sài Gòn, quốc lộ 13, rạch Gò Dưa đến khu vực phường Linh Tây, quận Thủ Đức sau đó tuyến tách ra khỏi đường sắt nối về điểm cuối dự án ở nút giao Linh Xuân, tuyến sẽ chạy qua các quận Tân Bình, Gò Vấp, Bình Thạnh và Thủ Đức

Dựa trên công tác khảo sát địa chất đã được thực hiện, phạm vi đất yếu được xác định bắt đầu từ lý trình 3+400 và kết thúc tại lý trình 10+580 Ngoài

ra, có một tuyến cống nước chính đường kính 1.5m nằm trong phạm vi ranh giới đường từ lý trình 6+500 đến 10+030

Phương pháp trộn xi măng sâu (DCM) đã được xem xét để xử lý đất yếu

vì sẽ giảm thiểu ảnh hưởng đến các kết cấu hiện hữu gần kề và tuyến đường sắt,

vì nguyên tắc trong phương pháp trộn xi măng sâu là truyền tải trọng đến nền đất sâu hơn theo chiều đứng vì vậy cần diện tích tối thiểu để thi công mà không cần bệ phản áp Các cột đất xi măng có thể thi công cạnh tuyến ống nước chính hiện hữu có đường kính lớn với một khoảng hở nào đó Ngoài ra phương pháp trộn sâu xi măng cần thời gian thi công tương đối ngắn so với các phương pháp khác và có thể giảm thiểu ảnh hưởng đến các đường ngang trong vùng và giao thông dọc đường Kha Vạn Cân song song với tuyến đề xuất trong quá trình thi

công với trình tự thi công và quản lý thi công thích hợp

Phương pháp trộn xi măng sâu đã và đang được áp dụng cho một số dự án giao thông ở thành phố Hồ Chí Minh trong vài năm gần đây Hiệu quả của việc trộn xi măng sâu chủ yếu phụ thuộc vào kiểm soát chất lượng Bên cạnh đó còn

có những sự cố và tìm nguyên nhân khắc phục trong quá trình thi công là không thể tránh khỏi

Do vậy đề tài “Đánh giá nguyên nhân sự cố của cọc đất gia cố xi măng đường đầu Cầu Gò Dưa và đề xuất giải pháp khắc phục” là vấn đề có ý nghĩa

cấp bách và thiết thực

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Trên cơ sở các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đưa ra đánh giá nguyên nhân sự cố của cọc đất gia cố xi măng và đề xuất giải pháp khắc phục xử

lý đất yếu bằng Cọc đất xi măng tại Cầu Gò Dưa Qua đây có thể xem xét có phù hợp với điều kiện ở những vùng có tầng đất yếu của thành phố Hồ Chí Minh, từ đó có thể áp dụng rộng rãi phương pháp xử lý này ở các quy mô xây dựng nhỏ và lớn ở trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh

3 Đối tượng nghiên cứu:

Nghiên cứu các yếu tố công nghệ thi công và thiết bị, địa chất khu vực, các kết quả thí nghiệm thực tế sau khi áp dụng vào công trình, các thuận lợi và khó khăn trong quá trình trình thi công

4 Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu về địa hình, địa chất khu vực; Công nghệ thi công, thiết bị thông dụng hiện nay và vật liệu sử dụng để xây dựng công trình; Xem xét giải pháp xử lý sự cố phù hợp cho công trình

5 Phương pháp nghiên cứu:

Đề tài được nghiên cứu theo phương pháp lý thuyết và thực nghiệm:

+ Nghiên cứu lý thuyết:

Nghiên cứu đánh giá các phương pháp thí nghiệm để xác định đưa ra được hàm lượng xi măng phù hợp, cường độ kháng nén cực hạn, sức chịu tải của

đất nền sau khi gia cố

+ Nghiên cứu thực nghiệm:

Nghiên cứu phân tích các kết quả thí nghiệm, tìm ra các nhân tố chính ảnh hưởng đến chất lượng của cọc đất gia cố xi măng

Từ đó nghiên cứu đưa ra các giải pháp khắc phục & nâng cao chất lượng của cọc đất xi măng

6 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn kết cấu gồm 3 chương:

Chương 1 Tổng quan về cọc đất gia cố xi măng

Chương 2 Giải pháp xử lý nền đất yếu đường đầu Cầu Gò Dưa

Chương 3 Đánh giá nguyên nhân sự cố của cọc đất gia cố xi măng đường đầu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG

1.1 Giới thiệu chung về ứng dụng công nghệ cọc đất gia cố xi măng

Cọc xi măng đất (Cement Deep Mixing - CDM) là hỗn hợp giữa đất

nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun

Công nghệ trộn sâu (Deep mixing - DM) tạo cọc xi măng đất là công nghệ trộn xi măng với đất tại chỗ - dưới sâu Phương pháp gia cố nền đất bằng công nghệ trộn sâu là phương pháp cải tạo đất nền dùng cho đất sét dẻo, bùn sét, đất lẫn hữu cơ, đất lẫn bùn, cát chảy, Việc trộn hỗn hợp xi măng - đất sẽ làm tăng cường độ, độ chặt, khống chế biến dạng, tăng mô đun đàn hồi của đất gia cố Sự phát triển cường độ được hình thành ngay sau khi gia cố và phát triển cường độ theo thời gian Nói tóm lại là làm thay đổi đất, nâng cao chất lượng của đất bằng cách cứng hoá tại chỗ

1.1.1 Lịch sử phát triển và ứng dụng công nghệ cọc đất gia cố xi măng trên thế giới

Từ rất lâu, con người đã cải tạo nền đất yếu bằng cách trộn với các chất liên kết như vôi, xi măng

Phương pháp cọc trộn tại chỗ, gọi là “Mixed In Place Pile”, (gọi tắt là phương pháp MIP) dùng chất liên kết là vôi do nước Mỹ nghiên cứu thành công đầu tiên sau Đại chiến thế giới thứ 2 năm 1954, khi đó dùng cọc có đường kính

từ 0.3 – 0.4 m, dài 10 -12 m Nhưng cho đến 1996 cọc đất gia cố xi măng với mục đích thương mại mới được sử dụng với số lượng lớn[23]

Sự phát triển của công nghệ trộn sâu bắt đầu từ Thụy Điển và Nhật Bản từ những năm 1960 Trộn khô dùng vôi hạt (vôi sống) làm chất gia cố đã được đưa vào thực tế ở Nhật vào giữa những năm 1970 Cũng khoảng thời gian đó trộn khô ở Thụy Điển dùng vôi bột trộn vào để cải tạo các đặc tính lún của đất sét dẻo mềm, mềm yếu Trộn ướt dùng vữa xi măng làm chất gia cố cũng được áp dụng trong thực tế ở Nhật từ giữa những năm 1970

Năm 1967, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu thuộc Bộ giao thông vận tải Nhật Bản bắt đầu các thí nghiệm trong phòng sử dụng vôi cục hoặc vôi bột

để xử lý đất biển bằng phương pháp trộn vôi dưới sâu Công việc nghiên cứu bởi Okumura, Terashi và những người khác suốt những năm đầu của thập niên 70 Năm 1974, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu báo cáo phương pháp trộn vôi dưới sâu đã được bắt đầu ứng dụng toàn diện tại Nhật Bản

Năm 1976, viện nghiên cứu công chánh thuộc Bộ xây dựng Nhật Bản hợp tác với Viện nghiên cứu máy xây dựng Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu phương pháp trộn phun khô dưới sâu bằng bột xi măng, bước thử nghiệm đầu tiên hoàn thành vào cuối năm 1980

Năm 1977, Nhật Bản lần đầu tiên phương pháp trộn xi măng dưới sâu áp dụng trên thực tế

Những nước ứng dụng công nghệ DM nhiều nhất là Nhật Bản Theo thống

kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 1980 ~ 1996 có

2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3 đất gia cố xi măng Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia cố bằng DM ở Nhật 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

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, tổng cộng 513000m3 đất được gia cố, bao gồm các móng kè, móng của các tường chắn phía sau bến cập tàu

Đến năm 1992, một hợp tác giữa Nhật 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 60.000m3 xử lý ngoài biển đã được

thiết kế và thi công bởi chính các kỹ sư Trung Quốc

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 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 0.5m và chiều sâu tối đa 15m đã cho những kinh nghiệm mới về các cột vôi cứng hoá (Assarson, 1974) Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (6m cao 8m dài) 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

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

Năm 1993, Hiệp hội DJM (Deep jet mixing -phun trộn khô dưới sâu) của Nhật Bản xuất bản sách hướng dẫn những thông tin mới nhất thiết kế và thi công cọc đất xi măng

Năm 1996, hơn 5 triệu m3 cọc vôi và vôi xi măng đã được thi công tại Thụy Điển kể từ năm 1975 Sản phẩm từng năm tại Thụy Điển và Phần Lan lúc bấy giờ là cùng sản lượng như nhau

Vào tháng 11 năm 1999 một hội nghị quốc tế về phương pháp trộn khô được tổ chức tại Stokholm, Thụy Điển

Tại Mỹ, việc xử lý và nâng cấp các đập đất nhằm đáp ứng mục tiêu an toàn trong vận hành và ngăn ngừa hiện tượng thấm rất được quan tâm CDM đã được ứng dụng để nâng cấp các đập đất hiện có, tạo ra các tường chống thấm

Tại Bungari, nền đường sắt thường được xây dựng bằng sét vì khó kiếm ra đất tốt Loại đất này là rất khó đầm nén do đó nền đường thường bị lún nghiêm trọng Người ta đã sử dụng các cột CDM đường kính 0.25m cách nhau 2.5m để gia cố, kết quả sau xử lý cho thấy không có dấu hiệu lún mặc dù tốc độ tàu chạy

100 ~ 120 km/h

Tại Đông Nam Á, cọc đất – vôi hay xi măng chưa được thông dụng vì lý do

chủ yếu là các máy móc thi công, chi phí khai thác vôi sống tinh khiết cao

Xu hướng phát triển của công nghệ CDM trên Thế giới hiện nay hướng vào việc khai thác mặt mạnh của CDM Khi mới phát minh, yêu cầu đối với CDM ban đầu chỉ là nhằm đạt được cường độ cao và chi phí thấp; nhưng gần đây do những nan giải trong xây dựng đã đặt ra những yêu cầu cao hơn về sự tin cậy và hoàn chỉnh của công nghệ Xu thế quan trọng của công nghệ này là ở chỗ nó cho phép xử lý tại chỗ và cô lập các chất ô nhiễm trong đất, hứa hẹn cho những nghiên cứu tiếp tục Trong lĩnh vực chống động đất, người ta đang tiếp tục nghiên cứu ứng dụng CDM nhằm ngăn chặn sự hoá lỏng đất, tìm ra những phương án có hiệu quả kinh tế, sử dụng vật liệu có sợi để chịu được uốn khi có động đất

1.1.2 Ứng dụng công nghệ cọc đất gia cố xi măng ở Việt Nam

Tại Việt Nam, công nghệ cọc đất – vôi hay xi măng bắt đầu nghiên cứu vào năm 1980 với sự giúp đỡ của Viện địa Kỹ thuật Thụy Điển (SGI) Đề tài nghiên cứu được Bộ Xây dựng nghiệm thu vào năm 1985 và đã được áp dụng cho một

số công trình dân dụng và công nghiệp ở Hà Nội và Hải Phòng Công trình đầu tiên ở phía Nam do công ty Hercules kết hợp với công ty phát triển kỹ thuật xây dựng thi công là công trình Tổng kho xăng dầu Hậu Giang tại khu công nghiệp Trà Nóc, TP Cần Thơ vào đầu năm 2001 với khối lượng khoảng 50.000m dài cọc

Năm 2002, đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng cọc đất xi măng vào xây dựng các công trình trên nền đất yếu ở Việt nam Cụ thể như: Dự án Cảng Ba Ngòi (Khánh hoà) đã sử dụng 4000m cọc đất xi măng có đường kính 600cm thi công bằng trộn khô; 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 đất xi măng lồng ống thép Cọc đất xi măng 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 đất xi măng 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 trong khoảng 20m Tháng 5 năm 2004, các nhà thầu Nhật bản đã sử dụng Jet - grouting để sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhồi của cầu Thanh trì (Hà nội) Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụng cọc đất xi măng như: dự án thoát nước, khu đô thị Đồ Sơn - Hải phòng, dự án đường cao tốc TP Hồ Chí Minh đi Trung Lương, dự án Đại lộ Đông Tây – Sài Gòn hay dự án cải tạo, nâng cấp đường hạ cất cánh, đường lăn và sân đỗ máy bay cảng hàng không Cần Thơ,

và đặc biệt là các cảng nằm ở khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu như SP-PSA, SITV…

1.2 Công nghệ thi công cọc đất gia cố xi măng

Cọc xi măng đất được thi công tạo thành theo phương pháp khoan trộn sâu Dùng máy khoan và các thiết bị chuyên dùng (cần khoan, mũi khoan…) khoan vào đất với đường kính và chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế Đất trong quá trình khoan không được lấy lên khỏi lỗ khoan mà bị phá vỡ kết cấu, được các cánh mũi khoan nghiền tơi, trộn đều với chất kết dính (chất kết dính thông thường là

xi măng hoặc vôi, thạch cao… đôi khi có thêm chất phụ gia và cát)

Tuỳ theo từng điều kiện cụ thể, quá trình phun chất kết dính để trộn với đất trong hố khoan có thể được thực hiện ở 3 pha như sau:

 Phun chất kết dính ở pha khoan xuống;

 Phun chất kết dính ở pha khoan lên;

 Phun chất kết dính kết hợp ở 1/2 pha khoan xuống (phía dưới) và 1/2 pha khoan lên (phía trên)

Để tránh lãng phí xi măng, hạn chế xi măng thoát ra khỏi mặt đất gây ô nhiễm môi trường thông thường khi rút mũi khoan lên cách độ cao mặt đất từ 0.5m đến 1.5m người ta dừng phun chất kết dính, nhưng đoạn cọc 0.5m đến 1.5m này vẫn được phun đầy đủ chất kết dính là nhờ chất kết dính có trong đường ống tiếp tục được phun (hoặc bơm) vào hố khoan

Khi mũi khoan được rút lên khỏi hố khoan, trong hố khoan còn lại đất đã được trộn đều với chất kết dính dần dần đông cứng tạo thành cọc xi măng đất

Hình 1.1 Sơ đồ mô tả quá trình khoan phun

Hiện nay ở Việt Nam phổ biến hai công nghệ thi công cọc xi măng đất là: Công nghệ trộn khô (Dry Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là Jet-grouting)

* Ưu điểm của giải pháp cọc đất gia cố xi măng

 Chất lượng cao: Quá trình trộn lẫn đều, đồng nhất tạo ra cột ximăng trong nền đất tới hiệu quả rất cao Dễ dàng san phẳng mặt bằng công trình, làm sạch đầu cọc

đất- An toàn khi thi công: ít nguy hiểm trong vận hành, giảm thiểu lao động

 Nhanh chóng đem lại thuận lợi về cho công trình: Hiệu quả nhanh,

vô hại cho nền đất, chu kỳ thi công ngắn, đơn giản và tiết kiệm được nhiều nguyên liệu, thời gian lao động, vận chuyển

 Ứng dụng kép: Công nghệ cọc đất gia cố xi măng được sử dụng rộng rãi cho nhiều loại đất: cát, sét có độ dẻo cao, đất nhiều mùn

 Không gây ô nhiễm đối với các công trình xung quanh: Không gây

chấn độ nền đất hay gây tiếng ồn; Quy trình không gây chất thải; không bị các trường hợp xâm thực do nước ngầm, muối khoáng, axít hữu cơ và vô cơ, nước biển, …

 Cột đất ximăng không bị phình trướng sau khi thi công

 Nền đất xung quanh cột không bị chèn, phá lệch gây ảnh hưởng xấu đến các nhà lân cận

 Kết cấu giữa đầu cọc và mố, bệ đơn giản, ít tốn kém, chống sự phá

vỡ khi động đất hay gió mạnh

* Nhược điểm của giải pháp cọc đất gia cố xi măng

 Chi phí cao

 Vì là công nghệ mới nên các tiêu chuẩn ngành, cũng như tiêu chuẩn của Việt Nam hướng dẫn về công nghệ cọc đất trộn xi măng vẫn chưa thực sự hoàn chỉnh TCXD 9403: 2012 "Gia cố nền đất yếu - Phương pháp trụ đất xi măng" vừa mới ban hành năm 2012 chưa có hướng dẫn cụ thể về tính toán thiết kế cột đất ximăng

 Các công trình đã và đang sử dụng giải pháp cột đất trộn xi măng chủ yếu được thiết kế bằng cách vay mượn quy trình của nước ngoài như Châu Âu, Thụy Điển, Nhật Bản, Trung Quốc

1.2.1 Công nghệ thi công trộn khô (Dry Mixing) [03]

Trộn khô là quá trình phun trộn xi măng khô với đất có hoặc không có chất phụ gia

Công nghệ này sử dụng cần khoan có gắn các cánh cắt đất, chúng cắt đất sau đó trộn đất với vữa xi măng bơm theo trục khoan, có thể được tóm lược qua

sơ đồ sau:

Hình 1.2 Sơ đồ thi công trộn khô

Ưu điểm của công nghệ trộn khô: Thiết bị thi công đơn giản; Hàm lượng xi măng sử dụng ít hơn; quy trình kiểm soát chất lượng đơn giản hơn công nghệ trộn ướt

Nhược điểm của công nghệ trộn khô: Do cắt đất bằng các cánh cắt nên gặp hạn chế trong đất có lẫn rác, đất sét, cuội đá, hoặc khi cần xuyên qua các lớp đất cứng hoặc tấm bê tông; Không thi công được nếu phần xử lý ngập trong nước Chiều sâu xử lý trong khoảng 15 ~ 20m

Hình 1.3 Thiết bị thi công theo công nghệ trộn khô

1.2.2 Công nghệ thi công trộn ướt (Wet Mixing, Jet-grounting) [03]

Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có hoặc không có chất phụ gia

Quá trình phun (hoặc bơm) chất kết dính để trộn với đất trong hố khoan, tuỳ theo yêu cầu có thể được thực hiện ở cả hai pha khoan xuống và rút lên của

mũi khoan hoặc chỉ thực hiện ở pha rút mũi khoan lên

Dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun vào tới độ sâu phải gia cố, rồi bắt đầu bơm vữa xi măng, hệ thống cánh trộn 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 xi măng đất, có thể được tóm lược qua sơ đồ sau:

Hình 1.4 Sơ đồ thi công trộn ướt

Ưu điểm của công nghệ trộn ướt: Phạm vi áp dụng rộng rãi, thích hợp với mọi loại đất, thi công được trong nước, phạm vi xử lý sâu hơn trộn khô, có thể

xử lý lớp đất yếu cục bộ mà không ảnh hưởng đến lớp đất tốt, quá trình hình thành cường độ của cọc đất gia cố diễn ra đồng đều hơn, ít chấn động nên hạn chế tối đa đến công trình lân cận

Nhược điểm của công nghệ trộn ướt: Hàm lượng xi măng sử dụng nhiều hơn trộn khô do có xi măng đi theo dòng trào ngược và đặc biệt là đối với nền đất có nhiều túi bùn hoặc rác hữu cơ thì axit humic trong đất có thể làm chậm hoặc phá hoại quá trình ninh kết hỗn hợp đất xi măng

Hình 1.5 Thiết bị thi công theo công nghệ trộn ướt

1.3 Cơ sở lý thuyết của phương pháp cọc đất gia cố xi măng

Quá trình hình thành cường độ của cọc đất xi măng là quá trình biến đổi hoá lý phức tạp, chia làm hai thời kỳ: thời kỳ ninh kết và thời kỳ rắn chắc Trong thời kỳ ninh kết, vữa xi măng mất dần tính dẻo và đặc dần 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 = Ca(OH)2 + 2CaO.SiO2(n-1)H2O

2CaO.SiO2 + mH2O = 2CaO.SiO2mH2O

3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O

4CaO.Al2O3Fe2O3 + nH2O = 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.SiO2mH2O và CaO.Fe2O3.mH2O Quá trình rắn chắc của xi măng có thể chia ra làm 3 giai đoạn:

a) Giai đoạn 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 đoạn 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 đoạn 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 hạt keo và tinh thể, chúng phát triển và tăng dần cường độ

Tùy theo mục đích sử dụng mà có thể bố trí cọc đất gia cố xi măng theo các

cách sau:

Hình 1.6 Sơ đồ bố trí cọc đất gia cố xi măng

1.4 Phương pháp tính toán của phương pháp cọc đất gia cố xi măng

1.4.1 Phương pháp tính toán theo quy trình Trung Quốc (DBJ08-40-94)

1.4.1.1 Sức chịu tải của khối gia cố

 Sức chịu tải cho phép của cọc đất xi măng

Khả năng chịu tải cho phép của cọc đất trộn ximăng được xác định theo thí

nghiệm nén tĩnh cọc đơn tại hiện trường, tuy nhiên có thể ước tính theo công thức sau và lấy giá trị nhỏ hơn

p cu

qp - khả năng chịu tải của đất dưới mũi cọc

 Sức chịu tải cho phép của khối nền đất gia cố

Khả năng chịu tải cho phép của khối nền đất gia cố được xác định theo thí nghiệm nén nền hỗn hợp tại hiện trường, tuy nhiên có thể ước tính theo công thức sau và lấy giá trị nhỏ hơn

s p

a

A

P m

Trong đó:

m - tỷ diện thay thế của cọc đất gia cố xi măng

fs - khả năng chịu tải cho phép của đất giữa các cọc

β - hệ số chiết giảm khả năng chị tải của đất dưới mũi cọc, có thể lấy 0,4 ÷ 0,6

1.4.1.2 Độ lún của nền đất gia cố

Độ lún của nền đất gia cố được tính toán bao gồm độ lún của khối thân cọc đất xi măng và tổng độ lún của lớp đất yếu không gia cố dưới mũi cọc

 Độ lún của khối thân cọc đất xi măng

l.

E 2

p p S

sp

z 0 0 1

m - tỷ diện thay thế của cọc đất gia cố xi măng

Es - mô đun co nén của đất xung quanh cọc

 Độ lún của đất dưới mũi cọc

Độ lún S2 của đất chưa gia cố dưới mũi cọc được tính theo nguyên lý cộng lún từng lớp

1.4.2 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu (design guide soft soil stabilistation CT97-0351)

 Cách xác định khoảng cách giữa các cọc đất xi măng

Khoảng cách giữa các cọc phải được tính toán sao cho bước cọc là lớn nhất

để đáp ứng về nhu cầu kinh tế, đồng thời đáp ứng yêu cầu về kỹ thuật Giới hạn tối đa cho khoản cách giữa các cọc khi bố trí theo lưới ô vuông thì có thể xác định theo công thức sau:

q f h f

Q s

q fs

p

.



Trong đó:

Qp - khả năng chịu tải cho phép của mỗi cọc

ffs - hệ số tải trọng do đất đắp, xét trạng thái giới hạn cường độ, ffs = 1,3 ÷ 1,5

fp - hệ số tải trọng do hoạt tải, xét trạng thái giới hạn cường độ, fp = 1,3 ÷ 1,5

q - hoạt tải phân bố đều trên bề mặt đất đắp

h - chiều cao đất đắp

γ – trọng lượng trung bình của đất đắp

1.4.2.1 Kiểm tra theo vật liệu cọc

Tải trọng tác dụng lên cọc:

) a 1 ( E

E a

A q Q

col soil

col tt





Sức chịu tải của mỗi cọc đất - xi măng như sau:

Qcoc = Acol (3,5Cucol + 3σn) (1-9) Trong đó:

Acol - diện tích tiết diện ngang của cọc đất - xi măng

σn = σp + 5Cusoil - áp lực ngang tổng cộng tác dụng lên cọc đất - xi măng

σp = qtt + γđn Lcol - ứng suất phân bố dưới đáy khối gia cố bằng cọc đất - xi măng

qtt - hoạt tải và tải trọng đất đắp

a - tỷ diện thay thế của cọc đất gia cố xi măng

Esoil, Ecol - mô đun biến dạng của nền đất và cọc đất trộn xi măng

1.4.2.2 Kiểm tra theo đất nền

Kiểm tra theo điều kiện đất nền được thực hiện theo phương pháp hệ số vượt tải với điều kiện:

FS - hệ số an toàn

D - đường kính cọc

Lc - chiều dài cọc

Su - sức kháng cắt không thoát nước của đất nền

Pac - tải trọng tính toán của 1 cọc đơn bao gồm cả hoạt tải

1.4.2.3 Kiểm tra sức chịu tải của nhóm cọc đơn

Kiểm tra theo điều kiện đất nền của nhóm cọc được thực hiện theo phương pháp hệ số vượt tải với điều kiện:

2 , 1





group

group S

Su - sức kháng cắt không thoát nước của đất nền

Hệ số lấy bằng 6 khi móng hình chữ nhật có L>>B (móng băng)

1.4.2.4 Độ lún của khối thân cọc

Độ lún tổng cộng của một công trình đặt trên nền đất gia cường bằng cột đất xi măng gồm hai thành phần là độ lún cục bộ của khối đất được gia cố (Δh1)

và độ lún của đất không ổn định nằm dưới khối (Δh2)

Tính độ lún cục bộ của khối đất được gia cố (Δh1):

Độ tăng tải trọng q gây ra do công trình, một phần truyền lên cọc (q1) và một phần truyền cho đất ở xung quanh (q2)

Hình 1.7 Phân chia tải trọng tác dụng lên cọc và đất nền

Độ lún do tải trọng q1 gây ra:





col E a

q h S

q h S

).

1 (

. 2

Độ lún cục bộ phần cọc xi măng đất Δh1 được xác định theo giả thiết độ tăng tải trọng q không đổi suốt chiều cao khối và tải trọng trong khối không giảm, lúc đó thì cọc và đất nền có cùng độ lún:

a

q h S

S h

).

1 (

.

2 1

Trong đó:

a - tỷ diện thay thế của cọc đất gia cố xi măng

Ecol: mô đun đàn hồi của cọc đất xi măng

Msoil: mô đun biến dạng của đất nền xung quanh cọc

Δh – chiều dày của lớp địa chất

1.4.2.5 Độ lún của đất dưới mũi cọc

Độ lún Δh2 của đất chưa gia cố dưới mũi cọc được tính theo nguyên lý

o r

' '

v vo i c vo

p i r n

i

C C

e

h h

e0i - hệ số rỗng của lớp đất i ở trạng thái tự nhiên ban đầu

Cri - chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải

Cc

i

- chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún

σ’v0 - ứng suất nén thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất tự nhiên nằm trên lớp i

Δσ'v - gia tăng ứng suất thẳng đứng

σ'p - ứng suất tiền cố kết

1.4.3 Phương pháp tính toán theo quy trình Nhật Bản (Guideline for Design and Quality Control of Soil Improvement for Buildings - Deep and Shallow Cement Mixing Methods, 2004)

1.4.3.1 Sức chịu tải của cọc đất xi măng theo vật liệu

Khả năng chịu tải của cọc đất xi măng được tính toán theo công thức sau:

a P A P

qu - Cường độ chịu nén của cọc (kN/m2)

Ap - Diện tích tiết diện của cọc (m2)

1.4.3.2 Sức chịu tải của cọc đất xi măng theo đất nền

i di pu

Trong đó:

Ru - Sức chịu tải cực hạn của cọc gia cố

Rup - Sức chịu tải mũi cực hạn của cọc gia cố

τdi - Ma sát thành bên cực hạn của cọc gia cố

hi - Chiều dày phân tố

Ap - Diện tích tiết diện của cọc

Ma sát thành bên cực hạn của cọc được tính theo công thức sau:

- Đối với đất rời:

thân khối gia cố và độ lún của đất dưới khối gia cố:

Trong đó:

S1 - độ lún trong phần đất được gia cố

S2 - độ lún của lớp đất yếu chưa được gia cố dưới mũi cọc

 Độ lún S1

n S

) 1 ( 1

log 1

1 2 2 1 0

e0 - hệ số rỗng ban đầu của lớp đất thứ n

hn - chiều dày của lớp đất thứ n

w1, w2 - tải trọng của đất đắp

P - ứng suất cố kết ở giữa lớp đất thứ n, p = max(pc, σ2)

σ1, σ2 - ứng suất có hiệu do tải trọng gây ra

 Độ lún S2

Xem khối đất được gia cố bằng cọc đất xi măng ở phía trên như một móng khối quy ước, khi đó độ lún S2 của đất yếu phía dưới khối gia cố được tính theo phương pháp phân tầng cộng lún từng lớp phân tố

1.4.4 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCXD 9403:2012) -

Tính toán nền gia cố theo biến dạng

Độ lún tổng (S) của nền gia cố được xác định bằng tổng độ lún của bản thân khối gia cố và độ lún của đất dưới khối gia cố:

Trong đó: S1 - độ lún bản thân khối gia cố

S2 - độ lún của đất chưa gia cố, dưới mũi cọc

 Độ lún của bản thân khối gia cố S1 được tính theo công thức:

s c

tb 1

E ) a 1 ( aE

qH E

qH S

q - tải trọng công trình truyền lên khối gia cố (kN);

H - chiều sâu của khối gia cố (m);

a - tỷ số diện tích, a = (nAc / BL), n- tổng số cọc, Ac - diện tích tiết diện cọc,

B, L - kích thước khối gia cố;

Ec- Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc; Có thể lấy Ec = (50100) Cc

Với Cc là sức kháng cắt của vật liệu cọc

Es - Mô đun biến dạng của đất nền giữa các cọc (Có thể lấy theo công thức thực nghiệm Es = 250Cu, với Cu là sức kháng cắt không thoát nước của đất nền)

 Độ lún của đất chưa gia cố S2 dưới mũi cọc: được tính theo nguyên lý cộng lún từng lớp Phạm vi vùng ảnh hưởng lún đến chiều sâu mà tại đó áp lực gây lún không vượt quá 10% áp lực đất tự nhiên

1.5 Kết luận chương 1

Quan điểm tính toán độ lún đối với giải pháp cọc đất gia cố xi măng thì nhìn chung là tương tự nhau, cụ thể độ lún được chia làm hai phần: trong khối gia cố và trong nền đất ở phía dưới khối gia cố

 Độ lún trong phần gia cố (cọc đất) các quan điểm tính toán đều dựa trên mô đun đàn hồi tương đương của khối gia cố

 Độ lún trong nền đất phía dưới khối gia cố: được tính theo phương pháp phân tầng cộng lún

Hiện nay chúng ta đã có TCXD 9403-2012 "Gia cố nền đất yếu - Phương pháp trụ đất xi măng" dùng cho công tác thiết kế cọc đất gia cố xi măng tuy nhiên tiêu chuẩn này có một số điểm cần được làm rõ:

 Tiêu chuẩn chỉ mới đưa ra cách tính toán biến dạng của nền đất gia

cố, nhưng chưa thể hiện cách tính toán về sức chịu tải của cọc theo vật liệu và theo đất nền

 Có thể tham khảo thêm công thức xác định khoảng các giữa các cọc của các tiêu chuẩn nước ngoài để hoàn thiện các bước tính toán nền đường theo biến dạng

 Chưa đề cập đến cường độ chịu kéo của mẫu đất gia cố ximăng để

có thể có cơ sở cho các thiết kế cọc đất gia cố ximăng chịu tải ngang

 Chưa đề cập đến tính toán xử lý lực chọc thủng các lớp kết cấu áo đường bên trên gây nứt hoặc biến dạng không đều khi đưa công trình vào khai thác do cọc đất gia cố xi măng không biến dạng cố kết mà chỉ có đất xung quanh cọc và dưới mũi cọc đất gia cố xi măng mới

có biến dạng

CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỜNG

ĐẦU CẦU GÒ DƯA

2.1 Tổng quan về dự án đường Tân Sơn Nhất – Bình Lợi – Vành đai ngoài

2.1.1 Tổng quan về dự án

Dự án đường Tân Sơn Nhất – Bình Lợi – Vành đai ngoài là một phần của dự

án đường vành đai 1, theo kế hoạch phát triển đô thị của thành phố Hồ Chí Minh, đáp ứng với nhu cầu giao thông của thành phố đến năm 2020 và tầm nhìn sau năm 2020 Tuyến đường Tân Sơn Nhất – Bình Lợi – Vành đai ngoài bắt đầu

từ nút giao thông Trường Sơn (sân bay Tân Sơn Nhất) đi qua ngã năm Nguyễn Thái Sơn, cầu Bình Lợi và kết thúc tại ngã tư Linh Xuân với tổng chiều dài 13.675 km

Đoạn từ sân bay Tân Sơn Nhất đến nút giao thông Nguyễn Thái Sơn gồm 2 nhánh, lộ giới mỗi nhánh rộng 20 m, đảm bảo đủ lượng xe từ sân bay Tân Sơn Nhất thoát ra đường Vành đai số 1 Hai nhánh đường này không nằm trong quy hoạch đường Vành đai số 1 mà chỉ thực hiện chức năng đường nối để phục vụ cho nhu cầu lưu thông hành khách từ sân bay ra đường Vành đai số 1

Đoạn từ nút giao thông Nguyễn Thái Sơn đến khu vực cầu Gò Dưa thuộc quy hoạch đường vành đai số 1 thành phố Hồ Chí Minh

Đoạn từ khu vực cầu Gò Dưa đến cuối dự án là đoạn đường nhánh nối từ đường Vành đai số 1 đến ngã tư Linh Xuân (đường xuyên Á) Đoạn này chỉ cần rộng 30 m do khu vực này lưu lượng xe không cao Ở đoạn này, trong một dự án khác, có một đường nhánh nối đường Vành đai 1 tại khu vực cách cầu Gò Dưa khoảng 300 m đi ra ngã tư Bình Thái (xa lộ Hà Nội)

2.1.2 Đặc điểm, phạm vi, tính chất của dự án

2.1.2.1 Đặc điểm dự án

Khu vực thành phố Hồ Chí Minh có địa hình hầu như bằng phẳng, hệ thống thủy bao gồm sông Sài Gòn và các nhánh sông chảy ngang qua thành phố Điểm bắt đầu của dự án nằm ở quận Tân Bình, khu vực đã và đang phát triển,

tuyến đi ngang qua khu dân cư và thương mại của quận Gò Vấp và ngang qua tuyến đường sắt Hà Nội – thành phố Hồ Chí Minh Ở quận Bình Thạnh, phía gần khu vực sân bay tuyến dự án ngang qua sông Sài Gòn và ranh giới với quận Thủ Đức phần lớn khu vực bao gồm đầm lầy, kênh rạch kết nối với sông Sài Gòn Khoảng 60% tuyến dự án đi qua quận Thủ Đức, là nơi có địa tầng cao hơn bên trái của sông Sài Gòn, đến tới cầu Gò Dưa khu vực có nền đất yếu Ở quận Thủ Đức, tuyến dự án cắt quốc lộ 13 kết nối Nam – Bắc, đi dọc theo tuyến đường sắt Hà Nội – thành phố Hồ Chí Minh và kết nối với đường vành đai ngoài

mà không đi qua cầu Sài Gòn Dự án hoàn thành sẽ thúc đẩy sự phát triển khu vực phía đông của thành phố Hồ Chí Minh, tạo môi trường sống ổn định, cân bằng với qui hoạch đô thị cũng như thúc đẩy quá trình phát triển đô thị dọc theo hai bên tuyến đường

2.1.3 Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên của dự án

2.1.3.1 Vị trí địa lý của dự án

Hình 2.1 Vị trí dự án

Tuyến đường dự án bắt đầu từ sân bay Tân Sơn Nhất qua cầu Bình Lợi và kết thúc tại ngã tư Linh Xuân như hình 2.1, chạy qua các khu vực sau:

+ Quận Tân Bình: phường 2

+ Quận Gò Vấp: phường 1, phường 3 và phường 4

+ Quận Bình Thạnh: phường 11 và phương 13

+ Quận Thủ Đức: phường Hiệp Bình Chánh, phường Linh Chiểu, phường Linh Đông, phường Linh Tây và phường Linh Trung

Đoạn qua các khu vực quận Tân Bình chia làm 2 nhánh như sau:

+ Nhánh thứ nhất: chạy dọc theo đường Hồng Hà và bắt đầu từ rãnh thoát nước (giáp với quận Tân Bình) đến ngã năm Nguyễn Thái Sơn xuyên qua công viên Gia Định

+ Nhánh thứ hai: chạy dọc theo đường Bạch Đằng đến ngã năm Nguyễn Thái Sơn

Tại khu vực quận Gò Vấp, tuyến đường bắt đầu từ ngã năm Nguyễn Thái Sơn đến đường Phan Văn Trị (giáp với quận Bình Thạnh)

Tại khu vực quận Bình Thạnh, tuyến đường bắt đầu từ cầu Hang (cách cầu Bình Lợi 1500 m) đi qua các phường 11, phường 13 và cắt một phần trường tiểu học Dự án phù hợp với quy hoạch phát triển quận Bình Thạnh, đã được phê chuẩn và công bố rộng rãi đến công chúng

Tại khu vực quận Thủ Đức, tuyến đường bắt đầu từ cầu Bình Lợi qua cầu

Gò Dưa và kết thúc tại ngã tư Linh Xuân Đặc biệt, đoạn đường từ cầu Gò Dưa đến ngã tư Linh Xuân là một tuyến đường mới trong quy hoạch của quận Thủ Đức

2.1.3.2 Điều kiện tự nhiên

Điều kiện khi hậu có những đặc điểm của gió mùa nhiệt đới ở khu vực đồng bằng với hai mùa: mùa mưa và mùa khô Mùa mưa thường bắt đầu vào tháng năm đến giữa tháng mười một và mùa khô bắt đầu từ giữa tháng mười một đến cuối tháng tư

Vị trí địa lý của khu vực nằm gần xích đạo, do đó lượng mưa và nhiệt độ mang đặc điểm duy nhất của vùng thuộc xích đạo Sự chênh lệch về nhiệt độ giữa tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất là chỉ 3 ~ 4 độ C Nhiệt độ trung bình hàng năm vào khoảng 27 độ C Vào tháng 4, đây là tháng nóng nhất của năm, nhiệt độ lên cao mức tối đa là 34 độ C

Hầu như 90% lượng mưa hàng năm của khu vực thu được trong suốt đợt gió mùa tây nam Khí hậu khu vực không thay đổi, bảo và mưa lớn ít xảy ra Tuy nhiên sự ngập úng xảy ra suốt năm ở khu vực Vào mùa mưa, độ ẩm tương đối lên đến 80%, trong khi đó vào mùa khô độ ẩm tương đối chỉ khoảng 70% Đôi khi độ ẩm tương đối thấp nhất là 30%

Đường dự án ngang qua khu vực hạ nguồn của sông Sài Gòn, rạch Gò Dưa

và rạch Ông Dau Rạch Gò Dưa và rạch Ông Dau nằm ở bên phải của sông Sài Gòn Rạch Ông Dau chảy trực tiếp vào sông Sài Gòn và rạch Gò Dưa được nối với rạch Lung

Lớp 2: Căn cứ vào trạng thái, lớp này có thể được phân chia thành 2 phụ lớp:

Phụ lớp 2a: Sét hay sét cát, màu xám xanh, xanh vàng, nâu đỏ, lẫn sỏi sạn laterit, dẻo mềm, chỉ xuất hiện từ đoạn Km0+500 đến Km1+015, bề dày lớp này thay đổi từ 1.8m đến 2.9m, cao độ đáy lớp thay đổi từ +6.40m đến +4.94m Phụ lớp 2b: Sét độ dẻo thấp, Sét cát, màu xám trắng đốm nâu đỏ, dẻo cứng, chưa khoan hết lớp này, các chỉ tiêu cơ l chủ yếu như sau:

yêu cầu của khu vực tác dụng dưới đáy kết cấu áo đường

B Đoạn 2: từ Km3+400 đến Km10+600: có bùn, địa tầng khu vực được phân chia thành các lớp chính từ trên xuống như sau

Lớp K: Đất đắp hay đất mặt dạng Cát hay Cát lẫn đá dăm, màu vàng nhạt hoặc Sét độ dẻo cao lẫn hữu cơ, màu xám đen, bề dày lớp này thay đổi từ 0.3m đến 4.5m, cao độ đáy lớp thay đổi từ +1.09m đến -2.9m

Lớp đất yếu: căn cứ vào giá trị qc, qu và Cc lớp đất yếu có thể chia thành 2 phụ lớp:

Phụ lớp 1: CH/MH

Bùn sét hay Bột dẻo trạng thái chảy, màu xám sậm, xám xanh, lẫn hữu cơ,

bề dày lớp này thay đổi từ 1.1m đến 27.9m, cao độ đáy lớp thay đổi từ +0.70m đến -29.0m, các chỉ tiêu cơ l chủ yếu như sau: