xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa cá chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xi măng đất phục vụ tính toán xử lý nền đất yếu

Luận văn “Xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xi măng đất phục vụ tính toán xử lý nền đất yếu” được hoàn thành với đầy đủ nội dung nghiên cứu, đáp ứng

TR ƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

ĐẶNG ĐÌNH THÀNH

XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA CÁC

CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XIMĂNG ĐẤT PHỤC VỤ

Luận văn “Xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa các chỉ tiêu cơ lý

của vật liệu xi măng đất phục vụ tính toán xử lý nền đất yếu” được hoàn

thành với đầy đủ nội dung nghiên cứu, đáp ứng yêu cầu đặt ra

Tác gi ả xin chân thành cảm ơn các Thày cô giáo Phòng Đào Tạo Đại

h ọc và Sau Đại học, các Thày cô giáo các bộ môn của Trường Đại học Thuỷ lợi đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian tác giả học

t ập tại trường

Xin bày t ỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng, TS Phan Tr ường Giang, NCS Phùng Vĩnh An đã dành nhiều tâm huyết và lòng

t ận tình hướng dẫn để tác giả hoàn thành luận văn này

Nhân đây tác giả cũng xin chân thành cảm ơn GS Nguyễn Công Mẫn,

gi ảng viên Trường Đại học Thuỷ Lợi, ThS Đỗ Thế Quynh, ThS Vương Xuân Huynh cùng toàn th ể cán bộ Trung tâm Công trình Ngầm- Viện Thuỷ công đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác giả công tác cũng như trong nghiên c ứu khoa học

Cu ối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, các bạn cùng lớp, các b ạn đồng nghiệp…đã đóng góp ý kiến, động viên, cổ vũ cho tác giả trong quá trình hoàn thành lu ận văn

Xin chân thành c ảm ơn!

Hà N ội, ngày tháng 10 năm 2011

Tác giả luận văn

Họ và tên : Đặng Đình Thành Giới tính: Nam

Quê quán: TT Chờ -Yên Phong - Bắc Ninh Dân tộc: Kinh

Chức vụ, đơn vị công tác trước khi đi học tập, nghiên cứu:

Nghiên cứu viên Viện Thuỷ Công - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc :

Số 46 ngõ Liên Việt- Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội

II Quá trình đào tạo:

1 Trung học chuyên nghiệp:

Nơi học (trường, thành phố):

Ngành học:

2 Đại học:

Nơi học : Trường Đại học Thủy lợi – Hà nội

Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hồ chứa Bản Lải

Ngày và nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 06/2008 tại Hà Nội

Người hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Thái

3 Thạc sĩ:

Hệ đào tạo : Chính quy Thời gian từ 9/2009 đến 5/2010

Nơi học : Trường Đại học Thủy lợi – Hà nội

Tên luận văn: Xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa các chỉ tiêu cơ lý của vật

liệu Ximăng đất phục vụ tính toán xử lý nền đất yếu

4 Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh

Ngày cấp : 16/06/2008

III Quá trình công tác chuyên môn từ khi tốt nghiệp đại học :

nhiệm 06/2008 ữ

08/2008

Trung tâm thuỷ Công – Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt

08/2008 ữ

VI Khen th-ởng và kỷ lụật trong quá trình học cao học:

- Không

IV Các công trình khoa học đã công bố :

-Không

Xác nhận của cơ quan công tác Ngày tháng 10 năm 2011

Đặng Đình Thành

3.4 XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA CƯỜNG ĐỘ NÉN NỞ HÔNG qu VỚI

4.3 LỰA CHỌN CÁC CHỈ TIÊU TÍNH TOÁN DỰA VÀO MỐI QUAN HỆ

Q R U R VỚI ϕ,C, ECỦA VẬT LIỆU XIMĂNG ĐẤT 4T 72

M Ở ĐẦU

Đất nước ta đang trong thời kì phát triển mạnh mẽ, việc xây dựng các công trình nói chung và công trình Thủy lợi nói riêng để phục vụ cho nhu cầu thực tiễn là rất lớn Tuy nhiên việc xây dựng các công trình ấy cũng gặp những khó khăn nhất định, nhất là việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu

Trong việc thiết kế và xây dựng các công trình trên nền đất yếu cũng đã

sử dụng một số biện pháp sau: Thay đất yếu của nền cũ bằng lớp đất mới có tính chất tốt hơn ; Gia cố nền bằng cọc tre, cọc tràm…và một số ứng dụng các công nghệ tiến tiến như: Xử lý nền bằng bấc thấm; Đệm cát; Cọc cát; Cọc đá; Cọc bê tông cốt thép Tuy nhiên qua các biện pháp trên đã bộc lộ một số giới hạn như: Hiệu quả thấp, không tận dụng được khả năng làm việc của đất nền, thi công phụ thuộc vào điều kiện thời tiết

Hiện nay trên thế giới công nghệ Jet-Grouting tạo cọc xi măng đất đang được ứng dụng rộng rãi và có giá trị về nhiều mặt Ở Việt Nam ta, việc ứng dụng công nghệ này vào xử lý nền công trình đã đạt được một số kết quả nhất định Ưu điểm của công nghệ là tốc độ thi công nhanh, ít phụ thuộc vào yếu

tố thời tiết, không ảnh hưởng tới môi trường, một phần vật liệu tạo cọc chính

là đất nền, do vậy điều kiện vật liệu luôn đảm bảo, xử lý hiệu quả khi tầng đất yếu dày…

Tuy nhiên, việc tính toán thiết kế xử lý nền thế nào lại phụ thuộc rất lớn vào chỉ tiêu cơ lý của cọc xi măng đất Chính vì vậy, để thiết kế xử lý nền

đảm bảo được tính kinh tế và kĩ thuật thì đề tài “Xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xi măng đất phục vụ tính toán

xử lý nền đất yếu” là thiết thực và không thể thiếu trong giai đoạn hiện nay

- Phạm vi nghiên cứu:

Cọc xi măng đất thi công bằng công nghệ Jet -grouting

3.1 Cách tiếp cận

3.1.1 Tiếp cận trên cơ sở đánh giá nhu cầu

Hiện nay việc xây công trình trên nền đất yếu ở nước ta là rất lớn Các giải pháp xử lý nền hiện có chỉ đáp ứng được một phần nhu cầu này Việc nghiên cứu và ứng dụng cọc măng-đất thi công bằng công nghệ Jet- grouting

là yêu cầu cấp bách

3.1.2 Tiếp cận trên cơ sở đảm bảo các tiêu chuẩn hiện hành

- Các tiêu chuẩn xử lý nền công trình trên nền đất yếu

- Các tiêu chuẩn về vật liệu

3.1.3 Tiếp cận với thực tiễn công trình

- Qua các công đã ứng dụng cọc xi măng đất thấy rằng việc lựa chọn các chỉ tiêu tính toán ban đầu thường lấy theo một công trình tương tự nào đó Việc lựa chọn các chỉ tiêu này rất khó khăn, do ban đầu không có những công trình và nghiên cứu cụ thể về vấn đề này Các kết quả thí nghiệm về cọc xi măng đất chỉ có mỗi giá trị qR u R Đối với người thiết kế, chỉ mỗi giá trị qR u R thì không biết chọn các chỉ tiêu ϕ, C, E như thế nào? Vậy mối quan hệ giữa qR u R và

ϕ, C, E như thế nào, và lựa chọn yếu tố địa chất nào ảnh hưởng tới qR u R?

- Hiện nay, do các công trình và nghiên cứu về xi măng đất tương đối nhiều, vì vậy có thể xây dựng mối quan hệ trên bằng công thức kinh nghiệm

3.1.4 Tiếp cận trên cơ sở Hợp tác Quốc tế

- Công nghệ thông tin ngày càng phát triển cho phép tiếp cận nhanh chóng với các tiến bộ kỹ thuật của thế giới

- Tham khảo ý kiến chuyên gia nước ngoài

3.2 Ph ương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập thông tin:

+ Thu thập từ các đề tài nghiên cứu , sách báo nói về việc xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất thi công theo công nghệ Jet- grouting

+ Dự án liên quan đến xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất thi công theo công nghệ Jet- grouting

+ Thu thập từ mạng Internet công nghệ xử lý nền đất yếu bằng cọc xi

CH ƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU

XI MĂNG ĐẤT

1.1.1 Khái niệm về đất yếu và các tính chất của đất yếu

Đất yếu là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 – 1,0 daN/cmP

- Đất sét có lẫn hữu cơ hoặc nhiều hoặc ít

- Hàm lượng nước cao và trọng lượng đơn vị thể tích nhỏ

- Tính thấm nước rất nhỏ

- Cường độ chống cắt nhỏ và tính nén lún cao

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

Về nguồn gốc, đất yếu có thể được thành tạo trong điều kiện lục địa, vũng vịnh hoặc vịnh biển 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 Việt Nam chúng ta thường gặp các loại đất yếu sau đây

1.1.1.1 Bùn

Theo quan điểm địa chất thì bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc trong môi trường biển, gồm các hạt rất mịn (nhỏ hơn 200 µ) với tỷ lệ phần trăm các hạt < 2 µ cao, bản chất khoáng vật

thay đổi và thường có kết cấu tổ ong Theo quy phạm Liên Xô SNIP II-1.62 thì bùn là trầm tích thuộc giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại sét, được thành tạo trong nước, có sự tham gia của các quá trình vi sinh vật 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

Khả năng chịu tải của bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn, mô dun biến dạng chỉ vào khoảng 1-5 daN/cmP

Bùn thối có hệ số rỗng eR o R > 3, độ sệt B > 1, tính phân tán cao, lượng chứa các hạt lớn hơn 0,25 mm thường không vượt quá 5% theo khối lượng

1.1.1.3 Than bùn

Là loại đất hữu cơ được hình thành từ các thực vật chết khô tự nhiên vùng đầm lầy chưa phân hủy hoàn toàn do không đủ dưỡng khí trong điều kiện độ ẩm cao, chứa trên 50% khối lượng các vật chất hữu cơ Than bùn có dung trọng khô rất thấp (3-9 kN/mP

3

P

), hàm lượng hữu cơ chiếm từ 20-80%, thường có màu đen hoặc nâu sẫm, cấu trúc không mịn, còn thấy tàn dư thực vật

1.1.1.4 Đất than bùn

Đất than bùn là loại đất cát và đất sét, chứa 10 đến 50% khối lượng than bùn khi cân khô

1.1.1.5 Đất sét mềm

Đất sét mềm là các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, bão hòa nước

và có cường độ cao hơn so với bùn Theo cách phân loại thì loại đất này có chỉ số dẻo > 17 và độ sệt từ 0,5 ÷ 0,7 Đất sét gồm chủ yếu là các hạt nhỏ như thạch anh, fenspat và các khoáng vật sét Các khoáng vật sét này 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

1.1.2 Sự phân bổ và tính chất các vùng đất yếu ở Việt Nam

Giống như khu vực Đông Nam Á, các vùng đất mềm yếu ở Việt Nam chủ yếu là những tầng trầm tích mới được thành tạo trong thế kỷ thứ tư Theo kết quả nghiên cứu về địa chất, tầng trầm tích này chủ yếu là trầm tích tam giác châu, thường gặp ở các miền đồng bằng Căn cứ vào nguồn gốc và điều kiện hình thành có thể có một số nhận xét như sau:

1.1.2.2 Đất yếu đồng bằng ven biển Miền Trung

Là đồng bằng mài mòn bồi tụ điển hình Trầm tích kỷ thứ 4 ở đây thường thấy ở vùng thung lũng các sông và thường là loại phù sa bồi tích So với vùng đồng bằng Bắc bộ, tầng trầm tích kỷ thứ 4 ở đây không dày lắm Tuy nhiên, các trầm tích ở đây cũng rất đa dạng, có loại trầm tích bồi tụ tam giác châu, có loại trầm tích bồi tụ ven biển Vùng duyên hải Miền trung thuộc loại trầm tích phát triển trên các đầm phá cạn dần và nó chính là bồi tích trong điều kiện lắng đọng tĩnh

1.1.2.3 Đất yếu 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

Ở Việt Nam ta đã xây dựng nhiều công trình trên nền đất yếu, điển hình

là các hệ thống đê điều Ngày nay, do tốc độ phát triển nhanh chóng của nền kinh tế - xã hội, công tác xây dựng đòi hỏi không được phép kéo dài thời gian thi công, việc chọn tuyến công trình nhiều khi không tránh được việc phải đặt trên đất yếu Để xử lý nền đất yếu hiện nay có nhiều phương pháp, trong đó phương pháp sử dụng công nghệ trộn sâu tạo cọc xi măng đất (XMĐ) là phương pháp mới để giải quyết vấn để này

1.1.3 Những vấn đề kỹ thuật khi xây dựng công trình trên đất yếu

Chi phí xử lý nền móng khi xây dựng công trình trên nền đất yếu thường chiếm một tỷ trọng lớn trong toàn bộ giá thành xây dựng công trình

Bài toán cần đặt ra để giải quyết khi xây dựng công trình trên nền đất yếu là:

- Độ lún tuyệt đối và chênh lệch lún: độ lún tuyệt đối có giá trị lớn và kéo dài, nhưng chênh lệch lún giữa các bộ phận của kết cấu mới là vấn đề quan trọng Nhiều trường hợp do chênh lệch lún đã làm phá hủy kết cấu, gây nứt, vỡ

- Ổn định tổng thể: Do cường độ đất nền không đủ khả năng chịu tải dẫn đến phá hoại mái dốc Bài toán phải giải quyết là tính toán tính sức chịu tải của móng, ổn định của nền đắp, ổn định của mái dốc, áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc…

- Số liệu đầu vào phục vụ thiết kế xử lý đất yếu là hết sức quan trọng, bao gồm: phương pháp khảo sát, phương pháp thí nghiệm và thiết bị thí

nghiệm, lựa chọn thông số đầu vào ứng với các trạng thái làm việc, lựa chọn

1.2.1 Lịch sử phát triển, phân loại công nghệ trộn sâu

Công nghệ trộn sâu (Deep mixing method - DM) là công nghệ trộn chất kết dính với đất tại chỗ dưới sâu Tùy thuộc vào vật liệu kết dính và phương pháp trộn mà nó được phân thành các loại khác nhau

Theo thiết bị trộn, có 2 kiểu là phương pháp trộn kiểu tia (Jet–Grouting) và phương pháp trộn cánh cơ khí (Mechanical) Theo vật liệu trộn,

có kiểu trộn ướt (vữa) và kiểu trộn khô (phun xi măng khô)

0B

Hình 1.1- Phân loại DMM theo phương pháp trộn và vật liệu kết dính Trong thực tế nghiên cứu và sản suất cho thấy chất lượng của vật liệu XMĐ trộn ướt tốt hơn nhiều so với trộn khô Chính vì vậy, trong Luận văn chỉ tập trung nghiên cứu XMĐ trộn kiểu tia (Jet-grouting)

1.2.2 Tình hì nh nghiên cứu và ứng dụng công nghệ trộn sâu trên thế giới

Từ năm 1960, Nhật Bản là nước dẫn đầu trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ DM Ban đầu chất kết dính được nghiên cứu là vôi (DLM)

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

Việc nghiên cứu sau đó ở Nhật Bản được thực hiện một cách bài bản

để nâng cao hiệu quả gia cố Bao gồm 3 vấn đề: (1) Các nghiên cứu lý thuyết phục vụ cho thiết kế Ví dụ như nghiên cứu về khả năng chịu động đất (Inatomi và nnk, 1984, 1986) về tính chất của xi măng- đất (Honjo, 1982), khả năng chống hoá lỏng (Hirama và Toriihara, 1983; Suzuki và nnk, 1986), khả năng chịu rung động (Inatomi và nnk, 1985), kiểm soát hố đào (Tanaka, 1993; Matsushi ta và nnk, 1993); (2) Các nghiên cứu cải tiến thiết bị thi công Ví dụ như của Nishibafashi, 1985 Các nghiên cứu này tập trung vào phương pháp phụt áp suất cao, công nghệ tạo ra cột XMĐ có hình dạng khác nhau; (3) Các nghiên cứu về kiểm soát chất lượng như của Mitsuhashi và nnk, 1996; Zheng và shi, 1996

Năm 1980, Bộ Xây dựng Nhật Bản đã phát triển phương pháp khoan phụt khô gọi tắt là DJM dựa trên các tài liệu của Thủy Điển Ngày nay, phương pháp này đang được sử dụng nhiều và có nhiều cải tiến thiết bị để nâng cao năng suất thi công

Hiện nay, Nhật bản có 3 tài liệu cơ bản phục vụ cho thiết kế thi công

xử lý đất yếu bằng cọc XMĐ Bao gồm: (1) Mục đích, thiết kế và thi công bằng phương pháp trộn sâu do Viện nghiên cứu và phát triển Cảng đường Thủy xuất bản; (2) Hướng dẫn thiết kế, thi công và kiểm soát chất lượng do hiệp hội XMĐ Nhật bản xuất bản; (3) Hướng dẫn thiết kế và quản lý chất lượng xử lý nền móng nông và sâu các công trình xây dựng bằng phương pháp trộn sâu do Viện quản lý đất đai và Cơ sở hạ tầng hợp tác với Viện nghiên cứu kiến trúc xuất bản

Tiếp cận với công nghệ xử lý đất yếu bằng công nghệ trộn sâu từ những năm 1960 Năm 1978, được sử dụng để xử lý nền các khu công

nghiệp ở Thượng Hải Hiện nay, Trung Quốc trên cơ sở thiết bị của Nhật Bản

đã chế tạo được thiết bị riêng và có một số cải tiến so với thiết bị gốc Trong tính toán, thiết kế Trung Quốc cũng đã xuất bản tiêu chuẩn “Gia cố đất yếu” DBJ-08-40-94 chủ yếu sử dụng cho phương pháp trộn cơ khí

Tại châu Âu, việc nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan Thiết bị sử dụng theo kiểu trộn cơ khí với chất kết dính là vôi Thử nghiệm đầu tiên tại sân bay Ska Edeby 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 Trong thời gian này, nhiều loại phụ gia khác như thạch cao, tro bay…vvv đã được nghiên cứu làm chất độn để cứng hoá nhanh hơn Ví dụ, các nghiên cứu của Nieminen 1977, Viitanen,

1977, Kujala, 1982 hoặc của Holin và nnk (1983) Do khó khăn trong bước thiết kế ban đầu, Kukko và Ruohomaki (1995) dựa trên kết quả của 1355 thí nghiệm trong phòng với 195 loại hỗn hợp và 21 loại đất đã xây dựng một mô hình toán để dự đoán cường độ kháng nén cực hạn của XMĐ theo tỉ lệ nước-

xi măng, hàm lượng mùn, và tỉ lệ hạt mịn

Năm 1977, sổ tay “Cột đất vôi và xi măng vôi, hướng dẫn lập dự án, xây dựng và kiểm soát chất lượng” do Viện địa kỹ thuật Thụy Điển thực hiện Năm 1995, tài liệu này được tái bản lần 2 và đến nay nó vẫn được sử dụng

Ra đời trước nhưng do việc ứng dụng trong thực tế rất chậm, mãi đến cuối những năm 80, việc ứng dụng ở Mỹ mới bắt đầu với các thiết bị thi công của Nhật Bản Ban đầu, chỉ với mục đích chống thấm và ổn định hố đào 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) …vv Sau đó lan ra các lĩnh vực khác

Năm 2000, Bộ Giao thông Vận tải Mỹ cũng xuất bản tiêu chuẩn

“Phương pháp trộn sâu trong các ứng dụng địa kỹ thuật” FHWA-RD-99-138 Trong tiêu chuẩn này, nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực Xây dựng, Giao thông, Thủy lợi đã được giới thiệu một cách khá tỷ mỷ Đặc biệt là chống thấm cho đập đất và xử lý nền móng cho các công trình dưới nước

Qua nghiên cứu và qua công trình thực tế, các chuyên gia trong lĩnh vực cho rằng vật liệu XMĐ bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố sau:

1.2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam

Ở Việt Nam, việc nghiên cứu gia cố đất trộn sâu theo phương pháp trộn

cơ khí đã được bắt đầu nghiên cứu từ những năm đầu thập kỷ 80 Một số các kết quả nghiên cứu liên quan đến công nghệ này về tính chất vật liệu XMĐ, các yếu tố ảnh hưởng như loại đất, tỷ lệ kết dính, nhân tố thời gian vv như của TS Hồ Chất, TS Đỗ Minh Toàn, tuy nhiên cả 2 nghiên cứu trên đều được thực hiện ở trong phòng thí nghiệm Do đó, kết quả nghiên cứu mang tính định hướng là chính

Năm 2001, Công ty Hecules kết hợp với Công ty Phát triển Kỹ thuật Xây dựng thi công cột XMĐ làm nền móng cho bể chứa xăng dầu tại khu công nghiệp Trà Nóc – Cần Thơ với khối lượng 50.000 m dài cột Tại công trình này, những nghiên cứu cơ bản như thí nghiệm hàm lượng xi măng thích hợp, đo đạc, quan trắc lún sau khi thi công công trình đã được thực hiện

Năm 2002, dự án cảng Ba Ngòi - Khánh Hoà đã sử dụng 4000m cọc XMĐ có đường kính 600 cm 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 Ximăng – vôi

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

Cho đến nay nhiều dự án sử dụng phương pháp trộn cơ khí đã, đang và

sẽ được triển khai trong các lĩnh vực Giao Thông và Xây dựng Tiêu biểu là các dự án đường Láng – Hòa Lạc, đại lộ Đông Tây, đường sắt Bắc Nam…vv Trong lĩnh vực xây dựng là khu đô thị Phú Mỹ Hưng, Building Sai Gon Times Square, dự án nhiệt điện Ô Mon, …vv Bộ Xây dựng đã ban hành TCXDVN 385:2006 “Gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng” áp dụng chủ yếu cho phương pháp này

Phương pháp trộn kiểu tia xâm nhập vào nước ta muộn hơn Việc nghiên cứu được bắt đầu từ năm 2005 Cho đến nay, công nghệ này đã có nhiều ứng dụng thực tế trên cả 3 lĩnh vực Xây dựng, Giao thông và Thủy lợi cho mục đích chống thấm và xử lý đất yếu

Năm 2010, đã hoàn thành việc xử lý nền cho 2 công trình có ý nghĩa lớn là công trình đập Khe Ngang – Huế và đê nối tiếp cống Trà Linh –Thái Bình Cũng trong thời gian này, cũng đã hoàn thành việc xử lý nền cho cống

Hói Đại và kè sông Kiến Giang - Quảng Bình Sau đó, đã xử lý thành công túi bùn của công trình Trung tâm Thương mại Chợ Mơ – Hà Nội và xử lý chống lún nghiêng cho tòa nhà Phúc Lộc Thọ đường Trần Duy Hưng – Hà nội

Hiện nay cọc XMĐ nói chung và cọc XMĐ thi công bằng công nghệ Jet Grouting nói chung đang được sự quan tâm chú ý trong lĩnh vực xây dựng

1B

Hình 1.2- Xử lý nền cho các công trình Thủy lợi xây dựng trên đất yếu

2B

Hình 1.3- Xử lý nền cho các công trình Dân dụng trên đất yếu

Mặc dù đã có một số đề tài nghiên cứu, một số luận văn thực hiện tại trường Đại học Thủy lợi và một số ứng dụng bước đầu, tuy nhiên hiện nay đối với việc thiết kế cọc XMĐ thi công bằng công nghệ Jet grouting còn gặp một

số khó khăn:

- Việc lựa chọn độ bền cọc XMĐ (ϕ, c) thiết kế gặp khó khăn vì trong các tiêu chuẩn, quy phạm và các tài liệu trong và ngoài nước có liên quan rất

ít Phụ thuộc lớn vào kinh nghiệm của người thiết kế Vì thế, cùng với một số liệu đầu vào việc lựa chọn các chỉ tiêu này nhiều khi khác nhau

- Việc lựa chọn độ cứng của cọc XMĐ (E, µ) cho thiết kế thông thường theo các cách:

+ Theo TCVN 385 – 2006 E = (50 ÷ 100)CR c R hoặc E = (25 ÷ 50) qR u R; + Theo tiêu chuẩn Mỹ FHWH – RD -99-138 E = (100 ÷ 300) qR u R;

+ Theo kết quả thí nghiệm của các công trình tương tự

Vì vậy, luận văn đặt vấn đề nghiên cứu tính chất cọc XMĐ (thi công bằng công nghệ Jet Grouting ở Việt nam) làm cơ sở cho việc lựa chọn độ bền

và độ cứng phục vụ việc tính toán thiết kế

Trong quá trình trộn xi măng với đất, có 3 loại phản ứng (theo Diamond và Kinter, 1965; Assarson và nnk, 1974) đó là:

- Quá trình Hydrat hoá

- Quá trình trao đổi ion

- Phản ứng Puzơlan hoá

Trong quá trình hydrat hoá, nước trong hỗn hợp sẽ được xi măng hút

và tạo ra Hidroxit Canxi Ca(OH)R 2 R Nồng độ Hidroxit Canxi trong nước làm tăng sự tập trung điện tử và pH của nước lỗ rỗng, kết quả là các điện tích

sẽ hình thành các huyền phù bao bọc bởi vữa

Hình 1.4- Cơ chế làm cứng

Đây 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 silicattricalcit 3CaO.SiOR 2 R, silicat bicalcit 2CaO.SiOR 2 R, aluminat tricalcit 3CaO.AlR 2 ROR 3 R, fero-aluminat tetracalcit 4CaO.AlR 2 ROR 3 RFeR 2 ROR 3 R:

3CaO.SiOR 2 R + nHR 2 RO ⇒ Ca(OH)R 2 R + 2CaO.SiOR 2 R(n-1)HR 2 RO

2CaO.SiOR 2 R + mH2O ⇒ 2CaO.SiOR 2 RmH2O

3CaO.AlR 2 ROR 3 R + 6HR 2 RO ⇒ 3CaO.AlR 2 ROR 3 R.6HR 2 RO

4CaO.AlR 2 ROR 3 RFeR 2 ROR 3 R + nHR 2 RO ⇒ 3CaO.AlR 2 ROR 3 R.6HR 2 RO +CaO.FeR 2 ROR 3 R.mHR 2 RO Các sản phẩm chủ yếu được hình thành sau quá trình thuỷ hoá là Ca(OH)R 2 R, 3CaO.AlR 2 ROR 3 R.6HR 2 RO, 2CaO.SiOR 2 RmHR 2 RO và CaO.FeR 2 ROR 3 R.mHR 2 RO Quá trình rắn chắc của xi măng có thể chia ra làm 3 giai đoạn:

1.3.1 Giai đoạn hoà tan

Các chất Ca(OH)R 2 R, 3CaO.AlR 2 ROR 3 R.6HR 2 RO 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

1.3.2 Giai đoạn hoá keo

Đến một giới hạn nào đó, lượng các chất Ca(OH)R 2 R, 3CaO.AlR 2 ROR 3 R.6HR 2 RO không hoà tan được nữa sẽ tồn tại ở thể keo Chất silicat bicalcit (2CaO.SiOR 2 R)

vốn không hoàtan 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

1.3.3 Giai đoạn kết tinh

Các chất Ca(OH)R 2 R, 3CaO.AlR 2 ROR 3 R.6HR 2 RO 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.SiOR 2 RmHR 2 RO 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 Sản phẩm của giai đoạn này chính là vật liệu XMĐ

- Số lượng và chất lượng của chất làm cứng và các phụ gia (nếu có);

- Điều kiện trộn và điều kiện đóng rắn như tỉ lệ nước/ximăng, thời gian trộn và thời gian ninh kết;

- Phương pháp chế mẫu và thí nghiệm như sự phân bố mẫu, loại thiết

bị của phòng thí nghiệm, cấp biến dạng và phương pháp đo biến dạng

1.4.1 Loại đất

Bản chất lý hoá của đất (như đường cong thành phần hạt, hàm lượng ngậm nước, giới hạn Silicát và nhôm, pH của nước lỗ rỗng và hàm lượng chất mùn hữu cơ) ảnh hưởng đến tính chất của khối XMĐ

1.4.1.1 Thành phần hạt

Theo tài liệu “Cơ học đất và phân loại nền móng công trình” của tạp chí

kỹ thuật Mỹ: Loại đất là nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới tính chất của

vật liệu XMĐ Nếu loại đất không phù hợp( Thành phần hạt, hàm lượng các

chất) sẽ ảnh hưởng tới kết quả của vật liệu XMĐ Nhìn chung kinh nghiệm đã

chỉ ra rằng loại đất có thành phần dưới đây có thể làm cho vật liệu XMĐ có

hữu cơ ảnh hưởng tới hàm lượng gia cố Ximăng

Bảng thông số cường độ vật liệu XMĐ khi gia cố 10% theo khối lượng

của các loại đất khác nhau

550 500

3500 3000 2500 2000

Sái C¸t Bïn vµ sÐt 4500

4000

Hình 1.5- Ảnh hưởng của loại đất

1.4.1.2 Hàm l ượng hữu cơ

Nghiên cứu chi tiết về ảnh hưởng của chất hữu cơ tới vật liệu XMĐ được thực hiện bởi Clare và Sherwood, họ chỉ ra rằng hỗn hợp chất hữu cơ

với trọng lượng phân tử cao như những chất mang tính kiềm không ảnh

hưởng lớn tới cường độ vật liệu Ximăngđất; mặt khác chất hữu cơ với trọng

lượng phân tử thấp như chất mang tính acid làm giảm cường độ của vật liệu XMĐ Thí nghiệm nghiên cứu kỹ thuật thực hiện bởi Military tại Anh chỉ ra

chất hữu cơ rất bất lợi tới xự ra cố của Ximăng

Theo nghiên cứu “ứng sử của đất hữu cơ trong xử lý nền đất yếu bằng Ximăng” của Huie Chen và Qing Wang, khoa Xây dựng ĐH Tổng hợp Jinlin Trung Quốc: Thành phần chính của đất hữu cơ và đất bùn là chất mùn, chúng được chia ra làm 3 loại mùn gồm mùn liên kết lỏng lẻo, mùn liên kết vừa và mùn liên kết chặt Mùn liên kết lỏng lẻo là loại mùn linh hoạt nhất và có xu hướng dễ liên kết với các chất khác Mặt khác thành phần đại diện của chất hữu cơ là a xít humic, a xít fluvic và humin, Humin là thành phẩn chính của

đất mùn liên kết chặt, trong khi đó a xít humic và a xít fluvic không chỉ có trong đất mùn liên kết lỏng lẻo mà còn có trong đất mùn liên kết vừa

Cường độ của XMĐ quyết định bởi phản ứng hoá lý xảy ra trong đó, bao gồm quá trình thuỷ hoá và cứng hoá của ximăng Tuy nhiên, các chất hữu

cơ có tính giữ nước cao và cấu trúc đặc biệt nó làm cho các phân tử hữu cơ bị hấp thụ trên bề mặt của hạt ximăng và hạt đất, điều đó ngăn cản sự hình thành quá trình thuỷ hoá ximăng và sự tương tác giữa các hạt đất và sản phẩm của quá trình thuỷ hoá này Kết quả là hạn chế sự gia tăng cường độ của XMĐ

Các axít trong chất hữu cơ có tính chất thu hút canxi mạnh, do đó khi canxi hình thành các, các axít có thể tác dụng với can xi tạo thành axít canxi hữu cơ không hoà tan Sự kết hợp giữa các axít hữu cơ với ion canxi tạo ra trong quá trình hydrat hoá sẽ làm khó khăn cho quá trình tinh thể hoá canxi

mà nó có vai trò rất lớn trong việc tăng cường độ của XMĐ Axít fluvic trong chất hữu cơ có xu hướng kết hợp với các loại hạt khoáng chất có chứa nhôm, điều đó có thể gây ra sự mục rữa các mạng tinh thể Đầu tiên, Axít fluvic trong thoát ra dưới dạng hoà tan được trong nước và quá trình hydrat ximăng bắt đầu ngay khi ximăng tiếp xúc với axít fluvic Tuy nhiên, một lớp hấp thụ gây ra bởi phản ứng của axít fluvic và các hạt khoáng ximăng sẽ ngăn quá trình thuỷ hoá ximăng Hơn nữa axít fluvic có thể phân huỷ các tinh thể đi vào như hydrat nhôm canxi, hydrat nhôm sufat canxi và hydrat nhôm sắt, điều đó ngăn cản sự hình thành cấu trúc đất ximăng

1.4.2 Ảnh hưởng của tuổi Ximăng đất

Cường độ của XMĐ tăng lên theo thời gian, tương tự như bê tông Hình dưới đã chỉ ra ảnh hưởng của tuổi từ 2 đến 2000 ngày, đối với đất sét biển gia cố bởi ximăng Poiland

Ở đây, qR u28 R là cường độ 28 ngày tuổi tính theo Kpa Hiệp hội CDMA của Nhật Bản (Cement Deep Mixing association of Japan, 1994) đã hiệu chỉnh quan hệ trên thành:

QR u28 R= (1,49 ~ 1,56) qR u7

QR u91 R= (1,85 ~ 1,97) qR u7

QR u91 R= (1,2 ~ 1,33) qR u28

Ở đây, qR u7 R, qR u28 R và qR u91 R là cường độ nén không nở hông của XMĐ sau

xử lý 7 ngày, 28 ngày, 91 ngày

Các chất cứng hoá khác nhau (xi măng, vôi, tro bay) cũng phản ứng

khác nhau đối với từng loại đất, và do đó hiệu quả gia cố cũng khác nhau

Hình sau so sánh hiệu quả của xi măng, vôi và hỗn hợp xi măng vôi khi trộn với các loại đất khác nhau ở Thụy Điển

0

20 15 10 5

GyttjaSÐt vïn

g gyttija

SÐt h

÷u c¬

S¾t S

unph¸tSÐt bi

SÐt phaSÐt

30

40 35

V«i + xi m¨ng

Xi m¨ng

Hình 1.7- Ảnh hưởng của chất ninh kết đến cường độ các

loại đất ở Thụy Điển

1.4 4 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng

30

20

24 16 12

864

321

SÐt Bangkok 40

tuÇn Thêi gian ninh kÕt

Hình 1.8- Ảnh hưởng của hàm lượng XM đến cường độ nén

Dĩ nhiên là khi lượng chất gia cố tăng thì cường độ của XMĐ cũng tăng, phụ thuộc vào loại đất và tính chất của chất gia cố Hàm lượng xi măng thường tính theo lượng xi măng trên một mP

3

Pđất, và chỉ số phát triển cường độ (SDI) khi gia cố cho một nền đất yếu Chỉ số SDI được định nghĩa là tỉ số cường độ giữa đất đã xử lý và chưa xử lý thu được qua thí nghiệm nén không

nở hông

1.4 5 Ảnh hưởng của lượng nước

Việc tăng lượng nước trong đất sẽ làm giảm cường độ khối XMĐ Hàm lượng nước thay đổi từ 60 đến 120% trên mẫu thí nghiệm cho một loại đất biển xử lý với 5 ~ 20% xi măng, sau 60 ngày ninh kết Kết quả cho thấy cường độ giảm cho mọi hàm lượng xi măng

0

0

25 20

Hình 1.9- Ảnh hưởng của lượng nước ban đầu đến cường độ nén

Nhận Xét: Qua các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy

có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của vật liệu XMĐ và ảnh hưởng của loại đất là quan trọng nhất Nhưng trong mỗi loại đất lại có các yếu tố khác nhau như: thành phần hạt, hàm lượng chất hữu cơ, độ PH, lượng ngậm

nước…Tuy nhiên các yếu tố trong đất ảnh hưởng thế nào tới tính chất vật liệu XMĐ thì chưa thấy tài liệu nào nói rõ Chính vì vậy, cần nghiên cứu đi sâu vào từng yếu tố đất, xem chúng ảnh hưởng như thế nào tới tính chất của vật liệu XMĐ Vì tài liệu và thời gian có hạn nên trong luận văn chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng hữu cơ trong đất tới tính chất của vật liệu XMĐ

Hiện nay việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu là không thể tránh khỏi: Như kè trên sông có nền bùn, Cống trền nền bùn, đê đập trên nền đất yếu… Khi ấy việc xử lý nền là tất yếu và phương pháp tạo cọc XMĐ để gia cố nền công trình đang được ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên viện lựa chọn các chỉ tiêu để thiết kế rất quan trọng và thường phải thông qua lấy mẫu đất hiện trường về thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu Mặt khác cường độ của vật liệu XMĐ lại phụ thuộc rất nhiều yếu tố, trong đó yếu tố loại đất là quan trọng nhất Trong đất yếu, đặc biệt là các loại đất bùn thì hàm lượng chất hữu

cơ lại ảnh hưởng rất lớn tới tính chất của vật liệu XMĐ Chính vì vậy, cần xây dựng biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng hữu cơ trong đất với cường độ của vật liệu XMĐ với các tỷ lệ gia cố Ximăng khác nhau để giúp người thiết kế lựa chọn các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu XMĐ một cách chính xác và nhanh nhất

CH ƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG

CỌC XI MĂNG ĐẤT

TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC XIMĂNG ĐẤT

2.1.1 Hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam

-TCXDVN 385 : 2006 “Gia cố nền đất yếu bằng trụ Ximăng đất”

-TCCS 05:2010/ VKHTLVN “Tiêu chuẩn cơ sở: Hướng dẫn sử dụng

phương pháp Jet-grouting tạo cọc đất ximăng để gia cố đất yếu, chống thấm

nền và thân công trình đất”

2.1.2 Hệ thống tiêu chuẩn nước ngoài

- Quy phạm kỹ thuật xử lý nền móng, DBJ 08 40 94 do Trường Đại học Đồng tế biên soạn, năm 1995

- Tiêu chuẩn châu Âu EN 12716: 2001 Tiêu chuẩn thực hiện các công tác địa kỹ thuật đặc biệt: Khoan phụt cao áp (Jet-grouting)

2.1.3 Các Tiêu chuẩn khác có liên quan trong và ngoài nước gồm

- Thành phần, nội dung và khối lượng địa chất trong các giai đọan lập

dự án và thiết kế công trình Thủy lợi: 14TCN – 195 -2006;

- Phân loại đất 14TCN123-2002 của Bộ Nông nghiệp và PTNT

- Qui trình khoan thăm dò ĐCCT: 22TCN259-2000 (ngành giao thông);

- Qui trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu: 22TCN262-2000 (Ngành giao thông);

- Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục: TCXDVN

169 – 2002;

- Các tiêu chuẩn về thí nghiệm đất tại phòng thí nghiệm trong xây dựng công trình Thủy lợi:14 –TCN 32:2005;

- Qui trình thí nghiệm đất gia cố bằng chất kết dính vôi, xi măng 22TCN59-84;

- Đất xây dựng – phương pháp lấy, bao gói, vận chuyển và bảo quản mẫu TCVN2683-1991;

- Qui trình phân tích nước dùng trong công trình giao thông 84;

22TCN-61 Các tiêu chuẩn để thử xi măng TCVN139-91;

- TCXDVN 160: 1987 - Khảo sát địa kỹ thuật phục vụ cho thiết kế và thi công móng cọc;

- TCVN 6016 :1995 Xi măng- Phương pháp thử - xác định độ bền;

3B

Hình 2.1a- Bố trí gia cố kiểu tam giác 4BHình 2.1b- Bố trí gia cố kiểu chữ nhật

Hình2.2- Bố trí gia cố kiểu khung

Phương pháp trộn sâu là một công nghệ làm thay đổi tính chất đất nền, bằng cách trộn đất tại chỗ với chất gia cố Mục tiêu chính của việc gia cố làm tăng cường độ, khống chế biến dạng Vì vậy phương pháp trộn sâu được ứng dụng để:

- Nâng cao sức chịu tải của nền;

- Giảm lún;

- Chống trượt mái;

- Bảo vệ kết cấu xung quanh hố đào;

- Ngăn ngừa hiện tượng hoá lỏng của đất;

- Gia cố vùng đất yếu xung quanh đường hầm;

- Làm neo đất;

- Giảm rung động

Một số phương pháp bố trí gia cố xem hình 2.1 và 2.2

Hiện nay, tại Việt Nam phương pháp trộn sâu đã trở thành phổ biến các nhà thầu đã có đủ năng lực và thiết bị thi công Theo thống kê chưa chính thức một năm có khoảng 1 triệu m dài cọc XMĐ được thi công Công nghệ đã được áp dụng vào một số lĩnh vực khác nhau như:

- Công trình dân dụng: Đối với các nhà cao tầng, nhà công nghiệp nền công trình không đủ sức chịu tải Khi đó phương pháp trộn sâu là giải pháp thay thế cho móng sâu, và nâng cao sức chịu tải cho nền công trình Phương pháp trộn sâu đã được ứng dụng cho các công trình dân dụng tại Hà Nội như công trình trên đường Ngô Quyền, công trình trên đường Trần Duy Hưng

- Công trình Thủy lợi: phương pháp này ngoài được sử dụng để chống thấm thì còn được sử dụng để gia cố nền Khi nền cống, đê, đập… không đảm bảo ổn định về cường độ và biến dạng, việc gia cố nền bằng vật liệu XMĐ sẽ làm tăng cường độ đất nền, giảm độ lún công trình, đảm bảo ổn định cho công trình Các công trình được ứng dụng như: Xử lý nền cống Hói

Đại tỉnh Quảng Bình, cống Nam Hà tỉnh Nam Định, nền đê biển Trà Ninh tỉnh Thái Bình, nền đập Khe Ngang tỉnh Thừa Thiên Huế Ngoài ra phương pháp trộn sâu còn được sử dụng để đảm bảo ổn định mái dốc, ổn định kè sông kè biển

- Công trình giao thông: Vật liệu XMĐ được ứng dụng để gia cố nền đường và mố cầu dẫn Vai trò của cọc XMĐ là ngăn ngừa dịch chuyển ngang

và trượt bằng cách làm giảm áp lực ngang sau mố cầu và giảm độ lún ở đoạn vào cầu Công trình đường Láng Hòa lạc cũng đã sử dụng phương pháp này

- Quan điểm cột làm việc như cọc (tính toán như móng cọc)

- Quan điểm xem cột và đất cùng làm việc đồng thời (tính toán như đối với nền thiên nhiên)

- Một số nhà khoa học lại đề nghị tính toán theo cả hai quan điểm trên nghĩa là sức chịu tải thì tính toán như “cọc”, còn biến dạng thì tính toán theo nền

Sở dĩ các quan điểm trên chưa hoàn toàn thống nhất bởi vì bản thân vấn đề phức tạp, những nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm về vấn đề này chưa nhiều Tùy thuộc vào đặc điểm từng bài toán mà người thiết kế lựa chọn cho mình một phương pháp tính toán thích hợp

2.3.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm cột làm việc như “cọc”

Theo quan điểm này đòi hỏi trụ phải có độ cứng tương đối lớn và các đầu trụ này được đưa vào tầng đất chịu tải Khi đó lực truyền vào móng sẽ

chủ yếu đi vào các cột XMĐ (bỏ qua sự làm việc của đất nền dưới đáy móng) Trong trường hợp trụ không đưa được xuống tầng đất chịu lực thì có thể dùng phương pháp tính toán như tính toán với cọc ma sát

2.3.1.1 Đánh giá ổn định các trụ gia cố theo trạng thái giới hạn 1

Sơ bộ lựa chọn cường độ cọc XMĐ theo công thức sau:

p s a

A

Pa x F

q = (2.1) Trong đó:

Tính toán theo trạng thái giới hạn 2 đảm bảo cho móng trụ không phát

sinh biến dạng và lún quá lớn

Tổng độ lún của công trình xây dựng trên nền đất gia cố bằng cọc

XMĐ như trên hình 1.3 Giá trị này bằng tổng độ lún cục bộ của toàn khối

nền được gia cường (∆ hR 1 R) và độ lún cục bộ của tầng đất nằm dưới đáy khối

đất được gia cường phía trên (∆ hR 2 R) Tức là:

∆h = ∆hR 1 R+ ∆hR 2 R (2.3)

Trong đó:

∆hR 1 R - độ lún cục bộ của khối đất nền sau khi được gia cường;

s p p

a

qxH h

) 1 (

1

− +

=

∆

∆hR 2 R - độ lún cục bộ của tầng đất nằm dưới mũi cọc XMĐ

' 0

' ' 0 ' 0

H e

a

qxH h

) 1

lg 1

) 1

H e

C E a E

a

qxH

s p p

p

+ +

+

− +

H B

qB q

+

= (2.6)

Trong các công thức trên:

∆h - Tổng độ lún tính toán của nền gia cố bằng cọc XMĐ (m)

q - tải trọng đơn vị tác dụng (kN/m) Trong trường hợp đối với nền

đắp q=γ*HR đ R

H - chiều dày lớp đất yếu được gia cố (m)

ER p R: mô đun biến dạng của cọc (kN/mP

CR c R: chỉ số nén của lớp đất yếu dưới mũi cọc (kiểu cọc treo)

eR 0 R: hệ số rỗng tự nhiên của lớp đất yếu dưới mũi cọc (kiểu cọc treo)

σR 0 RP

’

P

: áp lực địa tầng (hữu hiệu)

2.3.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm như nền tương đương

Nền trụ và đất dưới đáy móng được xem như nền đồng nhất với các số liệu cường độ ϕR tđ R, CR tđ R, ER tđ R được nâng cao (được tính từ ϕ, C, E của đất nền xung quanh trụ và vật liệu làm trụ) Công thức quy đổi tương đương ϕR tđ R, CR tđ R,

ER tđ R dựa trên độ cứng của cột XMĐ, đất và diện tích đất được thay thế bởi cột XMĐ Gọi m là tỷ lệ giữa diện tích cột XMĐ thay thế trên diện tích đất nền

Có thể dùng các công thức giải tích và các phần mềm địa kỹ thuật hiện

có để giải quyết bài toán này

2.3.2.1Tính toán theo trạng thái giới hạn 1

Việc phân tích ổn định tổng thể phải được tính toán theo các phương

pháp mặt trượt trụ tròn, mặt trượt phẳng, mặt trượt phức hợp Hệ số ổn định

cho phép theo mục 8.7 của TCCS 05:2010/VKHTLVN

Hình 2.4- Sơ đồ tính toán theo phương pháp mặt trượt trụ tròn

Các trường hợp tính toán cần phải được tuân thủ theo các tiêu chuẩn

thiết kế hiện hành Ví dụ: Gia cố nền cho đập đất thì phải tuân theo tiêu chuẩn

thiết kế đập đất đầm nén 14TCN 157 -2005; Gia cố nền cho đê biển thì phải

tuân thủ theo tiêu chuẩn 14TCN 130 -2002

Hình 2.5- Sơ đồ tính toán theo phương pháp mặt trượt phức hợp

2.3.2.2 Tính toán theo trạng thái giới hạn 2

Tính toán biến dạng trong trường hợp này có thể tính toán như mục b tính toán theo phương pháp cọc Tuy nhiên, cần lưu ý rằng phương pháp tính này phù hợp hơn với việc sử dụng phần mềm địa kỹ thuật thông thường để tính toán thiết kế Do đó, cần phải chú ý một số điểm như sau:

- Biên của bài toán: Khoảng cách tính từ mép công trình đến biên phải hoạc biên trái phải lớn hơn 2 lần chiều rộng móng công trình (a ≥ 2w) Chiều sâu tính toán tính từ mặt nền đất cũng yêu cầu như vậy (a ≥ 2w)

Hình2.6- Sơ đồ xác định các biên giới hạn khi sử dụng các phần mềm địa kỹ thuật