báo cáp môn học phương pháp thi công cọc xi măng đất

 Cọc xi măng đất XMĐ là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu vớikhả năng ứng dụng tương đối rộng rãi như: Làm tường hào chống thấm cho đêđập, gia cố nền móng cho các công trình x

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA XÂY DỰNG & CƠ HỌC ỨNG DỤNG

BÁO CÁO MÔN HỌC

ĐỀ TÀI:

PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG

CỌC XI MĂNG ĐẤT

GVGD: HÀ HUY KHÁNH NHÓM THỰC HIỆN:

NGUYỄN NHẤT QUYẾT 11149112

NGUYỄN VĂN HIỂN 11149

TÔ NGỌC TÍNH 11149

11149

TPHCM, tháng 05 năm 2014

MỤC LỤC

I GIỚI THIỆU CHUNG: 4

II KỸ THUẬT THI CÔNG: 10

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, nhu cầu phát triển về cơ sở hạtầng rất lớn và cấp thiết Phần lớn các công trình được xây dựng trên nền đất hình thànhmột cách tự nhiên trong những môi trường khác nhau Do nền đất tự nhiên nhiều khichưa đáp ứng được khả năng chịu tải của các công trình như nhà cửa, cầu cống, đê đập xây dựng trên chúng, hay nói cách khác, khả năng chịu tải của chúng kém hơn so với tảitrọng dự kiến Vì vậy cần cải thiện tính chất của nền đất trong phạm vi ảnh hưởng đểchúng có thể đủ sức chịu tải trọng thiết kế Trong thực tế có nhiều phương pháp để cảithiện tính chất của nền đất yếu, một trong những phương pháp đó là xử lý nền bằng cọc

xi măng đất Một trong những thông số quan trọng khi thiết kế cọc xi măng đất là lựachọn được tỷ lệ xi măng với đất hợp lý; nó ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của vật liệu,sức chịu tải của nền và giá thành công trình

Xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng-đất đối với nước ta còn mới mẻ Một trong nhữngchỉ tiêu quan trọng khi thiết kế cọc xi măng- đất là lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất Để lựachọn tỷ lệ xi măng với đất phù hợp với từng loại đất nền cần phải xử lý, phải nghiên cứunhững ảnh hưởng của tỷ lệ xi măng với đất đến tính chất của hỗn hợp vật liệu, sức chịutải của cọc đơn, sức chịu tải của nền đất sau khi được gia cố và kinh nghiệm lựa chọn tỷ

lệ xi măng với đất đối với các loại đất khác nhau cần phải xử lý

I GIỚI THIỆU CHUNG:

1 KHÁI NIỆM:

 Cọc xi măng đất (hay còn gọi là cột xi măng đất, trụ xi

măng đất) -(Deep soil mixing columns, soil mixing

pile)

 Cọc xi măng đất là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi

gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị

khoan phun

 Cọc xi măng đất (XMĐ) là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu vớikhả năng ứng dụng tương đối rộng rãi như: Làm tường hào chống thấm cho đêđập, gia cố nền móng cho các công trình xây dựng, sửa chữa thấm mang cống

và đáy cống, ổn định tường chắn, chống trượt mái dốc, gia cố đất yếu xungquanh đường hầm, gia cố nền đường, mố cầu dẫn

 Tại Việt Nam, tiêu chuẩn thiết kế - thi công – nghiệm thu cọc xi măng đất làTCXDVN 385 : 2006

 Cũng như các phương pháp cải tạo, gia cố nền đất yếu khác, phương pháp gia

cố nền đất yếu bằng cọc xi măng đất nhằm thay đổi tính chất cơ lý của đấttheo hướng nâng cao sức chịu tải, giảm biến dạng của nền

 Nguyên lý đất trộn xi măng: Xi măng sau khi trộn với đất sẽ xảy ra một loạtcác phản ứng hoá học gây đông cứng, đóng rắn khối đất được trộn, các phảnứng hoá học chủ yếu là:

+ Phản ứng thuỷ hoá của ximăng: Ximăng + nước = Hydroxyd ngậm nước+

+ Tác dụng của hạt đất sét với các chất thuỷ hoá của ximăng: tạo thành cácchất thuỷ hoá của ximăng, tự đóng rắn thành kết cấu khung xương đá ximăng.+ Tác dụng Cacbonat hoá: Hydroxid calxi + không khí = Cacbonat canxi (kết

tủa rắn)

2 PHẠM VI ỨNG DỤNG:

 Khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu cần phải có các biệnpháp xử lý đất nền bên dưới móng công trình, nhất là những khu vực có tầng đấtyếu khá dày Một trong những biện pháp xử lý hiệu quả và kinh tế là dùng Cọc ximăng đất

 Cọc xi măng đất được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu chocác công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng…như: làm tườnghào chống thấm cho đê đập, sửa chữa thấm mang cống và đáy cống, sử dụngtường chắn, gia cố đất xung quanh đường hầm, chống trượt đất cho mái dốc, gia

cố nền đường, mố cầu dẫn…

3 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM:

 Ưu điểm:

 So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, công nghệ cọc xi măng đất có ưu điểm

là khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho đếnbùn yếu), thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều kiệnhiện trường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đã đưa lại hiệu quả kinh tế rõ rệt sovới các giải pháp xử lý khác.(nếu sử dụng phương pháp cọc bê tông ép hoặc cọckhoan nhồi thì rất tốn kém do tầng đất yếu bên trên dày Với 1 trường hợp đã ápdụng với lớp đất dày 30m, thì khi sử dụng phương pháp cọc- đất xi măng tiết kiệmcho mỗi móng xi lô khoảng 600 triệu đồng

 Ưu điểm nổi bật của cọc xi măng đất là:

Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi rocao Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc vàđạt đủ cường độ(Ví dụ tại dự án Sunrise) Tốc độ thi công cọc rất nhanh

Hiệu quả kinh tế cao Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng, đặcbiệt trong tình hình giá vật liệu leo thang như hiện nay.

Rất thích hợp cho công tác sử lý nền, sử lý móng cho các công trình ở cáckhu vực nền đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển

Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước

4 TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ:

Tại Việt Nam, tiêu chuẩn thiết kế - thi công – nghiệm thu cọc xi măng đất làTCXDVN 385 : 2006 "Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng" doViện Khoa học Công nghệ Xây dựng - Bộ Xây dựng biên soạn, Vụ Khoa họcCông nghệ Xây dựng đề nghị, Bộ Xây dựng ban hành theo Quyết định số38/2006/QĐ-BXD ngày 27 tháng 12 năm 2006

Tiêu chuẩn của nước ngoài thì có Shanghai-Standard ground treatment codeDBJ08-40-94 (Tuy nhiên trong các tài liệu tính toán này chỉ chủ yếu đề cập đếnvấn đề lực thẳng đứng là chính mà chưa thấy đề cập đến vấn đề thiết kế khi côngtrình chịu tải trọng ngang.)

5 CÁCH TÍNH TOÁN CỌC XMĐ:

Hiện nay có 3 quan điểm:

- Quan điểm xem cọc xi măng đất làm việc như cọc Sơ đồ này đòi hỏi trụ phải

có độ cứng tương đối lớn (trụ đá hoặc trụ bê tông - vibro-concrete column) vàcác trụ phải được đưa xuống tầng đất chịu tải (bearing layer) Nếu tính theo sơ

đồ này thì lực từ móng chuyền xuống sẽ chủ yếu đi vào các columns (đất nềndưới móng không chịu tải) Với trụ không được đưa xuống tầng chịu lực, cóthể dùng phương pháp tính với cọc ma sát để tính

- Quan điểm xem các cọc và đất làm việc đồng thời Nền trụ+đất dưới móngđược xem như nền đồng nhất với các số liệu cường độ c, phi được nâng cao(được tính từ c, phi của đất và của vật liệu làm trụ) Công thức qui đổi c, phitương đương dựa trên độ cứng của trụ, đất và diện tích đất được thay thế bởitrụ.(tính tóan như đối với nền thiên nhiên)

- Một số các nhà khoa học lại đề nghị tính tóan theo ca 2 phương thức trênnghĩa là sức chịu tải thì tính tóan như "cọc" còn biến dạng thì tính tóan theonền

Sở dĩ các quan điểm trên chưa thống nhất bởi vì bản thân vấn đề phức tạp, nhữngnghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm còn hạn chế Có người đề xuất cách tínhtoán như sau:

+ Tính sức chịu tải của một cọc như cọc cứng

+ Tính số cột cần thiết (Căn cứ lực tác dụng, khả năng chịu tải của đất mónggiữa các cột)

+ Tùy thuộc tỷ lệ diện tích thay thế giữa cột va đất để tính tóan tiếp

- Nếu tỷ lệ này >20% thi coi khối đất+Cột là một khối và tính tóan như một khối

móng quy ước.

- Ngược lại thì tính tóan như móng cọc

6 CÁC KIỂU BỐ TRÍ CỌC:

Tùy theo mục đích sử dụng có thể bố trí cọc theo các mô hình khác nhau Ví dụ:

Để giảm độ lún bố trí trụ đều theo lưới tam giác hoặc ô vuông Để làm tườngchắn thường tổ chức thành dãy

Hình A.1 - Thí dụ bố trí cọc trộn khô: 1 Dải; 2 Nhóm, 3 Lưới tam giác, 4 Lưới vuông

Hình A.2 - Thí dụ bố trí cọc trùng nhau theo khối

Hình A.3 - Thí dụ bố trí cọc trôn ướt trên mặt đất: 1 Kiểu tường, 2 Kiểu kẻ ô, 3 Kiểu khối, 4 Kiểu diện

Hình A.4 - Thí dụ bố trí cọc trộn ướt trên biển:1- Kiểu khối , 2- Kiểu tường, 3-Kiểu kẻ

ô, 4-Kiểu cột, 5-Cột tiếp xúc, 6- Tường tiếp xúc, 7-Kẻ ô tiếp xúc, 8-Khối tiếp xúc

1993, lượng đất gia cố bằng xi măng 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 nămthi công khoảng 2 triệu m3

Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, tổng khối lượng xử

lý bằng cọc XMĐ ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m3 Tại

Châu Âu, nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan bắt đầu từnăm 1967 Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (6m cao 8m dài) đã được xâydựng ở Phần Lan sử dụng cột vôi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu quả củahình dạng và chiều dài cột về mặt khả năng chịu tải.

Tại Việt Nam, từ năm 2002 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng cọc XMĐvào xây dựng các công trình trên nền đất, cụ thể như: Dự án cảng Ba Ngòi(Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m cọc XMĐ có đường kính 0,6m thi công bằngtrộn khô; xử lý nền cho bồn chứa xăng dầu đường kính 21m, cao 9m ở CầnThơ Năm 2004 cọc XMĐ được sử dụng để gia cố nền móng cho nhà máynước 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 lýtrong 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 XMĐ như: dự án thoát nước khu

đô thị Đồ Sơn - Hải Phòng, dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoanphụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết

bị này trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịulực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng XM đến tính chất của XMĐ, nhằm ứngdụng cọc XMĐ vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi.Nhóm đề tài cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cốngD10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An) Tại thành phố Đà Nẵng, cọc XMĐđược ứng dụng ở Plazza Vĩnh Trung dưới 2 hình thức: Làm tường trong đất vàlàm cọc thay cọc nhồi

Tại Tp Hồ Chí Minh, cọc XMĐ được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây,một số building như Saigon Times Square …Hiện nay, các kỹ sư Orbitec đang

đề xuất sử dụng cọc XMĐ để chống mất ổn định công trình hồ bán nguyệt –khu đô thị Phú Mỹ Hưng, dự án đường trục Bắc – Nam (giai đoạn 3) cũng kiếnnghị chọn cọc XMĐ xử lý đất yếu

II KỸ THUẬT THI CÔNG:

a Khoan phụt truyền thống:

Khoan phụt truyền thống (còn được gọi là khoan phụt có nút bịt) được thựchiện theo sơ đồ hình 2 Mục tiêu của phương pháp là sử dụng áp lực phụt để épvữa xi măng (hoặc ximăng – sét) lấp đầy các lỗ rỗng trong các kẽ rỗng của nền đánứt nẻ Gần đây, đã có những cải tiến để phụt vữa cho công trình đất (đập đất, thân

đê, )

Phương pháp này sử dụng khá phổ biến trong khoan phụt nền đá nứt nẻ, quytrình thi công và kiểm tra đã khá hoàn chỉnh Tuy nhiên với đất cát mịn hoặc đấtbùn yếu, mực nước ngầm cao hoặc nước có áp thì không kiểm soát được dòng vữa

sẽ đi theo hướng nào

d Khoan phụt cao áp (Jet – grouting)

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

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

Trong hai phương pháp trộn khô và trộn ướt; phương pháp trộn ướt có nhượcđiểm là thiết bị đắt tiền hơn nhưng khi áp dụng vào thực tiễn thì đạt hiệu quả caohơn nhiều so với phương pháp trộn khô

1 NGUYÊN LÝ THI CÔNG:

+ Công nghệ trộn khô (Dry Mixing): Công nghệ này sử dụng cần khoan có gắn

các cánh cắt đất, chúng cắt đất sau đó trộn đất với vữa XM bơm theo trục khoan.+ Công nghệ trộn ướt (hay còn gọi là Jet-grouting):

Phương pháp này dựa vào nguyên lý cắt nham thạch bằng dòng nước áp lực Khithi công, trước hết dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun bằng hợp kimvào tới độ sâu phải gia cố (nước + XM) với áp lực khoảng 20 MPa từ vòi bơmphun xả phá vỡ tầng đất Với lực xung kích của dòng phun và lực li tâm, trọnglực sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ được sắp xếp lại theo một tỉ lệ có qui luậtgiữa đất và vữa theo khối lượng hạt Sau khi vữa cứng lại sẽ thành cột XMĐ

2 MÁY THI CÔNG:

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

+ Công nghệ đơn pha S: Công nghệ đơn pha tạo ra các cọc XMĐ có đường kínhvừa và nhỏ 0,4 - 0,8m Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công nền đất đắp,cọc

+ Công nghệ hai pha D: Công nghệ hai pha tạo ra các cọc XMĐ có đường kính

từ 0,8 -1,2m Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công các tường chắn, cọc vàhào chống thấm

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

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

dùng xi măng và nước làm vữa phụt Cột phụt này có đường kính chỉ là 0,8 m.

hai ống phụt đồng trục dùng hỗn hợp nước -ximăng Phạm vi cọc ximăng đất được tạo có đường kính 0,8-1,5 m.

dụng 3 ống phụt đồng trục và áp lực bơm phụt tới 20-30 MPa và đường kính cọc xi măng đất được phụt tới 1,2-2,5 m.

Các dữ liệu khoan phụt điển hình được cho trong bảng dưới đây:

3 TRÌNH TỰ THI CÔNG:

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

- Định vị và đưa thiết bị thi công vào vị trí thiết kế;

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

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

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

Một khu vực đã được gia cố thành vách đào để thi công móng trong khi nhà liền kề rất sát khu đất xây dựng :

Sử dụng cọc xi măng đất làm tường chắn cho hố đào sát nhà đang tồn tại ở Vũng Tàu

Qui trình gia cố có thể như sau:

* Chế tạo dung dịch hồ xi măng :

* Kiểm tra trước khi cho máy bơm hút hồ xi măng :

* Bơm hồ xi măng xuống gia cố nền :

Một số hình ảnh cọc đất phụt xi măng trong đất :

Cột đất do phụt một ống

Cột thi công theo công nghệ 2 ống phụt :

Phạm vi sử dụng phương pháp này :

Phụt vữa xi măng vào đất được gọi là công nghệ tường xi măng đất được dùng phổ biến cho gia cố nền, làm chắc nền như gia cố dưới móng nhà, gia cố quanh hố sâu như hầm nhà ( Nhà Hàng Hải, đầu phố Kim Liên - Đại Cồ Việt ), gia cố khu vực mới đào, chống thấm cho nền công trình và cho đê, đập , tạo cứng cho nền đất yếu.

Hình trình bày cách gia cố nền chuẩn bị để làm bể nước ngầm cạnh ngôi nhà

Gia cố cho đáy hầm nhà đã có hoặc đang xây dựng.

Gia cố nền đất quanh ngôi nhà đã có

Gia cố cho nền bể nước chuẩn bị xây dựng

Gia cố vòm trên nóc hầm chuẩn bị khoét lỗ làm cửa để nối hầm đang có với hầm sắp làm.

Với công trình đập, khi cần chống thấm cho lớp đất mới đắp có thể dùng phương phápkhoan phụt :

Gia cố bờ đê, bờ đập :

Sử dụng phương pháp khoan phụt trong các trượng hợp sau :

Gia cố móng chân cầu

Gia cố bờ sông nơi chân cầu

Gia cố bờ sông sát chân cầu chống xói lở chân cầu

4 AN TOÀN LAO ĐỘNG:

Tất cả các loại máy móc, thiết bị vân hành phải tuyệt đối tuân theo quy trình thaotác và quy trình an toàn, đặc biệt là quy trình an toàn cho máy trộn và máy bơm Lắp dựng hệ thống biển báo khu vưc nguy hiểm, khu vực trụ vừa mới thi công,cấm di chuyển qua các khu vực này

Khi gặp sự cố, Nhà thầu phải có phương án xử lý được thiết kế chấp thuận.III NHẬN XÉT: