BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH ĐỊA KỸTHUẬT XÂY DỰNG

So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, giải pháp phụt vữa xi măng có ưu điểm là khả năng xử lý sâu đến 50m, thích hợp với các loại đất yếu từ cát thô cho đến bùn yếu, thi công được c

  

BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH ĐỊA KỸ

THUẬT XÂY DỰNG

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trịnh Công Vấn

Họ tên học viên: Nguyễn Thanh Ngân Lớp: 20ĐKT11-CS2

Mã số học viên: 128605860012

Tp Hồ Chí Minh – 2013

LỜI MỞ ĐẦU

Vùng Ô Môn - Xà No tương đối thấp và bằng phẳng, nằm trong vùng Tây sông Hậu, được hình thành do những hoạt động tân kiến tạo cùng với sự bồi tích phù sa sông Hậu và phù sa biển Chế độ thủy văn, thủy lực của vùng rất phức tạp Đây là vùng đất được khai khẩn tương đối sớm, hệ thống kênh rạch phát triển khá tốt phục vụ cho việc giao thông và tưới tiêu của vùng này

Vùng Ô Môn - Xà No bị chia cắt bởi mạng lưới kênh rạch chằng chịt Nguồn cấp nước ngọt cho vùng dự án là sông Hậu với lưu lượng bình quân mùa cạn vào khoảng 1200 m³/s, lưu lượng bình quân mùa lũ vào khoảng 7000 m³/s

Tuy khu vực dự án thuộc các tỉnh Hậu Giang, Kiên Giang và Thành phố Cần Thơ thuộc ĐBSCL nằm ở hạ lưu vùng châu thổ sông Mekong có nhiều thuận lợi, nhưng cũng tồn tại nhiều khó khăn hạn chế về điều kiện tự nhiên, lại ảnh hưởng bởi chế độ thuỷ văn, các khai thác từ thượng lưu và dao động của thủy triều biển Đông-biển Tây Mặt khác nền đất khu vực tương đối yếu, khả năng chịu tải kém, đòi hỏi có phương pháp thi công hợp lý đảm bảo chất lượng công trình và tiếc kiệm chi phí đầu tư Việc lập dự án thủy lợi Ô Môn- Xà No được nghiên cứu một cách khá kỹ lưỡng của các tổ chức, các nhà nghiên cứu khoa học thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau

Các hạng mục chính của dự án thủy lợi Ô Môn - Xà No bao gồm xây dựng hoàn chỉnh 113km đê bao kết hợp làm đường giao thông nông thôn có bề mặt được gia cố bằng bê tông hoặc đá cấp phối; xây dựng hệ thống cống gồm 52 cống cấp 1 (có khẩu độ 10-20m) và cống cấp 2 (có khẩu độ từ 3 đến 16m), hoàn chỉnh hệ thống kênh cấp 2 và kênh nội đồng; cấp nước sạch nông thôn…

Do nền địa chất yếu và phức tạp, nên việc khảo sát và thiết kế được quan tâm Giải pháp đầu tiên được đưa ra là, dùng móng cọc bê tông cốt thép để truyền tải trọng xuống lớp đất có sự chịu tải lớn hơn, nhưng phương pháp này làm tăng chi phí đầu tư Giải pháp được chọn là dùng cọc xi măng đất thay thế cọc bê tông cốt thép, công nghệ thi công bằng phương pháp phục vữa xi măng với áp lực cao Phương pháp này vừa thích hợp thi công trong điều kiện thực tế với không gian nhỏ, và kinh tế

PHẦN NỘI DUNG

PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ DỰ ÁN THỦY LỢI OMON-XANO

1.1 Tên dự án: Dự án khép kín tuyến đê, cống vùng Ô Môn - Xà No giai

đoạn 1, tỉnh Hậu Giang, Kiên Giang, Thành phố Cần Thơ thuộc Dự án: Quản lý thủy lợi phục vụ PTNT vùng Đồng bằng sông Cửu Long (WB6)

1.2 Địa điểm xây dựng: tỉnh Hậu Giang, Kiên Giang và Thành phố Cần

Thơ

1.3 Hình thức đầu tư: Xây dựng mới.

1.4 Chủ đầu tư : Ban Quản lý dự án đầu tư và Xây dựng Thủy lợi 10

-Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

1.5 Hình thức quản lý thực hiện dự án: Chủ đầu tư trực tiếp quản lý

thực hiện dự án

1.6 Nhiệm vụ công trình:

- Kiểm soát lũ cả năm cho khoảng 45.430 ha đất tự nhiên, đảm bảo sản xuất nông nghiệp ổn định, bảo vệ vườn cây ăn quả và hệ thống hạ tầng cơ sở

Vùng tiểu dự án Omon-Xano

- Phục vụ tưới, tiêu, xổ phèn, ngăn mặn, lấy phù sa cải tạo đất cho 38.800

ha đất nông nghiệp

- Kết hợp cấp nước dân sinh, phát triển giao thông thủy bộ, tạo nền dân

cư, cải thiện môi trường trong khu vực

1.7 Quy mô công trình:

- Các công trình được áp dụng công nghệ mới, trong đó có 6 cống dạng đập xà lan bê tông dạng bản dầm, 1 cống truyền thống và 3 cống dạng đập trụ đỡ

- Cửa van sử dụng cho các công trình gồm dạng cửa van clape và tự động, khung cửa và cối trục bằng thép không rỉ, bản mặt bằng composite

- Cầu giao thông qua công trình: Cầu tải trọng H8T, bề rộng 4,5m, nhịp biên và nhịp giữa bằng BTCT, có sử dụng dầm cầu dự ứng lực

- Quản lý hệ thống công trình bao gồm: Nhà quản lý điểm tại 2 cống trong

10 cống : bố trí tại cống Đập Đá và cống lộ 62C

PHẦN 2 THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỤT VỮA XI MĂNG ÁP LỰC CAO

2.1 Thiết kế móng ban đầu: theo đơn vị tư vấn khảo sát, thiết kế là

Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Thủy lợi II (HECII) cho biết thì nền móng ban đầu các cống này được thiết kế bằng cọc bê tông cốt thép Qua so sánh giữa phương pháp sử dụng cọc bê tông cốt thép với phương pháp phụt vữa áp lực cao thì thấy hiệu quả kinh tế của phương pháp phụt vữa áp lực cao có giá thành thấp

và chất lượng đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của dự án

2.2 Lý do chuyển đổi sang giải pháp phụt vữa xi măng:

Qua tài liệu Báo cáo khảo sát địa chất cho thấy khu vực dự án Ô Môn

-Xà No đất rất yếu nếu đưa ra biện pháp thi công cọc bê tông cốt thép sẽ tốn kém cho Chủ đầu tư vì công trình là những hệ thống cống thoát nước tác dụng đồng thời lên hệ nền đất yếu

So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, giải pháp phụt vữa xi măng có

ưu điểm là khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho đến bùn yếu), thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đã đưa lại hiệu quả kinh tế rõ rệt so với các giải pháp xử lý khác

Vì vậy giải pháp gia cố nền bằng công nghệ phụt vữa cao áp (còn gọi là Jet grounting) được chọn để thay thế cọc bê tông cốt thép

2.3 Giải pháp thiết kế:

Giải pháp xử dụng cọc xi măng đất có đường kính 600mm

Quan niệm tính toán cọc xi măng đất theo 3 quan điểm: Quan điểm xem cọc xi măng đất làm việc như cọc; Quan điểm xem các cọc và đất làm việc đồng thời và Tính toán theo cả 2 quan điểm trên (Phần mềm dùng để tính toán: Plaxis)

Hiện nay, việc tính toán sức chịu tải và biến dạng của nền gia cố bằng cọc đất - xi măng đang còn là vấn đề tranh cãi Một số nhà khoa học kiến nghị tính toán như đối với cọc cứng, số khác lại đề nghị tính toán như đối với nền thiên nhiên, có tác giả lại đề nghị tính toán sức chịu tải như đối với cọc cứng, còn biến dạng thì tính toán theo nền Sở dĩ còn nhiều những quan điểm trái ngược nhau là vì bản thân vấn đề rất phức tạp, cần phải có nhiều công trình nghiên cứu

lý thuyết và thực nghiệm làm sáng tỏ vai trò mang tải của cọc, của đất nền xung quanh cọc, nghĩa là xem cọc và nền cùng đồng thời làm việc Theo chúng tôi, vấn đề sẽ đơn giản hơn nhiều nếu quan niệm nền đất yếu đã được gia cố là một nền mới, có tính chất cơ lý mới Rõ ràng là, trước khi gia cố, nền thiên nhiên là một nền đất yếu với các tính chất cơ lý không đáp ứng được yêu cầu xây dựng Sau khi gia cố, các chỉ tiêu cơ lý đã thay đổi một cách đáng kể như độ ẩm, hệ số rỗng giảm, khối lượng thể tích, lực dính, góc ma sát trong tăng nhờ các quá trình nén chặt cơ học, cố kết và tác dụng của các phản ứng hoá lý giữa xi măng và đất nền trong quá trình gia cố Vì vậy, việc tính toán sức chịu tải và độ lún của nền sau gia cố có thể tính như đối với nền thiên nhiên Tuy nhiên, cần phân biệt hai trường hợp là trường hợp thi công nhanh và trường hợp thi công chậm

a Trường hợp thi công chậm:

Khi gia cố nền, tức là đã tác dụng một tải trọng ngoài vào nền đất (tải trọng đó là khối lượng vật liệu xi măng đưa vào nền) gây ra quá trình nén chặt

cơ học (do thể tích vật liệu xi măng chiếm chỗ thể tích lỗ rỗng trong đất), quá trình cố kết của đất nền (do hút nước làm đông cứng vữa xi măng, thoát nước do

áp lực hữu hiệu tăng, áp lực nước lỗ rỗng giảm) và các phản ứng hoá lý của xi măng, đất với môi trường đất yếu Các quá trình này xảy ra đồng thời ngay sau khi bắt đầu gia cố nền nhưng kết thúc vào các thời điểm khác nhau Quá trình nén chặt cơ học sẽ kết thúc ngay sau khi hoàn thành gia cố Quá trình cố kết của đất nền và tác dụng hoá lý của xi măng với đất nền sẽ kết thúc muộn hơn và sau bao lâu sẽ kết thúc thì cần phải có nghiên cứu chi tiết Do vậy, nếu sau khi gia

cố một thời gian, khi mà quá trình cố kết và các phản ứng hoá lý của môi trường

đã kết thúc, mới xây dựng công trình thì rõ ràng là, nền đất gia cố đã trở thành một nền mới, ứng suất trong nền gia cố đã được phân bố lại, tính chất cơ lý của nền đã thay đổi với các giá trị mới

b Trường hợp thi công nhanh:

Trường hợp thi công nhanh, nghĩa là, sau khi quá trình gia cố nền kết thúc thì tiến hành xây dựng công trình ngay Lúc này, chỉ có quá trình nén chặt cơ học là kết thúc, còn quá trình cố kết và các phản ứng hoá lý của môi trường vẫn tiếp diễn Tuy nhiên, quá trình nén chặt cơ học mới là chủ yếu, mà quá trình này thì đã kết thúc ngay sau khi gia cố Do vậy, việc tính toán nền, theo chúng tôi, vẫn có thể tiến hành như đối với trường hợp thi công chậm, nhưng có lưu ý đến

tác dụng của quá trình cố kết và phản ứng hoá lý của môi trường còn chưa kết thúc, bằng cách đưa thêm vào áp lực gây lún một trị số nào đó của "áp lực gia cố" do trọng lượng vật liệu xi măng gây ra Trị số này có thể ước tính bằng 1/2 "áp lực gia cố" Một số nhà chuyên môn có thể thắc mắc, khi tính như vậy thì khối lượng xi măng đưa vào nền mất đi đâu ? Tại sao lại không đưa toàn bộ tải trọng này vào giá trị áp lực gây lún của công trình mà lại chỉ đưa vào một giá trị nào đó ? Thực ra, việc đưa thêm vào trị số áp lực gây lún một giá trị bằng 1/2 "áp lực gia cố" cũng chỉ mang tính quy ước dựa vào các phân tích

cơ sở phương pháp luận của vấn đề Chúng tôi cho rằng, khối lượng cát - xi măng - vôi đưa vào nền có thể coi là một tải trọng ngoài Dưới tác dụng của tải trọng này, trong nền đất sẽ xuất hiện ứng suất phụ thêm z gây biến dạng nền (cả theo phương dọc và phương ngang) Trị số của ứng suất phụ thêm bằng :

z = s + U Trong đó,

- s: ứng suất hữu hiệu do hạt đất tiếp thu

- U: ứng suất trung tính do nước tiếp thu

Cùng với thời gian, ứng suất hữu hiệu tăng lên, ứng suất trung tính giảm

đi, nhưng ở bất kỳ thời điểm nào trong nền đất vẫn tồn tại mối tương quan trên Trong trường hợp thi công chậm, các quá trình nén chặt cơ học, cố kết và phản ứng hoá lý giữa xi măng và môi trường đã kết thúc Khi đó toàn bộ tải trọng ngoài (lượng cát - xi măng - vôi) do hạt đất tiếp thu (z = s ), ứng suất trung tính bị triệt tiêu (U=0), biến dạng nền đạt trị số ổn định, nền được nén chặt hoàn toàn, trở thành một nền mới Trong trường hợp thi công nhanh, chỉ quá trình nén chặt cơ học là kết thúc, còn quá trình cố kết và các phản ứng hoá

lý giữa xi măng, vôi và nền chưa kết thúc, nền đất chỉ biến dạng một phần, phần còn lại vẫn tiếp tục diễn ra cùng với quá trình nén lún do tải trọng công trình xây dựng

Như vậy, có thể quy ước, một nửa lượng xi măng đã truyền cho hạt đất làm nền bị biến dạng, tương ứng với quá trình nén chặt cơ học đã kết thúc; còn một nửa lượng xi măng sẽ vẫn tiếp tục gây ra biến dạng nền, tương ứng với quá trình cố kết và tác dụng hoá lý giữa xi măng, vôi và đất nền Do đó, khi tính lún công trình cần thêm vào trị số áp lực gây lún một giá trị bằng một nửa khối lượng xi măng đưa vào nền Với quan niệm như vậy, độ lún của nền sau gia cố

có thể được tính bằng phương pháp cộng lún từng lớp

PHẦN 3 CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA ÁP LỰC CAO ÁP DỤNG CHO THIẾT KẾ

XỬ LÝ NỀN CÁC CỐNG THUỘC DỰ ÁN:

Công nghệ jet grouting là một công nghệ trộn sâu dạng ướt (wet mixing) Hiện nay nước ta chưa có thuật ngữ khoa học tiếng Việt chính thức để gọi tên công nghệ này Tạm thời, chúng tôi đề xuất thuật ngữ "khoan phụt cao áp", để

phân biệt với các công nghệ khoan phụt sử dụng áp suất thấp hơn (210 atm) và

cơ chế nút bịt đã có mặt ở nước ta từ nhiều năm nay

Công nghệ khoan phụt cao áp (KPCA) được phát minh ở Nhật Bản năm

1970 Sau đó các công ty của Ý, Đức đã mua lại phát minh trên và đến nay nhiều công ty xử lý nền móng hàng đầu thế giới hiện nay như công ty Layne Christensen (Mỹ), Bauer (Đức), Keller (Anh), Frankipile (Úc) đều có sử dụng công nghệ này Trải qua hơn ba mươi năm hoàn thiện và phát triển, đến nay công nghệ này đã được thừa nhận rộng khắp, được kiểm nghiệm và đưa vào tiêu chuẩn ở các nước phát triển trên thế giới

Khoan phụt vữa cao áp là một quá trình bê tông hoá đất Nhờ có tia nước

và tia vữa phun ra với áp suất cao (200-400 atm), vận tốc lớn (100 m/s), các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hoà trộn với vữa phụt đông cứng tạo thành một khối “Xi măng-đất” đồng nhất - tạm gọi là xi măng-đất

Công nghệ thi công cọc xi măng đất:

Sơ đồ dây chuyền thiết bị khoan phụt vữa cao áp (Jet-grouting)

Hiện nay trên thế giới có hai công nghệ được áp dụng phổ biến là công nghệ của Châu Âu và công nghệ của Nhật Bản

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

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

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

Mỗi phương pháp trộn (khô hoặc ướt) có thiết bị giây chuyền thi công kỹ thuật, thi công phun (bơm) trộn khác nhau

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

+ Công nghệ đơn pha S: Công nghệ đơn pha tạo ra các cọc xi măng đất

có đường kính vừa và nhỏ 0,4 - 0,8m Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công nền đất đắp, cọc

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

+ Công nghệ ba pha T: Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất mà không xáo trộn đất Công nghệ T sử dụng để làm các cọc, các tường ngăn chống thấm,

có thể tạo ra cột Soilcrete đường kính đến 3m

Hiện nay ở Việt Nam, Trung tâm Công nghệ Máy xây dựng và Cơ khí thực nghiệm thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải đã nghiên cứu và chế tạo thành công thiết bị điều khiển và định lượng xi măng để thi công cọc đất gia cố Qua đó, Trung tâm đã làm chủ được việc chế tạo hệ điều khiển,

hệ định lượng và phun xi măng; tổ hợp thiết bị thi công cọc gia cố đã được ứng dụng thành công và cho hiệu quả cao tại công trường

So với sản phẩm cùng loại của CHLB Đức, thiết bị do Trung tâm chế tạo

có tính năng kỹ thuật tương đương nhưng giá thành chỉ bằng 30% So với thiết

bị của Trung Quốc, thiết bị có nhiều tính năng ưu việt hơn hẳn: Do sử dựng máy

cơ sở là loại búa đóng cọc di chuyển bằng bánh xích, nên tính cơ động cao, tốc

độ làm việc của thiết bị khoan lớn, năng suất gấp 1,5-2 lần Đặc biệt, tổ hợp thiết

bị được trang bị hệ thống điều khiển hiện đại, toàn bộ các thao tác thi công cọc gia cố được tự động hóa theo các chương trình, các số liệu về lượng xi măng sử dụng trên từng mét cọc được hiển thị, lưu giữ và in thành bảng kết quả thi công cho từng cọc Đây chính là những chỉ tiêu rất quan trọng đánh giá chất lượng của thiết bị cũng như chất lượng của cọc gia cố được thi công

Đây là lần đầu tiên ở trong nước chế tạo được tổ hợp thiết bị thi công cọc gia cố Thiết bị có giá thành thấp, phù hợp với khả năng tài chính của các đơn vị thi công Thiết bị cũng được các nhà thầu sử dụng để thi công tại sân bay Trà Nóc

PHẦN 4 THỰC TẾ THI CÔNG PHỤT VỮA XI MĂNG TẠI HIỆN TRƯỜNG:

Máy bơm vữa cao áp kết hợp thiết bị khoan tại hiện trường cống

4.1 Phương pháp thi công:

Cọc xi măng đất (hay còn gọi là cột xi măng đất, trụ 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 (Cọc có đường kính D = 600 mm, chiều dài cọc L= 32m) 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) Phương pháp xử lý bằng cọc đất - xi măng khá đơn giản: bao gồm một máy khoan với hệ thống lưới có đường kính thay đổi tuỳ thuộc theo đường kính cột được thiết kế và các xi lô chứa xi măng có gắn máy bơm nén với áp lực lên tới 12 kg/cm2 Trong quá trình khoan lưỡi được thiết kế để trộn đầu đất và xi măng, xi măng khô được phun định lượng liên tục và trộn đều tạo thành những cọc đất - xi măng đường kính 600mm

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 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

4.2 Quy trình thi công:

Quy trình thi công cọc ximăng-đất bằng phương pháp Jet grouting thể hiện trong sơ đồ sau đây:

Bước 1: Máy khoan khoan tạo lỗ xuống tới cao trình thiết kế

Bước 2: Tiến hành phụt vữa Vữa được bơm từ máy bơm cao áp qua hệ thống đường ống áp lực đến máy khoan và phụt ra theo phương ngang tại đầu cần khoan Trong suốt quá trình phụt vữa, cần khoan luôn luôn xoay và rút lên Vữa phụt vừa phá vỡ kết cấu vừa trộn với đất xung quanh cần khoan tạo thành cọc ximăng đất

Sơ đồ thi công cọc ximăng đất dùng phương pháp Jet grouting

4.3 Một số sự cố trong quá trình thi công: