Ứng dụng trụ đất xi măng để xử lý đất yếu đoạn đường dẫn vào cầu cầu ranh, tỉnh an giang

1NHIỆM VỤ LUẬN VĂNMở đầuChương 1. Tổng quan về các giải pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng .Chương 2. Cơ sở lý thuyết tính toán trụ đất xi măng để xử lý nền đất yếu.Chương 3. ứng dụng trụ đất xi măng để xử lý đoạn đường dẫn vào cầu Ranh, tỉnh An Giang.Kết luận, kiến nghị

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Thành phần Hội đồng đánh giá đề cương Luận văn thạc sĩ gồm:

1 GS TSKH NGUYỄN VĂN THƠ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : NGUYỄN QUỐC VĨNH PHÚ MSHV : 1670172

Tài liệu tham khảo

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 04 tháng 12 năm 2018

: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Nơi sinh : AN GIANG

Mã ngành : 60580211

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS LÊ ANH TUẤN

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên học viên xin gửi lời cám ơn đến quý Thầy, Cô trong Bộ Môn Địa Cơ NềnMóng - khoa Kỹ thuật xây dụng, truờng Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã luônquan tâm, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiêm quý báu trong suốt thời gian học tập tạitruờng giúp học viên hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn thầy PGS TS Võ Phán, nguời Thầy đã hết lòng huớng dẫn góp

ý để học viên hoàn thành luận văn này, các thầy cô đã tạo điều kiện, giúp đỡ học viên có môitruờng học tập và thục hiện luận văn này

Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy Cô Gia Đình và bạn bè lòng biết ơn sâu sắc, đã độngviên học viên trong suốt quá trình thục hiện luận văn

Tuy vậy, với những hạn chế về số liệu cũng nhu thời gian thục hiện, chắc chắn luận văn

sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong đuợc sụ đóng góp ý kiến từ quý Thầy, Cô, đồngnghiệp và bạn bè để luận văn thêm hoàn thiện và có đóng góp vào thục tiễn

Trân trọng cám ơn !

TP Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 12 năm 2018

Học viên

Nguyễn Quốc Vĩnh Phú

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Nhằm tìm hiểu chuyên sâu về ứng xử và nghiên cứu ứng dụng công nghệ trụ đất xi măngtrong gia cố nền đuờng trên đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long, cụ thể là tuyến đườngliên tỉnh ĐT.945, tỉnh An Giang Luận văn trình đã thực hiện các phần tính toán như: kiểm tra ổnđịnh mái dốc cho công trình đường trên đất yếu, tính toán trụ đất xi măng bằng các phương phápgiải tích cũng như phương pháp phần tử hữu hạn, từ đó áp dụng các kết quả từ thí nghiệm trongphòng vào tính toán công trình thực tế ứng dụng trụ đất xi măng được tính theo 2 quan điểm vào

xử lý nền đất yếu được tính theo 2 quan điểm là nền tương đương và theo viện kỹ thuật Châu ÁAIT, tính toán xác định chiều dài, đường kính trụ và khoảng cách giữa các trụ đất xi măng đối vớikhu vực tỉnh An Giang Phương pháp phần tử hữu hạn được thực hiện trong luận văn thông qua

mô hình hóa nền đường bằng phần mềm Plaxis 2D; mô hình trụ đơn và nhóm trụ bằng phần mềmPlaxis 3D với mô hình Mohr-Coulomb Kết quả cho thấy tính toán theo phương pháp giải tíchcho ra độ lún của nền đường dẫn vào cầu Ranh lớn hơn 14% so với phương pháp phần tử hữuhạn

Aiming to examine the behaviors and application of cement deep mixing technology to groundimprovement in Mekong delta, especially interdepartmental road ĐT.945, An Giang province.The thesis described the calculation results of cement deep mixing piles (CDM), such as:calculation of slope stability, analytical methods, and finite element method; therefrom thepurpose is to check the testing results from the laboratory and apply to realistic project Theapplication of CDM piles for soft soil treatment is based on two points of view, equivalentbackground and Asian Institute of Technology (AIT), including determination of length, diameterand distance between CDM piles in the actual cfrcumstance The finite element method isimplemented in this thesis by using the Plaxis 2D software, and Plaxis 3D software The resultsshow that analytical method provided the settlement of the guiding raod adjacent to the bridgeabutment much larger than 14% those from the finite element method

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy

PGS.TS Võ Phán.

Các so sánh, đánh giá, kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác.

Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình.

Tp Hồ Chi Minh, ngấy 04 tháng 12 năm 2018

Học Viên

Nguyễn Quốc Vĩnh Phú

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tinh cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1

3 Phuong pháp nghiền cứu 2

4 Tính khoa học và thục tiễn của luận văn 2

4.1 Tính khoa học 2

4.2 Tính thực tiễn 2

5 Hạn chế của đề tài 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐÊ xử LÝ ĐẤT YẾU 4

1.1 Lịch sử phát triển và ứng dụng trụ đất xi măng 4

1.1.1 ửng dụng công nghệ trụ đất xì măng trong gia cố nền đất yếu trên thế giới 4

1.1.2 ửng dụng công nghệ trụ đất xì măng ở Việt Nam 5

1.2 Một số hình ảnh công trình trụ đất xỉ măng trên thế giới và Việt Nam 5

1.2.1 Sân bay Trà Nóc cần Thứ 5

1.2.2 Khách sạn Vĩnh Trung Plaza Đà Nắng 6

1.2.3 Cảng Sao Mai Bến Đình Vũng Tàu 7

1.2.4 Cao tốc Hạ Long -Hải Phong 7

1.3 Các yếu tố của đất ảnh hưởng đến cường độ trụ đất xi măng 8

1.4 Nguyên lý làm việc của trụ đất xi măng 10

1.5 Một số dữ liệu về trụ đất xỉ măng 11

1.6 Sư đồ bố trí trụ đất xỉ măng và ứng dụng của trụ đất xi măng 12

1.7 Công nghệ thi công trụ đất xỉ măng 13

1.7.1 Phương pháp thi công trộn khô (Dry Mixing) 13 1.7.2 Phương pháp thi công trộn ướt (Wet Mixing, Jet-grouting) _14 1.8 Các tiêu chí và nguyên tắc xử lý nền đường dẫn vào cầu 17

1.8.1 Các tiêu chí để lựa chọn giải pháp áp dụng cho một cóng trình cụ thể Y1 1.8.2 Nguyên tắc xử lý nền đường dẫn vào cầu 18 1.9 Nhận xét 18

CHƯƠNG 2: cơ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TRỤ ĐẮT XI MĂNG ĐỂ xử LÝ ĐẮT YẾU 20

2.1 Cư sở lý thuyết tính toán trụ đất xi măng 20

2.2 Phưưng pháp tính toán theo quan điểm làm việc như trụ 20

2.2.1 Đánh giá ẩn định trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn 1 _20 2.1.2 Đánh giá ẩn định trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn 2 21 2.1.3 Theo quan niệm tính toán như nền tương đương 21

2.3 Quan niệm hỗn họp 22

2.3.1 Sức chịu tữ trụ đơn 22

2.3.2 Khả năng chịu lực tới hạn của nhóm trụ đất xì măng 24

2.3.4 Tính toán biến dạng 25

2.4 Cừ sở lý thuyết xử lý đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu bằng trụ đất xỉ măng 26

2.4.1 Tính toán các thông số trụ đất xì măng 26

2.4.2 Ước lượng độ lún s của nền đường dẫn sau khi đã gia cố bằng trụ đất xì măng 27

2.5 Cư sở lý thuyết mô hình Plaxỉs 27

2.5.1 Lịch sử phát triển 27

2.5.2 Mô hình tính toán PTHH _28 2.5.3 Phân tích, lụa chọn mô hình để phục vụ cho mô phỏng bài toán: 32

2.6 Nhận xét 32

CHƯƠNG 3: ÚNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐÊ xử LÝ ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU RANH, TỈNH AN GIANG 34

3.1 Giới thiệu chung 34

3.1.1 Đặc điểm địa chắt đường dẫn vào cầu Ranh 38

3.1.2 Thông sổ chỉ tiêu cơ lý các lớp đất khảo sát 39

3.1.3 Đặc điểm thủy văn, địa chất thủy văn khu vực khảo sát 42

3.2 Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng trụ đất xỉ măng 42

3.2.1 Sổ liệu tính toán 42

3.2.2 Trình tự tính toán thiết kế trụ đất xi măng cho một đoạn giáp mổ cầu 43

3.3 Tính toán thiết kế phưưng án trụ đất xỉ măng theo phưưng pháp giải tích 58

3.4 Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu đưực xử lý bằng trụ đất xỉ măng theo phưưng pháp phần tử hữu hạn 65

3.4.1 Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 65 3.4.2 Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) _66 3.4.3 Mô hình phần tử hữu hạn 66 3.4.4 Phăn tích Eso cửa trụ xi măng đất _72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89

Kết luận 89

Kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

HĨNH ÁNH VÁ BIÊU Đô Hình 1.1 Sân bay Trà Nóc cần Thơ 6

Hĩnh 1.2 thỉ công khách sạn Vĩnh Trung Plaza Đà Nang 6

Hình 1.3 Cảng Sao Mai Bển Đình 7

Hĩnh 1.4 Cao tốc Hạ Long - Hải Phòng 8

Hĩnh 2.1 Sơ đồ phá hoại của đẩt dính gia cố bằng trụ xi măng-đẩt 22

Hĩnh 2.2 Quan hệ ứng suất - biển dạng vật liệu xi măng đất 23

Hình 2.3 Sơ đồ tính toán biến dạng 25

Hình 2.4 Sơ đồ tải trọng truyền cho trụ 25

Hình 2.5 Tính toán chênh lệch lún 26

Hĩnh 2.6 Mặt cẳt dọc đường dẫn vào cầu được xử lý bằng trụ đất xi măng 26

Hĩnh 2.7 Quan hệ ứng suất và biển dạng của mô hình Mohr Coulomb 28

Hình 2.8 Mô hình Mohr Coulomb trong không gian 29

Hĩnh 2.9 Mặt thế năng dẻo của mô hình Mohr Coulomb 29

Hình 2.10 Mô hình Hardening soil 30

Hình 2.11 Mô hĩnh Hardening soil trong hệ trục không gian 31

Hình 2.12 Đàn hồi 31

Hình 2.13 Tăng bền cẳt 31

Hình 2.14 Tăng bền theo thể tích và cẳt 32

Hình 2.15 Tăng bền theo thể tích 32

Hĩnh 3.1 Tuyến đường liên tỉnh 945 35

Hình 3.2 VỊ trí dự án cầu Ranh 35

Hình 3.3 Mặt cắt dọc cầu 36

Hình 3.4 Mặt cắt trên mo trụ cầu 37

Hình 3.5 Mặt cắt trên trụ cầu 37

Hình 3.6 Trụ địa chất tại HK1 và HK2 vị tri đường dẫn vào cầu 38

Hình 3.7 Sơ bộ về đường dẫn cầu Ranh 43

Hình 3.8 Xác định hệ so an toàn bằng cách thủ đủng dần vòng tròn ma sát 45

Hình 3.9 Phương pháp phân mảnh 46

Hình 3.10 Phương pháp cung trượt tròn của Bishop 49

Hình 3.11 Thiết lập mô hình hình học các lớp địa chất 51

Hình 3.12 Nhập thông so địa chất các lớp địa chất 52

Hĩnh 3.13 Gán các lớp địa chẩt vào mô hình 53

Hình 3.14 Kết quả tỉnh toán ổn định trượt cho trường hợp không sử dụng trụ CDM 54

Hình 3.15 Thiết lập mô hình hình học các lớp địa chẩt 55

Hình 3.16 Nhập thông số địa chẩt các lớp địa chẩt 56

Hình 3.17 Gán các lớp địa chẩt vào mô hình 57

Hĩnh 3.18 Kết quả tỉnh toán ổn định trượt cho trường hợp sử dụng trụ CDM 58

Hình 3.19 Sơ đồ xác định Lp, Ls 59

Hình 3.20 Sơ đồ bố trí trụ xỉ mãng đẩt 60

Hình 3.21 Mặt bằng bố trí trụ đoạn 1 đường dẫn vào cầu 61

Hình 3.22 Mô phỏng bài toán trong Plaxỉs 2D 67

Hĩnh 3.23 Các phase tỉnh toán theo giai đoạn thỉ công 67

Hình 3.24 Chuyển vị lớn nhất của đường sau khỉ hoàn thiện xong 68

Hình 3.25 Chuyển vị lớn nhất của đường sau khi cố kết hoàn toàn 68

Hình 3.26 VỊ trí điểm cần tính toán 69

Hình 3.27 Độ lún tại tim đường (điểm A) và mép đường (điểm B) 69

Hĩnh 3.28 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tạỉ đỉểm c 70

Hĩnh 3.29 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tạỉ đỉểm D 70

Hĩnh 3.30 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tạỉ đỉểm E 71

Hĩnh 3.31 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo độ sâu 71

Hình 3.32 Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng thặng dư 72

Hình 3.33 Thiết lập bài toán 3D 73

Hĩnh 3.34 Thiết lập thông số hình học cho trụ 73

Hĩnh 3.35 Nhập thông số địa chất các lớpđẩt cho bài toán 3D 74

Hĩnh 3.36: Nhập thông số tẩm thép đầu trụ 74

Hình 3.37: Chia lưới phần tủ hữu hạn 2D 75

Hình 3.38: Chia lưới phần tử hữu hạn 3D 76

Hình 3.39 Khai báo tải trọng 100% Qtk 77

Hình 3.40 Khai báo tải trọng 150% Qtk 77

Hĩnh 3.41 Khai báo các giai đoạn tính toán cho trụ CDM 77

Hình 3.42 Chọn vị trí tính toán và xuãt két quả 78

Hĩnh 3.43 Cửa số tính toán trong Plaxis 3D Foundation 78

Hĩnh 3.44 Độ lún trụ xỉ măng đẩt ứng với 100% Qtk 79

Hĩnh 3.45 Độ lún đầu trụ và mũi trụ ở cấp tải 100% Qtk 79

Hĩnh 3.46 Độ lún trụ xỉ măng đẩt ứng với 100% Qtk 81

Hĩnh 3.47 Độ lún trụ xỉ măng đẩt ứng với 150% Qtk 81

Hĩnh 3.48 Độ lún đầu trụ và mũi trụ ở cẩp tải 100% Qtk 83

Hình 3.49 Mô hình 3D của nhóm trụ CDM 84

Hình 3.50 Chia lưới 2D cho hệ nhóm trụ CDM 85

Hĩnh 3.51 Chia lưới 3D cho hệ nhóm trụ CDM 85

Hĩnh 3.52 Các gia đoạn tính toán cho hệ nhóm trụ CDM 86

Hĩnh 3.53 Độ lún trụ xỉ măng đẩt ứng với 100% Qtk 86

Hĩnh 3.54 Độ lún trụ xỉ măng đẩt ứng với 150% Qtk 87

BÁNG BIÊU

Bảng 1.1 Bảng tổng hợp tỷ lệ xỉ măng với các loại đẩt khác nhau 9

Bảng 1.2 Tỷ lệ xỉ măng với đẩt của các loại đẩt khác nhau theo hệ thống phân loại Unified (Mitchell and Freitag, 1959 ) 9

Bảng 3.1 Các thông số chỉ tiêu cơ lỷ của Lớp 1 39

Bảng 3.2 Các thông số chỉ tiêu cơ lỷ của Lớp 3a 39

Bảng 3.3 Các thông số chỉ tiêu cơ lỷ của Lớp 4a 40

Bảng 3.4 Các thông số chỉ tiêu cơ lỷ của Lớp 5b 41

Bảng 3.5 Chỉ tiêu cơ lỷ các lớp đẩt khảo sát tại hố khoan HK1 và HK2 41

Bảng 3.6: Phương trình cân bằng khỉ xét ổn định theo các tác giả 50

Bảng 3.7: Lực tương tác giữa các phân mảnh theo các tác giả khác nhau 50

Bảng 3.8 Tinh lún của đẩt nền tự nhiên dưới mũi trụ đất gia cố 65

Bảng 3.9 Thông số đầu vào mô hĩnh Plaxỉs 75

Bảng 3.10 Bảng tổng hợp kết quả nén tình trụ đơn 82

Bảng 3.11 Bảng tổng hợp kết quả nén tình nhóm trụ 88

Bề rộng của tiết diện chữ nhậtChiều dài tính toán của trụChiều dài đoạn cọc lớn nhất khi chưa ép vào đấtSức chịu tải cho phép tính toán

Sức chịu tải tiêu chuẩn của trụ

Hệ số an toànCường độ đất nền dưới mũi cọcLực ma sát đơn vị của đất ở mặt bên của cọc

Hệ số điều kiện làm việc của trụtrong đất, lấy bằng 1.0

Hệ số điều kiện làm việc của đấtSức chịu tải cực hạn của cọcSức chịu tải cực hạn do ma sátSức chịu tải cực hạn do kháng mũi

Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên

Hệ số an toàn cho sức kháng mũi cọcLực ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ i tác dụng lên trụChiều dài của lớp đất thứ i mà trụ đi qua

Lực dính giữa thân trụ và đấtGóc ma sát giữa trụ và đất nềnứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ I theo phương ngang

Hệ số áp lực ngangứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ i theo phương đứngTrọng lượng riêng hữu hiệu của đất

Diện tích tiết diện ngang mũi trụ

q p (kN/m2) : Cường độ chịu tải của đất dưới mũi ưụN c ;N 9 ;N : Hệ số sức chịu

tải phụ thuộc vào gốc ma sát của đất dưới mũi trụ

BTCT Bê tông côt thép

hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm

So m : Độ lún ban đầu.

MỞ ĐẦU

1 Tinh cấp thiết của đề tài

- Ngày nay, để thúc đẩy việc giao lưu văn hoá và phát triển kinh tế xã hội vùng Đồng Bằng SôngCửu Long (ĐBSCL), Bộ Giao Thông Vận Tải đang triển khai thực hiện 16 dự án đầu tư kết cấu

hạ tầng giao thông quan trọng trong năm 2017 với gần 89 nghìn tỷ đồng Tuy nhiên đặc điểm cơbản ảnh hưởng đến cơ sở hạ tầng của ĐBSCL là đất yếu trên toàn lãnh thổ, lũ lụt hàng năm chiếmgần 50% lãnh thổ và kênh rạch chằng chịt Tại đây, cấu trúc nền thường rất phức tạp, gồm nhiềulớp đất yếu, có chiều dày lớn, phân bố ngay trên mặt Khi xây dựng nền đường, việc lựa chọn giảipháp thiết kế nền móng thường gặp nhiều khó khăn, khó khăn là ở chỗ, chọn giải pháp vừa đápứng được yêu cầu của kết cấu, vừa đảm bảo tiến độ thi công và giá thành hợp lý Hiện nay, việc

xử lý nền đất yếu khi xây dựng nền đường đã và đang áp dụng những biện pháp như: thay thếmột phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu bằng lớp vật liệu có chỉ tiêu cơ lý tốt hơn, sử dụng vật liệu địa

kỹ thuật, bấc thấm, trụ cát, giếng cát, trụ đất gia cố xi măng

- Chính vì điều kiện địa lý sông ngòi chằng chịt việc kết nối giao thông gặp rất nhiều khó khăntrong xây dựng những tuyến đường và cầu liên tỉnh khi xây dựng cơ sở hạ tầng, đặc biệt là xử lýlún cho nền đường Thông thường giải pháp xử lý hay sử dụng là giếng cát kết hợp với bấc thấm,tuy nhiên do đoạn đường dẫn vào cầu có khối lượng đất đắp rất cao nên phải tốn rất nhiều thờigian để xử lý đất yếu bằng giếng cát kết hợp bấc thấm Việc xử lý lớp đất yếu này khá phức tạp

để khống chế độ lún cũng như là đẩy nhanh thời gian thi công Phương án trụ đất trộn xi măng(Cement Deep Mixing) đã được đề xuất với những ưu điểm thời gian thi công nhanh, công nghệkhông quá phức tạp và xử lý khá triệt để vấn đề lún của công trình Để hiểu rõ về sự làm việc củatrụ CDM trong điều kiện địa chất đó, thì việc phân tích ứng xử của trụ đất xi măng khi gia cố đấtyếu cho đoạn đường dẫn vào cầu cầu Ranh thuộc tuyến đường liên tỉnh ĐT.945 là cần thiết, nhằmthấy được hiệu quả khi xử lý nền đường bằng trụ CDM Dựa trên thực tế đó, học viên lựa chọn đề

tài: “ửng Dụng Trụ đất xì măng Để Xử Lý Đất Yếu Đoạn Đường Dan Vào cầu cầu Ranh,

Tỉnh An Giang”

2 Mục tiều nghiền cứu của đề tài

- Nghiên cứu về công nghệ xử lý đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu bằng trụ đất xi măng đểtìm ra độ lún của nền đường

3 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí thuyết tính toán ổn định và biến dạng cho công trình trên nền đất yếu

- Nghiên cứu các lý thuyết tính toán trụ đất xi măng và áp dụng tính toán khả năng chịu tải, độlún, sức kháng cắt để gia cố dưới nền đất yếu

- Phương pháp giải tích dựa trên số liệu của các nghiên cứu đã có

- Phương pháp mô phỏng: áp dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng sự làm việc của hệ trụ đất ximăng, từ đó đánh giá sự chênh lệch giữa số liệu trong tính toán và thực tế và đưa ra đề nghị chothiết kế trong tương lai

4 Tính khoa học và thực tiễn của luận văn

4.1 Tính khoa học

- Công nghệ trụ đất xi măng được ứng dụng trong việc gia cố nền đường dẫn đã giải quyết vấn

đề ổn định mái dốc, chống lún cục bộ, lún không đều cho nền đường dẫn

- Góp phần làm rõ hơn mối quan hệ giữa các thông số cọc CDM từ kết quả trong phòng thínghiệm và hiện trường Từ đó đưa ra những thông số tương quan áp dụng cho công trình ngoàithực tế

4.2 Tính thực tiễn

- Hiện nay, việc lựa chọn hàm lượng, tuổi ngày của xi măng ảnh hưởng rất lớn đến cường độchịu nén của mẫu xi măng đất Tuy nhiên, nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy tùy theo địa chấtkhu vực mà sự ảnh hưởng của hàm lượng xi măng, sự gia tăng cường độ của xi măng của trụ đất

xi măng theo thời gian rất khác nhau

- Bằng các kết quả thực tiễn, đề tài góp một phần nhỏ vào kết quả nghiên cứu chung trên cáckhu vực đất yếu tại khu vực cầu Ranh, An Giang nói riêng và đất yếu khu vực đồng bằng sôngCửu Long nói chung

5 Hạn chế của đề tài

- Do thời gian, khả năng còn hạn chế nên tác giả chỉ tiến hành mô phỏng kiểm tra lại kết quả từcác thí nghiệm hàm lượng xi măng có sẵn trong hồ sơ

- Chỉ có số liệu thí nghiệm của 1 công trình, nên các tính toán và kết luận chỉ mang tính chấtcục bộ, cần thực hiện tính toán trên nhiều công trình có cấu tạo địa chất tương tự để đánh giá khảnăng áp dụng sâu rộng, đặc biệt cho khu vực đồng bằng sông Cửu Long

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÈ GIẢI PHÁP TRỤ ĐẤT

XI MĂNG ĐẺ XỬ LÝ ĐẤT YẾU

1.1 Lịch sử phát triển và ứng dụng trụ đất xi măng

1.1.1 ứng dụng công nghệ trụ đất xi măng trong gia cố nền đắt yếu 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 trụ trộn tại chỗ, gọi là “Mixed In Place Pile”, (gọi tắt là phương pháp MIP) dùngchất Hên kết là vôi do nước Mỹ nghiên cứu thành công đầu tiên sau Đại chiến thế giới thứ 2 năm

1954, khi đó dùng trụ có đường kính từ 0.3 - 0.4 m, dài 10 -12 m Nhưng cho đến 1996 trụ đất gia

cố xi măng với mục đích thương mại mới được sử dụng với số lượng lớn

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

Từ những năm 1970 và đến những năm 1980, các công trình nghiên cứu và ứng dụng tập trungchủ 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 bảnsách hướng dẫn những thông

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

Tại Đông Nam Á, trụ đất - vôi hay xi măng chưa được thông dụng vì lý do chủ yếu là các máymóc 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 mặtmạnh của CDM Khi mới phát minh, yêu cầu đối với CDM ban đầu chỉ là nhằm đạt được cường độcao và chi phí thấp; nhưng gần đây do những nan giải trong xây dựng đã đặt ra những yêu cầu caohơn về sự tin cậy và hoàn chỉnh của công nghệ Xu thế quan trọng của công nghệ này là ở chỗ nócho phép xử lý tại chỗ và cô lập các chất ô nhiễm trong đất, hứa hẹn cho những nghiên cứu tiếptục Trong lĩnh vực chống động đất, người ta đang tiếp tục nghiên cứu ứng dụng CDM nhằm ngănchặn sự hoá lỏng đất, tìm ra những phương án có hiệu quả kinh tế, sử dụng vật liệu có sợi để chịuđược uốn khi có động đất

1.1.2 ứng dụng công nghệ trụ đất xi măng ở Việt Nam

Tại Việt Nam, công nghệ trụ 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 HảiPhòng Công trình đầu tiên ở phía Nam do công ty Hercules kết hợp với công ty phát triển kỹ thuậtxây dựng thi công là công trình Tổng kho xăng dầu Hậu Giang tại khu công nghiệp Trà Nóc, TPcần Thơ vào đầu năm 2001 với khối lượng khoảng 50.000m dài trụ.

Năm 2002, đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng trụ đất xi măng vào xây dựng các công trìnhtrên nền đất yếu ở Việt nam Cụ thể như: Dự án Cảng Ba Ngòi (Khánh Hoà) đã sử dụng 4000m trụđất xi măng có đường kính 600cm thi công bằng trộn khô Năm 2003, một Việt kiều ở Nhật đãthành lập công ty xử lý nền móng tại TP Hồ Chí Minh, ứng dụng thiết bị trộn khô để tạo trụ đất ximăng lồng ống thép Trụ đất xi măng lồng ống thép cho phép ứng dụng cho các nhà cao tầng (đến

15 tầng) thay thế cho trụ nhồi, rẻ và thi công nhanh hơn Năm 2004 trụ 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 xăngdầu ở Đình Vũ (Hải Phòng) Các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô, độ sâu xử lý trongkhoảng 20m Tháng 5 năm 2004, các nhà thầu Nhật bản đã sử dụng Jet - Grouting để sửa chữakhuyết tật cho các trụ nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội) Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụngtrụ đất xi măng như: dự án thoát nước, khu đô thị Đồ Sơn - Hải Phòng, dự án đường cao tốc TP HồChí 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 hàngkhông cần Thơ và đặc biệt là các cảng nằm ở khu vực Bà Rịa - Vũng Tàu như SP-PSA, SITV

1.2 Một số hình ảnh công trình trụ đất xi măng trên thế giói và Việt Nam

1.2.1 Sân bay Trà Nóc cần Thơ

- Công trình do Cụm Cảng Hàng Không Miền Nam, Cục Hàng Không dân dụng Việt Nam, BộGiao Thông vận tải làm chủ đầu tư

- Công ty thiết kế và tư vấn xây dựng công trình hàng không ADCC thiết kế

- Công ty xây dựng công trình hàng không ACC thi công

- Tổng diện tích 108.000 m2

Hình 1.1 Sân bay Trà Nóc cần Thơ

1.2.2 Khách sạn Vinh Trung Plaza Đà Nắng

- Công trình do Công ty Đức Mạnh làm chủ đầu tư

- Tập đoàn TENOXKYUSYU là đơn vị thiết kế và thi công

- Số lượng 2.765 trụ đất - xi măng, đường kính 800mm, chiều dài trụ 17m

Hình 1.2 Thi công khách sạn Vĩnh Trung Plaza Đà Nang

1.2.3 Cãng Sao Mai Bến Đình Vũng Tàu

- Chủ đầu tư: Công ty cổ phần Đầu tư Dầu khí Sao Mai - Bến Đình

- Công ty TNHH MTV xây dựng Hưu Lộc thiết kế và thi công

- Chiều dài trụ 27m, đường kính cọc D1000

7/ìn/ỉ 1.3 Cảng Sao Mai Bển Đình

L2A Cao tắc Hạ Long - Hải Phòng

Tiêu chuẩn đường: cáp 1

- Vận tốc thiết kế 100 km/h

- Sử dụng trụ đất/xi măng gia cố nền

Trụ có đường kính 800mm, dài 15.5m

- Công ty cổ phần đầu tư xây dựng Thải Hà trúng thầu thi công.

Hình 1.4 Cao tốc Hạ Long - Hải Phòng

1.3 Các yếu tố của đất ảnh hưởng đến cường độ trụ đất xi măng

- Hàm lượng hữu cư: Hàm lượng hữu cơ càng cao làm ngăn cản quá trình hydrat hốa cùa xi

mãng, làm giảm cường độ chịu nén Lượng sét mịn càng cao làm tăng lượng xỉ măng cần dùng

- Thành phần khoáng: Trong trường hợp đất có hoạt tính pozzolan cao thì đặc trưng cường

độ của đất trộn xi măng phụ thuộc chủ yếu vào sự ứng xử về cường độ của những hạt xỉ măngđông cứng Trong trường hợp đất cố hoạt tính pozzolan kém thì đặc trưng cường độ của đất trộn xỉmãng phụ thuộc chủ yếu vào sự ứng xử về cường độ của những hạt đất đông cứng ( Saitoh, 1985)cho nên nếu điều kiện cải tạo đất nền như nhau thì loại đất cố hoạt tính pozzolan cao hơn chocường độ lớn hơn Hilt và Davidson ( 1960) quan sát thấy rằng các loại đất sét monmorỉlonit vàkaolỉnỉt là những hoạt chất pozzolan có hiệu quả so với các loại đất sét chứa khoáng illite, chloritehoặc vermoculỉte Wissa và những người khác

( 1965) cũng giải thích rằng số lượng xỉ măng thử cấp sinh ra trong phản ứng pozzolan giữa hạt sét

và vôi tôi phụ thuộc vào số lượng và thành phần khoáng của sét cũng như silica và alumina trongđất

- Độ pH của đất: Những phản ứng pozzolan lâu dài sẽ thuận lợi khi độ pH lớn vì phản ứng

sẽ đuợc đẩy nhanh nhờ độ hòa tan của silicatr và aluminate trong hạt sét gia tăng

- Tỷ lệ xi măng / đất: Việc lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất ảnh hưởng rất lớn đến tính chất

để tính toán sức chịu tải của trụ Một số nghiên cứu cho thấy:

Cường độ của xi măng đất tăng lên theo tỉ số tăng lượng xi măng trộn vào Trong thực tế, tỷ lệ

xi măng với đất thường chọn 7% -15%, trong các trường hợp thông thường thì không nên nhỏ hơn12%

chọn tỷ lệ pha trộn các hỗn hợp gia cố theo phương pháp thí nghiệm trong phòng xác định sứckháng nén của mẫu xi măng đất Lượng xi măng yêu cầu phụ thuộc vào loại đất, trạng thái của đấtcần gia cố Tỷ lệ xi măng với đất tối ưu ( so với trọng lượng khô của đất cần gia cố ) phụ thuộc vàocác loại đất khác nhau

Bảng 1.1 Bảng tổng hợp tỷ lệ xỉ măng với các loại đất khác nhau

Bảng 1.2 Tỷ lệ xi mãng với đất của các loại đẩt khắc nhau theo hệ thống phân loại

Unified (Mitchell and Freitag, 1959 )

không có lượng nhỏ bùn hay sét

Tóm lại, cường độ trụ đất xi măng tại hiện trường bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố

như tính chất của đất, điều kiện trộn, thiết bị và quy trình trộn, điều kiện dưỡng hộ, tỷ lệ xi măng

và đất, vì thế cường độ hiện trường rất khó xác định chính xác trong giai đoạn thiết kế sơ bộ Điềuquan trọng là cần xác lập và kiểm chứng cường độ hiện trường qua các bước bằng các thí nghiệmmẫu trộn trong phòng, kinh nghiệm đã tích lũy, chế tạo trụ thử và thí nghiệm kiểm chứng Thiết kế

được sửa đổi nếu các yêu cầu không được đáp ứng đầy đủ cần chú ý rằng bản chất của mẫu chế bịtrong phòng thí nghiệm sẽ khác với bản chất của đất tại hiện trường Bởi vậy với bất cứ một côngtrình nào, trước khi thi công thì cần thiết phải tiến hành các thí nghiệm trong phòng nhằm biết rõhiệu quả gia cố với từng loại đất cụ thể để chọn được tỷ lệ pha trộn tối ưu nhất.

1.4 Nguyên lý làm việc của trụ đất xi măng

Nguyên lí của phương pháp: phụt vào trong lổ rỗng của đất hoặc khe nứt của đá một lượngximăng cần thiết theo thiết kế Vữa xi măng được phụt vào trong các lỗ rỗng hoặc khe nứt sau đócứng lại Có tác dụng làm giảm tính thấm và làm tăng khả năng chịu tải của nền đất hay đá dướicông trình sắp xây dựng

Hiện nay, phương pháp phụt vữa xi măng được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực xây dựng vì

nó có nhiều ưu việt so với các biện pháp hóa lí khác Khi áp dụng phương này không đòi hỏi kỹthuật phức tạp mà hiệu quả gia cường nền cao, thiết bị thi công đơn giản, do đó có ý nghĩa kinh tếrất lớn

Chính vì lẽ đó mà phương pháp phụt vữa xi măng để gia cố nền có phạm vi ứng dụng khárộng rãi, không chí trong các công trình thủy lợi, cảng mà còn áp dụng cho các công trình cầu,đường khi gia cường hoặc sửa chữa các trụ cầu trong xây dựng mỏ, khi thiết kế các đường hầm,trong xây dựng công nghiệp khi thiết kế các công trình chịu tải trọng lớn trên nền đá dăm, sỏi,cuội hoặc làm giảm tính thấm của các lọai đất, đá đảm bảo cho các công trình làm việc ổn định

Đe làm tăng hiệu quả của vữa xi măng, có thể thêm vào các chất phụ gia như: cát, bột đá, đất sét,phụ gia hoạt tính như CaCb

Theo M.p Moseley và K Kữsch khi nền đất được gia cố bằng xi măng đất, lượng xi măngđược trộn vào nền đất chiếm ti lệ tương đối ít (chiếm 7% đến 25% khối lượng của đất gia cố), phảnứng thủy hóa của xi măng được thực hiện trong môi trường có hoạt tính nhất định và được baoquanh bởi nền đất nên tốc độ hóa rắn chậm và tác dụng phức tạp cho nên quá trình gia tăng cường

độ của khối đất xi măng đất cũng chậm hơn bê tông

Nguyên lý cơ bản của việc gia cố xi măng đất là xi măng sau khi được pha trộn với đất sẽsinh ra một loạt phản ứng hóa học rồi dần dần đóng rắn lại, các phản ứng chủ yếu đó là:

Phản ứng thủy giải và thủy hóa của xi măng : xi măng thông thường chủ yếu do các chấtOxyd và Oxyd Calci, Oxyd Silic làn lượt tạo thành các khoáng vật xi măng khác nhau: Silicattricalci, Aluniinat tricalci, Silicat dicalci, Khi dùng xi măng gia cố nền đất yếu, các khoáng vậttrên bề mặt xi măng nhanh chóng xảy ra phản ứng thủy giải và thủy hóa với nước trong đất yếu tạo

thành các hợp chất như Hydroxyd Calci, Silicat calci ngậm nước, Aluminat calci ngậm nước theocác công thức sau:

Xi măng + Nước = Keo CSH + Ca(0H)2Tác dụng của hạt đất sét với các chất thủy hóa của xi măng: sau khi các chất thủy hóa của ximăng được tạo thành, tự thân trực tiếp đóng rắn, hình thành bộ khung xương đá xi măng, tiếp đếnphản ứng với các hạt đất sét có một hoạt tính nhất định ở xung quanh

Tác dụng Cacbonat hóa: Hydro Calci trôi nổi trong chất thủy hóa xi măng có thể hấp thụCacbonic trong nước và trong không khí sinh ra phản ứng Cacbonat tạo thành Calci Cacbonatkhông tan trong nước

Từ những nguyên lý trên có thể thấy, do tác dụng cắt gọt và nhào trộn của cần khoan nêntrên thực tế không thể tránh được trường hợp đất còn sót lại dưới dạng cục từ đó lượng xi măngđược phun vào khối đất không được phân bố đồng đều Do đó trong xi măng đất sẽ có những vùng

có cường độ khá cao và tính ổn định nước khá tốt xen kẻ những vùng có cường độ thấp hơn Vìvậy việc trộn cưỡng bức giữa xi măng và đất càng kỹ thì sự phân bố xi mãng trong khối đất càngđồng đều và cường độ của của trụ đất xi măng xi măng sẽ cao hơn

1.5 Một số dữ liệu về trụ đất xi măng

Sau một thời gian nghiên cứu ứng dụng và phát triển các nhà khoa học đã đưa ra một dữ liệu cơbản về trụ đất xi măng như sau:

- Đường kính trụ đất xi măng: từ 0,5 - 1,2 m, (thông thường là 0,6 -l,2m )

- Khoảng cách giữa các trụ đất xi măng: từ 0,8 - 1,8 m

- Chiều dài trụ đất xi măng: từ 16m - 33m

- Lượng xi măng trộn vào là 7% - 15% trọng lượng đất gia cố (tương đương 180-250

- kg/m3)

- Cường độ của đất sau khi gia cố bằng trụ đất - xi măng có thể đạt từ 100 Kpa - 1500Kpa

Tỉ lệ diện tích đất gia cố bằng trụ đất xi măng so với diện tích đất không được gia cố từ 0,1 0,3- Tại Nhật có thể lên đến 0,5

-1.6 Sơ đồ bố trí trụ đất xi măng và ứng dụng của trụ đất xi măng

Tùy theo điều kiện tác dụng của tải trọng cũng như mục đích sử dụng mà Trụ ximăng đấtđược bố trí theo các kiểu khác nhau như: kiểu đơn, kiểu đôi, kiểu dải, kiểu lưới tam giác hoặc ôvuông, kiểu diện, kiểu khối

- Kiểu đơn: bố trí trụ theo lưới ô vuông hoặc lưới tam giác thường được áp dụng cho việc gia cốcác khối đất đắp nền đường hoặc các công trình chịu tải trọng thẳng đứng lớn

- Kiểu dải: bố trí trụ theo kiểu dải để gia cố cho các hố đào, các công trình ổn định mái dốc, cáccông trình có lực ngang tác dụng lớn

- Kiểu lưới và kiểu khối: thường được bố trí cho các công trình xây dựng dân dụng và côngnghiệp, các trụ được bố trí bên dưới móng công trình

Trong nghiên cứu tác giả lựa chọn phương pháp bố trí kiểu lưới ô vuông

Hình 1.5 Trụ đẩt xi măng bổ tri theo dạng lưới

Trụ đất xi măng là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu Trụ xi măng đất được ápdụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho các công trình xây dựng giao thông, thuỷlợi, sân bay, bến cảng như: làm tường hào chống thấm cho đê đập, sửa chữa thấm mang cống và

• • •

đáy cống, gia cố đất xung quanh đường hầm, ổn định tường chắn, chống trượt đất cho mái dốc, gia

cố nền đường, mố cầu dẫn, ngăn ngừa hiện tượng hóa lỏng của đất, cải tạo các vùng đất nhiễmđộc trong bài viết tác giải sử dụng giải pháp trụ đất xi măng để gia cố nền đất yếu cho đoạnđường dẫn vào cầu Ranh

Hình 1.6 ửng dụng trụ đất xi măng trong gia cố đường dẫn vào cầu (cẳt dọc)

Hĩnh 1.7 ửng dụng trụ đất xi măng trong gia cố đường dẫn vào cầu (cẳt ngang)

1.7 Công nghệ thi công trụ đất xi măng

1.7.1 Phương pháp thi công trộn khô (Dry Mixing)

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 vớivữa xi măng bơm theo trục khoan, có thể được tóm lược qua sơ đồ Hình 1.8 Ưu điểm của côngnghệ trộn khô: Thiết bị thi công đơn giản; Hàm lượng xi măng sử dụng ít hơn; quy trình kiểm soátchất lượng đơn giản hơn công nghệ trộn ướt

Hình L8 Sơ đồ thi công trộn khô

Nhược điểm của công nghệ ừộn 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 thỉcông được nếu phần xử lý ngập trong nước Chiều sâu xử lý trong khoảng 15 ~ 20m

Hình 1.9 Thiết bị thi công theo công nghệ trôn khô L7,2 Phương pháp thi công trộn ướt (Wet Mixing, Jet-grouting)

Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xỉ măng vối đất cố hoặc không có chất phụ gia

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

Dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun vào tới độ sâu phải gia cố, rồi bắt đầu bơmvữa xi măng, hệ thống cánh trộn sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ được sắp xếp lại theo một tỉ lệ cóqui luật giữa đất và vữa theo khối lượng hạt Sau khi vữa cứng lại sẽ thành trụ đất xi măng, có thểđược tóm lược qua sơ đồ sau:

Hình 1.10 Sơ đồ thi công trộn ướt

Hiện nay trên thế giới đã phát triển ba công nghệ Jet grouting: đàu tiên là công nghệ s, tiếptheo là công nghệ T và gần đây là công nghệ D

Hình Lll Sơ đồ công nghệ đơn pha s

Công nghệ đơn pha S: Vữa phụt phun ra với vận tốc 100m/s, vừa cắt đất vừa trộn vữa với

đất một cách đồng thời, tạo ra trụ đất xi măng đồng đều với độ cứng cao và hạn chế đất trồi ngượclên Công nghệ đơn pha tạo ra các trụ đất gia cố xỉ măng có đường kính nhỏ 0.4 - 0.8m Công nghệnày chủ yếu dùng để thi công nền đất đắp, trự

Công nghệ hai pha D: Đây là hệ thống phụt vữa kết hợp vữa với không khí Hỗn hợp vữa

-đất - xi măng được bơm ở áp suất cao tốc độ 100m/s và được bao bọc bởi 1 tia khí nén Dòng khínén sẽ làm giảm ma sát và cho phép vữa xâm nhập sâu vào trong đất Công nghệ hai pha tạo ra cácTrụ đất xi măng có đường kính 0.8 - 1.2m Tuy nhiên dòng khí lại làm giảm độ củng của xi măngđất so với phương pháp phun đơn pha và đất bị trào ngược lên nhiều hơn Công nghệ này chủ yếudùng để thỉ công các tường chắn, trụ và hào chống thấm

Tia vữa

Hình 1.12 Sơ đồ công nghệ hai pha D

Công nghệ ba pha T: Quá trình phụt có cả vữa không khí và nước Không giống như phụt

đơn và phụt 2 pha, ban đầu nước được bơm với áp suất cao kết hợp với dòng khí nén bao bọc xungquanh dòng nước để đẩy khí ra khỏi đất Sau đó được bơm qua 1 vòi riêng biệt nằm dưới vòi khí -nước để lấp đầu khoảng ừống của khí Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất mà không xáo trộnđất Công nghệ T được sử dụng để làm trụ, cảc tường ngăn chống thấm, có thề tạo ra cột Soỉlcreteđường kính đến 3m

Hình L13 Sơ đồ công nghệ ba pha T

Vu điểm của công nghệ ừộn 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 khôngảnh hưởng đến lóp đất tốt, quá trình hình thành cường độ của trụ đất gia cổ diễn ra đồng đều hơn, ítchấn 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 ximăng

Hĩnh 1.14 Thiết bị thi công theo công nghệ trộn ướt

1.8 Các tiêu chí và nguyên tắc xử lý nền đường dẫn vào cầu

1.8.1 Các tiêu chí để ỉựa chọn giải pháp áp dụng cho một công trình cụ thể

- Điều kiện về vật liệu, thiết bị, tay nghề có khả năng thực hiện tại chỗ: Ngoài có các thiết bịchuyên dùng (như thiết bị thi công bấc thấm, giếng cát, khoan và phun trộn đất gia cố xi măng,vôi, ) còn phải chú trọng khả năng cung cấp vật liệu như cát, nước (trong phương pháp trụ đất ximăng bằng trộn ướt) hoặc vật liệu nhẹ như: polystyrene nở, lốp ô tô phế thải hay vải, lưới địa kỹthuật cùng với điều kiện vận chuyển chúng đến công trường

- Quá trình thi công có tác động đến môi trường xung quanh càn phải xét đến:

+ Điều kiện về giải phóng mặt bằng: khi áp dụng giải pháp đắp bệ phản áp;

+ Trong giải pháp thay đất cần xác định chỗ đổ đất thải;

+ Điều kiện giao thông địa phương qua lại dưới hoặc trên công trình nền đắp;

+ Khả năng gây chấn động, bụi trong quá trình thi công gần khu dân cư xungquanh;

+ Trong quá trình thi công phải xét đến yếu tố ảnh hưởng đến nguồn nước, khả năng bảo vệnguồn nước ngầm khi chọn giải pháp cột đất xi măng phun trộn ướt

-Thời hạn thi công tối đa: thông thường thời hạn thi công hạng mục nền đắp trên đất yếu chính lànằm trên đường găng của sơ đồ tổ chức thi công chung toàn bộ công trình Do vậy phải dựa trên

cơ sở của một bản thiết kế tổ chức thi công tốt để xác định đúng thời hạn thi công hạng mục nềnđắp trên đất yếu càng tốt Trong đó có xét thời gian chờ (chờ giữa các đợt đắp, chờ cố kết ) và

cả những yếu tố bất trắc do khả năng dự báo trước kém chính xác Đối với các giải pháp xâydựng nền đắp trên đất yếu nên tận dụng khởi công sớm nhất có thể

- Các yêu cầu phục vụ cho việc khai khác sử dụng công trình lâu dài:

+ Đảm bảo nền đắp ổn định và có độ lún trong phạm vi cho phép;

+ Hạn chế ảnh huởng đến công trình lân cận;

+ Hạn chế ảnh huởng đến dòng chảy của nước mặt và nước ngầm;

+ Khi chọn giải pháp cần đặc biệt chú trọng đến yêu cầu về hạn chế độ lún (độ lún cho phéphoặc tốc độ lún cho phép còn lại sau khi đưa công trình vào sử dụng)

chi phí phải bỏ ra sau khi đưa công trình vào sử dụng (vì có thể đối với một số giải pháp phải tiếptục chi phí để bù lún trong quá trình khai thác)

1.8.2 Nguyên tắc xử tý nền đường dẫn vào cầu

- Trước tiên cần phải tính toán đánh giá mức độ ổn định và diễn biến độ lún đối với trường hợpnền đắp trực tiếp trên đất yếu (không áp dụng một biện pháp xử lý nào khác) Việc tính toán đánhgiá phải được tiến hành riêng đối với từng đoạn có kích thước nền đắp và có các điều kiện cấutạo tầng lớp đất yếu cũng như đặc trưng kỹ thuật các đất yếu khác nhau Nếu kết quả tính toáncho thấy không đảm bảo được các yêu cầu và tiêu chuẩn thiết kế thì mới đề xuất các phươngpháp xử lý cho mỗi đoạn đó Trước hết là các phương án đơn giản nhất (kể cả phương án thayđổi kích cỡ nền đắp về chiều cao và độ dốc mái ta luy), hoặc có thể đưa ra các phương án kết hợpđồng thời một số giải pháp hoặc giải pháp kéo dài cầu dẫn qua vùng đất yếu, tiếp đó là các giảipháp xử lý nông rồi mới xét đến các giải pháp xử lý sâu) Khi phân tích nên xét đến cả ảnh hưởnggây lún của nền đắp đối với các công trình hiện hữu

- Căn cứ vào các tiêu chí nêu trên tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn phương án cótổng chi phí xây dựng, khai thác có hiệu quả hơn và đáp ứng mọi yêu cầu, mục tiêu của dự ánxây dựng công trình

1.9 Nhận xét

- Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng đã được sử dụng phổ biến trên thế giới,

ở Việt Nam mới được sử dụng rộng rãi gần đây mang lại hiệu quả khá tốt Đây là phương phápkhông cần tốn nhiều thời gian nhưng vẫn làm tăng khả năng ổn định cho đất yếu

- Các chỉ tiêu về cường độ, biến dạng của trụ đất xi măng phụ thuộc vào hàm lượng xi măng, loạiđất nền, hàm lượng hữu cơ, độ pH

- Hình dáng, kích thước và cách bố trí của trụ đất xi măng tùy thuộc vào loại công trình khácnhau Trụ đất xi măng có thể áp dụng trên đất liền hay trên biển đều cho những kết quả khá tốt

- Từ những vấn đề nêu trên cho thấy, có rất nhiều giải pháp để khống chế hiện tượng lún lệchđường dẫn vào cầu, tùy thuộc vào điều kiện thực tế tại các công trình mà ta chọn giải pháp sao cho

đảm bảo về mặt kỹ thuật cũng như mang tính hiệu quả Có như thế mới giải quyết được vấn đềđang gặp bất cập hiện nay.

CHƯƠNG 2: cơ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TRỤ

ĐẤT XI MĂNG ĐÊ XỬLÝ ĐẤT YÉU

2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán trụ đất xi măng

Hiện nay có 3 quan điểm tính toán trụ đất xi măng:

- Quan điểm xem trụ đất xi măng làm việc như trụ

- Quan điểm xem các trụ và đất làm việc đồng thời

- Một số các nhà khoa học lại đề nghị tính toán theo cả 2 phương thức trên nghĩa là sức chịu tải thìtính toán như "trụ" còn biến dạng thì tính toán theo “nền”.Sở dĩ các quan điểm trên chưa thốngnhất bởi vì bản thân vấn đề phức tạp, những nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm còn hạn chế

Có người đề xuất cách tính toán như sau:

• Tính sức chịu tải của một trụ như trụ cứng

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

• Tùy thuộc tỷ lệ diện tích thay thế giữa cột và đất để tính toán tiếp

- Nếu tỷ lệ này >20% thi coi khối đất và cột là một khối và tính toán như một khối móng quy ước

- Ngược lại thì tính toán như móng trụ

Với mỗi quan điểm tính có phương pháp tính khác nhau Ở Việt Nam cũng như trên thế giới đãphát triển một số phương pháp tính toán trụ đất xi măng như: tính toán theo tiêu chuẩn gia cố trụđất xi măng Việt Nam; tính toán theo tiêu chuẩn gia cố trụ đất - vôi - xi măng Châu Âu; phươngpháp tính toán theo quan điểm trụ đất xi măng làm việc như trụ ; tính toán theo tiêu chuẩn gia cốtrụ đất - xi măng Thượng Hải - Trung Quốc; phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp củaViện kỹ thuật Châu Á

Ỏ đề tài này tác giả xin đơn cử một số quan điểm tính toán trụ đất xi măng sau:

2.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm làm việc như trụ

2.2.1 Đánh giá ổn định trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn 1

Để móng trụ đảm bảo an toàn cần thỏa mãn các điều kiện sau:

Nội lực lớn nhất trong một trụ: Nmax < Quit/Fs

Moment lớn nhất trong một trụ: Mmax < [M] của vật liệu làm trụ

Chuyển vị của khối móng:

Ay<[Ay]

Trong đó:

Quit - Sức chịu tải giới hạn của trụ đất xi măng

[M] - Moment giới hạn của trụ đất xi măng Fs - Hệ số an toàn

2.1.2 Đánh giá ổn định trụ đắt xi măng theo trạng thái giới hạn 2

Tính toán theo trạng thái giới hạn 2, đảm bảo cho móng trụ không phát sinh biến dạng và lún quálớn:

ASi < [S]

Trong đó:

[S] - Độ lún giới hạn cho phép

ASi - Độ lún tổng cộng của móng trụ

Nói chung, trong thực tế quan điểm này có nhiều hạn chế và có nhiều điểm chưa rõ ràng, chính

vì những lý do đó nên ít được dùng trong tính toán

2.1.3 Theo quan niệm tính toán như nền tương dương

Nền trụ và đất dưới đáy móng được xem như nền đồng nhất với các số liệu cường độ Ọtđ,Ctđ, Etđ được nâng cao (được tính từ (p, c, E của đất nền xung quanh trụ và vật liệu làm trụ) Côngthức quy đổi tương đương Ọtđ, Ctđ, Etđ dựa trên độ cứng của trụ đất xi măng, đất và diện tích đấtđược thay thế bởi trụ đất xi măng Gọi a là tỷ lệ giữa diện tích trụ đất xi măng thay thế trên diệntích đất nền

Iptđ — a.cpcộrKl^al-ípnền

(2.3)(2.4)

2.3 Quan niệm hỗn họp

2.3.1 Sức chịu tải trụ đơn

- Cách tính toán của viện kỹ thuật Châu Á —AIT.

Khả năng chịu tải giới hạn ngắn của trụ đất xi măng đơn trong đất sét yếu khi đất phá hoại đượctính theo biểu thức sau:

Trong đó:

d - đường kính của trụ đất xi măng;

Hcoi - chiều dài trụ đất xi măng;

Cu,soil - độ bền cắt không thoát nước trung bình của đất sét bao quanh, được xác định bằng thínghiệm ngoài trời như thí nghiệm cắt cánh và xuyên côn

Giả thiết là sức cản mặt ngoài bằng độ bền cắt không thoát nước của đất sét Cu và sức chịu ởchân trụ xi măng đất tương ứng là 9 Cu Sức chịu ở chân trụ xi măng đất treo không đóng vào tầngnén chặt, thường thấp so với mặt ngoài Sức chịu ở chân cột xi măng đất sẽ lớn khi trụ xi măng đấtcắt qua tầng ép lún vào đất cứng nằm dưới có sức chịu tải cao Phần lớn tải trọng tác dụng sẽtruyền vào lớp đất ở dưới qua đáy của trụ xi măng đất Tuy nhiên sức chịu ở chân trụ xi măng đấtkhông thể vượt qua độ bền nén của bản thân trụ xi măng đất

Trong trường hợp trụ xi măng đất đã bị phá hoại trước thì các trụ xi măng đất được xem nhưmột lớp đất sét cứng nứt nẻ Độ bền cắt của hỗn hợp sét ở dạng cục hay hợp thể đặc trưng cho giớihạn trên của độ bền Khi xác định bằng thí nghiệm xuyên hay cắt cánh, giới hạn này vào khoảng từ

2 4- 4 lần độ bền cắt dọc theo mặt liên kết khi xác định bởi thí nghiệm nén có nở hông

BIÊU Đồ ỨNG SUẤT CẮT

Hình 2.1 Sơ đồ phá hoại của đẩt dính gia cố bằng trụ xi mãng-đất

(2.5)

Đường bao phá hoại tương ứng trên hình 2.1 Khả năng chịu tải giới hạn ngắn ngày do trụ ximăng đất bị phá hoại ở độ sâu z được tính từ quan hệ:

Trong đó:

Ccoi - lực dính kết của vật liệu trụ xi măng đất

ơn - áp lực ngang tổng cộng tác động lên trụ xi măng đất tại mặt cắt giới hạn

Giả thiết góc ma sát trong của đất là 30° Hệ số tương ứng hệ số áp lực bị động Kb khi Ọgh,trụ xi măng đất=30°

Giả thiết là:

Trong đó:

ơp - áp lực tổng của các lớp phủ bên trên

Cu- độ bền cắt không thoát nước của đất sét không ổn định bao quanh

Công thức này được dùng khi thiết kế có xét áp lực tổng của các lớp phủ bên trên, vì áp lựcđất bị động thay đổi khi chuyển vị ngang lớn

Do hiện tượng rão, độ bền giới hạn lâu dài của trụ xi măng đất thấp hơn độ bền ngắn hạn Độbền rão của trụ xi măng đất Qrão,cột xi măng đất từ 65% - 85% Quit,coi Giả thiết quan hệ biếndạng - tải trọng là tuyến tính cho tới khi rão Có thể dùng quan hệ này để tính sự phân bố tảitrọng ơrão,cột xi măng đất và môđun ép co của vật liệu trụ xi măng đất tương ứng độ dốc củađường quan hệ Khi vượt quá độ bền rão, tải trọng ở trụ xi măng đất được coi là hằng số

Hình 2.2 Quan hệ ủng suất - biến dạng vật liệu xi măng đẩt