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

Luận văn trình đã thực hiện các phần tính toán như: kiểm tra ổn định mái dốc cho công trình đường trên đất yếu, tính toán trụ đất xi măng bằng các phương pháp giải tích cũng như phương p

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

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

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

Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã ngành : 60580211

Chương 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

Tài liệu tham kháo

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày 16 tháng 02 năm 2018

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

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PSG.TS VÕ PHÁN

TP HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2018

PGS.TS LÊ BÁ VINH PGS.TS VÕ PHÁN

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS LÊ ANH TUẤN

Địa Cơ Nền Móng – khoa Kỹ thuật xây dựng, trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã luôn quan tâm, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường giúp học viên hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn thầy PGS TS Võ Phán, người Thầy đã hết lòng

hướng dẫn góp ý để học viên hoàn thành luận văn này, các thầy cô đã tạo điều kiện, giúp đỡ học viên có môi trường học tập và thực hiện luận văn này

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

Tuy vậy, với những hạn chế về số liệu cũng như thời gian thực hiện, chắc chắn luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến từ quý Thầy, Cô, đồng nghiệp và bạn bè để luận văn thêm hoàn thiện và có đóng góp vào thực tiễn

Trân trọng cám ơn !

TP Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 12 năm 2018

Học viên

Nguyễn Quốc Vĩnh Phú

xi măng trong gia cố nền đường trên đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long, cụ thể là tuyến đường liên tỉnh ĐT.945, tỉnh An Giang Luận văn trình đã thực hiện các phần tính toán như: kiểm tra ổn định mái dốc cho công trình đường trên đất yếu, tính toán trụ đất xi măng bằng các phương pháp giải tích cũng như phương pháp phần tử hữu hạn, từ đó áp dụng các kết quả từ thí nghiệm trong phòng 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 Á AIT, tính toán xác định chiều dài, đường kính trụ và khoảng cách giữa các trụ đất xi măng đối với khu 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 mềm Plaxis 3D với mô hình Mohr-Coulomb Kết quả cho thấy tính toán theo phương pháp giải tích cho ra độ lún của nền đường dẫn vào cầu Ranh lớn hơn 14% so với phương pháp phần tử hữu hạn

technology to ground improvement 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 the purpose is to check the testing results from the laboratory and apply to realistic project The application of CDM piles for soft soil treatment is based on two points of view, equivalent background and Asian Institute of Technology (AIT), including determination of length, diameter and distance between CDM piles in the actual circumstance The finite element method is implemented in this thesis

by using the Plaxis 2D software, and Plaxis 3D software The results show that analytical method provided the settlement of the guiding raod adjacent to the bridge abutment much larger than 14% those from the finite element method

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 Chí Minh, ngày 04 tháng 12 năm 2018

Học Viên

Nguyễn Quốc Vĩnh Phú

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Tính khoa học và thực 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 ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT YẾU 4

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

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

1.1.2 Ứng dụng công nghệ trụ đất xi măng ở Việt Nam 5

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

1.2.1 Sân bay Trà Nóc Cần Thơ 5

1.2.2 Khách sạn Vĩnh Trung Plaza Đà Nẵng 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 xi măng 11

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

1.7 Công nghệ thi công trụ đất xi 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 công trình cụ thể 17

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 ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT YẾU 20

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

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

2.2.1 Đánh giá ổn định trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn 1 20

2.1.2 Đánh giá ổn định trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn 2 21

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

2.3.4 Tính toán biến dạng 25

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

2.4.1 Tính toán các thông số trụ đất xi măng 26

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

2.5 Cơ sở lý thuyết mô hình Plaxis 27

2.5.1 Lịch sử phát triển 27

2.5.2 Mô hình tính toán PTHH 28

2.5.3 Phân tích, lựa chọn mô hình để phục vụ cho mô phỏng bài toán: 32

2.6 Nhận xét 32

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU RANH, TỈNH AN GIANG 34

3.1 Giới thiệu chung 34

3.1.1 Đặc điểm địa chất đường dẫn vào cầu Ranh 38

3.1.2 Thông số 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 xi măng 42

3.2.1 Số liệu tính toán 42

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

3.3 Tính toán thiết kế phương án trụ đất xi măng theo phương pháp giải tích 58

3.4 Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng trụ đất xi măng theo phương 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 Phân tích E 50 của 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

Hình 1.2 thi công khách sạn Vĩnh Trung Plaza Đà Nẵng 6

Hình 1.3 Cảng Sao Mai Bến Đình 7

Hình 1.4 Cao tốc Hạ Long – Hải Phòng 8

Hình 2.1 Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng trụ xi măng-đất 22

Hình 2.2 Quan hệ ứng suất - biến 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

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

Hình 2.7 Quan hệ ứng suất và biến dạng của mô hình Mohr Coulomb 28

Hình 2.8 Mô hình Mohr Coulomb trong không gian 29

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

Hình 2.10 Mô hình Hardening soil 30

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

Hình 2.12 Đàn hồi 31

Hình 2.13 Tăng bền cắt 31

Hình 2.14 Tăng bền theo thể tích và cắt 32

Hình 2.15 Tăng bền theo thể tích 32

Hình 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 mố trụ cầu 37

Hình 3.5 Mặt cắt trên trụ cầu 37

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

Hình 3.7 Sơ bộ về đường dẫn cầu Ranh 43

Hình 3.8 Xác định hệ số an toàn bằng cách thử đúng 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 số địa chất các lớp địa chất 52

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

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

Hình 3.17 Gán các lớp địa chất vào mô hình 57

Hình 3.18 Kết quả tính 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 xi măng đất 60

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

Hình 3.22 Mô phỏng bài toán trong Plaxis 2D 67

Hình 3.23 Các phase tính toán theo giai đoạn thi công 67

Hình 3.24 Chuyển vị lớn nhất của đường sau khi 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

Hình 3.28 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại điểm C 70

Hình 3.29 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại điểm D 70

Hình 3.30 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại điểm E 71

Hình 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

Hình 3.34 Thiết lập thông số hình học cho trụ 73

Hình 3.35 Nhập thông số địa chất các lớp đất cho bài toán 3D 74

Hình 3.36: Nhập thông số tấm thép đầu trụ 74

Hình 3.37: Chia lưới phần tử 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

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

Hình 3.42 Chọn vị trí tính toán và xuất kết quả 78

Hình 3.43 Cửa sổ tính toán trong Plaxis 3D Foundation 78

Hình 3.46 Độ lún trụ xi măng đất ứng với 100% Qtk 81

Hình 3.47 Độ lún trụ xi măng đất ứng với 150% Qtk 81

Hình 3.48 Độ lún đầu trụ và mũi trụ ở cấp 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

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

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

Hình 3.53 Độ lún trụ xi măng đất ứng với 100% Qtk 86

Hình 3.54 Độ lún trụ xi măng đất ứng với 150% Qtk 87

Bảng 1.2 Tỷ lệ xi măng với đất của các loại đất khác nhau theo hệ thống phân loại

Unified (Mitchell and Freitag, 1959 ) 9

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

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

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

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

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

Bảng 3.6: Phương trình cân bằng khi 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 Tính lún của đất nền tự nhiên dưới mũi trụ đất gia cố 65

Bảng 3.9 Thông số đầu vào mô hình Plaxis 75

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

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

TTGH II : Trạng thái giới hạn II

 : Hệ số uốn dọc của cọc

 : Độ mảnh của cọc

r (m) : Bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông

b (m) : Bề rộng của tiết diện chữ nhật

l0 (m) : Chiều dài tính toán của trụ

l1 (m) : Chiều dài đoạn cọc lớn nhất khi chưa ép vào đất

Qa (kN) : Sức chịu tải cho phép tính toán

Qtc (kN) : Sức chịu tải tiêu chuẩn của trụ

ktc : Hệ số an toàn

qp (kN/m2) : Cường độ đất nền dưới mũi cọc

fs (kN/m2) : Lực ma sát đơn vị của đất ở mặt bên của cọc

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

mR , mf : Hệ số điều kiện làm việc của đất

Qu (kN) : Sức chịu tải cực hạn của cọc

FS : Hệ số an toàn cho sức kháng mũi cọc

fsi (kN/m2) : Lực ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ i tác dụng lên trụ

li (m) : Chiều dài của lớp đất thứ i mà trụ đi qua

 (kN/m3) : Trọng lượng riêng hữu hiệu của đất

Ap (m2) : Diện tích tiết diện ngang mũi trụ

d (m) : Cạnh trụ vuông hoặc đường kính của trụ tròn

Ls (m) : Chiều dài đoạn trụ nằm trong lớp đất rời

Lc (m) : Chiều dài đoạn trụ nằm trong lớp đất dính

Wp (kN) : Hiệu số trọng lượng trụ và trọng lượng đất

Ntb : Chỉ số SPT trung bình dọc thân trụ trong phạm vi lớp đất rời

Asb (m2) : Diện tích mặt bên trụ trong phạm vi lớp đất rời

W (kN) : Trọng lượng của búa đóng

h (m) : Chiều cao rơi búa

ef (m) : Độ lún của trụ dưới một nhát búa khi thí nghiệm

c1 ,c2 (m) : Biến dạng đàn hồi của trụ

nc : Số lượng trụ

 : Hệ số xét đến mô ment và lực ngang

B : chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm trụ(mm)

ρ : Độ lún của nhóm cọc (mm)

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

N : giá trị số đếm SPT chưa được hiệu chỉnh (búa/300mm) σ′v : ứng suất thẳng đứng hữu hiệu (Mpa)

Eo Kpa : Module biến dạng của đất

G Kpa : Module đàn hồi biến dạng cắt của đất

Ho m : Chiều dài ban đầu của lớp đất

S m : Độ lún ổn định cuối cùng

St m : Độ lún theo thời gian t

Sr % : Độ bão hòa ban đầu

 Degree : Góc ma sát trong của đất

unsatKN/m3 : Dung trọng tự nhiên của đất

sat KN/m3 : Dung trọng bão hòa của đất

vz Kpa : Ứng suất do trọng lượng bản thân của đất

z Kpa : Ứng suất do tải trọng ngoài gây ra

 Kpa : Sức chống cắt của đất

 : Hệ số poisson của đất

Tv : Nhân tố thời gian theo phương đứng

Th : Nhân tố thời gian theo phương ngang

Sgh m : Độ lún giới hạn cho phép của đất nền

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 Sông Cửu 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 cơ bản ảnh hưởng đến cơ sở hạ tầng của ĐBSCL là đất yếu trên toàn lãnh thổ, lũ lụt hàng năm chiếm gần 50% lãnh thổ và kênh rạch chằng chịt Tại đây, cấu trúc nền thường rất phức tạp, gồm nhiều lớp đất yếu, có chiều dày lớn, phân bố ngay trên mặt Khi xây dựng nền đường, việc lựa chọn giải pháp thiết kế nền móng thường gặp nhiều khó khăn, khó khăn là ở chỗ, chọn giải pháp vừa đáp ứng 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 thế một 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 khăn trong xây dựng những tuyến đường và cầu liên tỉnh khi xây dựng cơ sở hạ tầng, đặc biệt là xử lý lún 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 thời gian 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 nghệ không quá phức tạp và xử lý khá triệt để vấn đề lún của công trình Để hiểu rõ về sự làm việc của trụ CDM trong điều kiện địa chất đó, thì việc phân tích ứng xử của trụ đất xi măng khi gia

cố đất yếu cho đoạn đường dẫn vào cầu Cầu Ranh thuộc tuyến đường liên tỉnh ĐT.945

là cần thiết, nhằm thấy được hiệu quả khi xử lý nền đường bằng trụ CDM Dựa trên thực

tế đó, học viên lựa chọn đề tài: “Ứng Dụng Trụ đất xi măng Để Xử Lý Đất Yếu Đoạn Đường Dẫn Vào Cầu Cầu Ranh, Tỉnh An Giang”

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

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

- Làm rõ hơn mối quan hệ giữa các thông số trụ CDM từ kết quả trong phòng thí nghiệm

và hiện trường, từ đó đưa ra những thông số tương quan áp dụng cho công trình ngoài thực tế

- Ứng dụng tính toán, mô phỏng bằng phần mềm Plaxis có sử dụng phương pháp gia

cố nền đường dẫn đoạn sát mố cầu bằng trụ xi măng cho công trình cụ thể

- Kiểm tra ổn định mái dốc của nền đường bằng phần mềm Geostudio Slope/W tìm ra

hệ số ổn định FS theo phương pháp Bishop

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, độ lún, 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 xi măng, từ đó đánh giá sự chênh lệch giữa số liệu trong tính toán và thực tế và đưa ra đề nghị cho thiết 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 thí nghiệm và hiện trường Từ đó đưa ra những thông số tương quan áp

dụng cho công trình ngoài thực tế

4.2 Tính thực tiễn

- Hiện nay, việc lựa chọn hàm lượng, tuổi ngày của xi măng ảnh hưởng rất lớn đến cường độ chịu nén của mẫu xi măng đất Tuy nhiên, nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy tùy theo địa chất khu 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 các khu vực đất yếu tại khu vực Cầu Ranh, An Giang nói riêng và đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói chung

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP TRỤ ĐẤT

XI MĂNG ĐỂ 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 đất 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) dùng chất liên kết là vôi do nước Mỹ nghiên cứu thành công đầu tiên sau Đại chiến thế giới thứ 2 năm 1954, khi đó dùng 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 đầu tiên của công nghệ CDM ở Trung Quốc, công trình hợp tác đầu tiên là cảng Yantai Trong dự án này 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 trung chủ yếu vào việc tạo ra vật liệu gia cố, tối ưu hoá hỗn hợp ứng với các loại đất khác nhau

Năm 1993, Hiệp hội DJM (Deep Jet Mixing - phun trộn khô dưới sâu) của Nhật Bản xuất bản sách hướng dẫn những thông

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

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

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

Xu hướng phát triển của công nghệ CDM trên thế giới hiện nay hướng vào việc khai thác mặt mạnh của CDM Khi mới phát minh, yêu cầu đối với CDM ban đầu chỉ là nhằm đạt được cường độ cao và chi phí thấp; nhưng gần đây do những nan giải trong xây dựng

đã đặt ra những yêu cầu cao hơn về sự tin cậy và hoàn chỉnh của công nghệ Xu thế quan trọng của công nghệ này là ở chỗ nó cho phép xử lý tại chỗ và cô lập các chất ô nhiễm trong đất, hứa hẹn cho những nghiên cứu tiếp tục Trong lĩnh vực chống động đất, người

ta đang tiếp tục nghiên cứu ứng dụng CDM nhằm ngăn chặn sự hoá lỏng đất, tìm ra

những phương án có hiệu quả kinh tế, sử dụng vật liệu có sợi để chịu được uốn khi có động đất.

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

Năm 2002, đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng trụ đất xi măng vào xây dựng các công trình trên nền đất yếu ở Việt nam Cụ thể như: Dự án Cảng Ba Ngòi (Khánh Hoà)

đã sử dụng 4000m trụ đất xi măng có đường kính 600cm thi công bằng trộn khô Năm

2003, một Việt kiều ở Nhật đã thành lập công ty xử lý nền móng tại TP Hồ Chí Minh, ứng dụng thiết bị trộn khô để tạo trụ đất xi măng 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 xăng dầu ở Đình

Vũ (Hải Phòng) Các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m Tháng 5 năm 2004, các nhà thầu Nhật bản đã sử dụng Jet - Grouting để sửa chữa khuyết tật cho các trụ nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội) Năm 2005, một số dự

án cũng đã áp dụng trụ đất xi măng như: dự án thoát nước, khu đô thị Đồ Sơn - Hải Phòng, dự án đường cao tốc TP Hồ Chí Minh đi Trung Lương, dự án Đại lộ Đông Tây – Sài Gòn hay dự án cải tạo, nâng cấp đường hạ cất cánh, đường lăn và sân đỗ máy bay cảng hàng không Cần Thơ và đặc biệt là các cảng nằm ở khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu như SP-PSA, SITV…

1.2 Một số hình ảnh công trình trụ đất xi măng trên thế giới 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, Bộ Giao 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

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

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

- Vĩnh Trung Plaza rộng trên 13.000 m2

- 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 Nẵng

1.2.3 Cảng 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

- Tổng diện tích 103.500 m2

- Chiều dài trụ 27m, đường kính cọc D1000

Hình 1.3 Cảng Sao Mai Bến Đình

1.2.4 Cao tốc Hạ Long – Hải Phòng

- Tiêu chuẩn đường: cấp 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

- Hàm lượng xi măng 260kg/m3

- Công ty cổ phần đầu tư xây dựng Thái 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 cơ: Hàm lượng hữu cơ càng cao làm ngăn cản quá trình hydrat

hóa cùa xi măng, làm giảm cường độ chịu nén Lượng sét mịn càng cao làm tăng lượng

xi 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 xi măng đông cứng Trong trường hợp đất có hoạt tính pozzolan kém thì đặc trưng cường độ của đất trộn xi măng 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 có hoạt tính pozzolan cao hơn cho cường độ lớn hơn Hilt và Davidson ( 1960) quan sát thấy rằng các loại đất sét monmorilonit và kaolinit là những hoạt chất pozzolan có hiệu quả so với các loại đất sét chứa khoáng illite, chlorite hoặc vermoculite Wissa và những người khác

( 1965) cũng giải thích rằng số lượng xi măng thứ 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 trong đất

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

phản ứng sẽ được 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 của hỗn hợp vật liệu xi măng đất và giá thành công trình Cường độ kháng nén ( qu ) là một chỉ tiêu 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 hơn 12%

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

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

1 Đất tốt chứa sỏi, các hạt thô, cát hạt mịn có

hoặc không có lượng nhỏ bùn hay sét

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 Điều quan trọng là cần xác lập và kiểm chứng cường độ hiện trường qua các bước bằng các thí nghiệm mẫu 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 bị trong phòng thí nghiệm

sẽ khác với bản chất của đất tại hiện trường Bởi vậy với bất cứ một công trình nào, trước khi thi công thì cần thiết phải tiến hành các thí nghiệm trong phòng nhằm biết rõ hiệu 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 lượng ximăng cần thiết theo thiết kế Vữa xi măng được phụt vào trong các lỗ rỗng hoặc khe nứt sau đó cứng lại Có tác dụng làm giảm tính thấm và làm tăng khả năng chịu tải của nền đất hay đá dưới công 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 kỹ thuật phức tạp mà hiệu quả gia cường nền cao, thiết bị thi công đơn giản, do đó có ý nghĩa kinh tế rất lớn

Chính vì lẽ đó mà phương pháp phụt vữa xi măng để gia cố nền có phạm vi ứng dụng khá rộng 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 Để 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 CaCl2 Theo M.P Moseley và K Kirsch khi nền đất được gia cố bằng xi măng đất, lượng

xi măng được trộn vào nền đất chiếm ti lệ tương đối ít (chiếm 7% đến 25% khối luợng của đất gia cố), phản ứng thủy hóa của xi măng được thực hiện trong môi trường có hoạt tính nhất định và được bao quanh 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 sẽ sinh 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 chất Oxyd và Oxyd Calci, Oxyd Silic làn luợt tạo thành các khoáng vật xi măng khác nhau: Silicat tricalci, Aluniinat tricalci, Silicat dicalci, Khi dùng xi măng gia cố nền đất yếu, các khoáng vật trên 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 theo các công thức sau:

Xi măng + Nước = Keo CSH + Ca(OH)2 Tác dụng của hạt đất sét với các chất thủy hóa của xi măng: sau khi các chất thủy hóa của xi măng được tạo thành, tự thân trực tiếp đóng rắn, hình thành bộ khung xương

đá xi măng, tiếp đến phản 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 thụ Cacbonic trong nước và trong không khí sinh ra phản ứng Cacbonat tạo thành Calci Cacbonat không tan trong nước

Từ những nguyên lý trên có thể thấy, do tác dụng cắt gọt và nhào trộn của cần khoan nên trên thực tế không thể tránh được trường hợp đất còn sót lại dưới dạng cục

từ đó lượng xi măng được 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 Vì vậy việc trộn cưỡng bức giữa xi măng và đất càng

kỹ thì sự phân bố xi mãng trong khối đất càng đồng 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 cơ bản về trụ đất xi măng như sau:

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

- 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

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 đất được bố trí theo các kiểu khác nhau như: kiểu đơn, kiểu đôi, kiểu dải, kiểu lưới tam giác hoặc ô vuông, kiểu diện, kiểu khối

- Kiểu đơn: bố trí trụ theo lưới ô vuông hoặc lưới tam giác thường được áp dụng cho việc gia cố các 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, các công 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 công nghiệp, 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 đất xi măng bố trí theo dạng lưới

Trụ đất xi măng là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu Trụ xi măng đất được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho các công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, 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 nhiễm độc trong bài viết tác giải sử dụng giải pháp trụ đất xi măng để gia cố nền đất yếu cho đoạn đường dẫn vào cầu Ranh

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

Hình 1.7 Ứng dụng trụ đất xi măng trong gia cố đường dẫn vào cầu (cắt 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 với vữa xi măng bơm theo trục khoan, có thể được tóm lược qua sơ đồ Hình 1.8

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

Hình 1.8 Sơ đồ thi công trộn khô

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

Hình 1.9 Thiết bị thi công theo công nghệ trộn khô

1.7.2 Phương pháp thi công trộn ướt (Wet Mixing, Jet-grouting)

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

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

Dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun vào tới độ sâu phải gia cố, rồi bắt đầu bơm vữa xi măng, hệ thống cánh trộn sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ được sắp xếp lại theo một tỉ lệ có qui luật giữa đất và vữa theo khối lượng hạt Sau khi vữa cứng lại

sẽ thành trụ đất xi măng, có thể được 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: đầu tiên là công nghệ

S, tiếp theo là công nghệ T và gần đây là công nghệ D

Hình 1.11 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 ngược lên Công nghệ đơn pha tạo ra các trụ đất gia cố xi măng có đường kính nhỏ 0.4 – 0.8m Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công nền đất đắp, trụ…

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 khí nén sẽ làm giảm ma sát và cho phép vữa xâm nhập sâu vào trong đất Công nghệ hai pha tạo ra các Trụ đất xi măng có đường kính 0.8 – 1.2m Tuy nhiên dòng khí lại làm giảm độ cứng của xi măng đất so với phương pháp phun đơn pha và đất bị trào ngược lên nhiều hơn Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công các tường

chắn, trụ và hào chống thấm

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 xung quanh 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 trống của khí Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất mà không xáo trộn đất Công nghệ T được sử dụng để làm trụ, các tường ngăn chống thấm, có thể tạo ra cột Soilcrete đường kính đến 3m

Hình 1.13 Sơ đồ công nghệ ba pha T

Ưu điểm của công nghệ trộn ướt: Phạm vi áp dụng rộng rãi, thích hợp với mọi loại

đất, thi công được trong nước, phạm vi xử lý sâu hơn trộn khô, có thể xử lý lớp đất yếu cục bộ mà không ảnh hưởng đến lớp đất tốt, quá trình hình thành cường độ của trụ đất gia cố diễn ra đồng đều hơn, ít chấn động nên hạn chế tối đa đến công trình lân cận

Nhược điểm của công nghệ trộn ướt: Hàm lượng xi măng sử dụng nhiều hơn trộn

khô do có xi măng đi theo dòng trào ngược và đặc biệt là đối với nền đất có nhiều túi bùn hoặc rác hữu cơ thì axit humic trong đất có thể làm chậm hoặc phá hoại quá trình ninh kết hỗn hợp đất xi măng

Hình 1.14 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 lựa 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 bị chuyên 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 xi măng bằng trộn ướt) hoặc vật liệu nhẹ như: polystyrene

nở, lốp ô tô phế thải hay vải, lưới địa kỹ thuật cùng với điều kiện vận chuyển chúng đến

công trường

- Quá trình thi công có tác động đến môi trường xung quanh cần 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 vệ nguồn 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 là nằm 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 nền đắp 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 xây dựng 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 hưởng đến công trình lân cận;

+ Hạn chế ảnh hưởng 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 phép hoặc tốc độ lún cho phép còn lại sau khi đưa công trình vào sử dụng)

- Về chi phí: Cần phải so sánh tổng chi phí phải chi trong quá trình thi công và

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

1.8.2 Nguyên tắc xử lý 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 hợp nền đắp trực tiếp trên đất yếu (không áp dụng một biện pháp xử lý nào khác) Việc tính toán đánh giá phải được tiến hành riêng đối với từng đoạn có kích thước nền đắp và có các điều kiện cấu tạo tầng lớp đất yếu cũng như đặc trưng kỹ thuật các đất yếu khác nhau Nếu kết quả tính toán cho thấy không đảm bảo được các yêu cầu và tiêu chuẩn thiết kế thì mới đề xuất các phương pháp xử lý cho mỗi đoạn đó Trước hết là các phương án đơn giản nhất (kể cả phương án thay đổi kích cỡ nền đắp về chiều cao và độ dốc mái ta luy), hoặc có thể đưa ra các phương án kết hợp đồng thời một số giải pháp hoặc giải pháp kéo dài cầu dẫn qua vùng đất yếu, tiếp đó là các giải pháp xử lý nông rồi mới xét đến các giải pháp xử lý sâu) Khi phân tích nên xét đến cả ảnh hưởng gây 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 có tổng chi phí xây dựng, khai thác có hiệu quả hơn và đáp ứng mọi yêu cầu, mục tiêu của dự án xây dựng công trình

- Các chỉ tiêu về cường độ, biến dạng của trụ đất xi măng phụ thuộc vào hàm lượng xi măng, loại đất 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 khác nhau 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 lệch đường 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 đề đang gặp bất cập hiện nay

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TRỤ

ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT YẾU

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 thì tính toán như "trụ" còn biến dạng thì tính toán theo “nền”.Sở dĩ các quan điểm trên chưa thống nhất 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 đã phát triển một số phương pháp tính toán trụ đất xi măng như: tính toán theo tiêu chuẩn gia cố trụ đất xi măng Việt Nam; tính toán theo tiêu chuẩn gia cố trụ đất - vôi - xi măng Châu Âu; phương pháp tính toán theo quan điểm trụ đất xi măng làm việc như trụ

; tính toán theo tiêu chuẩn gia cố trụ đất – xi măng Thượng Hải – Trung Quốc; phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện kỹ thuật Châu Á

Ở 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 < Qult/Fs

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

Chuyển vị của khối móng:

∆y < [∆y]

Trong đó:

Qult – 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 đất 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

2.1.3 Theo quan niệm tính toán như nền tương đương

Nền trụ và đất dưới đáy móng được xem như nền đồng nhất với các số liệu cường

độ tđ, Ctđ, Etđ được nâng cao (được tính từ , C, E của đất nền xung quanh trụ và vật liệu làm trụ) Công thức quy đổi tương đương tđ, Ctđ, Etđ dựa trên độ cứng của trụ đất

xi măng, đất và diện tích đất được thay thế bởi trụ đất xi măng Gọi a là tỷ lệ giữa diện tích trụ đất xi măng thay thế trên diện tích đất nền

Trong đó:

d - đường kính trụ đất xi măng

S - Khoảng cách giữa các trụ đất xi măng

2.3 Quan niệm hỗn hợp

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 được tính theo biểu thức sau:

Qult,soil = (.d.Hcol+2.25 d2)Cu,soil (2.5) Trong đó:

d - đường kính của trụ đất xi măng;

Hcol - 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 thí nghiệm 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 ở chân trụ xi măng đất tương ứng là 9 Cu Sức chịu ở chân trụ xi măng đất treo không đóng vào tầng nén chặt, thường thấp so với mặt ngoài Sức chịu ở chân cột xi măng đất sẽ lớn khi trụ xi măng đất cắt qua tầng ép lún vào đất cứng nằm dưới có sức chịu tải cao Phần lớn tải trọng tác dụng sẽ truyền vào lớp đất ở dưới qua đáy của trụ xi măng đất Tuy nhiên sức chịu ở chân trụ xi măng đất không 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 như một lớp đất sét cứng nứt nẻ Độ bền cắt của hỗn hợp sét ở dạng cục hay hợp thể đặc trưng cho giới hạn trên của độ bền Khi xác định bằng thí nghiệm xuyên hay cắt cánh, giới hạn này vào khoảng từ 2  4 lần độ bền cắt dọc theo mặt liên kết khi xác định bởi thí nghiệm nén có nở hông

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

Đường bao phá hoại tương ứng trên hình 2.1 Khả năng chịu tải giới hạn ngắn ngày

do trụ xi măng đất bị phá hoại ở độ sâu z được tính từ quan hệ:

Qult ,col = Acol (3.5 Ccol +3n) (2.6) Trong đó:

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

n - 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 30o Hệ số tương ứng hệ số áp lực bị động Kbkhi gh, trụ xi măng đất=30o

Giả thiết là:

n =p + 5 Cu (2.7)

Trong đó:

p - 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 lực đất 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 Độ bền rão của trụ xi măng đất Qrão,cột xi măng đất từ 65% - 85% Qult,col Giả thiết quan hệ biến dạng - tải trọng là tuyến tính cho tới khi rão Có thể dùng quan hệ này để tính sự phân bố tải trọng rão,cột xi măng đất và môđun ép co của vật liệu trụ xi măng đất tương ứng độ dốc của đường 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 ứng suất - biến dạng vật liệu xi măng đất