Ứng dụng trụ đất xi măng thi công bằng phương pháp phụt vữa cao áp jet grouting để giảm chuyển vị ngang của tường vây

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THÀNH TÍN ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỤT VỮA CAO ÁP JET-GROUTING ĐỂ GIẢM CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY Chuyên ngành: Kỹ thuật xâ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHAN THÀNH TÍN

ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỤT VỮA CAO ÁP JET-GROUTING ĐỂ GIẢM CHUYỂN VỊ

NGANG CỦA TƯỜNG VÂY

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh năm 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học :PGS TS VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS ĐỖ THANH HẢI

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS PHẠM TƯỜNG HỘI

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 08 tháng 12 năm 2015

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 GS TS TRẦN THỊ THANH

2 TS PHẠM TƯỜNG HỘI

3 TS ĐỖ THANH HẢI

4 TS NGUYỄN MẠNH TUẤN

5 TS NGUYỄN VIỆT TUẤN

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: PHAN THÀNH TÍN MSHV:13091322

Ngày, tháng, năm sinh: 01-01-1989 Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm Mã số : 60580204

I TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỤT VỮA CAO ÁP JET-GROUTING ĐỂ GIẢM CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỤT VỮA CAO ÁP JET-GROUTING CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY VÀ PHẦN TỬ HỮU HẠN CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ THIẾT BỊ JET GROUTING TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG VÀ ỔN ĐỊNH TRỒI ĐÁY HỐ ĐÀO CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY CHO CÔNG TRÌNH DIPLOMA HOTEL KÉT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15-08-2015

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04-12-2015

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.Ts VÕ PHÁN

Tp HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015

Luận văn „„ Ứng dụng trụ đất xi măng thi công bằng phương pháp phụt vữa cao áp Jet

Grouting để làm giảm chuyển vị ngang của tường vây ‟‟ được hoàn thành tại trường Đại học

Bách Khoa TP Hồ Chí Minh

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các giảng viên khoa Kỹ thuật Xây dựng công trình ngầm- trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh đã truyền đạt kiến thức chuyên môn quý báu trong khoảng thời gian hai năm theo học tại trường

Đặc biệt, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Võ Phán đã luôn theo sát và tận tình hướng dẫn, nhắc nhở tác giả hoàn thành luận văn này

Do hạn chế về mặt thời gian, kiến thức khoa học cũng như kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình hoàn thành luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được những nhận xét và đóng góp của các nhà chuyên môn

TP.Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 12 năm 2015

Tác giả

Phan Thành Tín

Chuyển vị ngang vượt giới hạn cho phép và lún mặt đất thường do thi công hố đào sâu là những nguyên nhân chính gây thiệt hại cho những công trình kế cận Vì vậy, bắt buộc phải giảm thiểu tối đa chuyển vị ngang của tường vây Dựa trên những nghiên cứu tổng quan trên thế giới, bài viết mô tả ứng dụng giải pháp phun vữa cao áp (jet grouting) giảm chuyển vị ngang quanh hố đào trong điều kiện địa chất Việt Nam Đất trong khu vực đáy hố đào được thay thế một phần bằng những cọc jet grouting (JGPs) nhằm tăng sức kháng bị động Phương pháp phân tích số được lựa chọn sử dụng đánh giá tính hiệu quả của jet grouting

Công trình ở quận 3, TP HCM với 28 tầng cao và 3 tầng hầm, độ sâu đào lớn nhất là 13.7m, giải pháp chắn giữ hố đào là tường vây có chiều dày 0.8m, dài 25.1m Sử dụng kết quả

mô phỏng với hai mô hình đất là Mohr Coloumb và Hardening Soil so sánh với số liệu quan trắc thực tế thì nhận thấy mô hình Hardening Soil cho kết quả sát thực tế hơn Do đó, mô hình

Hardening Soil được lựa chọn cho những phân tích trong các bài toán sau

Kết quả phân tích cho thấy chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây nằm ở gần khu vực đáy hố đào Đánh giá ảnh hưởng của cọc JGPs dùng xử lý đất dưới đáy hố đào, tác giả tiến hành khảo sát với các tỷ lệ xử lý mặt đất là 5%, 10%, 15%, 20% Chuyển vị tương ứng ở vị trí gần đáy

hố đào giảm xuống lần lượt là 12.21%, 16.44%, 18.77%, 21.58% và độ lún lớn nhất xung quanh

hố đào giảm xuống lần lượt là 7.9%, 10.9%, 13.03%, 16.31%

ABSTRACT

Horizontal displacements exceeding the permitted limits and ground subsidence usually causedby deep excavations construction are the main cause of damage to the adjacent buildings Therefore, it isimperative to minimize the horizontal displacement of the diaphragm wall Based

on the studies abroad, thispaper describes the application of jet grouting in order to reduce the horizontal displacement aroundexcavations in Vietnam geological conditions The soil in the bottom of the excavation area are replaced in partby the jet grouting piles (JGPs) to increase passive resistance Numerical methods of analysis are used forevaluating the effectiveness of jet grouting

Building in District 3, Ho Chi Minh City with 18 floors and 3 basements, the largest

excavation depth 13.7m, the solution is retaining to keep excavation diaphragm wall thickness of 0.8m, length of 24m.Using the simulation results with two Soil models are Mohr Coulomb and Hardening Soil and compare with actual measurements, Hardening Soil model for closely real result more practical Therefore, Hardening Soil model will be selected for analysis of the

simulation future

The analytical results show that the horizontal displacement of the diaphragm wall is largest near the bottom of excavations area To assess the effects of soil treatment using JGPs piles at the bottom of excavation, the author conducted a survey of ground treatment rate are: 5%, 10%, 15%, 20% Displacement diaphragm wall in corresponding location near the bottom of excavation reduced 12.21%, 16.44%, 18.77%, 21.58% and the largest settlement nearby

excavation reduced: 7.9%, 10.9%, 13.03%, 16.31%

Tôi là Phan Thành Tín, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và đều được ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo Nếu có bất kỳ gian lận nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước hội đồng

Tác giả

Phan Thành Tín

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài: 1

2 Mục đích của đề tài: 1

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài 2

5 Phạm vi nghiên cứu: 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỤT VỮA CAO ÁP JET-GROUTING 3

1.1 Khái niệm trụ đất xi măng: 3

1.2 Lịch sử phát triển của phương pháp phụt vữa 3

1.3 Phạm vi ứng dụng: 4

1.4 Công nghệ thi công khoan phụt Jet – Grouting: 5

1.4.1.Công nghệ đơn pha S: 5

1.4.1.1.Thiết bị thi công: 5

1.4.1.2.Trình tự thi công 6

1.4.2.Công nghệ hai pha D: 8

1.4.2.1.Thiết bị thi công : 8

1.4.2.2.Trình tự thi công : 9

1.4.3.Công nghệ ba pha T: 10

1.4.3.1.Thiết bị thi công : 10

1.4.3.2.Trình tự thi công 11

1.4.4.So sánh ưu nhược điểm giữa các công nghệ thi công: 13

1.5 Ứng dụng trụ xi măng đất trên Thế Giới và ở Việt Nam: 14

1.5.1.Ứng dụng trụ xi măng đất trên Thế Giới: 14

1.5.2.Ứng dụng trụ xi măng đất tại Việt Nam: 16

1.6 Xử lý đất yếu dưới đáy hố đào để ổn định tường vây cho nhà cao tầng bằng phương pháp phụt vữa áp lực cao 17

1.6.1.Ứng dụng giải pháp JGPs để khắc phục sự cố tại cao ốc Pacific – HCM: 17

1.6.2.Ứng dụng giải pháp JGPs để khắc phục sự cố tại công trình Sài Gòn Phương Đông: 18

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ÁP LỰC ĐẤT TÁC DỤNG LÊN TƯỜNG VÂY

VÀ PHẦN TỬ HỮU HẠN 19

2.1 Lý thuyết Morh – Rankine: 19

2.1.1.Áp lực đất chủ động: 19

2.1.2.Áp lực đất bị động: 21

2.2 Phương pháp phân tử hữu hạn: 23

2.2.1.Giới thiệu: 23

2.2.2.Mô hình sử dụng trong phần mềm Plaxis: 23

2.2.3.Mô hình Mohr Coulomb cho tính toán PTHH trong Plaxis. 23

2.2.4.Mô hình Hardening Soil cho tính toán PTHH trong Plaxis. 25

2.2.5.Thông số đất nền 26

2.2.5.1.Thông số E và hệ số poisson : 26

2.2.5.2 Hệ số thấm k: 28

2.2.6.Thông số trụ xi măng đất 29

2.3 Tính toán trụ đất xi măng theo phương pháp hỗn hợp vật liệu tương đương 31

2.4 Nhận xét 31

CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ THIẾT BỊ JET GROUTING TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG VÀ ỔN ĐỊNH TRỒI ĐÁY HỐ ĐÀO 34

3.1 Ảnh hưởng các thông số đầu vào của thiết bị Jet Grouting 31

3.1.1 Giới thiệu: 23

3.1.2 Ảnh hưởng của tốc độ dòng phụt, lưu lượng phụt: 23

3.1.2.1 Tốc độ dòng phụt: 34

3.1.2.2 Lưu lượng phụt: 34

3.1.3 Ảnh hưởng của khí nén: 35

3.1.3.1 Ảnh hưởng của khí nén phủ kín: 35

3.1.3.2 Tốc độ và khối lượng khí nén: 36

3.1.4 Tốc độ nâng cần và hạ cần: 36

3.1.5 Tốc độ xoay cần: 37

3.1.6 Số lần lặp: 37

3.1.7 Kích thước, số lượng vòi phun: 38

3.2 Tính toán ổn định hố đào 31

3.2.1 Giới thiệu: 39

3.2.2 Ổn định nền khi thi công hố đào: 39

3.2.2.1 Các loại hệ số an toàn: 39

3.2.2.2 Phá hoại cắt tổng thể: 40

3.2.3 Phương pháp tính chống trồi đáy khi đồng thời xét cả c và 49

3.2.4 Tính ổn định chống trồi đáy bằng bơm phụt 50

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY CHO CÔNG TRÌNH DIPLOMA HOTEL 52

4.1 Tổng quan về công trình: 52

4.1.1.Giới thiệu chung về công trình 52

4.1.2.Địa chất công trình 52

4.1.3.Trình tự thi công 52

4.2 Phân tích hố đào của công trình: 60

4.2.1.Phân tích quá trình thi công hố đào bằng phương pháp PTHH 60

4.2.1.1.Thông số đầu vào 60

4.2.1.2.Mô phỏng bài toán bằng Plaxis 69

4.2.2.Phân tích quá trình thi công hố đào theo quan trắc thực tế 72

4.2.3.So sánh chuyển vị ngang của tường vây trong quá trình thi công hố đào bằng PTHH và quan trắc 74

4.3 Phân tích ứng dụng Jet-Grouting giảm chuyển vị tường vây 79

4.3.1.Mô phỏng đất trong hố đào được xử lý bằng cọc Jet-Grouting 79

4.3.2.Quy đổi theo vật liệu tương đương (PP EMS) 79

4.3.3.Kết quả chuyển vị tường vây sau khi gia cố 82

4.4 Hệ số an toàn ổn định tổng thể hố đào 83

4.5 Thay đổi biện pháp thi công 86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

Hình 1.1: Một số sơ đồ ứng dụng của cọc xi măng đất 5

Hình 1.2: Sơ đồ bố trí thiết bị thi công của công nghệ dơn pha S 6

Hình 1.3: Trình tự thi công của công nghệ đơn pha S 7

Hình 1.4: Sơ đồ bố trí thiết bị thi công của công nghệ hai pha D 8

Hình 1.5: Công nghệ hai pha D 8

Hình 1.6: Trình tự thi công của công nghệ hai pha D 9

Hình 1.7: Sơ đồ bố trí thiết bị thi công của công nghệ ba pha T 10

Hình 1.8: Công nghệ ba pha T 11

Hình 1.9: Trình tự thi công của công nghệ ba pha T 11

Hình 1.10: Các kiểu cải thiện đất trong hố đào sâu 14

Hình 1.11: Gia cường bên dưới hố đào: 15

Hình 1.12: Gia cường bên dưới hố đào với chiều dày lớp gia cường khác nhau 15

Hình 1.13: Hiệu quả của chiều dày lớp gia cường đối với chuyển vị của tường vây 16

Hình 2.1: Điều kiện phát sinh áp lực đất chủ động của đất 19

Hình 2.2: Vòng tròn Mohr – Coulomb 20

Hình 2.3: Sự phân bố áp lực đất chủ động đối với đất rời 20

Hình 2.4: Sự phân bố áp lực đất chủ động đối với đất dính 21

Hình 2.5: Sự phân bố áp lực đất bị động đối với đất rời 22

Hình 2.6: Sự phân bố áp lực đất bị động đối với đất dính 22

Hình 2.7: Cách xác định E 0 và E 50 từ thí nghiệm 3 trục 24

Hình 2.8: Cách xác định 25

Hình 2.9: Mối quan hệ giữa qu – Ir – m 25

Hình 2.10: Hỗn hợp đất được cải thiện bằng cọc Jet-Grouting chịu tải trọng nén 32

Hình 2.11: Hỗn hợp đất được cải thiện bằng cọc Jet-Grouting chịu tải trọng kéo 32

Hình 3.1: Sự ảnh hưởng của áp lực và dòng phụt 35

Hình 3.2: Mối quan hệ giữa khoảng cách vùng ảnh hưởng và tỷ lệ áp lực động trong không khí, nước và trong nước với không khí phủ kín 36

Hình 3.4: Tốc độ xoay và chu kỳ lập lại ảnh hưởng đến đường kính cọc 37

Hình 3.5: Các trạng thái phá hoại cắt tổng thể 41

Hình 3.6: Phân tích đẩy ngang tường cọc ván theo phương pháp áp suất tổng cộng 41

Hình 3.7: Phân tích đẩy trồi đáy hố đào theo phương pháp của Terzaghi 42

Hình 3.8: Phân tích đẩy trồi đáy hố đào theo phương pháp Terzaghi 43

Hình 3.9: Phân tích đẩy trồi đáy hố đào theo phương pháp sức chịu tải âm 44

Hình 3.10: Hệ số sức chịu tải của Skempton ( Skempton, 1951) 44

Hình 3.11: Phương pháp Bjerrum và Eide mở rộng 46

Hình 3.12: Vị trí tâm cung trượt tròn theo phương pháp mặt trượt trụ tròn 47

Hình 3.13: Phân tích đẩy trồi đáy hố đào theo phương pháp mặt trượt trụ tròn 48

Hình 3.14: Hệ số an toàn tăng khi vòng tròn phá hoại vượt quá bề rộng hố đào 48

Hình 3.15: Phân tích đẩy trồi đáy hố đào trong trường hợp đất yếu nhiều lớp 49

Hình 3.16 Sơ đồ tính chống trồi đáy hố đào khi xét cả c và 50

Hình 3.17 : Sơ đồ tính ổn định trồi đáy hố đào khi có gia cố (a) : Bằng lớp bơm phụt ; (b) Bằng lớp bơm phụt + cọc 51

Hình 4.1: Phối cảnh tòa nhà Diploma Hotel 52

Hình 4.2: Mặt bằng bố trí hố khoan 53

Hình 4.3: Mặt cắt địa chất công trìn 54

Hình 4.4: Mặt cắt thể hiện quá trình thi công đào đất của công trình 57

Hình 4.5: Thi công tường vây 57

Hình 4.6: Thi công bước 2 đến bước 3 58

Hình 4.7: Thi công bước 4 đến bước 6 58

Hình 4.8.: Thi công bước 7 đến bước 9 59

Hình 4.9: Thi công bước 10 đến bước 17 59

Hình 4.10: Trình tự thi công của công trình 69

Hình 4.11: Các mốc quan trắc trong quá trình thi công công trình 73

Hình 4.13: Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang của tường vây khi đào đến cao độ +7.00m

75

Hình 4.14: Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang của tường vây khi đào đến cao độ +2.50m 76

Hình 4.15: Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang của tường vây khi đào đến cao độ -1.00m 77

Hình 4.16: Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang của tường vây khi đào đến cao độ -4.10m 78

Hình 4.17: Mối quan hệ giữa qu – Ir – m 79

Hình 4.18: Mô phỏng JGPs gia cường hố đào theo PP EMS 80

Hình 4.19: Kết quả chuyển vị tường vây mô phỏng theo PP EMS 82

Hình 4.20: Độ lún của đất xung quanh hố đào 83

Hình 4.21: Hệ số an toàn khi đào đất xuống cao độ -4.1m khi chưa xử lý bằng JGPs (FS = 2.437) 84

Hình 4.22: Hệ số an toàn khi đào đất xuống cao độ -4.1m khi xử lý bằng JGPs với tỉ lệ Ir = 5% (FS = 2.696) 84

Hình 4.23: Hệ số an toàn khi đào đất xuống cao độ -4.1m khi xử lý bằng JGPs với tỉ lệ Ir = 10% (FS = 2.903) 85

Hình 4.24: Hệ số an toàn khi đào đất xuống cao độ -4.1m khi xử lý bằng JGPs với tỉ lệ Ir = 15% (FS = 2.989) 85

Hình 4.25: Hệ số an toàn khi đào đất xuống cao độ -4.1m khi xử lý bằng JGPs với tỉ lệ Ir = 20% (FS = 3.035) 86

Hình 4.26: Kết quả chuyển vị tường vây trong hai bài toán 88

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của công nghệ đơn pha S 7

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật của công nghệ hai pha D 9

Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật của công nghệ ba pha T 12

Bảng 1.4: Một số công trình ứng dụng trụ đất xi măng 17

Bảng 2.1.: Tổng hợp các nét chính của 2 mô hình MC và HS 25

Bảng 2.2: Tương quan giữa mô đun biến dạng E theo NSPT : 26

Bảng 2.3: Hệ số Poisson của một số loại đất theo Das, B.M 27

Bảng 2.4: Hệ số thấm k của một số loại đất theo Das, B.M 28

Bảng 2.5: Hệ số thấm k của một số loại đất điển hình 28

Bảng 2.6: Mối quan hệ Eu/qu 30

Bảng 3.1: Thông số vận hành của thiết bị Jet Grouting 38

Bảng 4.1: Cấu tạo địa chất công trình 55

Bảng 4.2: Chỉ tiêu cơ lý của địa chất công trình 56

Bảng 4.3: Thông số tường vây 60

Bảng 4.4: Hệ số thấm k của một số loại đất theo Das, B.M [15] 61

Bảng 4.5: Thông số đặc trưng sàn tầng hầm 61

Bảng 4.6: Thông số đầu vào của các lớp đất theo mô hình Mohr - Coulomb 66

Bảng 4.7: Thông số đầu vào của các lớp đất theo mô hình Hardening-Soil 68

Bảng 4.8: Quy đổi thông số của trụ đất xi măng theo PP EMS 81

Bảng 4.9: Thông số tường vây D400 87

Bảng 4.10: Thông số đầu vào của thanh chống 87

Bảng 4.11: So sánh nội lực của tường vây trong 2 bài toán 88

Kí hiệu Đơn vị Giải thích

của biến dạng phá hoại trong thí nghiệm nén 3 trục

Eui,

qu va Ir

u

và bên trên mặt hố đào, bao gồm cả phụ tải trên mặt hố đào

của tường bên dưới tầng chống thấp nhất

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

- Tốc độ phát triển đô thị ngày càng nhanh của những thành phố lớn ở nước ta như Thủ

đô Hà Nội, TP Hồ Chí Minh trong những năm qua đã làm cho diện tích đất xây dựng ngày càng bị thu hẹp Để đáp ứng nhu cầu xây dựng các công trình phục vụ đời sống dân sinh xã hội, các tòa nhà cao tầng mọc lên ngày càng nhiều, kèm theo đó là việc khai thác không gian ngầm của những công trình này ngày càng trở nên phổ biến Để sử dụng có hiệu quả không gian ngầm và đảm đảo an toàn cho các công trình lân cận, việc nghiên cứu, phân tích, đánh giá các phương pháp làm giảm sự dịch chuyển tường vây hố đào sâu là hết sức cấp thiết

- Hai giải pháp thường được sử dụng là biện pháp tăng cường hệ chống hoặc tăng sức kháng bị động bằng càng xử lý nền đất dưới đáy hố đào Sử dụng giải pháp chống đỡ hố đào

để đảm bảo sự an toàn cho công trình lân cận trong lớp đất yếu thì có thể phải dùng chiều dày tường vây lớn điều đó gây nên sự tốn kém về chi phí xây dựng, hoặc nếu dùng biện pháp bằng thanh chống mà vẫn không đảm bảo chuyển vị công trình được thỏa mãn trong điều kiện cho phép Vì vậy, biện pháp sử dụng kết hợp phun vữa áp lực cao jet grouting dưới đáy hố đào có thể giải quyết được những khó khăn trong quá trình thi công do chuyển vị gây ra

- Tuy ra đời muộn nhưng công nghệ khoan phụt cao áp đã được các nhà chuyên môn đón nhận và quan tâm vì những ưu điểm nổi bật của nó, đặc biệt để giải quyết những khó khăn trong thi công Với những đặc điểm và yêu cầu nêu trên, đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng trụ xi măng đất theo công nghệ Jet – Grouting làm giảm chuyển vị tường vây hố đào sâu” mang ý nghĩa thiết thực, cần thiết nhằm nâng cao chất lượng trong quá trình thi công, xử lý kịp thời các sự cố xảy ra đối với công trình, đem lại hiệu quả kinh tế cao

- Nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí lắp đặt trụ xi măng đất, khoảng cách giữa các trụ, tỷ

lệ cải thiện mặt đất của các trụ đến chuyển vị tường vây

3 Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích cơ sở lý thuyết về phương pháp phụt vữa áp lực cao để xử lý nền dưới đáy

hố đào

- Mô phỏng bài toán bằng mô hình Mohr Coulomb và mô hình Hardening Soil

- Từ kết quả quan trắc thực tế của công trình thật sẽ được đem so sánh với kết quả mô phỏng bằng phương pháp PTHH để thấy được sự hiệu quả khi sử dụng trụ đất xi măng để gia

cố đất trong hố đào

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Tại Việt Nam, công nghệ phụt trong các quy trình và tiêu chuẩn ngành vẫn chưa được hoàn thiện Chưa có các thông số và chỉ tiêu cho từng mục đích và công nghệ sử dụng Cơ quan quản lý chuyên ngành chậm cập nhật những tiến bộ công nghệ và lý thuyết vào các quy định Những dự án xây dựng lớn và phức tạp đòi hỏi xử lý nền móng ngày cành nhiều, sự lạc hậu sẽ gây nhiều khó khăn cho quá trình thiết kế và thi công

- Đề tài này trong tương lai sẽ là một trong những tài liệu tham khảo cho các hố đào sâu

có ứng dụng công nghệ Jet-Grouting để chống chuyển vị ngang hố đào

5 Phạm vi nghiên cứu:

- Để tính toán cho những hố đào có sử dụng gia cố bằng trụ đất xi măng thì đòi hỏi khối lượng tính toán lớn và phức tạp Do thời gian nghiên cứu đề tài còn ngắn, kiến thức cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên trong luận văn chỉ sử dụng phương pháp PTHH Plaxis để mô phỏng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG THI CÔNG BẰNG

PHƯƠNG PHÁP PHỤT VỮA CAO ÁP JET-GROUTING 1.1 Khái niệm trụ đất xi măng:

- Trụ xi măng đất là trụ tròn bằng hỗn hợp giữa đất nguyên trạng ở nơi cần gia cố và xi măng được chế tạo bằng phương pháp trộn sâu

- Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu thiết kế thì quay ngược lại và di chuyển lên Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng sẽ được phun vào và trộn đều với nền đất

1.2 Lịch sử phát triển của phương pháp phụt vữa

- Công nghệ phụt vữa cao áp được giới thiệu khá sớm và được áp dụng ở Anh vào

những năm 1950 Tuy nhiên nó thực sự phát triển và phổ biến ở Nhật kể từ thập niên 70 Trong giai đoạn này Jet Grouting được sử dụng lần đầu tiên với mục đích là cải tạo nền đất bão hòa bằng cách phun vữa làm xói mòn những vùng đất chưa được xử lý hoặc xử lý một phần rồi đưa chúng lên bề mặt và thay thế bằng một loại vật liệu trộn xi măng cho phần bị lấy

- Phương pháp thi công kép, ký hiệu (D), phương pháp này có them sự xuất hiện đồng thời của dòng khí nén xung quanh vùng ảnh hưởng phụt vữa làm tăng khả năng xói mòn đặc biệt là khi bên dưới có mực nước ngầm

- Phương pháp thứ ba (T), đây là phương pháp kết hợp giữa vữa phụt vào cùng với dòng khí nén và tia nước áp lực cao Đây là phương pháp vượt trội hơn hai phương pháp trước

- Về sau, công nghệ thi công khoan phụt được cải tiến với hệ thống phun đặc biệt Super Jet-Grouting Với công nghệ này tia vữa và khí nén được phun đồng thời với áp lực cao và có thể tạo ra các trụ đất xi măng có đường kính lớn

- Cuối năm 1980, quy trình phụt vữa cao áp được cải tiến với công nghệ “phụt kép va chạm” Phương pháp này nhằm hạn chế vùng ảnh hưởng do tia do tia áp lực phụt ra để tạo ra những trụ có đường kính chính xác hơn cho mọi loại đất nền gia cố

- Ở Việt Nam, nhà thầu Nhật Bản áp dụng công nghệ Jet Grouting lần đầu tiên để sửa chữa khuyết tật cho các cọc khoan nhồi của cầu Thanh Trì vào năm 2004 Cũng trong năm

2004, Viện khoa học thủy lợi bắt đầu ứng dụng công nghệ Jet Grouting cho một đề tài cấp Nhà nước: “Nghiên cứu công nghệ nâng cấp, sửa chữa cống dưới đê sông Hồng và sông Thái Bình”

- Hạn chế chuyển vị ngang trong quá trình thi công hố đào sâu hay thi công hầm

- Chống đỡ vách hầm trong quá trình thi công hay quá trình khai thác

- Làm tăng hệ số ổn định của nền đường, hố đào

- Ngăn chặn hay hạn chế chuyển vị ngang của tường chắn

- Dùng để gia cố, ổn định mái dốc

- Tránh hiện tượng hóa lỏng của nền

Hình 1.1: Một số sơ đồ ứng dụng của cọc xi măng đất

1 Gia cố nền (ổn định/lún) cho đường cao tốc; 2 Ổn định chống trượt cho mái đê cao; 3 Mố trụ cầu và đường dẫn đầu cầu; 4.Thành hố đào; 5 Giảm ảnh hưởng từ các công trình lân cận; 6 Chống nâng đáy hố đào; 7 Chống dịch chuyển ngang của móng cọc; 8 Xây dựng cầu cảng; 9.Gia cố nền cho các tường phá sóng

1.4 Công nghệ thi công khoan phụt Jet – Grouting:

- 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

1.4.1 Công nghệ đơn pha S:

1.4.1.1 Thiết bị thi công:

- Hệ thống trang thiết bị của công nghệ đơn pha S là đơn giản nhất, bao gồm:

- Các thiết bị này đƣợc bố trí nhƣ hình 1.2

Hình 1.2: Sơ đồ bố trí thiết bị thi công của công nghệ dơn pha S

- Máy phụt vữa bao gồm máy khoan và ống bơm Vữa sau khi đƣợc trộn sẽ đƣợc vận chuyển đến máy phụt nhờ vào hệ thống thủy lực, sau đó sẽ đƣợc phun vào trong đất

Hình 1.3: Trình tự thi công của công nghệ đơn pha S

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của công nghệ đơn pha S

1.4.2 Công nghệ hai pha D:

1.4.2.1 Thiết bị thi công :

- Trang thiết bị của công nghệ hai pha D bao gồm :

Hình 1.4: Sơ đồ bố trí thiết bị thi công của công nghệ hai pha D

- Máy phụt vữa cũng bao gồm máy khoan và ống phun vữa nhƣng đƣợc sử dụng thêm một ống phụt khí nén đồng trục với ống phụt vữa.Ống ở bên trong sẽ phụt vũa với áp lực 20 MPa, trong khi đó ống ở phía bên ngoài sẽ bơm khí nén với áp lực 0.7 MPa (Hình 1.5)

Hình 1.5: Công nghệ hai pha D

1.4.2.2 Trình tự thi công :

- Sau khi định vị máy phụt vữa vào đúng vị trí thiết kế, ống bơm sẽ được xuyên vào

trong đất nhờ vào các tia nước có áp lực 3 MPa

- Khi đến độ sâu thiết kế, các tia nước sẽ được đóng lại, vữa và khí nén bắt đầu được

phun vào trong đất với áp lực lần lượt là 20 MPa và 0.7 MPa Đồng thời, ống bơm được xoay

và rút lên dần dần với các khoảng từ 25 đến 50mm cho đến khi thi công xong trụ

Hình 1.6: Trình tự thi công của công nghệ hai pha D

- Việc bom khí nén vào trong đất có tác dụng làm giảm sự mất ma sát nhờ đó mà vữa được phun xa hơn, vì vậy mà đường kính của trụ thi công bằng công nghệ D sẽ lớn hơn so với

khi thi công bằng công nghệ S

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật của công nghệ hai pha D

1.4.3.1 Thiết bị thi công :

- Công nghệ thi công ba pha T là quá trình thi công trụ xi măng đất kết hơp việc phun vữa với nước và không khí Hệ thống thiết bị của công nghệ này bao gồm :

- Sau khi định vị máy khoan vào đúng vị trí thết kế, ống khoan có đường kính 140mm sẽ

được hạ vào trong đất nhờ vào các tia nước xối với áp lực 5 MPa

- Khi đến độ sâu thiết kế, ống bơm có đường kính 90mm sẽ được đưa vào trong ống

khoan, sau đó ống khoan sẽ được rút lên

- Sau đó, ống bơm vữa sẽ được rút lên dần dần với các khoảng từ 25 đến 50mm Trong suốt quá trình rút lên, nước và không khí sẽ được phụt vào để phá vỡ đất xung quanh, cùng lúc đó vữa cũng được phụt vào với áp lực khoảng từ 2 đến 5 MPa Vữa được bơm vào với lưu lượng khoảng 140 hoặc 180 l/phút để tạo ra các trụ xi măng đất có đường kính từ 1.2 đến

2.0m

Hình 1.9: Trình tự thi công của công nghệ ba pha T

Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật của công nghệ ba pha T

(m3/phút) Đường kính trụ

1.4.4 So sánh ưu nhược điểm giữa các công nghệ thi công:

Phuơng pháp thi

công

dàng

-Thích hợp thi công chống thấm đứng

-Thích hợp cho các loại đất rời

-Tạo ra trụ đất xi măng có đường kính nhỏ

-Rất khó khăn để khống chế phình trồi

-Khó kiểm tra chất lượng đất dính

-Hệ thống hữu dụng

-Các thiết bị và công cụ có sẵn trên thị trường

-Có năng lượng cao và tạo ra kích thước xử lý lớn

-Đạt chất lượng cao nhất cho các loại đất thi công

-Thích hợp cho việc gia cường bên dưới móng hiện hữu

-Dễ dàng kiểm soát phình trồi

và lượng đất thải ra

- Hệ thống phức tạp về điều khiển và thiết bị

-Đòi hỏi nhiều kinh nghiệm trong quá trình vận hành

1.5 Ứng dụng trụ xi măng đất trên Thế Giới và ở Việt Nam:

1.5.1 Ứng dụng trụ xi măng đất trên Thế Giới:

- Công nghệ trộn sâu được phát mình đồng thời tại Thụy Điển và Nhật Bản vàogiữa những năm 70 của thế kỷ XX Ngày nay, công nghệ trộn sâu được ứng dụngrộng rãi trên toàn thế giới và ngày càng trở nên có giá trị trên nhiều mặt Nước ứngdụng cọc xi măng đất nhiều nhất là Nhật Bản và các nước vùng Scandinaver

- Trên thê giới đã có nhiều tác giả nghiên cứu về việc ứng dụng khoan phụt cao áp Jet Grouting và trong hố đào sâu, bước đầu mang lại nhiều hiệu quả Nhiều công trình thực tế đã được áp dụng bằng phương pháp này và đạt kết quả tốt

- Chang –Yu Ou (2006) [6] xác định vị trí sử dụng Jet Grouting cho việc cải thiện đất Để

chống lại sự dịch chuyển về phía trước của tường chắn, một số cách sắp xếp thường được sử dụng là: kiểu khối, kiểu cột và kiểu tường

Hình 1.10: Các kiểu cải thiện đất trong hố đào sâu:(a)Dạng Khối ;(b) Dạng trụ;(c)

Dạngtường

toàn với hóa chất vào đất được xử lý

không được kết nối với nhau Các trụ đất xi măng có thể được bố trí đồng đều trên khắp mặt

bằng hố đào hoặc chỉ bố trí khu vực sát với tường vây

Hình 1.11: Gia cường bên dưới hố đào:(a )Gia cường toàn bộ khu vực;(b) Giacường cục

bộ theo vùng

Các tường bức này làm tăng cường độ của đất ở phía trước tường chắn

- A.R.Gaba (1990) [7] đã sử dụng lớp xi măng dày 3.5m ngay bên dưới đáy hố đào, trong

lớp sét biển ở Singapore Tác giả quan trắc thực tế và nhận thấy việc gia cường như vậy sẽ làm

giảm chuyển vị củ tường đi rất nhiều

- Năm 1998, Wong và các cộng sự đã nghiên cứu việc gia cường lớp Jet-Grouting dưới đáy hố móng với chiều dày lớp gia cường khác nhau (Hình 1.12) Kết quả được thể hiện ở

Hình 1.13

Hình 1.12: Gia cường bên dưới hố đào với chiều dày lớp gia cường khác nhau

Hình 1.13: Hiệu quả của chiều dày lớp gia cường đối với chuyển vị của tường vây Một số công trình trên Thế Giới sử dụng phương pháp Jet-Grouting

- Công trình MR Residential Building (MRRB) ở thành phố Kaohsiung phía nam Đài Loan, có kết cấu 35 tầng và 6 tầng hầm, độ sâu tầng hầm là 22.3 m Công trình này sử dụng hệ tường vây dày 1m kết hợp với cọc Jet-Grouting nhằm cải thiện mặt đất

- Công trình Kon-Her ở Đài Bắc-Đài Loan, có kết cấu 15 tầng, với 3 tầng hầm

1.5.2 Ứng dụng trụ xi măng đất tại Việt Nam:

- Những năm đầu thế kỷ 21 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng trụ xi măng đất vào trong xây dựng Năm 2001, tập đoàn Hercules của Thụy Điển hợp tác với công ty cổ phần Phát triển kỹ thuật xây dựng (TDC) đã thi công xử lý nền móng cho 8 bể chứa xăng dầu có

- Tại TP Hồ Chí Minh, trụ xi măng đất được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây, một

số tòa nhà như Sài Gòn Times Square…

Bảng 1.4: Một số công trình ứng dụng trụ đất xi măng

cọc (m)

Tổng mét dài đã thi công (m)

Công nghệ trộn

đại lộ Đông Tây

1.6 Xử lý đất yếu dưới đáy hố đào để ổn định tường vây cho nhà cao tầng bằng

phương pháp phụt vữa áp lực cao

1.6.1 Ứng dụng giải pháp JGPs để khắc phục sự cố tại cao ốc Pacific – HCM:

- Mô tả sự cố công trình:Ngày 9/10/2007, khoảng 18 giờ 30 khi đang đào đất để chuẩn bị

đổ bê tông móng thì ở vị trí tiếp giáp tường vây tại cao trình âm 21m so với cốt nền tầng trệt của công trình Pacific, tường vây xuất hiện lỗ thủng rộng 30-35 cm, dài 168 cm Do áp lực mạnh của nước ngầm tại vị trí lỗ thủng nên gây tràn nước và lôi đất phía ngoài tường vào trong tầng ngầm Do đó khoảng 19 giờ thì dãy nhàtrụ sở Viện Khoa học Xã hội vùng Nam Bộ gồm 1 trệt 2 lầu bất ngờ đổ sập, bị vùi sâu dưới lòng đấthơn 10m; phần còn lại của khu nhà cũng có nguy cơ đổ sập

- Nhằm hạn chế sự phát triển của sự cố, công trình tạm ngừng một thời gian trong lúc chờ tìm nguyên nhân, chủ đầu tư đã ký hợp đồng với Công ty Đông Minh (Trung Quốc) thi công khoan phụt xi măng và tạo ra 2 hàng cọc xi măng đất có đường kính 40cm để chống thấm dọc các vị trí tiếp giáp giữa các tấm panel tường vây Nhờ đó lượng nước ngầm chảy vào tầng ngầm đã giảm đi rõ rệt.Cũng chính Công ty này đã thực hiện bơm cát và xi măng vào chỗ sụt lún nền nhà Sở Ngoại vụ để hạn chế sụp đổ giây chuyền có thể xảy ra sau sự cố ngày 23 tháng

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ÁP LỰC ĐẤT TÁC DỤNG LÊN TƯỜNG VÂY

VÀ PHẦN TỬ HỮU HẠN 2.1 Lý thuyết Morh – Rankine:

2.1.1 Áp lực đất chủ động:

- Xét một mặt phẳng AB thẳng đứng trong một khối đất tự nhiên, nếu mặt AB di chuyển

về bên trái đến A‟B‟ như hình 2.1 thì khối đất ở bên phải mặt AB sẽ rời ra (nếu là cát) Ứng

lớn dần về phía gốc trục tọa độ, cho đến khi chạm đường chống cắt Coumlomb ( Vòng tròn (a) hình 2.2)

- Lúc này khối đất đạt trạng thái cân bằng giới hạn dẻo gọi là trạng thái cân bằng chủ động và ứng suất theo phương ngang của đất là ứng suất chính nhỏ nhất, được gọi là áp lực chủ động của đất, ký hiệu là

Hình 2.1: Điều kiện phát sinh áp lực đất chủ động của đất Công thức tính áp lực ngang của đất ở trạng thái cân bằng chủ động:

 Đối với đất dính:

 Đối với đất rời:

Hình 2.2: Vòng tròn Mohr – Coulomb

Hình 2.3: Sự phân bố áp lực đất chủ động đối với đất rời

Ea

 Đối với đất dính:

Vì giữa đất và lưng tường không thể chịu ứng suất kéo nên khi tính áp lực đất lên lưng tường sẽ không kể đến tác động của vùng chịu kéo, do đó:

Hình 2.4: Sự phân bố áp lực đất chủ động đối với đất dính 2.1.2 Áp lực đất bị động:

đến khi chạm đường chống cắt Coulomb (Vòng tròn (b), Hình 2.2)

- Lúc này khối đất đạt trạng thái cân bằng giới hạn dẻo gọi là trạng thái cân bằng bị động

và ứng suất theo phương ngang của đất là ứng suất chính lớn nhất, được gọi là áp lực bị động của đất, ký hiệu là

Công thức tính áp lực ngang của đất ở trạng thái cân bằng bị động:

 Đối với đất dính:

Hình 2.6: Sự phân bố áp lực đất bị động đối với đất dính 2.2 Phương pháp phân tử hữu hạn:

2.2.1 Giới thiệu:

- Chương trình Plaxis 2D cho phép mô phỏng kết cấu chắn giữ tương đối thuận tiện Chương trình có thể giúp ta khai báo các thông số hình học của công trình như chiều dài, tiết diện, mômen quán tính, độ cứng…; các thông số cơ bản của nền đất như:

… Ta có thể mô phỏng bài toán theo mô hình thoát nước hay không thoát nước, các loại tải trọng trên mặt đất Đặc biệt, chương trình giúp ta mô phỏng và xuất ra kết quả ở từng giai đoạn thi công.Thực tế cho thấy chỉ có dùng chương trình phần mềm Địa kỹ thuật mà điển hình là Plaxis mới có thể giúp ta giải quyết bài toán tường chắn hố đào sâu nhanh chóng và ổn thỏa

2.2.2 Mô hình sử dụng trong phần mềm Plaxis:

- Kết quả của bài toán có mức độ chính xác khác nhau tùy thuộc việc ta sử dụng loại mô hình đất nền Trong Plaxis có các loại mô hình đất nền là: Linear elastic, Mohr – Coulomb, Soft Soil, Hardening Soil, Soft Soil Creep,… Trong đó mô hình Mohr – Coulomb thường được sử dụng nhất vì đơn giản, tuy nhiên kết quả của mô hình này đôi khi có độ chính xác không cao Để có độ chính xác cao hơn, ta có thể dùng mô hình Hardening Soil Đối với bài toán hố đào sâu thì ta sử dụng mô hình Mohr Coulomb (MC) hoặc Hardening Soil (HS) sẽ thích hợp hơn

2.2.3 Mô hình Mohr Coulomb cho tính toán PTHH trong Plaxis

- Trong mô hình này, đất được xem như vật liệu đàn hồi – dẻo lý tưởng Trong đó, quá trình làm việc của đất được phân làm 2 giai đoạn: trong giai đoạn đầu, khi độ lệch ứng suất còn bé, đất làm việc như vật liệu đàn hồi Trong giai đoạn kế tiếp, khi độ lệch ứng suất đạt đến

một giá trị, gọi là trạng thái giới hạn đàn hồi thì sức kháng cắt của đất không đổi nhƣng biến dạng vẫn tiếp tục tăng

- Mô hình MC là mô hình phân tích đơn giản, quá trình tính toán nhanh chóng, phù hợp với mọi loại đất nền và là mô hình phân tích ứng xử của đất đƣợc sử dụng phổ biến nhất với các thông số đầu vào đơn giản Tuy nhiên mô hình này còn nhiều hạn chế đó là sử dụng thông

số độ cứng trung bình E không đổi cho mỗi lớp đất, không xét đến sự phụ thuộc của độ cứng E đến lộ trình ứng suất của đất nền và ứng xử của đất luôn trong miền đàn hồi cho đến khi phá hoại, không phân biệt rõ ràng trạng thái đang chịu tải hay giảm tải của đất nền

Các thông số thông thường của mô hình Mohr – Coulomb được sử dụng khi phân tích Plaxis: