Phân tích chuyển vị tường vây ứng dụng giải pháp phun vữa áp lực cao để xử lý đáy hố đào

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN D m -độ chôn sâu của thân tường tính từ mặt đáy hố đào tới chân tường ?1, ?2 m -khoảng cách giữa hai tim cọc theo hai phương ?? kN/

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LÊ TRUNG TÍN

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP PHUN VỮA ÁP LỰC

CAO ĐỂ XỬ LÝ ĐÁY HỐ ĐÀO

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HCM 12 – 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

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

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Đề cương Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa

Tp.HCM, ngày tháng năm 2017

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

1

2

3

4

5

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số: 60580211

I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích chuyển vị tường vây ứng dụng giải pháp phun vữa

áp lực cao để xử lý đáy hố đào

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

1 Đưa ra tổng quan về công nghệ phun vữa áp lực cao và chuyển vị tường vây

2 Cơ sở lý thuyết tính toán phương pháp phun vữa áp lực cao

3 Sử dụng Plaxis 2D mô phỏng bài toán tường vây tầng hầm có gia cường bằng Grouting để phân tích giải pháp này

Jet-4 Đánh giá hiệu quả tăng tính ổn định cho tường vây của phương pháp này

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10/07/2017

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03/12/2017

PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

LỜI CÁM ƠN

Đầu tiên, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến thầy

PGS.TS.Võ Phán, người Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp tôi đưa ra hướng nghiên

cứu cụ thể, hỗ trợ tài liệu, kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Học viên cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, Quý thầy cô trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện, giúp đỡ để tôi có môi trường học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu này

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm việc

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, tuy nhiên vẫn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của thầy cô và các bạn

TPHCM, ngày 03 tháng 12 năm 2017

Học viên

Lê Trung Tín

TÓM TẮT

Trong những năm gần đây ở nước ta, cùng với sự phát triển kinh tế và quá trình

đô thị hóa nhanh, nhu cầu sử dụng và khai thác không gian ngầm dưới mặt đất ngày càng nhiều Việc xây dựng các công trình nói trên dẫn đến xuất hiện hàng loạt các hố đào sâu có kích thước lớn và nằm trong tầng đất có địa chất phức tạp Vì vậy, chuyển

vị ngang và độ lún vượt giới hạn cho phép một trong những nguyên nhân chính có thể gây thiệt hại cho công trình lân cận

Giải pháp phụt vữa áp lực cao là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu mang lại hiệu quả kinh tế Giải pháp này đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới và đang được áp dụng tại Việt Nam

Đề tài nghiên cứu khả năng làm việc của lớp đất yếu sau khi xử lý bằng phụt vữa áp lực cao và những tính toán hợp lý để có được chất lượng phụt cao nhất

Đồng thời dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn tính toán, kiểm tra, mô phỏng lớp đất sau khi khoan phụt Tính toán đẩy trồi đáy hố đào dựa trên cơ sở lý thuyết của giải tích

Kết quả phân tích cho thấy chuyển vị ngang của tường vây lớn nhất nằm ở gần khu vực đáy hố đào Dựa trên những nghiên cứu tổng quan trên thế giới, tác giả mô phỏng ứng dụng giải pháp phun vữa cao áp Jet Grouting giảm chuyển vị ngang hố đào trong điều kiện địa chất TP.HCM 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, từ đó tìm ra giải pháp mô phỏng dễ dàng và nhanh chóng, giảm bớt khối lượng tính toán Việc tính toán để tìm ra hệ số an toàn chống đẩy trồi hố đào cũng đã cho thấy hiệu quả của việc xử lý Jet Grouting dưới đáy hố đào Có hai phương pháp

ABSTRACT

In recent years in our country, along with economic development and urbanization process, the need to use and exploitation of underground more and more The build of constructions quoted above has made many kinds of deep excavations appear and have the large size in soil with complex geology The horizontal displacement exceeds the permissible limits and ground settlement due to the construction of deep excavations are the main causes that can cause damage to the adjacent buildings

The solution Jet Grouting is one of the good solutions for soft ground which brings economic efficiency.This solution has been widely used in the world and is being applied in Vietnam

The subjet reseached capability of soft soil after treatment with Jet Grouting and reasonably calculated to obtain the highest quality Jet

Also based on the finite element method caculates, test, simulate soil after drilling Jet Caculate the bottom of the pit bands based on the theory of calculus

Results of the analysis showed that the horizontal displacement of the largest diaphragm wall is near the bottom of the excavation Based on the study of the world, the author describes the application high-pressure grouting solution (Jet Grouting) reduced horizontal displacement excavations in geological conditions in Ho Chi Minh city The soil in the bottom of excavations is replaced in part by the Jet Grouting piles (JGPs) to increase passive resistance

Methods of analysis have chosen to use to assess the effectiveness of Jet Grouting, thus generating simulation solution easily and quickly, which reduce the amount of calculation The calculation finds out the factors of safety push-ups excavation which have shown the effectiveness of the treatmnet of Jet Grouting the bottom of the excavation There are two simulation methods are considered to:

 RAS method (The real allocation simulation) simulation separate materials on the characteristics of the real soil and JGPs

 EMS method (Equivalent material simulation ) as JGPs piles and soil untreated work as a single block material

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.Võ Phán

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

TPHCM, ngày 03 tháng 12 năm 2017

Học viên

Lê Trung Tín

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cần thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Tính khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ JET-GROUTING VÀ CHUYỂN VỊ NGANG TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO SÂU 4

1.1 Đặc điểm hố đào sâu 4

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới chuyển vị ngang hố đào sâu 4

1.2.1 Ảnh hưởng của chiều sâu hố đào 5

1.2.2 Ảnh hưởng của chiều sâu ngàm tường 6

1.2.3 Ảnh hưởng của độ cứng tường và phân bố đất tốt đất yếu 7

1.3 Các phương pháp phân tích chuyển vị ngang hố đào sâu 9

1.3.1 Phương pháp đơn giản 9

1.3.2 Phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn 9

1.4 Tổng quan về công nghệ Jet-grouting 10

1.5 Lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ Jet-Grouting và ứng dụng 13

1.5.1 Lịch sử phát triển của phương pháp Jet-Grouting 13

1.5.2 Các ứng dụng của Jet-Grouting 14

1.6 Phân loại công nghệ phụt vữa cao áp Jet-Grouting 15

1.7 Ưu nhược điểm của phương pháp jet-grouting 18

1.7.1 Ưu điểm 18

1.7.2 Nhược điểm 19

1.8 Nhận xét 19

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN PHƯƠNG PHÁP PHỤT VỮA ÁP LỰC CAO 20

2.1 Đặc tính chung của phương pháp phụt vữa áp lực cao 20

2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng Jet-grouting 21

2.2.1 Áp lực phun 21

2.2.2 Tốc độ dòng phụt, thể tích và lưu lượng phụt 21

2.2.3 Ảnh hương của khí nén 23

2.2.4 Tốc độ nâng/hạ cần 23

2.2.5 Tốc độ xoay cần 24

2.2.6 Số lần lặp 24

2.2.7 Kích thước và lượng vòi phun 24

2.2.8 Tỉ lệ nước: xi măng (w:c) của vữa phun 25

2.2.9 Ảnh hưởng của loại đất tại hiện trường 26

2.3 Dự đoán chất lượng sản phẩm soilcrete 28

2.3.1 Đường kính cọc 28

2.3.2 Khoảng cách xói 29

2.3.3 Sức chống cắt của đất nền sau khi được xử lý 30

2.4 Lý thuyết mô phỏng đất nền sau khi phụt vữa Jet Grouting trong phần tử hữu hạn 30

2.4.1 Phương pháp mô phỏng 30

2.4.2 Mô hình sử dụng mô phỏng trong phần tử hữu hạn 31

2.4.3 Phần tử tiếp xúc 31

2.4.4 Mô hình Morh- Coulmb cho tính toán PTHH sử dụng Plaxis 32

2.4.5 Mô hình Hradening Soil cho tính toán PTHH sử dụng Plaxis 32

2.4.6 Thông số đầu vào đất nền 34

2.4.7 Các thông số cọc Jet-grouting 37

2.4.8 Thiết kế cọc Jet Grouting theo phương pháp hỗn hợp nền tương đương 39

2.5 Lý thuyết về ổn định chống trồi đáy hố đào 40

2.5.1 Kiểm tra ổn định chống trồi hố đào theo phương pháp Terzaghi- Peck 41

2.5.2 Phương pháp tính chống trồi đáy khi đồng thời xét cả c và  43

2.5.3 Tính ổn định chống trồi đáy bằng bơm phụt 44

2.6 Nhận xét 45

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ JET GROUTING 47

3.1 Cấu tạo của hệ thống thiết bị Jet Grouting 47

3.1.1 Phần di động 48

3.1.2 Phần cố định 51

3.2 Các thông số Jet Grouting 53

3.2.1 Các thông số vận hành thiết bị 53

3.2.2 Các thông số của sản phẩm soilcrete 54

3.3 So sánh giữa các dạng Jet Grouting 54

3.4 Phác thảo quy trình công nghệ Jet Grouting 56

3.4.1 Phạm vi áp dụng 56

3.4.2 Các thuật ngữ và định nghĩa 56

3.4.3 Các quy định chung 58

3.4.4 Khảo sát địa chất 58

3.4.5 Vật liệu sử dụng 59

3.4.6 Các xem xét trong thiết kế 59

3.4.7 Thi công Jet Grouting 60

3.4.8 Giám sát, kiểm tra, nghiệm thu 61

3.5 Nhận xét 66

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP PHUN VỮA ÁP LỰC CAO ĐỂ XỬ LÝ ĐÁY HỐ ĐÀO VÀ CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY 67

4.1 Tổng quan về công trình 67

4.1.1 Giới thiệu chung 67

4.1.2 Địa chất công trình 68

4.1.3 Qúa trình thi công hố đào 70

4.2 Mô phỏng công trình bằng PTHH 72

4.2.1 Thông số đầu vào 72

4.2.2 Mô hình công trình trong Plaxis 74

4.3 So sánh với quan trắc thực tế 79

4.4 Nhận xét 83

4.5 Phân tích ứng dụng giải pháp Jet-grouting để giảm chuyển vị hố đào 84

4.5.1 Thông số của cọc Jet Grouting khi thi công 84

4.5.2 Phương pháp mô phỏng công trình có xử lý Jet-grouting trong PTHH 85

4.6 Đánh giá kết quả đạt được 90

4.6.1 So sánh hiệu quả giảm chuyển vị ngang tường vây 92

4.6.2 Hiệu quả giảm độ lún xung quanh hố đào 97

4.6.3 Tính toán khả năng giảm đẩy trồi hố móng 99

4.7 Nhận xét 101

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

D (m) -độ chôn sâu của thân tường (tính từ mặt đáy hố đào tới chân tường)

𝑑1, 𝑑2 (m) -khoảng cách giữa hai tim cọc theo hai phương

𝑃𝑆 (kN/𝑚) -áp lực thủy tĩnh tác dụng lên đầu ra của vòi phun

𝑃𝑔 (N/A) -thông số của đất được cải thiện

𝑃𝑒𝑔 (N/A) -thông số đất tương đương cho khối đất hỗn hợp như là : 𝐸𝑢𝑖, c,v,…

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH TRONG LUẬN VĂN

Hình 1 1 Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều 6

Hình 1 2 Chiều sâu ngàm tường Hp ,Chang Yu Ou (2006) 6

Hình 1 3 Tương quan giữa chiều sâu ngàm tường và chuyển vị ngang của tường 7

Hình 1 4 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống đủ lớn 8

Hình 1 5 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống không đủ lớn 8

Hình 1 6 Các loại phương pháp phụt vữa trong đất cơ bản (Nguyễn Quốc Dũng,2010a) 11

Hình 1 7 Các dạng Jet-Grouting cơ bản 13

Hình 1 8 Ứng dụng của cọc Jet-Grouting 15

Hình 1 9 Công nghệ S 16

Hình 1 10 Công nghệ D 16

Hình 1 11 Công nghệ T 17

Hình 1 12 Phương pháp phụt vữa truyền thống và phương pháp phụt vữa áp lực cao 18 -

Hình 2 1 Quan hệ giữa khoảng cách xói và áp lực phun(Essler & Yshida 2004) 21

Hình 2 2 Sự ảnh hưởng của áp lực và dòng phụt 23

Hình 2 3 Quan hệ giữa tốc độ rút cần và loại đất 23

Hình 2 4 Tốc độ xoay và chu kỳ lặp lại ảnh hưởng đường kính xói (Essler & Yoshida 2004) 24

Hình 2 5 Mặt cắt dọc vòi phụt tối ưu theo Shibazaki và Ohta 25

Hình 2 6 Quan hệ giữa cường độ và hàm lượng ximăng sử dụng (Xanthakos at al.1994 từ nguồn Gallavresi, 1992) 26

Hình 2 7 Phạm vi ứng dụng của công nghệ Jet Grouting trong các loại đất (Keller Group) 26

Hình 2 8 Quan hệ giữa áp lực phun và đường kính soilcrete với hai loại đất dính và rời 27

Hình 2 9 Mô hình tia áp lực trong đất của Chu, E.H (2005) 29

Hình 2 10 Cọc Jet Grouting làm việc bằng phương pháp nền liệu riêng biệt 30

Hình 2 11 Cọc Jet Grouting làm việc bằng phương pháp nền tương đương 31

Hình 2 12 Mối quan hệ giữa qu – Ir – m 40

Hình 2 13 Chống đẩy trồi hố đào theo Terzaghi 42

Hình 2 14 Phương pháp Terzaghi cải tiến tính chống trồi đáy hố 42

Hình 2 15 Sơ đồ tính toán chống trồi xét đồng thời cả c và φ 43

Hình 2 16 Khi gia cố chỉ có bơm phụt 45

Hình 2 17 Khi gia cố chỉ có bơm phụt + cọc 45

-

Hình 3 1 Sơ đồ bố trí thiết bị phun đôi (YBM Co.) 47

Hình 3 2 Cấu tạo đầu phun Jet Grouting (a) Phun đơn, (b) Phun đôi, (c) Phun ba 50

Hình 3 3 Bơm áp lực cao 52

Hình 3 4 Máy trộn vữa 52

Hình 3 5 Sơ đồ tổng thể hệ thống Jet Grouting phun đơn lắp ghép 56

Hình 3 6 Sơ đồ dây chuyền thiết bị khoan phụt cao áp 61

-

Hình 4 1 Mặt bằng và mặt cắt tầng hầm công trình 67

Hình 4 2 Mặt bằng bố trí hố khoan 68

Hình 4 3 Mặt cắt thi công tầng hầm 71

Hình 4 4 Mô hình tổng thể bài toán 79

Hình 4 5 Mặt bằng bố trí mốc quan trắc tường vây trong quá trình thi công 79

Hình 4 6 Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang của tường vây giữa quan trắc thực tế, mô hinh Morh- Coulomb, mô hình Hardening Soil 82

Hình 4 7 Cọc Jet Grouting làm việc bằng phương pháp nền riêng biệt 85

Hình 4 8 Quy đổi từ cọc tròn sang cọc chữ nhật 86

Hình 4 9 Sơ đồ bố trí cọc 86

Hình 4 10 Biểu đồ so sánh chuyển vị tường vây được mô phỏng bằng phương pháp vật liệu tương đương 90

Hình 4 11 Biểu đồ so sánh chuyển vị tường vây được mô phỏng bằng phương pháp nền riêng biệt 91

Hình 4 12 Biểu đồ so sánh chuyển vị tường vây sau khi gia cố bằng phương pháp phụt vữa áp lực cao với tỷ lệ 5% 93

Hình 4 13 Biểu đồ so sánh chuyển vị tường vây sau khi gia cố bằng phương pháp phụt vữa áp lực cao với tỷ lệ 10% 94Hình 4 14 Biểu đồ so sánh chuyển vị tường vây sau khi gia cố bằng phương pháp phụt vữa áp lực cao với tỷ lệ 15% 95Hình 4 15 Biểu đồ so sánh chuyển vị tường vây sau khi gia cố bằng phương pháp phụt vữa áp lực cao với tỷ lệ 20% 96Hình 4 16 Chuyển vị mặt đất quanh hố đào khi chưa xử lý và xử lý đáy hố đào bằng phương pháp RAS 97Hình 4 17 Chuyển vị mặt đất quanh hố đào khi chưa xử lý và xử lý đáy hố đào bằng phương pháp EMS 98

DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN

Bảng 2 1 Tổng hợp thông số vận hành Jet-Grouting phun đơn 24

Bảng 2 2 Bảng tổng hợp thông số vận hành của hệ thống phun đơn 28

Bảng 2 3 Đường kính cọc Jet-Grouting theo loại đất và hệ thống thi công 28

Bảng 2 4 Tổng hợp các nét chính của hai mô hình MC và HS 33

Bảng 2 5 Tương quan giữa E và NSPT 34

Bảng 2 6 Quan hệ giữa Es và Su ,Teparaksa W(1999) 35

Bảng 2 7 Quan hệ giữa Es và Su theo chỉ số dẽo,Bowles J.E (1998) 35

Bảng 2 8 Giá trị tiêu biểu của mô đun E cho vật liệu kết dính (Mpa) 35

Bảng 2 9 Hệ số thấm của đất theo Handbook of Geotechnical Investigation and Design Table (Burt Look, 2007) 36

Bảng 2 10 Hệ số thấm k cuả một số loại đất theo theo Das.BM 36

Bảng 2 11 Gía trị hệ số s theo Das.BM 37

Bảng 2 12 Hệ số Poisson của đất theo Handbook of Geotechnical Investigation and Design Table (Burt Look, 2007) 37

Bảng 2 13 Đặc điểm cọc Jet Grouting ở TP.HCM 38

Bảng 2 14 Một số quan hệ giữa E50 và qu 38

Bảng 2 15 Đặc trưng cọc Jet Grouting, G.Guatteri, J.L Kauschinger, A C Doria , E.B.Perry (1998) 39

-

Bảng 3 1 Ưu nhược điểm của hệ thống Jet Grouting (Bruke 2004) 55

Bảng 3 2 Quy định số lượng thí nghiệm tiến hành (TCCS 5:2010) 62

Bảng 3 3 Các hoạt động chủ yếu trong thi công Jet Grouting (BS EN 12716:2001) 63

Bảng 3 4 Thông số vận hành theo hãng YBM(YBM Co.) 64

Bảng 3 5 Bảng tổng hợp các thông số Jet Grouting trong điều kiện địa chất thử nghiệm khu vực TP.HCM.(Trần Nguyễn Hoàng Hùng 2016) 65

-

Bảng 4 1 Mô tả địa chất công trình 70

Bảng 4 2 Trình tự thi công tầng hầm 71

Bảng 4 3 Thông số tường vây 72

Bảng 4 4 Thông số đặc trưng thanh chống 72

Bảng 4 5 Thông số đặc trưng sàn hầm 73

Bảng 4 6 Các thông số của đất trong mô hình Mohr-Coulomb 73

Bảng 4 7 Các thông số của đất trong mô hình Hardening soil 74

Bảng 4 8 Kết quả quan trắc chuyển vị tường vây tại Inclinometer 6 80

Bảng 4 9 Tỷ lệ trộn vữa bơm gia cố thân cọc 84

Bảng 4 10 Áp lực bơm vữa dự tính 84

Bảng 4 11 Thiết bị chủ yếu dự kiến cho phương pháp gia cố nền xung quanh chân cọc 84

Bảng 4 12 Bảng quy đổi các thông số JGPs 87

Bảng 4 13 Quy đổi nền tương đương cho đất được xử lý bằng JGPs 88

Bảng 4 14 So sánh kết quả chuyển vị tường vây mô phỏng bằng hai PP EMS và RAS 92

Bảng 4 15 So sánh độ lún đất nền quanh hố đào mô phỏng theo 2 PP RAS và EMS 98 Bảng 4 16 Kiểm tra ổn định đáy hố đào theo Terzaghi 100

Bảng 4 17 Kiểm tra ổn định đáy hố đào có bơm phụt vữa 101

MỞ ĐẦU

1 Tính cần thiết của đề tài

Ở nước ta, đặc biệt là ở các thành phố lớn như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh,nhà cao tầng đã xuất hiện rất nhanh chóng Công trình được phát triển lên cao hơn

và một phần được đưa sâu vào lòng đất Điều này là một xu thế chính trong quátrình hiện đại hóa các thành phố lớn

Việc xây dựng tầng hầm trong các khu vực đất tốt đã phức tạp thì việc xây dựng trong các khu vực đất yếu thì càng khó khăn hơn vì chuyển vị ngang của các tường vây tầng hầm trong quá trình đào hầm thường rất lớn gây mất ổn định cho hố đào và công trình xung quanh

Chính vì vậy việc lựa chọn giải giải pháp giúp ổn định tường vây hố đào sâu là một trong những vấn đề quan trọng khi thi công nhà cao tầng mà một trong số đó là công nghệ Jet-Grouting

Hiện nay trên thế giới, ngoài những nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết nhằm phát triển công nghệ Jet Grouting, Jet Grouting ngày càng được áp dụng nhiều trong các dự án vì có phạm vi ứng dụng rộng như: kiểm soát nước ngầm, kiểm soát chuyển

vị, dùng chịu tải trọng công trình, dùng cho mục đích bảo vệ môi trường, v.v Jet Grouting cũng được ứng dụng vì các ưu điểm nổi bật: phù hợp với mọi loại đất, tạo cọc có đường kính lớn, cường độ cao, thiết bị nhỏ gọn thi công trong không gian hạn chế, ít gây chấn động, có thể thi công nơi có công trình ngầm, v.v Vì vậy, Jet Grouting phù hợp với mọi điều kiện thi công mà công nghệ khác không đáp ứng được

Do đó, nếu công nghệ Jet Grouting được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam, công nghệ này sẽ mang lại hiệu quả cao về kinh tế lẫn kỹ thuật

Dựa trên những lý do đó đề tài “ Phân tích chuyển vị tường vây ứng dụng giải pháp phun vữa áp lực cao để xử lý đáy hố đào ” đã được hình thành

2 Mục tiêu nghiên cứu

Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây khi công trình cao tầng có hố đào sâu trên nền tầng đất yếu

Mục đích của phương pháp dùng cọc jet-gouting gia cường khu vực hố đào sâu

là để giảm chuyển vị ngang tường vây và chống đẩy trồi đáy hố đào

Phương pháp này tương đối dễ dàng thi công, nên được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới Tuy nhiên phương pháp phân tích và ý tưởng thiết kế vẫn còn đánh giá cao kinh nghiệm và thiếu phương án thiết kế rõ ràng vào thời điểm này

Việc phân tích vấn đề này đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn , nên phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng

Từ kết quả quan trắc thực tế của công trình thật sẽ được đem so sánh với kết quả mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn để chứng minh tính hợp lý và hiệu quả của mô hình có sử dụng phương pháp jet-grouting

3 Nội dung nghiên cứu

Khảo sát thu thập các số liệu quan trắc tường vây tầng hầm công trình Cao ốc phức hợp MANDISON, số 15 Thi Sách, phường Bến Nghé, Quận 1

Tiến hành mô phỏng công trình trên để tìm ra mô hình tính toán phù hợp

Tiến hành mô hình hố đào gia cường bằng giải pháp Jet-grouting với nhiều phương án khác nhau về tỉ lệ gia cố đất nền cho lớp đất cát dưới đáy hố đào bằng mô hình đã lựa chọn ở trên để đề ra phương án hợp lý và đánh giá các yếu tố tác động

Tìm ra được sự ảnh hưởng của giải pháp Jet-Grouting tới:

+ Chuyển vị của tường vây + Độ lún bề mặt đất công trình lân cận + Khả năng chống đẩy trồi hố móng

4 Phương pháp nghiên cứu

Phân tích cơ sở lý thuyết, đánh giá về phương pháp phụt vữa áp lực cao để xử lý nền dưới đáy hố đào

Tiến hành mô hình hố đào gia cường bằng giải pháp Jet-grouting với nhiều phương án khác nhau về tỉ lệ gia cố đất nền

Khảo sát thu thập các số liệu quan trắc tường vây tầng hầm ở khu vực TP.HCM nhằm so sánh với kết quả tính toán được

5 Tính khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Giải pháp phụt vữa áp lực cao giúp hạn chế chuyển vị ngang trong quá trình thi công hố đào hay thi công hầm

Giải pháp phụt vữa áp lực cao gia cường nền đất nhằm ngăn không cho nền bị phá hoại trong trường hợp tải trọng tác dụng vượt quá giới hạn cho phép

Giải pháp phụt vữa áp lực cao làm tăng hệ số ổn định của hố đào Tránh hiện tưởng hóa lỏng của nền

Tại Việt Nam, công nghệ phụt nói chung còn đang tồn tại nhiều vấn đề cơ bản Công nghệ phụt trong các quy trình và tiêu chuẩn ngành hiện mới dừng ở phụt phân đoạn thụ động

Vữa phụt chưa có hệ thống hóa chi tiết về thành phần, thông số và chỉ tiêu cho từng mục đích và công nghệ sử dụng

Các phương pháp và công nghệ phụt được quy định dựa chủ yếu trên tiêu chuẩn của Liên xô từ nhiều thập niên trước, đã lỗi thời so với chính nước Nga ngày nay

Cơ quan quản lý chuyên ngành chậm cập nhật những tiến bộ công nghệ và lý thuyết vữa vào các quy định lâu dài và tạm thời

Những dự án xây dựng lớn và phức tạp đòi hỏi xử lý nền móng bằng công nghệ phụt ngày càng nhiều, sự lạc hậu của quy trình đã và sẽ còn gây khó khăn cho sự thống nhất chất lượng và kiểm tra, giám sát, đánh giá

6 Hạn chế của nghiên cứu

Đề tài này chưa đánh giá được hết ảnh hưởng của các mô hình khác ngoài Coulomb và Hardening Soil và các nhân tố khác ngoài nhân tố mô hình và phương pháp phân tích đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu

Morh-ở khu vực đất yếu Tp.Hồ Chí Minh

Ngoài ra đề tài cũng chỉ xét đến phương pháp gia cố đất trong hố đào bằng phương pháp Jet-grouting, mà chưa xét đến các kiểu gia cố khác như: cọc xi măng đất bên ngoài tường vây, hệ neo tường vào đất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ JET-GROUTING

VÀ CHUYỂN VỊ NGANG TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO SÂU

1.1 Đặc điểm hố đào sâu

Công tác hố đào sâu là loại công tác có giá thành cao, khối lượng công việc lớn,

kỹ thuật phức tạp ,sự cố hay xảy ra, là một khâu khó về mặt kỹ thuật, đồng thời cũng

là trọng điểm để hạ thấp giá thành và bảo đảm chất lượng công trình

Đào hố móng cho các công trình tầng hầm trong điều kiện đất yếu , mực nước ngầm cao và nhiều điều kiện thường phức tạp khác, rất dễ sinh ra mất ổn định hố đào, phình trồi đáy hố đào, kết cấu chắn giữ bị hư hỏng nặng… làm hư hại hố móng, ảnh hưởng nghiêm trọng các công trình ngầm và đường ống xung quanh

Vì vậy bài toán ổn định hố đào sâu, đòi hỏi người kỹ sư thiết kế phải có kinh nghiệm trong việc phân tích và lựa chọn giải pháp tường chắn đủ cứng để chống lại sự phá hoại kết cấu và chuyển vị ngang quá mức

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới chuyển vị ngang hố đào sâu

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới chuyển vị ngang của tường vây hố đào sâu được đúc kết lại thành ba nhóm chính:

-Nhóm các nhân tố liên quan tới thiết kế:

• Độ cứng của hệ thống chống đỡ bao gồm độ cứng của tường vây, độ cứng của

hệ thống thanh chống, chiều dài của tường vây…

• Hình dạng của hố đào: chiều rộng, chiều sâu, dạng hình học của hố đào

• Sự tạo ứng suất trước trong hệ thống thanh chống

• Sự cải thiện đất nền công trình như các biện pháp phụt vữa, trộn vữa xi măng… nhằm nâng cao khả năng chịu lực và giảm sự biến dạng của đất nền

- Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thi công:

• Các phương pháp thi công khác nhau như: Top down, Semi Topdown, Bottom

• Tay nghề của đội công nhân thi công công trình Điều này cũng được Peck (1969) bàn đến

Ngoài ra Chang-Yu Ou (2006) [1] cũng đã nêu lên những nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tương vây trong hố đào sâu bao gồm: sự mất cân bằng lực,

độ cứng của tường vây, hệ thống hỗ trợ và hệ số an toàn… Trong đó sự mất cân bằng lực bao gồm những nhân tố như: chiều sâu của hố đào, chiều rộng của hố đào

và lực nén trước trong các thanh chống… Những nhân tố được Ou bàn đến ở đây là những nhân tố liên quan đến vấn đề thiết kế theo như phân loại của Kung (2009)

1.2.1 Ảnh hưởng của chiều sâu hố đào

Trong mối liên hệ giữa chiều sâu hố đào với chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu đã được Ou và các đồng sự (1993) nghiên cứu thông qua phân tích các công trình hố đào sâu trong khu vực Đài Bắc Theo kết quả của nghiên cứu này thì chuyển vị ngang lớn nhất trong các tường vây hố đào sâu khoảng từ 0.2-0.5% chiều sâu hố đào: hm (0.2 0.5%) H e

Hình 1 1 Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều

sâu của hố đào (Ou và các đồng sự, 1993)

1.2.2 Ảnh hưởng của chiều sâu ngàm tường

Hình 1 2 Chiều sâu ngàm tường Hp ,Chang Yu Ou (2006)

Chang Yu Ou (2006) [1] đã đề cập đến mối liên hệ giữa chiều sâu cắm tường vây (Hp) đến chuyển ngang của tường vây Tác giả đã tiến hành phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong 1 hố đào sâu 20m bằng phương pháp phần tử hữu hạn Khi sức kháng thông thường của đất nền là '

/ 0.36

tường Hp=20m và 15m thì chuyển vị ngang của tường tương tự nhau Khi giảm chiều sâu Hp=10m thì chuyển vị ngang của tường có thay đổi một ít nhưng tường vẫn đảm bảo ổn định Khi Hp= 4m thì tường bị hiện tượng đá chân (phá hoại) lúc đó chuyển vị ngang của tường tăng lên nhanh chóng Trong trường hợp '

/ 0.28

s   , với trường hợp chiều sâu ngàm tường Hp= 15m thì chuyển vị ngang của tường có lớn hơn không đáng kể so với trường hợp Hp=20m và tường bị phá hoại khi Hp=10m lúc đó chuyển vị ngang của tường tăng lên nhanh chóng Do đó khi tường

đã ở trạng thái ổn định thì chiều sâu ngàm của chân tường ảnh hưởng không đáng

kể đến chuyển vị ngang của tường

Hình 1 3 Tương quan giữa chiều sâu ngàm tường và chuyển vị ngang của tường

(Chang Yu Ou 2006)

1.2.3 Ảnh hưởng của độ cứng tường và phân bố đất tốt đất yếu

Về cơ bản thì khi tăng độ cứng của tường thì sẽ giảm chuyển vị ngang của tường, tuy nhiên mối liên hệ không phải là tuyến tính và chỉ gia tăng trong một khoảng nhất định do đó việc gia tăng độ cứng cho tường để giảm chuyển vị ngang của tường là không thật khả quan (Hsieh, 1999) Khi chưa lấp các thanh chống thì

tường sẽ chuyển vị như một dầm hẫng (cantilever type), khi đã lấp thanh chống, độ cứng của thanh chóng đủ lớn thì tường sẽ chuyển vị dạng xoay quanh điểm tiếp giáp giữa tường và thanh chống và chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ gần đáy

hố đào Nếu lớp đất tại vị trí đáy hố đào là đất yếu thì chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ nằm dưới đáy hố đào ngược lại khi lớp đất ngay tại đáy hố đào là lớp đất tốt thì thì chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ nằm trên đáy hố đào Khi độ cứng của hệ thống thanh chống không đủ lớn thì chuyển vị ngang của tường có dạng dầm hẫng (cantilever type) và trong trường hợp này thì chuyển vị lớn nhất của tường là ngay tại vị trí đỉnh tường (Chang Yu Ou, 2006)

Hình 1 4 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống đủ lớn (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai đoạn

lấp nhiều tầng thanh chống ,Chang Yu Ou (2006)

Hình 1 5 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống không đủ lớn (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai

đoạn lấp nhiều tầng thanh chống, Chang Yu Ou (2006)

1.3 Các phương pháp phân tích chuyển vị ngang hố đào sâu

1.3.1 Phương pháp đơn giản

Phương pháp giản đơn dựa trên những trường hợp trong qua khứ để xây dựng nên những biểu đồ về mối quan hệ giữa các nhân tố khác nhau với chuyển vị ngang của tường vây Ou và các đồng sự (1993) đã xây dựng mối liên hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất và chiều sâu của hố đào trong đó đưa ra những trường hợp cho đất sét

và đất cát Clough và O’Rourke (1990) cũng đã dựa trên những công trình hố đào sâu trong khu vực Đài Bắc để xây dựng nên biểu đồ tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với hệ số an toàn chống trồi đáy độ cứng của tường vây và hệ thống chống đỡ

Những biểu đồ đó có thể sử dụng để dự đoán được sơ bộ chuyển vị của tường vây trong trường hợp tương tự Do đó ta cũng nhận thấy được những hạn chế

to lớn của phương pháp giản đơn vì chuyển vị ngang của tường vây là tổng hợp tác động của nhiều nhân tố nhưng những biểu đồ trên chỉ xây dựng trên những nhân tố hạn chế dẫn đến sự thiếu chính xác Mặt khác chuyển vị ngang của tường bị ảnh hưởng to lớn bởi điều kiện địa chất nhưng những biểu đồ trên được các tác giả xây dựng trên những nghiên cứu các công trình trong một khu vực nhất định do đó khi đem những biểu đồ này áp dụng cho những công trình ở những khu vực khác thì kết quả có độ tin cậy thấp

1.3.2 Phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn là hai phương pháp thông dụng trong phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu Ưu điểm của hai phương pháp này chính mô phỏng gần trọn vẹn những nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu Mặt khác hai phương pháp này có thể ứng trong các phần mềm máy tính để giảm khối lượng và thời gian tính toán nhưng kết quả thu được chính xác hơn

Tuy nhiên lý thuyết cơ bản của hai phương pháp này thì không thật sự đơn giản đặc biệt là phương pháp phần tử hữu hạn do đó người phân tích không những phải có kiến thức cơ bản vững vàng mà còn phải có kinh nghiệm thực tế

1.4 Tổng quan về công nghệ Jet-grouting

Jet-Grouting (Xói trộn vữa áp lực cao ) là công nghệ đất trộn xi măng, dùng tia

áp lực cao vữa xi măng (20-60MPa) có thể kết hợp với tia khí hay nước để cắt đất tại chổ và trộn với vữa xi măng để hình thành cọc xi măng đất , hay cọc soilcrete Cọc soilcrete này có đặt trưng cơ lý như : cường độ, độ cứng, hệ số thấm tốt hơn đất tự nhiên tại chổ từ 10 đến 100 lần Công nghệ Jet-Grouting tạo cọc soilcrete thông qua quá trình tạo lỗ trước, đường kính Ø 100-200mm và chỉ kích hoạt quá trình tạo cọc đường kính lớn (thường Ø >= 0,6 m) ở độ sâu yêu cầu nên có khả năng bảo vệ các kết cấu mặt, vẫn có thể gia cố các lớp đất bên dưới Đây là một ưu điểm vượt trội của Jet-Grouting so với các công nghệ trộn xi măng khác

Một cách tổng quát, nền đất có thể được gia cố theo nhiều nguyên lý khác nhau như: thay đất, làm chặt, thoát nước cố kết, bơm vữa, trộn chất kết dính, gia cố,…hay

có thể dùng kết hợp các nguyên lý cải thiện trên để cải thiện nền (Terashi & Juran 2000) Các phương pháp theo nguyên lý trộn chất kết dính cải thiện các đặc trưng của đất ( cường độ, tính nén lún, vv) bằng cách trộn đất nền với hóa chất Những cơ chế hóa lý diễn ra ở chất kết dính và trên bề mặt hạt đất tạo ra vật liệu mới có đặt trưng tốt hơn ban đầu.Nhiều chất kết dính được nghiên cứu sử dụng nhưng phổ biến hiện nay là vôi và xi măng do nguồn cung dồi dào và giá thành thấp.Các phương pháp trộn đất tại chổ với vôi và xi măng để làm móng và nền đường đã được nghiên cứu từ thập niên

1960 Sau đó, công nghệ được phát triển để trộn đất theo chiều sâu.Đến nay, nhiều phương pháp trộn sâu được phân loại theo chất kết dính( xi măng, vôi , thạch cao, tro bay,…), theo phương pháp trộn(khô/ướt, quay/phun tia, guồng xoắn hoặc lưỡi cắt) (TCVN 9403:2012 [2], Porbaha 1998,Terashi & Juran 2000,CDIT 2002)

Theo nguyên lý phụt vữa, nền đất được cải thiện bằng cách bơm vữa vào khe rỗng có sẵn hoặc được tạo trong quá trình bơm vữa.Vữa sẽ ninh kết hay hóa keo giúp giảm lỗ rỗng, tăng độ ổn định, giảm tính biến dạng, tính thấm cả khối ( ASCE Committee of Grouting 1995, Houlsby 1990).Các phương pháp theo nguyên lý phụt vữa được phân thành bốn loại cơ bản thể hiện trong hình bên dưới

Khoan phụt kiểu truyền thống Khoan phụt kiểu ép đất Khoan phụt kiểu thẩm thấu Khoan phụt Jet-grouting (KPCA)

Hình 1 6 Các loại phương pháp phụt vữa trong đất cơ bản (Nguyễn Quốc

Dũng,2010a)

Xói trộn vữa cao áp (Jet-Grouting) là công nghệ kết hợp nguyên lý phụt vữa

và nguyên lý trộn đất sâu với vữa xi măng (Terashi & Juran 2000) Qúa trình JetGrouting cải thiện đất bằng cách dùng tia phụt vận tốc cao xói tơi đất hoặc đá yếu, thay thế một phần và trộn tại chổ đất đá vụn còn lại với chất kết dính (thường là vữa xi măng) tạo thành cột hoặc bản đất- xi măng(Soilcrece) (BS En 12716- 2011,ASCE Committee on Grouting 1995,2005, Essler & Yoshida 2004, Covil & Skinner 1994, Croce & Flora 2000 từ nguồn Miki 1985, nguồn Tornaghi 1989, nguồn Shibazaki 1991, nguồn Kauschinger et al.1992 và nguồn Bell 1993) Qúa trình cải thiện đất của Jet-Grouting với hai hoạt động chính là xói tơi và trộn đất

Đối với nền sỏi, một số tác giả nhận thấy dòng vữa chủ yếu thấm qua lỗ rỗng

mà không làm phá hoại cấu trúc đất Do đó, đối với nền sỏi sạn, cơ chế gia cố chính cảu tia vữa áp lực cao là thẩm thấu vữa ( tương tự Permeation Grouting)(Croce &Flora 2000 từ nguồn Miki 1985, nguồn Bell 1993)

Điểm khác biệt chính của Jet-Grouting so với các phương pháp theo nguyên

lý phụt vữa và trộn sâu khác là việc sử dụng tia phụt áp lực cao, vận tốc lớn.Trong khoan phụt thẩm thấu, vữa thẩm thấu qua những lỗ rỗng tự nhiên trong đất Còn

ở khoan phụt truyền thống và khoan phụt ép đất, đất bị chuyển vị do lực ép của khối vữa.Ở cả ba dạng khoan phụt, áp lực càng cao vữa càng bơm xa và kích thước khối vữa phụt càng lớn Tuy nhiên quãng đường dịch chuyển không chỉ phụ thuộc vào áp suất mà còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác như: độ nhớt, thời gian ninh kết, kích cỡ cốt liệu vữa so với kích thước lỗ rỗng, tính chất đất đá,v v….nên

hình dạng khối vữa thường ngẫu nhiên, không xác định được và khối đất không đồng nhất.Vì vậy, hiệu quả cải thiện nền về sức chịu tải, khó được xác định

Khi áp lực bơm càng lớn, hiện tượng trên càng rõ nên được giới hạn từ 0,1 đến 3MPa(Ichise et al 1971,Terashi & Juran 2000)

Jet Grouting được phát triển để khắc phục những nhược điểm trên (Nikbakhtan

2010, Terashi &Juran 2000) Khoảng trống được tạo ra bởi đất bị xói tơi nhờ tia phụt vận tốc cao và năng lượng xung kích lớn (BS E n 12716: 2001, Brill et al 2003,Burke & Sehn 2003) Nếu duy trì được dòng hỗn hợp trào ngược ổn định thì

áp lực bơm tăng sẽ không làm tăng áp lực hỗn hợp vữa –đất , mà làm tăng vận tốc tia phụt.Do vậy, việc làm tăng khả năng xói tơi đất sẽ làm tăng kích thước cột –

xi măng đất Hình dạng và kích thước của cọc soilcrete phụ thuộc vào nhiều nhân

tố ( áp lực, lưu tốc tia phụt, tính địa chất,vv…) nhưng đã cải thiện đáng kể so với sản phẩm của các phương pháp phụt vữa khác(Ichise et al 1971,Terashi & Juran 2000).Jet Grouting sử dụng áp lực bơm cao nhất trong các công nghệ bơm phụt vữa, thường từ 20 đến 60 MPa(BS En 12716 :2001,Bruce 1994,Bruke 2004)

Jet Grouting khác với các phương pháp phụt vữa còn lại : vữa xi măng được trộn với đất để tạo thành khối đất được kết dính(hay còn gọi là đất- xi măng hay soilcrete) Trong khoảng trống cắt xói được, luôn còn tồn tại đất dù tỉ lệ thay thế đạt hơn 50%(Terashi&Juran 2000,Bruke 2012).Vì thế, Jet Grouting còn được xem

là một công nghệ trộn sâu tạo đất-xi măng, nhưng công tác trộn đất dùng tác dụng xói của tia vữa xi măng áp lực cao, không dùng cánh trộn như phương pháp trộn sâu quy định trong TCVN 9403:2012

Đặc trưng của phương pháp Jet Grouting là thường có dòng bùn thải gồm vữa, nước, đất, vv… trào lên bề mặt từ lỗ khoan.Đất bị thay thế bởi dòng bùn thải trên (Mernard Company ,Croce &Flora 2000,Woodward 2005) Dòng trào ngược này cần phải được duy trì liên tục vì giúp hạ áp suất môi trường bao quanh tia phụt, đảm bảo hiệu quả cắt xói đất của tia đồng thời giảm chuyển vị đất do áp suất chất lỏng (Brill et al.2003, Yoshida 2012)

Vào đầu những năm thập niên 70, phụt vữa cao áp kết hợp xoay cần xuất hiện ở Nhật

vì kết cấu dạng bản khó tạo với các bề dày khác nhau và có cường độ yếu (Essler & Yashida 2004) Cuối những năm của thập niên 70, hầu hết các kỹ thuật cơ bản về Jet Grouting đã được tìm ra và được chấp nhận trên khắp thế giới, nhưng trước tiên chủ yếu là ở Đức, Ý, Pháp, Singapore và Brazil (Xanthakos et al 1994) Phạm vi này được

mở rộng đáng kể trong các thập kỷ sau

Ở Nam Mỹ, ý tưởng về Jet Grouting được đề cập lần đầu tiên vào năm 1979, cho đến

1984 một số ít các dự án nhỏ sử dụng các hệ thống thi công phương pháp này

(Xanthakos et al 1994) Cho đến năm 1987 thì Jet Grouting mới được dùng ở Mỹ (Choi 2005[5] từ nguồn Schaefer 1997)

Vào cuối thập niên 80, một ý tưởng mới cho phương pháp Jet Grouting, đó là dùng hai tia giao nhau để hạn chế khả năng cắt của tia vữa áp lực cao – Crossjet Grouting Đầu thập niên 90, phương pháp mới hơn về Jet Grouting, Supperjet Grouting, có khả năng gia tăng đường kính cọc được phát triển

Ở Việt Nam, vào tháng 5 năm 2004, nhà thầu Nhật bản lần đầu tiên sử dụng Jet Grouting để sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội), cũng năm 2004, Viện Khoa học Thuỷ lợi bắt đầu ứng dụng công nghệ Jet-grouting trong khuôn khổ đề tài độc lập cấp Nhà nước: "Nghiên cứu công nghệ nâng cấp, sửa chữa cống dưới đê sông Hồng và sông Thái Bình"

1.5.2 Các ứng dụng của Jet-Grouting

Với những ưu điểm nổi bật, Jet Grouting nhanh chóng trở thành một phương pháp được sử dụng trong xây dựng nền móng các công trình hầm, gia cường móng công trình, phát triển đô thị, các khu công nghiệp, dự án sửa chữa, gia cố công trình cũ(Bruce 1994) Ngày nay, các ứng dụng khác thường được dùng như gia cố móng công trình hiện hữu, tường chống thấm cho các đường hầm, rãnh mở, kênh, đập(Bruce 1994 từ nguồn ASCE 1987) Các báo cáo tóm tắt ở các công trình sử dụng Jet Grouting cho các mục đích nhất định ở các quốc gia cho thấy Jet Grouting

có nhiều ứng dụng và có thể phân theo từng nhóm sau đây(Essler & Yshida 2004):

qua hay vào trong hố đào, chống thấm đường hầm

 Kiểm soát chuyển vị công trình : ngăn không cho đất nền hay công trình chuyển vị ngang trong quá trình thi công hố đào và thi công hầm, làm tăng

hệ số ổn định của nền đường và hố đào,ngăn chặn chuyển vị ngang ở kết cấu cọc và tường chắn, tránh hiện tượng hóa lỏng nền móng công trình

 Dùng cho mục đính gia cường công trình : chịu tải và tăng cường khả năng chịu lực, gia cố móng các công trình lân cận trong quá trình thi công hố đào, thi công hầm, gia tăng khả năng chịu lực của móng các công trình do khả năng chịu tải giảm theo thời gian, hay trong trường hợp tải trọng tác

dụng gia tăng so với thiết kế ban đầu, gia cường nền đất để nền đất không

bị phá hoại trong trường hợp tải trọng tác dụng vượt giới hạn cho phép, làm việc như móng cọc truyền tải trọng của công trình xuống lớp đất tốt hơn bên dưới

Hình 1 8 Ứng dụng của cọc Jet-Grouting

1.6 Phân loại công nghệ phụt vữa cao áp Jet-Grouting

Hiện nay trên thế giới đã phát triển ba công nghệ Jet-grouting:

- Công nghệ đơn pha S: gọi là phương pháp phụt vữa đơn (single system S), đây là hình thức đơn giản nhất trong hai hình thức còn lại Vữa lỏng được phụt vào trong đất tạo ra quá trình xói mòn vùng đất xung quanh và tạo thành hỗn hợp vữa với đất được hình thành Đất được đào lên không thể dễ dàng vận chuyển lên trên mặt đất, khả năng trương nở cũng xuất hiện Khi khoan thấp hơn mực nước ngầm, khoảng cách xói mòn đất có thể xem xét rút ngắn bởi vì thiếu đi vùng không khí che phủ, là nhân tố

làm gia tăng năng lượng cắt Có thể tạo ra các cọc xi măng đất có đường kính từ 0,4- 0,8m Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công nền đất đắp, cọc

Hình 1 9 Công nghệ S

- Công nghệ hai pha D: Phương pháp thi công kép ký hiệu (D), phương pháp này có thêm sự xuất hiện đồng thời của dòng khí nén xung quanh vùng ảnh hưởng phụt vữa làm tăng khả năng ảnh hưởng xói mòn, đặc biệt bên dưới có mực nước ngầm Tuy nhiên, phương pháp này vẫn tồn tại khuyết điểm cần được cân nhắc giữa tỷ lệ vữa

có thế mất trong quá trình dòng khí nén rút lên cũng như liên quan đến chất lượng quá trình gia cố nền Phương pháp này tạo ra các cọc xi măng đất có đường kính từ 0,8- 1,2m Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công các tường chắn, cọc và hào chống thấm

Hình 1 10 Công nghệ D

- Công nghệ ba pha T: là phương pháp thay thế đất mà không xáo trộn đất, đây

là phương pháp kết hợp cả ba quá trình gồm vữa phụt vào kết hợp dòng khí nén và tia nước áp lực cao Hệ thống này thường bao gồm một vòi phụt vữa khoảng nửa mét dưới một vòi phụt nước Trong khi hệ thống đôi có thể đào được nhiều đất hơn dự kiến dựa vào khối lượng đất bị xói mòn, phương pháp này đạt được xói mòn và phụt vữa độc lập, do đó có thể được tối ưu hóa để thực hiện yêu cầu Nói cách khác, đây là một phương pháp vượt trội hơn hai phương pháp trước Công nghệ T sử dụng để làm các cọc, tường ngăn chống thấm, có thể tạo ra các cọc đường kính tới 3m

Hình 1 11 Công nghệ T

Cuối năm 1980, một khái niệm mới được sử dụng cho việc cải tiến quy trình phụt vữa áp lực cao được gọi là hệ thống “phụt kép va chạm” Đây là phương pháp cải tiến nhằm hạn chế vùng ảnh hưởng do tia áp lực phụt ra để tạo ra những cột có đường kính chính xác hơn cho mọi loại đất nền gia cố

So sánh giữa phương pháp truyền thống và phương pháp phụt Với cột được xây dựng bằng phương pháp phụt vữa truyền thống thì đường kính cột phụ thuộc

và thay đổi theo đặt tính đất nền Trong khi đó, với những ưu điểm của phương pháp phụtva chạm đôi giúp kiểm soát được chất lượng thiết kế, đồng thời phạm

vi áp dụng trở nên rộng rãi hơn Vào đầu 1990, phương pháp này ngày càng phát triển bao gồm cả phương pháp trộn sâu

Hình 1 12 Phương pháp phụt vữa truyền thống và phương pháp phụt vữa áp lực cao

Hơn nữa, nhằm mục đích nâng cao chất lượng phụt vữa hơn 4 lần trên cùng thiết bị phụt, người ta đã dùng phương pháp phụt rối và được sử dụng hệ thống kiểm soát JACSMAN

Các phương pháp Jet Grouting khác như NSSS – MAN, Super Jet ,X- Jet ,vvv đều xuất phát từ ba dạng cơ bản trên Phương pháp SSS – MAN (Super soil stabilization ) dùng tia nước áp lực lớn có đệm khí để xói tơi đất rồi phun vữa thay thế như phương pháp phun ba

Phương pháp Super Jet Grouting được cải tiến từ hệ thống phun đôi Kích thước cột tăng lên nhờ thiết kế của đầu phun giúp tập trung năng lượng của tia phụt(Welsh &Bruce 2001, Brill et al.2003,Haywaed Baker Inc.2004).Đường kính cột có thể từ 5-9 m

Hệ thống X- Jet cải tiến từ hệ thống phun ba, dung cặp tia phụt chập vào nhau

để kiểm soát phạm vi cắt xói Trước khi đồng quy, tác dụng kết hợp của hai tia phụt giúp cắt xói đất hiệu quả.Khi hai tia gặp nhau, năng lượng của cả hai bị triệt tiêu nên ngoài đường kính thiết kế, đất không bị cắt xói them.Nhờ đó, cột tạo ra

có đường kính đồng đều, bằng giá trị dự kiến(Welsh & Bruce 2001, Essler & Yoshi da 2004)

1.7 Ưu nhược điểm của phương pháp jet-grouting

1.7.1 Ưu điểm

 Về tính năng sử dụng:

 Tăng khả năng chịu tải của đất nền

 Giảm ảnh hưởng của công trình lân cận

 Sử dụng vật liệu có sẵn, giá thành thấp so với cọc nhồi đường kính bé

 Hạn chế gây ô nhiễm môi trường do không có chất thải dung dịch bentonite như cọc nhồi và tường barettle

 Giàn khoan phụt Jet Grouting có kích thước nhỏ gọn, có thể bố trí trong không gian chật hẹp

 Quá trình thi công ít gây tiếng ồn và chấn động

1.7.2 Nhược điểm

 Khả năng chịu uốn, cắt kém

 Chất lượng sản phẩm Jet Grouting khó kiểm tra vì quá trình hình thành diễn

ra dưới lòng đất

 Một nhược điểm lớn của công nghệ Jet-Grouting so với phương pháp khoan phụt vữa khác là tồn tại dòng chảy ngược lên mặt đất, gồm vữa, nước, đất bị xói,vv…

1.8 Nhận xét

Jet Grouting ngày càng được áp dụng rộng vì có phạm vi áp dụng đa dạng Riêng lĩnh vực thi công hố đào sâu, Jet Grouitng ứng dụng rộng rãi trong kiểm soát chuyển vị của tường vây, ổn định chống đẩy trồi đáy hố đào, hạn chế lún xung quanh công trình

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN

PHƯƠNG PHÁP PHỤT VỮA ÁP LỰC CAO

2.1 Đặc tính chung của phương pháp phụt vữa áp lực cao

Thiết kế về phương pháp phụt vữa áp lực cao chủ yếu là xác định tỷ lệ chịu tải, chiều dài cọc và lựa chọn tỷ lệ xi măng.Khi thiết kế cọc xi măng đất chịu lực phải làm cho sức chịu tải của cọc theo gần bằng sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Nhiều chỉ số ảnh hưởng đến hiệu suất và hiệu quả của quá trình phụt vữa áp lực cao nên cần phải cân nhắc và suy xét khi thiết kế và thi công cọc bằng phụt vữa áp lực cao

Bố trí mặt bằng cọc xi măng đất chịu lực có thể căn cứ yêu cầu về lực chịu tải

và biến dạng của nền móng đối với kiến trúc phần trên cũng như đặc điểm kết cấu phần trên, sử dụng các hình thức gia cố như hình trụ, kiểu tường, hình vây quanh hoặc hình khối, cọc có thể chỉ bố trí trong phạm vi mặt bằng nền móng Chiều dài cọc phải căn cứ vào các yếu tố về biến dạng của kết cấu bên trên

Tính toán biến dạng của đất móng hỗn hợp cọc xi măng đất chịu lực bao gồm tổng biến dạng co nén của cụm cọc xi măng đất và co nén biến dạng của lớp đất chưa gia cố dưới mũi cọc

Thông số của Jet Grouting bao gồm hai phần chính là các thông số về thiết bị, vận hành và các thông số về sản phẩm soilcrete

+Các thông số về thiết bị, vận hành bao gồm: áp lực vữa, lưu lượng vữa, áp lực khí, lưu lượng khí, tốc độ nâng cầ, tốc độ xoay cần, kích thước vòi phụt, thành phần vữa( tỉ lệ w:c hàm lượng xi măng)

+Các thông số của sản phẩm sau khi phụt vữa áp lực cao bao gồm: cường độ nén nở hông của soilcrete, đường kính cọc, mo đun đàn hồi

2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng Jet-grouting

2.2.1 Áp lực phun

Để hồ vữa có thể thấm nhanh vào phần lỗ rỗng, tức tăng cường đưa vữa vào đất, thì cần yêu cầu có áp lực phụt đáng kể Mặt khác điều này lại là nguyên nhân làm một phần khối đất bị dời chuyển hoặc thay đổi cấu trúc, do vậy áp lực phụt phải có giới hạn tối đa thích hợp Theo kinh nghiệm thì áp lực này chiếm khoảng 25% của ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân đất tại độ sâu phụt Ngưỡng áp lực phụt sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc đất có thể xác định trước bằng tính toán

Khi tiến hành xói đất với áp lực cao, khoảng cách xói sẽ gia tăng tối đa khi áp lực phun vượt quá cường độ nén có nở hông của đất (Essler & Yshida 2004) Như vậy thì với áp lực cao sẽ rút ngắn thời gian thi công Cụ thể áp lực vào khoảng 1 đến 60 MPa cho các loại đất bùn, cát, v.v., và áp lực có thể trên 200MPa cho đá (Essler & Yshida 2004) Biểu đồ hình dưới thể hiện mối quan hệ giữa khoảng cách xói và áp lực phun

Hình 2 1 Quan hệ giữa khoảng cách xói và áp lực phun(Essler & Yshida 2004)

2.2.2 Tốc độ dòng phụt, thể tích và lưu lượng phụt

2.2.2.1 Tốc độ dòng phụt

Khi tăng áp lực nước trong vòi phụt, sẽ thiết lập được công thức theo định luật bảo toàn năng lượng

0 2 0

Trong đó :

𝑝0: áp suất tại đầu phun tính theo chiều cao cột nước có áp (m)

𝑉0: vận tốc ban đầu từ đầu phun(m/s)

Với đầu phun tốt m=0.92, lưu lượng vữa được xác định theo biểu thức như sau:

.V.A

2 0 2

A : diện tích vòi phun

n : số lượng vòi phun trên thanh cần Jet Grouting