Kiểm soát chất lượng trong quá trình thi công cọc khoan nhồi áp dụng cụ thể cho công trình nhà ở cao tầng ct22 1

Có nhiều biện pháp để gia cố nền đất yếu nhằm làm sự lún lệch giữa mố cầu và đường dẫn không vượt quá giới hạn cho như: phương pháp cọc đất xi măng, phương pháp thay thế lớp đất nền yếu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ VĂN QUẾ

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CỌC ĐẤT XI MĂNG XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU CHÀNG RÉ, TỈNH SÓC TRĂNG

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã số: 60-58-02-04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM QUANG TÚ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn này là do chính tôi thực hiện, các số liệu, hình ảnh, biểu đồ trong đề tài đều là chân thực, không trùng lặp với bất kỳ nghiên cứu nào trước đây Các biểu đồ, số liệu và tài liệu tham khảo đều được trích dẫn, chú thích nguồn thu thập chính xác rõ ràng

Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2017

Tác giả luận văn

Lê Văn Quế

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho học viên gửi đến quý Thầy Cô trong Bộ môn Địa Kỹ thuật thuộc Trường Đại học Thuỷ Lợi lòng biết ơn sâu sắc vì sự tận tình mà các Thầy Cô đã hướng dẫn và truyền đạt cho học viên những kiến thức quý báu trong các học kỳ vừa qua Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành

Học viên xin chân thành cám ơn Thầy TS Phạm Quang Tú, người Thầy đã hết lòng

giúp đỡ và hướng dẫn học viên trong thời gian học tập, cũng như trong quá trình thực hiện luận văn Thầy đã hỗ trợ học viên rất nhiều về việc bổ sung kiến thức chuyên môn, nguồn tài liệu và những lời động viên quý báu trong quá trình học viên học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Học viên xin chân thành cám ơn các Thầy GS.TS Trịnh Minh Thụ, PGS.TS Hoàng Nguyễn Hữu Huế, PGS.TS Hoàng Việt Hùng, PGS.TS Bùi Văn Trường, PGS.TS Nguyễn Hữu Thái, TS Nguyễn Quang Tuấn, TS Đỗ Tuấn Nghĩa, TS Nguyễn Văn Lộc và các thầy cô trong Khoa Công trình, Bộ môn Địa Kỹ thuật đầy nhiệt huyết và

lòng yêu nghề, tạo điều kiện tốt nhất cho học viên học tập và nghiên cứu, luôn tận tâm giảng dạy và cung cấp cho học viên nhiều tư liệu quan trọng và cần thiết, giúp học viên giảm bớt rất nhiều khó khăn trong thời gian thực hiện luận văn

Học viên xin chân thành cám ơn quý Thầy, Cô, Anh Chị nhân viên của Phòng Đào tạo Đại học & Sau Đại học thuộc Trường Đại học Thủy Lợi và bạn bè, gia đình đã giúp đỡ

và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho học viên trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC BIỂU BẢNG x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG 4

1.1 Tổng quan về hiện tượng lún đường dẫn vào cầu 4

1.2 Đánh giá nguyên nhân hiện tượng lún đường dẫn vào cầu 4

1.3 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu 5

1.3.1 Phương pháp thay thế lớp đất nền yếu bằng đệm cát 5

1.3.2 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát 7

1.3.3 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát 7

1.3.4 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm 9

1.3.5 Phương pháp Cọc bêtông cốt thép kết hợp vải địa kỹ thuật 11

1.3.6 Phương pháp gia tải trước bằng bấc thấm hút chân không 12

1.3.7 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng 13

1.3.8 So sánh tính khả thi của các giải pháp xử lý nền 15

1.4 Sự cố thường gặp với các đoạn nền đường đầu cầu 15

1.4.1 Trượt 16

1.4.2 Các vấn đề về biến dạng 17

1.5 Xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng 17

1.5.1 Giới thiệu chung 17

1.5.2 Các kiểu bố trí cọc đất xi măng 19

1.5.3 Công nghệ đơn pha (Công nghệ S): 21

1.5.4 Công nghệ hai pha (Công nghệ D): 21

1.5.5 Công nghệ ba pha (Công nghệ T): 22

1.5.6 Trình tự thi công cọc đất xi măng 23

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT 28

2.1 Khái niệm về cọc đất xi măng 28

2.2 Nguyên lý tính toán thiết kế 29

2.2.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm cọc đất xi măng làm việc như cọc 30

2.2.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm nền tương đương 31

2.2.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á (AIT) 32

2.2.4 Tính toán biến dạng 33

2.2.5 Tính toán các thông số cọc đất xi măng 36

2.2.6 Kiểm tra ổn định 40

2.2.7 Cơ sở lý thuyết xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu bằng cọc đất xi măng 41

2.2.8 Độ lún của mố cầu 42

2.2.9 Độ lún của nền đường đã được gia cố bằng cọc đất xi măng 43

2.2.10 Phương pháp thi công cọc đất xi măng: 44

2.2.11 Giám sát, kiểm tra và quan trắc trong quá trình thi công [14] 47

2.3 Kết luận chương 2 50

CHƯƠNG 3 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG XI MĂNG TỐI ƯU KHI TRỘN VỚI ĐẤT KHU VỰC XÂY DỰNG CẦU CHÀNG RÉ 52

3.1 Giới thiệu chung 52

3.2 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của mẫu đất trộn với xi măng 54

3.2.1 Các đặc trưng cơ lý của đất, xi măng, nước làm thí nghiệm 54

3.2.2 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm và chuẩn bị vật tư 56

3.2.3 Phương pháp thí nghiệm 57

3.2.4 Đúc mẫu và dưỡng hộ 60

3.2.5 Trình tự thí nghiệm 61

3.2.6 Tiến hành thí nghiệm nén đơn trục 62

3.2.7 Kết quả thí nghiệm 62

3.3 Nhận xét 66

3.4 Kết luận chương 3 67

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU CHÀNG RÉ 69

4.1 Tổng quan về công trình 69

4.1.1 Giới thiệu về khu vực và công trình thi công 69

4.1.2 Giới thiệu về đường dẫn vào cầu Chàng Ré 70

4.2 Các số liệu đầu vào 71

4.2.1 Địa tầng và chỉ tiêu cơ lý các lớp đất 71

4.2.2 Yêu cầu thiết kế 72

4.2.3 Sơ đồ tính toán và các trường hợp tính toán 75

4.3 Nguyên lý tính toán, thiết kế cọc đất xi măng 79

4.3.1 Lựa chọn sơ bộ các thông số cọc đất xi măng 79

4.3.2 Tính toán sức chịu tải của cọc đất xi măng và nền 79

4.3.3 Tính toán lún 81

4.4 Tính toán lựa chọn phương án thiết kế cọc đất xi măng tối ưu 83

4.4.1 Gia cố nền bằng cọc đất xi măng đường kính 0,8m, chiều dài cọc 15,5m (Phương án 1) 86

4.4.2 Gia cố nền bằng cọc đất xi măng đường kính 0,8m, chiều dài cọc 20m (Phương án 2) 92

4.5 Tính toán giải tích tìm độ lún khi chưa xử lý nền 97

4.6 Tính toán đối chiếu bằng mô hình số 98

4.6.1 Các đặc trưng vật liệu tính toán 98

4.6.2 Trường hợp khi chưa xử lý nền 99

4.6.3 Trường hợp xử lý nền bằng cọc đất xi măng 100

4.6.4 Trường hợp tính ổn định trong quá trình sử dụng 101

4.7 So sánh phân tích kết quả theo tính toán giải tích và mô hình số 102

4.8 Phương án tổ chức thi công 102

4.8.1 Chuẩn bị mặt bằng thi công 102

4.8.2 Phương án tổ chức thi công cọc đất xi măng 103

4.8.3 Công tác đảm bảo chất lượng 104

4.9 Kết luận chương 4 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ phương pháp đệm cát 6

Hình 1.2 Sơ đồ phương pháp cọc cát 7

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo giếng cát 8

Hình 1.4 Bố trí giếng cát trên mặt bằng theo sơ đồ tam giác đều 8

Hình 1.5 Nền đường gia cố bằng cọcbê tông cốt thép kết hợp vải địa kỹ thuật 11

Hình 1.6 Sơ đồ phương pháp gia tải trước kết bằng bấc thấm hút chân không 12

Hình 1.7 Nền đất yếu bị trượt sâu 16

Hình 1.8 Bố trí trụ trùng nhau theo khối 20

Hình 1.9 Bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất 20

Hình 1.10 Bố trí trụ trộn khô 20

Hình 1.11 Công nghệ đơn pha (Công nghệ S) 21

Hình 1.12 Công nghệ hai pha (Công nghệ D) 22

Hình 1.13 Công nghệ ba pha (Công nghệ T) 22

Hình 1.14 Cọc đất xi măng dùng trong dự án đường sân bay Cần Thơ 24

Hình1.15 Cọc đất xi măng ứng dụng dưới bồn chứa xăng dầu Cần Thơ 24

Hình 1.16 Cầu Chợ Kinh khi nghiệm thu hoàn thành 26

Hình 2.1 Dây chuyền thi công cọc đất xi măng bằng công nghệ Jet grouting 29

Hình 2.2 Sơ đồ tính tỉ số diện tích thay thế as 34

Hình 2.3 Mô hình tính lún trường hợp A 35

Hình 2.4 Mô hình tính lún trường hợp B 36

Hình 2.5 Các phương pháp bố trí cọc đất xi măng nền đường dẫn 38

Hình 2.6 Sơ đồ xác định Lp, Ls 39

Hình 2.7 Phương pháp tính toán ổn định mái dốc 40

Hình 2.8 Mặt cắt dọc đường dẫn vào cầu được xử lý bằng cọc đất xi măng 41

Hình 2.9 Xác định móng khối quy ước cho nền nhiều lớp 42

Hình 2.10 Phân bố ứng suất dưới đáy móng 43

Hình 2.11 Bố trí thiết bị trong thi công Jet Grouting 46

Hình 3.1 Máy nén đơn không hạn chế nở hông 56

Hình 3.2 Máy trộn mẫu đất xi măng 56

Hình 3.3 Cân khối lượng đất cần trộn 57

Hình 3.4 Cân khối lượng xi măng cần trộn 58

Hình 3.5 Cân xác định lượng nước theo tỷ lệ 58

Hình 3.6 Cho xi măng vào máy trộn 59

Hình 3.7 Chế tạo mẫu đất xi măng 61

Hình 3.8 Mẫu xi măng đã được gia công 61

Hình 3.9 Thí nghiệm nén đơn trục không nở hông mẫu đất xi măng 62

Hình 3.10 Tiến hành nén các mẫu theo ngày tuổi 62

Hình 3.11 Biểu đồ Cường độ chịu nén trong trung bình các mẫu 7 ngày tuổi 63

Hình 3.12 Biểu đồ Cường độ chịu nén trong trung bình các mẫu 14 ngày tuổi 65

Hình 3.13 Biểu đồ Cường độ chịu nén trong trung bình các mẫu 28 ngày tuổi 66

Hình 3.14 Biểu đồ quan hệ giữa Cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng 67

Hình 4.1 Vị trí xây dựng cầu Chàng Ré 70

Hình 4.2 Mặt cắt địa chất công trình cầu Chàng Ré 71

Hình 4.3 Mặt cắt ngang tính toán 75

Hình 4.4 Mặt cắt dọc tính toán 75

Hình 4.5 Ứng suất gây lún tại độ sâu z 76

Hình 4.6 Biểu đồ phân bố ứng suất 76

Hình 4.7 Phạm vi gia cố cọc và phạm vi nền không gia cố 88

Hình 4.8 Các thông số tính ứng suất đáy móng 90

Hình 4.9 Sơ đồ mô phỏng trong phần mềm Plaxis chưa xử lý 99

Hình 4.10 Lưới biến dạng của công trình khi chưa xử lý 99

Hình 4.11 Chuyển vị đứng (lún) của công trình khi không xử lý nền 100

Hình 4.12 Sơ đồ mô phỏng trong phần mềm Plaxis công trình khi xử lý nền 100

Hình 4.13 Lưới biến dạng của công trình 101

Hình 4.14 Sơ đồ mô phỏng trong phần mềm Plaxis trong quá trình sử dụng 101

DANH MỤC BIỂU BẢNG

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu cơ lý của đất làm thí nghiệm 54

Bảng 3.2 Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng 55

Bảng 3.3 Các chỉ tiêu của nước theo TCVN 4506:2012 55

Bảng 3.4 Chế bị mẫu đất trộn xi măng theo hàm lượng ở tuổi 7; 14 và 28 ngày 59

Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm mẫu đất trộn xi măng cường độ chịu nén 7 ngày 63

Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệm mẫu đất trộn xi măng cường độ chịu nén 14 ngày 64

Bảng 3.7 Kết quả thí nghiệm mẫu đất trộn xi măng cường độ chịu nén 28 ngày 65

Bảng 4.1 Chỉ tiêu cơ lý đặc trưng các lớp đất 72

Bảng 4.2 Phần độ lún cố kết cho phép còn lại ∆S tại trục tim của nền đường sau khi hoàn thành công trình [14] 74

Bảng 4.3 Bảng tổng hợp các trường hợp tính toán 77

Bảng 4.4 Thống kê các số liệu tính toán ứng suất dưới mũi cọc Lcol = 15,5m 91

Bảng 4.5 Thống kê các số liệu tính toán ứng suất dưới mũi cọc Lcol = 20m 96

Bảng 4.6 Độ lún khi chưa xử lý nền 98

Bảng 4.7 Bảng thống kê các đặc trưng vật liệu tính toán 98

Bảng 4.8 Bảng tổng hợp kết quả theo giải tích và mô hình số 102

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Asoil (m2) : Diện tích vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc đất xi măng

Acol (m2) : Diện tích của cọc đất xi măng

as (cm2) :Diện tích tương đối của cọc đất xi măng

B, L, H (m) : chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cọc đất xi măng

Ccol (kN/m2) : Lực dính của cọc đất xi măng

Cci : chỉ số nén lún Cri : chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải

Csoil (kN/m2): Lực dính của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc đất xi măng

Ctđ (kN/m2) : Lực dính tương đương của nền đất yếu được gia cố

cu (kN/m2) : lực dính của cọc xi măng – đất và đất nền khi đã gia cố

Cu.soil(kN/m2) : độ bền chống cắt không thoát nước

d(m) : đường kính cọc

Ecol(kN/m2) : Mô đun đàn hồi của cọc đất xi măng

Esoil(kN/m2) : Mô đun đàn hồi của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc đất

xi măng

Etđ (kN/m2) : Mô đun đàn hồi tương đương của nền đất yếu được gia cố

E50(kN/m2) : Mô đun biến dạng

ffs : hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất

Lcol (m) : chiều dài cọc;

[M] (kNm) : Moment giới hạn của cọc đất xi măng

Q (kg) : khối lượng đất ở trạng thái tự nhiên

q (kN/m2) : ngoại tải tác dụng

Qp kN : khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cọc

Qult (kN) : sức chịu tải giới hạn của cọc đất xi măng

φtđ (độ) : Góc nội ma sát tương đương của nền đất yếu được gia cố

σ’vo (kN/m2) : ứng suất do trọng lượng bản thân

Δσ’v (kN/m2) : gia tăng ứng suất thẳng đứng

σ’p (kN/m2) : ứng suất tiền cố kết

γ (kN/m3) : dung trọng đất đắp

τe (kN/m2) : sức chống cắt của vật liệu đất đắp

τav (kN/m2) : sức chống cắt của vật liệu cọc

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Biến dạng lún tại vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn và mố cầu đắp trên nền đất yếu thường làm cho ô tô di chuyển không êm thuận, giảm vận tốc xe chạy và tăng chi phí duy tu bảo dưỡng công trình, đôi khi còn gây ra tai nạn giao thông đáng tiếc.v.v Đây

là một trong các vấn đề lớn mà Bộ Giao thông Vận tải đặc biệt quan tâm, nhất là tại vùng đồng bằng sông Cửu Long và khu vực tỉnh Sóc Trăng có bề dày tầng đất yếu lớn

và biến đổi phức tạp, cục bộ Phần lớn các công trình cầu tại khu vực này đều gặp hiện tượng biến dạng lún vượt quá giới hạn cho phép tại vị trí tiếp giáp giữa đường và cầu

Do vậy việc nghiên cứu để tìm các giải pháp xử lý nền phù hợp tại đường dẫn vào các cầu trên địa bàn tỉnh Sóc Trăng có ý nghĩa quan trọng và cấp thiết

Tại địa bàn tỉnh Sóc Trăng, hiện tượng công trình bị lún sau khi đưa vào sử dụng đã được ghi nhận Trong đa số các trường hợp là công trình cầu giao thông, độ lún dư vượt quá giới hạn cho phép trong phạm vi cục bộ giữa mố cầu và đường dẫn đã gây trở ngại cho người và phương tiện tham gia giao thông, làm tăng chi phí duy tu bảo dưỡng cũng như có thể gây sự cố công trình

Có nhiều biện pháp để gia cố nền đất yếu nhằm làm sự lún lệch giữa mố cầu và đường dẫn không vượt quá giới hạn cho như: phương pháp cọc đất xi măng, phương pháp thay thế lớp đất nền yếu bằng đệm cát, phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc cát, phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bấc thấm, phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp gia tải trước, phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc bê tông cốt thép, cọc vật liệu rời Việc lựa chọn được một giải pháp xử lý nền đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và phù hợp với điều kiện đất yếu thực tế ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long nói chung và tỉnh Sóc Trăng là một yêu cầu cấp thiết Với mục đích đó, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu giải pháp cọc đất xi măng xử

Thí nghiệm nhằm xác định được hàm lượng xi măng cần thiết kết hợp với đất yếu đạt cường độ và sức chống cắt tốt nhất, từ đó ứng dụng cho việc xử lý, gia tăng ổn định cho nền đất yếu của công trình cụ thể, tính toán, thiết kế chi tiết giải pháp xử lý nền bằng cọc đất – xi măng cho đường dẫn đầu cầu

Từ các thông số độ dài, đường kính, khoảng cách cọc xi măng tác giả ước lượng độ lún của đường dẫn vào cầu gia cố bằng cọc xi măng từ đó so sánh với độ lún của mố cầu

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 cọc xi măng cho công trình cụ thể

3 Đối tượng nghiên cứu, nội dung nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu để áp dụng cho luận văn là xử lý nền đường đầu cầu Chàng Ré,

tỉnh Sóc Trăng bằng giải pháp cọc đất xi măng theo công nghệ Jet Grouting

Nội dung nghiên cứu thực hiện thí nghiệm xác định cường độ chịu nén đơn của đất gia

cố bằng xi măng, làm cơ sở tính toán lựa chọn phương án thiết kế cọc đất xi măng tối

ưu từ đó rút ra được những vấn đề cần chú ý trong quá trình nghiên cứu đánh giá được

ưu, nhược điểm từ đó chọn ra giải pháp nhằm áp dụng vào việc gia cố nền có hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao nhất, vận dụng phối hợp các phương án gia cố nền đất yếu bằng

phương pháp cọc đất xi măng bằng phương pháp trộn ướt đang được sử dụng phổ biến tại các công trình thực tế theo tiêu chí thiết kế đã xây dựng, từ đó phân tích đề xuất ra giải pháp thiết kế mới, có thể sử dụng để tính toán các giải pháp thiết kế gia cố nền đất

yếu các công trình trên địa bàn tỉnh Sóc Trăng

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến độ lún lệch của nền đường dẫn đã được gia cố bằng cọc đất xi măng đó đưa ra được các lựa chọn thích hợp

để thiết kế và ước lượng độ lún của nền đường dẫn

Nghiên cứu thực nghiệm: Gia công đúc mẫu thử và thử nghiệm tìm ra kết quả tối ưu hàm lượng đất – xi măng theo độ ẩm và thời gian Phân tích và đánh giá kết quả thử nghiệm đồng thời ứng dụng kết quả vào tính toán sức chịu tải của cọc đất xi măng và

độ lún nền đường dẫn thực tế ở địa phương

Nghiên cứu mô phỏng: Ứng dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng tính toán công trình

6 Sự hạn chế của đề tài

- Trong phạm vi đề tài chỉ nghiên cứu đến trường hợp tải trọng tĩnh, chưa nghiên cứu đến trường hợp tải trọng động như động đất, công tác thí nghiệm trộn đất - xi măng chỉ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG

1.1 Tổng quan về hiện tượng lún đường dẫn vào cầu

Nền đắp công trình là loại hình ta thường gặp trong các công trình xây dựng, trong công tác xây dựng công trình tại khu vực tỉnh Sóc Trăng, số lượng công trình xây dựng trên nền đất yếu đã gia tăng nhanh chóng, do địa hình địa mạo trong khu vực khá phức tạp, các tầng địa chất các lớp đất yếu nằm xem kẽ nhau, bên cạnh đó những thiết sót của công tác khảo sát, thiết kế hoặc thi công dẫn đến một số đường dẫn vào cầu bị lún trong suốt quá trình thi công, bảo hành và sau khi hoàn thành đưa vào sử dụng, hiện tượng lún đường dẫn vào cầu xảy ra hầu như trên toàn quốc, gây khó khăn nguy hiểm cho phương tiện tham gia lưu thông, công tác duy tu bảo dưỡng, khắc phục rất khó khăn và tốn kém do nền đất lún, bị biến dạng không kiểm soát được, đôi khi các

sự cố lún này dẫn đến các hậu quả chưa thể lường trước được

1.2 Đánh giá nguyên nhân hiện tượng lún đường dẫn vào cầu

Do địa hình chung trong đồng bằng sông Cửu Long nói chung và tỉnh Sóc Trăng nói riêng, với hệ thống sông ngòi chằng chịt, được sự quan tâm của Đảng và Nhà nước, các chương trình xóa cầu khỉ, đường ô tô đến trung tâm xã đã được khởi động, rất nhiều cây cầu đã được đầu tư xây dựng góp phần phát triển kinh tế trong khu vực, nâng cao dân trí, lưu thông trao đổi hoàng hóa và từng bước hoàn thiện mạng lưới giao thông trong khu vực

Với tầng địa chất phức tạp, phần nhiều các đường dẫn vào cầu đều xây dựng trên nền đất yếu, theo thống kê năm 2008 của Sở Giao thông Vận tải tỉnh Sóc Trăng có tổng số

43 cây cầu trên địa bàn tỉnh bị lún đường vào cầu phần tiếp giáp với mố cầu, trong đó các cầu phải bù lún hàng năm như cầu Mỹ Thanh 2 nằm trên tuyến Quốc lộ nam Sông Hậu, cầu Tân Thạnh, cầu Đại Ngãi, cầu Rạch Mọp, cầu Khánh Hưng, cầu Kinh Xáng hàng năm phải bù lún từ 4 - 7cm, riêng cầu Kinh Xáng hiện tượng lún xảy ra hàng năm, có năm phải thực hiện bù lún đến 02 lần

Hiện tượng lún đường dẫn vào cầu có thể do các nguyên nhân chủ yếu sau:

- Do công tác khảo sát địa chất công trình chưa chính xác so với thực tế

- Do nhà thầu tư vấn chưa tính toán đúng về độ lún

- Do nhà thầu thi công

1.3 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu

Xử lý nền đất yếu mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất Việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp, Các biện pháp xử lý nền thông thường được áp dụng [1]

- Các biện pháp cơ học: Bao gồm các phương pháp làm chặt bằng đầm, đầm chấn động, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc vôi…), phương pháp thay đất, phương pháp nén trước, phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát…

- Các biện pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm…

- Các biện pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết đất bằng xi măng, vữa xi măng, phương pháp Silicat hóa, phương pháp điện hóa…

Sau đây là một số phương pháp xử lý nền đất yếu để tăng cường tính ổn định, cường

độ chịu lực cho nền đường dẫn vào cầu

1.3.1 Phương pháp thay thế lớp đất nền yếu bằng đệm cát

Phương pháp thay thế lớp đất yếu bằng đệm cát sử dụng hiệu quả cho lớp đất mặt có chiều dày <3m ở trạng thái bão hòa nước (các loại đất trong phương pháp này như sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than bùn)

Hình 1.1 Sơ đồ phương pháp đệm cát Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau:

- Sau khi thực hiện lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng

đó các lớp đất yếu bên dưới

- Giảm được độ lún và chênh lệch lún không đồng đều của công trình vì có sự phân bổ lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát

- Làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, vì lớp cát đệm có hệ số thấm lớn, đồng thời giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm móng và Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận được

- Làm tăng khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vì cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian

1.3.2 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát

Phương pháp xử lý nền bằng cọc cát là phương pháp nén chặt đất bằng cọc cát, sử dụng hiệu quả khi xây dựng công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày lớn hơn 2m, cọc cát làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất nền, mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu nên còn gọi là nền cọc cát

Hình 1.2 Sơ đồ phương pháp cọc cát Việc sử dụng cọc cát để gia cố nền có những ưu điểm nổi bật sau: Khi dùng cọc cát trị

số mô đun biến dạng ở trong cọc cát cũng như ở vùng đất được nén chặt xung quan sẽ giống nhau ở mọi điểm, quá trình cố kết của nền đất diễn biến nhanh hơn nhiều so với nền đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọc cứng khác, phần lớn độ lún của nền đất có cọc cát thường kết thúc trong quá trình thi công, do đó tạo điều kiện cho công trình mau chóng đạt đến giới hạn ổn định; cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn; nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất đ-ược nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý; cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng các loại vật liệu khác

1.3.3 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát

Các loại đất yếu như bùn, than bùn và các loại đất dính ở trạng thái bão hòa nước có

lớn thay đổi theo thời gian trên các loại đất này là đối tượng nghiên cứu của nhiều người thiết kế

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo giếng cát

Hình 1.4 Bố trí giếng cát trên mặt bằng theo sơ đồ tam giác đều

Trong những trường hợp này, đòi hỏi phải rút ngắn giai đoạn lún để sau khi hoàn thành xong việc xây dựng và đưa công trình vào sử dụng thì độ lún gây ra tiếp đó sẽ không vượt quá giới hạn cho phép trong quy phạm thiết kế

Là một trong những phương pháp xử lý tương đối có hiệu quả với những loại đất yếu như bùn, than bùn và các loại đất dính ở trạng thái bão hòa nước có biến dạng lớn kéo dài theo thời gian và sức chịu tải thấp Với những loại đất này, giếng cát đáp ứng được yêu cầu rút ngắn thời gian lún

Giếng cát là một trong những phương pháp tốt nhất, rẻ tiến nhất, đáp ứng được các yêu cầu trên, giếng cát có hai tác dụng chính

- Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, do đó làm cho công trình xây ở trên chóng đạt đến giới hạn ổn định về lún, đồng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng đều

- Trong trường hợp khoảng cách giữa các giếng cát được chọn một cách hợp lý thì nó còn có tác dụng làm tăng độ chặt của nền đất và do đó sức chịu tải của đất nền tăng lên một cách đáng kể

- Ngoài ra phương pháp này tận dụng vật liệu địa phương nên hạ được giá thành công trình

Khi ứng dụng giếng cát cũng cần chú ý rằng nếu nền đất có trị số độ dốc thủy lực ban đầu và độ bền cấu trúc lớn thì hiệu quả của giếng cát sẽ có phần bị hạn chế

Ở nước ta, mặc dù hiện nay giếng cát chưa được áp dụng vì điều kiện thi công còn bị hạn chế, nhưng thời gian tới, với số lượng công trình xây dựng trên vùng đất yếu ngày càng nhiều, chắc chắn giếng cát là biện pháp xử lý nền tốt, có hiệu quả về mặt kinh tế

Với công trình thủy lợi chịu chênh lệch cột nước thượng hạ lưu lâu dài thì không nên

sử dụng hoặc phải có biện pháp chống thấm bổ sung

1.3.4 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép

Bấc thấm được cấu tạo gồm 2 phần: Lõi chất dẻo (hay bìa cứng) được bao ngoài bằng

- Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài vào lõi chất dẻo

- Lõi chất dẻo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát ra ngoài khỏi nền đất yếu bão hòa nước

Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài là Polypropylene và Polyesie không dệt hay vật liệu giấy tổng hợp, có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẻo và đất xung quanh, đồng thời

là bộ phận lọc, hạn chế cát hạt mịn chui vào làm tắc thiết bị

Do đó, các thiết bị PVD dưới tải trọng nén tức thời đủ lớn có thể ép nước trong lỗ rỗng của đất thoát tự do ra ngoài

Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập, nhưng trong trường hợp cần tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời biện pháp xử lý bằng bấc thấm với gia tải tạm thời, tức là đắp cao thêm nền đường so với chiều dày thiết kế 2 – 3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải

Trong quá trình lắp đặt bấc thấm, không được để xảy ra hiện tượng đứt bấc thấm Trong thực tế có thể bị đứt đoạn nếu như tốc độ rút ống quá nhanh

- Tốc độ lắp đặt bấc thấm (cắm bấc thấm vào đất yếu) đạt trung bình 5.000m/ngày/máy Vì tốc độ lắp đặt nhanh làm giảm giá thành công trình Đây là ưu điểm vượt trội nhất so với các phương pháp tiêu thoát nước khác

- Bấc thấm đặt trong nền đất yếu sẽ không xảy ra hiện tượng bị cắt trượt do lún cố kết gây ra

- Sự vấy bẩn mặt bằng thi công ít hơn nhiều so với việc thi công cọc cát, giếng cát, không yêu cầu nước phục vụ thi công, chiều sâu cắm bấc có thể đạt tới 40m, dễ dàng kiểm tra được chất lượng, thoát nước tốt trong các điều kiện khác nhau

- Bấc thấm là sản phẩm được chế tạo trong nhà máy công nghệ và chất lượng ổn định

1.3.5 Phương pháp Cọc bêtông cốt thép kết hợp vải địa kỹ thuật

Phương pháp Cọc Bê tông cốt thép là kết hợp sự làm việc của cọc bêtông cốt thép với vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật được bố trí bên trên đầu cọc giúp truyền tải trọng của khối đất đắp xuống cọc và ổn định trượt cho mái taluy Cọc bê tông cốt thép truyền tất cả tải trọng xuống tầng đất chịu lực Phương pháp này giảm lún cho nền đường và giảm sự lún lệch giữa các cọc, vừa đảm bảo ổn định trượt và ổn định tổng thể [2]

Hình 1.5 Nền đường gia cố bằng cọcbê tông cốt thép kết hợp vải địa kỹ thuật

Biện pháp thi công đơn giản và rút ngắn thời gian thi công đáng kể;

- Cho phép thoát nước tự do thấm từ nền đắp bên trên xuống nền đường bên dưới và ngược lại

- Thời gian sử dụng được kéo dài theo tuổi thọ của vải địa kỹ thuật và sự lún lệch giữa các cọc được hạn chế tối đa và không làm ảnh hưởng nhiều đến ổn định tổng thể

- Công nghiệp hóa trong việc chế tạo và thi công cọc

- Chi phí tương đối cao

- Đối với các vùng không có tầng đất tốt bên trên hoặc đất chịu áp lực ngang do các nguyên nhân khác quan thì khả năng dịch chuyển ngang của đầu cọc rất khó khống chế, làm thay đổi sơ đồ làm việc của cọc

- Khi thi công trực tiếp trên đất yếu sẽ không ưu việt bằng phương pháp khác Phạm vi

áp dụng:

- Thích hợp cho công trình nâng cấp cải tạo nền đường đắp cao trong khu vực nội thành

- Các khu vực cục bộ cần phải khống chế chặt chẽ độ lún đến vài centimet

1.3.6 Phương pháp gia tải trước bằng bấc thấm hút chân không

Hình 1.6 Sơ đồ phương pháp gia tải trước kết bằng bấc thấm hút chân không Trong quá trình gia tải trước, có các vấn đề khó khăn phát sinh: Do nền đất yếu nên khu vực chân khối đắp gia tải hay bị trượt, dẫn đến hoặc phải sử dụng phản áp chiếm rất nhiều diện tích, hoặc phải gia tải từng cấp tốn rất nhiều thời gian; Chi phí vận

chuyển vật tư đến chất tải, sau đó phải dỡ tải vận chuyển đi phần còn dư, hơn nữa giá thành mua vật liệu chất tải cũng rất lớn Một phương pháp có thể khắc phục các nhược

điểm trên là phương pháp gia tải bằng bấc thấm hút chân không

Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia tải trước bằng hút chân không là nếu cách

ly được mặt đất với lớp không khí bên trên và hút chân không khu vực cô lập, trong khu vực này áp lực trong lỗ rỗng gồm áp lực khí và áp lực nước sẽ hạ thấp, ứng suất hữu hiệu gia tăng lượng tương ứng gây biến dạng co khối đất, mặt đất lún xuống Nhìn

về khía cạnh khác, toàn khu vực bị hạ áp lực lỗ rỗng chịu một áp lực nén bằng trọng lượng cột không khí tương ứng với tỷ lệ hút chân không, nếu như hút chân không được 80% trọng lượng cốt không khí tức là khoảng 80kPa

Vì do áp lực khí trong lỗ rỗng giảm giống nhau trong mọi phương nên trong khối đất

bị hút chân không không xuất hiện ứng suất lệch nên không có hiện tượng trượt ở khu vực biên chịu tải Điểm lợi thế thứ hai là khi tắt máy hút chân không áp lực nén sẽ biến mất, không tốn chi phí dọn dẹp vật liệu gia tải như phương pháp gia tải truyền thống

- Bất lợi của phương pháp hút chân không là lượng nước từ khu vực xung quanh sẽ thấm vào khu vực có áp lực lỗ rỗng thấp, điều này dẫn đến lượng nước bơm sẽ lớn hơn nhiều lần độ giảm lỗ rỗng khu vực cần nén chặt, để khắc phục hiện tượng này có thể làm tường bao xung quanh khu vực cần gia tải trước với vật liệu kiểm soát độ thấm

1.3.7 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng

Từ lâu ta đã biết nếu trộn đất sét với một lượng xi măng hoặc chất liên kết vô cơ tương

tự thì sẽ được một vật liệu có tính chất cơ học cao hơn hẳn đất không gia cố Phương pháp hình thành cọc trộn đất với xi măng nhờ vào thiết bị khoan hai hoặc ba lưỡi khoan quay ngược chiều nhau trộn đều đất với vật liệu kết dính

Quá trình ninh kết hỗn hợp đất – xi măng sẽ phát sinh nhiệt, một phần nước xung quanh sẽ bị hút vào quá trình thuỷ hoá, một phần nước khác sẽ bị bóc hơi do nhiệt

ninh kết Cho nên phải được thí nghiệm để xác định hàm lượng tối ưu đó và hướng dẫn

cụ thể khi tiến hành thi công tại hiện trường Tham khảo nhiều kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng ứng dụng các loại cọc đất trộn xi măng có thể áp dụng trong các vùng đất bùn yếu, có hệ số thấm bé không áp dụng được các loại cọc vật liệu rời [3]

Vải địa kỹ thuật được bố trí bên trên đầu cọc giúp truyền tải trọng của khối đất đắp xuống cọc và ổn định trượt cho mái taluy Cọc đất xi măng truyền tất cả tải trọng xuống tầng đất chịu lực Phương pháp này giảm lún cho nền đường và giảm sự lún lệch giữa các cọc, vừa đảm bảo ổn định trượt và ổn định tổng thể

- Rút ngắn thời gian lún cố kết và làm giảm độ lún trong quá trình sử dụng

- Cải thiện đáng kể sức chịu tải của công trình

- Thời gian sử dụng được kéo dài theo tuổi thọ của vải địa kỹ thuật và sự lún lệch giữa các cọc được hạn chế tối đa và không làm ảnh hưởng nhiều đến ổn định tổng thể

- Phải thực hiện thí nghiệm nhiều lần để tìm ra hàm lượng chất ninh kết tối ưu cho từng khu vực có địa chất thay đổi

- Chi phí cho giá thành hơi cao

- Thi công phức tạp, đòi hỏi phải có máy móc đạt yêu cầu và công nhân kỹ thuật có kinh nghiệm hoặc được đào tạo chuyên môn

- Khó kiểm tra chất lượng cọc sau khi thi công

- Đây là công nghệ mới được áp dụng ở Việt Nam gần đây nên việc lựa chọn nhà thầu

có kinh nghiệm thiết kế và thi công trong lĩnh vực này còn hạn chế

- Chống trượt mái dốc, sườn dốc, nền đường đắp cao, nền nhà công nghiệp

- Ổn định nền đắp cao trên địa tầng yếu, hệ số thấm nhỏ

1.3.8 So sánh tính khả thi của các giải pháp xử lý nền

Qua nghiên cứu các giải pháp gia cố nền như đã nêu, so sánh từng giải pháp cho thấy, mục đích gia cố nền đạt yêu cầu cao về kỹ thuật cũng như ảnh hưởng đối với khu dân

cư, khu đô thị, giải pháp thay đất luôn được ưu tiên hàng đầu Tuy nhiên cần phải lưu

ý rằng, giải pháp thay đất luôn đòi hỏi phải có lộ giới rộng, thời gian thi công phụ thuộc vào thiết bị và vật tư, với địa hình như Đồng bằng Sông Cửu Long như hiện nay các loại vật tư sử dụng trong phương pháp thay đất rất khó khăn Do đó cần phải có những nghiên cứu so sánh cụ thể giữa các ưu nhược điểm và tiêu chí đặt ra để lựa chọn giải pháp cho phù hợp

Khi không sử dụng phương án thay đất thì phương pháp xử lý đất yếu thông dụng nhất tại Việt Nam vào thời điểm này là gia tải trước kết hợp bấc thấm (PVD) nhờ vào tính tương thích và chi phí hợp lý, tuy nhiên vấn đề hiện nay là việc cung cấp vật liệu đệm cát làm lớp thoát nước Đối với dự án này không thể áp dụng biện pháp bấc thấm thông thường do giới hạn lộ giới dành cho bệ phản áp Phương pháp cố kết chân không

là lựa chọn thay thế tốt nhất kế tiếp, nó làm giảm chiều cao gia tải tạm cũng như bề rộng bệ phản áp yêu cầu Ứng dụng chân không thay thế cho nhu cầu gia tải tạm cao,

và nguyên tắc xử lý tương tự với phương pháp bấc thấm thông thường Với những đoạn đường đắp cần bệ phản áp lớn hơn dẫn đến có thể vượt qua lộ giới

Vì vậy, phương pháp cọc đất xi măng hay sàn giảm tải BTCT sẽ là lựa chọn tốt hơn Các ưu điểm chính của phương pháp cọc đất xi măng bao gồm như: Rút ngắn thời gian lún cố kết và làm giảm độ lún trong quá trình sử dụng; Cải thiện đáng kể sức chịu tải của công trình; Thời gian sử dụng được kéo dài theo tuổi thọ của vải địa kỹ thuật và sự lún lệch giữa các cọc được hạn chế tối đa và không làm ảnh hưởng nhiều đến ổn định tổng thể

1.4 Sự cố thường gặp với các đoạn nền đường đầu cầu

đất yếu sẽ bị phá hoại khi xây dựng khiến cho nền đắp bị lún nhiều do nền đất bị phá hoại và trồi sang hai bên

Mặt khác nền đắp nhanh với khối lượng lớn sẽ làm cho áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất nền tăng, dẫn đến sức chống cắt của đất nền giảm, gây ra mất ổn định nền đường

1.4.1 T rượt

Kiểu phá hoại này thường gặp trong xây dựng đường do dạng hình học thông thường của nền đắp Một cung trượt tròn sinh ra do nền đắp bị lún cục bộ, ngược với lún lan rộng như kiểu lún trồi, xem Hình 1.7

Hậu quả của sự lún này là một bộ phận của nền đắp và của đất nền thiên nhiên dọc theo diện tích phá hoại bị chuyển vị và có hình dạng thay đổi theo tính chất và các đặc tính cơ học của vật liệu dưới nền đắp Để tính toán, trong các trường hợp đơn giản nhất thường xem đường phá hoại tương tự một đường cong tròn và sự trượt được gọi là trượt tròn

Khi nền đất yếu có chiều dày lớn hơn 3 lần chiều cao đất đắp cần phải kiểm tra sự phá hỏng do trượt sâu qua cả nền đắp và nền đất yếu [4]

Hình 1.7 Nền đất yếu bị trượt sâu Ngoài ra các đường có bề rộng lớn sẽ gây ra vùng nén lún sâu, nên mặc dù đường đắp không cao (không bị trượt) nhưng vẫn xảy ra lún nhiều, gây khó khăn cho điều kiện sử dụng công trình

Các chuyển vị ngang thường nhỏ hơn chuyển vị thẳng đứng, tỉ số giữa hai chuyển vị này chủ yếu phụ thuộc vào kích thước hình học của nền đắp và chiều dày, các đặc tính của đất yếu

1.5 Xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng

1.5.1 Giới thiệu chung

Phương pháp trộn xi măng với đất nền dưới sâu gọi là phương pháp trụ đất xi măng hay cọc đất xi măng, đã được rất nhiều nước trên thế giới sử dụng để cải tạo đất yếu khi xây dựng công trình [3]

yếu Sản phẩm cọc đất xi măng có tính thấm và tính nén lún thấp hơn so với đất nền xung quanh Phương pháp sử dụng cọc đất xi măng nhằm một số mục đích:

Tăng cường khả năng chống biến dạng của nền đất:

- Giảm độ lún và độ lún lệch

- Giảm biến dạng ngang

- Rút ngắn thời gian lún, rút ngắn thời gian xây dựng công trình

- Giảm áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất sét yếu

Tăng cường sức chống cắt của đất nền để:

- Tăng cường khả năng ổn định của đường, đê, đập…

- Tăng cường khả năng chịu tải của nền

- Giảm bớt áp lực đất chủ động lên tường chắn

- Ngăn ngừa sự hóa lỏng của đất

Rút ngắn thời gian đông cứng nền đất để:

- Giảm bớt chấn động gây ra do các dòng xe ô tô, xe lửa hoạt động trên các tuyến đường cao tốc, đường ray

- Giảm bớt chấn động cho các vùng đất xung quanh khu vực xây dựng

Phạm vi ứng dụng:

Khi xây dựng các công trình dân dụng, nền đường, đường dẫn vào cầu trên nền đất yếu cần phải có các biện pháp xử lý đất nền bên dưới nhất là những khu vực có tầng đất yếu khá dày như vùng một số tỉnh ở đồng bằng sông Cửu Long

So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, công nghệ cọc đất xi măng có ưu điểm là khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho đến bùn

yếu), thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp

Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi ro cao Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ Tốc độ thi công cọc rất nhanh

Hiệu quả kinh tế cao Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng, đặc biệt trong tình hình giá vật liệu leo thang như hiện nay

Thích hợp cho công tác xử lý nền công trình, nền đường, đường dẫn các công trình ở các khu vực nền đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển

Tiêu chuẩn thiết kế:

Tại Việt Nam, Tiêu chuẩn thiết kế - thi công - nghiệm thu cọc đất xi măng là TCVN 9403:2012 Gia cố nền đất yếu - Phương pháp trụ đất xi măng [5], và TCVN 9906:2014 Công trình thủy lợi - Cọc đất xi măng thi công theo phương pháp Jet-Grouting - Yêu cầu thiết kế thi công và nghiệm thu cho xử lý nền đất yếu [6]

Tiêu chuẩn của nước ngoài thì có Shanghai-Standard ground treatment code 40-94 (Tuy nhiên trong các tài liệu tính toán này chỉ chủ yếu đề cập đến vấn đề lực thẳng đứng là chính mà chưa đề cập đến vấn đề thiết kế khi công trình chịu tải trọng ngang.)

DBJ08-1.5.2 Các kiểu bố trí cọc đất xi măng

Tùy theo mục đích sử dụng có thể bố trí cọc theo các mô hình khác nhau Để giảm độ lún bố trí cọc đều theo lưới tam giác hoặc ô vuông để làm tường chắn thường bố trí thành dãy

Hình 1.8 Bố trí trụ trùng nhau theo khối

.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 [7]

1.5.3 Công nghệ đơn pha (Công nghệ S):

Hình 1.11 Công nghệ đơn pha (Công nghệ S) Công nghệ này vữa phụt ra với vận tốc 100 m/s, vừa cắt đất vừa trộn vữa với đất một cách đồng thời, tạo ra một cột ximăng đất đồng đều với độ cứng cao và hạn chế đất trào ngược lên

Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ phun vữa Các lỗ phun có thể được bố trí ngang hàng hoặc lệch hàng, và có độ lệch góc đều nhau

Công nghệ đơn pha dùng cho các cột đất có đường kính vừa và nhỏ (0,5÷0,8) m

1.5.4 Công nghệ hai pha (Công nghệ D):

Đây là hệ thống phụt vữa kết hợp vữa với không khí Hỗn hợp vữa đất-ximăng được bơm ở áp suất cao, tốc độ 100 m/s và được trợ giúp bởi một tia khí nén bao bọc quanh vòi phun Vòng khí nén sẽ làm giảm ma sát và cho phép vữa xâm nhập sâu vào trong đất, do vậy tạo ra cột đất xi măng có đường kính lớn Tuy nhiên, dòng khí lại làm giảm

độ cứng của cột đất so với phương pháp phụt đơn tia và đất bị trào ngược nhiều hơn

Hình 1.12 Công nghệ hai pha (Công nghệ D) Cấu tạo đầu khoan gồm có một hoặc nhiều lỗ phun (bố trí ngang hàng hoặc lệch hàng,

có độ lệch góc đều nhau) để phun vữa và khí Khe phun khí nằm bao quanh lỗ phun vữa; Công nghệ hai pha tạo ra các cọc có đường kính lớn hơn công nghệ một pha, có thể đạt tới 1,2÷1,5 m

1.5.5 Công nghệ ba pha (Công nghệ T):

Quá trình phụt có cả vữa, không khí và nước Không giống phụt đơn pha và phụt hai pha, nước được bơm dưới áp suất cao và kết hợp với dòng khí nén xung quanh vòi nước Điều đó đuổi khí ra khỏi cột đất gia cố Vữa được bơm qua một vòi riêng biệt nằm dưới vòi khí và vòi nước để lấp đầy khoảng trống của khí Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất hoàn toàn Đất bị thay thế sẽ trào ngược lên mặt đất và được thu gom, xử lý

Hình 1.13 Công nghệ ba pha (Công nghệ T)

Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ đúp để phun nước và khí đồng thời và một hoặc nhiều lỗ đơn nằm thấp hơn để phun vữa Nói chung mỗi cặp lỗ phun khí - nước

và vữa đều nằm đối xứng nhau qua tâm trục của đầu khoan Các cặp lỗ được bố trí lệch góc đều nhau

Cọc đất xi măng tạo ra bằng công nghệ này có thể đạt đường kính lớn tới 3m

1.5.6 Trình tự thi công cọc đất xi măng

Thi công cải tạo nền đất yếu bằng cọc đất xi măng có thể theo các bước sau:

- Định vị và đưa thiết bị thi công vào vị trí thiết kế

- Khoan hạ đầu phun trộn xuống đáy khối đất cần gia cố

- Bắt đầu quá trình khoan trộn và kéo dần đầu khoan lên đến miệng lỗ

- Đóng tắt thiết bị thi công và chuyển sang vị trí mới

1.5.7 Công tác thí nghiệm cọc đất xi măng

Để thiết kế cọc đất xi măng ngoài những thí nghiệm khoan khảo sát hiện trường nên có một số thí nghiệm kèm theo (trình bày chi tiết hơn ở Chương 3)

1.6 Ứng dụng thực tế của cọc đất xi măng trong các công trình xây dựng hiện nay

Cọc đất xi măng là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu Cọc đất xi măng được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho các công trình xây dựng giao thông, thủy 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 , cũng như ngăn ngừa hiện tượng hóa lỏng của đất và cải tạo các vùng đất nhiễm độc

Ở nước ta, từ năm 2002 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng cọc đất xi măng vào xây dựng các công trình trên nền đất, cụ thể như: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử

Phòng), dự án sân bay Cần Thơ, dự án thoát nước khu đô thị Đồ Sơn (Hải Phòng), dự

án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu

Hình 1.14 Cọc đất xi măng dùng trong dự án đường sân bay Cần Thơ

Hình1.15 Cọc đất xi măng ứng dụng dưới bồn chứa xăng dầu Cần Thơ

Năm 2004 cọc 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 công nghệ Jet - grouting để sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội)

Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến tính chất của xi măng - đất, nhằm ứng dụng cọc đất xi măng vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi Nhóm đề tài cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An)

Tại thành phố Đà Nẵng, cọc đất xi măng được ứng dụng ở Plazza Vĩnh Trung dưới 2 hình thức: Làm tường trong đất và làm cọc thay cọc nhồi

Tại Tp Hồ Chí Minh, cọc đất xi măng được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây, một số building như Saigon Times Square

Tại Quảng Ninh, công trình nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh đã áp dụng công nghệ phun ướt, địa chất công trình phức tạp gặp đá mồ côi ở tầng địa chất cách cao độ mặt đất 11 - 12m, đất đồi cứng khó khoan tiến độ công trình đòi hỏi gấp, lúc cao điểm lên đến 6 máy khoan

Tại Hà Nội hầm đường bộ Kim Liên được xây dựng trong khu vực địa chất yếu là khu vực đường Đào Duy Anh chính vì vậy nền đất dưới hầm đã được cải tạo bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng với chiều dày 1,5 – 6m Việc gia cố đất tại đáy bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng không nhằm gia cố nền đất mà chỉ với mục đích chống trượt khi đào sâu xuống độ sâu > 10m và cũng không phải gia cố lại tất cả các

nhiều giao cắt với đường bộ - đường sắt, dọc theo con đường này có nhiều hạng mục công trình trong quá trình thi công đã dùng cọc đất xi măng để xử lý nền đất yếu, chống lún, chống trượt đất cho mái dốc, ổn định đất đường hầm;

Tại Sóc Trăng, công nghệ gia cố nền đường phần tiếp giáp mố cầu được áp dụng cho các công trình cầu đường trên địa bàn tỉnh, điển hình như cầu Chợ Kinh trên tuyến đường tỉnh 940 đã hoàn thành đưa vào sử dụng ngày 21/9/2015

Hình 1.16 Cầu Chợ Kinh khi nghiệm thu hoàn thành

1.7 Kết luận chương 1

Từ các nội dung đã nêu trong chương, cho thấy có nhiều biện pháp xử lý nền đất yếu được áp dụng tại Việt Nam, Khi áp dụng mỗi phương pháp xử lý cần phải phù hợp với điều kiện tự nhiên, địa chất, thổ nhưỡng và các yếu tố thuỷ văn, thuỷ lực tại nơi xây dựng công trình, hiện nay một số giải pháp được kiến nghị xử lý lún cho nền đường mục đích để tăng khả năng chịu tải cho nền đường, giảm thời gian cố kết, giảm độ lún công trình trong quá trình sử dụng, tăng độ bền cho lớp đất yếu từ đó dẫn đến tăng cường khả năng chịu lực, kéo dài tuổi thọ cho công trình, mỗi biện pháp xử lý đều có

ưu nhược điểm riêng và chỉ được áp dụng đối với một số điều kiện địa chất, điều kiện thi công công trình, cũng như thời gian thi công nhất định

Phương pháp gia cố nền bằng cọc đất xi măng với mục đích cải thiện đáng kể sức chịu tải của công trình mà không làm ảnh hưởng đến các công trình lân cận, tốc độ thi công

nhanh so với các phương pháp xử lý khác, có thể áp dụng khi vận chuyển máy móc thiết bị khoan phụt và vật tư xi măng bằng đường sông, tạo điều kiện thuận tiện cho việc triển khai nhanh song song với công tác triển khai thi công đường và trong khi chưa có đường thi công đến công trình, trong quá trình thi công cũng có thể thay đổi

độ sâu, đường kính cọc theo yêu cầu tại thực tế công trình; Thực tế với các nền đường đắp cao trên nền đất yếu, công trình yêu cầu thời gian thi công ngắn, độ lún còn lại nhỏ, yêu cầu đất nền cố kết nhanh, tiết kiệm vật liệu đắp khi vật liệu này khan hiếm, vì vậy, tác giả kiến nghị sử dụng giải pháp xử lý nền bằng cọc đất xi măng đất thi công theo công nghệ khoan phụt vữa cao áp (Jet grouting) để xử lý nền đắp trên đất yếu tại các đoạn đường dẫn vào cầu

Để phương pháp gia cố nền đất yếu được lựa chọn phù hợp đưa lại kết quả tối ưu, với các nội dung chính trong phần này bao gồm các vấn đề về nền đất yếu và kỹ thuật công trình khi xây dựng công trình trên nền đất yếu Tác giả đã tổng hợp các giải pháp

xử lý nền điển hình và thích hợp với công trình nền đường, để dễ dàng so sánh, lựa chọn phương án tốt nhất thích hợp nhất nhằm xử lý nền đường dẫn vào cầu Chàng Ré,

đó là Phương pháp xử lý nền bằng cọc đất xi măng

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT

2.1 Khái niệm về cọc đất xi măng

Cọc đất xi măng (hay còn gọi là cột đất xi măng, trụ đất xi măng) (Deep soil mixing columns, soil mixing pile)

Về vấn đề tên gọi là “cọc”, “cột” hay “trụ” thì hiện nay có hai trường phái:

- Trường phái 1 ở châu Á (học viện kỹ thuật châu Á A.I.T, Trung Quốc v.v ) thì gọi tên là “cọc” xi măng - đất

- Trường phái thứ 2 gồm các nước Mỹ, Nhật, châu Âu v.v thì gọi là “cột” xi măng - đất

Riêng ở Việt Nam có người gọi là “cọc” xi măng - đất, người thì gọi là “cột” xi măng - đất Có lẽ nên gọi cột thì đúng hơn bởi vì thuật ngữ cọc chỉ dùng để chỉ các loại cọc bê tông cốt thép, cọc thép v.v có cường độ lớn hơn nhiều so với “cột” xi măng - đất [8] Cọc đất xi măng là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia cố thì quay ngược lại và dịch chuyển lên Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được phun vào nền đất (bằng áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt) là cọc hình trụ được tạo ra bằng phương pháp trộn sâu

Ở Việt Nam hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công cọc đất xi măng là công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) và công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay Jet-grouting) là công nghệ của Nhật Bản: Trộn khô là quá trình phun trộn xi măng khô với đất có hoặc không có chất phụ gia và Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có hoặc không có chất phụ gia Mỗi phương pháp trộn (khô hoặc ướt) sẽ có thiết bị và dây chuyền thi công kỹ thuật, thi công phun (bơm) trộn hợp khác nhau: có thể làm vỡ đất

và trộn bằng bơm tia vữa áp lực cao hoặc bằng thiết bị cơ khí (cánh trộn) kết hợp tia vữa Tuy nhiên do thiết bị thay thế đắt đỏ chủ yếu nhập từ nước ngoài về cũng như các