Bài giảng Các phương pháp cải tạo đất đá: Chương 2 - TS. Đặng Xuân Trường

Bài giảng Các phương pháp cải tạo đất đá: Chương 2 Gia cố đất nền yếu phương pháp trụ đất xi măng, cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm về phương pháp trụ đất-xi măng; Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng; Trình tự tính toán trụ đất xi-măng; Thi công trụ đất xi-măng. Mời các bạn cùng tham khảo!

CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TẠO ĐẤT ĐÁ

GIA CỐ ĐẤT NỀN YẾU PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT XI MĂNG

(The soil cement column method)

CHƯƠNG 2

 Được phát triển từ các ứng dụng của trụ vôi đất

từ những năm 1960 ở Thụy Điển và ở Liên Xô

cũ Nhật bản là nước phát triển phương phápnày đầu tiên trên thế giới

 Để tạo trụ đất xi măng người ta dùng thiết bị

khoan đĩa xoắn vào trong đất với độ sâu tươngứng với chiều dài của cột và xoay ngược chiều

 Tác dụng hóa lý giữa vật liệu gia cố và đất xảy

ra, quá trình rắn chắc của đất phát triển theothời gian và tạo thành các trụ có sức chịu tải xácđịnh

 Trụ đất xi măng có tiết diện tròn, đường kính

thường là 60cm, độ dài có thể đến 25m

 Trụ đất xi măng thích hợp để gia cố nền đường,

móng các bồn chứa, các công trình dân dụng cótải trọng không lớn, các nhà từ 3 – 5 tầng ở các

đất yếu

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (2/8)

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (3/8)

Trụ đất xi măng là giải pháp xử lý đất yếu bằngcách sử dụng máy móc để trộn tại chỗ đất tự nhiênvới xi măng (có thể kết hợp cả phụ gia) để tạo racác trụ có đặc tính cơ học cải thiện so với đất tựnhiên, từ đó tính chất cơ học của toàn bộ nền đấtđược cải thiện giúp tăng độ ổn định và giảm độ lúncho nền đất

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (4/8)

Nguồn: Tenox Kyusiu – Japan.

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (5/8)

 Khi thi công trụ đất xi măng thì về cơ bản người ta

sử dụng những cần khoan được gắn vào các mô

tơ công suất lớn và được treo trên trục dẫn của xekhoan

 Trên thân của cần khoan có gắn các cánh trộn

 Khi trục khoan quay thì các cánh trộn sẽ đánh tơi

đất và nhào trộn đất với chất gia cố được phun ra

từ các lỗ bố trí trên thân của cánh khoan

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (6/8)

Hình 1: Cần khoan

Hình 2: Silo dung dịch xi măng

Nguồn: Tenox Kyusiu – Japan

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (7/8)

Hình 1,2: Mũi khoan

Nguồn: Tenox Kyusiu – Japan.

1

2

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (8/8)

 Có hai công nghệ thi công là trộn khô và công

nghệ trộn ướt

 Công nghệ trộn khô ra đời trước, sử dụng chất kết

dính là xi măng bột, xi măng bột được đưa vào đấtnền bằng khí nén

 Công nghệ trộn ướt sử dụng chất kết dính là vữa

xi măng Xi măng được trộn với nước theo tỷ lệđịnh trước tạo thành vữa xi măng, sau đó vữa ximăng được đưa vào đất nền bằng máy bơm

 Ưu điểm:

 Trụ đất xi măng thi công nhanh, ngoài ra nền đất yếu

sau khi xử lý bằng trụ đất xi măng thường có độ lúncòn lại nhỏ nên không tốn vật liệu đắp bù lún vàkhông phải chờ nền đất cố kết, do đó tiến độ xâydựng được đẩy nhanh

 Có thể xử lý cục bộ một lớp đất nào đó của địa tầng

 Có thể thi công trong điều kiện ngập nước

 Thi công với độ ồn và độ rung nhỏ nên có thể áp

dụng cả trong đô thị

2.2 ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG (1/3)

2.2 ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG (2/3)

 Thiết bị thi công cồng kềnh, nặng nề đặc biệt là khi

cần thi công trụ có chiều dài lớn

 Trụ dễ bị lỗi gây sự cố công trình

 Xử lý được hầu hết các loại đất yếu, trừ đất có

hàm lượng hữu cơ cao

2.2 ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG (3/3)

2.3 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ & THI CÔNG (1/1)

Khảo sát ĐCCT, thí nghiệm xác định hàm lượng ximăng

Thiết kế sơ bộ nền gia cố Thi công trụ thử bằng thiết bị dự kiến sử dụng Tiến hành các thí nghiệm kiểm tra

So sánh lại với các thí nghiệm trong phòng Điều chỉnh thiết kế

Thi công đại trà

2.4 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (2/13)

Bước 2 Tính sức chịu tải tới hạn theo vật liệu làm cọc

1 Sức chịu tải tới hạn theo điều kiện ngắn hạn

Qgh,nh= Ac(3.5Cc + 3σh)

Trong đó:

Ac - tiết diện ngang của trụ (m 2 )

Cc - sức chống cắt không thoát nước

Ac

𝛔𝐯

𝛔𝐡

2.4 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (3/13)

Bước 2 Tính sức chịu tải tới hạn theo vật liệu làm cọc

2 Độ bền cực hạn lâu dài của trụ

Độ bền cực hạn lâu dài của trụ nhỏ hơn

độ bền ngắn hạn do hiện tượng từ biến.

Qgh,ld = (0.65 ÷ 0.85)Qgh,nh

2.4 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (5/13)

Bước 4 Xác định độ lún

∆h2 là độ lúncủa nền đấtdưới trụ

∆h1 là độ lúncủa khối đấtđược gia cố

2.4 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (6/13)

Bước 4 Xác định độ lún

2.4 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (7/13)

Bước 4 Xác định độ lún

1 Khi tải trọng tác dụng chưa vượt qua giới hạn từ biến

σgl – ứng suất gây lún trong lớp phân tố thứ i

hi – chiều dày lớp đất phân tố thứ i

E – mô đun biến dạng của đất nền

2.4 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (8/13)

2.4 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (10/13)

Bước 5 Tính toán độ cố kết

 Độ cố kết được tính theo Barron (1948)

2.4 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (11/13)

𝛼 − góc lệch giữa 2 dãy trụ

𝜏𝑡𝑏 − ứng suất cắt trung bình (Pa)

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (1/15)

1 Tiêu chuẩn áp dụng

pháp Trụ đất xi măng

2 Vật liệu thi công

 Xi măng: có thể sử dụng các loại xi măng thương mại

trên thị trường, nên sử dụng các loại xi măng chuyên dụng cho xử lý đất và xi măng bền sulfat khi thi công tại vùng có nước mặn.

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (2/15)

1 Quy trình thi công

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (3/15)

1 Quá trình tạo trụ đất xi măng

1 Dải 2 Nhóm

3 Lưới tam giác 4 Lưới vuông Bố trí trụ trùng nhautheo khối

1 Kiểu tường 2 Kiểu ô vuông

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (4/15)

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (5/15)

2 Biện pháp thi công

Trước khi thi công trộn sâu, cần làm sáng tỏ các vấn

đề sau:

 Mục tiêu và phạm vi của công tác trộn sâu;

 Mô tả đất nền theo tiêu chuẩn khảo sát;

 Hình dáng của trụ;

 Phương pháp trộn sâu;

 Thiết bị trộn: hình dáng/ kích thước/cấu trúc của

cần xoay, vị trí lỗ xuất xi măng, hình dáng và chiều

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (6/15)

2 Biện pháp thi công

 Hành trình làm việc (khoan xuống và rút lên, trộn

và trình tự thi công);

 Các thông số: chủng loại và thành phần xi măng,

hàm lượng xi măng, tỷ lệ nước/xi măng, phụ gia.;

 Phòng ngừa lún và đẩy trồi;

 Tổ chức hiện trường;

 Máy móc và thiết bị;

 Quản lý đất thải;

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (7/15)

2 Biện pháp thi công

 Quy trình quản lý chất lượng;

 Quy trình xử lý khi có sự cố dừng thi công;

 Khả năng sửa đổi các thông số trộn trong khi thi

công;

 Các phương pháp thí nghiệm kiểm chứng;

 Hồ sơ thi công (nhật ký, bản vẽ, biểu ghi chép);

 Đánh giá nguy cơ tác động đến môi trường và an

toàn

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (8/15)

3 Chuẩn bị hiện trường

 Việc chuẩn bị mặt bằng thi công theo quy định trong

thiết kế và yêu cầu môi trường, gồm lối vào cho máy móc thiết bị, san lấp, thu dọn mặt bằng, tạo lớp chịu lực cho thiết bị, tiếp nhận, kiểm tra và lưu giữ vật liệu;

 Tất cả vật liệu nhập vào công trường phải có chứng

chỉ xuất xưởng và kết quả kiểm định theo đặc tính kỹ thuật đã được quy định trong thiết kế;

 Kho chứa xi măng được bảo đảm chống ẩm, tránh tác

động bất lợi trong sử dụng.

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (9/15)

4 Thi công thử tại hiện trường

 Trong trường hợp chưa có kinh nghiệm so sánh,

cần thực hiện thi công thử tại hiện trường đại diệnnhằm xác nhận các yêu cầu thiết kế và tạo lập cáctrị số kiểm soát tới hạn cho thiết bị, vật liệu, quytrình kỹ thuật cùng chủng loại khi thi công đại trà.

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (10/15)

4 Thi công thử tại hiện trường

 Các trị số kiểm soát thi công gồm:

 Tốc độ khoan xuống và rút lên;

 Tốc độ quay của đầu khoan;

 Áp lực khí nén (trộn khô);

 Tốc độ phun vữa(trộn ướt);

 Lượng vật liệu sử dụng

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (11/15)

5 Tổ chức thi công

 Trước khi thi công vị trí của trụ trên mặt bằng phải

được định vị;

 Các sai số của trụ theo quy định trong thiết kế

 Hành trình gồm xuyên xuống, đầu trộn đuợc đưa

xuống chiều sâu thiết kế, đất bị trộn và phákết cấu, và rút lên, phun chất kết dính, kết thúctrộn và rời khỏi vị trí

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (12/15)

 Trong trộn ướt, hành trình lại được sử dụng để tái

phân bố vữa đến tỷ lệ quy định, trong lúc chờ đầu trộn vẫn được quay đều Hành trình lại có thể phun thêm hoặc không phun vữa.

 Tốc độ quay của đầu trộn và tốc độ xuyên xuống, rút

lên của cần trộn được hiệu chỉnh để tạo ra đất xử lý tương đối đồng nhất.

 Khi trộn khô, áp suất khí nén nên giữ thấp nhất có thể

trong lúc trộn nhằm tránh dồn đọng khí (air entraiment)

và chuyển dịch đất Khối lượng xi măng dọc thân trụ

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (13/15)

6 Thí nghiệm

 Theo quy định trong thiết kế cần kiểm chứng đặc

trưng cường độ, biến dạng, độ đồng nhất của trụ,

và tính thấm của trụ khi cần thiết;

được quy định trước khi thi công cho từng trườnghợp cụ thể (cách thức áp dụng và các thí nghiệmđặc trưng);

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (14/15)

6 Thí nghiệm

 Thí nghiệm kiểm tra chất lượng được phân bố đều

theo thời gian thi công và thiết bị thi công

Số lượng kiểm tra phải đủ để xác lập trị số trungbình đáng tin cậy các tính chất của trụ trong mỗitầng đất đại diện theo chiều dài trụ, phụ thuộc vàoquy mô xử lý và mục đích dùng trụ;

 Trụ dùng làm tường chắn phải thí nghiệm kiểm tra

độ giao thoa và độ đồng nhất

2.5 THI CÔNG TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (15/15)

7 An toàn lao động

 Tất cả các loại máy móc, thiết bị vận hành phải

tuyệt đối tuân theo quy trình thao tác và quytrình an toàn, đặc biệt là quy trình an toàn cho máytrộn và máy bơm;

 Lắp dựng hệ thống biển báo khu vưc nguy hiểm,

khu vực trụ vừa mới thi công, cấm di chuyển quacác khu vực này

 Khi gặp sự cố, Nhà thầu phải có phương án xử lý

TÀI LIỆU THAM KHẢO

đất yếu trong xây dựng, NXB Xây dựng Hà Nội, 2011.

[M] dxtruong@hcmunre.edu.vn

[B] http://dxtruong.blogspot.com