VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG- 123docz.net

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi

7.1. Công nghệ và thiết bị gia cố nền bằng cọc vật liệu rời (cát, sỏi) 7.1.1. Khái niệm chung

- Các cọc vật liệu rời bao gồm cát và sỏi được làm chặt và chèn vào lớp sét mềm yếu bằng phương pháp thay thế. Thuật ngữ "cọc vật liệu rời" được sử dụng ở đây có liên quan đến thành phần của cọc, thường là cát và sỏi được nén chặt. Trong đó cũng kể cả những cọc đá.

- Đất được cải tạo bằng cọc vật liệu rời gọi là đất hỗn hợp. Khi chất tải, cọc bị biến dạng phình lấn vào các tầng đất và phân bố lại ứng suất ở các mặt cắt bên trên của đất, hơn là truyền ứng suất xuống các lớp đất dưới sâu. Điều đó làm cho đất chịu được ứng suất. Kết quả là cường độ và khả năng chịu lực của đất hỗn hợp có thể tăng lên và tính nén lún giảm. Ngoài ra nó còn giảm được ứng suất tập trung sinh ra rên các cọc vật liệu rời. Thành phần của cọc là vật liệu rời có tính thấm cao, nên cọc còn làm tăng nhanh độ lún cố kết và giảm trị số độ lún của công trình sau khi xây dựng.

CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN BẰNG VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi

7.1.2. Các phương pháp thi công cọc vật liệu rời 7.1.2.1. Phương pháp nén chặt bằng rung động.

- Phương pháp nén chặt bằng rung động được sử dụng để nâng cao độ chặt của đất rời, không dính bằng một bộ phận rung động; bộ phận này chìm vào đất nhờ trọng lượng bản thân cùng với sự phù trợ của nước và rung động. Sau khi đạt tới chiều sâu đã định trước, bộ phận rung động được từ từ rút lên và chỗ đó được làm đầy lại bằng vật liệu rời, bằng cách như vậy gây nên sự nén chặt đất. Hình 7.1 minh họa các bước trong quá trình nén chặt bằng rung động. Phạm vi thành phần cỡ hạt đất có khả năng áp dụng phương pháp này được chỉ dẫn ở các tài liệu chuyên môn về xây dựng.

CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN BẰNG VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi

Hình 7.1. Thi công cọc vật liệu rời theo phương pháp nén chặt bằng rung động cho nền không dính.

a) Rung kết hợp phun nước, b) đổ cát từ từ khi rút cọc lên từ từ (vẫn rung) c) Rung nén chặt tạo

"vùng cọc" được nén chặt.

1. Máy cơ sở; 2. Cáp treo cần và cọc; 3. Cần; 4. Múp treo cọc; 5. Cọc có thiết bị rung động.

CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN BẰNG VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi

7.1.2.2. Phương pháp thay thế bằng rung động

- Phương pháp thay thế bằng rung động được sử dụng để cải tạo các loại đất dính có hơn 18% trọng lượng hạt lọt qua mắt sàng tiêu chuẩn 200 US. Thiết bị sử dụng tương tự phương pháp nén chặt bằng rung động. Bộ phận rung động được nhấn chìm vào trong đất dưới tác dụng của trọng lượng bản thân với sự trợ giúp của tia nước hoặc khí phun có tác dụng giội rửa cho đến khi đạt chiều sâu dự định. Quá trình thực hiện được minh hoạ trên hình 7.2. Phương pháp này cũng có thể thực hiện bằng quá trình khô hoặc quá trình ẩm. Trong quá trình ẩm, lỗ được tạo thành trong đất nhờ bộ phận rung động tới chiều sâu mong muốn có kết hợp với phun xói nước. Khi bộ phận rung được rút lên, nó tạo ra một "lỗ khoan" có đường kính khá lớn. Lỗ khoan được lấp đầy từng phần bằng sỏi có kích thước cỡ hạt từ 12mm đến 75 mm. Độ hóa chặt được tạo nên bởi máy rung hoạt động bằng điện hoặc thủy lực ở gần đáy cuối của bộ phận rung động. Quá trình ẩm nói chung phù hợp với những lỗ khoan không ổn định và mực nước ngầm ở cao. Sự khác nhau chủ yếu giữa quá trình khô và ẩm là sự không phun xói nước trong giai đoạn tạo lỗ ban đầu.

CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN BẰNG VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi

CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN BẰNG VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi

7.1.2.3. Phương pháp rung động kết hợp

- Phương pháp này được dùng phổ biến ở Nhật và áp dụng để gia cố cho đất sét mềm yếu khi mực nước ngầm cao. Quá trình tiến hành được miêu tả trên hình 7.3. Cọc sử dụng có kết quả thường là cọc cát nén chặt. Chúng được xây dựng bằng cách đóng ống chống tới chiều sâu mong muốn, dùng búa rung thẳng đứng nặng đặt lên đầu ống. Đổ vào một thể tích cát đã định rồi kéo ống lên từng nấc một, dùng búa rung nén chặt cột cát theo từng nấc với chiều sâu đã được tính từ trước. Đáy ống chống có 2 cánh tạo thành đáy ống để nén chặt cát. Quá trình lặp lại cho đến khi toàn bộ cọc vật liệu rời nén chặt được xây dựng xong. Cọc được tạo ra còn có tên gọi là cọc cát đầm, Việt Nam đã ứng dụng công nghệ này từ năm 2000 khi thi công QL1A ở Bắc Ninh.

CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN BẰNG VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi

CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN BẰNG VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi

7.1.2.4. Phương pháp khoan tạo lỗ

- Trong phương pháp này, cọc được xây dựng bằng việc đầm nện vật liệu rời trong các lỗ khoan trước, theo từng giai đoạn, bằng quả nặng (thường 15−20kN) rơi tự do. Phương pháp này có thể thay thế được phương pháp nén chặt bằng rung động mà lại có giá thành thấp hơn. Tuy nhiên, tác dụng phá hoại và tái tạo lại đất sau đầm nện mà áp dụng đối với các loại đất nhạy cảm thì bị hạn chế. Phương pháp này rất có lợi cho các nước đang phát triển vì chỉ sử dụng những thiết bị địa phương, trong khi các phương pháp đã miêu tả ở trên đòi hỏi những thiết bị đặc biệt và người vận hành phải được đào tạo. Quá trình thực hiện được miêu tả trên hình 7.4.

CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN BẰNG VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi

Hình 7.4. Phương pháp khoan tạo lỗ (theo Datye và Nagaraiu,1985) 1. Khoan tạo lỗ; 2. đổ cát sỏi vào lỗ khoan; 3. đầm chặt vật liệu (đầm rơi tự do); 4. Tiếp tục đổ cốt liệu vào lỗ khoan; 5. Rút ống chống lên 1 đoạn và đầm tiếp; 6.

đổ đầy cát sỏi; 7. Rút ống và đầm;

8. đầm bằng búa rơi tự do; 9. đầm nặng hoàn thiện.

CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN BẰNG VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi

7.2. Thiết bị và công nghệ tạo cọc cát đầm bằng phương pháp rung động kết hợp 7.2.1. Thiết bị chủ yếu

- Gồm có:

1. Cần cẩu 40−50T có lắp đặt giá trượt cho búa rung, hoặc dùng máy cơ sở bánh xích lắp giá búa như máy DH80.

2. Búa rung DZ 90

3. Máy phát điện công suất 200 kVA hoặc nguồn điện lưới 3 pha.

4. Máy nén khí 10 m3/phút.

5. Hệ thống bình chứa khí, ống dẫn và van khí.

6. Máy xúc 1 gầu dung tích 0,4 m3 để cấp cát.

7. Hệ thống cấp liệu (cát)

8. Ống vách Φ400, L = 13 m, δ = 12mm.

9. Thiết bị kiểm tra: để đo mức cát trong ống sau mỗi chu trình có hiển thị số liệu trên máy và in biểu đồ.

CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN BẰNG VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi Hình 7.5. Tổng thể máy tạo cọc cát đầm theo phương pháp rung động kết hợp

1. Giá búa DHP−80; 2. Sàn công tác + phễu đổ cát; 3. Búa rung DZ90; 4. Cọc ống thép Φ400; 5. Tủ điện búa rung

CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN BẰNG VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi

7.2.2. Các bước thi công cọc cát đầm

Để thi công 1 cọc cát đầm cần tiến hành qua 8 bước sau:

- Bước 1:

Dùng máy DHP 80 có lắp giá dẫn hướng cẩu định vị ống vách đúng vị trí. Lắp đặt búa rung DZ90 lên đỉnh ống vách. Lúc này dưới tác dụng của phản lực đất nền van cánh bướm đầu dưới ống vách đóng kín.

- Bước 2: Rung hạ ống vách đến độ sâu thiết kế chân cọc cát.

- Bước 3:

Cấp vật liệu cát (đủ tiêu chuẩn) vào lòng ống vách qua phễu đổ gắn ở thành bên đỉnh ống vách. Lượng cát được cấp trong ống vách lần 1 đến chiều cao cột cát Ho = 6m.

CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN BẰNG VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi

- Bước 4:

Rút ống vách lên chiều cao h1 = 3m bằng búa rung và tời cẩu. Khi đó dưới trọng lượng của cát trong ống vách van cánh bướm mở ra để xả cát vào nền đất, trong quá trình kéo ống vách lên đồng thời kết hợp với khí nén áp lực 5−7 bar qua ống dẫn gắn ở đầu ống vách cát được nhồi vào nền đất dưới ống vách. Chiều cao cột cát trong ống vách phải đủ lớn để có vai trò như một nút van không cho khí nén ngược lên ống vách. Khi hỗn hợp (khí nén +cát) dưới ống vách đạt áp suất hỗn hợp p = 5−7 bar thì dừng lại, áp suất hỗn hợp 5−7 bar có tác dụng:

+ Ngăn cản không cho đất, đất bùn, nước sạt lở chảy lẫn vào hỗn hợp cát trong lòng cọc.

+ Nén ép thành đất theo phương ngang làm tăng đường kính lỗ cọc.

+ Khí nén làm tăng cường quá trình thoát nước lỗ rỗng trong nền đất.

+ Khí nén làm chặt cát mà không phải dùng đến nước.

Nhờ quan trắc áp suất khí nén p có thể biết được cường độ của tầng dưới ống vách và điều chỉnh áp suất p có vai trò quan trọng đảm bảo chất lượng cọc cát dầm và nền đất.

CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN BẰNG VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi

- Bước 5:

Rung và ép ống vách đi xuống một đoạn bằng 2m. Lúc này van cánh bướm được đóng lại và ống vách có tác dụng như một pít tông nén hỗn hợp cát + khí nén (có chiều cao 3m) phía dưới. Khi đó cột ống cát được mở rộng đường kính và đầm chặt theo thiết kế. Quan hệ giữa chiều cao và đường kính cọc được xác định theo công thức:

CHƯƠNG 7: CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ GIA CỐ NỀN BẰNG VẬT LIỆU RỜI VÀ CỌC ĐẤT TRỘN VÔI −XI MĂNG

Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống công nghiệp – Khoa Cơ khí – ĐH Thủy Lợi

- Bước 6:

Nạp bổ xung cát vào ống một lượng 3m theo chiều cao cho đủ chiều cao cột cát trong ống vách là 6m, rút ống lên 3m kết hợp xả khí nén (5−7 bar).

- Bước 7: Rút cọc ống lên một đoạn h' = 1/3 hc - Bước 8:

Rung hạ ống vách xuống 2m như ở bước 5 và quá trình được lặp lại. Sau mỗi chu trình kéo ống vách lên 3m và ép ống vách xuống 2m lại thêm một mét cát đầm đường kính 700 (mm).