Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng trụ đất xi măng cho công trình nhà từ 3 đến 4 tầng trên nền đất yếu ở thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN

NGUYỄN TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG CHO CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 4 TẦNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở THỊ XÃ GÒ CÔNG, TỈNH TIỀN GIANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ NGÀNH: 8.58.02.01

LONG AN, NĂM 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN

NGUYỄN TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG CHO CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 4 TẦNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở THỊ XÃ GÒ CÔNG, TỈNH TIỀN GIANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ NGÀNH: 8.58.02.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN NGỌC THẮNG LONG AN, NĂM 2019

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số

liệu, và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong các tạp chí

khoa học và công trình nào khác.

Các thông tin số liệu trong luận văn này đều có nguồn gốc và được ghi chú rõ

ràng./.

Tác giả

Nguyễn Trung Hiếu

ii

LỜI CÁM ƠN

Để có thể hoàn thành khóa học và đề tài luận văn thạc sĩ bên cạnh sự nỗ lực của bản

thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của Quý Thầy (Cô) cũng như sự ủng hộ giúp đỡ của

gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt thời gian học tập.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Quý Thầy (Cô) trường Đại học Kinh tế

Công nghiệp Long An đã tận tình giảng dạy, trang bị kiến thức nền tảng cho tôi trong

quá trình học tập tại trường. Với kiến thức này đã giúp tôi có thể dễ dàng hơn trong việc

tiếp cận và phân tích các luồng thông tin, lựa chọn ra những thông tin hợp lý nhất để thực

hiện hoàn thành luận văn này.

Với tất cả tình cảm của mình, tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc

đến TS. Nguyễn Ngọc Thắng người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ trong suốt quá

trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn này.

Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn đơn vị công tác, gia đình và bạn bè cùng khóa học

đã chia sẽ khó khăn và giúp đỡ để bản thân hoàn thành Luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn!

Tác giả

Nguyễn Trung Hiếu

iii

NỘI DUNG TÓM TẮT

Công trình dân dụng xây dựng trên nền đất yếu thường phải đối mặt với nhiều

vấn đề như lún ổn định và khả năng chịu tải. Theo đó các công nghệ móng cọc nhồi,

cọc cát, cọc ép đã được khai thác sử dụng triệt để đến nổi kéo theo đó là sự hạ giảm

giá thành thi công xây dựng trong khi giá nguyên vật liệu vẫn tiếp tục tăng với tốc độ

chóng mặt làm cho các nhà thầu và chủ đầu tư đều chịu nhiều tổn thất. Không những

thế các công nghệ cọc ép, cọc nhồi tuy có sức chịu tải rất lớn nhưng bên cạnh đó nó

cũng bộc lộ những nhược điểm cũng rất lớn, có nhiều chi phí tốn kém phụ theo, giá

thành cao, mất nhiều thời gian thi công, gây ô nhiễm môi trường, sinh thái xung

quanh, dễ xảy ra sự cố trong quá trình thi công. Chính vì thế mà một công nghệ mới đã

được nghiên cứu và đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới. Đó chính là

công nghệ trụ đất xi măng.

Mặc dù công nghệ gia cố nền đất bằng trụ đất xi măng ngày càng được hoàn

thiện, nhưng quá trình hình thành trụ đất xi măng là quá trình lý hóa phức tạp và phụ

thuộc vào nhiều yếu tố, nên trụ đất xi măng tạo ra có tính chất cơ lý và cường độ phân

tán, do đó trong tính toán hiện nay thường phải làm thực nghiệm, hoặc áp dụng công

thức kinh nghiệm đi kèm theo là nhiều quan điểm tính khác nhau.

Thực hiện đề tài “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng trụ đất xi măng cho công

trình nhà từ 3 đến 4 tầng trên nền đất yếu ở thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang” để rút

ngắn thời gian thi công, đảm bảo về mặt kinh tế khi đầu tư xây dựng công trình trên

địa bàn.

iv

ABSTRACT

Civil works built on soft ground often face many problems such as stable

settlement and load capacity. Accordingly, the technologies of the foundation of bored

piles, sand piles, and pressing piles have been exploited to the point where there is a

decrease in construction cost while the price of raw materials continues to increase at

the speed Dizziness makes contractors and investors suffer many losses. Not only that,

although the technology of pile piles, bored piles has a great load capacity, but besides

that it also reveals great disadvantages, there are many additional costs, high cost,

takes a lot of time. construction, causing environmental pollution, surrounding

ecology, and easy to happen during construction. That is why a new technology has

been researched and is being widely applied in many parts of the world. That is the

technology of cement ground.

Although the technology of soil reinforcement with cement pillars is increasingly

being completed, the process of forming cement ground pillars is a complex physical

and chemical process and depends on many factors. has mechanical properties and

dispersion intensity, so in current calculations, it is often necessary to do experiments,

or apply empirical formulas accompanied by many different calculation views.

Implementation of the project "Research on solutions to treat ground with cement

pillars for houses from 3 to 4 floors on soft ground in Go Cong town, Tien Giang

province" to shorten construction time, ensure economically when investing in

building projects in the area.

v

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i

LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... ii

NỘI DUNG TÓM TẮT ............................................................................................ iii

ABSTRACT ......................................................................................................... iv

MỤC LỤC ............................................................................................................... v

DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ ........................................................ viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ x

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT .................................................. xi

PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1

1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu ..................................................................... 1

2. Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................ 1

3. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 2

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 2

5. Cấu trúc của luận án ............................................................................................. 2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG 4

Giới thiệu chung ............................................................................................. 4

1.1.

1.1.1. Lịch sử phát triển của trụ đất xi măng ....................................................... 4

1.1.2. Khả năng ứng dụng của trụ đất xi măng trong gia cố nền đất yếu .............. 4

Các đặc tính của vật liệu trụ đất xi măng ......................................................... 8

1.2.

1.2.1. Vật liệu trụ đất xi măng ............................................................................ 8

1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành cường độ của trụ đất xi măng .. 14

1.2.3. Sự thay đổi cường độ trụ đất xi măng theo thời gian ............................... 16

1.2.4. Kinh nghiệm gia cố đối với một số loại đất yếu ...................................... 17

Công nghệ thi công trụ đất xi măng ............................................................... 19

1.3.

1.3.1. Công nghệ trộn khô ................................................................................ 21

1.3.2. Công nghệ trộn ướt ................................................................................. 22

Kết luận chương 1 ......................................................................................... 23

1.4.

vi

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐỐI VỚI TRỤ ĐẤT XI MĂNG 24

Giới thiệu ...................................................................................................... 24

2.1.

Các quan điểm tính toán đối với trụ đất xi măng gia cố nền đất yếu .............. 25

2.2.

2.2.1. Quan điểm trụ đất xi măng làm việc như cọc .......................................... 25

2.2.2. Quan điểm tính toán nền đất hỗn hợp ...................................................... 25

2.2.3. Quan điểm tính toán kết hợp ................................................................... 27

Thiết kế trụ đất xi măng ................................................................................ 29

2.3.

2.3.1. Nguyên lý thiết kế................................................................................... 29

2.3.2. Tính toán thiết kế .................................................................................... 31

2.3.3. Kiểm toán lún của nền đất....................................................................... 32

Kết luận chương 2 ......................................................................................... 37

2.4.

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN GIA CỐ NỀN CHO CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG TỪ 3 ĐẾN 4 TẦNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN .................. 38

Giới thiệu công trình ở thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang ............................... 38

3.1.

3.1.1. Cấu tạo công trình................................................................................... 38

3.1.2. Điều kiện địa chất công trình .................................................................. 41

Giới thiệu phần mềm Plaxis 3D Foundation .................................................. 44

3.2.

3.2.1. Mô hình hình học (Geometry) ................................................................. 45

3.2.2. Hố khoan (Boreholds) ............................................................................. 45

3.2.3. Mặt phẳng làm việc (Work planes) ......................................................... 45

3.2.4. Điểm (points) .......................................................................................... 46

3.2.5. Đoạn thẳng (lines) .................................................................................. 46

3.2.6. Vùng (Clusters) ...................................................................................... 46

3.2.7. Phần tử (Elements) ................................................................................. 46

3.2.8. Nút (Nodes) ............................................................................................ 46

3.2.9. Điểm ứng suất (Stress poínt) ................................................................... 46

3.2.10. Dầm ngang (Horizontal Beams) .............................................................. 47

3.2.11. Dầm đứng (Vertical Beams) ................................................................... 47

3.2.12. Sàn (Floors) ............................................................................................ 47

3.2.13. Tường (Walls) ........................................................................................ 47

vii

3.2.14. Cọc (Files) .............................................................................................. 48

3.2.15. Lò xo (Springs) ....................................................................................... 48

3.2.16. Các bước thiết lập bài toán trên Plaxis 3D Foundation ............................ 48

Tính toán thiết kế .......................................................................................... 49

3.3.

3.3.1. Mô hình bài toán ..................................................................................... 49

3.3.2. Tính chất của đất và trụ đất xi măng ....................................................... 51

3.3.3. Quá trình tính toán .................................................................................. 53

3.3.4. Kết quả mô phỏng và phân tích kết quả .................................................. 55

Thi công trụ đất xi măng ............................................................................... 59

3.4.

3.4.1. Yêu cầu vật liệu và thiết bị thi công ........................................................ 59

3.4.2. Trộn mẫu thử trong phòng thí nghiệm ..................................................... 61

3.4.3. Thi công thử trụ đất xi măng ................................................................... 61

3.4.4. Thi công đại trà trụ đất xi măng .............................................................. 62

3.4.5. Xử lý kỹ thuật thi công ........................................................................... 64

3.4.6. Kiểm tra chất lượng và nghiệm thu trụ đất xi măng ................................. 65

Kết luận chương 3 ......................................................................................... 67

3.5.

PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................... 68

1. Kết luận ............................................................................................................. 68

3. Kiến nghị ........................................................................................................... 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 69

viii

DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mặt bằng một số phương pháp gia cố bằng trụ đất xi măng ........................... 6

Hình 1.2 Mặt bằng một số phương pháp gia cố bằng trụ đất xi măng ........................... 8

Hình 1.3 Mối quan hệ giữa cường độ yêu cầu Fcf đối với phần thân trụ và kết quả thí

nghiệm nén 1 trục của trụ đất xi măng ....................................................................... 11

Hình 1.4 Quan hệ giữa cường độ yêu cầu Fcp đối với phần mũi trụ và kết quả thí

nghiệm nén 1 trục của trụ đất xi măng ....................................................................... 14

Hình 1.5 Cường độ kháng nén không thoát nước theo thời gian (Saitoh,1988) ........... 16

Hình 1.6 Tỉ lệ qu/qu28 đối với một số mẫu đất theo thời gian (Saitoh,1988) ............... 16

Hình 1.7 Cường độ trụ đất xi măng tại “Yokohama, Fuckuyama, Imary” tăng theo hàm

logarit (Terashi, 1977) ............................................................................................... 17

Hình 1.8 Nguyên tắc thực hiện dự án thi công trộn sâu .............................................. 20

Hình 1.9 Dây chuyền thiết bị thi công theo công nghệ trộn khô ................................. 22

Hình 1.10 Dây chuyền thiết bị thi công công nghệ trộn ướt ....................................... 23

Hình 2.1 Dạng phá hoại của trụ đất xi măng .............................................................. 24

Hình 2.2 Ứng dụng vòng tròn Mohr với khối hỗn hợp (Đất + đất xi măng) ................ 26

Hình 2.3 Cách thức truyền tải qua nền hỗn hợp.......................................................... 27

Hình 2.4 Sơ đồ thiết kế trụ đất xi măng ...................................................................... 30

Hình 3.1 Công trình Dãy lớp học trường Trung học cơ sở Bình Đông ....................... 38

Hình 3.2 Mặt bằng công trình .................................................................................... 39

Hình 3.3 Mặt cắt công trình ....................................................................................... 40

Hình 3.4 Hình trụ hố khoan HK1 ............................................................................... 42

Hình 3.5 Mặt cắt ngang móng .................................................................................... 43

Hình 3.6 Mặt bằng móng trên nền đất được gia cố bằng trụ đất xi măng .................... 44

Hình 3.7 Thiết lập tổng thể ........................................................................................ 49

Hình 3.8 Cửa sổ mặt bằng làm việc, lỗ khoan ............................................................ 49

Hình 3.9 Mô hình PTHH trong Plaxis 3D Foundation ................................................ 50

Hình 3.10 Lưới PTHH ............................................................................................... 50

Hình 3.11 Giai đoại 1 - Thi công trụ đất xi măng ....................................................... 53

ix

Hình 3.12 Giai đoại 2 - Thi công móng ...................................................................... 53

Hình 3.13 Giai đoại 3 - Gán tải trọng ......................................................................... 54

Hình 3.14 Quá trình phân tích của Plaxis ................................................................... 54

Hình 3.15 Chuyển vị theo phương đứng của nền đất gia cố ........................................ 55

Hình 3.16 Chuyển vị của móng .................................................................................. 55

Hình 3.17 Chuyển vị tại tâm móng ............................................................................ 56

Hình 3.18 Chuyển vị tại đỉnh đầu trụ đất xi măng ...................................................... 56

Hình 3.19 Chuyển vị tại đỉnh mũi trụ đất xi măng ...................................................... 57

Hình 3.20 Sự phân bố ứng suất trong nền gia cố ........................................................ 57

Hình 3.21 Sự phân bố ứng suất trong trụ đất xi măng ................................................ 58

Hình 3.22 Sự phân bố ứng suất tại đầu trụ đất xi măng .............................................. 58

Hình 3.23 Sự phân bố ứng suất tại mũi trụ đất xi măng .............................................. 59

x

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Cường độ yêu cầu phần mũi trụ .................................................................. 10

Bảng 1.2 Điều kiện cấp phối tiêu chuẩn phần thân trụ ................................................ 11

Bảng 1.3 Điều kiện cấp phối tiêu chuẩn phần mũi mũi trụ ......................................... 12

Bảng 1.4 Tỷ lệ trộn cơ bản của vữa xi măng .............................................................. 12

Bảng 1.5 Bảng hiệu quả gia cố đối với các loại đất của các chất gia cố ...................... 17

Bảng 1.6 Công nghệ thi công trụ đất xi măng Bắc Âu – Nhật Bản ............................. 21

Bảng 1.7 Công nghệ đạt được đối với công tác thi công trụ đất xi măng .................... 21

Bảng 3.1 Thông số các lớp đất trong mô hình Plaxis 3D Foundation ......................... 51

Bảng 3.2 Thông số trụ đất xi măng trong mô hình Plaxis 3D Foundation ................... 52

Bảng 3.3 Thông số móng bê tông mô hình Plaxis 3D Foundation .............................. 52

Bảng 3.4 Các thông số cơ bản của thiết bị thi công thử trụ đất xi măng ...................... 61

Bảng 3.5 Thông số nghiệm thu trụ đất xi măng .......................................................... 66

xi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long

FEM Finite Element Method

PTHH Phần tử hữu hạn

TP. HCM Thành Phố Hồ Chí Minh

XM Xi măng

1

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, thị trường xây dựng ở Việt

Nam từ bao giờ đã trở nên nóng bỏng với hàng loạt các công trình cao tầng mọc lên

nhanh chóng ở các khu đô thị lớn. Theo đó các công nghệ móng cọc nhồi, cọc cát, cọc

ép đã được khai thác sử dụng triệt để đến nổi kéo theo đó là sự hạ giảm giá thành thi

công xây dựng trong khi giá nguyên vật liệu vẫn tiếp tục tăng với tốc độ chóng mặt

làm cho các nhà thầu và chủ đầu tư đều chịu nhiều tổn thất. Không những thế các công

nghệ cọc ép, cọc nhồi tuy có sức chịu tải rất lớn nhưng bên cạnh đó nó cũng bộc lộ

những nhược điểm cũng rất lớn, có nhiều chi phí tốn kém phụ theo, giá thành cao, mất

nhiều thời gian thi công, gây ô nhiễm môi trường, sinh thái xung quanh, dễ xảy ra sự

cố trong quá trình thi công. Chính vì thế mà một công nghệ mới đã được nghiên cứu

và đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới. Đó chính là công nghệ trụ đất

xi măng.

Vì lẽ đó việc nghiên cứu giải pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng rút

ngắn thời gian thi công, đảm bảo về mặt kinh tế khi đầu tư xây dựng công trình. Thực

hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý nền bằng trụ đất xi măng cho công trình dân dụng từ

3 đến 4 tầng trên nền đất yếu ở thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang” để tìm ra quy luật

chung cho giải pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng nêu trên trong điều kiện

địa chất đồng bằng sông Cửu Long nói chung và của khu vực thị xã Gò Công, tỉnh

Tiền Giang nói riêng.

2. Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Tìm ra được những ưu điểm của trụ đất xi măng so với các giải pháp móng khác

trong gia cố nền đất yếu dưới công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng.

Tìm ra quy luật phân bố ứng suất lên trụ và đất nền của trụ đất xi măng trong gia

cố nền đất yếu dưới công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng.

2

Kết quả nghiên cứu được ứng dụng trong tính toán công trình sử dụng giải pháp

gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng dưới công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng ở thị

xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang.

3. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được dùng trong luận văn là nghiên cứu tổng quan về

các giải pháp gia cố nền móng cho dân dụng từ 3 đến 4 tầng trên nền đất yếu, giải

pháp gia cố nền bằng trụ đất xi măng và nghiên cứu về đất yếu tại Đồng bằng Sông

Cửu Long và khu vực thị xã Gò Công. Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về khả năng

chịu tải của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng.

Dựa vào số liệu địa kỹ thuật, tải trọng, các cơ sở lý thuyết và các tài liệu tham

khảo có liên quan. Học viên sử dụng mô hình số (Plaxis 3D Foundation) để mô phỏng

sự phân bố ứng suất, biến dạng trong nền đất yếu dưới công trình dân dụng từ 3 đến 4

tầng được gia cố bằng trụ đất xi măng.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là khả năng chịu tải của nền đất yếu được gia

cố bằng trụ đất xi măng dưới công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng.

Giới hạn phạm vi nghiên cứu: Luận văn thực hiện nghiên cứu với đất thu thập tại

thị xã Gò Công và giải pháp này dùng để gia cố đất yếu dưới công trình dân dụng từ 3

đến 4 tầng ở thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang.

5. Cấu trúc của luận án

Nội dung luận văn gồm có phần mở đầu, 03 chương nội dung và phần kết luận và

kiến nghị, trình bày các vấn đề sau:

Phần mở đầu: Trình bày các vấn đề tổng quan về đề tài nghiên cứu xử lý nền

bằng trụ đất xi măng cho công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng trên nền đất yếu ở thị xã

Gò Công, tỉnh Tiền Giang như: Tính cấp thiết, mục tiêu, đối tượng và phương pháp

nghiên cứu.

3

Chương 1. Tổng quan về công nghệ xử lý nền bằng trụ đất xi măng: Trình bày

tổng quan về công nghệ gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng, các tính chất vật liệu

của vật liệu đất trộn xi măng. Các công nghệ thi công trụ đất xi măng cũng được trình

bày trong chương này.

Chương 2. Cơ sở lý thuyết tính toán đối với trụ đất xi măng: Giới thiệu các Các

quan điểm tính toán đối với trụ đất xi măng gia cố nền đất yếu của các tác giả trong và

ngoài nước để tính toán thiết kế về khả năng chịu tải và lún của nền gia cố.

Chương 3. Mô phỏng tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho công

trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng: Mô hình tính toán cho nền móng dưới công trình 3

đến 4 tầng tại huyện Thị xã Gò Công - tỉnh Tiền Giang được áp dụng tính toán. Sử

dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation để kiểm tra ổn định và biến dạng trong nền đất

yếu được gia cố bằng hệ trụ đất xi măng. Các đề xuất phương pháp kiểm tra và thi

công cũng được trình bày.

Phần kết luận và kiến nghị: Các kết quả và kiến nghị của nghiên cứu sẽ được

trình bày trong phần này.

4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG

1.1. Giới thiệu chung

Công nghệ trụ đất xi măng là một phương pháp gia cố nền đất yếu. Phương pháp

này dùng xi măng làm chất đông kết phun trộn cưỡng bức tại chỗ làm cho nền đất yếu

đông cứng thành dạng khối, ổn định với nước và hỗn hợp đất xi măng có cường độ

nhất định, từ đó nâng cao được cường độ đất nền và làm tăng mô đun biến dạng của

nền đất.

1.1.1. Lịch sử phát triển của trụ đất xi măng

Trụ đất xi măng do nước Mỹ nghiên cứu thành công đầu tiên sau Chiến tranh thế

giới thứ 2 gọi là “Mixed – In – Place Pile” (gọi tắt là phương pháp MIP), khi đó dùng

trụ có đường kính từ 0.3÷0.5m, trụ dài 10÷12m. Đến đầu những năm 1960, công nghệ

thi công trụ vôi, trụ vôi xi măng dạng trộn khô phát triển mạnh ở Thụy Điển và các

nước Bắc Âu. Công nghệ trộn ướt được phát triển mạnh ở Nhật Bản (đặc biệt cho công

trình sân bay Quốc tế Kansai trên một hòn đảo nhân tạo, phía dưới hòn đảo nhân tạo là

nền đáy biển là đất yếu). Riêng ở Nhật Bản từ năm 2001 khối lượng thi công đã đạt

150 triệu md/năm.

1.1.2. Khả năng ứng dụng của trụ đất xi măng trong gia cố nền đất yếu

Khi đưa xi măng vào nền dưới dạng bột xi măng hoặc nước vữa xi măng, đầu

tiên nó chiếm thể tích lỗ rỗng của đất làm giảm áp lực lỗ rỗng trong đất. Sau xảy ra

quá trình ninh kết hình thành các trụ đất xi măng trong nền. Chỉ tiêu kháng cắt của trụ

đất xi măng lớn hơn đất nền tự nhiên, sẽ làm thay đổi các thông số chung của của nền

đất hỗn hợp giữa trụ đất xi măng và nền tự nhiên quanh trụ thành một nền đất mới có

các chỉ tiêu cơ lý tăng lên. Các trụ đất xi măng này thường được bố trí trong thân hoặc

vai hoặc ở chân các bờ đắp, dưới nền móng công trình, trên mái dốc, nó có tác dụng

gia cố một phần hoặc toàn bộ nền.

5

Mục tiêu gia cố là ngăn chặn trượt mái, đẩy trồi và lún không đều, nó còn như

một kết cấu ngăn dòng thấm và chống lại hiện tượng hóa lỏng đất...

Trước nay việc gia cố nền đất có sử dụng đến cát thường là phương pháp an toàn

và hay được sử dụng. Người ta có thể sử dụng phương pháp gia cố bằng cọc cát, giếng

cát, phương pháp bấc thấm hút nước... Tuy nhiên khi tại vị trí xây dựng công trình gặp

những nơi địa chất yếu cần phải xử lý, nguồn cung cấp cát dùng để gia cố nền, cát

dùng làm chất gia tải khó khăn. Nếu bắt buộc phải dùng để cải tạo nền sẽ mất công vận

chuyển rất xa tốn kém về thời gian và chi phí cho vận chuyển, như vậy sẽ chậm tiến độ

của dự án và không còn là phương pháp lựa chọn hợp lý nữa. Trong những trường hợp

đó đòi hỏi người tư vấn thiết kế sẽ chọn các giải pháp xử lý khác không cần dùng tới

cát mà vẫn đảm bảo yêu cầu gia cố được sự làm việc ổn định của nền theo yêu cầu.

Nghiên cứu và ứng dụng trụ đất xi măng vào gia cố nền đất là điều mà người

thiết kế phải quan tâm nhiều tới. Phương pháp này tỏ ra khá thân thiện với môi trường,

thời gian thi công nhanh, tận dụng nhiều đến điều kiện tại chỗ để xử lý làm cho đất tốt

hơn.

Việc nghiên cứu ứng dụng trụ đất xi măng cho gia cố nền đất yếu đã được ứng

dụng nhiều tại nhiều công trình trong các vùng đất yếu ở nước ta như Hải Phòng ở

phía Bắc, Khu vực đồng bằng Nam Bộ phía Nam. Tại những nơi đây chiều sâu lớp đất

yếu lớn, nhất là đối với đồng bằng Nam Bộ nơi mà trữ lượng cát phục vụ cho xây

dựng không nhiều và chi phí cho việc sử dụng cát không đạt được hiệu quả kinh tế như

mong muốn. Tùy vào điều kiện về mục đích gia cố người ta có thể bố trí nền trụ đất xi

măng theo một số hình thức sau:

6

Hình 1.1 Mặt bằng một số phương pháp gia cố bằng trụ đất xi măng Hình 1.1 Mặt bằng một số phương pháp gia cố bằng trụ đất xi măng

7

8

Hình 1.2 Mặt bằng một số phương pháp gia cố bằng trụ đất xi măng Hình 1.2 Mặt bằng một số phương pháp gia cố bằng trụ đất xi măng

1.2. Các đặc tính của vật liệu trụ đất xi măng

1.2.1. Vật liệu trụ đất xi măng

1.2.1.1 Xi măng

Xi măng dùng thi công trụ đất xi măng phải được lựa chọn để đảm bảo cường độ

yêu cầu và khả năng thi công. Một số loại xi măng tiêu chuẩn có thể dùng trong thi

công trụ đất xi măng như sau: Xi măng lò cao; Xi măng Poóc lăng thông thường; Xi

măng đã được xác nhận là đảm bảo điều kiện cường độ yêu cầu thông qua thí nghiệm

trộn thử được tiến hành trước khi thi công.

9

1.2.1.2 Nước

Nước để trộn vữa gia cố nên dùng nước ngầm khai thác tại chỗ là phù hợp nhất.

Nguồn nước yêu cầu phải sạch, không lẫn váng dầu mỡ công nghiệp, muối acid, các

tạp chất hữu cơ...

1.2.1.3 Chất phụ gia

Bentonite hoặc đất sét có thể được sử dụng như chất phụ gia với mục đích nâng

cao hiệu quả và khả năng thi công. Có thể sử dụng phụ gia hỗn hợp như phụ gia chống

mất nước, phụ gia đông cứng nhanh hoặc chậm...

1.2.1.4 Cường độ yêu cầu của vật liệu trụ đất xi măng

Cường độ yêu cầu phần thân trụ: Cường độ của trụ đất xi măng đối với phần thân

trụ nơi tạo lực ma sát phải lớn hơn hoặc bằng giá trị cường độ yêu cầu Fcf được tính

toán theo công thức dưới đây ứng với từng trường hợp của nền đất.

Trường hợp nền đất cát:

(1.1)

Trường hợp nền đất sét:

(1.2)

Cường độ yêu cầu phần mũi trụ: Cường độ của trụ đất xi măng đối với phần mũi

trụ nơi tạo ra sức kháng mũi trụ phải lớn hơn hoặc bằng giá trị cường độ yêu cầu Fcp

được tính toán theo công thức dưới đây:

(1.3)

Với nền đất cát và sét thì (kN/m2); với nền đất cuội sỏi thì (kN/m2).

10

Bảng 1.1 Cường độ yêu cầu phần mũi trụ Bảng 1.1 Cường độ yêu cầu phần mũi trụ

1.2.1.5 Điều kiện cấp phối

Điều kiện cấp phối bao gồm loại vật liệu gia cố xi măng, trọng lượng vật liệu gia

cố xi măng và tỷ lệ nước/xi măng, phải được tính toán để đảm bảo cường độ yêu cầu

của trụ đất xi măng. Có hai phương pháp để thiết lập điều kiện cấp phối như sau:

Phương pháp thiết lập điều kiện cấp phối tiêu chuẩn dựa trên kết quả thí

nghiệm trộn trong phòng với mẫu đất được lấy từ hiện trường.

Phương pháp thiết lập điều kiện cấp phối tiêu chuẩn dựa trên số liệu về

cường độ thu được từ việc thi công thí nghiệm tại công trường.

Điều kiện cấp phối phần thân trụ: Quan hệ giữa cường độ yêu cầu Fcf đối với

phần thân trụ và kết quả thí nghiệm nén một trục của trụ đất xi măng được thể hiện

trong Hình 1.3. Có thể sử dụng cấp phối tiêu chuẩn đối với phần thân trụ trong trường

hợp không tiến hành thí nghiệm trộn cấp phối trong phòng, điều kiện cấp phối tiêu

chuẩn này được thể hiện trong Bảng 1.2, trong trường hợp này số liệu thiên về an toàn.

11

Hình 1.3 Mối quan hệ giữa cường độ yêu cầu Fcf đối với phần thân trụ và kết quả thí Hình 1.3 Mối quan hệ giữa cường độ yêu cầu Fcf đối với phần thân trụ và kết quả thí nghiệm nén 1 trục của trụ đất xi măng nghiệm nén 1 trục của trụ đất xi măng

Bảng 1.2 Điều kiện cấp phối tiêu chuẩn phần thân trụ Bảng 1.2 Điều kiện cấp phối tiêu chuẩn phần thân trụ

12

Điều kiện cấp phối phần mũi trụ: Cường độ yêu cầu đối với phần mũi trụ được

thể hiện trong Bảng 1.3. Hình 1.3 thể hiện mối quan hệ giữa giá trị SPT trung bình của

phần mũi trụ với kết quả thí nghiệm nén 1 trục của trụ đất xi măng. Đường thẳng thể

hiện cường độ yêu cầu Fcp. Từ Hình 1.3, đánh giá một cách thiên về an toàn, có thể

quyết định điều kiện cấp phối tiêu chuẩn đối với phần mũi trụ, điều kiện cấp phối tiêu

chuẩn. Số liệu là kết quả thí nghiệm thu được trong các công trình đã thi công tại Nhật

Bản.

Bảng 1.3 Điều kiện cấp phối tiêu chuẩn phần mũi mũi trụ Bảng 1.3 Điều kiện cấp phối tiêu chuẩn phần mũi mũi trụ

Bảng 1.4 thể hiện tỷ lệ trộn cơ bản của vữa xi măng trong trường hợp khối lượng

riêng vật liệu xi măng là 3,04.

Bảng 1.4 Tỷ lệ trộn cơ bản của vữa xi măng Bảng 1.4 Tỷ lệ trộn cơ bản của vữa xi măng

Hình 1.4 thể hiện quan hệ giữa cường độ yêu cầu Fcp đối với phần mũi trụ và kết

quả thí nghiệm nén 1 trục của trụ đất xi măng.

13

a) Nền đất sét a) Nền đất sét

b) Nền đất cát b) Nền đất cát

14

Hình 1.4 Quan hệ giữa cường độ yêu cầu Fcp đối với phần mũi trụ và kết quả thí Hình 1.4 Quan hệ giữa cường độ yêu cầu Fcp đối với phần mũi trụ và kết quả thí nghiệm nén 1 trục của trụ đất xi măng nghiệm nén 1 trục của trụ đất xi măng 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành cường độ của trụ đất xi măng

Sự biến đổi về giá trị cường độ vật liệu trụ đất xi măng bị ảnh hưởng bởi nhiều

yếu tố khác nhau bởi cơ chế của sự phát triển cường độ vật liệu trụ đất xi măng diễn ra

khá chậm phụ thuộc vào các phản ứng hoá học giữa đất và chất gia cố.

Các thông số ảnh hưởng tới cường độ vật liệu trụ đất xi măng phân thành 4 nhóm

nguyên nhân chính sau:

I- Nhóm yếu tố liên quan tới đặc tính chất gia cố; bao gồm: Loại chất gia cố;

Hàm lượng chất độn (chủ yếu là cát, vôi); Nước trộn và phụ gia.

II- Nhóm yếu tố liên quan tới đặc tính và điều kiện đất được gia cố; bao gồm:

Đặc tính hoá lý và thành phần khoáng vật của đất được gia cố; Hàm lượng hữu cơ; pH

của nước trong đất; Độ ẩm và hàm lượng nước.

III- Nhóm yếu tố liên quan tới công nghệ thi công; bao gồm: Loại pha trộn; Năng

lượng trộn và thời gian trộn.

15

IV- Nhóm yếu tố liên quan tới điều kiện bảo dưỡng; Nhiệt độ; Thời gian bảo

dưỡng; Sự thấm ướt và làm khô của khu vực đất được gia cố.

Cần lưu ý rằng đặc tính của chất gia cố có ảnh hưởng mạnh nhất tới cường độcủa

đất sau gia cố. Vì thế việc lựa chọn vật liệu làm chất gia cố là cực kì quan trọng. Hiện

nay có rất nhiều loại xi măng có mặt trên thị trường có thể sử dụng làm chất gia cố.

Tại Việt Nam đã có những nghiên cứu ban đầu về sử dụng các loại xi măng khác nhau

trong công nghệ trộn sâu theo kinh nghiệm của Nhật Bản và nước ngoài, tuy nhiên

chưa được tổng kết và công bố rộng rãi. Kết quả thí nghiệm và thi công trụ đất xi

măng với nhiều loại xi măng như: xi măng PCB40 Cẩm Phả (dự án Đường liên Cảng

Cái Mép – Thị Vải), xi măng PCB40 Hà Tiên (dự án Đường nối từ đường Nguyễn

Duy Trinh vào khu công nghiệp Phú Hữu, quận 9), xi măng PCB40 Tây Đô (dự án

Cảng hàng không quốc tế Cần Thơ), xi măng PCB40 Vicem Hải Phòng (dự án Cảng

hàng không quốc tế Cát Bi), Xi măng Holcim Stable Soil (dự án Đường cao tốc Tp Hồ

Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây), xi măng Larfage Soil Crete, Larfage Tower (dự

án Bãi cảng chế tạo kết cấu kim loại và thiết bị dầu khí Sao Mai Bến Đình)... nhận

thấy hai loại xi măng Holcim Stable Soil và Larfage Soil Crete ảnh hưởng đến cường

độ trụ đất xi măng cao nhất, gần gấp đôi so với các loại xi măng PCB40 thông thường

khác. Đây là hai loại xi măng Poóc lăng hỗn hợp xỉ lò cao ( PCBBFS 40 loại II)

chuyên dùng cho trụ đất xi măng, đã được thiết kế đặc biệt nhằm ổn định các loại đất

có khả năng chịu lực yếu, đem lại sự ổn định cao về cường độ.

Các yếu tố thuộc nhóm II có ý nghĩa quan trọng đối với đất được gia cố là các

dạng đất khác nhau và những điều kiện này không thể thay đổi được tại mỗi công

trường. Trên thế giới tính tới nay đã có khá nhiều nghiên cứu ảnh hưởng của các đặc

tính của đất trong việc ứng dụng gia cố bằng xi măng như những nghiên cứu của

Thompson năm 1966 với điều kiện địa chất ở Illinois và đã rút ra kết luận: yếu tố

chính ảnh hưởng bao gồm độ pH của đất, hàm lượng hữu cơ có trong đất. Hay các

nghiên cứu của các tác giả Nhật Bản Okumura (1974); Kawasaki (1981, 1984…).

Các yếu tố thuộc nhóm thứ III có thể dễ dàng hơn để thay đổi và điều khiển cũng

như kiểm soát. Phụ thuộc chính vào năng lực của nhà thầu thi công.

16

Nhóm yếu tố thứ IV cũng có thể thay đổi dễ dàng trong điều kiện phòng thí

nghiệm tuy nhiên chúng ta không thể kiểm soát được trong điều kiện thi công ngoài

hiện trường.

1.2.3. Sự thay đổi cường độ trụ đất xi măng theo thời gian

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học Nhật Bản, cường độ trụ đất xi măng tại

một số cảng “Yokohama, Fuckuyama, Imary” tăng tuyến tính là hàm logarit theo thời

gian và phụ thuộc vào từng loại đất khác nhau và hàm lượng xi măng được gia cố.

Hình 1.5 Cường độ kháng nén không thoát nước theo thời gian (Saitoh,1988) Hình 1.5 Cường độ kháng nén không thoát nước theo thời gian (Saitoh,1988)

Hình 1.6 Tỉ lệ qu/qu28 đối với một số mẫu đất theo thời gian (Saitoh,1988) Hình 1.6 Tỉ lệ qu/qu28 đối với một số mẫu đất theo thời gian (Saitoh,1988)

17

Hình 1.7 Cường độ trụ đất xi măng tại “Yokohama, Fuckuyama, Imary” tăng theo Hình 1.7 Cường độ trụ đất xi măng tại “Yokohama, Fuckuyama, Imary” tăng theo hàm logarit (Terashi, 1977) hàm logarit (Terashi, 1977) 1.2.4. Kinh nghiệm gia cố đối với một số loại đất yếu

Theo tổng kết của Euro Soil Stab trong “Design Guide Soft Soil Stabilisation

CT97-0351” thì hiệu quả gia cố đối với các loại đất của các chất gia cố như sau:

Bảng 1.5 Bảng hiệu quả gia cố đối với các loại đất của các chất gia cố Bảng 1.5 Bảng hiệu quả gia cố đối với các loại đất của các chất gia cố

Ghi chú: xx: chất gia cố rất tốt trong nhiều trường hợp; Xx: tốt trong nhiều

trường hợp; X: tốt trong một số trường hợp; -: không phù hợp.

Cũng theo tài liệu này cường độ đất sau gia cố đạt từ 2 lần đến 10 lần cường độ

đất tự nhiên tùy theo các điều kiện cụ thể về loại đất, chất gia cố và công nghệ thi

công. Cụ thể:

18

Than bùn: Trong một vài trường hợp khi thử các mẫu trộn với than bùn đã được

tiến hành trong phòng thí nghiệm, phần lớn các trường hợp đã sử dụng xi măng và giá

trị của Seff vào khoảng 5. “Thuật ngữ hiệu quả gia cố Seff được dùng ở đây: nó được

định nghĩa như tỷ số giữa độ bền cắt của đất đã được gia cố và đất chưa được gia cố”.

Than bùn thường có trong các lớp cùng với đất mềm khác như đất sét và gyttja. Trong

các trường hợp thông thường hiệu quả gia cố này là không đủ và do đó than bùn này

cần phải lấy đi và thay thế bằng đất ma sát. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm

cho thấy rằng độ bền cắt có thể làm được cao hơn 10-20 lần trong than bùn và 10-40

lần trong đất sét so với trạng thái tự nhiên. Phương pháp này có thể áp dụng có hiệu

quả kinh tế kỹ thuật trong các trường hợp gia cố một khu vực có sức chịu tải thấp như

một lựa chọn so với đào bỏ đi.

Gyttja: Một vài thí nghiệm được tiến hành trong phòng trộn vôi vào trong gyttja

cho thấy hiệu quả gia cố thấp. Ximăng và vôi/ximăng cho hiệu quả tốt hơn rất nhiều.

Tuy vậy hiệu quả gia cố thường rất thấp, và thường gyttja cũng phải đào bỏ đi giống

như than bùn. Khi một lớp gyttja mà bên dưới có một lớp sét thì việc gia cố trong

gyttja có thể cân nhắc tuy nhiên nó không chắc chắn đạt hiệu quả như mong muốn nên

thường không đưa vào tính toán.

Đất sét có chứa Gyttja: Hiệu quả gia cố do chỉ thêm vôi có thể đạt khoảng 5. Xi

măng và vôi/xi măng tạo ra một hiệu quả cao hơn đáng kể Seff = 10 - 20. Nếu đất sét

chứa Gyttja cần phải gia cố thì kiến nghị dùng chất gia cố là vôi/xi măng, và 3 tháng

sau khi thi công các trụ mới cho phép đặt đầy tải.

Đất sét chứa sulphide: Không có những kinh nghiệm nói chung về đất sét có

chứa sulphide phản ứng ra sao khi được thêm vào là vôi/xi măng. Do vậy điều quan

trọng là phải thực hiện các mẫu thử pha trộn trong phòng thí nghiệm đối với từng

trường hợp riêng rẽ. Cũng giống như đối với trường hợp đất sét chứa gyttja, sự phát

triển của độ bền là tương đối chậm. Nếu đất sét chứa Sulphate cần phải gia cố thì kiến

nghị dùng chất gia cố là vôi/xi măng và 2 đến 3 tháng sau khi thi công các trụ mới cho

phép đặt đầy tải. Cũng có thể trong giai đoạn sớm hơn cho phép đặt một tải trọng bằng

với tải mà đất sét không gia cố có thể mang được.

19

Đất sét: Đất sét là thích hợp nhất để gia cố bằng vôi và vôi/xi măng. Hiệu quả gia

cố phụ thuộc vào số lượng của chất gia cố được chọn và vào thời gian có thể có.

Thông thường đạt được hiệu quả gia cố từ 10 – 20 lần.

Đất sét có lớp bùn, bùn sét: Loại đất này cũng thích hợp để gia cố. Đối với hàm

lượng bùn cao thì các kết quả với vôi/xi măng sẽ tốt hơn nhiều so với chỉ dùng vôi.

Khi hàm lượng bùn cao kiến nghị dùng vôi/xi măng làm chất gia cố, thường đạt được

hiệu quả gia cố từ 10 - 20.

Bùn và bùn chứa sulphide: Mới chỉ có một vài thí nghiệm được tiến hành. Chưa

tính được hiệu quả gia cố do độ bền cắt của đất không được gia cố không xác định

được. Theo kinh nghiệm tỷ số giữa cường độ hiện trường và trong phòng trong khoảng

0,2 đến 0,5. Đất rời có tỷ số cao hơn, quyết định bởi độ mịn của hạt.

1.3. Công nghệ thi công trụ đất xi măng

Hiện nay trên thế giới phổ biến hai công nghệ ĐXM trộn sâu là công nghệ trộn

ướt và công nghệ trộn khô. Nguyên lý công nghệ là dùng thiết bị chuyên dụng dạng

máy khoan ruột gà hạ mũi khoan đến độ sâu dự định đồng thời làm tơi đất, thi công

trộn chất gia cố trong đất yếu theo: pha đi xuống hoặc trong pha đi lên hoặc trong cả

hai pha đi xuống và đi lên. Kết quả là hình thành một trụ đất đã gia cố nhờ đất yếu đã

được trộn đều với chất gia cố.

Với công nghệ hiện nay, trụ đất xi măng có thể được chế tạo với nhiều kích cỡ

khác nhau. Máy trộn sâu thường có 1 trục cho đến 4 trục trộn. Với máy nhiều trục, các

trục này được gắn với cánh quay và quay ngược chiều nhau khi trộn đất với xi măng

để tạo ra trụ đất gia cố có chất lượng tốt, đồng đều. Đường kính trụ có thể từ 0,5 cho

đến 2,0m. Gần đây ở Nhật Bản đã xuất hiện các thiết bị lớn có số lượng trục trộn lên tới 8 trục và có thể chế tạo trụ với diện tích là 1,0m2; 2,2 m2; 5,7m2.

20

Hình 1.8 Nguyên tắc thực hiện dự án thi công trộn sâu Hình 1.8 Nguyên tắc thực hiện dự án thi công trộn sâu

Theo lịch sử phát triển, trên thế giới hiện có hai trường phái công nghệ khác nhau

của Nhật Bản và Châu Âu.

21

Bảng 1.6 Công nghệ thi công trụ đất xi măng Bắc Âu – Nhật Bản Bảng 1.6 Công nghệ thi công trụ đất xi măng Bắc Âu – Nhật Bản

Bảng 1.7 Công nghệ đạt được đối với công tác thi công trụ đất xi măng Bảng 1.7 Công nghệ đạt được đối với công tác thi công trụ đất xi măng

1.3.1. Công nghệ trộn khô

Quá trình gồm xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn chất gia cố dạng

bột khô dưới áp lực khí nén với đất được gọi là công nghệ trộn khô.

Trong quá trình thi công sử dụng hai tín hiệu hiển thị: đó là khối lượng xi măng

phun bằng cách lấy tín hiệu từ cân điện tử và hiện thị chiều sâu khoan của mũi khoan

nhờ cảm biến đo độ sâu (Encoder). Để điều khiển quá trình khoan phun, công nhân

căn cứ vào các hiển thị này trực tiếp phối hợp sự di chuyển đi lên của mũi khoan và

lượng xi măng phun theo tỷ lệ nhất định.

22

Hình 1.9 Dây chuyền thiết bị thi công theo công nghệ trộn khô Hình 1.9 Dây chuyền thiết bị thi công theo công nghệ trộn khô

1.3.2. Công nghệ trộn ướt

Trước đây gia cố nền bể chứa xăng dầu trong nước thường sử dụng công nghệ

trộn khô. Nhưng hiện nay công nghệ này đang dần được thay thế bằng công nghệ trộn

ướt (đạt cường độ và khả năng chống trượt cao hơn). Vì vậy trong luận văn của mình,

học viên chủ yếu đi sâu nghiên cứu công nghệ trộn ướt.

Quá trình gồm xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn chất gia cố dạng

vữa lỏng bằng bơm thủy lực áp lực cao với đất được gọi là công nghệ trộn ướt.

Trong hành trình khoan, các thông số khống chế về chiều sâu, cũng như lượng

vữa phun ra trong một phân đoạn (thường là 20cm) đều được bộ cảm biến độ sâu

(Encoder) và bộ cảm biến lưu lượng (Flowmeter) truyền tín hiệu đến bộ điều khiển

logic PLC, PLC truyền tín hiệu trực tiếp lên màn hình điều khiển máy khoan, thợ vận

23

hành máy theo dõi điều chỉnh trực tiếp lưu lượng, tốc độ xâm nhập cũng như rút lên

trên từng phân đoạn. Phiếu in thông số khoan phun được in liên tục từng phân đoạn là

cơ sở để đánh giá, nghiệm thu chất lượng trụ thi công.

Hình 1.10 Dây chuyền thiết bị thi công công nghệ trộn ướt Hình 1.10 Dây chuyền thiết bị thi công công nghệ trộn ướt

1.4. Kết luận chương 1

Việc xây dựng công trình trên nền đất yếu thường phải đối mặt với nhiều vấn đề

như lún và ổn định cho công trình. Hiện nay, ngày càng có nhiều công trình sử dụng

trụ đất xi măng để gia cố nền đất yếu và đã được đánh giá khả năng ứng dụng vào thiết

kế móng của các công trình. Giải pháp này cũng được áp dụng cho các công trình xây

dựng để tăng sức chịu tải của nền đất yếu bên dưới móng.

24

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐỐI VỚI TRỤ ĐẤT XI MĂNG

2.1. Giới thiệu

Chức năng chính của trụ đất xi măng dùng trong gia cố nền đất yếu chịu tải trọng

đứng là truyền tải trọng phía trên xuống nền đất bên dưới đồng thời giảm độ lún của

nền đất. Trong thực tế, trụ đất xi măng thường được thi công xuyên qua toàn bộ lớp

đất yếu nằm trên địa tầng rắn chắc lúc này trụ làm việc gần giống với cọc chống. Đôi

khi các trụ này chỉ nằm trong phạm vi lớp đất yếu còn gọi là trụ treo. Khi trụ đất xi

măng đơn chịu tải trọng đứng có thể xảy ra 1 trong 3 dạng phá hoại là phá hoại do

phình nén, phá hoại do cắt và phá hoại do xuyên thủng (Hình 2.1).

a) Phá hoại phình nén b) Phá hoại cắt c) Phá hoại xuyên a) Phá hoại phình nén b) Phá hoại cắt c) Phá hoại xuyên

Hình 2.1 Dạng phá hoại của trụ đất xi măng Hình 2.1 Dạng phá hoại của trụ đất xi măng

Phá hoại do phình nén (Hình 2.1a) do trụ đất xi măng có đường kính bé trong khi

chiều dài lớn và mũi trụ tựa vào tầng cứng còn gọi là trụ mềm. Phá hoại do phình nén

thường xảy ra tại đầu trụ dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng.

Ngược lại, phá hoại do cắt (Hình 2.1b) ngay tại vùng được gia cố, trụ đất xi măng

có đường kính lớn nhưng chiều dài bé và mũi trụ tựa vào tầng đất cứng. Khả năng

mang tải của từng đoạn trụ bị chi phối bởi sức kháng cắt của đất được gia cố cũng như

25

cường độ cắt của đất không được gia cố xung quanh trụ. Mặt trượt phá hoại cắt ngang

trụ và đất.

Phá hoại xuyên do mũi trụ (Hình 2.1c) nằm trong tầng đất yếu, sức chịu tải của

trụ chủ yếu do thành phần ma sát xung quanh trụ. Lực đứng lớn hơn khả năng chịu tải

do thành phần ma sát. Dạng phá hoại này thì trụ di chuyển theo một khối trong lớp đất

yếu khi mất ổn định.

2.2. Các quan điểm tính toán đối với trụ đất xi măng gia cố nền đất yếu

Trong nền đất được gia cố bằng trụ đất xi măng, dưới tác dụng của tải trọng đứng

và áp lực đẩy ngang trong nền bắt buộc trụ đất xi măng trong nền có những ứng xử

khác nhau đối với từng dạng tải trọng. Hiện nay theo rất nhiều nghiên cứu của các tác

giả có những quan điểm tính toán khác nhau.

2.2.1. Quan điểm trụ đất xi măng làm việc như cọc

Nền đất chứa nhiều cát và với trình độ thi công đảm bảo, lượng xi măng trộn vào

nền với tỷ lượng lớn, trụ đất xi măng có thể đạt cường độ cao hơn nhiều so với nền đất

xung quanh nên có thể xem các trụ đất xi măng như cọc cứng để tính toán.

2.2.2. Quan điểm tính toán nền đất hỗn hợp

Khi thực hiện thí nghiệm cắt (trong phòng) khối hỗn hợp - đất và và đất xi măng,

khi các chỉ tiêu về cường độ của khối đất xi măng không quá lớn so với khối đất tự

nhiên. Các đại lượng góc ma sát trong của đất tự nhiên và góc ma sát trọng của khối

ĐXM độc lập với các thông số về lực dính của chúng. Khi đó đối với mặt phẳng phá

hoại vòng tròn Mohr được biểu diễn dưới hình sau:

26

Hình 2.2 Ứng dụng vòng tròn Mohr với khối hỗn hợp (Đất + đất xi măng) Hình 2.2 Ứng dụng vòng tròn Mohr với khối hỗn hợp (Đất + đất xi măng)

Khối hỗn hợp đất + ĐXM có chỉ tiêu kháng cắt tổng hợp:

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

(2.5)

Quan điểm tính toán theo nền hỗn hợp cho rằng khi chịu tải trọng khối trụ đất xi

măng và nền đất quanh trụ được xem như đồng nhất và được coi như một nền mới có

các số liệu cường độ ϕtđ, Ctđ, Etđ, được nâng cao (được tính từ ϕtn, Ctn, Etn của nền đất

xung quanh trụ và vật liệu trụ ϕxmd, Cxmd, Exmd). Công thức quy đổi tương đương dựa

trên cường độ trụ, đất và diện tích đất được thay thế bởi trụ đất xi măng.

(2.6)

(2.7)

(2.8)

27

(2.9)

(2.10)

Trong đó: s là tỷ lệ giữa diện tích trụ đất xi măng trên diện tích nền hỗn hợp được

gia cố tương ứng

Theo phương pháp tính này, bài toán gia cố đất có 2 tiêu chuẩn cần kiểm tra:

Tiêu chuẩn về cường độ: ϕtđ , Ctđ của nền được gia cố phải thỏa mãn điều

kiện sức chịu tải dưới tác dụng của tải trọng công trình.

Tiêu chuẩn biến dạng: Môđun biến dạng của nền được gia cố Etđ phải thỏa

mãn điều kiện lún của công trình.

Hình 2.3 Cách thức truyền tải qua nền hỗn hợp Hình 2.3 Cách thức truyền tải qua nền hỗn hợp

2.2.3. Quan điểm tính toán kết hợp

Theo quan điểm này thì khi tính toán sức chịu tải thì tính toán trụ đất xi măng

tương tự như tính toán với cọc, khi tính toán biến dạng thì tính toán theo nền hỗn hợp.

28

Sức chịu tải của trụ đơn: khả năng chịu tải của trụ đất xi măng được quyết định

bởi sức kháng cắt của đất sét yếu bao quanh (đất bị phá hoại) hay sức kháng cắt của

vật liệu trụ đất xi măng.

(2.11)

Khả năng chịu tải của nhóm trụ đất xi măng phụ thuộc vào độ bền cắt của đất

chưa xử lý bao quanh trụ và độ bền cắt của vật liệu trụ đất xi măng.

(2.12)

Trong đó:

H: chiều dài trụ đất xi măng (chiều cao của nhóm trụ);

CU: Độ bền cắt không thoát nước của đất (bằng giá trị cắt cánh);

B, L: Chiều rộng và chiều dài nhóm trụ.

Sở dĩ các quan điểm trên chưa thống nhất vì bản thân vấn đề phức tạp, những

nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm còn hạn chế. Quan điểm tính toán trụ đất xi măng

làm việc như cọc yêu cầu sự tương quan cường độ của vật liệu làm cọc phải lớn hơn

rất nhiều so với cường độ đất nền. Với chất lượng thi công hiện có trong nước, cường

độ vật liệu trụ đất xi măng trong gia cố thường nằm trong khoảng 100-200 kPa (công

nghệ trộn khô), 200÷1000 kPa (công nghệ trộn ướt) nên nhiều chuyên gia nền móng

cho rằng quan điểm tính toán trụ đất xi măng như cọc cứng là chưa được hợp lý. Quan

điểm “tính toán nền đất hỗn hợp” cho kết quả tương đối sát với thực tế, đã được kiểm

chứng qua nhiều công trình thi công trong nước. Mặt khác quan điểm “tính toán nền

đất hỗn hợp” được đề cập đến trong tiêu chuẩn TCVN 9403-2012, nên trong khuôn

khổ của luận văn học viên lựa chọn tính toán theo quan điểm này.

29

2.3. Thiết kế trụ đất xi măng

2.3.1. Nguyên lý thiết kế

Để xử lý trộn sâu được thiết kế sao cho công trình xây dựng đạt các yêu cầu về

tính khả thi, kinh tế và lâu dài, chịu được các tác động và ảnh hưởng trong quá trình thi

công và sử dụng, tức là thõa mãn các điều kiện về trạng thái cực hạn và trạng thái giới

hạn sử dụng. Thiết kế thường theo phương pháp lặp, trong đó kết quả của nhiều

phương pháp thí nghiệm kiểm tra là một phần quan trọng. Thiết kế sơ bộ dựa trên kết

quả thí nghiệm mẫu trộn trong phòng. Tương quan cường độ nén không hạn chế nở

hông giữa mẫu thân trụ hiện trường và mẫu trộn trong phòng có thể chọn theo kinh

nghiệm từ 0,2 đến 0,5 tùy theo loại đất và tỷ lệ trộn. Nếu kết quả thí nghiệm hiện

trường không đáp ứng yêu cầu thì phải điều chỉnh thiết kế công nghệ và khi cần thiết

điều chỉnh cả thiết kế chức năng.

30

Hình 2.4 Sơ đồ thiết kế trụ đất xi măng Hình 2.4 Sơ đồ thiết kế trụ đất xi măng

Hiện nay các thiết bị thi công trên thế giới có đường kính trụ đất xi măng (d=

0,6m; 0,8m; 1,0m; 1,2m; 1,4m; 1,6m;…), tuy nhiên việc ứng dụng phổ biến tại Việt

Nam hiện nay trong một số công trình thi công bằng trụ đất xi măng (d= 0,6m; 0,8m;

1,0m; 1,2m). Tùy theo điều kiện và khả năng thi công trong thiết kế chọn đường kính

trụ phù hợp. Về sơ đồ bố trí nền trụ đất xi măng theo mặt bằng thì tùy thuộc vào đường

kính trụ, chỉ tiêu cơ lý của đất, cường độ thiết kế của trụ đất xi măng, yêu cầu về tải

trọng trong quá trình khai thác mà ta sẽ đưa ra sơ đồ bố trí mặt bằng phù hợp.

31

2.3.2. Tính toán thiết kế

2.3.2.1 Kiểm toán sức chịu tải của nền đất

Sau khi nền đất yếu được xử lý bằng trụ đất xi măng, áp lực phân bố tác dụng lên

đầu trụ và nền đất yếu xung quanh xác định theo công thức:

(2.13)

(2.14)

Trong đó:

P: Tổng tải trọng phân bố tính đến cao độ đỉnh trụ;

a: Tỷ diện tích của trụ đất xi măng;

Esoil: Modul biến dạng của nền đất xung quanh trụ đất xi măng;

Ecol: Modul biến dạng của trụ đất xi măng.

Cường độ chịu tải của nền đất xung quanh trụ đất xi măng xác định theo công

thức:

(2.15)

Trong đó:

γ: Dung trọng tự nhiên của đất;

B: Chiều rộng móng quy ước;

D: Chiều sâu đáy móng quy ước;

Nγ, Nq, Nc: Hệ số phụ thuộc góc ma sát trong của đất;

32

c: Lực dính kết của đất;

FS: Hệ số an toàn = 2.5.

Kết quả kiểm toán sức chịu tải nền đất sau khi xử lý, áp lực phân bố tác dụng lên

đầu trụ và nền đất xung quanh phải nhỏ hơn cường độ kháng nén thiết kế của trụ và

cường độ chịu tải của nền đất.

2.3.3. Kiểm toán lún của nền đất

Độ lún tổng (S) của nền đất được xác định bằng tổng độ lún của khối gia cố trụ xi

măng và độ lún của nền đất dưới khối gia cố:

(2.16)

Trong đó:

S1: Độ lún của khối gia cố trụ đất xi măng;

S2: Độ lún của nền đất phía dưới.

2.3.3.1 Độ lún của khối gia cố

Độ lún S1 của khối gia cố trụ đất xi măng được tính theo công thức:

(2.17)

Trong đó:

p: Tải trọng công trình truyền lên khối gia cố;

H: Chiều sâu khối gia cố;

Ec: Modul đàn hồi của vật liệu, Ec = (50÷100)Cc;

Es: Modul biến dạng của đất nền giữa các trụ, Es = 250Cu.

Độ lún theo thời gian của khối gia cố được tính theo công thức:

33

(2.18)

(2.19)

(2.20)

Trong đó:

U: Độ cố kết theo thời gian;

Ch: Hệ số cố kết theo phương ngang của đất nền;

T: Thời gian lún cố kết;

R: Bán kính ảnh hưởng của trụ, R=0.56S;

S: Khoảng cách tâm các trụ đất xi măng;

n= R/r (r là bán kính trụ đất xi măng);

LD: Chiều dài thoát nước bằng nửa chiều dày lớp xử lý nền nếu có lớp cát

thoát nước phía dưới;

ks: Hệ số thấm của đất nền;

kc: Hệ số thấm của trụ đất xi măng, kc= 200 ks đối với trụ đất xi măng thi

công bằng phương pháp trộn ướt.

2.3.3.2 Độ lún của nền đất dưới khối gia cố

Độ lún S2 của nền đất dưới khối gia cố nếu là nền cát được tính theo công thức:

(2.21)

Trong đó:

34

p: Tải trọng công trình truyền lên nền dưới khối gia cố;

H: Chiều sâu khối gia cố;

E: Modul biến dạng của nền dưới khối gia cố.

Độ lún S2 của nền cát chỉ bao gồm độ lún tức thời, xảy ra ngay trong quá trình thi

công san nền.

Độ lún S2 của nền đất dưới khối gia cố nếu là nền sét được tính toán theo lý

thuyết cố kết thấm Tezaghi như sau:

(2.22)

Trong đó: Si: Độ lún tức thời của nền đất; Sc: Độ lún cố kết sơ cấp của nền đất;

Ss: Độ lún cố kết thứ cấp của nền đất.

Độ lún tức thời (Si) là độ lún xảy ra do hiện tượng thoát khí trong đất và sự

chuyển dịch ngang của nền đất yếu dưới tải trọng đắp:

(2.23)

Trong đó:

m: Hệ số lấy bằng 1,1÷1,4, phụ thuộc tải trọng tác dụng và biện pháp gia

cố;

Sc: Độ lún cố kết sơ cấp.

Độ lún cố kết sơ cấp Sc được tính toán theo phương pháp tổng các lớp phân tố

với công thức sau:

+ Trường hợp cố kết trước nhẹ:

(2.24)

+ Trường hợp cố kết trước nặng:

35

(2.25)

+ Trường hợp dưới cố kết:

(2.26)

Trong đó:

hi: Chiều dày lớp đất tính lún thứ i (hi ≤ 2m);

ei: Hệ số rỗng của lớp đất thứ i ở trạng thái tự nhiên ban đầu;

c: Chỉ số nén lún của lớp đất thứ i;

Ci

r: Chỉ số nén phục hồi của lớp đất thứ i;

Ci

pz: Áp lực tiền cố kết lớp đất thứ i;

σi

vz: Áp lực do trọng lượng bản thân của các lớp đất tự nhiên nằm trên tại

σi

giữa lớp đất i;

z: Áp lực do tải trọng đắp gây nên tại giữa lớp đất i.

σi

Độ lún cố kết sơ cấp Ss được tính theo công thức sau:

(2.27)

Trong đó:

Cα: Hệ số cố kết thứ cấp;

ep: Hệ số rỗng của đất khi kết thúc lún cố kết sơ cấp;

h: Chiều dày lớp đất tính lún;

tp: Thời gian kết thúc lún cố kết sơ cấp;

36

t: Thời gian tính lún cố kết thứ cấp.

Độ lún cố kết sơ cấp Ss được thừa nhận chỉ xảy ra sau khi lún cố kết sơ cấp kết

thúc và độ cố kết đạt 100%.

Độ lún cố kết theo thời gian S2(t) được tính toán theo lý thuyết cố kết thấm cho

trường hợp thoát nước theo phương thẳng đứng:

(2.28)

(2.29)

(2.30)

(2.31)

Trong đó:

Uv: Độ cố kết theo phương đứng;

Tv: Nhân tố thời gian;

v: Hệ số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng của các lớp đất yếu trong

Ctb

phạm vi chiều sâu chịu nén cực hạn Ha;

Cvi: Hệ số cố kết theo phương thẳng đứng của lớp đất yếu thứ i;

H: Chiều sâu thoát nước theo phương thẳng đứng (Khi địa tầng lớp dưới có lớp

cát H= Ha/2);

hi: Chiều dày lớp đất i trong phạm vi vùng chịu nén Ha.

37

2.4. Kết luận chương 2

Các dạng phá hoại do biến dạng nở hông, phá hoại của đất dưới đầu mũi mỗi trụ

đơn lẻ hay phá hoại xảy ra ngày trong vùng được gia cố, phá hoại xảy ra tại vùng đất

dưới đầu mũi trụ tại các vùng chủ động, vùng cắt và vùng bị động. Dựa trên kết quả

phân tích, trình bày và đánh giá các quan điểm về lý thuyết tính toán đối với trụ đất xi

kế trụ đất xi măng cho công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng. măng từ đó học viên lựa chọn phương pháp phù hợp để áp dụng trong tính toán thiết

38

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN GIA CỐ NỀN CHO CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG TỪ 3 ĐẾN 4 TẦNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

3.1. Giới thiệu công trình ở thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang

3.1.1. Cấu tạo công trình

Nhằm mục đích minh họa cho giải pháp gia cố nền đã đưa ra, trong chương này

học viên áp dụng các phương pháp tính toán trong chương 2 để tính toán. Giả thiết

công trình tính toán là nhà đặt trên móng đơn có tải trọng tương đương 3 đến 4 tầng.

Hình 3.1 Công trình Dãy lớp học trường Trung học cơ sở Bình Đông Hình 3.1 Công trình Dãy lớp học trường Trung học cơ sở Bình Đông

Thông số của công trình:

Địa điểm xây dựng: xã Bình Đông – Thị xã Gỏ Công – tỉnh Tiền Giang

Kích thước công trình: 9,6m x 20,0m;

Chiều cao tầng: 3,6m;

Kích thước cột: 0,25m x 0,3m;

Kích thước móng LxBxH: 3,0m x 3,0m x 0,8m;

Nội lực tại chân cột: Ntt = 215kN;

39

Hình 3 2 Mặt bằng công trình Hình 3 2 Mặt bằng công trình

40

Hình 3.3 Mặt cắt công trình Hình 3.3 Mặt cắt công trình

41

3.1.2. Điều kiện địa chất công trình

Công trình được xây dựng trên nên đất có đặc thù trong vùng của cầu trúc trũng

Cửu Long. Đất nên thường là các trầm tích hiện đại, có tuổi Holocen, Pleistocen bao

gồm các loại đất mềm rời, mềm dính có trạng thái đặc biệt.

Đặc điểm địa chất khu vực:

Trầm tích thống Pleistocen (Q1-III) các trầm tích này không phân chia, được phân

bố khắp khu vực, chúng phủ trực tiếp lên bề mặt phong hóa của các trầm tích Pliocen.

Thành phần trầm tích Pleistocen là cát chứa sạn sỏi, xen kẹp cát trầm tích hạt mịn

thường có câu tạo phân lớp mỏng.

Trầm tích trẻ, hiện đại Thống Holocen (QIV), phủ kín toàn bộ bề mặt khu vực có

chiều đày từ 10m đến 15m bao gồm các thành tạo có nguồn gốc sông, sông biển, sông

đầm lầy và đầm lầy hỗn hợp câu thành từ bột, sét và các di tích động thực vật phân

hủy và bản phân hủy.

Từ các quan sát thực địa, mô tả đất đá các hố khoan, và các tài liệu thu thập đã có

trong vùng kết hợp với kết quả phân tích mẫu cơ lý, chúng tôi nhận thấy: khu vực khảo

sát là cấu tạo bởi các trầm tích QIV & QIII và chia thành 06 lớp đất như sau:

Lớp 1: Đất đắp: Sét, sét pha. Chiều dày lớp 1,40m, chiều sâu chân lớp -1,70m.

Lớp 2: Bùn sét màu xám đen, chiều dày lớp 15,20m, chiều sâu chân lớp -16,90m.

Lớp 3: Sét màu nâu đen, lẫn mùn thực vật. Trạng thái dẻo mềm. Chiều dày lớp

3,90 m, chiều sâu chân lớp -20,80 m.

Lớp 4: Sét pha màu xám nâu, xám xanh. Trạng thái dẻo cứng, chiều dày lớp

4,10m, chiều sâu chân lớp -24,90 m.

Lớp 5: Cát pha màu nâu vàng. Trạng thái dẻo, chiều đày lớp 1,90m, chiều sâu

chân lớp -26,80m.

42

Lớp 6: Sét màu xám trắng. Trạng thái nửa cứng, chiều dày lớp >3,50m, chiều sâu

mái lớp -26,80 mét.

Hình 3.4 Hình trụ hố khoan HK1 Hình 3.4 Hình trụ hố khoan HK1

43

Căn cứ vào tải trọng khai thác, điều kiện địa chất công trình, kết quả thi công trụ

thử và thực tế thi công trụ đất xi măng tại các các dự án, chọn các thông số thiết kế trụ

đất xi măng như sau: Đường kính trụ: 0,6 m; Chiều dài trụ: 14,6 m; Khoảng cách giữa

các trụ: 1,0 m;

Cọc đựợc bố trí dựa theo điều kiện cân bằng về chuyển vị sao cho tải trọng phân

bố vào trụ và vào đất nền không vựợt quá sức chịu tải của vật liệu cọc và phần đất nền

chưa gia cố.

Hình 3.5 Mặt cắt ngang móng Hình 3.5 Mặt cắt ngang móng

44

Hình 3.6 Mặt bằng móng trên nền đất được gia cố bằng trụ đất xi măng Hình 3.6 Mặt bằng móng trên nền đất được gia cố bằng trụ đất xi măng

3.2. Giới thiệu phần mềm Plaxis 3D Foundation

Plaxis 3d Foundation là một chương trình phần tử hữu hạn không gian ba chiều,

ứng dụng vào việc phân tích kết cấu móng cho các công trình xây dựng trong đất liền

và trên biển.

Nhờ việc ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật, chương trình này cho phép người

sử dụng giải quyết những bài toán kết cấu phức tạp bằng những dữl iệu đầu vào đơn

giản

Kết quả của bài toán cho ta các trị số ứng suất, biến dạng…tại từng vị trí trong

móng cũng như toàn bộ móng.

Phương pháp mô hình hóa của Plaxis 3d Foundation:

45

Biểu diễn mặt bằng công trình.

Mô phỏng các lớp đất.

Mô phỏng cấu trúc công trình.

Xác định tính chất vật liệu.

Tạo lưới phần tử (2D - 3D).

Xác định các bước tính toán.

3.2.1. Mô hình hình học (Geometry)

Quá trình tính toán trong Plaxis 3D Foundation được bắt đầu với việc thiết lập

mô hình tính toán. Mô hình tính toán là sự kết hợp của các hình trụ hố khoan

(Boreholes) và các mặt phẳng nằm ngang (Work planes).

3.2.2. Hố khoan (Boreholds)

“Hố khoan” là một đối tượng trong mô hình tính toán, được dùng để xác định vị

trí của mặt đất tự nhiên, mực nước và địa tầng các lớp đất.

Mặt phẳng phân giới giữa các lớp đất có thể không phải là các mặt phẳng nằm

ngang, chúng được xác định nhờ vị trí của các hố khoan. Trong quá trình thiết lập sơ

đồ mạng không gian, các lớp đấ tđược tự động định vị giữa các hố khoan.

3.2.3. Mặt phẳng làm việc (Work planes)

“Mặt phẳng làm việc” là một mặt phẳng nằm ngang (xOz) ở các cao độ y khác

nhau, được dùng để biểu thị cấu trúc phía trên của mô hình tính toán.

“Mặt phẳng làm việc” được dùng để thiết lập tải trọng và cấu trúc của mô hình

tính toán.

Tất cả các “mặt phẳng làm việc” đều có cùngđường biên ngoài cùng. Nếu một

điểm hay đường thẳng được xác định ở một mặt phẳng nào đó thì nó sẽ xuất hiện ở tất

cả các mặt phẳng còn lại. Do đó cấu trúc của các mặt phẳng là tương tự nhau.

46

3.2.4. Điểm (points)

“Điểm” là đối tượng bắt đầu và kết thúc của một đoạn thẳng. Điểm được dùng để

xác định vị trí của lò xo, điểm đặt lực và tầng lọc của lưới phần tử hữu hạn.

Nếu một điểm được định vị ở trên hoặc gần một đoạn thẳng nào đó thì nó sẽ tự

động chia đoạn thẳng đó thành hai phần.

3.2.5. Đoạn thẳng (lines)

“Đoạn thẳng” được dùng để xác định đường biên hình học và đường bao kết cấu.

Nó dùng để biểu diễn vị trí của tường, dầm hay hố móng. Mỗi đoạn thẳng có thể có

nhiều tính chất và chức năng.

Nếu hai đoạn thẳng cắt nhau, nó cũng sẽ tự động chia mỗi đoạn thẳng thành hai

phần.

3.2.6. Vùng (Clusters)

“Vùng” là một khu vựcđược bao bọc hoàn toàn bởi các đoạn thẳng. Plaxis tự

động nhận biết vùng dựa vào vị trí của các đường thẳng. Tính chất của các đối tượng

trong vùng là đồng nhất.

3.2.7. Phần tử (Elements)

Trong quá trình tạo lưới, cấu trúc hình học được phân chia thành những phần tử

có 15 nút dạng hình nêm. Khi thiết lập lưới hai chiều, những phần tử này được dùng để

tạo ra các phần tử tam giác-6 nút ở trên mặt phẳng làm việc và các phần tử tứ giác-8

nút trên trục Oy.

3.2.8. Nút (Nodes)

Các phần tử dạng nêm được dùng trong chương trình 3D Foundation gồm 15 nút.

Các phần tử gần nhau được liên kết với nhau bởi các phần tử trung gian. Trong quá

trình tính toán, các chuyển vị (ux, uy và uz) được tính toán tại các nút.

3.2.9. Điểm ứng suất (Stress poínt)

Đối lập với chuyển vị, ứng suất và biến dạng được tính toán độc lập tại từng nút.

47

3.2.10. Dầm ngang (Horizontal Beams)

Dầm ngang là một đối tượng dùng để thay thế những kết cấu thanh mảnh. Dầm

ngang luôn nằm trên mặt phẳng làm việc, do đó cần phải lựa chọn mặt phẳng phù hợp

trước khi tạo một dầm ngang.

Các đặc trưng tính toán của dầm ngang bao gồm diện tích mặt cắt ngang A và

trọng lượng riêng γ.

3.2.11. Dầm đứng (Vertical Beams)

Dầm đứng là một đối tượng dùng để thay thế những kết cấu thanh mảnh. Dầm

đứng được định vị giữa mặt phẳng làm việc và mặt phẳng phía dưới. Vì vậy, trước khi

tạo một dầm đứng cần thiết lập mặt phẳng làm việc tương ứng với đầu trên và đầu

dưới của dầm.

Các đặc trưng tính toán của dầm đứng bao gồm diện tích mặt cắt ngang A và

trọng lượng riêng γ.

3.2.12. Sàn (Floors)

Sàn là một đối tượng dùng để thay thế những kết cấu dạng tấm mỏng nằm ngang.

Sàn luôn nằm trên mặt phẳng làm việc và bao phủ một vùng kín, do đó cần phải lựa

chọn mặt phẳng phù hợp trước khi tạo sàn.

Các đặc trưng tính toán của sàn bao gồm chiều dày d và trọng lượng riêng γ.

3.2.13. Tường (Walls)

Tường là mộ tđối tượng dùng để thay thế những kết cấu dạng tấm mỏng thẳng

đứng. Tường được định vị giữa mặt phẳng làm việc và mặt phẳng phía dưới. Vì vậy,

trước khi tạo tường c ần thiết lập mặt phẳng làm việc tương ứng với biên trên và biên

dưới của tường.

Các đặc trưng tính toán của tường bao gồm chiều dày d và trọng lượng riêng γ.

48

3.2.14. Cọc (Files)

Cọc là một đối tượng dùng để thay thế những kết cấu dạng khối, với mặt cắt

ngang có dạng vuông, tròn hoặc theo yêu cầu người thiết kế.

Trước khi tạo cọc cần thiết lập mặt phẳng làm việc tương ứng với đầu trên và đầu

dưới của cọc.

3.2.15. Lò xo (Springs)

Lò xo là một đối tượng dùng để liên kết một vật thể với đất. Nó được dùng để

thay thế cọc khi bỏ qua tương tác giữa cọc và đất.

Ngoài ra nó cũng được dùng thay thế mỏ neo hay cừ để gia cường cho tường

chắn.

Lò xo luôn nằm trên mặt phẳng làm việc, do đó cần phải lựa chọn mặt phẳng phù

hợp trước khi tạo lò xo.

3.2.16. Các bước thiết lập bài toán trên Plaxis 3D Foundation

Xây dựng sơ đồ hình học.

Thiết lập dữ liệu đầu vào.

Thực hiện quá trình tính toán.

Hiển thị và sử dụng kết quả.

49

3.3. Tính toán thiết kế

3.3.1. Mô hình bài toán

Hình 3.7 Thiết lập tổng thể Hình 3.7 Thiết lập tổng thể

Hình 3.8 Cửa sổ mặt bằng làm việc, lỗ khoan Hình 3.8 Cửa sổ mặt bằng làm việc, lỗ khoan

50

Hình 3.9 Mô hình PTHH trong Plaxis 3D Foundation Hình 3.9 Mô hình PTHH trong Plaxis 3D Foundation

Hình 3.10 Lưới PTHH Hình 3.10 Lưới PTHH

51

3.3.2. Tính chất của đất và trụ đất xi măng

Bảng 3.1 Thông số các lớp đất trong mô hình Plaxis 3D Foundation Bảng 3.1 Thông số các lớp đất trong mô hình Plaxis 3D Foundation

STT STT Tham số Tham số Ký hiệu Ký hiệu Lớp Lớp

2 2 1 1 3 3

1 Mô hình 1 Mô hình Model Mohr - Model Mohr - Coulomb Coulomb Mohr - Mohr - Coulomb Coulomb Mohr – Mohr – Coulomb Coulomb

2 Ứng xử vật liệu 2 Ứng xử vật liệu Type Type Drained Drained Drained Drained Drained Drained

3 3 Dung trọng tự nhiên (kN/m3) Dung trọng tự nhiên (kN/m3) 14,70 14,70 15,60 15,60 19,80 19,80 γunsat γunsat

15,16 15,16 15,88 15,88 19,94 19,94 Dung trọng bão hòa (kN/m3) Dung trọng bão hòa (kN/m3) 4 4 γsat γsat

E E 5 Mô đun Young, E (kN/m2) 5 Mô đun Young, E (kN/m2) 509 509 1727 1727 3050 3050

Hệ số Poisson (-) Hệ số Poisson (-) 0,345 0,345 0,348 0,348 0,319 0,319 6 6 ν ν

7 7 Cường độ kháng cắt (kN/m2) Cường độ kháng cắt (kN/m2) 6,5 6,5 18,6 18,6 35,3 35,3 cref cref

8 8 Góc ma sát trong (0) Góc ma sát trong (0) 1o56’ 1o56’ 9o27 9o27 12o55’ 12o55’ ϕ ϕ

9 9 Góc dãn nở (0) Góc dãn nở (0) 0o 0o 0o 0o 0o 0o ψ ψ

52

Bảng 3.2 Thông số trụ đất xi măng trong mô hình Plaxis 3D Foundation Bảng 3.2 Thông số trụ đất xi măng trong mô hình Plaxis 3D Foundation

STT STT Tham số Tham số Trụ đất xi măng Trụ đất xi măng Ký Ký hiệu hiệu

1 Mô hình 1 Mô hình Model Mohr - Coulomb Model Mohr - Coulomb

Type Type Ứng xử vật liệu Ứng xử vật liệu Undrained Undrained 2 2

3 3 16,17 16,17 Dung trọng tự nhiên (kN/m3) Dung trọng tự nhiên (kN/m3) γunsat γunsat

4 4 16,78 16,78 Dung trọng bão bão hòa (kN/m3) Dung trọng bão bão hòa (kN/m3) γsat γsat

E E 5 Mô đun Young, E (kN/m2) 5 Mô đun Young, E (kN/m2) 100000 100000

Hệ số Poisson (-) Hệ số Poisson (-) 0,333 0,333 6 6 ν ν

175 175 Cường độ kháng cắt (kN/m2) Cường độ kháng cắt (kN/m2) 7 7 cref cref

8 8 Góc ma sát trong (0) Góc ma sát trong (0) 300 300 ϕ ϕ

Góc dãn nở (0) Góc dãn nở (0) 00 00 9 9 ψ ψ

Bảng 3.3 Thông số móng bê tông mô hình Plaxis 3D Foundation Bảng 3.3 Thông số móng bê tông mô hình Plaxis 3D Foundation

STT STT Tham số Tham số Móng Móng Ký Ký hiệu hiệu

1 Mô hình 1 Mô hình Model Model Linear - elastic Linear - elastic

Ứng xử vật liệu Ứng xử vật liệu Type Type Non - porous Non - porous 2 2

3 3 Dung trọng tự nhiên (kN/m3) Dung trọng tự nhiên (kN/m3) 25 25 γunsat γunsat

4 Mô đun Young, E (kN/m2) 4 Mô đun Young, E (kN/m2) E E 29,2 x 106 29,2 x 106

5 5 Hệ số Poisson (-) Hệ số Poisson (-) 0,300 0,300 ν ν

53

3.3.3. Quá trình tính toán

Giai đoạn 1: Thi công trụ đât xi măng

Giai đoạn 2: Thi công móng

Giai đoạn 3: Gán tải trọng công trình

Hình 3.11 Giai đoại 1 - Thi công trụ đất xi măng Hình 3.11 Giai đoại 1 - Thi công trụ đất xi măng

Hình 3.12 Giai đoại 2 - Thi công móng Hình 3.12 Giai đoại 2 - Thi công móng

54

Hình 3.13 Giai đoại 3 - Gán tải trọng Hình 3.13 Giai đoại 3 - Gán tải trọng

55

3.3.4. Kết quả mô phỏng và phân tích kết quả

3.3.4.1 Biến dạng của hệ móng

Hình 3.15 Chuyển vị theo phương đứng của nền đất gia cố Hình 3.15 Chuyển vị theo phương đứng của nền đất gia cố

Hình 3.16 Chuyển vị của móng Hình 3.16 Chuyển vị của móng

56

Hình 3.17 Chuyển vị tại tâm móng Hình 3.17 Chuyển vị tại tâm móng

57

Hình 3.19 Chuyển vị tại đỉnh mũi trụ đất xi măng Hình 3.19 Chuyển vị tại đỉnh mũi trụ đất xi măng

3.3.4.2 Sự phân bố ứng suất của hệ móng

Hình 3.20 Sự phân bố ứng suất trong nền gia cố Hình 3.20 Sự phân bố ứng suất trong nền gia cố

58

Hình 3.21 Sự phân bố ứng suất trong trụ đất xi măng Hình 3.21 Sự phân bố ứng suất trong trụ đất xi măng

59

Hình 3.23 Sự phân bố ứng suất tại mũi trụ đất xi măng Hình 3.23 Sự phân bố ứng suất tại mũi trụ đất xi măng

3.4. Thi công trụ đất xi măng

3.4.1. Yêu cầu vật liệu và thiết bị thi công

3.4.1.1 Xi măng

Xi măng dùng thi công thử trụ đất xi măng phải đạt mác PCB40 theo tiêu chuẩn

TCVN 6260-1997. Chất lượng xi măng phải được thí nghiệm kiểm tra theo các tiêu

chuẩn TCVN 6016-1995, TCVN 679-1989. Kết quả thí nghiệm phải đạt yêu cầu kỹ

thuật và được đánh giá theo các chỉ tiêu sau:

Cường độ chịu nén (TCVN 6016-1995) không nhỏ hơn 400kg/cm2 (R28 ngày);

Thời gian đông kết: TCVN 6017-1995 (ISO 9597-1989): Bắt đầu đông kết:

không dưới 45 phút; Kết thúc đông kết: không dưới 170 phút;

Độ ổn định thể tích đo theo phương pháp LeChatelier<10mm;

60

Hàm lượng SO3 (TCVN 141-86) : không lớn hơn 3,5%;

Hàm lượng mất khi nung (TCVN 141 -86): không lớn hơn 5%;

Độ nghiền mịn (TCVN 4030-03): phần còn lại trên sàng 0,09 không lớn hơn

10%;

Không được sử dụng xi măng vón cục, xi măng đã lưu kho trên 3 tháng. Các lô xi

măng đến công trường phải được thí nghiệm đầy đủ trước khi sử dụng.

3.4.1.2 Nước

Nước sử dụng trộn vữa xi măng phải đạt yêu cầu kỹ thuật tiêu chuẩn TCXDVN

302-2004 theo các chỉ tiêu sau đây:

Nước không có váng dầu mỡ;

Lượng tạp chất hữu cơ không vượt quá 15mg/l;

Độ pH không nhỏ hơn 6,5 và không lớn hơn 12,5;

Lượng muối hòa tan ≤10g/l;

Lượng SO4≤ 2,7g/l;

Lượng Cl- ≤ 3,5g/l;

Hàm lượng cặn không tan ≤ 0,3g/l.

3.4.1.3 Thiết bị thi công

Thiết bị phải có năng lực thi công phù hợp với yêu cầu về chất lượng, kích thước

trụ thiết kế và tiến độ dự án. Không sử dụng các máy thi công trụ đất xi măng tự chế.

Các thông số cơ bản của máy như chiều sâu khoan phun, đường kính trụ, hàm

lượng phun xi măng trên mét dài trụ, áp lực phun, tốc độ quay đầu trộn, tốc độ đi

xuống và đi lên của cần khoan phải được kiểm soát tự động bằng thiết bị điện tử và in

ra cho mỗi trụ thi công thử.

61

Bảng 3.4 Các thông số cơ bản của thiết bị thi công thử trụ đất xi măng Bảng 3.4 Các thông số cơ bản của thiết bị thi công thử trụ đất xi măng

3.4.2. Trộn mẫu thử trong phòng thí nghiệm

Theo quy trình thiết kế, để xác định hàm lượng xi măng cần thiết để khi thi công

trụ đất xi măng đảm bảo đạt cường độ thiết kế, trước tiên phải lấy mẫu đất hiện trường

trộn thử với xi măng với các hàm lượng khác nhau để xác định hàm lượng xi măng

trộn tối ưu. Các mẫu thử sẽ được thí nghiệm nén nở hông để xác định cường độ kháng

nén sau khi trộn 7 ngày, 14 ngày và 28 ngày.

3.4.3. Thi công thử trụ đất xi măng

Công tác thi công trụ đất xi măng phải được tiến hành trước khi triển khai thi

công đại trà nhằm mục đích:

Kiểm tra hoạt động và sự thích ứng của các thiết bị thi công như: máy khoan, đầu

trộn, thiết bị cấp và phun vữa xi măng, các thiết bị định lượng tự động...; xác lập quy

trình thi công hợp lý như: tốc độ quay đầu trộn, tốc độ xuyên xuống, tốc độ rút lên, tốc

độ phun vữa xi măng, áp lực phun, lượng xi măng sử dụng...; xác lập các thông số thí

nghiệm kiểm tra và nghiệm thu chất lượng trụ đất xi măng.

62

Thực hiện các thí nghiệm trong phòng và hiện trường để kiểm tra sự phù hợp với

thiết kế của các thông số về cường độ kháng nén một trục nở hông (qu), mô đun biến

dạng (E) của trụ đất xi măng ở 14 và 28 ngày tuổi. Từ đó điều chỉnh thiết kế phù hợp

trước khi thi công đại trà.

Đánh giá thực tế các tác động tới môi trường xung quanh (tiếng ồn, độ rung, biến

dạng...).

Thi công thử trụ đất xi măng sẽ được tiến hành với các hàm lượng xi măng 220, 240, 260 kg/m3. Phương pháp trộn là trộn ướt, khuyến khích sử dụng thiết bị cắt đất

bằng thủy lực hoặc các công nghệ hiện đại khác để trụ đất xi măng đạt cường độ thiết

kế.

3.4.4. Thi công đại trà trụ đất xi măng

Sau khi kết thúc giai đoạn thi công thử và xác lập được các thông số về hàm

lượng xi măng, tỷ lệ nước/xi măng, tốc độ quay đầu trộn, tốc độ khoan, tốc độ phun

vữa xi măng, áp lực phun, lượng xi măng sử dụng,... tiến hành thi công đại trà trụ đất

xi măng.

Các bước thi công chính như sau:

Bước 1: Định vị tim trụ bằng máy kinh vĩ hay toàn đạc. Tim trụ được đánh dấu

bằng cọc gỗ hoặc cọc tre.

Bước 2: Di chuyển máy khoan phun đến vị trí, đặt tim mũi khoan trùng với vị trí

tim trụ, điều chỉnh cân bằng máy, kiểm tra và điều chỉnh độ thẳng đứng của cần khoan

(độ nghiêng trụ).

Bước 3: Kiểm tra và bổ sung chất gia cố vào bình chứa của máy khoan.

Bước 4: Khoan phun tạo trụ. Vận hành máy cho mũi khoan xoay đi xuống đất,

khi mũi khoan đạt độ sâu thiết kế thì cho mũi khoan quay ngược lại và rút mũi khoan

lên đồng thời phun chất gia cố vào trong đất bằng khí nén thông qua lỗ ở đầu mũi trộn.

Các cánh của mũi trộn sẽ trộn chất gia cố với đất tại chỗ đã được làm tơi trước đó. Các

63

thông số hoạt động của thiết bị khi phun xi măng như vận tốc quay mũi trộn, tốc độ rút

cần, áp lực và liều lượng phun phải được duy trì ổn định và được kiểm soát bằng thiết

bị điện tử.

Bước 5: Di chuyển máy sang vị trí thi công trụ mới.

Cho phép thi công các trụ mới bên cạnh trụ vừa mới thi công xong, không yêu

cầu thời gian chờ. Sau khi trụ được thi công xong trong vòng 3 ngày đầu các thiết bị

thi công khác (ô tô, máy ủi) không được đi lại và hoạt động trên đỉnh trụ. Sau đó cho

phép các thiết bị đi lại với điều kiện các thiết bị không được tạo lực rung động hay

xung kích ảnh hưởng đến phát triển cường độ trụ. Sau khi trụ đạt tối thiểu 7 ngày tuổi,

cho phép bắt đầu đào lộ đầu trụ để kiểm tra chất lượng các trụ đã thi công (nếu cần).

Trong quá trình thi công phải ghi chép các thông tin sau:

+ Loại máy khoan trụ đất xi măng;

+ Chủng loại và liều lượng xi măng đã sử dụng;

+ Thời gian khoan và phun chất gia cố tạo trụ, áp lực phun, tốc độ xoay, tốc

độ rút cần;

+ Những đặc điểm bất thường khi tạo trụ: gặp dị vật khi khoan, sự cố máy

móc...;

+ Độ nghiêng của cần khoan (độ nghiêng của trụ);

+ Chiều dài khoan, chiều dài phun xi măng, lượng xi măng phun cho từng

mét dài trụ (được in ra từ máy tự động theo dõi lượng phun trong quá trình thi công);

+ Cao độ mũi trụ, đầu trụ, mặt đất thi công.

Các nội dung trên được lập thành biên bản cho từng trụ và có xác nhận của Giám

sát chủ đầu tư và tư vấn giám sát. Sai số cho phép trong thi công trụ đất xi măng:

+ Sai số vị trí tim trụ theo mọi phương: 10cm;

64

+ Sai số cao độ mũi trụ: ±0.10m;

+ Độ nghiêng cho phép: 1%;

+ Sai số lượng xi măng phun vào đất: ±5%/md.

3.4.5. Xử lý kỹ thuật thi công

Trong trường hợp thi công trụ đất xi măng mà gặp mưa:

Cần thiết phải có hệ thống thoát nước mặt của khu vực đang thi công đảm

bảo không bị ngập, ngăn không cho nước mưa chảy vào hố khoan đang thi công hay

vừa thi công xong, giảm thiểu tối đa các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng trụ thi công.

Nếu xảy ra mưa nhỏ và mưa không kéo dài thì vẫn có thể thi công bình

thường nhưng phải có biện pháp và phương tiện che chắn bảo vệ máy thi công, hệ

thống cung cấp vữa xi măng, người thao tác, đảm bảo an toàn vận hành máy cũng như

chất lượng trụ.

Phương pháp bảo dưỡng đầu trụ:

Sau khi thi công xong trụ đất xi măng, vận chuyển tất cả đất rời trên trụ từ

cao độ đỉnh trụ đổ đi, bề mặt của trụ được phủ bởi vải ướt hay vật liệu khác để trụ

không bị khô trước khi thi công lớp trên. Các phương tiện lớn như máy cẩu, máy

khoan chỉ được di chuyển sau 24 giờ, nếu trời mưa thì phải đào rãnh thoát nước, tránh

nước chảy vào đầu trụ vừa mới thi công xong.

Khi các trụ thi công không đạt được các yêu cầu như: khối lượng phun vữa

xi măng vào đất gia cố chưa đạt yêu cầu về sai số, hoặc lượng vữa xi măng phun phân

bố trên từng mét dài chiều sâu trụ chưa đủ theo yêu cầu. Số vòng quay trộn trên mét

dài trụ chưa đủ thì cần có biện pháp thi công trộn lại và phun bổ sung vữa xi măng cho

đủ yêu cầu. Trong trường hợp không đạt yêu cầu về chất lượng trụ thì phải thi công bổ

sung trụ.

Trong quá trình đang thi công các trụ nếu có hiện tượng trục trặc thi công

như tắc vữa xi măng, trục trặc máy móc … các hiện tượng này đều được ghi lại vào

65

phiếu nhật ký thi công trụ, xác định vị trí chiều sâu dừng thi công trụ, nếu quá trình

khắc phục kịp thời trước thời gian bắt đầu ninh kết xi măng thì tiếp tục thi công trụ

nhưng máy khoan phải tiếp tục khoan xuống tới vị trí dừng sự cố nói trên để phun vữa

xi măng bổ sung sau đó mới thi công bình thường.

Trong trường hợp không thể khắc phục kịp thời thì phải bỏ và khoan bổ

sung trụ khác khi điều kiện thực tế cho phép.

3.4.6. Kiểm tra chất lượng và nghiệm thu trụ đất xi măng

3.4.6.1 Kiểm tra chất lượng trụ đất xi măng

a. Khoan lấy mẫu

Khi trụ đất xi măng ≥ 28 ngày tuổi, khoan lấy mẫu để đánh giá chất lượng và độ

đồng nhất của trụ. Công tác khoan lấy mẫu được thực hiện theo Quy trình khoan thăm

dò địa chất công trình 22TCN 259-2000. Sử dụng mũi khoan có đường kính thích hợp

và ống mẫu lòng đôi để lấy được tối đa chiều dài mẫu và mẫu có đường kính tối thiểu

70mm.

Vị trí khoan tại tâm trụ đất xi măng, vị trí lấy mẫu thí nghiệm xuyên suốt chiều

dài trụ.

Trong quá trình khoan phải mô tả chi tiết mẫu khoan, thống kê chiều dài các

mẫu, xếp lần lượt theo chiều sâu và chụp ảnh toàn bộ mẫu.

Các mẫu thí nghiệm được bảo quản nguyên trạng trong các ống mẫu cho tới khi

thí nghiệm theo TCVN 2683-1991.

Khối lượng khoan lấy mẫu kiểm tra là 1% số lượng trụ. Vị trí các trụ khoan kiểm

tra sẽ được giám sát Chủ đầu tư và tư vấn giám sát lựa chọn ngẫu nhiên trên tổng số

trụ thi công đại trà.

b. Thí nghiệm nén nở hông

Các mẫu khoan trụ đất xi măng được thí nghiệm nén nở hông để xác định cường

độ kháng nén qu và mô đun biến dạng E50.

66

Thí nghiệm nén nở hông được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D2166.

Mỗi mét khoan lõi lấy một mẫu thí nghiệm.

3.4.6.2 Nghiệm thu trụ đất xi măng

Công tác gia cố đất yếu bằng trụ đất xi măng sau khi hoàn thành phải được

nghiệm thu theo các quy định của Nhà nước, theo hồ sơ thiết kế và hồ sơ hoàn công do

đơn vị thi công lập.

Tiêu chuẩn nghiệm thu chất lượng công tác gia cố trụ đất xi măng được thực hiện

cho từng phân đoạn với các nội dung kiểm tra cho trong bảng sau đây:

Bảng 3.5 Thông số nghiệm thu trụ đất xi măng Bảng 3.5 Thông số nghiệm thu trụ đất xi măng

67

3.5. Kết luận chương 3

Trong chương này học viên đã nghiên cứu tính toán công trình cụ thể. Sơ bộ

chọn được khoảng cách gia cố và các thông số hợp lý của trụ đất xi măng trong gia cố

nền bằng trụ đất xi măng cho công trình dân dụng từ 3 tầng trên nền đất yếu ở thị xã

Gò Công, tỉnh Tiền Giang: Trụ đất xi măng có đường kính d= 0,6 m, chiều dài l = 14,6

m, khoảng cách các trụ 1,0m và bố trí dạng lưới ô vuông thì đất nền sau khi gia cố đủ

khả năng gánh đỡ công trình, độ lún là 31,06 mm . Đồng thời đề xuất các yêu cầu cần

thiết cho quy trình thi công và thí nghiệm công tác gia cố nền bằng trụ đất xi măng.

Có nhiều giải pháp kỹ thuật để xử lý nền đất yếu bên dưới công trình, mỗi giải

pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng, mỗi giải pháp chỉ nên sử dụng trong điều

kiện thích hợp: Tùy thuộc vào cấu tạo địa chất của đất nền, tùy thuộc vào giá trị tải

trọng công trình tác dụng mà ta lựa chọn giải pháp nền móng hợp lý nhất. Sự lựa chọn

giải pháp ở nghiên cứu này chỉ xét trong phạm vi kỹ thuật mà không xét đến mặt kinh

tế.

.

68

PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Qua kết quả nghiên cứu, các kết luận khoa học và đóng góp vào thực tiễn của đề

tài như sau:

1. Xây dựng được mô hình bài toán mô phỏng gia cố nền móng cho công trình

dân dụng 3 tầng ở Thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang bằng trụ đất xi măng.

2. Khảo sát đánh giá được độ lún của nền đất dưới móng công trình dân dụng sau

khi gia cố theo các kích thước trụ đất xi măng.

3. Với công trình nhà 3 tầng, cấu tạo giải pháp trụ đất xi măng như sau: đường

kính d= 0,6m, chiều dài l = 14,6m, khoảng cách các trụ 1,0m và bố trí dạng lưới ô

vuông thì đất nền sau khi gia cố đủ khả năng gánh đỡ công trình, độ lún là 31,06 mm

và nhỏ hơn độ lún cho phép.

2. Kiến nghị

Áp dụng kết quả nghiên cứu vào tính toán thiết kế nền móng các công trình dân

dụng từ 3 đến 4 tầng ở Thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang để giảm chi phí đầu tư xây

dựng.

Vấn đề xác định thành phần hóa học của các vật liệu như: Xi măng, nước ngầm

trong khu vực nghiên cứu, các tính chất hóa học khác… cũng chưa được nghiên cứu

chi tiết trong luận văn này nên cần được nghiên cứu tiếp.

Nghiên cứu tiếp tính thấm, cố kết và khả năng chịu tải dài hạn của trụ đất xi

măng.

69

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Tài liệu tiếng Việt

[1] Bộ Khoa học và Công nghệ (2012), Gia cố nền đất yếu – Phương pháp trụ đất

xi măng, TCVN9403-2012, Hà Nội.

[2] Bộ Khoa học và Công nghệ (2014), Móng cọc, Tiêu chuẩn thiết kế,

TCVN:10304-2014, Hà Nội.

[3] Lareal Nguyễn Thành Long, Lê Bá Lương, Nguyễn Quang Chiêu và Vũ Đức Lực

(2005), Công trình trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam. Trường Đại học Bách

khoa Tp. HCM.

[4] Nguyễn Đức Nguôn (2008), Bài giảng Nền móng trong điều kiện đất yếu,

Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội.

[5] Nguyễn Ngọc Thắng (2017), “Nghiên cứu ảnh hưởng của khoáng vật

Montmorillonite đến cường độ chịu nén của trụ đất xi măng”, Luận án tiến sĩ, ĐH BK

TPHCM.

[6] Nguyễn Ngọc Thắng (2018), “Thiết kế hợp lý trụ đất xi măng trong xử lý nền

đường đất yếu,” Tạp chí khoa học Trường Đại học Tiền Giang, số 6/2018, trang 51-

54.

[7] Nguyễn Uyên (2009), Xử lý nền đất yếu trong xây dựng, NXB Xây dựng, Hà

Nội.

[8] Nguyễn Vi (2007), Hướng dẫn thiết kế nền và móng xi măng – bùn của các

công trình cảng, Hà Nội.

[9] Phan Hồng Quân (2006), Cơ học đất, NXB Xây Dựng, Hà Nội.

[10] UBND TP.Thượng Hải (1994), Quy phạm kỹ thuật xử lý nền móng, DBJ08-40-

94, bản dịch. Hà Nội.

2. Tài liệu tiếng Anh

70

[11] Bergado, D.T., Anderson, L.R, Miura, N. and Balasubramaniam, A.S., “Soft

Ground Improvement in Lowland and Other Environments,” ASCE, pp. 234-304,

1996.

[12] Bruce, D. A., An Introduction to the Deep Soil Mixing Methods as used in

Geotechnical Applications, FHWA-RD-99-138, Federal Highway Admisnistration,

McClean, VA, 2000.

[13] CDM Association, Cement Deep Mixing Association of Japan, 1994.

[14] Coastal Development Institute of Technology-CDIT, The Deep Mixing Method:

Principle, Design and Construction, A.A. Balkema: The Netherlands, 2002.

[15] EuroSoilStab, Development design and construction methods to stabilize soft

organics soils, Design Guide Soft Soil Stabilization, CT 97-0351, Project No.: BE

96-3177.

[16] Han-Georg Kempfert and Berhane Gebreselassie, Excavations and Foundation

in Soft Soil, Krips bv, Meppel, 2006.

[17] Japan Cement Association, Soil improvement manual using cement stabilizer:

424, 1994.

[18] Kawasaki, T., Niina, A., Saitoh, S., Suzuki, Y. and Honjyo, Y.. “Deep Mixing

Method Using Cement Hardening Agent.” Proceedings of the 10th International

Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Stockholm, 1981, pp.

721-724.

[19] Niina, A., S. Saitoh, R. Babasaki, I. Tsutsumi & T. Kawasaki, “Study on DMM using cement hardening agent (Part 1),” Proc. of the 12th Japan National

Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 1977, pp. 1325-1328.

[20] Okumura, T., M. Terashi, T. Mitsumoto, T. Yoshida & M. Watanabe, “Deep- lime-mixing method for soil stabilization (3rd Report),” Report of the Port anh

Harbour Research Institute, 1974, pp. 3-44.

71

[21] Terashi, M. and Tanaka, H. “Settlement Analysis for Deep Mixing Method,”

Proceedings of the 8th Conference of Soil Mechanics and Foundations

Engineering, Vol. 2, 955-960, 1983

[22] Terashi, M., “Deep Mixing Methods – Brief state of the art,” in 14th

International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering,

Germany, 1997, pp. 2475-2478.

[23] Thiam-Soon Tan, Teik-Lim Goh and Kwet-Yew Yong, “Properties of

Singapore Marine Clays Improved by Cement Mixing,” Geotechnical Testing

Journal, Vol. 25, No. 4, pp. 422-433, 2002.