I. Tổng quan về gia cố nền đất yếu bằng cột đất trộn xi măng
Gia cố nền đất yếu bằng cột đất trộn xi măng là một phương pháp hiệu quả được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng. Cột đất trộn xi măng (DSM) được nghiên cứu từ những năm 1960 tại Nhật Bản, sử dụng đất tại chỗ kết hợp với xi măng và chất phụ gia để tăng cường độ ổn định của nền đất. Phương pháp này không chỉ giúp tăng khả năng chịu tải mà còn giảm thiểu độ lún và ảnh hưởng chấn động đến các công trình lân cận. Công nghệ trộn sâu (DMM) là kỹ thuật chính được sử dụng để thi công cột xi măng đất, mang lại hiệu quả kinh tế cao, đặc biệt khi xử lý nền đất cát.
1.1. Ưu điểm của cột đất trộn xi măng
Cột đất trộn xi măng có nhiều ưu điểm vượt trội. Phương pháp này giúp tăng cường độ chịu tải của nền đất, giảm độ lún và chống trượt cho mái dốc. Thi công đơn giản, nhanh chóng, sử dụng vật liệu tại chỗ nên chi phí thấp. Thiết bị thi công không quá đắt, quá trình khoan tự động hóa giúp kiểm soát chất lượng tốt. Đặc biệt, phương pháp này không gây ồn ào, phù hợp với các công trình trong đô thị.
1.2. Ứng dụng trên thế giới
Công nghệ trộn sâu được ứng dụng rộng rãi tại Nhật Bản, Thụy Điển và các nước Bắc Âu. Từ những năm 1970, Nhật Bản đã phát triển cả trộn khô và trộn ướt, sử dụng vôi và xi măng làm chất gia cố. Trung Quốc cũng bắt đầu nghiên cứu từ năm 1970 và ứng dụng thành công trong nhiều dự án. Các công trình như tường chống thấm, nền móng và chống động đất đã chứng minh hiệu quả của phương pháp này.
II. Cơ sở lý thuyết về tính toán gia cố nền bằng cột đất trộn xi măng
Cơ sở lý thuyết của phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cột đất trộn xi măng tập trung vào việc tính toán khả năng chịu tải, độ lún ổn định và sự phân bố ứng suất. Các phương pháp tính toán bao gồm phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn (FEM). Khả năng chịu tải của cột được xác định dựa trên vật liệu và đất nền, trong khi độ lún được tính toán theo các tiêu chuẩn như TCVN và phương pháp Asaoka.
2.1. Tính toán khả năng chịu tải
Khả năng chịu tải của cột đất trộn xi măng được tính toán dựa trên hai yếu tố: vật liệu cọc và đất nền. Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Nhật Bản và Việt Nam được áp dụng để đảm bảo độ chính xác. Nhóm cọc cũng được tính toán để đánh giá khả năng chịu tải tổng thể của nền đất sau khi gia cố.
2.2. Tính toán độ lún ổn định
Độ lún ổn định của nền đất sau khi gia cố được xác định bằng phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn. Kết quả tính toán được so sánh với dữ liệu quan trắc thực tế để đưa ra kết luận chính xác. Phương pháp Asaoka cũng được sử dụng để dự đoán độ lún dựa trên số liệu thực tế.
III. Phân tích và tính toán cho các công trình thực tế
Phân tích và tính toán cho các công trình thực tế như dự án Mậu Thân - Sân bay Trà Nóc và xa lộ ven biển Ariake của Nhật Bản đã chứng minh hiệu quả của phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cột đất trộn xi măng. Các kết quả tính toán độ lún, hệ số thấm và phân bố ứng suất được so sánh với dữ liệu thực tế, cho thấy sự phù hợp và độ tin cậy của phương pháp.
3.1. Dự án Mậu Thân Sân bay Trà Nóc
Dự án Mậu Thân - Sân bay Trà Nóc tại Cần Thơ đã ứng dụng cột đất trộn xi măng để gia cố nền đất yếu. Kết quả tính toán độ lún và hệ số thấm bằng các phương pháp như phần tử hữu hạn và phương pháp Asaoka cho thấy sự cải thiện đáng kể về độ ổn định của nền đất. Dữ liệu quan trắc thực tế cũng khẳng định hiệu quả của phương pháp này.
3.2. Xa lộ ven biển Ariake
Xa lộ ven biển Ariake của Nhật Bản là một ví dụ điển hình về ứng dụng công nghệ trộn sâu. Các kết quả tính toán độ lún và hệ số thấm bằng phương pháp phần tử drain và phương pháp khối tương đương cho thấy sự ổn định cao của nền đất sau khi gia cố. Dự án này đã chứng minh tính hiệu quả và khả năng ứng dụng rộng rãi của phương pháp này trong thực tế.
