Luận Văn Thạc Sĩ Địa Kỹ Thuật Xây Dựng: Gia Cố Nền Đất Yếu Bằng Cột Đất Trộn Xi Măng

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu địa kỹ thuật xây dựng nghiên cứu gia cố nền đất yếu dưới nền đường bằng giải pháp cột đất trộn xi, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Phan Hữu Hoàng
• Người hướng dẫn: Lê Bá Vinh
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu gia cố nền đất yếu dưới nền đường bằng giải pháp cột đất trộn xi măng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

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.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Gia cố nền đất yếu là một trong những thách thức lớn trong xây dựng hạ tầng, đặc biệt tại các khu vực có địa chất phức tạp như đồng bằng sông Cửu Long. Theo ước tính, nền đất yếu chiếm tỷ lệ đáng kể trong tổng diện tích đất xây dựng tại Việt Nam, gây ra hiện tượng lún lớn, mất ổn định công trình và ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ công trình giao thông. Trong bối cảnh đó, giải pháp cột đất trộn xi măng (Deep Soil Mixing - DSM) đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và bắt đầu được triển khai tại Việt Nam từ đầu những năm 2000. Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu gia cố nền đất yếu dưới nền đường bằng giải pháp cột đất trộn xi măng, với mục tiêu chính là xác định độ lún ổn định, sự thay đổi hệ số thấm và phân bố ứng suất sau gia cố, từ đó đánh giá hiệu quả và đề xuất các giải pháp thiết kế phù hợp.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình thực tế tại Việt Nam và một số dự án quốc tế tiêu biểu như sân bay Trà Nóc (Cần Thơ) và xa lộ ven biển Ariake (Nhật Bản), trong giai đoạn từ năm 2011 đến 2013. Nghiên cứu sử dụng số liệu quan trắc thực tế kết hợp với mô phỏng phần tử hữu hạn nhằm đảm bảo tính chính xác và thực tiễn. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho việc áp dụng công nghệ cột đất trộn xi măng trong gia cố nền đất yếu, góp phần nâng cao độ bền, giảm lún và cải thiện hệ số thấm nền đất, từ đó tăng cường hiệu quả và độ an toàn cho các công trình giao thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về gia cố nền đất yếu bằng cột đất trộn xi măng, bao gồm:

• Lý thuyết khả năng chịu tải của cột đất trộn xi măng: Phân tích sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc dựa trên các công thức của Châu Âu, Nhật Bản và viện địa kỹ thuật châu Á, trong đó sức chịu tải được xác định theo vật liệu cọc, đất nền và quan điểm hỗn hợp. Các khái niệm chính gồm cường độ kháng cắt của vật liệu cọc, áp lực đất bị động, sức kháng mũi cọc và ma sát thành cọc.

• Lý thuyết tính toán độ lún ổn định: Độ lún nền được phân tích theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 9403-2012), tiêu chuẩn Trung Quốc và phương pháp Asaoka. Đặc biệt, phương pháp Asaoka được sử dụng để xác định độ lún ổn định dựa trên số liệu quan trắc thực tế, giúp đánh giá chính xác biến dạng nền theo thời gian.

• Lý thuyết về sự thay đổi hệ số thấm và phân bố ứng suất: Nghiên cứu sự thay đổi hệ số thấm của nền sau gia cố bằng các phương pháp giải tích, mô phỏng phần tử hữu hạn (Plaxis 2D), phần tử drain và phương pháp Thụy Điển. Hệ số phân bố ứng suất được xác định theo các công thức của Terzaghi, BS 8006, Guido, Carlsson, Hewlet và Randolph, cùng với mô phỏng phần tử hữu hạn nhằm đánh giá sự phân bố ứng suất tổng thể và cục bộ.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: cột đất trộn xi măng (CDM), hệ số thấm (kh, kv), mô đun biến dạng, áp lực nước lỗ rỗng, và cơ chế phá hoại cục bộ và toàn khối.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu quan trắc thực tế từ các công trình gia cố nền đất yếu tại sân bay Trà Nóc (Cần Thơ) và xa lộ ven biển Ariake (Nhật Bản), cùng với các thông số địa chất, vật liệu và thiết kế cột xi măng đất. Cỡ mẫu nghiên cứu được giới hạn trong phạm vi các dự án có số liệu đầy đủ, đảm bảo tính đại diện cho khu vực nghiên cứu.

Phương pháp phân tích kết hợp giữa:

• Phân tích giải tích: Tính toán sức chịu tải, độ lún và hệ số thấm theo các công thức tiêu chuẩn Việt Nam, Trung Quốc và các phương pháp quốc tế.

• Mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng phần mềm Plaxis 2D phiên bản V8.5 để mô phỏng độ lún, phân bố ứng suất và thay đổi hệ số thấm theo thời gian. Phương pháp phần tử drain được áp dụng để mô phỏng sự thoát nước và ảnh hưởng của cột xi măng đất trong nền.

• Phương pháp Asaoka: Phân tích số liệu quan trắc độ lún thực tế để xác định độ lún ổn định và đánh giá hiệu quả gia cố.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 1/2013 đến tháng 11/2013, bao gồm thu thập số liệu, phân tích lý thuyết, mô phỏng và đối chiếu kết quả với thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khả năng chịu tải của cột đơn và nhóm cột: Kết quả tính toán cho thấy sức chịu tải của cột xi măng đất đơn đạt khoảng 150-200 kN tùy theo loại đất và chiều dài cột. Khả năng chịu tải của nhóm cột được xác định theo quan điểm Nhật Bản và viện địa kỹ thuật châu Á dao động trong khoảng 1.2-1.5 lần sức chịu tải của cột đơn, phản ánh hiệu ứng tương tác giữa các cột.

2. Độ lún ổn định của nền sau gia cố: Độ lún ổn định được xác định bằng phương pháp Asaoka và mô phỏng phần tử hữu hạn cho thấy độ lún giảm từ 15-20 cm (trước gia cố) xuống còn khoảng 5-7 cm sau khi gia cố bằng cột xi măng đất. Kết quả mô phỏng Plaxis 2D tương đồng với số liệu quan trắc thực tế, sai số dưới 10%.

3. Sự thay đổi hệ số thấm nền: Hệ số thấm của nền đất yếu trước gia cố vào khoảng 10^-6 m/s, sau gia cố giảm xuống còn khoảng 10^-7 m/s theo phương pháp Asaoka và mô phỏng phần tử drain. Điều này chứng tỏ cột xi măng đất không chỉ tăng cường độ mà còn cải thiện khả năng chống thấm, góp phần giảm lún và tăng ổn định nền.

4. Phân bố ứng suất trong nền gia cố: Phân tích theo các công thức giải tích và mô phỏng phần tử hữu hạn cho thấy ứng suất tập trung chủ yếu tại đầu cột và vùng đất xung quanh cột chịu tải trọng lớn hơn 30% so với nền đất chưa gia cố. Sự phân bố ứng suất đồng đều hơn khi sử dụng nhóm cột với khoảng cách bố trí hợp lý, giúp giảm nguy cơ phá hoại cục bộ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm độ lún và tăng sức chịu tải là do quá trình nén chặt cơ học, cố kết thấm và gia tăng cường độ của cột xi măng đất thông qua phản ứng hóa học giữa xi măng và đất nền. So với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tại Việt Nam tương đồng với các công trình tại Nhật Bản và Trung Quốc, khẳng định tính khả thi của công nghệ DSM trong điều kiện địa chất Việt Nam.

Việc giảm hệ số thấm nền sau gia cố là một điểm nổi bật, giúp tăng tốc độ cố kết và giảm áp lực nước lỗ rỗng, từ đó giảm lún nền. Kết quả phân bố ứng suất cũng cho thấy tầm quan trọng của việc thiết kế bố trí cột hợp lý để tránh tập trung ứng suất gây phá hoại cục bộ.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ độ lún theo thời gian, bảng so sánh hệ số thấm trước và sau gia cố, cùng biểu đồ phân bố ứng suất mô phỏng FEM, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường áp dụng công nghệ cột đất trộn xi măng trong gia cố nền đất yếu: Khuyến nghị các chủ đầu tư và nhà thầu sử dụng công nghệ DSM cho các công trình giao thông tại khu vực có nền đất yếu, nhằm giảm độ lún và tăng tuổi thọ công trình trong vòng 1-3 năm tới.

2. Hoàn thiện tiêu chuẩn thiết kế và thi công cột xi măng đất tại Việt Nam: Cần xây dựng hướng dẫn chi tiết về tính toán sức chịu tải, độ lún và hệ số thấm phù hợp với điều kiện địa chất trong nước, do Bộ Xây dựng chủ trì phối hợp với các viện nghiên cứu trong 2 năm tới.

3. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho cán bộ thi công và thiết kế: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ trộn sâu, mô phỏng phần tử hữu hạn và kiểm soát chất lượng thi công cho kỹ sư trong ngành xây dựng, nhằm đảm bảo chất lượng công trình trong vòng 1 năm.

4. Tăng cường nghiên cứu và thu thập số liệu thực tế: Khuyến khích các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp xây dựng phối hợp thu thập số liệu quan trắc lún, hệ số thấm và ứng suất tại các công trình đã gia cố để cập nhật và hoàn thiện mô hình thiết kế, dự kiến thực hiện liên tục trong 3-5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế và thi công công trình giao thông: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp tính toán chi tiết giúp thiết kế móng và nền đường trên nền đất yếu hiệu quả, giảm thiểu rủi ro lún và phá hoại.

2. Các nhà quản lý dự án và chủ đầu tư: Hiểu rõ về hiệu quả và giới hạn của công nghệ cột đất trộn xi măng để đưa ra quyết định đầu tư hợp lý, tối ưu chi phí và thời gian thi công.

3. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành địa kỹ thuật xây dựng: Tài liệu tham khảo quan trọng cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo về gia cố nền đất yếu, phát triển tiêu chuẩn và công nghệ mới.

4. Doanh nghiệp cung cấp thiết bị và dịch vụ gia cố nền: Nắm bắt các phương pháp thi công, kiểm soát chất lượng và ứng dụng phần mềm mô phỏng để nâng cao năng lực cạnh tranh và chất lượng dịch vụ.

Câu hỏi thường gặp

1. Cột đất trộn xi măng là gì và ưu điểm chính của phương pháp này?
   Cột đất trộn xi măng là phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cách trộn xi măng với đất tại chỗ tạo thành các cột có độ cứng cao. Ưu điểm gồm tăng cường độ chịu tải, giảm lún, thi công nhanh, sử dụng vật liệu sẵn có và giảm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.

2. Phương pháp nào được sử dụng để xác định độ lún ổn định của nền sau gia cố?
   Phương pháp Asaoka dựa trên số liệu quan trắc thực tế và mô phỏng phần tử hữu hạn (Plaxis 2D) được sử dụng phổ biến để xác định độ lún ổn định, giúp đánh giá chính xác biến dạng nền theo thời gian.

3. Hệ số thấm của nền đất thay đổi như thế nào sau khi gia cố bằng cột xi măng đất?
   Sau gia cố, hệ số thấm giảm khoảng một bậc độ (từ 10^-6 m/s xuống 10^-7 m/s), giúp tăng tốc độ cố kết và giảm áp lực nước lỗ rỗng, từ đó giảm lún và tăng ổn định nền.

4. Làm thế nào để tính toán sức chịu tải của nhóm cột xi măng đất?
   Sức chịu tải của nhóm cột được tính theo quan điểm Nhật Bản và viện địa kỹ thuật châu Á, dựa trên diện tích đáy khối gia cố, lực dính đất nền và ma sát thành cọc, đồng thời xem xét cơ chế phá hoại toàn khối hoặc cục bộ.

5. Những yếu tố nào ảnh hưởng đến cường độ của cột đất trộn xi măng?
   Các yếu tố chính gồm loại đất nền, hàm lượng keo, độ ẩm, nhiệt độ trong quá trình xử lý và phương pháp trộn (trộn khô hay trộn ướt). Ví dụ, hàm lượng xi măng cao hơn thường làm tăng cường độ nhưng có thể gây phá hoại giòn.

Kết luận

• Cột đất trộn xi măng là giải pháp hiệu quả trong gia cố nền đất yếu, giúp tăng sức chịu tải và giảm độ lún nền từ 15-20 cm xuống còn 5-7 cm.
• Hệ số thấm nền giảm đáng kể sau gia cố, góp phần tăng tốc độ cố kết và ổn định nền.
• Phân bố ứng suất sau gia cố cho thấy sự tập trung tại đầu cột và vùng đất xung quanh, cần thiết kế bố trí cột hợp lý để tránh phá hoại cục bộ.
• Kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn và phân tích giải tích tương đồng với số liệu quan trắc thực tế, khẳng định tính chính xác của phương pháp nghiên cứu.
• Đề xuất hoàn thiện tiêu chuẩn thiết kế, đào tạo kỹ thuật và tăng cường nghiên cứu thực tế nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ DSM tại Việt Nam.

Next steps: Triển khai áp dụng rộng rãi công nghệ cột đất trộn xi măng trong các dự án giao thông, đồng thời phát triển tiêu chuẩn thiết kế và đào tạo chuyên sâu trong 1-3 năm tới.

Call to action: Các nhà nghiên cứu, kỹ sư và chủ đầu tư nên phối hợp để cập nhật số liệu thực tế và áp dụng các phương pháp tính toán hiện đại nhằm tối ưu hóa hiệu quả gia cố nền đất yếu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG 1. Các giai đoạn phát triển về việc sử dụng phương pháp trộn hóa học trong việc giữ ổn định cho nền 1. Giới thiệu cột xi măng đất Cột xi măng đất (tên tiếng anh là Deep Soil Mixing hay DSM) được nghiên cứu ở Nhật bởi giáo sư Tenox Kyushu của đại học ToKyo vào khoảng những năm 1960. Loai cọc này sử dụng chủ yếu là đất tại chỗ gia cố với hàm lượng xi măng và chất phụ gia nhất định tùy thuộc vào loại và các tính cơ-lý-hóa của đất nền.

Nó sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao khi địa chất là đất cát. Cột xi măng đất thường được thi công bằng công nghệ trộn sâu hay gọi tắt là DMM (Deep Mixing Method). Cột xi măng đất có thể làm móng sâu thay thế cọc nhồi trong một số trường hợp nhất định; làm tường trong đất (khi xây dựng tầng hầm); gia cố nền (khi xây dựng các công trình trên nền đất yếu). Thông thường loại cọc này không có cốt thép, song trong một số trường hợp cần thiết cốt thép cứng cũng có thể ấn vào cọc vữa khi vừa thi công xong.

Sử dụng xi măng trộn với đất nền nhờ các phản ứng hóa học – vật lý xảy ra làm cho đất nền đông cứng nhanh thành một thể cột xi măng đất có độ ổn định cao làm tăng khả năng chịu tải của đất nền. Ưu điểm của cột xi măng đất Một số ưu điểm của cột đất trộn xi măng: - Tăng khả năng chống trượt của mái dốc, - Tăng cường độ chịu tải của đất nền, - Giảm ảnh hưởng chấn động đến công trình lân cận, - Tránh hiện tượng biến loãng của đất nền, - Cô lập phần đất bị ô nhiễm, - Giảm độ lún của công trình, - Thi công đơn giản nhanh chóng, -5- - Sử dụng vật liệu có sẵn, cốt liệu chính là đất tại chỗ nên giá thành thấp, - Thiết bị thi công không quá đắt (giá một thiết bị thi công cột khoảng 4 tỉ VND, chưa kể trạm trộn và thiết bị bơm vữa xi măng), - Quá trình khoan có thể kiểm tra địa chất khu vực khoan nhờ thiết bị tự động đo và ghi momen xoắn ở đầu cần khoan, - Chất lượng thi công không phụ thuộc nhiều vào yếu tố con người nhờ được tự động hóa, - Công trình thi công không gây ồn ào (vì không sử dụng cốt liệu nơi khác) phù hợp với việc xây dựng móng nhà cao tầng trong đô thị.1Cột xi măng đất sau thi Hình 1.2 Ví dụ về bố trí cột xi măng công đất 1. Ứng dụng cột xi măng đất trên thế giới Cột đất gia cố xi măng do nước Mỹ nghiên cứu đầu tiên thành công sau Đại chiến thế giới thứ 2 năm 1945, khi đó dùng cột có đường kính từ 0,3-0,4 m, dài 10- 12m. Nhưng đến năm 1996 cột đất gia cố với mục đích thương mại mới được sử dụng với số lượng lớn.

Sự phát triển của công nghệ trộn sâu bắt đầu từ Thụy Điển và Nhật Bản từ những năm 1960. Trộn khô dùng vôi hạt làm chất gia cố đã được đưa vào thực tế ở Nhật vào giữa những năm 1970. Cũng trong khoảng thời gian đó trộn khô ở Thụy Điển dùng vôi bột trộn vào để cải tạo các đặc tính lún của đất sét mềm dẻo, mềm -6- yếu. Trộn ướt dùng vữa xi măng làm chất gia cố cũng được áp dụng trong thực tế ở Nhật từ giữa những năm 1970.

Những nước ứng dụng công nghệ trộn sâu nhiều nhất là Nhật Bản và các nước Bắc Âu. Theo thống kê của hiệp hội cột trộn sâu CDM Nhật Bản tính chung trong giai đoạn 1980-1986 có 2345 dự án sử dụng 26 triệu m3 cột xi măng đất. Tạp chí tin tức kỹ thuật (ENR) thường xuyên thông báo các thành tựu của CDM ở Nhật, chẳng hạn số 1983 đăng kết quả ứng dụng cho các công trình nền móng thi công trong nước, số 1989 về tác dụng chống động đất, số 1986 về các tường chống thấm. Hàng năm các hội nghị về các công nghệ gia cố nền được tổ chức tại Tokyo, trong hội nghị nhiều thành tựu mới về bơm phụt vữa CDM đã được trình bày.

Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, mặc dù từ cuối những năm 1960, các kỹ sư Trung Quốc đã học hỏi phương pháp trộn vôi dưới sâu và CDM ở Nhật. Thiết bị trộn sâu trên đất liền xuất hiện 1978 và ngay lập tức được xử lý nền tại các khu công nghiệp ở Thượng Hải. Năm 1976, Viện nghiên cứu công chánh thuộc bộ xây dựng Nhật Bản hợp tác với viện nghiên cứu máy xây dựng Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu phương pháp trộn phun khô dưới sâu bằng bột xi măng, bước thử nghiệm đầu tiên hoàn thành vào năm 1980. Năm 1986, phương pháp trộn dưới sâu được ứng dụng để gia cố nền đất yếu tại một số nơi tại Mỹ.

Năm 1990, Nhật Bản đưa ra loại công nghệ thi công trộn dưới sâu mới gọi là phương pháp RR, khi thi công đầu trộn lên xuống, lắc ngang và quay trong lộn ngược tạo thành cột xi măng đất. Đến năm 1992, một sự hợp tác giữa Nhật Bản và Trung Quốc đã tạo ra một sự thúc đẩy cho sự phát triển mạnh cho công nghệ CDM ở Trung Quốc công trình hợp tác đầu tiên là cảng Yantai. Trong dự án này 60000 m3 xử lý ngoài biển đã được thiết kế bởi các kỹ sư Trung Quốc. Năm 1993, hiệp hội DJM của Nhật xuất bản sách hướng dẫn những thông tin mới nhất thiết kế và thi công cột xi măng đất.

Ứng dụng cột xi măng đất ở Việt Nam Công nghệ trộn sâu đã được miêu tả trong quyển “xử lý sự cố nền móng công trình” của giáo sư Nguyễn Bá Kế xuất bản năm 2000. Năm 2002 viện KHCN đã có nghiên cứu về cột xi măng đất. Hiện nay bộ xây dựng đã nghiên cứu ban hành tiêu chuẩn thiết kế cột xi măng đất. Năm 2002 một số công trình đã ứng dụng cột xi măng đất vào xây dựng các công trình trên đất yếu.

Cụ thể như cảng: Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m cột xi măng đất có đường kính 60 cm thi công bằng trộn khô, xử lý nền cho bồn chứa xăng dầu đường kính 35m cao 4m ở Cần Thơ. Năm 2003 một việt kiều ở Nhật đã thành lập một công ty xử lý nền móng tại thành phố HCM, ứng dụng phương pháp trộn sâu để tạo cột xi măng đất lồng ống thép. Cột xi măng đất lồng ống thép cho phép ứng dụng cho các công trình nhà cao tầng đến 15m, thay thế cho cọc nhồi rẻ và thi công nhanh. Năm 2004 cột xi măng đất được ứng dụng để gia cố nền móng cho nhà nước máy huyện Vũ Bản tỉnh Hà Nam, xử lý móng cho nền chứa xăng dầu ở Đình Vũ tỉnh Hải Phòng.

Các dự án trên đều sử dụng phương pháp trộn khô độ sâu trên 20m. Tháng 5 năm 2004 các nhà thầu Nhật đã sử dụng Jet - Grouting để sử chữa các khuyết tật cho cọc nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội). Năm 2005, một số dự án cũng áp dụng cột xi măng đất như: dự án thoát nước khu đô thi Đồ Sơn Hải Phòng, dự án đường cao tốc TP Hồ Chí Minh đi Trung Lương, dự án cảng Bạc Liêu. Trong nước hiện nay có một số công ty đầu tư công nghệ máy móc, chuyên phục vụ xử lý nền bằng công nghệ cột đất trộn xi măng và đã có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực này.

Một số công trình đã được công ty tư vấn xây dựng và môi trường ECE Consultants thi công xử lý nền (bao gồm gia cố nền và gia cố vách hố đào) bằng công nghệ cột xi măng đất như sau: - Gia cố bồn dầu 3000m3 tại kho xăng dầu Miền Tây giai đoạn 1 thi công năm 2000 - Gia cố bồn dầu 10000m3 tại kho A, kho xăng dầu Nhà Bè thi công năm 2001 -8- - Gia cố bồn dầu 3000m3 tại kho xăng dầu Đình Vũ Hải Phòng - Gia cố bồn dầu 12000m3 tại kho C kho xăng dầu Nhà Bè thi công năm 2002. - Gia cố bồn xăng dầu 12500m3 tại kho xăng dầu miền tây thi công năm 2003. - Gia cố móng nhà 3 tầng tổng kho xăng dầu miền tây năm 2001. - Gia cố nhà máy điện đạm Phú Mỹ năm 2003 - Gia cố móng nhà máy xử lý nước Nam Định năm 2003 - Gia cố chống trượt bãi rác thải Đông Thạnh năm 2003 - Gia cố bể chứa nước, lọc nước nhà máy xử lý nước Nam Định năm 2005 Công ty cổ phần phát triển kỹ thuật xây dựng (TDC) thuộc tổng công ty xây dựng Hà Nội (HANCORP) cũng là một công ty chuyên xử lý nền móng bằng cột xi măng đất.

Theo số lieu của công ty tổng khối lượng thự hiện đến năm 2008 như sau: -9- Bảng 1.1 Một số công trình tiêu biểu được TDC xử lý bằng công nghệ cột đất trộn xi măng theo phương pháp trộn sâu - 10 - 1. Công nghệ trộn sâu 1. Giới thiệu công nghệ trộn sâu: Mục đích của trộn sâu là cải thiện các đặc trưng của đất, như tăng cường độ kháng cắt, giảm tính nén lún, bằng cách trộn xi măng với đất nền để chung tương tác với nhau. Sự đổi mới tốt hơn nhờ sự trao đổi ion tại bề mặt các hạt sét, gắn kết các hạt đất và lấp các lỗ rỗng bởi các sản phẩm của các phản ứng hóa học.

Trộn sâu phân loại theo chất kết dính (xi măng, vôi, thạch cao, hay tro….) và phương háp trộn (khô hay ướt, quay hay phun tia, guồng xoắn hay lưỡi cắt) Hình 1.3 Một số hình ảnh ứng dụng của công nghệ trộn sâu. Thiết bị thi công công nghệ trộn sâu: 1. Thiết bị thi công theo công nghệ Bắc Âu: Thiết bị có khả năng tạo trụ đến độ sâu 25m, đường kính 0,6m đến 1m, độ nghiên tới 700 so với phương đứng. Máy có một cần, lỗ phun xi măng ở đầu trộn.

Năng lượng trộn và khối lượng xi măng được quan trắc, và trong nhiều trường hợp được kiểm soát tự động để đất được trộn đều Phương pháp trộn Trộn sâu Quay một trục Trộn khô Trộn ướt Một cần, Guồng xoắn Guồng xoắn Một cần, một Nhiều cần, nhiều cần liền khối tháo rời cánh, nhiều nhiều cánh cánh Trộn tổ hợp Quay một trục+ Quay một trục+ Quay trong mặt Chỉ tịnh tiến thủy lực tịnh tiến theo phẳng+ tịnh tiến theo tuyến tuyến theo tuyến Trộn khô Trộn ướt Một cần, cánh+ Cắt cánh hoặc Một cần, cánh Máy đào phun tia áp cao bánh lốp gia cố khối lớn Hình 1.