Luận văn thạc sĩ về tối ưu hóa kết cấu thép cột tháp và thiết bị khoan phun trộn cọc xi măng đất

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng nâng chuyền nghiên cứu hợp lý hóa kết cấu thép cột tháp và bộ, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Trần Công Trí
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hồng Ngân
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng, nâng chuyển
• Đề tài: Nghiên cứu tối ưu hóa kết cấu thép cột tháp và thiết bị khoan phun trộn cọc xi măng đất
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục đích của đề tài
• 1.3. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa khoa học của đề tài
• 1.5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1.6. Kết luận
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT
• 2.1. Mục đích và ý nghĩa việc gia cố nền móng
• 2.2. Các phương pháp gia cố nền móng chủ yếu
• 2.3. Phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất trên nền
• 2.3.1. Đệm cát
• 2.3.2. Đệm đá sỏi
• 2.3.3. Đệm đất
• 2.4. Phương pháp tăng độ chặt của nền bằng biện pháp tiêu nước thẳng đứng
• 2.4.1. Cọc cát, sỏi
• 2.4.2. Bấc thấm
• 2.5. Phương pháp gia cố bằng cọc cứng
• 2.6. Quy trình công nghệ thi công cọc xi măng đất trên nền yếu
• 2.6.1. Giới thiệu chung
• 2.6.2. Nguyên tắc thực hiện dự án khi thi công trộn sâu
• 2.6.3. Công nghệ thi công
• 2.6.3.1. Công nghệ trộn khô
• 2.6.3.2. Công nghệ trộn ướt
• 2.6.4. Thiết bị tạo cọc xi măng đất
• 2.6.5. Kiểm tra chất lượng cọc xi măng đất
• 3. CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ THI CÔNG CỌC XI MĂNG ĐẤT
• 3.1. Thông số tính toán kết cấu thép cột tháp
• 3.2. Các dạng thiết bị thi công phổ biến hiện nay
• 3.3. Các thông số của thiết bị
• 3.4. Thông số tính toán bộ công tác
• 3.5. Các dạng bộ công tác khoan – trộn sử dụng phổ biến hiện nay
• 3.6. Cơ sở chọn phương án nghiên cứu
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CỘT THÁP VÀ BỘ PHẬN LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ KHOAN – PHUN – TRỘN CỌC XI MĂNG ĐẤT
• 4.1. Cơ sở lý thuyết tính toán kết cấu thép cột tháp
• 4.2. Tính kết cấu thép theo phương pháp ứng suất cho phép
• 4.3. Tính kết cấu thép theo phương pháp trạng thái giới hạn
• 4.4. Tính kết cấu thép theo độ bền mỏi
• 4.5. Kết cấu thép
• 4.6. Phân tích tổ hợp tải trọng
• 4.7. Mô hình hóa bài toán bằng phần mềm tính toán
• 4.8. Cơ sở lý thuyết tính toán bộ phận làm việc
• 4.9. Những tính chất cơ lý của đất ảnh hưởng đến bộ phận làm việc
• 4.10. Cơ sở lý thuyết khoan – trộn
• 5. CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN HỢP LÝ HÓA KẾT CẤU THÉP CỘT THÁP VÀ BỘ PHẬN LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ KHOAN – PHUN – TRỘN CỌC XI MĂNG ĐẤT
• 5.1. Tính toán hợp lý hóa kết cấu thép cột tháp
• 5.2. Tính toán tải trọng
• 5.3. Phân tích trên phần mềm Ansys
• 5.4. Độ ổn định của cột tháp
• 5.5. Độ ổn định của thiết bị
• 5.6. Tính toán hợp lý hóa bộ công tác
• 5.6.1. Mô hình kết cấu và xác định các lực tác dụng
• 5.6.2. Trạng thái ứng suất
• 5.6.3. Trạng thái biến dạng
• 5.6.4. Xác định công suất yêu cầu cho bộ phận công tác
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Nghiên cứu về tối ưu hóa kết cấu là rất cần thiết trong bối cảnh xây dựng hiện đại, đặc biệt là trong việc xử lý nền đất yếu tại Việt Nam. Nền đất yếu thường gây ra nhiều vấn đề cho các công trình xây dựng, từ lún không đều đến sự ổn định của kết cấu. Việc áp dụng cọc xi măng đất là một trong những giải pháp hiệu quả để cải thiện tính chất của nền đất. Đề tài này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả thi công mà còn tiết kiệm chi phí cho các công trình. Theo nghiên cứu, việc sử dụng công nghệ khoan và phun trộn cọc xi măng đất có thể giảm thiểu rủi ro và tăng cường độ bền cho công trình. Điều này cho thấy sự cần thiết của việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp thi công mới nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao trong ngành xây dựng.

II. Tổng quan về phương pháp gia cố nền đất yếu

Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc xi măng đất đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam. Các phương pháp gia cố như trộn ướt và trộn khô đều có những ưu điểm riêng. Trộn ướt cho phép tạo ra cọc có độ bền cao hơn nhờ vào việc trộn đều xi măng với đất trong quá trình thi công. Ngược lại, trộn khô lại đơn giản hơn trong việc thi công và có thể áp dụng cho nhiều loại đất khác nhau. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng công trình. Theo nghiên cứu, việc gia cố nền đất yếu không chỉ giúp tăng cường độ bền mà còn cải thiện khả năng chịu tải của công trình, từ đó kéo dài tuổi thọ và giảm thiểu chi phí bảo trì.

III. Nghiên cứu hợp lý hóa kết cấu thép cột tháp

Nghiên cứu về kết cấu thép cột tháp là một phần quan trọng trong việc tối ưu hóa thiết bị khoan. Các thông số kỹ thuật của cột tháp cần được xác định một cách chính xác để đảm bảo tính ổn định và khả năng chịu tải. Việc sử dụng phần mềm Ansys trong tính toán giúp mô phỏng và phân tích các lực tác động lên cột tháp, từ đó đưa ra các giải pháp hợp lý hóa kết cấu. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa kết cấu không chỉ giúp giảm thiểu trọng lượng mà còn tăng cường độ bền cho cột tháp. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả thi công và giảm chi phí cho các công trình xây dựng.

IV. Tính toán hợp lý hóa bộ phận làm việc của thiết bị khoan

Bộ phận làm việc của thiết bị khoan – phun – trộn cọc xi măng đất cần được thiết kế và tính toán một cách hợp lý để đảm bảo hiệu suất làm việc cao nhất. Việc xác định các thông số kỹ thuật như công suất, lực tác động và độ ổn định của thiết bị là rất quan trọng. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa bộ phận làm việc không chỉ giúp tăng cường hiệu quả thi công mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình hoạt động. Các giải pháp cải tiến kỹ thuật như sử dụng vật liệu nhẹ và bền có thể giúp nâng cao hiệu suất làm việc của thiết bị. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường trong quá trình thi công.

V. Kết luận và hướng phát triển đề tài

Đề tài nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa kết cấu thép cột tháp và bộ phận làm việc của thiết bị khoan – phun – trộn cọc xi măng đất có ý nghĩa quan trọng trong ngành xây dựng. Những kết quả đạt được từ nghiên cứu không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có thể áp dụng thực tiễn trong các công trình xây dựng tại Việt Nam. Hướng phát triển tiếp theo của đề tài có thể tập trung vào việc nghiên cứu sâu hơn về các công nghệ mới trong thi công cọc xi măng đất, cũng như việc áp dụng các phần mềm mô phỏng hiện đại để nâng cao độ chính xác trong tính toán. Điều này sẽ giúp cải thiện hơn nữa hiệu quả thi công và chất lượng công trình.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam có nhiều công trình xây dựng trên nền đất yếu, đặc biệt tại các vùng đồng bằng và khu vực ven sông, ven biển. Theo ước tính, chi phí gia cố nền móng chiếm từ 15% đến 50% tổng chi phí công trình, do đó việc xử lý nền đất yếu hiệu quả và tiết kiệm là vấn đề cấp thiết. Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc xi măng đất đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và bắt đầu được triển khai tại Việt Nam từ những năm 1980, với nhiều dự án lớn như cảng Ba Ngòi, nhà máy điện Nhơn Trạch I, và Đại lộ Đông Tây tại TP. Hồ Chí Minh. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là hợp lý hóa kết cấu thép cột tháp và bộ phận làm việc của thiết bị khoan – phun – trộn cọc xi măng đất, nhằm nâng cao hiệu quả thi công và phù hợp với điều kiện nền đất yếu tại Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào công nghệ trộn ướt, sử dụng phần mềm Ansys để tính toán và tối ưu kết cấu thép, đồng thời khảo sát các thông số kỹ thuật thiết bị thi công. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc giảm thiểu chi phí, tăng năng suất thiết bị và đảm bảo độ bền vững của công trình trên nền đất yếu, góp phần phát triển ngành kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết tính toán kết cấu thép theo phương pháp ứng suất cho phép và phương pháp trạng thái giới hạn, cùng với lý thuyết về độ bền mỏi của vật liệu. Mô hình nghiên cứu tập trung vào kết cấu thép dạng ống rỗng của cột tháp và bộ công tác khoan – phun – trộn cọc xi măng đất. Các khái niệm chính bao gồm: tải trọng tác dụng lên kết cấu thép, lực cản của bộ công tác, cơ tính của đất nền yếu, và công nghệ trộn ướt (Jet grouting). Ngoài ra, nghiên cứu còn áp dụng mô hình hóa bằng phần mềm Ansys để phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng và độ ổn định của kết cấu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ khảo sát thực tế các công trình sử dụng cọc xi măng đất tại Việt Nam, số liệu thí nghiệm trong phòng và hiện trường, cùng với tài liệu kỹ thuật và tiêu chuẩn quốc gia TCXDVN 385:2006. Phương pháp phân tích bao gồm xây dựng mô hình lý thuyết, mô phỏng bằng phần mềm Ansys, và so sánh kết quả tính toán với dữ liệu thực tế. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các thiết bị khoan – phun – trộn phổ biến, với phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện và khả năng ứng dụng thực tế. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 6/2011 đến tháng 1/2012, bao gồm khảo sát, xây dựng mô hình, tính toán, và đề xuất giải pháp hợp lý hóa kết cấu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tải trọng và lực cản tác dụng lên kết cấu thép cột tháp: Kết quả phân tích cho thấy tải trọng tác dụng lên cột tháp có thể lên đến khoảng 150 kN, trong khi lực cản của bộ công tác dao động trong khoảng 80-120 kN tùy theo điều kiện thi công. Việc hợp lý hóa kết cấu thép giúp giảm trọng lượng kết cấu khoảng 10-15% mà vẫn đảm bảo độ bền và ổn định.

2. Hiệu quả công nghệ trộn ướt trong gia cố nền đất yếu: So với phương pháp trộn khô, công nghệ trộn ướt cho phép tạo cọc xi măng đất có đường kính lớn hơn (0,6m đến 1,2m), tăng độ sâu xử lý lên đến 35m, và giảm thời gian thi công hơn 50%. Các công trình tại TP. Hồ Chí Minh và Quảng Ninh đã ứng dụng thành công công nghệ này với tổng chiều dài cọc thi công lên đến 300.000m.

3. Ảnh hưởng các thông số kỹ thuật đến hiệu suất thiết bị: Thiết bị khoan – phun – trộn có chiều sâu khoan tối đa 35m, số đầu khoan linh hoạt từ 1 đến 4, và hệ thống điều khiển điện tử giúp tăng độ chính xác lên đến 95%. So sánh thiết bị Nhật Bản và Trung Quốc cho thấy thiết bị Nhật có mức độ tự động hóa cao hơn, sai số thi công khoảng 5%, trong khi thiết bị Trung Quốc có giá thành thấp hơn nhưng độ ổn định kém hơn.

4. Tính toán hợp lý hóa kết cấu thép bằng phần mềm Ansys: Phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng cho thấy kết cấu thép dạng ống rỗng có khả năng chịu tải tốt, độ ổn định cao, đồng thời giảm được trọng lượng kết cấu từ 12% đến 18% so với thiết kế truyền thống. Mô hình hóa cũng giúp xác định công suất yêu cầu cho bộ phận công tác, tối ưu hóa hiệu suất làm việc.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các phát hiện trên xuất phát từ việc áp dụng công nghệ trộn ướt hiện đại, kết hợp với thiết kế kết cấu thép tối ưu dựa trên mô hình hóa số. So với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã mở rộng phạm vi khảo sát và ứng dụng phần mềm Ansys để phân tích chi tiết hơn, từ đó đưa ra các giải pháp hợp lý hóa phù hợp với điều kiện thi công tại Việt Nam. Việc giảm trọng lượng kết cấu thép không chỉ tiết kiệm vật liệu mà còn giảm tải trọng lên nền đất yếu, góp phần nâng cao độ bền và tuổi thọ công trình. Các số liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tải trọng – biến dạng và bảng so sánh hiệu suất thiết bị, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của các giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu thiết kế kết cấu thép cột tháp: Áp dụng kết cấu thép dạng ống rỗng với các thông số đã được tính toán hợp lý nhằm giảm trọng lượng kết cấu từ 10-18%, nâng cao độ ổn định và tiết kiệm vật liệu. Thời gian thực hiện trong vòng 6 tháng, chủ thể là các đơn vị thiết kế và thi công xây dựng.

2. Nâng cấp thiết bị khoan – phun – trộn: Trang bị hệ thống điều khiển điện tử và tự động hóa để tăng độ chính xác và giảm sai số thi công xuống dưới 5%. Mục tiêu tăng năng suất thiết bị lên 20% trong vòng 1 năm, do các nhà sản xuất và đơn vị vận hành thiết bị thực hiện.

3. Ứng dụng công nghệ trộn ướt trong gia cố nền đất yếu: Khuyến khích sử dụng công nghệ trộn ướt với đường kính cọc từ 0,6m đến 1,2m, chiều sâu xử lý lên đến 35m, nhằm rút ngắn thời gian thi công hơn 50% so với phương pháp truyền thống. Thời gian áp dụng từ 1-2 năm, do các nhà thầu xây dựng và chủ đầu tư triển khai.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về thiết kế kết cấu thép và vận hành thiết bị khoan – phun – trộn, đồng thời chuyển giao công nghệ cho các đơn vị trong nước nhằm nâng cao năng lực thi công và quản lý dự án. Thời gian thực hiện 12 tháng, do các trường đại học và viện nghiên cứu phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu và xây dựng: Nghiên cứu giúp tối ưu hóa kết cấu thép cột tháp và bộ công tác, nâng cao hiệu quả thiết kế và thi công trên nền đất yếu.

2. Nhà thầu thi công công trình nền móng: Áp dụng các giải pháp công nghệ trộn ướt và thiết bị khoan – phun – trộn hiện đại để tăng năng suất và giảm chi phí thi công.

3. Chuyên gia nghiên cứu công nghệ gia cố nền đất: Tham khảo các phân tích lý thuyết và thực nghiệm về cơ tính đất, ảnh hưởng các thông số kỹ thuật đến hiệu quả gia cố.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng: Là tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp nghiên cứu, mô hình hóa và ứng dụng phần mềm tính toán trong lĩnh vực nâng chuyển và gia cố nền móng.

Câu hỏi thường gặp

1. Cọc xi măng đất có ưu điểm gì so với các phương pháp gia cố khác?
   Cọc xi măng đất thi công nhanh, tiết kiệm chi phí đến 40% so với cọc bê tông, có thể xử lý sâu đến 50m, phù hợp với nền đất yếu và điều kiện mặt bằng chật hẹp. Ví dụ, dự án cảng Ba Ngòi đã sử dụng thành công công nghệ này với tổng chiều dài cọc 32.000m.

2. Phương pháp trộn ướt khác gì so với trộn khô?
   Trộn ướt sử dụng vữa xi măng bơm vào đất, tạo cọc có đường kính lớn hơn và độ đồng nhất cao hơn, giảm thời gian thi công hơn 50%. Trong khi đó, trộn khô phun xi măng khô vào đất, phù hợp với các công trình có yêu cầu thấp hơn.

3. Làm thế nào để hợp lý hóa kết cấu thép cột tháp?
   Sử dụng kết cấu thép dạng ống rỗng, phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng bằng phần mềm Ansys để giảm trọng lượng kết cấu từ 10-18% mà vẫn đảm bảo độ bền và ổn định.

4. Thiết bị khoan – phun – trộn cần có những tính năng gì?
   Thiết bị nên có hệ thống điều khiển điện tử chính xác, khả năng thay đổi tốc độ quay, đo độ nghiêng cần khoan, và hệ thống tách ẩm để đảm bảo chất lượng cọc và hiệu suất thi công.

5. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ cọc xi măng đất là gì?
   Bao gồm loại đất, hàm lượng xi măng, lượng nước, độ pH và độ rỗng của đất. Ví dụ, đất có hàm lượng sét cao cần lượng xi măng lớn hơn để đạt cường độ yêu cầu, trong khi độ pH trong khoảng 5-6,3 có ảnh hưởng tích cực đến cường độ.

Kết luận

• Nghiên cứu đã hợp lý hóa kết cấu thép cột tháp và bộ công tác thiết bị khoan – phun – trộn, giảm trọng lượng kết cấu từ 10-18% mà vẫn đảm bảo độ bền và ổn định.
• Công nghệ trộn ướt được xác định là phương pháp hiệu quả, phù hợp với điều kiện nền đất yếu tại Việt Nam, giúp rút ngắn thời gian thi công hơn 50%.
• Thiết bị khoan – phun – trộn hiện đại với hệ thống điều khiển điện tử nâng cao độ chính xác và năng suất thi công.
• Các giải pháp đề xuất có thể ứng dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng nền móng trên nền đất yếu, góp phần tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng công trình.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng về công nghệ thiết bị và vật liệu gia cố nhằm nâng cao hiệu quả và độ bền của cọc xi măng đất trong tương lai.

Hãy áp dụng các giải pháp hợp lý hóa kết cấu và công nghệ thi công tiên tiến để nâng cao hiệu quả xây dựng trên nền đất yếu, góp phần phát triển bền vững ngành xây dựng Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 2 1. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Đề tài nghiên cứu các thông số hợp lý của kết cấu thép và bộ công tác từ đó thiết bị có thể làm việc phù hợp với điều kiện tự nhiên ở Việt Nam. Kết luận: Trên các cơ sở đó, đề tài có thể đem lại những ý nghĩa nào đó giúp ích cho việc nghiên cứu và ứng dụng vào thực tiễn nhằm đạt hiệu quả kinh tế nhất định. HVTH: TRẦN CÔNG TRÍ GVHD: PGS.

NGUYỄN HỒNG NGÂN Chương 2 3 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT 2. Mục đích và ý nghĩa việc gia cố nền móng: Tải trọng từ các công trình được đặt lên nền móng rồi truyền xuống nền đất, nền móng càng tốt thì công trình càng ổn định. Các công trình hiện đại thì có quy mô và chất lượng cao nên tải trọng truyền xuống cũng cao. Các công trình ở Việt Nam, nhất là các công trình giao thông tập trung ở vùng đồng bằng nên nền đất tương đối yếu vì vậy muốn sử dụng lâu dài thì phải gia cố nền móng cho tốt.

Chi phí để làm nền móng chiếm từ 15 ÷ 50% chi phí công trình. Vì vậy phần lớn các công trình đều phải gia cố nền móng. Nền móng tốt sẽ quyết định đến tuổi thọ và độ bền của công trình. Đối với tải nhỏ, nền tốt thì không cần phải gia cố.

Các phương pháp gia cố nền móng chủ yếu: Ngày nay, các phương pháp gia cố nền móng khá phong phú và đa dạng. Ngoài các biện pháp kết cấu tầng dưới của công trình để chống lún, sụt đều và không đều như: móng bè, móng chân vịt… khe lún, giằng tường, giằng móng v.v… cũng như các biện pháp gián tiếp như đắp khối (tường) phản áp (đối trọng), tường chắn v.v… còn dùng những biện pháp đặt hữu như gia nhiệt nền, trộn vôi, xi măng, điện – hóa, silicat hóa v.v… trên mặt hoặc sâu trong nền để cải thiện cơ tính của nền. Trên thực tế các phương pháp gia cố nền sau đây được sử dụng rộng rãi hơn cả. Phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất trên nền: a) Đệm cát: Khi lớp nền yếu có chiều sâu ≤ 3m bão hòa nước, ta có thể gạt bỏ lớp đất yếu dưới chân móng và thay thế bằng lớp cát.

Phương pháp này đơn giản và không đòi hỏi thiết bị thi công phức tạp nếu khối lượng công việc không lớn. HVTH: TRẦN CÔNG TRÍ GVHD: PGS. NGUYỄN HỒNG NGÂN Chương 2 4 b) Đệm đá sỏi: Cũng như với đệm cát, khi lớp đất yếu dưới móng có nước ngầm với áp lực không cao, không đặt được đệm cát và dưới nó cũng là lớp đất v.v… sức chịu lực của đệm đá sỏi lớn hơn nhiều so với cát nên ta có thể coi nó như một bộ phận của móng. c) Đệm đất: Với các công trình xây dựng trên nền đắp và mức nước ngầm ở dưới sâu thì dùng đệm đất (vật liệu rẻ hơn).

Đương nhiên các vật liệu dùng làm đệm (cát, đá sỏi, đất) đều phải chọn lựa phù hợp yêu cầu kỹ thuật và đặc biệt phải được lèn chặt. Phương pháp tăng độ chặt của nền bằng biện pháp tiêu nước thẳng đứng: Để tiêu nước theo phương thẳng đứng, thường dùng các phương pháp sau: a) Cọc cát, sỏi: Khi móng công trình lớn, lớp nền yếu có chiều dày ≥ 3m, ta có thể cải tạo bằng cọc cát, sỏi. Cọc cát, sỏi làm cho độ ẩm, độ rổng của nền giảm đi, cọc cát có tác dụng như một giếng tiêu nước thẳng đứng, làm cho mođun biến dạng, tính kháng nén, kháng cắt của nền tăng lên v.v… và cọc làm việc đồng thời với nền, do đó tính chất chịu lực của nền gai cố cọc cát, sỏi khác xa các loại cọc cứng như gỗ, bê tông, thép… (cọc cứng chịu lực độc lập với nền). Cọc cát, sỏi cho phép công trình đạt giới hạn ổn định (lún) gần như sau khi kết thúc công trình thi công.

Ưu điểm của cọc cát, sỏi còn thể hiện ở hiệu quả kinh tế cao: – Kinh phí xây dựng – có thể giảm 40% so với dùng cọc bê tông, giảm 20% so với dùng đệm cát. – Cọc cát, sỏi có tính bền vĩnh cửu, hoàn toàn không bị ăn mòn do xâm thực. – Thiết bị thi công đơn giản. b) Bấc thấm: Khác với cọc cát, sỏi bấc thấm không tham gia vào quá trình chịu lực truyền tải của công trình xuống nền, nó chỉ có chức năng tiêu nước thẳng đứng cho nền, làm cho cơ tính của đất nền được nâng cao do tăng cường tốc độ cố kết của nó, kết quả là sự chịu tải của đất nền được cải thiện.

HVTH: TRẦN CÔNG TRÍ GVHD: PGS. NGUYỄN HỒNG NGÂN Chương 2 5 Bấc thấm có những ưu điểm nổi bật: – Diện nền cải tạo lớn. – Độ sâu tầng đất cải tạo lớn, có thể đạt 25 – 30m. – Bấc thấm chế tạo sẵn, gọn nhẹ.

– Công nghệ thi công đơn giản, năng suất cao. – Hiệu quả kinh tế cao. Chính vì những ưu điểm trên nên thời gian gần đây, biện pháp này được sử dụng rông rãi trong việc cải tạo và nâng cấp quốc lộ 1, quốc lộ 5 v. Phương pháp gia cố bằng cọc cứng: Móng cọc là một kết cấu quen thuộc trong xây dựng, làm nhiệm vụ truyền tải xuống công trình sâu trong nền đất có lớp (tầng) chịu lực tốt, khắc phục được biến dạng lún không đồng đều, chịu được tải trọng ngang, giảm khối lượng đào đắp, rút ngắn thời gian thi công do công nghiệp hóa chế tạo cọc và thiết bị thi công.

Cọc và thiết bị đóng (hạ, đúc tại chỗ) rất đa dạng: cọc tre, gỗ, bê tông đặc, ống rỗng, thép, ván thép,… cọc nhồi, cọc xi măng đất,… Tuy nhiên không phải lúc nào gia cố nền bằng cọc cứng cũng có hiệu quả tốt nếu nền phía trên tốt mà ở dưới mũi cọc lại không tốt; trường hợp đó phải dùng biện pháp khác. Các loại cọc đều chịu tải của công trình xuống dưới nền theo hai dạng: cọc chống – chịu tải cơ bản ở mũi cọc, cọc treo – chịu tải cơ bản theo ma sát hông ở thân cọc. Trường hợp cọc chịu tải hỗn hợp cả chống và treo đều phát huy tác dụng sẽ rất tốt cho công trình. Quy trình công nghệ thi công cọc xi măng đất trên nền yếu: 2.

Giới thiệu chung: Cọc xi măng đất (hay còn gọi là cột xi măng đất, trụ xi măng đất) – (Deep soil mixing columns, soil mixing pile) là một cọc hình trụ tròn tạo thành bởi hỗn hợp được trộn đều giữa đất nguyên trạng với xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan – phun. Quá trình thi công tạo thành cọc xi măng đất dùng phương pháp khoan trộn sâu. Sử dụng máy khoan và các thiết bị chuyên dùng (cần khoan, mũi khoan…), khoan vào đất với đường kính và chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế. Đất trong quá HVTH: TRẦN CÔNG TRÍ GVHD: PGS.

NGUYỄN HỒNG NGÂN Chương 2 6 trình khoan không được lấy lên khỏi lỗ khoan mà bị phá vỡ kết cấu, được các cánh mũi khoan nghiền tơi, trộn đều với chất kết dính (chất kết dính thông thường là xi măng hoặc vôi, thạch cao… đôi khi có thêm chất phụ gia và cát). Quá trình phun (hoặc bơm) chất kết dính để trộn với đất trong hố khoan, tuỳ theo yêu cầu có thể được thực hiện ở cả hai pha khoan xuống và rút lên của mũi khoan hoặc chỉ thực hiện ở pha rút mũi khoan lên. Để tránh lãng phí xi măng, hạn chế xi măng thoát ra khỏi mặt đất gây ô nhiễm môi trường thông thường khi rút mũi khoan lên cách độ cao mặt đất từ 0,5 ÷ 1,5m người ta dừng phun chất kết dính, nhưng đoạn cọc 0,5 ÷ 1,5m này vẫn được phun đầy đủ chất kết dính là nhờ chất kết dính có trong đường ống tiếp tục được phun (hoặc bơm) vào hố khoan. Khi mũi khoan được rút lên khỏi hố khoan, trong hố khoan còn lại đất đã được trộn đều với chất kết dính dần dần đông cứng tạo thành cọc xi măng đất.

HVTH: TRẦN CÔNG TRÍ GVHD: PGS. NGUYỄN HỒNG NGÂN Chương 2 7 Nguyên tắc thực hiện dự án khi thi công trộn sâu: Hiện có công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) và công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là Jet – grouting): – Trộn khô là quá trình phun trộn xi măng khô với đất có hoặc không có chất phụ gia. – Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có hoặc không có chất phụ gia. Mỗi phương pháp trộn (khô hoặc ướt) có thiết bị thi công kỹ thuật, thi công phun (bơm) trộn khác nhau.

HVTH: TRẦN CÔNG TRÍ GVHD: PGS. NGUYỄN HỒNG NGÂN Chương 2 8 2. Công nghệ thi công: a) Công nghệ trộn khô: Hình 2. Dây chuyền thiết bị trộn khô.

HVTH: TRẦN CÔNG TRÍ GVHD: PGS. NGUYỄN HỒNG NGÂN Chương 2 9 Hình 2. Các bước thi công trộn khô. Thi công cải tạo nền đất yếu bằng cọc xi măng đất theo phương pháp trộn khô theo các bước sau: – Định vị và đưa thiết bị thi công vào vị trí thiết kế; – Khoan hạ đầu phun trộn xuống đáy khối đất cần gia cố; – Bắt đầu quá trình khoan trộn và kéo dần đầu khoan lên đến miệng lỗ; – Đóng tắt thiết bị thi công và chuyển sang vị trí mới.

Sơ đồ thi công trộn khô. HVTH: TRẦN CÔNG TRÍ GVHD: PGS. NGUYỄN HỒNG NGÂN Chương 2 10 a) Công nghệ trộn ướt: Hình 2. Dây chuyền thiết bị trộn ướt.

HVTH: TRẦN CÔNG TRÍ GVHD: PGS. NGUYỄN HỒNG NGÂN Chương 2 11 Thi công cải tạo nền đất yếu bằng cọc xi măng đất theo phương pháp trộn ướt theo các bước sau: Hình 2. Các bước thi công trộn ướt. Sơ đồ thi công trộn ướt.

Thiết bị tạo cọc xi măng đất: bao gồm một máy khoan với hệ thống đầu khoan có đường kính thay đổi tuỳ thuộc theo đường kính cột được thiết kế và các xi lô chứa xi măng. HVTH: TRẦN CÔNG TRÍ GVHD: PGS. NGUYỄN HỒNG NGÂN Chương 2 12 Hình 2. Tổng thế máy khoan xi măng đất DJM 2090.

Tổng thể máy khoan cọc xi măng đất của Trung Quốc. HVTH: TRẦN CÔNG TRÍ GVHD: PGS. NGUYỄN HỒNG NGÂN Chương 2 13 Hình 2. Cọc đã hoàn thiện.

Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia cố thì quay ngược lại và dịch chuyển lên. Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được phun vào nền đất (bằng áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt).