BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG VŨ VĂN KHÁNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC ĐẤT XI MĂNG THEO CÔNG NGHỆ TẠO CỌC BẰNG THIẾT BỊ TRỘN KIỂU TIA PHUN XI MĂNG (JET – GROUTING) CHO ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TSKH Nguyễn Văn Quảng Hải Phòng, tháng 01 năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung của Luận văn là do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của GS. TSKH Nguyễn Văn Quảng. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả Luận văn Vũ Văn Khánh LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật công trình xây dựng với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng cọc đất xi măng theo công nghệ tạo cọc bằng thiết bị trộn kiểu tia phun xi măng (Jet-grouting) cho địa bàn thành phố Hải Phòng.” là thành quả của những kiến thức đã thu nhận được của Học viên trong những năm học tại Trường đại học Dân lập Hải Phòng. Học viên xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TSKH Nguyễn Văn Quảng - người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành Luận văn; Ban lãnh đạo Nhà trường và toàn thể các thầy cô thuộc khoa Xây dựng - Trường đại học Dân lập Hải Phòng, những người đã giúp đỡ cổ vũ và tạo mọi điều kiện cho Học viên trong suốt quá trình học tập, định hướng nghiên cứu cũng như thực hiện Luận văn. Học viên cũng xin cám ơn sự ủng hộ, động viên tinh thần nhiệt tình của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong thời gian thực hiện Luận văn. Lý do chọn đề tài: Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện nền kinh tế thị trường, ngành xây dựng tất yếu cần phải phát triển không ngừng và ngày càng lớn mạnh.
Tiếp cận các công nghệ tiên tiến của thế giới và đưa vào ứng dụng trong nước để tạo ra sản phẩm có chất lượng, đạt hiệu quả kinh tế cao là một phần chiến lược phát triển khoa học công nghệ của Quốc gia hiện nay. Để nâng cao chất lượng trong lĩnh vực xử lý nền các công trình xây dựng, thủy lợi, giao thông có rất nhiều công nghệ mới được đưa vào ứng dụng rộng rãi như bấc thấm, vải địa kỹ thuật, công nghệ xử lý nền đất yếu theo phương pháp ổn định toàn khối…và không thể không nói đến công nghệ khoan phụt cao áp (Jet - Grouting). Tuy ra đời muộn nhưng công nghệ khoan phụt cao áp đã được các nhà chuyên môn đón nhận và đánh giá rất cao vì những ưu điểm nổi bật của nó, đặc biệt để giải quyết những khó khăn trong thi công. Việc sử dụng phương pháp gia cố nền bằng cọc đất xi măng theo công nghệ Jet - grouting tại Hải Phòng chưa được áp dụng rộng rãi vì lý thuyết, phương pháp tính toán cũng như giá thành máy móc, chưa có những nghiên cứu nâng cao chất lượng trong quá trình thi công.
Đặc biệt là chưa có những nghiên cứu ứng dụng chuyên sâu công nghệ này tại Hải Phòng. Với những đặc điểm và yêu cầu nêu trên, đề tài “Ứng dụng cọc đất xi măng theo công nghệ tạo cọc bằng thiết bị trộn kiểu tia phun xi măng (Jet Grouting) cho địa bàn thành phố Hải Phòng” mang ý nghĩa thiết thực, cần thiết. Cọc đất xi măng thi công theo công nghệ Jet Grouting với các ưu điểm như giá thành rẻ hơn các công nghệ khác do không tốn nhiều vật liệu, tận dụng được vật liệu tại chỗ, thiết bị thi công không quá phức tạp… nếu tính toán áp dụng thành công thì sẽ đạt được hiệu quả rất lớn. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: - Một là, nắm được đặc điểm kỹ thuật của cọc đất xi măng và quy trình thi công cọc đất xi măng theo công nghệ Jet – Grouting để có giải pháp quản lý đảm bảo chất lượng công trình; - Hai là, nghiên cứu phạm vi áp dụng cọc đất xi măng cho các công trình xây dựng tại Hải Phòng; nghiên cứu khả năng áp dụng biện pháp xử lý nền bằng cọc đất xi măng cho các dạng đất yếu khác nhau trong khu vực thành phố Hải Phòng; - Ba là, nghiên cứu tính toán, thiết kế cọc đất xi măng để ứng dụng cho các công trình xây dựng; - Bốn là, áp dụng giải pháp hợp lý để quản lý tổ chức thi công cọc đất xi măng theo công nghệ Jet - Grouting vào xử lý nền đất yếu tại Hải Phòng; - Năm là, đề xuất giải pháp để đảm bảo chất lượng và kiểm tra đánh giá chất lượng trong quá trình thi công và nghiệm thu.
Hƣớng nghiên cứu, phƣơng pháp nghiên cứu Thu thập các tài liệu và nghiên cứu lý thuyết: Tiêu chuẩn thiết kế trong và ngoài nước, tài liệu, báo cáo khoa học, giáo trình hướng dẫn tính toán thiết kế xử lý nền đất bằng cọc đất xi măng theo công nghệ tạo cọc bằng thiết bị trộn kiểu tia phun xi măng (Jet Grouting). Thu thập và phân tích số liệu các kết quả thí nghiệm và thi công các dự án đầu tư xây dựng có sử dụng giải pháp cọc đất xi măng gia cố nền đất yếu đã và đang được triển khai. Nghiên cứu ứng dụng cọc đất xi măng theo công nghệ tạo cọc bằng thiết bị trộn kiểu tia phun xi măng (Jet Grouting) cho địa bàn thành phố Hải Phòng Để áp dụng cọc đất xi măng một cách phổ biến trong xây dựng các công trình ở Việt Nam nói chung và Hải Phòng nói riêng, nội dung nghiên cứu của đề tài tập trung nghiên cứu làm rõ những vấn đề sau đây: cơ sở lý thuyết tính toán kết cấu cọc, sức chịu tải của cọc, quy trình công nghệ thi công cọc đất xi măng bằng thiết bị trộn kiểu tia phun xi măng (Jet Grouting) cho địa bàn thành phố Hải Phòng. Thu thập số liệu về địa chất các khu vực thuộc địa bàn thành phố Hải Phòng, từ đó nghiên cứu, tính toán áp dụng cho từng khu vực.
Kết quả dự kiến đạt đƣợc Tổng quan về thi công cọc đất xi măng theo công nghệ Jet – Grouting đã ứng dụng vào các công trình ở Việt Nam và trên thế giới. Từ đó, đề xuất giải pháp hợp lý trong việc ứng dụng công nghệ Jet Grouting để xử lý nền đất yếu cho địa bàn thành phố Hải Phòng. Các kết quả nghiên cứu của Luận văn có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho chuyên ngành địa kỹ thuật, thi công và xây dựng công trình hạ tầng đô thị, và nếu được hoàn thiện thêm, sẽ là cơ sở khoa học để kiến nghị sử dụng rộng rãi phương pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất trong thực tiễn xây dựng các công trình ở Hải Phòng. CHƢƠNG I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CỌC ĐXM THEO CÔNG NGHỆ JET GROUTING Jet Grouting là một kỹ thuật gia cố nền bằng cách sử dụng tia nước/vữa/khí với áp lực cao để cắt đất, sau đó trộn vữa với đất vừa bị cắt tạo thành hỗn hợp đất – xi măng (soilcrete) có cường độ tốt hơn và hệ số thấm thấp hơn (Choi 2005, Essler & Yoshida 2004, Xanthakos et al.
Trong hệ thống các phương pháp xử lý nền, Jet Grouting là phương pháp được sử dụng khá linh hoạt cho nhiều mục đích khác nhau như: gia cường móng cho các công trình, làm tường chống thấm, làm giảm và kiểm soát chuyển vị cho các hố đào hay trong quá trình thi công hầm, v. Phương pháp Jet Grouting có thể tạo ra khối soilcrete đảm bảo về cường độ với các hình dạng khác nhau thông qua các yếu tố như tốc độ xoay, tốc độ nâng cần, cách sắp xếp, bố trí các lỗ khoan, v. để phục vụ cho các mục đích cụ thể (Choi 2005). Hình dạng phổ biến nhất của Jet Grouting là dạng cột vữa, hình dạng này được tạo ra bằng xoay và nâng cần trong quá trình phụt vữa, khi cần tạo kết cấu đạng bản thì trong quá trình rút cần nhưng không xoay cần (Choi 2005).
Các kết cấu dạng phức tạp khác như tường dạng màng, móng băng, tường trọng lực có thể tạo thành bằng cách kết hợp cấu trúc cơ bản dạng cột đã đề cập bên trên. Các kết cấu này tạo nên các khối soilcrete được ứng dụng trong địa kỹ thuật để giải quyết nhiều vấn đề. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi khắt khe về kỹ thuật trong thiết kế và trong thi công, nếu sai sót trong thiết kế hay sự cố trong thi công cũng sẽ dẫn đến sản phẩm soilcrete không đạt chất lượng (Essler & Yashida 2004). TÌNH HÌNH CÔNG NGHỆ JET GROUTING TRÊN THẾ GIỚI a.
Lịch sử ra đời Khả năng xói của tia nước đã được sử dụng cho mục đích đào đất từ rất sớm, đặc biệt là trong công nghiệp khai thác mỏ, thậm chí có một số tài liệu cho rằng kỹ thuật này được áp dụng từ thời Trung Cổ (Essler & Yashida 2004). Kỹ thuật Jet Grouting sớm được phát minh ở Anh vào thập niên 50, nhưng được ứng dụng đầu tiên ở Nhật vào thập niên 70 (Essler & Yoshida 2004). Những nghiên cứu và phát triển ban đầu sử dụng nguyên lý về cắt và xói đất vào khoảng năm 1965 bởi Yamakado và cộng sự (Xanthakos et al. 1994 từ nguồn Miki & Nikanishi 1984).
Trong giai đoạn này Jet Grouting được sử dụng đầu tiên chỉ để tạo tường ngăn nước (Essler & Yoshida 2004) (hình 1.1: Jet Grouting được áp dụng ban đầu để tạo tường ngăn nước (Essler & Yoshida 2004). Vào đầu những năm thập niên 70, phụt vữa cao áp kết hợp xoay cần xuất hiện ở Nhật vì kết cấu dạng bản khó tạo với các bề dày khác nhau và có cường độ yếu (Essler & Yashida 2004). Cuối những năm của thập niên 70, hầu hết các kỹ thuật cơ bản về Jet Grouting đã được tìm ra và được chấp nhận trên khắp thế giới, nhưng trước tiên chủ yếu là ở Đức, Pháp, Singapore và Brazil (Xanthakos et al. Phạm vi này được mở rộng đáng kể trong các thập kỷ sau.
Ở Nam Mỹ, ý tưởng về Jet Grouting được đề cập lần đầu tiên vào năm 1979, cho đến 1984 một số ít các dự án nhỏ sử dụng các hệ thống thi công phương pháp này (Xanthakos et al.
