CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG 1. Tổng quan về trụ đất trộn xi măng Trụ đất trộn xi măng (hay còn gọi là cột đất trộn xi măng, cọc đất trộn xi măng) là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị hoan phun. Mũi hoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến hi 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 hí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt).
Quá trình phun (hoặc bơm) chất gia cố để trộn với đất trong hố khoan, tùy theo yêu cầu có thể được thực hiện ở cả hai pha khoan xuống và rút lên của mũi hoan hoặc chỉ thực hiện ở pha rút mũi hoan lên. Khi mũi hoan được rút khỏi hố hoan, đất trong hố hoan đã được trộn đều với chất kết dính dần dần đông cứng tạo thành trụ đất trộn xi măng. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ đất trộn xi măng trên thế giới [7]. Tại Châu Âu, công nghệ trụ đất trộn xi măng được nghiên cứu bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan vào năm 1967.
Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (cao 6m, dài 8m) đã được xây dựng ở Phần Lan, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng và chiều dài trụ về mặt khả năng chịu tải. Tại Châu Á, nước ứng dụng trụ đất trộn xi măng nhiều nhất là Nh t Bản và các nước vùng Scandinaver. Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nh t Bản), tính chung trong giai đoạn 80-96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3. Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia cố bằng trụ đất trộn xi măng ở Nh t vào khoảng 23,6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng 300 dự án.
Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m3. Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu vào những năm 1970, tổng khối lượng xử lý bằng trụ đất trộn xi măng ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m3. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ xi măng đất tại Việt Nam 11 Tại Việt Nam, việc áp dụng thi công đại trà gia cố nền đất sử dụng công nghệ trộn khô thi công trụ đất trộn xi măng bắt đầu được tiến hành từ những năm đầu thế kỷ 21. Năm 2001, t p đoàn Hercules của Thụy Điển hợp tác với công ty Cổ phần phát triển xây dựng (TDC) thuộc Tổng công ty xây dựng Hà Nội đã thi công xử lý nền móng cho 08 bể chứa xăng dầu có đường kính 21m, cao 9m (dung tích 3000m3/bể) của công ty Tổng ho xăng dầu Cần Thơ bằng trụ đất trộn xi măng.
Từ năm 2002 đến 2005 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng trụ đất xi măng vào xây dựng các công trình trên nền đất yếu như: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m trụ đất trộn xi măng có đường kính 0,6m, gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ (Hải Phòng), dự án thoát nước đô thị Đồ Sơn – Hải Phòng, dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu, các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn hô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m, tham khảo tài liệu [7]. Năm 2004, Viện khoa học Thủy lợi đã tiếp nh n chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nh t Bản. Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này trong nghiên cứu sức chịu tải của trụ đơn và nhóm trụ, khả năng chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến tính chất của trụ đất trộn xi măng …nhằm ứng dụng trụ đất trộn xi măng vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thủy lợi [7]. Tại Nghệ An, nhóm đề tài cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại, cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An), tại thành phố Đà Nẵng, trụ đất trộn xi măng được ứng dụng ở plazza Vĩnh Trung dưới 2 hình thức: làm tường trong đất và làm cọc thay cọc nhồi [7].
Tại Hà Nội, hầm đường bộ Kim Liên được xây dựng trong khu vực địa chất yếu, nhất là khu vực phía đường Đào Duy Anh, chính vì v y nền đất dưới hầm đã được cải tạo bằng phương pháp trụ đất gia cố xi măng với chiều dày khoảng 1,5 – 6,0m. Việc gia cố đất tại đáy bằng phương pháp trụ đất gia cố xi măng hông nhằm gia cố nền đất mà chỉ với mục đích chống trượt trồi hi đào xuống độ sâu lớn (trên 10m) và cũng hông phải gia cố tại tất cả các vị trí đào mà căn cứ theo điều kiện địa chất từng khu vực, có nơi gia cố, có nơi hông. Việc gia cố ảnh hưởng đến độ lún của các đốt hầm. Đường Láng Hòa Lạc nối Thủ đô Hà Nội với khu công nghệ cao Hòa Lạc đi qua nhiều sông ngòi và có nhiều gia cắt với đường bộ, đường sắt, dọc theo con đường 12 này có nhiều hạng mục công trình trong quá trình thi công đã dùng trụ đất trộn xi măng để xử lý nền đất yếu, chống lún chống trượt đất cho mái dốc, ổn định đất đường hầm.
Tại thành phố Hồ Chí Minh, trụ đất trộn xi măng được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây, buidling Saigon Times Square…Hiện nay, các k sư hãng Orbitec đang đề xuất sử dụng trụ đất trộn xi măng để chống thấm ổn định công trình Hồ bán nguyệt – hu đô thị Phú M Hưng, dự án đường trục Bắc Nam (giai đoạn 3) cũng iến nghị chọn trụ xi măng đất xử lý đất yếu [7]. Tại Cần Thơ - H u Giang - Kiên Giang, trụ đất trộn xi măng được sử dụng trong Tiểu dự án khép kín tuyến đê, cống vùng Ô Môn – Xà No giai đoạn 1, Tiểu dự án được thiết kế bởi Liên danh HECII-Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam và Công ty TV & GCCN Đại học Thủy Lợi, thực hiện cho 10 gói thầu với công nghệ trộn ướt. Các công nghệ thi công 1. Công nghệ trộn khô: Trộn khô là quá trình gồm xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn bột xi măng hô với đất có hoặc không có phụ gia.
Nguyên lý trộn hô được mô tả trên hình 1. Sơ đồ công nghệ thi công trụ đất trộn xi măng theo phương pháp trộn khô 1. Công nghệ trộn ướt: Trộn ướt là quá trình gồm xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn vữa xi măng gồm nước, xi măng, có hoặc không có phụ gia với đất Nguyên lý trộn ướt được mô tả trên hình 1. Sơ đồ công nghệ thi công trụ đất trộn xi măng theo phương pháp trộn ướt 1.
Ưu điểm trụ đất trộn xi măng - Phạm vi ứng dụng rộng, thích hợp mọi loại đất từ bùn sét đến sỏi cuội. - Có thể xử lý lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến lớp đất tốt. - Thi công được trong nước. - Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các công trình lân c n.
- Rất sạch sẽ và giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường. - Thiết bị thi công, v t liệu sử dụng hông quá đắt. Hiệu quả kinh tế cao, giá thành hạ hơn nhiều so với các phương án xử lý khác. Kết luận chương 1 - Phương pháp trụ đất trộn xi măng đã và đang được ứng dụng có hiệu quả ở nhiều nước trên thế giới.
Ở Việt Nam, phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi và kết quả đạt được tốt ở các công trình có quy mô không quá lớn, tải trọng công trình bên trên nhẹ và có tầng đất yếu dày như ở ĐBSCL… - Đất yếu ở ĐBSCL phân bố trên diện rộng, có chiều dày lớn. Vì v y tác giả chọn Ô Môn là vùng đất được đề c p để nghiên cứu loại xi măng và hàm lượng xi măng đén cường độ của trụ đất trộn xi măng. - Ưu điểm của trụ đất trộn xi măng; Công nghệ thi công trụ đất trộn xi măng, sự giống và khác nhau của từng loại công nghệ. 14 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CỦA TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG 2.
Quá trình cơ học và hóa lý của trụ đất trộn xi măng 2. Quá trình nén chặt cơ học Gia cố nền bằng trụ đất trộn xi măng là dùng thiết bị chuyên dụng đưa một lượng xi măng vào nền đất. Lượng xi măng này sẽ chiếm chỗ các lỗ rỗng trong đất làm cho độ lỗ rỗng giảm đi, các hạt đất sắp xếp lại, kết quả là đất nền được nén chặt. Xét một khối đất có thể tích ban đầu V0, thể tích hạt rắn Vh0, thể tích lỗ rỗng ban đầu Vr0, ta có: V0 = Vh0 + Vr0 (2-1) Sau khi gia cố, thể tích khối đất sẽ là V, thể tích hạt rắn là Vh, thể tích lỗ rỗng là Vr : V = Vh + V r (2-2) Như v y, sự thay đổi thể tích khối đất là: ΔV=V0 -V = (Vh0 + Vr0) - (Vh + Vr) (2.3) Thể tích các hạt rắn xem như hông đổi trong quá trình gia cố, nghĩa là Vh0 = Vh, do đó: ΔV=Vr0 -Vr ΔV = ΔVr (2-4) Biểu thức (2.4) cho thấy: sự thay đổi thể tích khối đất khi gia cố chính là sự thay đổi thể tích lỗ rỗng trong khối đất.
Như v y, khi gia cố bằng bằng trụ đất trộn xi măng quá trình nén chặt đất xảy ra tức thời. Hiệu quả nén chặt phụ thuộc vào thể tích xi măng đưa vào nền, nghĩa là phụ thuộc vào số lượng, đường ính cũng như hoảng cách giữa các trụ, hình dạng bố trí trụ. Việc xác định đường kính trụ, khoảng cách giữa các trụ và sơ đồ bố trí trụ hoàn toàn có thể xác định như đối với cọc cát. Còn chiều sâu gia cố phụ thuộc vào chiều sâu vùng hoạt động nén ép dưới đáy móng công trình, nghĩa là, tại độ sâu mà ở đó thỏa mãn một trong các điều kiện sau đây: - Ứng suất nén ép ( σ z ) nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 ứng suất bản thân ( σ bt ) của đất.
- Ứng suất nén ép ( σ z ) nhỏ hơn hoặc bằng áp lực bắt đầu cố kết thấm của đất.
