Chương 1 học viên đã trình bày tổng quan vấn đề nền đường đắp trên đất yếu với một số điểm lưu ý sau: Đất yếu là loại có khả năng chịu tải nhỏ, biến dạng lớn, do vậy nền đường đắp trên đất yếu cần có các biện pháp xử lý thích hợp để đảm bảo ổn định lún và trượt. Hiện nay có nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu có các ưu nhược điểm khác nhau và việc lựa chọn giải pháp phù hợp cần căn cứ vào nhiều yếu tố như yêu cầu thiết kế, thời hạn thi công, khả năng thi công, tác động môi trường và các điều kiện công trường. 20 CHUONG 2- NGHIEN CUU XU LY NEN DUONG DAP TREN DAT YEU BANG CQC CFG 2. Giới thiệu chương 2 Chương này học viên sẽ giới thiệu và phân tích vấn đề chính của đề tài nghiên cứu, đó là biện pháp xử lý nền đường đắp trên đất yếu bằng cọc CFG với các mục chính như tổng quan về đặc điểm, cấu tạo, nguyên lý làm việc, phạm vi và tình hình áp dụng thực tế; lý thuyết tính toán thiết kế; thi công và nghiệm thu.
từ các nghiên cứu và dự án đã hoàn thiện ở nước ngoài, trong đó có so sánh với một số công nghệ xử lý đất yếu có tính tương đồng đã và đang áp dụng tại Việt Nam để có một cái nhìn tổng quát về khả năng áp dụng cũng như những điều kiện, kinh nghiệm cho việc áp dụng công nghệ cọc CFG ở Việt Nam trong tương lai. Khai niém Coc CFG là loại cọc bê tông nghèo được tạo thành bởi việc trộn xi măng, tro bay, đá (sỏi) hay cát với nước. CFG là viết tắt của cụm từ tiéng Anh “Cement fly- ash gravel” là các cốt liệu chủ yếu trong hỗn hợp tạo thành cọc. Theo sự phân loại biện pháp xử lý nền đắp trên đất yếu ở phần trên thì công nghệ cọc CFG thuộc nhóm biện pháp nền đắp trên hệ cọc.
Các cọc CFG cùng với đất giữa các cọc và lớp đệm đầu cọc tạo thành móng liên hợp đảm bảo ổn định cho công trình nền đường đắp trên nó. Năm 1985, Viện nền móng của Học viện nghiên cứu công trình Trung Quốc (Foundation Institute of China Academy of Building Research) nghiên cứu ứng dụng công nghệ cọc CFG xuất phát trên cơ sở móng cọc đá sỏi (cọc balat) trộn thêm xi măng, tro bay để tạo ra cọc có cường độ cao hơn [14], [15]. Cọc CFG được thi công bằng máy chuyên dụng, hỗn hợp vật liệu chế tạo cọc CFG được đồ tại chỗ vào hình trụ rỗng đã được khoan trước, cuối cùng cọc CFG được hình thành trong lòng đất. Với đặc điểm sức chịu tải cao, biến dạng nhỏ, thi công đơn giản và giá thành 21 thấp nên đến nay, công nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng nhà, đường ô tô, đường sắt và sân bãi ở Trung Quốc và một số nước trên thế giới.
Trong đó các nghiên cứu của Trung Quốc đã hoàn thành đầy đủ từ mô hình lý thuyết, hoàn thiện lý thuyết tính toán, yêu cầu kỹ thuật về vật liệu và công nghệ thi công.1: Nền đường được gia cé bang coc CFG Nguồn: http:/www. Cấu tạo, đặc điểm kỹ thuật và nguyên lý làm việc Cọc CFG là loại cọc BTXM cường độ thấp có đường kính từ 350mm đến 600mm. Bằng việc thay đổi hàm lượng và tỉ lệ xi măng trong hỗn hợp CFG, cường độ cọc có thể thay đổi từ C15 đến C25, hình thành loại cọc trung gian giữa loại cọc cứng và cọc mềm [22], [23]. Các cọc CFG cùng làm việc với đất giữa các cọc nhờ việc bố trí lớp đệm đầu cọc tạo thành móng liên hợp, do đó vừa có thể tận dụng được sức chịu tải của đất giữa các cọc vừa có thể truyén tải trọng nền đắp xuống lớp địa chất tốt ở dưới sâu giúp tăng độ ốn định và giảm độ lún cho công trình nền đường đắp trên nó, mang lại hiệu quả kỹ thuật và kinh tế cao.
Hơn nữa, với lượng 22 vat liệu thải nhiệt điện là tro bay được sử dụng và không bố trí cốt thép sẽ làm giảm chỉ phí vật liệu cọc, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn. Công nghệ cọc CFG được tính toán, thiết kế theo nguyên tắc làm việc của móng liên hợp. Các yếu tố chính như thành phân, tỷ lệ vật liệu cọc (xác định cường độ cọc), chiều dài cọc, khoảng cách giữa các cọc, kích thước mũ cọc, cấu tạo và chiều dày lớp đệm đầu cọc và phương pháp thi công cần được tính toán, thiết kế, thí nghiệm, phân tích chọn lựa để đảm bảo yêu cầu cường độ đất nền xử lý. Khoảng cách cọc phải được xác định thông qua sức chịu tải của móng liên hợp, đặc trưng cơ lý các lớp địa chất và kỹ thuật thi công.
Khoảng cách này nên bằng 3-5 lần đường kính cọc. [18] Chiều sâu cọc được thiết kế xuống lớp địa chất chịu tải tốt để truyền tải trọng nền đắp xuống. Vì cường độ của cọc lớn hơn cường độ nền đất nên ứng suất lên cọc cũng lớn hơn ứng suất lên đất giữa các cọc (Hình 2. Tải trọng Nền đắp Gia có $eevvillvv tht vw dev dbev eee Ma coc“ pat yéu rZ Thân cọc Hình 2.2: Ứng suất nên đắp lên móng liên hợp Trên đầu cọc thường được gắn với tắm mũ cọc bằng bê tông, cách rời nhau để thu nhập tải trọng nền dap lên cọc nhiều hơn nên giảm được đường kính cọc, tiết kiệm được vật liệu thân cọc.
Kích thước mũ cọc ảnh hưởng đến khả năng phân bố tải trọng của lớp đệm đầu cọc. [12] Trên đầu nền móng cọc liên hợp phải bó trí tầng đệm. Tác dụng của tầng đệm là điều chỉnh ứng suất của cọc và đất, giảm ứng suất tập trung tại đầu cọc, tăng cường khả năng chịu lực của nền đất. Việc thiết kế tầng đệm là một trong những kỹ 23 thuật quan trọng trong thi công móng liên hợp cho loại cọc cứng, là nội dung trọng tâm bảo đảm khả năng chịu lực của cọc và đất nền.
Cấu tạo lớp đệm đầu cọc bằng cát hạt trung, cát hạt thô, cát chọn lọc hoặc sỏi. với cỡ hạt lớn nhất không được lớn hơn 30mm và có thê rải một lớp lưới (vải) địa kỹ thuật trên các mũ cọc đề làm thành một lớp đệm phân bó tải trọng trên các cọc. Lớp đệm này nên dày khoảng 150+500mm, độ chặt đầm nén không lớn hơn 0,9. Chiều dày lớp đệm này tăng lên khi đường kính cọc và khoảng cách cọc tăng.
[18] Mũ cọc Nền đắp ZZ NA Bam phan baal trong — ` Coc Dat yéu THOMOND LOTT: Nén cứng Hình 2.3: Sơ đô hệ móng cọc liên hợp CFG 2. Yêu cầu vật liệu Cọc CFG được cấu tạo từ các vật liệu xi măng, tro bay, đá (sỏi), cát và nước. Tỷ lệ phối trộn các cốt liệu này phải được xác định trong phòng thí nghiệm để đảm bảo yêu cầu cường độ thiết kế. Các vật liệu này phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật chặt chẽ trước khi được đem trộn.
Hiện nay ở nước ta chưa ban hành tiêu chuẩn, chỉ dẫn kỹ thuật về cọc CFG do đó trong phạm vi nghiên cứu có thể dùng các tiêu chuân hiện hành vê cốt liệu như sau: - Tro bay phai dam bao yêu cầu theo TCVN 10302:2014 về tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng. Theo đó, tro bay sử dụng cho hỗn hợp cọc CFG thuộc loại dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông không cốt thép từ bê tông nặng, bê tông nhẹ, vữa xây (kí hiệu loại b) với các yêu cầu cụ thé sau [2]: 24 Bảng 2.1: Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây TT | Chỉ tiêu Loại | Giá trị Tổng hảm lượng ôxit SiO; + AlzOs + FezOa, % khối lượng, không | F 70 nhỏ hơn Cc 45 Hàm lượng lưu huỳnh, hợp chât lưu huỳnh tính quy đôi ra SOs, % F 3 khối lượng, không lớn hơn C 5. F - Hàm lượng canxi ôxit tự do CaOu, % khôi lượng, không lớn hơn é 4 ke 44 be F 15 Hàm lượng mật khi nung MKN, % khôi lượng, không lớn hon a 5 Hàm lượng kiêm có hại (kiêm hòa tan), % khôi lượng, không lớn F bs hon C , ® - F Độ âm, % khôi lượng, không lớn hơn 6 3 , F Lugng sot sang 45m, % khôi lượng, không lớn hơn 2 34 š ". F Lượng nước yêu câu so với mâu đôi chứng, %, không lớn hơn e 105.
ke F Hàm lượng ion CT, % khôi lượng, không lớn hơn ẽ - Hoạt độ phóng xạ tự nhiên Aeff, (Bq/kg) của tro bay dùng: - Đổi với công trình nhà ở và công cộng, không lớn hơn 370 - Đổi với công trình công nghiệp, đường đô thị và khu dân cư, ea không lớn hơn Xi măng: đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật theo các tiêu chuẩn TCVN 2682:2009 “Xi măng poóc lăng - Yêu cầu kĩ thuật”, TCVN 6067:2004 “Xi măng Poóc lăng bề sun phát - Yêu cầu kỹ thuật”, TCVN 6260:2009 “Xi măng poóc lăng hỗn hợp - Yêu cầu kỹ thuật”, TCVN 7711:2013 “Xi măng pooclăng hỗn hợp bền sulfat”. Đá, sỏi, cát: theo tiêu chuân TCVN 7570:2006 “Cốt liệu dùng cho bê tông và vữa - Yêu cầu kĩ thuật” 25 - Nước: theo tiêu chuẩn TCVN 4506:2012 “Nước trộn bê tông và vữa - Yêu cầu kĩ thuật”. Phạm vi áp dụng và thực tế Biện pháp gia có nền bằng móng cọc liên hợp CFG phù hợp với loại đất dính, đất bùn, cát và đất đắp (trầm tích nhân sinh). Lớp đất hạ mũi cọc phải có cường độ cao và không nhỏ hơn 70kPa [23], [18].
Biện pháp này có thể ứng dụng trong các công trình xây dựng nhà cao tầng, đường ô tô, đường sắt và sân bãi. Với công trình nền đường ô tô và đường sắt, biện pháp này thường được áp dụng ở nền đường đầu cầu hoặc các khu vực cần phải khống chế chặt chẽ độ lún đến vài centimet. Kể từ khi ra đời vào năm 1985 đến nay, nhờ những ưu điểm nỗi bật, công nghệ cọc CFG đã được áp dụng ở một số nước trên thế giới như Malaysia, Thái Lan., đặc biệt được sử dụng phô biến ở Trung Quốc trong các công trình xây dựng cơ bản, đặc biệt là nền đường ô tô, nền đường sắt của các công trình lớn tiêu biểu sau đây: Công trình đường sắt cao tốc Bắc Kinh (Beijing) — Thiên Tân (Tianjin) thuộc Trung Quốc: hoạt động từ tháng 8/2008, đài 117km nối thành phố Bắc Kinh với thành phố Thiên Tân. Đây là tuyến đường sắt cao tốc đầu tiên đạt tốc độ 350 km/h ở Trung Quốc sử dụng đường ray đều bằng bản Bogle nên yêu cầu độ lún sau khi thi công phải nhỏ hơn 15mm.