CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG 1. Giới thiệu về cột đất trộn xi măng Cột đất trộn xi măng (DSM) được nghiên cứu vào khoảng những năm 1960. Loại cột này sử dụng cốt liệu chính là đất tại chỗ trộn với lượng xi măng và chất phụ gia nhất định tùy thuộc vào loại và các tính chất cơ - lý – hoá của đất nền. Nó sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao khi địa chất là đất cát.
Cột đất trộn xi măng thường được thi công bằng công nghệ trộn sâu hay gọi tắt là DMM. Cột đất trộn xi măng được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho các công trình xây dựng dân dụng, giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng…như: làm tường hào chống thấm cho đê đập, sửa chữa thấm mang cống và đáy cống, gia cố đất xung quanh đường hầm, ổn định tường chắn, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố nền đường, mố cầu dẫn, ngăn ngừa hiện tượng hóa lỏng của đất các vùng đất nhiễm độc… 1. Lịch sử phát triển của cột xi măng đất [1] Lịch sử phát triển của cột đất trộn xi măng được hệ thống hóa theo thời gian từ năm 1954 – nay. Đánh dấu những mốc quan trọng trong tiến trình nghiên cứu, sử dụng công nghệ DMM.1 Những nghiên cứu và thông tin về dự án tiêu biểu (Porbaha – 1998) Năm Các nghiên cứu, ứng dụng Intrustion Prepakt Co (United State) phát triển công nghệ trộn tại chỗ 1954 (Mixed in place – MIP) với mũi khoan đơn và chỉ được sử dụng rải rác ở Mỹ.
MIP được sử dụng cho hơn 300.000 mét dài cho trụ ở Nhật Bản nhằm chống đỡ hố đào và kiểm soát nước trong đất. Tiếp theo đó đến đầu những 1961 năm 1970 công ty Seiko Kogyo thành công cho ứng dụng đạng tường chắn và kỹ thuật trộn sâu (DMM – deep mixing method) 6 Năm Các nghiên cứu, ứng dụng Viện nghiên cứu cảng biển (PHRI) bắt đầu nghiên cứu trong phòng sử dụng vôi bột xử lý đất yếu ở biển. Tiếp theo đó là các nghiên cứu của 1967 Okumura, Terashi và nnk đến đầu những năm 1970: (1) nghiên cứu phản ứng giữa vôi – đất sét biển. (2) phát triển các thiết bị trộn thích hợp, cường độ nén nở hông (UCS) thu được từ 0.
Nghiên cứu trong phòng và hiện trường bắt đầu với phương pháp trụ vôi 1967 ở Thụy Điển cho xử lý đất sét yếu dưới nền đường sử dụng vôi chưa tôi. 1974 Phương pháp vôi trộn sâu (DLM) đã được áo dụng rộng rãi ở Nhật Bản Thử nghiệm được tiến hành trên trụ vôi tại sân bay Ska Edeby, Thụy Điển: 1974 thí nghiệm và đánh giá ảnh hưởng của thoát nước, cột dài 15m và đường kính 0. Thử nghiệm đầu tiên cho nền đường sử dụng phương pháp trụ vôi Thụy 1974 Điển cho đất sét yếu ở Phần Lan (dài 8m, đường kính 0.5m) Tiếp theo những nghiên cứu từ 1973-1974, PHRI phát triển phương pháp 1975 trộn sâu (CDM) sử dụng vữa xi măng, và lần đầu tiên ứng dụng cho các dự án xử lý nền đất yếu ở ngoài khơi. Phương pháp trụ vôi được sử dụng rộng rãi ở Thụy Điển để xử lý hố đào, 1975 ổn định nền đường, móng nông.
Công ty Seiko Kogyo - Nhật Bản đưa phương pháp tường đất được đưa 1976 ra ứng dụng ngoài thực tế Công nghệ CDM được ứng dụng lần đầu ở Nhật Bản (cả trên biển và đất 1977 liền) 1985 Phần Lan lần đầu tiên áp dụng phương pháp cột vôi 1986 Nauy sử dụng phương pháp cột vôi (theo hướng dẫn của Thụy Điển) 1986 SMW Seiko Inc mở hoạt động ở Mỹ và giới thiệu công nghệ DMM Phương pháp SMW sử dụng trong gia cố dạng khối, phương pháp xử lý 1987 nền đất cải tiến khả năng chống động đất ở công trình Jacson Lake Dam 7 Năm Các nghiên cứu, ứng dụng Công ty Trevisani và Rodio ở Italy phát triển công nghệ DMM, bắt đầu 1989 với phương pháp trộn khô, nhưng sau đó phát triển với phương pháp trộn ướt. 1989 Trụ xi măng vôi phát triển nhanh ở Thụy Điển Phát triển thiết bị trộn mới ở Phần Lan sử dụng xi măng và vôi (cung cấp 1990 và trộn độc lập) khả năng tạo cột hơn 20m sâu và lớn hơn 0. Hương dẫn thiết kế mới STO-91 phát hành ở Phần Lan trên cơ sở kinh 1992 nghiệm từ những năm 1980 và các nghiên cứu của Kujala và Lahtinen (khoảng 3000 mẫu từ 29 công trường) 1993 Hiệp hội DJM (Nhật Bản) tái bản cuốn “thiết kế và thi công” 1995 Từ 1977 đến 1995 có hơn 26 triệu m3 CDM được sử dụng ở Nhật Bản Hội địa chất Thụy Điển phát hành hướng dẫn thiết kế mới cho trụ vôi và 1995 xi măng – vôi. 1996 Hội nghị phương pháp trộn sâu được tổ chức ở Nhật Bản 1996 Trụ xi măng vôi được sử dụng rộng rãi ở Mỹ Từ 1975-1996 có hơn 5 triệu mét dài trụ vôi, vôi-xi măng được thi công ở 1996 Thụy Điển 1999 Hội nghị quốc tế về phương pháp trộn khô được tiến hành ở Thụy Điển 1999- Có nhiều công trình nghiên cứu về cột xi măng đất nay 1.
Ứng dụng của cột đất trộn xi măng Cột đất trộn xi măng được sử dụng cho một số mục đích chính như Cải tạo các đặc tính biến dạng của đất Giảm độ lún, lún lệch Giảm chuyển vị ngang Giảm thời gian lún ổn định, vì vậy mà đẩy nhanh tiến độ thi công công trình 8 Tăng cường độ của đất Tăng độ ổn định của nền đường, nền đắp Tăng độ ổn định của tường chắn Ngăn ngừa hiện tượng hóa lỏng Tăng sức chịu tải Tăng độ cứng của đất Giảm chấn động gây ra bởi đường cao tốc Giảm chấn động do các công trình ngầm Ngăn ngừa ô nhiễm Ngăn ngừa ô nhiễm môi trường do các bãi rác, bãi xử lý chất thải… Chống thấm Do vật liệu xi măng – đất có hệ số thấm nhỏ, nó được dùng để chống thấm cho các công trình đê, đập thủy điện… Gia cố đường hầm Một công nghệ ưu việt của cột đất trộn xi măng là tạo lớp vở bọc bảo vệ và chống thấm cho các đường hầm và công trình ngầm. Đối với các tuyến đường hầm được thiết kế đi qua vùng đất yếu hoặc dưới mực nước ngầm, trước hết thi công các khối gia cố xi măng – đất đặc chắc, sau đó mới khoan, đào xuyên qua các khối gia cố. Như vậy sẽ đảm bảo vỏ hầm không bị sập hoặc bị nước thâm nhập trong quá trình đào hầm. Ứng dụng cột đất trộn xi măng trên thế giới Việc phát triển khoa học công nghệ đã tạo điều kiện cho phương pháp trộn sâu phát triển nhanh chóng trong thời gian ngắn, điều đó đẩy nhanh tốc độ thi công trong xây dựng.
Mặc dù lúc đầu phương pháp trộn sâu dùng với mục đích chính là phát triển cường độ của đất với chi phí thấp. Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản) tính chung trong giai đoạn 1980-1996 có 1345 dự án sử dụng 26 triệu m3 xi măng đất, từ 1977 đến 1993 lượng đất gia cố bằng xi măng vào khoảng 23.6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng 300 dự án. Tính đến năm 2001 ở Nhật 9 Bản đã thi công đến 70 triệu m3 (Terashi 2003). Hiện nay, hàng năm thi công khoảng hơn 2 triệu m3 Ứng dụng cột đất trộn xi măng tại Việt Nam Tại Việt Nam, phương pháp trộn sâu được nghiên cứu từ những năm đầu của thập kỷ 80 (thế kỷ trước) với sự giúp đỡ của Viện Địa kỹ thuật Thụy Điển (SGI).
Phương pháp được ứng dụng ngoài thực tế cho một số dự án vào những năm 2002 như: sân bay Cần Thơ, sân bay Bạc Liêu…Những năm gần đây ngày càng có nhiều công trình sử dụng công nghệ này.2: Một số công trình sử dụng cột đất trộn xi măng ở Việt Nam Năm khởi khối lượng Công trình Địa điểm công (m) Cảng Ba Ngòi Khánh Hòa 2002 4000 Nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Vụ Bản - Hà Nam 2004 Nam) Sân bay Cát Bi - Hải Phòng Tp Hải Phòng 2005 1800000 Xử lí nền đường hai đầu cầu công trình Cầu Nguyễn văn Trỗi - Trần Tp Đà Nẵng 2005 16000 Thị Lý Công trình khách sạn Sanouva - TP Tp Đà Nẵng 2005 7548 Đà Nẵng Hầm đường bộ Kim Liên Hà Nội 2008 Tường chống thấm Hồ Đá Bạc - Hà Hồng Lĩnh - Hà Tĩnh 2006 92250 Tĩnh Tường chống sụt lở cho nhà liền kề khi thi công tầng ngầm cao ốc số 6 Ngô Quyền- Hà nội 2009 22000 Ngô Quyền- Hà nội Chống thấm đập Nà zanh (Cao bằng) Cao Bằng 2009 98600 Chống thấm đập Khuôn Cát (Lạng Lạng Sơn 2009 29400 sơn) Xử lý nền kết hợp chống thấm đập Huế 2010 32500 Khe ngang (Huế) Xử lý lún sụt cho đê nối tiếp Trà linh Trà Vinh 2010 5600 Nhà trưng bày xe Ô-tô KIA Đà Nẵng TP.Đà Nẵng 2011 6550 10 Năm khởi khối lượng Công trình Địa điểm công (m) Trụ sở làm việc Sacombank tại Nha TP Nha Trang - Tỉnh 2011 9730.8 trang Khánh Hòa dự án Đường Liên cảng Cái mép-Thị Tân Thành – Bà Rịa 2012 116645 Vải Vũng Tàu Cải tạo kênh và đường dọc kênh Tân Lò gốm – Quận 6 - 2012 30882 Hóa Lò Gốm TPHCM Công trình Cầu Đỏ - TP Hồ Chí Bình Thạnh, TPHCM 2012 7440 Minh Đường vào sân đỗ cảng hàng Cần Thơ 32000 không Cần Thơ Đường nối cầu Thủ Thiêm với đại TP.Hồ Chí Minh 100000 lộ Đông Tây 1. Các kiểu bố trí điển hình Công nghệ CDM có phạm vi ứng dụng rộng rãi, cả trên đất liền và trên biển. Tùy thuộc vào đặc tính công trình mà cột đất trộn xi măng có thể được bố trí theo các kiểu khác nhau Cột đơn Hàng cột (tường hoặc tấm) Kiểu kẻ ô Kiểu khối Hình 1.1: Các kiểu bố trí cột đất trộn xi măng (a) cột đơn (b) kiểu khối (c) kiểu tường (d) kiểu kẻ ô (Anand J Puppala et al, 2008) 11 1. Kiểu cột đơn Kiểu bố trí này dễ dàng cho thi công theo các mô hình: hình vuông, hình tam giác, lục giác, lưới…Nó chủ yếu được sử dụng để cải thiện các đặc tính về cường độ và biến dạng của đất yếu với những loại móng có tải trọng nhỏ, hoặc cải thiện sự ổn định của sườn dốc, gia cố nền đắp cho công trình đường, bến bãi, giảm lún, giảm chuyển vị ngang, ngăn lún lệch (Terashi and Tanaka 1983).
Khả năng chịu lực của cột đơn tương đối lớn dưới tải trọng thẳng đứng, kiểu cột đơn thường được sử dụng để ổn định nền đường. Kiểu khối Là kiểu bố trí chồng lấn các cột đơn lên nhau.
