CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU CÓ GIA CƯỜNG BẰNG ĐẤT TRỘN XI MĂNG 1.1 Những kết quả nghiên cứu và đo đạc về chuyển vị của tường Dưới đây là chuyển vị của tường giai đoạn Nếu As>1,6Ac thì chuyển vị của đất sau tường có dạng lõm Hình 1.1 Các chuyển vị của tường trong quá trình thi công - Theo dữ liệu của Moormann (2004), thực hiện trên 530 công trình trong sét mềm (cu<75 KPa). Chuyển vị ngang lớn nhất của tường thì khoảng giữa 0,5%H và 1%H (với H là chiều sâu hố đào), vị trí chuyển vị ngang lớn nhất thì khoảng 0,5H tới 1H bên dưới mặt đất. Khoảng cách thanh chống Hình 1.2 Chuyển vị của tường và đất ở sau tường -5- H [m]: Chiều sâu hố đào t [m]: Chiều dài tường dưới đáy hố đào N : Số lớp thanh chống umaxh [m]: Chuyển vị đất max tường phương ngang umaxv [m]: Chuyển vị đất max phương đứng Chuyển vị ngang tường vây Sét mềm 5KPa Chiều sâu hố đào Hình 1.3 Quan hệ giữa chiều sâu hố đào và chuyển vị tường Chuyển vị của tường phần lớn phụ thuộc vào hệ thống thanh giằng - Theo Ou, C.Y(1993) đã thực hiện trên 10 trường hợp lịch sử cho hố đào sâu ở Tapei cho rằng mối quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất mặt đất vào khoảng 50% tới 70% độ võng tường lớn nhất và độ võng tường lớn nhất thì khoảng 0,2% tới 0,5% chiều sâu hố đào. - Theo Winter, E (1992) đã thực hiện trên hố đào 10m dùng tường slurry có nhà thờ bên cạnh cho rằng chuyển vị lớn nhất của tường theo phương ngang vào khoảng 0,15% chiều sâu hố đào.
- Phương pháp Clough (1989) đề xuất trên bán thực nghiệm về chuyển vị trên lớp đất sét là chuyển vị lớn nhất của tường ( δ hm ) được đánh giá từ mối quan hệ giữa hệ số an toàn (FS) và hệ thống độ cứng.I Với : hệ thống độ cứng η = γ .h 4 Trong đó: - EI là độ cứng chống uốn - γ là trọng lượng riêng của đất dưới tường - h là khoảng cách các thanh chống Hệ số an toàn (FS) được định nghĩa theo Terzaghi (1943) Hình 1.4 Hình dạng hố đào và thông số cường độ đất cho hệ số an toàn Trong đó: suu là sức chống cắt không thoát nước của đất phía trên đáy hố đào. sub là sức chống cắt không thoát nước của đất phía dưới đáy hố đào. NC là hệ số khả năng chịu lực [Theo Terzaghi (1943) NC=5,7] - Theo Clough và O'Rourke (1990) chuyển vị tường lớn nhất vào khoảng 0,2% chiều sâu hố đào - Theo Hashash (1992) nếu hệ thống thanh chống tốt thì tỷ số giữa chuyển vị δ Hm tường lớn nhất và chiều sâu hố đào ≥ 0,5% ngược lại nếu hệ thống thanh chống H δ Hm nhỏ thì hệ số tăng từ ≥ 1,5% tới 2%. H Như vậy, về cơ bản thì khi tăng độ cứng của tường thì sẽ giảm chuyển vị ngang của tường, tuy nhiên mối liên hệ không phải là tuyến tính và chỉ gia tăng trong một khoảng nhất định do đó việc gia tăng độ cứng cho tường để giảm chuyển vị ngang của tường là không thật khả quan (Hsieh, 1999).
Khi chưa lấp các thanh chống thì tường -7- sẽ chuyển vị như một dầm hẫng (cantilever type), khi đã lấp thanh chống, độ cứng của thanh chóng đủ lớn thì tường sẽ chuyển vị dạng xoay quanh điểm tiếp giáp giữa tường và thanh chống và chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ gần đáy hố đào. Nếu lớp đất tại vị trí đáy hố đào là đất yếu thì chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ nằm dưới đáy hố đào ngược lại khi lớp đất ngay tại đáy hố đào là lớp đất tốt thì chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ nằm trên đáy hố đào.2 Đất trộn xi măng 1.1 Sơ lược về đất trộn xi măng Xi măng đất là hỗn hợp giữ đất nguyên trạng nơi cần gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun. 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).
Nước ứng dụng công nghệ xi măng đất nhiều nhất là Nhật Bản và các nước vùng Scandinaver. Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 1980-1996 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3 bê tông đất. Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia cố bằng xi măng ở Nhật vào khoảng 23,6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển và trong đất liền. Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m3.
Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, tổng khối lượng xử lý bằng cọc xi măng đất ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m3. Tại Châu Âu, nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan từ năm 1967. Tại Việt Nam, từ năm 2002 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng hỗn hợp xi măng đất vào việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu. Tháng 5 năm 2004, các nhà thầu Nhật Bản đã sử dụng Jet-grouting để sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội).2 Những kết quả nghiên cứu - Gaba (1990) đã báo cáo khi dùng xi măng đất dưới dạng bè chiều dày 3,5m dưới đáy hố đào, kéo dài giữa những tường chắn đào sâu 15m theo phương pháp top- down trong lớp sét biển ở Singapore.
Ở tầng hình thành này, có sự hiện diện của tầng sét biển mềm để rồi sau đó được cải tạo thành lớp cứng hơn.Tác giả trình bày số liệu -8- của thiết bị đo tường để chỉ ra những thuận lợi của lớp đất được cải tạo trong việc giảm chuyển vị của tường. - Wong (1998) đã thực hiện phân tích phần tử hữu hạn của hình dạng lớp vữa để chống chuyển vị của tường vây hố đào sâu trong lớp sét mềm. Một loạt mô phỏng đã được thực hiện với những lớp vữa khác nhau ở đó chuyển vị của tường và mô men uốn đã được so sánh. Hố đào sâu rộng 52m và sâu 13m với 3 lớp thanh chống, tường dài 42,5m dày 0,6m được cắm vào tầng đất cứng.
Lớp vữa dày 1,5m được sử dụng bên dưới hố đào, sự hiện diện của lớp vữa dày 1,5m làm giảm 20-30% lực thanh chống, momen uốn, chuyển vị tường và chuyển vị mặt đất. Độ sâu (m) Thanh chống Cát Sét biển lớp trên Tường vây dày 600mm Lớp vữa dày 1,5m Bùn sét cứng Sét biển lớp dưới Sét pha cát Cát pha sét cứng Hình 1.5 Ảnh hưởng của lớp vữa trong hố đào sâu, Wong (1998) Bảng 1.1 So sánh ảnh hưởng của lớp vữa trong hố đào sâu, Wong (1998) Lực của thanh chống Chuyển Moment (KN) vị lớn uốn lớn nhất STT Mô tả nhất của 1 lớp 2 lớp 3 lớp của tường chống chống chống tường (KNm/m (mm) Không có lớp vữa 262 835 893 1300 197 1 2 Lớp vữa gia cố dày 1.6 Ổn định đáy hố đào bằng phương pháp top-down trong đất sét Singapore Tường cắm vào nền đất cứng Tường không cắm vào nền đất cứng thanh thanh Mặt đất tự nhiên Mặt đất tự nhiên Xi măng Xi măng – đất – đất thanh chống giữ CDM Tầng đất cứng Tầng đất cứng Hình 1.7 Thiết kế sàn bằng xi măng đất cho hố đào sâu (Shirlaw 2000) - Công ty thiết kế và tư vấn xây dựng công trình hàng không ADCC đã cùng với Công ty FUDO là một trong những công ty hàng đầu của Nhật Bản trong công tác xử lý nền đất yếu, đã hợp tác tiến hành công tác thi công thử nghiệm Gia cố nền đất yếu bằng phương pháp cọc đất gia cố xi măng - phương pháp trộn ướt - Công nghệ Nhật Bản tại Khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả đạt được cho thấy phương pháp có tính khả thi cao, phù hợp với điều kiện nền đất yếu ở Việt Nam đặc biệt là Khu vực đồng bằng sông Cửu Long Trung tâm Công nghệ Máy xây dựng và Cơ khí thực nghiệm thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải đã nghiên cứu và chế tạo thành công thiết bị - 10 - điều khiển và định lượng xi măng để thi công cọc đất gia cố. Qua đó, Trung tâm đã làm chủ được việc chế tạo hệ điều khiển, hệ định lượng và phun xi măng; tổ hợp thiết bị thi công cọc gia cố đã được ứng dụng thành công và cho hiệu quả cao tại công trường.
So với sản phẩm cùng loại của CHLB Đức, thiết bị do Trung tâm chế tạo có tính năng kỹ thuật tương đương nhưng giá thành chỉ bằng 30%. So với thiết bị của Trung Quốc, thiết bị có nhiều tính năng ưu việt hơn hẳn: Do sử dựng máy cơ sở là loại búa đóng cọc di chuyển bằng bánh xích, nên tính cơ động cao, tốc độ làm việc của thiết bị khoan lớn, năng suất gấp 1,5-2 lần. Đặc biệt, tổ hợp thiết bị được trang bị hệ thống điều khiển hiện đại, toàn bộ các thao tác thi công cọc gia cố được tự động hóa theo các chương trình, các số liệu về lượng xi măng sử dụng trên từng mét cọc được hiển thị, lưu giữ và in thành bảng kết quả thi công cho từng cọc. Đây chính là những chỉ tiêu rất quan trọng đánh giá chất lượng của thiết bị cũng như chất lượng của cọc gia cố được thi công.
Đây là lần đầu tiên ở trong nước chế tạo được tổ hợp thiết bị thi công cọc gia cố. Thiết bị có giá thành thấp, phù hợp với khả năng tài chính của các đơn vị thi công. Thiết bị cũng được các nhà thầu sử dụng để thi công tại sân bay Trà Nóc. Tóm lại, qua các nghiên cứu trên ta thấy rằng có rất nhiều tác giả đã nghiên cứu xét đến ứng dụng của đất trộn xi măng trong việc gia cố dưới đáy hố đào để hạn chế chuyển vị của tường và xử lý gia cố nền đất yếu dưới chân tường (khi dưới chân tường là lớp đất yếu có bề dày rất lớn).
