Luận văn thạc sĩ địa kỹ thuật xây dựng phân tích hiệu quả của giải pháp gia cố cọc xi măng đất trong việc chống chuyển vị ngang của tường vây hố đào sâu ở khu vực cần thơ

Luận văn thạc sĩ địa kỹ thuật xây dựng phân tích hiệu quả gia cố cọc xi măng đất chống chuyển vị ngang tường vây hố đào sâu tại Cần Thơ.

• Tác giả: Nguyễn Ái Hữu
• Người hướng dẫn: TS. Lê Trọng Nghĩa
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Phân tích hiệu quả ổn định khi gia cố cọc xi măng đất trong việc chống chuyển vị ngang của tường vây hố đào sâu ở khu vực Cần Thơ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• DANH SÁCH HÌNH VẼ
• DANH SÁCH BẢNG BIỂU
• MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục đích nghiên cứu của đề tài
• Phương pháp nghiên cứu của đề tài
• Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài
• Nội dung nghiên cứu
• Hạn chế của đề tài
• 1. 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
• 1.2. Đất trộn xi măng
• 1.2.1. Sơ lược về đất trộn xi măng
• 1.2.2. Những kết quả nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG VIỆC PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY TRONG HỐ ĐÀO SÂU
• 2.1. Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis
• 2.1.1. Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous”
• 2.1.2. Dung trọng không bão hoà và dung trọng bão hoà
• 2.1.3. Hệ số thấm
• 2.1.4. Thông số độ cứng của đất nền
• 2.1.5. Thông số sức kháng cắt của đất nền
• 2.2. Các mô hình đất nền trong Plaxis
• 2.2.1. Mô hình Morh-Coulomb
• 2.2.2. Mô hình Hardening Soil
• 2.3. Các phương pháp phân tích không thoát nước, thoát nước và phân tích kép (Không thoát nước kết hợp với cố kết) và ứng dụng các phương pháp này trong việc phân tích bằng Plaxis
• 2.3.1. Phân tích không thoát nước
• 2.3.2. Phân tích thoát nước
• 2.3.3. Phân tích kép (Couple Analysis)
• 2.4. Cột đất trộn xi măng
• 2.4.1. Các đặc tính của cọc đất trộn xi măng
• 2.4.2. Các kiểu bố trí của cọc xi măng đất
• 2.4.3. Công nghệ thi công
• 2.4.4. Tính toán tỷ lệ xi măng với đất
• 2.4.5. Kinh nghiệm lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA CỌC XI MĂNG ĐẤT CHỐNG CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO SÂU TRONG NỀN ĐẤT YẾU Ở KHU VỰC CẦN THƠ
• 3.1. Tổng quan về công trình
• 3.2. Số liệu địa chất công trình
• 3.3. Mô hình bài toán và các thông số đầu vào
• 3.3.1. Phương pháp tính
• 3.3.2. Thông số đất nền và kết cấu thi công
• 3.6. Mô hình tính toán trong Plaxis
• 3.7. Kết quả tính toán
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Gia cố cọc xi măng đất

Gia cố cọc xi măng đất là một kỹ thuật xử lý nền đất yếu hiệu quả, đặc biệt trong các công trình xây dựng lớn. Phương pháp này sử dụng hỗn hợp đất nguyên trạng và xi măng được phun vào nền đất thông qua thiết bị khoan phun. Cọc xi măng đất không chỉ tăng cường độ chịu lực của nền đất mà còn giảm thiểu chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu. Kỹ thuật này đã được áp dụng rộng rãi tại các nước như Nhật Bản và Trung Quốc, với hàng triệu mét khối đất được gia cố hàng năm.

1.1. Công nghệ thi công

Công nghệ thi công cọc xi măng đất bao gồm quá trình khoan xuống đến độ sâu cần gia cố, sau đó phun xi măng vào nền đất khi rút mũi khoan lên. Phương pháp này có thể thực hiện với hỗn hợp khô hoặc dạng vữa ướt, tùy thuộc vào điều kiện địa chất. Công nghệ này đặc biệt phù hợp với các khu vực có nền đất yếu và điều kiện thi công chật hẹp.

1.2. Hiệu quả kinh tế và kỹ thuật

Cọc xi măng đất mang lại hiệu quả kinh tế cao so với các phương pháp xử lý nền truyền thống. Khả năng xử lý sâu lên đến 50m và phù hợp với nhiều loại đất yếu giúp giảm chi phí thi công và tăng độ ổn định cho công trình. Ngoài ra, phương pháp này còn giúp hạn chế chuyển vị ngang của tường vây, đảm bảo an toàn cho các công trình hố đào sâu.

II. Chuyển vị ngang tường vây

Chuyển vị ngang tường vây là một vấn đề nghiêm trọng trong các công trình hố đào sâu, đặc biệt khi nền đất yếu. Chuyển vị này có thể gây ra hư hỏng cho công trình và ảnh hưởng đến an toàn thi công. Nghiên cứu cho thấy chuyển vị ngang lớn nhất thường nằm ở khoảng giữa 0,5%H và 1%H, với H là chiều sâu hố đào. Gia cố cọc xi măng đất được chứng minh là một giải pháp hiệu quả để hạn chế chuyển vị này.

2.1. Nguyên nhân chuyển vị

Chuyển vị ngang của tường vây hố đào chủ yếu do áp lực đất và nước từ bên ngoài tác động lên tường. Đặc biệt, khi nền đất yếu, chuyển vị này càng trở nên nghiêm trọng. Các yếu tố như khoảng cách giữa các thanh chống và độ cứng của tường cũng ảnh hưởng lớn đến mức độ chuyển vị.

2.2. Giải pháp hạn chế chuyển vị

Để hạn chế chuyển vị ngang tường vây, việc sử dụng cọc xi măng đất là một giải pháp tối ưu. Phương pháp này không chỉ tăng cường độ cứng của nền đất mà còn giảm thiểu áp lực tác động lên tường. Ngoài ra, việc bố trí hợp lý các thanh chống và tăng độ cứng của tường cũng góp phần giảm chuyển vị.

III. Hố đào sâu tại Cần Thơ

Các công trình hố đào sâu tại Cần Thơ thường gặp nhiều thách thức do nền đất yếu và điều kiện địa chất phức tạp. Việc xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất đã được áp dụng thành công trong nhiều dự án, giúp giảm thiểu chuyển vị ngang của tường vây và đảm bảo an toàn thi công. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích hiệu quả của phương pháp gia cố này trong điều kiện địa chất đặc thù tại Cần Thơ.

3.1. Đặc điểm địa chất

Khu vực Cần Thơ có nền đất yếu với lớp đất dày hơn 40m, gây khó khăn cho việc thi công các công trình hố đào sâu. Cọc xi măng đất được xem là giải pháp phù hợp để xử lý nền đất yếu và hạn chế chuyển vị ngang của tường vây.

3.2. Ứng dụng thực tế

Nghiên cứu đã áp dụng mô hình Plaxis 3D để phân tích hiệu quả của cọc xi măng đất trong việc chống chuyển vị ngang của tường vây tại một công trình cụ thể ở Cần Thơ. Kết quả cho thấy phương pháp này mang lại hiệu quả kỹ thuật và kinh tế cao, có thể áp dụng rộng rãi trong các dự án tương tự.

IV. Phân tích hiệu quả kỹ thuật gia cố

Phân tích hiệu quả của gia cố cọc xi măng đất trong việc chống chuyển vị ngang của tường vây hố đào sâu là trọng tâm của nghiên cứu này. Bằng cách sử dụng mô hình Plaxis 3D, nghiên cứu đã so sánh hiệu quả của các kiểu bố trí cọc xi măng đất khác nhau, từ đó đưa ra giải pháp tối ưu vừa đảm bảo kỹ thuật vừa tiết kiệm chi phí.

4.1. Mô hình hóa và phân tích

Nghiên cứu sử dụng mô hình Plaxis 3D với mô hình Morh-Coulomb để mô phỏng chuyển vị ngang của tường vây trong điều kiện nền đất yếu. Các thông số đầu vào bao gồm độ cứng của đất, áp lực nước ngầm và các yếu tố địa chất khác.

4.2. Kết quả và đánh giá

Kết quả phân tích cho thấy cọc xi măng đất giúp giảm đáng kể chuyển vị ngang của tường vây. Kiểu bố trí cọc theo lưới ô vuông mang lại hiệu quả cao nhất, vừa đảm bảo độ ổn định vừa tiết kiệm chi phí. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp thiết kế phù hợp cho các công trình tương tự tại Cần Thơ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, đặc biệt là trung tâm thành phố Cần Thơ, đang chứng kiến tốc độ đô thị hóa nhanh chóng với hàng loạt công trình nhà cao tầng và hạ tầng giao thông quy mô lớn. Tuy nhiên, điều kiện địa chất đặc thù tại đây có tầng đất sét yếu rất dày, nhiều vị trí ghi nhận bề dày bùn sét vượt quá 40m, gây ra thách thức nghiêm trọng cho công tác thi công tầng hầm sâu. Trong các dự án hố đào đô thị, rủi ro chuyển vị ngang của tường chắn không chỉ đe dọa sự ổn định của bản thân công trình mà còn có nguy cơ gây lún nứt các công trình lân cận.

Luận văn tập trung nghiên cứu ứng xử chuyển vị ngang của hệ tường vây bê tông cốt thép dày 600mm, chiều sâu cắm tường 28m cho một công trình ngầm cụ thể tại quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ. Mặt bằng hố đào có hình ngũ giác đặc thù với kích thước dài 36,094m và rộng 27,2m, quy mô gồm 2 tầng hầm và 1 tầng lửng hầm với chiều sâu đào đất lớn nhất đạt 10,5m. Công trình được thi công theo phương pháp từ dưới lên kết hợp hệ thanh chống thép đa tầng.

Mục tiêu cốt lõi của đề tài là phân tích định lượng hiệu quả chống chuyển vị ngang của tường vây khi áp dụng giải pháp gia cố nền đất dưới đáy hố đào bằng cọc xi măng đất. Thông qua việc mô phỏng và so sánh các sơ đồ bố trí cọc với mật độ khác nhau, nghiên cứu xác lập phương án gia cố tối ưu nhằm giảm thiểu tối đa biến dạng tường vây, kiểm soát độ trồi đáy hố đào và tiết kiệm chi phí xây dựng. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa thực tiễn cao, cung cấp cơ sở dữ liệu kỹ thuật tin cậy cho các dự án xây dựng ngầm trong điều kiện địa chất tương tự tại miền Tây Nam Bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng cơ học đất hiện đại và lý thuyết tương tác đất - kết cấu trong không gian ba chiều. Mô hình đàn dẻo lý tưởng Mohr-Coulomb được sử dụng làm công cụ phân tích ứng suất và biến dạng chính, tích hợp năm thông số đặc trưng gồm mô-đun đàn hồi Young, hệ số Poisson, lực dính hiệu quả, góc ma sát trong và góc giãn nở. Bên cạnh đó, các nguyên lý của mô hình đất cứng hóa được tham chiếu để phản ánh sự phụ thuộc phi tuyến của độ cứng đất vào mức độ ứng suất, đặc biệt là sự phân biệt giữa mô-đun biến dạng cắt tuyến, mô-đun nén cố kết và mô-đun dỡ tải - nén lại với ứng suất chuẩn 100 kPa.

Các khái niệm cơ bản được khai thác bao gồm: tỷ số chuyển vị ngang cực đại trên chiều sâu hố đào, sức kháng cắt không thoát nước của đất sét yếu, cường độ kháng nén nở hông của vật liệu xi măng đất ở tuổi 28 ngày và 90 ngày, cùng cơ chế làm việc của lớp đất gia cố đóng vai trò như hệ thanh chống ngang ngầm dưới đáy hố móng. Nghiên cứu cũng kết hợp các lý thuyết tính toán móng khối quy ước và phân bố ứng suất theo tiêu chuẩn thiết kế xử lý nền đất yếu hiện hành.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp phần tử hữu hạn ba chiều thông qua phần mềm chuyên ngành Plaxis 3D Foundation phiên bản 1.6 là phương tiện nghiên cứu chủ đạo. Nguồn dữ liệu đầu vào được thu thập từ hồ sơ khảo sát địa kỹ thuật chi tiết tại hiện trường quận Ninh Kiều, bao gồm các hố khoan sâu trên 40m, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn, thí nghiệm nén ba trục và thí nghiệm nén cố kết. Cỡ mẫu mô phỏng bao gồm năm trường hợp cấu hình kết cấu: một mô hình đối chứng không gia cố đáy và bốn mô hình gia cố cọc xi măng đất theo các sơ đồ bố trí khác nhau gồm lưới ô vuông, lưới rỗng, bố trí theo dãy và gia cố nguyên khối.

Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn ba chiều được lựa chọn vì mặt bằng hố đào có dạng hình ngũ giác bất đối xứng, nơi hiệu ứng góc và sự phân bố ứng suất không gian không thể phản ánh chính xác qua các mô hình hai chiều phẳng. Tiến trình phân tích mô phỏng tuần tự theo đúng biện pháp thi công thực tế qua từng giai đoạn đào đất ở các cao độ âm 1,0m, âm 3,5m, âm 6,0m và cao độ đáy hố âm 10,5m kết hợp lắp đặt ba tầng thanh chống shoring. Các phân tích trạng thái không thoát nước kết hợp cố kết được thực hiện nhằm đánh giá chính xác sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng và biến dạng theo thời gian.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả mô phỏng số chỉ ra rằng đối với hố đào sâu 10,5m không có gia cố đáy, chuyển vị ngang cực đại của tường vây đạt giá trị rất lớn và có xu hướng phình mạnh tại khu vực sát đáy hố đào do lực dính và ma sát của lớp bùn sét xung quanh quá yếu. Khi đưa lớp cọc xi măng đất vào xử lý đáy hố móng ở độ sâu âm 10,5m, chuyển vị ngang của tường vây và độ trồi đáy đất giảm rõ rệt qua từng giai đoạn thi công.

Hiệu quả hạn chế chuyển vị phụ thuộc mật thiết vào sơ đồ bố trí và mật độ cọc xi măng đất. So sánh giữa các phương án cho thấy: phương án gia cố nguyên khối mang lại hiệu quả kiềm chế chuyển vị cao nhất với mức giảm chuyển vị ngang của tường vây đạt từ 40% đến hơn 50% so với trường hợp không gia cố. Phương án bố trí cọc theo dãy và theo lưới ô vuông mang lại hiệu quả giảm chuyển vị từ 25% đến 38%, đồng thời giúp giảm đáng kể mô-men uốn tác dụng lên thân tường vây dày 600mm.

Về mặt vật liệu, thí nghiệm xác định cường độ kháng nén cho thấy tỷ lệ trộn xi măng trên khối lượng đất khô ảnh hưởng mang tính quyết định. Khi tỷ lệ xi măng tăng từ 6% lên 17%, cường độ nén 28 ngày tăng từ 6,02 kG/cm2 lên 17,51 kG/cm2, và cường độ 90 ngày đạt từ 8,13 kG/cm2 đến 23,65 kG/cm2. Ở mức tỷ lệ xi măng tối ưu từ 12% đến 15%, cường độ nén đạt từ 15,56 kG/cm2 đến 17,50 kG/cm2, đáp ứng hoàn hảo khả năng tạo tầng đệm cứng chống trượt lở và giảm tải trọng ngang truyền vào chân tường vây.

Thảo luận kết quả

Cơ chế giảm chuyển vị của tường vây khi gia cố đáy hố đào bắt nguồn từ việc lớp đất trộn xi măng đóng vai trò như một bản giằng ngang cứng dưới đáy. Khối gia cố này ngăn cản sự dịch chuyển vào trong của đất nền dưới chân tường, triệt tiêu vùng biến dạng dẻo cục bộ và chuyển dịch vị trí điểm uốn cực đại lên phía trên, nơi đã có các tầng thanh chống thép hỗ trợ.

Khi thể hiện dữ liệu qua biểu đồ tương quan giữa độ sâu và chuyển vị ngang, đường cong chuyển vị của phương án có gia cố xi măng đất dịch chuyển hẳn về phía trục tung, dạng biến dạng chuyển từ dạng phình bụng đáy hố sang dạng uốn phẳng đều. So sánh với các nghiên cứu của Wong trên nền sét biển Singapore hay thống kê của Moormann trên hơn 530 công trình hố đào, giải pháp gia cố đáy giúp đưa tỷ số chuyển vị ngang trên chiều sâu đào từ mức cảnh báo 0,8%H đến 1,0%H xuống ngưỡng an toàn dưới 0,35%H.

Bảng so sánh kinh tế - kỹ thuật chỉ ra rằng dù phương án gia cố nguyên khối có chuyển vị nhỏ nhất nhưng lại đòi hỏi khối lượng xi măng rất lớn. Trong khi đó, sơ đồ bố trí cọc theo dãy hoặc lưới ô vuông vừa khống chế chuyển vị trong phạm vi cho phép dưới 30mm, vừa tiết kiệm từ 20% đến 35% chi phí vật liệu và thời gian thi công, chứng minh tính khả thi vượt trội trong thực tiễn xây dựng đô thị Cần Thơ.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao chất lượng và độ an toàn cho các công trình ngầm trên nền đất yếu miền Tây, nghiên cứu đưa ra các khuyến nghị hành động cụ thể:

Thứ nhất, áp dụng sơ đồ bố trí cọc xi măng đất theo dạng dãy hoặc lưới ô vuông có liên kết đầu cọc thay vì gia cố nguyên khối toàn bộ mặt bằng đáy hố đào. Giải pháp này giúp cắt giảm từ 20% đến 30% chi phí vật liệu xi măng nhưng vẫn đảm bảo mục tiêu khống chế chuyển vị ngang tường vây trong ngưỡng cho phép dưới 25mm. Đơn vị tư vấn thiết kế cần lập bảng tính tối ưu hóa khoảng cách tim cọc ngay trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật thi công.

Thứ hai, chuẩn hóa định lượng tỷ lệ trộn xi măng đất từ 12% đến 15% trọng lượng khô, tương đương hàm lượng từ 200 đến 250 kg xi măng cho mỗi mét khối đất gia cố đối với công nghệ khoan trộn ướt. Nhà thầu thi công phải trang bị hệ thống tự động kiểm soát lưu lượng và áp lực phun vữa nén từ 10 đến 12 kg/cm2, đảm bảo cường độ kháng nén đơn trục sau 28 ngày đạt tối thiểu 15 kG/cm2 trước khi tiến hành đào đất giai đoạn cuối.

Thứ ba, thiết lập hệ thống quan trắc tự động liên tục 24/7 bằng ống đo nghiêng inclinometer và mốc đo lún bề mặt xung quanh hố móng trong suốt quá trình đào đất từ cao độ 0,0m đến âm 10,5m. Chủ đầu tư và tư vấn giám sát cần quy định ngưỡng cảnh báo chuyển vị ngang tức thời không vượt quá 2mm mỗi ngày và tổng chuyển vị tích lũy không vượt quá 35mm để kích hoạt các biện pháp gia tải hoặc chống bổ sung kịp thời.

Thứ tư, hoàn thiện quy trình kiểm tra chất lượng và nghiệm thu cọc theo tiêu chuẩn quốc gia TCXDVN 385:2006. Đơn vị thi công cần thực hiện khoan lấy mẫu lõi kiểm tra cường độ và độ đồng nhất tại hiện trường với tần suất tối thiểu 1% đến 2% tổng số cọc thi công trước khi nghiệm thu từng phân đoạn đào.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật cao cho bốn nhóm đối tượng chuyên môn:

Nhóm kỹ sư thiết kế địa kỹ thuật và kết cấu ngầm: Tài liệu cung cấp quy trình thiết lập mô hình không gian ba chiều bằng phần mềm Plaxis 3D, phương pháp gán thông số vật liệu đất yếu Cần Thơ và kỹ thuật lựa chọn sơ đồ bố trí cọc xi măng đất giúp tối ưu hóa chiều sâu chôn tường vây và tiết kiệm thép giằng.

Nhóm nhà thầu thi công nền móng hố đào sâu: Cung cấp các thông số kỹ thuật chi tiết về công nghệ khoan trộn sâu, định mức tiêu hao xi măng từ 180 đến 400 kg/m3 đất, áp lực bơm vữa và biện pháp kiểm soát chất lượng cọc xi măng đất thi công thực tế tại công trường.

Nhóm chủ đầu tư và kỹ sư quản lý dự án: Giúp chủ đầu tư có cơ sở khoa học để thẩm định giải pháp kinh tế - kỹ thuật, đánh giá rủi ro địa kỹ thuật, kiểm soát ngân sách xử lý nền và bảo vệ an toàn cho các công trình lân cận trong đô thị.

Nhóm giảng viên, học viên sau đại học và nhà nghiên cứu: Làm tài liệu tham khảo học thuật giá trị về ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn giải quyết bài toán tương tác đất sét yếu Đồng bằng sông Cửu Long với kết cấu chống giữ hố móng nhiều tầng hầm.

Câu hỏi thường gặp

Địa tầng sét yếu tại Cần Thơ ảnh hưởng như thế nào đến độ an toàn của hố đào sâu? Tầng bùn sét tại Cần Thơ có bề dày lớn trên 40m với sức kháng cắt không thoát nước rất thấp và hệ số rỗng cao. Khi đào sâu đến 10,5m mà không có giải pháp gia cố chân tường, áp lực đất chủ động đẩy ngang kết hợp hiện tượng trồi đáy móng dễ gây mất ổn định tổng thể, làm tường vây chuyển vị vượt giới hạn cho phép.

Tại sao cọc xi măng đất dưới đáy hố đào lại hạn chế được chuyển vị ngang của tường vây? Khối cọc xi măng đất đóng vai trò như một hệ thanh chống ngầm nhân tạo có độ cứng cao, liên kết chặt giữa hai bên tường vây. Lớp đệm này gia tăng sức kháng bị động của đất dưới đáy đào, ngăn chặn biến dạng phình chân tường và làm giảm từ 20% đến 30% mô-men uốn tác dụng lên thân tường vây bê tông.

Tỷ lệ trộn xi măng tối ưu cho đất bùn sét khu vực Đồng bằng sông Cửu Long là bao nhiêu? Theo các kết quả thí nghiệm trong phòng và thực tế thi công, tỷ lệ xi măng phù hợp dao động từ 12% đến 15% khối lượng đất khô, tương ứng 200 đến 250 kg xi măng cho mỗi mét khối đất. Ở tỷ lệ này, cường độ nén đơn trục sau 28 ngày đạt từ 15,56 kG/cm2 đến 17,51 kG/cm2, đảm bảo cân bằng tối ưu giữa kỹ thuật và chi phí.

Nên chọn sơ đồ bố trí cọc xi măng đất nào giữa dạng lưới, dạng dãy và dạng khối? Phương án bố trí theo dãy hoặc lưới ô vuông là lựa chọn tối ưu cho hố đào dân dụng. Mặc dù gia cố nguyên khối cho độ ổn định cao nhất nhưng chi phí rất lớn. Sơ đồ dạng dãy vẫn giảm được 30% đến 40% chuyển vị ngang mà tiết kiệm đến một phần ba lượng xi măng cần dùng.

Phần mềm Plaxis 3D có ưu điểm gì trong việc tính toán hố đào có hình dạng ngũ giác? Mặt bằng hố đào ngũ giác dài 36,094m và rộng 27,2m có tính bất đối xứng cao. Plaxis 3D cho phép mô phỏng chính xác hiệu ứng vòm không gian ba chiều tại các góc gãy, phân tích chính xác ứng suất tập trung và biến dạng thực của hệ kết cấu mà mô hình hai chiều không thể phản ánh được.

Kết luận

• Nghiên cứu đã giải quyết thành công bài toán kiểm soát chuyển vị ngang của tường vây sâu 28m trong hố đào sâu 10,5m trên nền đất sét yếu dày trên 40m tại Cần Thơ.
• Ứng dụng mô hình số ba chiều đã chứng minh giải pháp gia cường đáy bằng cọc xi măng đất giúp giảm chuyển vị ngang của tường chắn từ 25% đến hơn 50%.
• Xác lập tỷ lệ phối trộn xi măng đất tối ưu từ 12% đến 15%, đạt cường độ nén 28 ngày vượt 15 kG/cm2, đáp ứng tiêu chuẩn an toàn chịu lực.
• Đề xuất sơ đồ cọc dạng dãy hoặc lưới ô vuông như một giải pháp dung hòa hoàn hảo giữa độ an toàn kỹ thuật và hiệu quả kinh tế cho dự án.
• Đóng góp bộ cơ sở dữ liệu định lượng phục vụ công tác thiết kế, thẩm tra và thi công các công trình ngầm đô thị tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.

Kế hoạch tiếp theo cần tập trung quan trắc thực chứng tại hiện trường trong giai đoạn thi công từ 6 đến 12 tháng tới nhằm hoàn thiện quy chuẩn thiết kế cục bộ. Hãy liên hệ các chuyên gia địa kỹ thuật hoặc tham khảo toàn văn luận văn để áp dụng giải pháp tối ưu cho công trình của bạn ngay hôm nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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).