CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE GIẢI PHÁP TRỤ ĐẤT XI MĂNG DE XỬ LY DAT YEU 1.1 Lich sử phat triển và ứng dụng trụ dat xi măng 1.1 Ung dụng công nghệ trụ đất xi măng trong gia cỗ nên đất yếu trên thé giới Từ rất lâu, con người đã cải tạo nên đất yếu bằng cách trộn với các chất liên kết như Voi, xi măng. Phương pháp trụ trộn tại chỗ, gọi là “Mixed In Place Pile”, (gọi tat là phương pháp MIP) dùng chat liên kết là vôi do nước Mỹ nghiên cứu thành công dau tiên sau Đại chiến thế giới thứ 2 năm 1954. khi đó dùng trụ có đường kính từ 0. Nhưng cho đến 1996 trụ đất gia cô xi mang với mục đích thương mại mới được sử dung với số lượng lớn.
Đến năm 1992, một hợp tác giữa Nhật và Trung Quốc đã tạo ra sự thúc đây cho những bước đầu tiên của công nghệ CDM ở Trung Quốc, công trình hợp tác đầu tiên là cảng Yantai. Trong dự án này 60.000 m3 xử lý ngoài biển đã được thiết kế và thi công bởi chính các kỹ sư Trung Quốc. Từ những năm 1970 và đến những năm 1980, các công trình nghiên cứu và ứng dụng tập trung chủ yếu vào việc tạo ra vật liệu gia cố, tối ưu hoá hỗn hợp ứng với các loại đất khác nhau. Năm 1993, Hiệp hội DJM (Deep Jet Mixing - phun trộn khô dưới sâu) của Nhật Bản xuất bản sách hướng dẫn những thông Tai Mỹ, việc xử lý và nâng cấp các đập đất nhằm đáp ứng mục tiêu an toàn trong vận hành và ngăn ngừa hiện tượng thấm rat được quan tâm.
CDM đã được ứng dung dé nâng cấp các đập đất hiện có, tạo ra các tường chồng thắm. Tại Đông Nam A, trụ đất — vôi hay xi măng chưa được thông dung vì lý do chủ yếu là các máy móc thi công, chi phí khai thác vôi sông tinh khiết cao. Xu hướng phát triển của công nghệ CDM trên thế giới hiện nay hướng vào việc khai thác mặt mạnh của CDM. Khi mới phát minh, yêu cầu đối với CDM ban đầu chỉ là nhăm đạt được cường độ cao và chi phí thấp; nhưng gần đây do những nan giải trong xây dựng đã đặt ra những yêu câu cao hơn về sự tin cậy và hoàn chỉnh của công nghệ.
Xu thế quan trọng của công nghệ này là ở chỗ nó cho phép xử lý tại chỗ và cô lập các chất ô nhiễm trong đất, hứa hẹn cho những nghiên cứu tiếp tục. Trong lĩnh vực chống động đất, người ta đang tiếp tục nghiên cứu ứng dụng CDM nhằm ngăn chặn sự hoá | ng đất, tim ra những phương án có hiệu quả kinh té, SỬ dụng vật liệu có sợi để chịu được uốn khi có động đất.2 Ung dụng công nghệ trụ đất xi măng ở Việt Nam Tại Việt Nam, công nghệ trụ đất — vôi hay xi măng bắt đầu nghiên cứu vào năm 1980 với sự giúp đỡ của Viện địa Kỹ thuật Thụy Điền (SGI). Đề tài nghiên cứu được Bộ Xây dựng nghiệm thu vào năm 1985 và đã được áp dụng cho một số công trình dân dụng và công nghiệp ở Ha Nội va Hải Phòng. Công trình dau tiên ở phía Nam do công ty Hercules kết hợp với công ty phát triển kỹ thuật xây dựng thi công là công trình Tổng kho xăng dầu Hậu Giang tại khu công nghiệp Trà Nóc, TP Cần Thơ vào đầu năm 2001 với khối lượng khoảng 50.
Năm 2002, đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng trụ đất xi măng vào xây dựng các công trình trên nên đất yếu ở Việt nam. Cụ thể như: Dự án Cảng Ba Ngòi (Khánh Hoà) đã sử dụng 4000m trụ đất xi măng có đường kính 600cm thi công bằng trộn khô. Năm 2003, một Việt kiều ở Nhật đã thành lập công ty xử lý nền móng tại TP Hồ Chí Minh, ứng dụng thiết bị trộn khô dé tạo trụ đất xi măng lồng ống thép. Trụ đất xi măng lồng ống thép cho phép ứng dụng cho các nhà cao tầng (đến 15 tầng) thay thé cho trụ nhdi, rẻ và thi công nhanh hơn.
Năm 2004 trụ đất xi mang được sử dụng dé 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). Các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m. Thang 5 năm 2004, các nha thầu Nhật ban đã sử dung Jet - Grouting dé sửa chữa khuyết tật cho các trụ nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội). Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụng trụ đất xi măng như: dự án thoát nước, khu đô thị Đồ Sơn - Hải Phòng, dự án đường cao tốc TP Hỗ Chí Minh đi Trung Lương, dự án Đại lộ Đông Tây — Sài Gòn hay dự án cải tao, nâng cấp đường ha cất cánh, đường lăn và sân đỗ máy bay cảng hàng không Cần Thơ.
và đặc biệt là các cảng nam ở khu vực Bà Rịa — Vũng Tàu như SP-PSA, SITV.2 Một số hình anh công trình trụ dat xi măng trên thế giới và Việt Nam 1.1 Sân bay Trà Nóc Can Thơ - Công trình do Cụm Cảng Hàng Không Miền Nam, Cục Hàng Không dân dụng Việt Nam, Bộ Giao Thông vận tải làm chủ đầu tư. - Công ty thiết kế và tư vẫn xây dựng công trình hàng không ADCC thiết kế - Công ty xây dung công trình hàng không ACC thi công - Tổng diện tích 108.000 m7 - Chiều dài trụ đất xi măng 6m, đường kính 600mm, mật độ 1 trụ /m? Hình 1.1 Sân bay Trà Nóc Can Thơ 1.2 Khách sạn Vĩnh Trung Plaza Đà Nẵng - Công trình do Công ty Đức Mạnh làm chủ đầu tư. - Tập đoàn TENOXKYUSYU là đơn vị thiết kế và thi công - Vĩnh Trung Plaza rộng trên 13.765 trụ đất — xi măng, đường kính 800mm, chiều dai trụ 17m Hình 1.2 Thi công khách sạn Vĩnh Trung Plaza Đà Nẵng 1.3 Cảng Sao Mai Bến Đình Vũng Tàu - Chủ đầu tư: Công ty Cổ phân Đầu tư Dầu khí Sao Mai - Bến Đình - Công ty TNHH MTV xây dựng Hưu Lộc thiết kế và thi công - Tổng diện tích 103.500 m? - Chiều dài trụ 27m, đường kính cọc D1000 1.4 Cao tốc Hạ Long — Hải Phòng - Tiêu chuẩn đường: cấp 1 - Vận tốc thiết kế 100 km/h - Sử dụng trụ dat/xi măng gia cô nền - Trụ có đường kính 800mm, dài 15.5m - Hàm lượng xi măng 260kg/m - Công ty cỗ phần đầu tư xây dựng Thái Hà trúng thầu thi công.4 Cao toc Ha Long — Hai Phong 1.3 Các yếu tô của dat ảnh hưởng đến cường độ trụ đất xi măng - Hàm lượng hữu cơ: Hàm lượng hữu cơ càng cao làm ngăn cản quá trình hydrat hóa cua xi măng, làm giảm cường độ chịu nén. Lượng sét min càng cao làm tăng lượng xi măng cần dùng.
- Thành phần khoáng: Trong trường hợp đất có hoạt tính pozzolan cao thì đặc trưng cường độ của đất trộn xi măng phụ thuộc chủ yếu vào sự ứng xử về cường độ của những hat xi măng đông cứng. Trong trường hợp đất có hoạt tính pozzolan kém thì đặc trưng cường độ của đất trộn xi măng phụ thuộc chủ yếu vào sự ứng xử về cường độ của những hạt đất đông cứng ( Saitoh, 1985) cho nên nếu điều kiện cải tạo đất nền như nhau thì loại đất có hoạt tính pozzolan cao hơn cho cường độ lớn hơn. Hilt và Davidson ( 1960) quan sát thay rang các loại đất sét monmorilonit và kaolinit là những hoạt chat pozzolan có hiệu quả so với các loại đất sét chứa khoáng illite, chlorite hoặc vermoculite. Wissa và những người khác ( 1965) cũng giải thích rằng số lượng xi măng thứ cấp sinh ra trong phản ứng pozzolan giữa hạt sét và vôi tôi phụ thuộc vào số lượng và thành phần khoáng của sét cũng như silica và alumina trong dat - Độ pH của đất : Những phản ứng pozzolan lâu dài sẽ thuận lợi khi độ pH lớn vì phan ứng sẽ được day nhanh nhờ độ hòa tan của silicatr va aluminate trong hạt sét gia tăng - Ty lệ xi măng / đất : Việc lựa chon tỷ lệ xi măng với đất ảnh hưởng rất lớn đến tính chat của hỗn hợp vật liệu xi măng đất và giá thành công trình.
Cường độ kháng nén ( qu ) là một chỉ tiêu để tính toán sức chịu tải của trụ. Một số nghiên cứu cho thấy: Cường độ của xi măng đất tăng lên theo tỉ số tăng lượng xi măng trộn vào. Trong thực tế, tý lệ xi măng với đất thường chọn 7% - 15%, trong các trường hợp thông thường thi không nênnh hơn 12% Ty lệ xi măng với đất (aw) được tinh theo % khối lượng xi măng so với khối lượng đất. Dé chọn tỷ lệ pha trộn các hỗn hợp gia cé theo phương pháp thí nghiệm trong phòng xác định sức kháng nén của mẫu xi măng đất.
Lượng xi măng yêu cầu phụ thuộc vào loại dat, trạng thái của đất cần gia có. Tỷ lệ xi măng với đất tối ưu ( so với trọng lượng khô của đất cần gia cố ) phụ thuộc vào các loại đất khác nhau Bang 1.1 Bảng tong hợp tỷ lệ xi măng với các loại đất khác nhau STT | Loại đất Tỷ lệ xi măng với đất ( %) l S 1 có tính chon lọc kém, cát có tính 6 +10 chọn lọc kém va cát có tinh chon lọc tốt 2 Sét déo thap, bùn dẻo thấp va bùn dẻo 8 +12 cung 3 Sét dẻo thấp, dẻo cứng 1014 Bảng 1.2 Tỷ lệ xi măng với đất của các loại đất khác nhau theo hệ thong phân loại Unified (Mitchell and Freitag, 1959 ) STT Loai dat Ty lệ xi măng với dat (%) 1 Đất tot chứa s i, các hạt thô, cát hạt mịn có | 5% hoặc ít hon hoặc không có lượng nh bùn hay sét Đất cát xâu với lượng nh bùn 9% bGBCoayt} Loại dat cát còn lại 7% Dat chứa bùn không dẻo hoặc dẻo vừa phải | 10% Đất sét dẻo 13 % -15% Tom lại, cường độ tru dat xi măng tại hiện trường bi anh hưởng của nhiêu yêu tô 10 như tinh chất của đất, điều kiện trộn, thiết bị va quy trình trộn, điều kiện dưỡng hộ, ty lệ xi măng và đất, vì thế cường độ hiện trường rất khó xác định chính xác trong giai đoạn thiết kế sơ bộ. Điều quan trong là cần xác lập và kiểm chứng cường độ hiện trường qua các bước băng các thí nghiệm mẫu trộn trong phòng, kinh nghiệm đã tích lũy, chế tạo trụ thử va thí nghiệm kiêm chứng. Thiết kế được sửa đổi néu các yêu cầu không được đáp ứng đầy đủ.