Bài giảng thi công cọc xi măng đất

Nờn hiện nay cụng nghệ cọc vữa và chựm cụng nghệ cọc vữa cải tiến được ỏp dụng phổ biến tại Nhật Bản và cỏc nước Đụng Nam Á khỏc. Những yêu cầu kỹ thuật về khảo sát - thí nghiệm, thiết

 Cụng nghệ cọc vữa ra đời và ỏp dụng tại Nhật Bản khoảng 30 năm, cựng với những ưu điểm : thi cụng nhanh, tiết kiệm, ớt ụ nhiễm, gọn nhẹ… đặc biệt kiểm tra chất lượng hoàn toàn bằng điện toỏn nờn cú độ chớnh xỏc, chất lượng cao Nờn hiện nay cụng nghệ cọc vữa và chựm cụng nghệ cọc vữa cải tiến được ỏp dụng phổ biến tại Nhật Bản và cỏc nước Đụng Nam Á khỏc.

 Những yêu cầu kỹ thuật về khảo sát - thí nghiệm, thiết kế, thi công và nghiệm thu trụ đất xi măng dùng để xử lý - gia cố nền đất yếu trong xây dựng nhà và công trình có tải trọng nhẹ, khối đắp, cũng nh trong ổn định mái dốc theo

 TCXDVN 385 : 2006 (Stabilization of Soft Soil by the Soil Cement Column Method)

 Một số Cụng ty đó cử nhõn viờn sang Nhật đào tạo cụng nghệ : vận hành thiết bị, thiết kế cọc, quản lý chất lượng…CNCV đó ỏp dụng và thi cụng tại

TP HCM, Hậu Giang, Nha Trang, Vũng Tàu, Đà Nẵng … :

 Cọc XMĐ là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu với khả

năng ứng dụng tương đối rộng rãi như:

 Làm tường hào chống thấm cho đê đập,

 gia cố nền móng cho các công trình xây dựng,

 sửa chữa thấm mang cống và đáy cống,

 ổn định tường chắn, chống trượt mái dốc,

 gia cố đất yếu xung quanh đường hầm,

 gia cố nền đường, mố cầu dẫn

ưu điểm

 khảnăng xử lý sâu (đến 50m),

 thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho đến bùn yếu),

 thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước

 thi công điều kiện hiện trường chật hẹp,

=>đưa lại hiệu quả kinh tế rõ rệt so với các giải pháp xử lý khác.

Giới thiệu chung

Quá trình nén chặt cơ học

 Gia cố nền bằng cọc cát - xi măng - vôi

Dùng thiết bị chuyên dụng đưa một lượng vật liệu vào nền đất dưới dạng cọc hỗn hợp cát - xi măng - vôi

Lượng vật liệu cát, xi măng và vôi này sẽ chiếm chỗ các lỗ hổng trong đất làm cho độ lỗ rỗng giảm đi,

các hạt đất sắp xếp lại, kết quả là đất nền được nén chặt Xét một khối đất có thể tích ban đầu Vo , thể tích hạt rắn Vho , thể tích lỗ rỗng ban đầu Vro, ta có:

 Vo = Vho + Vro

 Biểu thức (4) cho thấy:

Sự thay đổi thể tích khối đất khi gia cố chính là sự thay đổi thể tích lỗ rỗng trong khối đất.

Quá trình cố kết thấm

 Ngoài tác dụng nén chặt đất, cọc xi măng đất còn

có tác dụng

 làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền

 Do cọc xi măng đất được đưa vào nền dưới dạng khô nên hỗn hợp cát - xi măng – vôi sẽ hút nước trong đất nền để tạo ra vữa xi măng,

 sau đó biến thành đá xi măng

 Quá trình tạo vữa xi măng làm tổn thất một lượng nước

lớn chứa trong lỗ hổng của đất, nghĩa là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất Quá trình này xảy ra ngay

sau khi bắt đầu gia cố và kéo dài cho đến khi nền đất

được gia cố xong, toàn bộ cọc xi măng đất trở thành một loại bê tông

Quá trình biến đổi hoá lý

 Đây là quá trình biến đổi hoá lý phức tạp, chia làm hai thời kỳ: thời kỳ ninh kết và thời kỳ rắn chắc Trong thời kỳ ninh kết, vữa xi măng mất dần tính dẻo và đặc dần lại nhưng chưa

có cường độ Trong thời kỳ rắn chắc, chủ yếu xảy ra quá

trình thuỷ hoá các thành phần khoáng vật của clinke, gồm

 silicat tricalcit 3CaO.SiO2,

 silicat bicalcit 2CaO.SiO2,

 aluminat tricalcit 3CaO.Al2O3,

 fero-aluminat tetracalcit 4CaO.Al2O3Fe2O3:

Quá trình gia tăng cường độ của cọc gia cố

và sức kháng cắt của đất nền

 Khi gia cố nền đất yếu bằng cọc XMĐ, sức kháng cắt của cọc xi

măng đất dưới tác dụng của tải trọng ngoài xác định

theo định luật Coulomb

ﺡ = σ tgφ, với φ là góc ma sát trong của đất

Khi trộn thêm xi măng và vôi vào cát, do hình thành liên kết xi măng - vôi trong cọc nên khả năng chịu lực nén và lực cắt của cọc gia cố tăng lên đáng kể

Lúc đó, sức kháng cắt của cọc XMĐ xác định theo biểu thức

ﺡ = σ tgφ + Cxm , với Cxm là lực dính được tạo nên bởi liên kết xi măng - vôi

Giá trị Cxm có thể xác định được nhờ thí nghiệm cắt các mẫu chế bị ở trong

phòng Như vậy, khác với cọc XMĐ có độ bền lớn nhờ lực dính trong hỗn hợp tạo cọc tăng lên Độ bền của cọc XMĐ phụ thuộc vào lực dính trong liên kết xi măng - vôi, nghĩa là phụ thuộc vào hàm lượng xi măng và vôi trong hỗn hợp tạo cọc

CÁC CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT

trong các kẽ rỗng của nền đá nứt nẻ Gần đây, đã có

những cải tiến để phụt vữa cho công trình đất (đập đất, thân đê, ).

 PP này sử dụng khá phổ biến trong khoan phụt nền đá nứt nẻ, quy trình thi công và kiểm tra

Sơ đồ Khoan phụt truyền thống

 b Khoan phụt kiểu ép đất :

Khoan phụt kiểu ép đất là biện pháp sử dụng vữa phụt có áp lực, ép vữa chiếm chỗ của đất.

 c Khoan phụt thẩm thấu

Khoan phụt thẩm thấu là biện pháp ép vữa (thường

là hoá chất hoặc ximăng cực mịn) với áp lực nhỏ

để vữa tự đi vào các lỗ rỗng Do vật liệu sử dụng

có giá thành cao nên phương pháp này ít áp dụng.

 d Khoan phụt cao áp (Jet – grouting)

Công nghệ trộn xi măng với đất tại chỗ- dưới sâu tạo ra cọc XMĐ được gọi là công nghệ trộn sâu

(Deep Mixing-DM).

Công nghệ thi công cọc XMĐ

Hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công cọc XMĐ là: Công nghệ trộn khô (Dry Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet

Mixing).

 + Công nghệ trộn khô (Dry Mixing):

Công nghệ này sử dụng cần khoan có gắn các cánh cắt đất, chúng cắt đất sau đó trộn đất với vữa XM bơm theo trục

khoan.

 + Công nghệ trộn ướt (hay còn gọi là Jet-grouting):

Phương pháp này dựa vào nguyên lý cắt nham thạch bằng

dòng nước áp lực Khi thi công, trước hết dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun bằng hợp kim vào tới độ sâu phải gia cố (nước + XM) với áp lực khoảng 20 MPa từ vòi bơm phun

xả phá vỡ tầng đất Với lực xung kích của dòng phun và lực li tâm, trọng lực sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ được sắp

xếp lại theo một tỉ lệ có qui luật giữa đất và vữa theo khối

lượng hạt Sau khi vữa cứng lại sẽ thành cột XMĐ.

Máy thi công cọc XMĐ Máy đang thi công cọc XMĐ

Cọc XMĐ dùng thay cọc khoan nhồi

cho khách sạn tư nhân ở Nha trang

Đầu cọc XMĐ chuẩn bị thí nghiệm

Cọc XMĐ dùng làm tường vây cho một công trình ở Vũng tàu

Cọc XMĐ dùng làm tường vây cho một công trình ở Vũng tàu

VI TRÌNH TỰ THI CÔNG CỌC XI MĂNG ĐẤT

Thi công cải tạo nền đất yếu bằng cọc XMĐ có thể theo các bước như sau:

 Định vị và đưa thiết bị thi công vào vị trí thiết kế

 Khoan hạ đầu phun trộn xuống đáy khối đất cần

Thiết bị xe

Xe khoan ruột

Vịt

1 Xe bơm cement.

2 Silo chứacement

3 Thùng nước

4 Bể trộn vữa

5 Bơm vữa

6 Máy khoancọc vữa

6

2

3

4,5 1

1) Đặt mũi khoan ở tâm cọc để bắt đầu cho khoan.

2) Cần khoan đi xuống mang theo vữa và ximăng.

3) Vừa khoan vừa bơm vữa vào.

4) Đến độ sâu thiết kế :

+ Ngắt dòng vữa.

+ Cho quay ngược lại và rút cần khoan lên từ từ.

5) Kết thúc quy trình cọc vữa nằm lại trong đất.

Trong CNCV, việc trộn lẫn sao cho đất

và vữa ximăng hoà thật đều vào nhau đóng một vai trò rất quan trọng, sự phản ứng xúc tác giữa hai nguyên tố này sẽ quyết định độ cứng của thân trụ cọc Do

đó, lưỡi khoan được thiết kế rất đặc biệt

và được gọi là “Lưỡi khoan TENO” (bằng sáng chế Nhật Bản)

-Lỗ phun vữa xi măng : trong quá trình phun lỗ phun sẽ quay theo mũi khoan phun đều khắp cọc.

-Cánh tĩnh : trong khi Khoan cánh tĩnh đứng yên, có nhiệm vụ giữ đất ngay tại lưỡi khoan đứng yên.

Khi lưỡi khoan quay cánh

khoan để cắt đất dưới mũi

khoan và đi xuống.

Để kiểm soát chất lượng cọc trong quá trình thi công thì máy khoan được gắn một thiết bị điện toán cho phép kiểm tra :

• Vận tốc mũi khoan đi xuống.

• Vận tốc mũi khoan đi lên.

• Chiều sâu của mũi khoan.

• Tốc độ phun vữa và lượng vữa phun.

1 CHẤT LƯỢNG CAO:

Quá trình trộn lẫn đều, đồng nhất tạo ra cọc vữa trong nền đất với hiệu quả rất cao Dễ dàng san phẳng mặt bằng công trình, làm sạch đầu cọc.

2 AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG XÂY DỰNG :

Ít nguy hiểm trong vận hành, giảm thiểu lao động.

3 NHANH CHÓNG ĐEM LỢI NHUẬN VỀ CHO CÔNG TRÌNH :

Hiệu quả nhanh cùng với việc cải thiện đem lại, vô hại cho nền đất, cho phép chu kỳ thi công ngắn, đơn giản và tiết kiệm được nhiều nhiên liệu.

4 ỨNG DỤNG KÉP :

Công nghệ cọc vữa được sử dụng rộng rãi với nhiều loại đất : cát, sét có độ dẻo cao, đất nhiều mùn.

5 Giảm thiểu tiếng ồn và độ chấn động.

Với những công nghệ thi công khác thường gây nhiều tiếng ồn và chấn động thường không đáp ứng được yêu cầu của khách hàng và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh So với những CN khác, CNCV bảo đảm được yêu cầu này nên nó sẵn sàng đáp ứng mọi công trình ngày cũng như đêm

6 LƯỢNG ĐẤT THẢI RẤT ÍT. Giảm thiểu đất thải CTXD là một trong

những đặc trưng hơn hẳn của CNCV

so với các công nghệ khác Hơn nữa công nghệ này

betonite cho nên khi thi công, công trình rất khô và sạch.

 Ổn định thành hố đào.

 Làm tường vây để xây dựng các công trình ngầm.

 Gia cố nền đất yếu để giảm độ lún và lún lệch cho công trình.

 Tăng khả năng chống trượt của mái dốc, triền dốc.

 Tăng cường độ chịu tải của đất nền, bờ sông, biển.

 Ngăn sự hóa mềm để chống lún, lệch, trồi đất, thẩm thấu mực nước ngầm.

 Cọc chịu tải của nhà xưởng, nhà cao tầng.

“CNCV” và các kết cấu cọc thuộc dạng vữa khác là một chùm công nghệ quý, mới đối với Việt Nam để xử lý nền đất yếu,

có khả năng đáp ứng được những yêu cầu của công trình cọc nhồi, cọc đóng, hay cọc cát Với những ưu điểm : đơn giản, nhanh, sử dụng ít vật tư, không sinh ra đất thải, không sử dụng hóa chất, không gây ô nhiễm môi trường, ít gây tiếng động, không làm mất tính ổn định của nền đất sau khi thi công, ít tốn nhân công…Nó được xem là một công nghệ có tính hiệu quả kinh

tế rất cao ở các nước đang phát triển.

Chính vì vậy chúng tôi mong muốn sẽ đưa CNCV vào phục vụ nhằm nâng cao chất lượng thi công và tăng hiệu quả kinh tế.

Tính toán độ lún

Độ lún tổng (S) của nền gia cố đ ợc xác định bằng tổng độ lún của bản thân khối gia cố

và độ lún của đất d ới khối gia cố:

trong đó: S1 - độ lún bản thân khối gia cố

S2 - độ lún của đất ch a gia cố, d ới mũi trụ

§é lón S1

Độ lún S2

Độ lún S2 đ ợc tính theo nguyên lý cộng lún từng lớp (xem phụ lục 3 TCXD

45-78) áp lực đất phụ thêm trong đất có thể tính theo lời giải cho bán không gian

biến

dạng tuyến tính (tra bảng) hoặc phân bố giảm dần theo chiều sâu với độ dốc (2:1)

Nh hình C.1 Phạm vi vùng ảnh h ởng lún đến chiều sâu m6 tại đó áp lực gây lún không v ợt quá 10% áp lực đất tự nhiên( theo quy định trong tiêu chuẩn thiết kế

nền nhà và công trình TCXD 45 - 78).

Ghi chú: Để thiên về an toàn, tải trọng (q) tác dụng lên đáy khối gia cố xem nh không thay đổi suốt chiều cao của khối.