Sơ lược các giải pháp gia cố hố đào hiện nay thường dùng
Các giải pháp chống đỡ thành hố đào hiệu quả bao gồm: tường cừ thép, tường barrette (bê tông cốt thép trong đất), tường vây cọc nhồi có đường kính nhỏ, và tường cừ cọc ximăng – đất.
Cừ thép Larsen, hay còn gọi là tường cừ thép, ngày càng trở nên phổ biến trong ngành xây dựng, đặc biệt là trong các công trình như cầu, cảng, hầm và các dự án giao thông cũng như công nghiệp khác.
Cừ thép là một loại vật liệu xây dựng quan trọng, không chỉ được sử dụng trong các công trình tạm thời mà còn có những đặc tính đặc biệt, phù hợp cho các bộ phận chịu lực trong xây dựng.
Cừ thép hiện nay được sản xuất với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, mang lại khả năng chịu lực ngày càng cao Ngoài các loại cừ hình chữ U và Z, còn có cừ có mặt cắt ngang Omega (W), cừ dạng tấm phẳng cho các kết cấu tường chắn khép kín, và cừ dạng hộp được nối từ hai cọc U hoặc bốn cọc Z hàn lại với nhau Đối với các công trình có tải trọng lớn, việc sử dụng cừ cọc thép ống hoặc cọc thép hình là cần thiết.
Kích thước bề rộng của cừ thép dao động từ 400mm đến 750mm Các loại cừ có bề rộng lớn thường mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn trong quá trình sử dụng.
Cừ thép có thể được sản xuất với chiều dài lên tới 30m tại xưởng, nhưng chiều dài thực tế thường dao động từ 9m đến 15m do yêu cầu vận chuyển Đối với cừ gia công tại công trường, chiều dài có thể đạt tới 72m Một trong những ưu điểm nổi bật của cừ thép là khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lượng lại khá nhẹ.
Cừ này có thể nối dễ dàng bằng mối hàn hoặc bulông nhằm nâng cao chiều dài của cừ
Hình 1.1 Gia công hố đào bằng cừ thép hình chữ U
Có thể sử dụng nhiều lần và tính hiệu quả kinh tế cao
Chất lượng, khả năng chịu tải, tiêu chuẩn an toàn được thiết kế trong nhà xưởng
Thi công nhanh, thuận tiện và đơn giản trong điều kiện đất yếu
Khả năng ngăn nước tốt
Cừ có thể bị ăn mòn mạnh trong môi trường làm việc, nhưng có thể khắc phục tình trạng này bằng các phương pháp bảo vệ hiệu quả như sử dụng sơn chống ăn mòn, mạ kẽm, chống ăn mòn điện hóa, hoặc lựa chọn các loại cừ thép có khả năng chống ăn mòn cao.
Do đó, để sử dụng cừ thép để gia cố hố đào chúng ta cần phải nghiên cứu các vấn đề sau:
Tùy theo yêu cầu ta có thể bố trí cừ hợp lý
Tường cọc barrette (tường cừ trong đất)
Tường cọc barrette là tường bêtông cốt thép có chiều dày từ 600mm đến 800mm, được sử dụng để chắn và ổn định hố móng sâu trong thi công Tường có tiết diện chữ nhật với chiều rộng từ 2,6m đến 5,0m Chiều sâu tường có thể được thiết kế hợp lý tùy thuộc vào chiều sâu tầng hầm và điều kiện địa chất, với khả năng lên tới 40m.
Tường cọc barrette là giải pháp hiệu quả cho các hố móng sâu hơn 10m, giúp tạo thành bức tường khép kín nhờ vào hệ neo và giằng chống Chúng có khả năng ngăn chặn áp lực đất, áp lực nước ngầm, cũng như hạn chế thấm nước và các yếu tố bất lợi khác, bảo vệ kết cấu bên trong tầng hầm.
Tường cọc barrette trong tầng hầm công trình dân dụng mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm độ cứng cao, khả năng biến dạng thấp, khả năng chống thấm tốt và đặc biệt là khả năng chịu áp lực lớn.
Nhược điểm của công nghệ thi công này là độ phức tạp cao và yêu cầu khối lượng vật liệu lớn, cần sử dụng máy móc hiện đại và đội ngũ công nhân tay nghề cao Tuy nhiên, loại tường này hiện đang được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam và nhiều quốc gia khác trong các lĩnh vực xây dựng, giao thông và thủy lợi.
Tường cọc khoan nhồi, hay còn gọi là tường vây cọc nhồi đường kính nhỏ, là phương pháp khoan tạo lỗ kết hợp với bơm dung dịch bentonite để giữ cho thành vách hố đào không bị sạt lở Sau khi làm sạch cặn lắng và đất bùn, tiến hành hạ lồng thép và đổ bê tông cọc theo phương pháp đổ bê tông dưới nước Khi bê tông cọc đã ninh kết và đạt cường độ nhất định, chúng ta sẽ đào hở đầu cọc, đập vỡ đầu cọc và thi công dầm giằng đỉnh cọc tường vây.
Các phương pháp tạo lỗ:
Tạo lỗ cọc bằng đào thủ công
Tạo lỗ cọc bằng thiết bị khoan guồng xoắn và hệ guồng xoắn (tạo hệ thống tường vây Diaphragm wall)
Tạo lỗ cọc bằng thiết bị khoan thùng đào
Tạo lỗ bằng thiết bị gầu dẹt cơ cấu thủy lực
Tạo lỗ cọc bằng máy khoan cọc nhồi kiểu bơm phản tuần hoàn
Tạo lỗ bằng phương pháp sói nước bơm phản tuần hoàn
Vị trí cọc được xác định dựa trên điều kiện chịu tải, địa chất và quy mô công trình, cho phép bố trí cọc liên tục hoặc theo khoảng cách Ưu điểm của phương pháp này là tối ưu hóa khả năng chịu lực và đảm bảo tính ổn định cho công trình.
Khi thi công cũng như sử dụng cọc nhồi phải đảm bảo điều kiện an toàn cho các công trình lân cận
Quá trình thi công móng cọc cho phép điều chỉnh linh hoạt các thông số như chiều sâu và đường kính của cọc Việc tăng đường kính và chiều sâu giúp nâng cao sức chịu tải của cọc, đồng thời giảm thiểu số lượng cọc cần thiết và rút ngắn thời gian thi công.
Có thể xuyên qua các tầng sét cứng, cát chặt ở giữa nền đất để xuống các độ sâu lớn
Hình 1.3 Cọc nhồi đơn Hình 1.4 Cọc nhồi tiếp xúc
Hình 1.5 Cọc nhồi các tuyến Đầu cọc có thể chọn ở độ cao tùy ý cho phù hợp với kết cấu công trình và quy hoạch kiến trúc mặt bằng
Khi thi công đòi hỏi thiết bị tốt, đầu tư cao cho hệ thống máy thi công, giá thành cao
Khó kiểm tra khuyết tật và chất lượng cọc sau khi thi công
Các cọc khoan nhồi thường gặp trong thi công tường vây
Giới thiệu về cọc ximăng – đất bảo vệ thành hố đào, những sự cố xảy ra trong tính toán và thực tế
Khái niệm và sơ lược lịch sử hình thành cọc ximăng–đất
Cọc ximăng - đất là phương pháp sử dụng đất tại chỗ làm cốt liệu chính, kết hợp với ximăng và phụ gia để cải thiện các tính chất cơ - lý - hóa của đất nền Mục tiêu chính của công nghệ này là nâng cao độ bền, giảm tính thấm và cải thiện sức chịu tải của nền đất thông qua phản ứng giữa đất, ximăng và nước, tạo ra vật liệu mới với cường độ và mô đun biến dạng cao hơn Hiện nay, nhiều công nghệ thi công mới đã được phát triển trên thế giới cho cọc ximăng - đất.
Năm 1954: Công ty Repakt của Mỹ cho ra đời công nghệ MIP (Mixing in Place) Đây là công nghệ khoan đơn chỉ áp dụng ở Mỹ
Vào năm 1960, Trung Quốc đã báo cáo về công nghệ DLM (Deep Lime Mixing), được phát triển dựa trên công nghệ CDM (Ciment Deep Mixing) Tuy nhiên, quá trình nghiên cứu chính thức cho công nghệ này chỉ bắt đầu vào năm 1970.
Vào năm 1961, Nhật Bản đã ứng dụng công nghệ MIP để thi công hơn 300,000m cọc ximăng – đất, giúp gia cố hố đào và ngăn chặn thấm nước ngầm Đến năm 1970, công ty Seiko Kogyo của Nhật Bản đã thành công trong việc áp dụng tường chắn bằng công nghệ DMM (Deep Mixing Method) và SMW (Soil Mixing Wall).
Năm 1972 công ty Seiko Kogyo của Nhật tiếp tục duy trì và phát triển công nghệ SMW trong thi công tường chắn
Năm 1974, công nghệ DLM (Deep Lime Mixing) đã được hoàn thiện và ứng dụng tại Nhật Bản, trong khi Thụy Điển tiến hành thử nghiệm cọc có chiều sâu 12m và đường kính 0,5m.
Năm 1975 PHRI đã phát triển vượt bậc công nghệ CDM (Cement Deep Mixing) và áp dụng cho các dự án lớn
Năm 1976 PWRI (Public Works Research Institute) đã đầu tư nghiên cứu công nghệ DJM
Kể từ năm 1976, các công nghệ này đã được cải tiến và ứng dụng rộng rãi, với phần lớn các vấn đề nghiên cứu xuất phát từ Nhật Bản.
Hiện nay, công nghệ DMM (SMW) của Nhật Bản và công nghệ Geomix của công ty Soletanche Bachy, Pháp, đang được sử dụng rộng rãi tại Việt Nam để gia cố hố đào bằng cọc ximăng – đất.
Công nghệ cọc ximăng - đất DMM (SMW) của Nhật Bản là phương pháp gia cố nền tại chỗ, sử dụng hỗn hợp gồm ba thành phần chính: đất tại chỗ, ximăng và nước, cùng với một lượng phụ gia cần thiết để tăng cường hiệu quả.
Mô phỏng sơ lược thiết bị và quy trình thi công tường cọc ximăng - đất theo công nghệ CDM và SMW:
Nội dung Công nghệ (CDM)
Công nghệ SMW Soil Mixing Wall
Mô phỏng trạng thái làm việc
Các cần quay làm đất di chuyển và bị cắt trộn đều tạo ra hỗn hợp đất
Các mũi khoan, các cần khoan quay tạo ra hỗn hợp đất tại chỗ, kết hợp với ximăng tạo nên bức tường ximăng - đất liên tục
Số cần khoan 2,4,6 hoặc 8 cần khoan 1,2,3 hoặc 5 cần khoan
Vật liệu Ximăng hoặc vữa vôi Vữa ximăng, bùn đất sét và vữa phụ gia cần thiết khác
Loại đất áp dụng Bùn nhão, đất sét mềm, cát rời
Bùn sét mềm cho tới cứng, cát, sỏi sạn, sỏi cuội đá tảng
Phạm vi ứng dụng Phần lớn áp dụng cho các công trình kè chắn sóng vùng biển và bờ sông
Gia cố hố đào, ngăn dòng mực nước ngầm
Quan điểm nhận xét Được phát triển bởi Port và
Công ty Seiko Kogyo của Nhật Bản
Và sau đây là một số hình ảnh trong quá trình thi công theo công nghệ DMM:
Hình 1.6 Cần khoan cọc đơn Hình 1.7 Cần khoan
Hình 1.8 Thiết bị thi công cọc ximăng - đất
Hình 1.9 Chi tiết cần và lưỡi khoan
Hình 1.10 Tường vây cọc ximăng - đất công trình 145 Phan Chu Trinh tp Vũng Tàu
Hình 1.11 Cọc tường vây công trình Sài Gòn Pearl Nguyễn Hữu Cảnh Tp.HCM
Tường liên tục bằng cọc ximăng – đất (SMW) thường được cấu tạo từ đất tại chỗ, ximăng và phụ gia mà không có cốt thép Tuy nhiên, trong trường hợp cần thiết, như khi gia công hố đào sâu với áp lực ngang lớn từ đất và nước ngầm, khả năng chịu uốn của cọc có thể được tăng cường bằng cách gia cố các thanh thép hình vào cọc ngay sau khi trộn Số lượng và vị trí của các cọc gia công thép hình sẽ phụ thuộc vào điều kiện địa chất và độ sâu của hố đào.
Hình 1.12 Tường vây cọc ximăng - đất có gia cố thép hình
Hình 1.13 Các dao trộn điển hình trong công nghệ trộn của Thụy Điển (thông tin công nghệ 1992)
Việc ứng dụng vật liệu hỗn hợp ximăng - đất để gia cố đất nền và vách hố đào đang trở nên phổ biến trên toàn cầu, trong đó có Việt Nam Nhiều dự án lớn như đường băng sân bay Cần Thơ và công trình Sài Gòn Pearl Nguyễn Hữu Cảnh đã áp dụng công nghệ này, cùng với nhiều công trình trọng điểm khác, cho thấy tiềm năng và hiệu quả của phương pháp này trong xây dựng.
Hiện nay, một số công trình ở Việt Nam đang áp dụng công nghệ Geomix của công ty Soletanche Bachy để gia cố thành hố đào bằng vật liệu hỗn hợp ximăng - đất, tương tự như công nghệ DMM của Nhật Bản.
Geomix là công nghệ sử dụng cốt liệu chính là đất tại chỗ, được gia cố với ximăng và phụ gia theo đặc tính của đất nền Công nghệ này tạo ra những bức tường liên hoàn hiệu quả trong việc gia cố hố đào và ngăn thấm, đồng thời thân thiện với môi trường.
Công nghệ Geomix chỉ khác với công nghệ DMM (SMW) của Nhật ở thiết bị, phương pháp thi công và hình dạng sản phẩm sau khi thi công
Thiết bị thi công sử dụng dao CSM (cutter soil Mixing) để cắt đất, bao gồm các motor thủy lực và hai dao cắt hình bánh xe tròn cố định Khi bánh xe quay, đất sẽ được cắt và trộn đều với ximăng Thiết bị này rất phù hợp cho việc thi công tường panel ximăng - đất.
Phương pháp thi công DMM sử dụng bánh xe quay với motor thủy lực để cắt đất, sau đó đất được trộn đều với ximăng Dao trộn di chuyển lên xuống nhằm đảm bảo sự đồng nhất giữa đất và ximăng.
Hình 1.14 Hình ảnh bánh xe trộn theo công nghệ Geomix
Hình 1.15 Hình ảnh thi công tường ximăng - đất theo công nghệ Geomix
Công nghệ Geomix sản xuất tấm panel ximăng - đất liên tục, có khả năng ngăn thấm và chống xâm thực từ nước ô nhiễm Sản phẩm này thường được sử dụng cho bờ kè và gia công vách hố đào Tuy nhiên, công nghệ Geomix ít phổ biến hơn so với công nghệ DMM của Nhật Bản do khả năng chịu uốn thấp hơn.
Hình 1.16 Công trình tường ngăn thấm ở Phần Lan
Hình 1.17 Công trình thi công kè và gia cố hố đào theo công nghệ Geomix ở Thụy Sĩ
Phạm vi ứng dụng của cọc ximăng – đất
Cọc ximăng - đất hiện đang được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu để gia cố nền đất yếu và các công trình xây dựng như nền móng, đập, kè, cảng Chúng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc gia cố vách hố đào, tường chắn cho các công trình thủy, ngăn chặn sóng, dòng thấm, cũng như ngăn ngừa sự xâm nhập của nước mặn và đất nhiễm độc.
Nhật Bản và các nước Scandinaver hiện đang dẫn đầu thế giới về việc sử dụng công nghệ DMM Theo thống kê của hiệp hội CDM Nhật Bản, từ năm 1980 đến 1986, có tổng cộng 2345 dự án sử dụng khoảng 26 triệu m³ hỗn hợp vữa ximăng - đất Từ năm 1977 đến 1993, lượng đất được gia cố bằng công nghệ DMM ở Nhật Bản đạt 23,6 triệu m³ cho các dự án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng 2 triệu m³ được thi công hàng năm Mặc dù công nghệ DMM đã được báo cáo ở Trung Quốc từ năm 1960, nhưng chỉ đến năm 1978 mới được áp dụng, với tổng khối lượng xử lý hiện tại khoảng hơn 1 triệu m³.
Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ SLC tại Châu Âu bắt đầu từ Thủy Điển và Phần Lan, với dự án tiêu biểu là sân bay Ska Edeby Tại đây, cọc vôi có đường kính 0,5 m được thi công với độ sâu lên đến 15 m.
Tại Việt Nam, phương pháp này được đưa vào nghiên cứu của những thập niên
80 với sự giúp đỡ cửa viện địa kỹ thuật Thụy Điển (SGI) một thiết bị thi công do tiến sĩ Trần Chấp chủ trì
Vào năm 2000, phương pháp này được tái áp dụng trong lĩnh vực xăng dầu nhằm đáp ứng yêu cầu thực tiễn, cho phép công trình chấp nhận độ lún cao hơn bình thường nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả kinh tế cao Trong giai đoạn này, nhiều thí nghiệm nghiên cứu cũng được thực hiện tại hiện trường để hỗ trợ cho việc áp dụng phương pháp.
Kể từ năm 2002, dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã tiên phong sử dụng cọc ximăng - đất trên nền đất yếu với 4000m cọc có đường kính 0.6m, thi công bằng công nghệ trộn khô Tiếp đó, cọc ximăng - đất cũng được áp dụng để gia cố nền cho bồn chứa xăng dầu tại Cần Thơ với đường kính 21m và chiều cao 9m Đến năm 2004, công nghệ này tiếp tục được sử dụng để xử lý nền cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam) và móng cho bồn chứa xăng dầu Đình Vũ (Hải Phòng), tất cả đều thực hiện theo phương pháp trộn khô.
Năm 2004, Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam đã tiếp nhận công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản, ứng dụng để nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, cũng như ảnh hưởng của hàm lượng ximăng đến tính chất của cọc ximăng - đất Mục tiêu là ứng dụng cọc ximăng - đất trong xử lý nền đất yếu và chống thấm cho các công trình thủy lợi, cụ thể là sửa chữa chống thấm cho cống trại Nghệ An, cống D10 (Hà Nam) và cống Rạch C Long An.
Tại Đà Nẵng cọc ximăng - đất được áp dụng cho dự án Plaza Vĩnh Trung dưới 2 hình thức: làm tường trong đất và thay thế cọc nhồi
Tại TP Hồ Chí Minh, nhiều dự án nổi bật đã áp dụng công nghệ cọc ximăng - đất, bao gồm ĐL Đông Tây, Tòa nhà Sài Gòn Time Square, và tường chắn đất Sài Gòn Pearl trên đường Nguyễn Hữu Cảnh, Quận 2 Ngoài ra, phương pháp này cũng được sử dụng để chống mất ổn định cho công trình Hồ Bán Nguyệt tại Phú Mỹ Hưng, Quận 7.
Tại Quảng Ninh công trình nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh đã áp dụng công nghệ phun ướt
Tại Hà Nội có dự án hầm đường bộ Kim Liên, đường Láng Hòa Lạc nối liền khu công nghệ cao Hòa Lạc
Tại Cần Thơ có đường băng sân bay Cần Thơ
Bảng 1.0 Tóm tắt các công trình sử dụng cọc ximăng - đất tại Việt Nam
STT Tên dự án Đường kính cọc (m)
Tổng chiều dài (m) đã thi công
1 Đường vào sân đỗ cảng hàng không Cần Thơ Đường băng sân bay Cần
2 Nhà máy điện Nhơn Trạch
3 Đường nối cầu Thủ Thiêm với Đại Lộ Đông Tây
4 Hầm chui đường sắt vành đai Láng Hòa Lạc km
Cơ sở lý thuyết cho cọc ximăng - đất
Mỗi loại đất yêu cầu một lượng chất gia cố riêng biệt để tối ưu hóa tính chất của nó Quá trình này được thực hiện thông qua việc thử nghiệm mẫu trộn trong phòng thí nghiệm và cột thử nghiệm tại hiện trường Các chất gia cố thường được sử dụng bao gồm vôi, ximăng và xỉ quặng.
Vôi được sử dụng làm chất gia cố phải đạt các yêu cầu sau:
Ximăng được sử dụng làm chất gia cố phải đảm bảo các yêu cầu sau:
Tốc độ chảy: >40% Tốc độ chảy là đại lượng biểu thị tính lưu lượng của hạt trong ống dẫn và vòi
Việc gia cố đất bằng cọc vôi hoặc ximăng thường được kết hợp với các phụ gia hóa chất và nguyên liệu khác để nâng cao đặc tính của đất Phương pháp này không chỉ tăng cường hiệu quả gia cố mà còn mở rộng phạm vi ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành thủy điện.
1.2.3.2 Các phản ứng hóa học
Phản ứng ximăng hóa (phản ứng Pozzolanic) Ở trong đất luôn luôn có một hàm lượng nhất định Si2O (Ôxít Silic) và Al2O3
(Alumin hoạt tính) Chúng dễ dàng phản ứng với Ca(OH)2
Các sản phẩm tạo thành khi ximăng Porland tác dụng với nước trong đất bao gồm:
Hydro Silicat Canxit ở 2 dạng: CHS và C2SH2
Hydro ferat Aluminat canxit 3: CaOAl2O3 3CaSO4.31H2O
Theo nghiên cứu P.A Rebinder cho rằng: Sự hình thành nên cường độ của ximăng đông cứng chia làm 2 giai đoạn:
Giai đoạn đầu của quá trình đông cứng ximăng bắt đầu từ việc chuyển dịch ion tinh thể của các khoáng vật khi chúng tương tác với nước, dẫn đến sự hydrat hóa Tiếp theo, sự kết tinh hóa của khoáng vật mới diễn ra từ dung dịch bão hòa của các sản phẩm hydrat, tạo ra mầm kết tinh - yếu tố quan trọng cho sự hình thành pha mới Trong giai đoạn này, cấu trúc ngưng tụ hình thành từ các hạt nguyên sinh của chất kết dính và mầm kết tinh, tạo nên một mạng không gian với lực dính kết chủ yếu là lực hóa học và lực phân tử, tuy nhiên có độ bền yếu Do đó, hỗn hợp ximăng và đất cải tạo có cường độ chưa cao Ở giai đoạn thứ hai, sự đông cứng phát triển thành cấu trúc kết tinh với độ bền cao gấp 10 đến 100 lần so với cấu trúc ngưng tụ, thông qua sự hình thành khung cấu trúc kết tinh và mối tiếp xúc cộng sinh giữa các tinh thể mới.
Quá trình ghép các khung vừa hình thành là bước tiếp theo trong việc tạo ra mối liên kết cấu trúc kết tinh với cường độ cao, không có tính chất xúc biến, từ đó nâng cao cường độ của ximăng đông cứng.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng CSH (Hydro Silicat Canxit) đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành độ bền của ximăng đông cứng, tạo nên khung tinh thể Các tinh thể CSH hình thành qua quá trình trùng hợp, tạo ra các cao phân tử (Hidrosilicat polime - Canxi) được liên kết bằng mối liên kết tĩnh điện bền vững, bao gồm các cation, và có thể tạo ra các tinh thể có kích thước lên tới 1mm Bên cạnh CSH, Hydrôxít không chỉ tạo môi trường thủy phân cho hợp chất clinke mà còn tham gia vào cấu trúc khung kết tinh trong ximăng Hơn nữa, sự tách ra trong pha rắn của Hydrosunfat Aluminat Canxit và Hydro Aluminat Canxit đã góp phần vào cấu trúc ngưng tụ và sự đông cứng của ximăng.
Theo A.A Baicốp, quá trình nhào trộn ximăng có thể chia làm ba giai đoạn
Khi ximăng được trộn với đất, các phản ứng vật lý và hóa học diễn ra, bắt đầu bằng quá trình hòa tan các khoáng chất và thủy hóa Các khoáng hoạt tính như C3A và C3S là những thành phần đầu tiên thủy hóa, dẫn đến sự bão hòa của pha lỏng với các sản phẩm thủy hóa Giai đoạn này là một phần ngắn trong quá trình rắn chắc của hỗn hợp.
Thời kỳ này chứng kiến sự tiến triển mạnh mẽ trong quá trình thủy hóa các khoáng clinke Quá trình này diễn ra thông qua sự hòa hợp trực tiếp giữa nước và pha rắn mà không cần sự hòa tan trung, tạo ra các hợp chất hydrat mới có tính ổn định cao hơn Nhờ vào tác dụng tương hỗ với nước, các sản phẩm hóa học thu được có độ mịn lớn và gần như ở dạng keo.
Giai đoạn hóa keo, theo A.A Baicốp, là thời kỳ mà các sản phẩm thủy hóa chủ yếu từ khoáng ximăng là hydro silicat canxi, chiếm từ 75% - 80% khối lượng clinke Trong giai đoạn đầu, các chất này có độ phân tán cao, gần với thể keo, và dần chuyển hóa thành gen, tạo mầm kết tinh Bên cạnh hydro silicat canxi, quá trình thủy phân còn tạo ra các hydrat mới, như hydrat ôxít canxi [Ca(OH)2] từ thủy phân C3S và hydro aluminat canxi 3CaO.Al2O3.6H2O, cũng như hydro sunfua aluminat canxi 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O do việc thêm phụ gia vào ximăng.
Trong giai đoạn này, một phần nước tự do sẽ kết hợp với các thành phần khác để tạo thành nước hóa học, dẫn đến việc giảm thể tích tuyệt đối của sản phẩm mới so với các thành phần ban đầu Tuy nhiên, thể tích bên ngoài của đá ximăng không thay đổi, gây ra sự hình thành các lỗ rỗng kín và làm tăng độ đặc chắc trong pha rắn.
Quá trình thủy hóa dẫn đến sự giảm dần lượng nước tự do trong hệ, khiến nước còn lại phân bố lại và tạo ra các liên kết phức tạp với pha rắn Khi lượng nước tự do giảm, hệ trở nên sệt lại, đánh dấu thời kỳ ninh kết, giai đoạn quan trọng trong hình thành cấu trúc đá ximăng Trong thời gian này, kết cấu keo tụ hình thành với cường độ dẻo, khác biệt với cường độ cơ học nhờ khả năng phục hồi xúc biến Tiếp theo là thời kỳ rắn chắc kéo dài, trong đó cường độ cơ học không ngừng tăng do cấu trúc đá ximăng được lèn chặt và quá trình kết tinh phát triển Sự lèn chặt này là kết quả của quá trình thủy hóa và sự gia tăng thể tích của pha rắn, với thể tích các hydrat luôn lớn hơn thể tích pha rắn ban đầu Cuối cùng, sự phát triển của tinh thể qua hiện tượng tái kết tinh làm thay đổi trạng thái tiếp xúc trong nội bộ đá ximăng từ tiếp xúc giữa các màng nước sang tiếp xúc tinh thể.
Dưới kính hiển vi điện tử, ximăng đông cứng được cấu tạo từ các tinh thể, hạt keo, vi tinh thể, hợp chất hydrat dư thừa, cùng với không khí và nước tự do.
Quá trình đông rắn của ximăng trong hỗn hợp với đất phức tạp hơn nhiều so với bêtông hoặc ximăng với nước, đặc biệt là trong đất có độ phân tán cao Ngoài các quá trình thủy phân và đông rắn thông thường, còn xảy ra các tương tác hóa học giữa đất và sản phẩm ximăng Bề mặt lớn của đất kết hợp với môi trường kiềm mạnh do ximăng thủy phân tạo điều kiện cho các phản ứng hóa học và hóa lý diễn ra mạnh mẽ Đất hấp thụ đáng kể ion Ca2+, làm gián đoạn quá trình đông rắn bình thường của ximăng, dẫn đến quá trình đông rắn trong hỗn hợp đất và ximăng diễn ra chậm hơn và có cường độ thấp hơn so với hỗn hợp bêtông hoặc ximăng - nước.
Các phân tích cho thấy rằng các loại đất gia cố ximăng đều có nồng độ Ca 2+ thấp hơn nồng độ bão hòa Điều kiện bất lợi nhất cho quá trình đông rắn của ximăng trong hỗn hợp đất – ximăng là khi nồng độ ion Ca 2+ nhỏ hơn 2mol/l trong một khoảng thời gian dài Trong điều kiện này, khả năng hình thành cấu trúc tinh thể và phát triển thành bộ khung vững chắc trong hỗn hợp đất ximăng giảm mạnh, dẫn đến suy giảm độ bền Những điều kiện này thường gặp khi gia cố ximăng cho đất sét pha nặng, đất sét, và đặc biệt là các loại đất có mùn, hữu cơ, cũng như đất có độ pH (3.26)
(1 6e B σ G min max = ± - áp suất lớn nhất và nhỏ nhất tại mép chân móng của tường G: trọng lượng của thân tường
B- chiều rộng đáy móng của tường e- khoảng lệch tâm trên mặt đáy móng tường σtb- Ứng suất trung bình của đất nền dưới đáy tường c q tc BγN qN cN
R = γ + + - sức chịu tải tiêu chuẩn của đất nền