Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp đê trên nền đất yếu từ quảng ninh đến quảng nam nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM







BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN
BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT


THUỘC ĐỀ TÀI:
“
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỂ ĐẮP ĐÊ BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ ĐẮP TRÊN
NỀN ĐẤT YẾU TỪ QUẢNG NINH ĐẾN QUẢNG NAM
”
Mã số: 05 Thuộc chương trình: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHỤC VỤ XÂ
Y
DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN
Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS Nguyễn Quốc Dũng
Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam

7579-10
22/12/2009

Hà Nội 2009


1
MỤC LỤC
1. GIỚI THIỆU CHUNG 2
1.1. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng: 2
1.1.1. Đặc điểm: 2
1.1.2. Phạm vi ứng dụng: 2
1.2. Nguyên lý tạo cọc XMĐ: 2
1.2.1. Công nghệ đơn pha (S): 2
1.2.2. Công nghệ hai pha (D): 2
1.2.3. Công nghệ ba pha (T): 3
1.3. Ưu nhược điểm của phương pháp 3
1.3.1. Ưu điểm: 3
1.3.2. Nhược điểm: 3
1.4. Các thí nghiệm phục vụ thiết kế thi công xi măng đất 4
1.4.1. Khảo sát địa chất khu vực công trình 4
1.4.2. Các thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu của cột xi măng đất 4
1.4.3. Thí nghiệm hiện trường 5
1.5. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu phục vụ tính toán cọc Xi măng-đất. 6
1.6. Một số kết quả thí nghiệm: 7
2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GIA CỐ NỀN ĐẤT BẰNG CỌC XMĐ 9
2.1. Các hình thức bố trí cọc xi măng đất trong gia cố đất: 9
2.2. Phương pháp tính toán: 11
2.2.1. Xem cột XMĐ và đất nền cùng làm việc đồng thời như đối với nền thiên

nhiên: 11

2.2.2. Tính sức chịu tải như móng cọc, tính biến dạng theo nền: 12
4.3 Thiết kế 18
3. TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT THI CÔNG 20
3.1. Thiết bị và yêu cầu về thiết bị 20
3.2. Bố trí mặt bằng và trình tự thi công 20
3.2.1. Bố trí mặt bằng 20
3.2.2. Trình tự thi công 20
3.3. Nghiệm thu và quan trắc 22
3.3.1. Nghiệm thu: 22
3.3.2. Quan trắc: 23
3.3.3. Một số yêu cầu đặc biệt khác 23

2
1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:
1.1.1. Đặc điểm:
Cọc xi măng đất (XMĐ) được tạo ra nhờ quá trình khoan phụt vữa cao áp vào
nền đất. Nhờ có tia nước và tia vữa phun ra với áp suất cao (200-400atm), vận tốc lớn
(≥100m/s), các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hoà trộn với vữa phụt
đông cứng tạo thành một khối xi măng đấ
t đồng nhất gọi là cọc XMĐ.
1.1.2. Phạm vi ứng dụng:
- Ứng dụng cho kè biển và công trình ngoài biển: làm tường kè, bến cập tàu,
tường chắn sóng.
- Nền cho các kết cấu: Nền các bồn chứa và toà tháp, mố cầu, bảo vệ các công
trình ngầm, ổn định bờ đất đắp, tường chắn, nền móng của các nhà cao tầng.
- Chặn áp lực đất: chống lại hiện tượng đẩy trồi n
ền, kiểm soát hố đào, ngăn

chặn lở đất và trượt mái, bảo vệ các công trình lân cận, ổn định các hố móng.
- Trong xây dựng các công trình thuỷ lợi: đập đất, ổn định bờ sông.
- Ngăn ngừa hoá lỏng đất: các cọc XMĐ dạng ô lưới làm tăng khả năng chịu cắt
của đất, và do đó chúng phân tán khả năng hoá lỏng đất của các loại đất hạt mịn, lún
ướ
t, bão hoà nước.
- Ứng dụng trong lĩnh vực môi trường.
…
1.2. Nguyên lý tạo cọc XMĐ:
1.2.1. Công nghệ đơn pha (S):
Công nghệ này vữa phụt ra với vận tốc 100m/s, vừa cắt đất vừa trộn vữa với đất
một cách đồng thời, tạo ra một cột đất xi măng đồng đều với độ cứng cao và hạn chế
đất trào ngược lên.
Cấu tạo đầu khoan gồm mộ
t hoặc nhiều lỗ phun vữa. Các lỗ phun có thể được
bố trí ngang hàng hoặc lệch hàng, và có độ lệch góc đều nhau.
Công nghệ đơn pha dùng cho các cột đất có đường kính vừa và nhỏ (0,5-0,8m).
1.2.2. Công nghệ hai pha (D):
Đây là hệ thống phụt vữa kết hợp vữa với không khí. Hỗn hợp vữa đất - xi
măng được bơm ở áp suất cao, tốc độ 100m/s và được trợ giúp bởi một tia khí nén bao
bọc quanh vòi phun. Vòng khí nén sẽ
làm giảm ma sát và cho phép vữa xâm nhập sâu
vào trong đất, do vậy tạo ra cột đất xi măng có đường kính lớn. Tuy nhiên, dòng khí lại
làm giảm độ cứng của cột đất so với phương pháp phụt đơn tia và đất bị trào ngược
nhiều hơn.
Cấu tạo đầu khoan gồm có một hoặc nhiều lỗ phun (bố trí ngang bằng hoặc lệch
hàng, có độ lệch góc đều nhau) để phun vữa và khí. Khe phun khí nằm bao quanh lỗ
phun vữa.
Công nghệ hai pha tạo ra các cọc có đường kính lớn hơn công nghệ một pha, có
thể đạt tới 1,2-1,5m.

3
1.2.3. Công nghệ ba pha (T):
Quá trình phụt có cả vữa, không khí và nước. Không giống phụt đơn pha và
phụt hai pha, nước được bơm dưới áp suất cao và kết hợp với dòng khí nén xung
quanh vòi nước. Điều đó đuổi khí ra khỏi cột đất gia cố. Vữa được bơm qua một vòi
riêng biệt nằm dưới một vòi khí và vòi nước để lấp đầy khoảng trống của khí. Phụt ba
pha là phương pháp thay thế đất hoàn toàn. Đất bị
thay thế sẽ trào ngược lên mặt đất
và được thu gom, xử lý.
Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ đúp để phun nước và khí đồng thời
và một hoặc nhiều lỗ đơn nằm thấp hơn để phun vữa. Nói chung mỗi cặp lỗ phun khí,
nước và vữa đều nằm đối xứng nhau qua tâm trục của đầu khoan. Các cặp lỗ được bố
trí lệch góc đề
u nhau.
Cọc XMĐ tạo ra bằng công nghệ này có thể đạt đường kính lớn tới 3m.
1.3. Ưu nhược điểm của phương pháp
1.3.1. Ưu điểm:
- Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp với mọi loại đất, từ bùn sét đến cuội sỏi.
- Có thể xử lý các lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến các lớp
đất tốt.
- Có thể xử lý d
ưới móng hoặc kết cấu hiện có mà không ảnh hưởng đến công
trình.
- Thi công được trong nước.
- Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến
các công trình lân cận.
Thiết bị nhỏ gọn, có thể thi công trong không gian có chiều cao hạn chế, nhiều
chướng ngại vật.
- Thời gian thi công xử lý vữa xi măng được kiểm soát bằng các thiết bị tự

động
điện từ nên sản phẩm cọc đất gia cố xi măng có chất lượng rất tốt và đạt được độ đồng
đều rất cao. Tỷ số hàm lượng xi măng thực tế tại hiện trường trên trong phòng thí
nghiệm là thấp.
- Vật liệu thi công là xi măng trộn với đất ngay tại hiện trường nên không gây
nên chất thải rất thích hợp với khu vực đồng bằng sông Cử
u Long đang khan híếm vật
liệu gia cố đất yếu. Mặt khác công nghệ này cũng không tạo bụi xi măng, tiếng ồn,
chấn động rung trong quá trình thi công nên bảo đảm hoàn toàn về mặt môi trường.
Đây là một lợi thế lớn của phương pháp trộn ướt khi thi công tại khu vực đông dân có
mật độ nhà cửa cao.
- Giá thành: hợp lý và có thể hạ trên cơ sở giảm hàm lượng xi măng và sử dụng
xi m
ăng địa phương giá rẻ.
1.3.2. Nhược điểm:
- Có thể gây ra trương nở nền và gây ra các chuyển vị qúa giới hạn trong lòng
đất. Áp lực siêu cao còn có khả năng gây nên rạn nứt nền đất lân cận và tia vữa có thể
lọt vào các công trình ngầm sẵn có như hố ga, tầng hầm lân cận.

4
- Đối với nền đất chứa nhiều túi bùn hoặc rác hữu cơ thì a xít humic trong đất
có thể làm chậm hoặc phá hoại quá trình ninh kết của hỗn hợp XMĐ.
1.4. Các thí nghiệm phục vụ thiết kế thi công xi măng đất
Công việc tiến hành công đoạn thí nghiệm phục vụ cho việc thiết kế thi công
gia cố nền bằng phương pháp cột xi măng đất bao gồm:
Khảo sát, xác định các điề
u kiện ban đầu của đất nền, như các chỉ tiêu cơ lý, địa
tầng, nước ngầm…
Khảo sát sự tăng cường độ đất tự nhiên với xi măng, thông qua các mẫu lấy
được tại hiện trường xây dựng. Tìm ra hàm lượng chất gia cố (xi măng) tối ưu về mặt

kinh tế.
Kiểm tra trên cột thi công thử nghiệm ở hiện trường để đánh giá sự tương thích
giữa thiết kế và thực tế.
1.4.1. Khảo sát địa chất khu vực công trình
Nhằm xác định rõ các yếu tố về địa hình, địa mạo, mực nước ngầm và các yếu
tố khác…
Các thông số cần xác định:
+ Địa hình khu vực xây dựng
+ Lát cắt địa chất
+ Các kết quả thí nghiệm về các chỉ tiêu cơ lý, hóa lý của từng lớp đất.
Chỉ tiêu cơ lý, hóa lý của các mẫu đất
được thí nghiệm theo tiêu chuẩn hiện hành của
Việt Nam, hoặc tham khảo tiêu chuẩn nước ngoài nếu chưa có tiêu chuẩn Việt Nam
tương ứng. Ngoài các chỉ tiêu cơ lý thông thường, khảo sát địa kỹ thuật phục vụ thiết
kế cọc xi măng - đất cần thí nghiệm xác định các chỉ tiêu:
→ Nén một trục nở hông;
→ Nén 3 trục sơ đồ UU;
→ Nén cố kết;
→ Độ PH của đất;
→ Độ PH của nước dưới đất;
→ Hàm lượng hữu cơ.
+ Địa chất thủy văn như cao độ mực nước ngầm (hiện tại và mức cao
nhất có thể)
+ Tài liệu về công trình lân cận, môi trường xây dựng
1.4.2. Các thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu của cột xi măng đất
Để thiết kế được nền gia cố bằng cột xi măng đất cần phải bi
ết được tính chất
vật liệu tạo nên cột. Do đó mục đích chính của thí nghiệm là thông qua thí nghiệm
trong phòng để xác định hàm lượng xi măng và các phụ gia khác nhằm mục đích thiết
kế.

Đối với việc xác định cường độ: Hiện nay giá trị cường độ cột sử dụng trong
thiết kế hiện nay là R
28
. Để xác định giá trị này ta phải thực hiện trộn nhiều các trường

5
hợp hàm lượng xi măng khác nhau. Với mỗi giá trị hàm lượng xi măng khác nhau,
người ta chi ra làm nhiều tổ mẫu, mỗi tổ mẫu không nhỏ hơn 3 mẫu. Mỗi tổ mẫu được
thí nghiệm theo tuổi mẫu 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày.
Các thông số khác cần xác định là chỉ tiêu cơ lý (dung trọng, độ ẩm…) cường
độ (chịu cắt, chịu nén), mô đun biến dạng của xi măng đất, các chỉ số này phụ thuộc
tổng thể nhiều yếu tố: hàm lượng xi măng, hàm lượng chất hữu cơ trong đất, ngày tuổi,
loại và hàm lượng phụ gia… vì vậy để xác định cường độ chịu lực của cột xi măng -
đất cần phải thí nghiệm với nhiều tổ mẫu khác nhau.
Đối với việc xác định hệ số thấm: Hiệu quả chống thấm của cột xi măng đất
đạt
được bằng cách lựa chọn loại vữa thích hợp, hệ số thấm có thể đạt 10
-7
cm/s.
Khả năng chống thấm phụ thuộc các yếu tố cơ bản sau:
+ Hàm lượng xi măng trộn vào trong đất (kg/m
3
).
+ Hàm lượng Bentonite hoặc phụ gia trộn vào trong đất (kg/m
3
).
+ Ngày tuổi của xi măng đất sau khi khoan phụt (7; 14; 28 ngày).
+ Trị số áp lực cột nước tác dụng (m).
Những yếu tố trên lại phụ thuộc vào:
+ Đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu và xử lý.

+ Điều kiện thi công cụ thể.
+ Độ bão hòa nước của đất.
Như vậy, về cường độ và khả năng chống thấm của cột xi măng đất phụ
thuộc
vào nhiều yếu tố khách quan. Từ kết quả của các thí nghiệm thực hiện sẽ đưa ra
khoảng áp dụng đối với mỗi loại đất nền, chiều cao của công trình, từ đó sẽ quyết định
hàm lượng xi măng, bentonite phụt vào nền và số lượng các cột xi măng đất cần phải
thi công.
1.4.3. Thí nghiệm hiện trường
1.4.3.1. Xác định cường độ
Để kiể
m tra chất lượng cũng như khả năng chịu tải của các cột xi măng đất có
một khâu rất quan trọng đó là việc kiểm tra cường độ chịu lực của các cột tại hiện
trường. Có nhiều thí nghiệm khác nhau để kiểm tra khả năng chịu lực của cột tùy
thuộc vào yêu cầu cụ thể.
Trước khi thi công đại trà, trong khu vực công trình cần phải thi công một số
cột thử để kiểm tra giá trị thiết kế dựa trên kết quả thí nghiệm trong phòng. Sự thay đổi
cục bộ về điều kiện địa chất có thể làm ảnh hưởng đến các thông số thiết kế và thi
công. Do đó các cột thử nên bố trí đều trong khu vực gia cố. Các thí nghiệm thường
hay được sử dụng như: CPT, SPT, xuyên cắt thuận, xuyên cắt nghịch, nén ngang, thí
nghiệm nén tải trọng t
ĩnh thường được sử dụng cho các mục đích này.
Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT: Được tiến hành trước và sau khi gia cố bằng cột xi
măng đất để đánh giá độ đồng đều của cột và hiệu quả của việc gia cố. Thông qua các
kết quả thí nghiệm xuyên như: Sức kháng xuyên q
c
, ma sát bên F
s
, có thể cả áp lực lỗ
rỗng u (tùy thuộc thiết bị). Từ đó xác định được:

Cấu tạo địa tầng khu vực khảo sát

6
Các chỉ tiêu cơ lý đất nền trước và sau gia cố: E, C, ϕ
Sức chịu tải của cột xi măng đất…
Thí ngiệm xuyên tiêu chuẩn SPT: Trong thí nghiệm này, ta đóng một ống lấy
mẫu (kích thước tiêu chuẩn) vào trong đất dưới năng lượng đóng tiêu chuẩn. Đếm số
nhát đập N để ống mẫu ngập vào trong đất một đoạn là 30cm. Từ kết quả số nhát đập
N ta suy ra cấu tạ
o địa tầng, các chỉ tiêu cơ lý…
Thí nghiệm nén ngang: Thí nghiệm nén ngang (PMT) cho kết quả là quan hệ
“áp lực - chuyển vị ” của đất. Từ PMT ta có thể tính được mô đun biến dạng của đất,
dự báo được sộ lún của công trình và dự báo sức chịu tải theo phương ngang. Thí
nghiệm này rất phức tạp, đòi hỏi phải có thiết bị tương đối hiện đại mới cho kết quả tin
cậ
y.
Thí nghiệm nén tải trọng tĩnh: Để xác định sức chịu tải nén của cột đơn q
cột
, qui
trình gia tải, xác định sức chịu tải của cột phải tuân theo các tiêu chuẩn thử tải của
TCVN.
Tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế, tính toán mà người thiết kế cần phải xác định
các thông số tương ứng phục vụ cho công tác tính toán. Tuy nhiên trong hầu hết các
trường hợp cần phải xác định các thông số sau:
- Các thông số của hỗn hợp xi măng đất; Chỉ tiêu cơ lý, cường độ chịu nén R
n

(kPa), cường độ chịu kéo R
k
(kPa), sức kháng cắt của xi măng đất S

u
, lực ma sát giữa
cột và đất xung quanh cột (kPa), mô đun biến dạng của xi măng-đất E
đ
.
Các thông số của cột xi măng-đất: Sức chịu tải nén, sức chịu tải kéo, sức chịu
tải chung giữa cột và đất, mức độ biến dạng của đất, xi măng-đất.
1.5. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu phục vụ tính toán cọc Xi măng-đất.
Đối với đất nền:
TT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị
1 Thành phần hạt
- Hạt sét %
- Hạt bụi %
- Hạt cát %
- Hạt sạn sỏi %
2 Độ ẩm TN %
3 Dung trọng tự nhiên g/cm
3

4 Dung trọng khô g/cm
3

5 Tỷ trọng g/cm
3

6 Hệ số rỗng
7 Độ lỗ rỗng %
8 Độ bão hoà %
9 Giới hạn chảy %

7
10 Giới hạn dẻo %
11 Chỉ số dẻo %
12 Độ sệt
13 Lực dính kG/cm
2

14 Góc ma sát trong độ
15 Hệ số nén lún cm
2
/kG
17 Hệ số thấm cm/s

18 Mô đun biến dạng kG/cm
2


Đối với cọc xi măng đất:
TT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị
1 Độ ẩm TN %
2 Dung trọng khô g/cm
3

3 Dung trọng bão hòa g/cm
3

4 Dung trọng tự nhiên g/cm
3

5 Tỷ trọng g/cm

3

6 Hệ số rỗng
7 Lực dính kG/cm
2

8 Góc ma sát trong độ
9 Hệ số thấm K cm/s
10 Mô đun biến dạng tối đa kG/cm
2


11 Mô đun biến dạng tối thiểu kG/cm
2


12 Sức chịu nén đơn q
u
kPa

13 Biến dạng tương đối e %

14
Hệ số Possion µ


1.6. Một số kết quả thí nghiệm:
Thí nghiệm vật liệu xi măng đất thi công bằng công nghệ Jet grouting ở Việt
Nam. Nguồn tài liệu: “công nghệ khoan phụt cao áp trong xử lý nền đất yếu” của
PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng Nhà xuất bản Nông nghiệp.

Địa điểm nghiên cứu được chọn là đất yếu vùng Hải Phòng. Tính chất cơ lý của
đất khu vực thí nghiệm được trình bày trong bảng dưới đây:
Lớp đất
1 2 3
Chỉ tiêu
Đất lấp Sét pha-chảy Sét xám-dẻo mềm
- Độ sâu đáy lớp (m) 2,0~2,4 10,010,2 14~15

8
- Bề dày lớp (m) 2,0~2,4 7,68,0 4~5
- Dung trọng ướt γ
ω
(t/m
3
)
1,82 1,86
- Độ ẩm 32,23 48,12
- Hệ số rỗng (e) 0,953 1,150
- Độ sệt Is 1,26 0,54
- Lực dính C (kg/cm
2
) 0,07 0,17
- Góc ma sát trong (độ) 6
0
14’ 10
0
08’
- Hệ số nén lún (a) 0,125 0,048
- Sức chịu tải qui ước (R
0

) 0,534 1,052
Ghi chú:
- Cột XMĐ chủ yếu nằm trong lớp đất yếu, sét pha xen kẹp cát pha, màu
xám đen lẫn vỏ sò, hữu cơ trạng thái chảy.
- Cột XMĐ cắm một phần vào lớp đất yếu sét màu xám tro trạng thái
dẻo mềm.
- Cường độ chịu nén của vật liệu XMĐ phụ thuộc hàm lượng xi măng và tuổi.
Các tài liệu nước ngoài đã chỉ ra rằng, do các yếu tố môi trường,
điều kiện thi
công… sẽ làm cho kết quả thí nghiệm các mẫu trong phòng thấp hơn (khoảng 2 lần) so
với các mẫuh hiện trường: kết quả thí nghiệm theo tài liệu công nghệ khoan phụt cao
áp của PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng Nhà xuất bản Nông nghiệp như bảng sau:
Bảng kết quả thí nghiệm cường độ nén (kg/cm
2
)
TT Cọc
Hàm lượng XM
(kg/m
3
)/(kg/m dài)
Rn21 Rn28 Rn56 Ghi chú
1 11 100/28 164 375 445
2 13 200/56 235 387 476
3 15

300/84 750 1350 1759
Mẫu hiện
trường
4 D1 100/28 508 602 677
5 D2 200/56 1384 1556 1639

6 D3 300/84 1469 1751 1930
Mẫu
trong
phòng
Nhận xét: Có sự sai khác về qui luật giữa mẫu trong phòng và mẫu hiện trường,
sự sai khác càng lớn khi hàm lượng xi măng nhỏ. Điều này có thể do nhiều nguyên
nhân như: ảnh hưởng của dòng trào ngược khi thi công, tính chất phân bố không đều
khi trộn xi măng với đất, điều kiện bảo dưỡng, điều kiện tạo mẫu khi phun trong đất và
đầm tạo mẫu trong phòng. Cần phải tiến hành nhiều thí nghiệ
m hơn nữa để có câu
trả lời chính xác.
- Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ nén (R
n
), cường độ kéo
(R
k
), mô đun đàn hồi (E) và dung trọng (γ) ở tuổi 28 ngày

9
TT Cọc HLXM R
n
R
k

E γ
Ghi chú
1 11 100 3,49 2,11 0,860 1,59
2 12 150 3,89 2,25 2,129 1,639
3 13

200 3,60 2,15 1,340 1,570
Mẫu hiện
trường
4 B1 100 5,29 1,44 4,672 1,609
5 B2 150 6,24 1,40 8,332 1,691
6 B3 200 12,88 2,57 24,70 1,653
7 B4 250 14,34 4,27 23,61 1,687
Mẫu
trong
phòng
Nhận xét: Cường độ kéo của mẫu hiện trường có độ phân tán cao có thể do
nguyên nhân không đều của cọc. Các mẫu đúc trong phòng có xu thế phù hợp hơn.
Cũng như vậy cho các chỉ tiêu R
k
và E. Cần phải có nhiều thí nghiệm hơn mới có thể
kết luận được qui luật.
Ảnh hưởng của hàm lượng Bentonite/XM đến R
n
, R
k
và γ ở tuổi 28 ngày
TT Cọc HLXM R
n
R
k

E γ
Ghi chú
1 13 10/200 11,71 2,17 1,723 1,598
2 14 50/200 3,71 2,43 1,576 1,595

3 15 100/200 3,66 1,29 3,167 1,580
Mẫu hiện
trường
4 C1 10/200 15,45 1,75 16,05 1,642
5 C2 50/200 10,72 2,90 19,70 1,650
6 C3 100/200 9,11 4,32 17,39 1,740
Mẫu
trong
phòng
Nhận xét: Sự phân tán của một vài số liệu không theo qui luật phản ánh sự
không đều của vật liệu cọc. Để giải quyết những mâu thuẫn đó cần thiết phải có những
nghiên cứu tiếp tục.
2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GIA CỐ NỀN ĐẤT BẰNG CỌC XMĐ
2.1. Các hình thức bố trí cọc xi măng đất trong gia cố đất:
a. Giới thiệu một số kiểu gia cố
nền thường áp dụng:
* Bố trí theo dạng hàng, dạng tam giác, dạng hình vuông

10

Hình 2.1 Bố trí theo dạng hàng, dạng tam giác đều, dạng hình vuông
• Bố trí theo dạng khối

Hình 2.2 Bố trí theo dạng khối
• Bố trí theo kiểu tường, kiểu kẻ ô, kiểu khối và kiểu diện

Hình 2.3 Bố trí theo các dạng: (1) Kiểu tường; (2)Kiểu kẻ ô; (3)Kiểu khối; (4) Kiểu diện
• Bố trí theo kiểu cột tiếp xúc, tường tiếp xúc, kẻ ô tiếp xúc và khối tiếp xúc
Hình 2.4 Bố trí theo các dạng: (5) Kiểu cột tiếp xúc; (6)Kiểu tường tiếp xúc; (7)Kiểu kẻ ô
tiếp xúc; (8) Kiểu khối tiếp xúc

• Bố trí theo kiểu cột trùng nhau

11

Hình 2.5 Bố trí theo kiểu cột trùng nhau
b. Phân tích lựa chọn sơ đồ hợp lý cọc xi măng - đất để xử lý nền cho các tuyến đê qua
vùng đất yếu.
Bài toán xử lý nền khối đất đắp trên nền đất yếu bằng cọc xi măng đất có 2 bài
toán: (1) Bài toán ổn định mái khối đắp có gia cố bằng xi măng đất; (2) Bài toán xác
định độ lún của khối hỗn hợp xi măng - đất.
Với các sơ đồ bố trí như
trên, đối với bài toán xử lý nền khối đất đắp trên nền
đất yếu. Bố trí theo sơ đồ dạng cách đều tam giác, chữ nhật hoặc kiểu kẻ ô là có lợi
nhất về mặt kinh tế và kỹ thuật. Vì khi cùng một tỷ lệ diện tích gia cố, cách bố trí dạng
kiểu tam giác và chữ nhật làm cho công trình lún đều, không có hiện tượng lún lệch
làm ảnh hưởng đến công trình. Bố trí theo kiểu kẻ ô hạn chế
được biến dạng ngang của
khối đất nằm trong các ô xi măng đất vì thế tận dụng được sự làm việc của khối đất
này. Với kiểu bố trí này hạn chế được lún của khối hỗn hợp xi măng đất.
2.2. Phương pháp tính toán:
2.2.1. Xem cột XMĐ và đất nền cùng làm việc đồng thời như đối với nền thiên nhiên:
Nền trụ và đất dưới đáy móng được xem như nền đồng nhất với các số liệu
cường độ
ϕ
tđ
, C
tđ
, E
tđ

được nâng cao (được tính từ
ϕ
, C, E của đất nền xung quanh trụ
và vật liệu làm trụ). Công thức quy đổi tương đương
ϕ
tđ
, C
tđ
, E
tđ
dựa trên độ cứng của
cột XMĐ, đất và diện tích đất được thay thế bởi cột XMĐ. Gọi m là tỷ lệ giữa diện
tích cột xi măng-đất thay thế trên diện tích đất nền.
m =
p
s
A
A
(2-1)
ϕ
tđ
= mϕ
cột
+(1-m)ϕ
nền
(2-2)
C
tđ
= mC
cột

+(1-m)C
nền
(2-3)
E
tđ
= mE
cột
+ (1-m)E
nền
(2-4)

Trong đó:
A
p
- Diện tích đất nền thay thế bằng cột XMĐ;
A
s
- Diện tích đất nền cần gia cố.
Theo phương pháp tính toán này, bài toán gia cố đất có 2 tiêu chuẩn cần kiểm
tra:

12
- Tiêu chuẩn về cường độ:
ϕ
tđ
, C
tđ
của nền được gia cố phải thỏa mãn điều
kiện sức chịu tải dưới tác dụng của tải trọng công trình.
- Tiêu chuẩn biến dạng: Môđun biến dạng của nền được gia cố E

tđ
phải thỏa
mãn điều kiện lún của công trình.
Có thể dùng các công thức giải tích và các phần mềm địa kỹ thuật hiện có để
giải quyết bài toán này.
2.2.2. Tính sức chịu tải như móng cọc, tính biến dạng theo nền:
a/. Cách tính toán của Viện kỹ thuật Châu Á A.I.T
* Sức chịu tải của cột đơn:
Khả năng chịu tải của cột xi măng- đất được quyết định bởi sức kháng cắt của
đất sét yếu bao quanh (đất bị phá hoại) hay sức kháng cắt của vật liệu cột xi măng -
đất (cột xi măng-đất phá hoại). Loại phá hoại đầu phụ thuộc cả vào sức cản do ma sát
mặt ngoài cột ximăng - đất và sức chịu chân cột xi măng - đất, loạ
i sau còn phụ thuộc
vào sức kháng cắt của vật liệu cột xi măng-đất. Khả năng chịu tải giới hạn ngắn của
cột xi măng-đất đơn trong đất sét yếu khi đất phá hoại được tính theo biểu thức sau:
Q
gh
,
đất
= (
π
dH
cột
+2,25
π
d
2
)C
u
(2-5)

Trong đó:
d - đường kính của cột ximăng-đất;
H
cột
- chiều dài cột ximăng-đất;
C
u
- độ bền cắt không thoát nước trung bình của đất sét bao quanh, được
xác định bằng thí nghiệm ngoài trời như thí nghiệm cắt cánh và xuyên côn.
Giả thiết là sức cản mặt ngoài bằng độ bền cắt không thoát nước của đất sét C
u

và sức chịu ở chân cột ximăng-đất tương ứng là 9 C
u
. Sức chịu ở chân cột ximăng-đất
treo không đóng vào tầng nén chặt, thường thấp so với mặt ngoài. Sức chịu ở chân cột
ximăng-đất sẽ lớn khi cột ximăng-đất cắt qua tầng ép lún vào đất cứng nằm dưới có
sức chịu tải cao. Phần lớn tải trọng tác dụng sẽ truyền vào lớp đất ở dưới qua đáy của
cột ximăng-
đất. Tuy nhiên sức chịu ở chân cột ximăng-đất không thể vượt qua độ bền
nén của bản thân cột ximăng-đất.
Trong trường hợp cột xi măng-đất đã bị phá hoại trước thì các cột xi măng-đất
được xem tương tự như một lớp đất sét cứng nứt nẻ. Độ bền cắt của hỗn hợp sét ở
dạng cục hay hợp thể
đặc trưng cho giới hạn trên của độ bền. Khi xác định bằng thí
nghiệm xuyên hay cắt cánh, giới hạn này vào khoảng từ 2
÷
4 lần độ bền cắt dọc theo
mặt liên kết khi xác định bởi thí nghiệm nén có nở hông.

13
Hình 2-6: Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố
bằng cột xi măng-đất

Đường bao phá hoại tương ứng trên hình 2-6. Khả năng chịu tải giới hạn ngắn
ngày do cột ximăng-đất bị phá hoại ở độ sâu z được tính từ quan hệ:
Q
gh,cột ximăng - đất
=A
cột
x(3,5 C
cột
+3
σ
n
) (2-6)
Trong đó: C
cột
- lực dính kết của vật liệu cột ximăng-đất;
σ
n
- áp lực ngang tổng cộng tác động lên cột ximăng - đất tại mặt cắt giới hạn.
Giả thiết góc ma sát trong của đất là 30
o
. Hệ số tương ứng hệ số áp lực bị động
K
b
khi
ϕ
gh,cột ximăng - đất

=30
o
.
Giả thiết là
σ
n
=
σ
p
+ 5C
u
(2-7)
Trong đó:

σ
p
- áp lực tổng của các lớp phủ bên trên;
C
u
- độ bền cắt không thoát nước của đất sét không ổn định bao quanh.
Công thức này được dùng khi thiết kế có xét áp lực tổng của các lớp phủ bên
trên, vì áp lực đất bị động thay đổi khi chuyển vị ngang lớn.
Do hiện tượng rão, độ bền giới hạn lâu dài của cột ximăng-đất thấp hơn độ bền
ngắn hạn. Độ bền rão của cột ximăng-đất Q
rão,cột ximăng - đất
từ 65% - 85% của Q
gh,cột
ximăng - đất
. Giả thiết quan hệ biến dạng - tải trọng là tuyến tính cho tới khi rão như hình
2-7. Có thể dùng quan hệ này để tính sự phân bố tải trọng

σ
rão,cột ximăng - đất
và môđun ép
co của vật liệu cột ximăng-đất tương ứng độ dốc của đường quan hệ. Khi vượt quá
độ bền rão, tải trọng ở cột ximăng- đất được coi là hằng số.
Hình 2-7: Quan hệ ứng suất - biến dạng vật
liệu XMĐ


* Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cột ximăng-đất

14

Hình 2-8. Phá hoại khối


Hình 2-9: Phá hoại cắt cục bộ

Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cột ximăng-đất phụ thuộc vào độ bền cắt
của đất chưa xử lý giữa các cột ximăng-đất và độ bền cắt của vật liệu cột ximăng-đất.
Sự phá hoại quyết định bởi khả năng chịu tải của khối với cột ximăng-đất.
Trong trường h
ợp đầu, sức chống cắt dọc theo mặt phá hoại cắt qua toàn bộ
khối sẽ quyết định khả năng chịu tải và khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cột
ximăng-đất được tính theo:
Q
gh
,
nhóm
= 2C

u
H[B+L] +(6÷9)C
u
BL (2-8)
Trong đó: B, L và H - chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cột ximăng-
đất. Hệ số 6 dùng cho móng chữ nhật khi chiều dài lớn hơn chiều rộng nhiều (tức là
L>>B). Còn hệ số 9 dùng cho móng vuông.
Trong thiết kế, kiến nghị không dùng khả năng chịu tải giới hạn vì phải huy
động sức kháng tải trọng lớn nhất làm cho biến dạng khá lớn, bằng 5-10% bề rộng
vùng chịu tải.
Khả
năng chịu tải giới hạn, có xét đến phá hoại cục bộ ở rìa khối cột ximăng-
đất, phụ thuộc vào độ bền chống cắt trung bình của đất dọc theo mặt phá hoại gần tròn
như trong hình 2-10. Độ bền cắt trung bình có thể tính như khi tính ổn định mái dốc.
Khả năng chịu tải giới hạn có chú ý đến phá hoại cục bộ, được tính theo biểu thức:
q
gh
= 5,5C
tb
(1+0,2
b
L
) (2-9)
Trong đó:
b, L - chiều rộng và chiều dài vùng chịu tải cục bộ;
C
tb
- độ bền cắt trung bình dọc theo bề mặt phá hoại giả định. Độ bền cắt trung
bình của vùng ổn định chịu ảnh hưởng của diện tích tương đối của cột ximăng-đất a,
(bx1) và độ bền cắt của vật liệu cột ximăng-đất. Đề nghị dùng hệ số an toàn là 2,5 khi

tính toán thiết kế.

15
* Tính toán biến dạng

Hình 2-10: Sơ đồ tính toán biến dạng
Tổng độ lún của công trình xây dựng trên nền đất gia cố bằng cột ximăng-đất
như trên hình 2-6. Tổng độ lún lớn nhất lấy bằng tổng độ lún cục bộ của toàn khối nền
được gia cường (∆h
1
) và độ lún cục bộ của tầng đất nằm dưới đáy khối đất được gia
cường phía trên (∆h
2
)
Tức là:
∆h = ∆h
1
+ ∆h
2
(2-10)
Trong đó:
∆h
1
- độ lún cục bộ của khối đất nền sau khi được gia cường;
∆h
2
- độ lún cục bộ của tầng đất nằm dưới mũi cột ximăng-đất.
Khi tính toán ∆h có thể xảy ra 2 trường hợp:
- Tải trọng ngoài tác dụng tương đối nhỏ và cột ximăng - đất chưa bị rão:
Nếu độ lún dọc trục các trụ tương ứng với độ lún phần sét yếu xung quanh, thì

sự phân bố tải trọng ngoài sẽ phụ thuộc vào độ cứng tương đối của vật liệu cột. Chừng
nào ứng suất dọc trục cột (σ
cột
) còn nhỏ hơn độ bền giới hạn rão của nó (σ
rãocột
), thì sự
phân bố tải trọng dọc trục cột sẽ phụ thuộc vào môđun lún của vật liệu cột và của đất
đã gia cường, được tính theo công thức sau:

cét
cét
d
cét
cét
Q
q
M
A
a( )(1a)
M
σ= =
+
−
(2-11)
Trong đó:
q - tải trọng đơn vị, kG/cm
2
;
a - diện tích tương đối của cột;
M

d
và M
cột
- môđun biến dạng của đất nền xung quanh và của vật liệu cột
(
M
∆σ
=
∆ε
; ∆σ - số gia ứng suất truyền lên đất hay cột và ∆ε - số gia hệ số rỗng của đất
nền hay vật liệu cột).

16
Tải trọng phân bố đều q (do công trình hay nền đất đắp bên trên truyền xuống),
một phần truyền cho trụ q
1
, phần khác truyền cho đất q
2
. Nếu trụ và đất xung quanh có
cùng chuyển vị tương đối, có thể dùng quan hệ sau:
12
cét cét cét d
q(BL) q(BL)
nA M (BL nA )M
=
−
(2-12)
Đơn giản biểu thức trên ta được:
12
cét d

qq
aM (1 a)M
=
−
(2-13)
Độ lún cục bộ của khối đất sau khi được gia cường bằng cột ximăng-đất là:
1
cét d
qH
h
aM (1 a)M
∆=
+−
(2-14)
Độ lún cục bộ của tầng đất dưới mũi cột ∆h
2
có thể tính toán theo phương pháp
thông thường, hay có thể tính toán theo công thức sau:
∆h
2
= β ∆h
o
(2-15)
Trong đó:
∆h
o
- độ lún cuối cùng của tầng đất dưới mũi cột;
β - tỷ số giữa tổng độ lún của khối đất đã gia cường bằng cột ximăng-đất
với tổng độ lún của chính khối đất đó ở trạng thái tự nhiên:
d

cét d
M
aM (1 a)M
β=
+−
(2-16)
- Tải trọng ngoài tác dụng lớn và cột ximăng-đất bị rão:
Như trường hợp 1, tải trọng q được phân ra làm 2 phần q
1
truyền cho cột và q
2

truyền cho nền đất xung quanh cột, chúng được tính toán như sau:
r·océt
1
nQ
q
BL
=
(2-17)
và q
2
= (q - q
1
) (2-18)
Thành phần q
1

dùng để tính độ lún cục bộ ∆h
2

, và thành phần q
2
dùng để tính độ
lún cục bộ ∆h
1
.


Hình 2-12: Sơ đồ tải trọng truyền cho đất

17
Hình 2-11: Sơ đồ tải trọng truyền cho cột

không ổn định giữa các cột khi tải trọng vượt
quá độ bền rão

b/. Cách tính toán theo quy phạm Trung Quốc DBJ 08-40-94
- Lực chịu tải cho phép của cột đơn xi măng đất nên xác định thông qua thí
nghiệm tải trọng cột đơn, cũng có thể ước tính theo công thức (2-19) hoặc (2-20)
P
a
=
η
.
ƒ
cu
. A
P
(2-19)
Hoặc P

a
= U
P
.
Σ
q
si

l
i
+
α
. A
P
. q
P
(2-20)
Trong công thức trên:
P
a
- lực chịu tải cho phép cột đơn (kN);
f
cu
- trị số bình quân cường độ kháng nén (kPa) của mẫu thử xi măng đất trong
phòng (khối lập phương với chiều dài cạnh là 70,7mm) có công thức phối trộn xi
măng đất như của thân cột, 90 ngày tuổi và trong điều kiện bảo dưỡng tiêu chuẩn;
A
P
- diện tích mặt cắt của cột (m
2

);

η
- hệ số triết giảm cường độ thân cột, có thể lấy 0,3 ~ 0,4;
U
P
- chu vi của cột (m);
q
si
- lực ma sát cho phép của lớp đất thử i xung quanh cột. Đối với đất bùn có
thể lấy 5~8 kPa; đối với đất lẫn bùn có thể lấy 8~12 kPa; đối với đất sét có thể lấy
12~15 kPa;

l
i
- chiều dày của lớp đất thử i xung quanh cột (m);
q
P
- lực chịu tải (kPa) của đất móng thiên nhiên mũi cột;

α
- hệ số triết giảm lực chịu tải của đất móng thiên nhiên ở mũi cột, có thể lấy
0,4 ~ 0,6.
Lực chịu tải đất móng hỗn hợp cột xi măng đất chịu lực nên thông qua thí
nghiệm tải trọng móng tổ hợp để xác định, cũng có thể có ước tính theo công thức:
f
sp=
s
p
a

fm
A
mP
)1( −+
β
(2-21)
Trong công thức trên:
ƒ
sp
- lực chịu tải cho phép của móng tổ hợp (kPa);
ƒ
s
- lực chịu tải cho phép của đất móng thiên nhiên giữa các cột (kPa);
m - tỷ lệ phân bố diện tích cột và đất;
β
- hệ số triết giảm lực chịu tải của đất giữa cột. Khi đất mũi cột là đất yếu, có
thể lấy 0,5 ~ 1,0; khi đất mũi cột là đất cứng, có thể lấy 0,1 ~0,4. Cũng có thể căn cứ
yêu cầu công trình đạt tới lực chịu tải cho phép của móng tổ hợp, tìm tỷ lệ phân bố
diện tích cột và đất theo công thức:
sp s
aP s
f.f
m
PA .f
−β
=
−βl
(2-22)
Khi bố trí mặt bằng cột xi măng đất chịu lực có thể căn cứ yêu cầu về lực chịu
tải và biến dạng của nền móng đối với kiến trúc phần trên cũng như đặc điểm kết cấu

18
phần trên, sử dụng các hình thức gia cố như hình trụ, kiểu tường, hình vây quanh hoặc
hình khối, cột có thể chỉ bố trí trong phạm vi mặt bằng nền móng. Chiều dài cột phải
căn cứ các yếu tố như cầu biến dạng của khối kiến (cấu) trúc và kết cấu móng để xét.
Xử lý nền móng cột có thể bố trí cột theo hình vuông hoặc tam giác đều, tổng
số cột c
ần dùng tính theo công thức:
p
m.A
n
A
=
(2-23)
Trong công thức trên:
n - tổng số cột;
A - diện tích đáy nền móng (m
2
).
Khi cột xi măng đất chịu lực có tỷ lệ phân bố đất và cột tương đối lớn
(m>20%), đồng thời lại không bố trí theo hàng đơn, phải coi chùm cột xi măng đất
với đất giữa cột là một móng nặng toàn khối quy ước. Để kiểm tra cường độ lớp đất
mềm yếu dưới đáy móng nặng toàn khối quy ước, áp dụng công thức:

sp s s s 1
1
f.A G A.q f.(A A)
f
A
+− − −

µ= <
(2-24)
Trong công thức trên:
f
sp
- lực nén mặt đáy móng nặng toàn khối quy ước (kPa);
G - trọng lượng móng nặng toàn khối quy ước (kN);
A
s
- diện tích bề mặt bên móng nặng toàn khối quy ước (m
2
);
q
s
- lực ma sát bình quân bề mặt bên móng nặng toàn khối qui ước (kPa);
f
s
- lực chịu tải cho phép của đất móng ở cạnh mép móng nặng toàn khối qui
ước (kPa);
A
1
- diện tích mặt đáy của móng nặng toàn khối quy ước (m
2
);
f - lực chịu tải cho phép của đáy móng sau khi chỉnh sửa mặt đáy móng nặng
toàn khối quy ước (kPa).
- Tính toán biến dạng: Tính toán biến dạng của đất móng hỗn hợp cột xi măng
đất chịu lực phải bao gồm tổng của biến dạng co nén của cụm cột xi măng đất và co
nén biến dạng của lớp đất chưa gia cố dưới mũi cột. Trong đó trị s
ố biến dạng co nén

của cụm cột có thể căn cứ kết cấu phần trên, chiều dài cột, cường độ thân cột v.v lấy
20 - 40 mm theo kinh nghiệm. Trị số biến dạng co nén của lớp đất chưa gia cố dưới
đầu cột XMĐ tính toán như đất nền thiên nhiên chưa gia cố.
4.3 Thiết kế.
a. Thiết kế cọc xi măng- đất tuân theo trình tự cơ bản sau:
- Xác định các điều kiện thiết kế (địa hình, địa chất, tải trọng vv)
- Tính toán các thông số trước khi xử lý nền (theo TTGH1, 2 và 3)
- Tính toán xử lý bằng cọc xi măng đất (Mật độ, đường kính, chiều sâu gia cố vv)

19
Khảo sát địa hình, địa chất khu vực công trình
Thí nghiệm trong phòng xác định
n

và q

( ~ q )
n
Xác định điều kiện thiết kế
Giả thiết tỷ lệ diện tích gia cố và cờng độ
cọc thiết kế thông qua

( ~ q )
n
- Lún
Tính toán ổn định theo TTGH
- Trợt
- V.v
- Cờng độ, v.v
- Lún

Thử nghiệm cọc tại hiện trờng
- Sức chịu tải
Thi công đại trà
K. đạt
K.đạt
Hiệu chỉnh lại theo kết quả thí nghiệm

Hỡnh 2-13: S mụ t trỡnh t thit k v thi cụng cc xi mng t
b. Yờu cu tớnh toỏn thit k.
- Cỏc yờu cu tớnh toỏn thit k, bao gm n nh tng th, lỳn ca cụng trỡnh
gia c bng cc xi mng t c xem xột y trờn c s cỏc yu t v quy mụ,
mc quan trng ca cụng trỡnh v ti trng cụng trỡnh; iu kin thi cụng, iu kin
a cht cụng trỡnh phm vi d ỏn, mc tỏc ng kinh t, xó hi, con ngi vv.
Nh
ng yờu cu tớnh toỏn c th theo TCXD VN 285:2002 Cụng trỡnh Thy li - Cỏc
quy nh ch yu v thit k trang 18 Mc 6. Cỏc quy nh tớnh toỏn ch yu.
- Trng hp tớnh toỏn gia c cho cụng trỡnh giao thụng thỡ theo cỏc tiờu chun
ngnh giao thụng. Vớ d: i vi gia c nn ng thỡ 22TCN 262-2000 cho phộp nh
sau:
- Tr s lỳn d cho phộp ca t nn khụng vt quỏ 40 cm
- H s an ton v ng sut trong thõn cc (sc chu ti ca cc) khụng nh
hn
1,2
- H s an ton trt sõu, tớnh bng PP Bishop khụng nh hn 1,4
- H s an ton trt phng khụng nh hn 1,2.
- Trng hp tớnh toỏn gia c cho cỏc cụng trỡnh xõy dng dõn dng thỡ cng
cn tuõn theo cỏc tiờu chun v n nh v lỳn ca cỏc cụng trỡnh xõy dng dõn dng.

20
3. TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT THI CÔNG

3.1. Thiết bị và yêu cầu về thiết bị
Dây chuyền thiết bị khoan phụt cao áp (KPCA) thi công cọc XMĐ thông
thường bao gồm:
- Máy khoan;
- Trạm trộn và bơm vữa;
- Ống dẫn cao áp nối bơm với máy khoan;
- Thiết bị điều khiển áp lực, lưu lượng, thể tích bơm, tốc độ xoay, tốc độ rút,
chiều sâu khoan.
- Đối với hệ đơn pha: Một
đường ống chịu áp lực cao dẫn vữa đến đầu phun.
- Đối với hệ hai pha: Hai đường ống riêng biệt dẫn hai dung dịch (khí và vữa,
hoặc nước và vữa) đến đầu phun.
- Đối với hệ ba pha, ba đường ống riêng dẫn nước áp lực cao, khí nén và vữa
đến đầu phun.
Các ống nối chịu áp lực cao và đường cáp điều khiển nối máy bơm với máy
khoan. Cần khoan dài từ 1,5m đến 3m. Lỗ khoan
được nối với rãnh thu để đưa bùn
chảy vào vị trí máy hút bùn. Tại đây hỗn hợp nước - đất - ximăng được bơm ra khỏi
hiện trường hoặc sử dụng lại.
Hệ thống thiết bị trộn và bơm KPCA cho các hệ thống KPCA khác nhau gồm
có:
- Đối với hệ đơn pha: thùng chứa ximăng và các vật liệu khác, thiết bị trộn khô,
thùng khuấy, bơm vữa cao áp;
- Đối v
ới hệ hai pha (khí): giống như trên và có thêm một máy nén khí.
- Đối với hệ ba pha: giống như hệ hai pha và cho thêm một máy bơm nước cao
áp.
3.2. Bố trí mặt bằng và trình tự thi công
3.2.1. Bố trí mặt bằng
- Chuẩn bị mặt bằng làm việc ổn định và khô ráo;

- Vị trí chính xác của mỗi lỗ khoan phải được xác định và đánh dấu;
- Cần chuẩn bị một hệ thống thu gom và thải đổ dòng trào ngược;
- Khi xử
lý KPCA theo phương ngang, cần phải có biện pháp duy trì ổn định
của gương làm việc;
- Các giả thiết trong khi thiết kế về tình trạng kết cấu và hình dạng của các công
trình lân cận phải được xác nhận lại chắc chắn trước khi tiến hành thi công.
3.2.2. Trình tự thi công
3.2.2.1. Trình tự thi công cọc xi măng đất được sơ họa như hình 2-14

21

3.2.2.2. Trước khi thi công đại trà, cần phải thực hiện thi công thử. Thi công thử nhằm
xác định:
- Các thông số quá trình thi công (tốc độ xuyên, rút, áp lực bơm vữa vvv)
- Chất lượng của cọc xi măng đất gia cố (qua thí nghiệm nén, thí nghiệm
SCT vv)
- Các thông số quản lý chất lượng thi công và hệ thống quản lý chất lượng thi
công
- Các tác động với môi trường xung quanh (nếu cần)
3.2.2.3. Trong quá trình thi công cần tuân thủ và đảm bảo các yêu cầu thiết kế
. Cần có
hệ thống theo dõi chặt chẽ các thông số yêu cầu trong quá trình thi công như hàm
lượng xi măng, tốc độ trộn, tốc độ di chuyển, tốc độ bơm, áp lực bơm….Những thông
số này được ghi chép trong suốt thời gian thi công và là căn cứ để điều chỉnh quá trình
thi công.
3.2.2.4. Trình tự thi công một cọc xi măng đất.
- Xác định tim cọc bằng giao hội giữa hai máy kinh vĩ;
- Di chuyển máy đặt mũi khoan vào vị
trí tim cọc;

- Cân chỉnh máy để đảm bảo độ thẳng đứng của cọc xi măng đất, phải chú ý đến
độ bằng phẳng của thiết bị cẩu nâng và độ thẳng đứng của giá dẫn hướng, độ sai số
thẳng đứng không được vượt quá 10mm trên 1m dài cọc, sai lệch về bố trí vị trí tâm
cọc không được vượt quá 50mm, sai số đường kính cọc không được lớn hơn 4%;
- Khoan hạ
đầu phun xuống nền đất;
- Sau khi xuống đến cao độ mũi cọc, bơm vữa xi măng áp lực không dưới 200
atm với hàm lượng phun bằng hàm lượng thiết kế;
- Mũi phun vữa vừa xoay vừa rút lên, tới cao độ đỉnh cọc thiết kế thì ngừng
phun vữa. Rút mũi khoan lên khỏi mặt đất;
- Di chuyển máy đến vị trí cọc kế tiếp.
- Lặp lại các bước d, e, f.
Hình 2-15: giới thiệu s
ơ đồ tổng quát thi công 1 cọc xi măng đất.
Hình 2-14: Trình tự thi công cọc xi măng đất

22

3.3. Nghiệm thu và quan trắc
3.3.1. Nghiệm thu:
Công tác nghiệm thu phải thực hiện cho từng cọc khi hoàn thành và sau mỗi
ngày làm việc.
Tài liệu nghiệm thu phải bao gồm những số liệu quản lý chất lượng và thường
được thể hiện dưới dạng bảng và các biểu đồ theo độ sâu.
Các số liệu về các mẻ trộn như lượng xi măng, lượng nước,….phải được ghi
chép bổ sung trong báo cáo nghiệm thu.
3.3.1.1. Thí nghiệm
để đánh giá hình dạng
Quan sát bằng mắt và trực tiếp là các phương pháp đánh giá kích thước cọc tốt
nhất. Điều này đo đạc đòi hỏi phải đào bớt một khối lượng đất đá lớn, thậm chí đến hết

chiều dài cọc, do đó ít khả thi đối với các phần tử sẽ được sử dụng trong công trình.
Nếu quan sát bằng mắt không khả thi, có thể thu thậ
p thông tin về kích thước
mặt cắt của một phần tử bằng cách khoan lấy lõi hoặc khoan xuyên nghiêng góc so với
trục của phần tử đó.
Chiều dài của một phần tử có thể kiểm tra được bằng phương pháp khoan lấy
lõi hoặc khoan xuyên hoặc đóng dọc trục. Phần tử càng mảnh thì càng khó thực hiện
phương pháp này, và trên thực tế, không được áp dụng đối với phần tử có tỷ
lệ chiều
dài/ đường kính lớn hơn 15.
Khi tiến hành khoan lấy lõi, độ nghiêng của trục khoan phải được đo đạc, vị trí
và độ nghiêng của trục của một phần tử phải được xác định từ trước đó.
Khoan lấy lõi chỉ được tiến hành sau khi phần tử tạo ra có đủ thời gian ninh kết.
Phương pháp, thiết bị khoan và kích thước lõi phải được lựa chọn để đả
m bảo
mẫu khoan đại diện được tính chất của phần tử. Cần chú ý đặc biệt khi phần tử khoan
phụt cao áp (KPCA) nằm trong đất sét, sét mịn hoặc trong đất không đồng nhất (có
chứa cuội sỏi chẳng hạn) hoặc nền vật liệu khoan phụt có cường độ thấp.
3.3.1.2. Các thí nghiệm cơ học:
- Khi sử dụng các thí nghiệm tại chỗ để đo các tính chất của vậ
t liệu KPCA
(phương pháp đo xuyên, đo áp lực hoặc của bất cứ phương pháp nào đòi hỏi khoan
Hình 2-15 Giới thiệu sơ đồ tổng quát thi công 1 cọc xi
măng đất


23
xuyên) vị trí đặt thiết bị đo phải được qui định tương ứng với hình dạng của phần tử
được đo.
- Thí nghiệm nén mẫu nên dùng mẫu có tỷ lệ chiều cao/đáy bằng 2,0.

- Nếu có thể nên tạo thí nghiệm nén 4 mẫu cho mỗi 1000m
3
thể tích kết cấu
KPCA, nếu thiết kế không có chỉ định khác.
- Khi dùng phương pháp nén mẫu để lấy các chỉ tiêu cơ học, cần phải chú ý đến
khâu lấy mẫu, gia công mẫu và qui trình thí nghiệm.
- Xu hướng phát triển cường độ và các mô đun cơ lý phụ thuộc rất nhiều vào
loại đất, đất càng có nhiều thành phần mịn thì thời gian phát triển càng lâu.
- Thí nghiệm trên mẫu hình trụ (H/D=0,5), mẫu để nằm, kết qu
ả có thể qui đổi
thành cường độ chịu kéo của vật liệu mẫu và thí nghiệm cắt cũng có thể tiến hành trên
mẫu khoan lõi nếu công trình yêu cầu cụ thể.
- Thí nghiệm chất tải tại chỗ là phù hợp và cần thiết nếu phần tử KPCA sẽ được
dùng như móng sâu.
- Thí nghiệm cơ học nên được tiến hành vào những thời điểm sau khi vật liệu
ninh kết phù hợp vớ
i yêu cầu của công trình và có xét đến ảnh hưởng của từng loại
nền đối với quá trình ninh kết của vật liệu.
- Mẫu dùng cho thí nghiệm cơ học phải được bảo dưỡng trong điều kiện nhiệt
độ và độ ẩm kiểm soát chặt chẽ.
3.3.2. Quan trắc:
Quan trắc các thông số trong quá trình thi công là rất cần thiết đối với việc kiểm
soát chất lượng sản phẩm.

Đối với các công trình nằm trong vùng địa chất 2 và 3, cần phải thu thập liên
tục các thông số sau, trừ những khoảng thời gian ngắn mà thiết bị có sai sót không
tránh khỏi:
- Áp lực và lưu lượng phụt vữa;
- Tốc độ xoay và rút cần khoan.
Khi tiến hành KPCA tại địa điểm lân cận với các công trình có nguy cơ bị biến

dạng cao, cần sử dụng hệ thống quan trắc và báo động thích hợp.
Đối với các công trình h
ỗ trợ móng, công trình phải được quan trắc liên tục
bằng cách đo thăng bằng hoặc bằng thiết bị đo lún tự động.
3.3.3. Một số yêu cầu đặc biệt khác
a. Tuân thủ các tiêu chuẩn về an toàn: Quá trình thi công xi măng đất cần tuân theo các
quy định, tiêu chuẩn về an toàn hoặc các yêu cầu pháp lý về:
- An ninh cho công trường
- An toàn cho quy trình thi công
- An toàn về mặt vận hành đối với máy móc, thiết bị khoan phụt và phụ trợ.
- Bảo vệ môi tr
ường.

24
- An toàn lao động: Cần có các biện pháp thích hợp để bảo vệ sức khoẻ và an
toàn lao động cho công nhân cũng như các nhân sự trên hoặc gần công trường.
b.Bảo vệ môi trường
- Cần phải có biện pháp để tránh hoặc kiềm chế các tác động xấu đến môi
trường.
- Các mối nguy cơ đối với môi trường sau đây phải được xem xét:
+ Chuyển vị hệ quả của nền và các công trình lân cận
+ Ô nhiễm nguồ
n nước ngầm và nước mặt
- Những biến đổi không chấp nhận được đối với dòng nước ngầm tự nhiên:
+ Ô nhiễm không khí
+ Tiếng ồn
- Các biện pháp xử lý dòng trào ngược phải được tiến hành gồm:
+ Thu gom dòng trào ngược tại miệng hố khoan
+ Tích trữ tạm thời tại công trường
+ Xử lý bằng các phương pháp phù hợp

+ Thải ra để giảm thiểu tác động xấu đối với môi tr
ường.