Báo cáo nghiên cứu khoa học nghiên cứu ứng dụng chống lún công trình bằng công nghệ bơm vữa polymer

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH









BÁO CÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC



ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỐNG LÚN
CÔNG TRÌNH BẰNG CÔNG NGHỆ
BƠM VỮA POLYMER







TRƢƠNG VĂN TÀI

BIÊN HÒA, THÁNG 5/2012


TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH









BÁO CÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC



ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỐNG LÚN
CÔNG TRÌNH BẰNG CÔNG NGHỆ

BƠM VỮA POLYMER







Thực hiện: Trƣơng Văn Tài








BIÊN HÒA, THÁNG 5/2012
- 1 -

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
Mục lục 1
Danh mục các từ viết tắt 2
Danh mục hình ảnh 3
Danh mục bảng biểu 5

Chƣơng 1: MỞ ĐẦU 7

1.1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu 7
1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu 10
1.3. Mục tiêu nghiên cứu 10
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 11
1.5. Phương pháp nghiên cứu 11

Chƣơng 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 12
2.1. Công trình bị lún, nghiêng và những giải pháp chống lún, nghiêng 12
2.1.1. Tình trạng nghiêng, lún của các công trình 12
2.1.2. Giải pháp chống lún, nghiêng công trình do nguyên nhân
nền móng. 12
2.1.3. Nghiên cứu ứng dụng chống lún công trình bằng công
nghệ bơm vữa Polymer 15
2.2. Phương pháp khảo sát 17
2.2.1. Phương pháp xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test
- SPT) 17
2.2.2. Công tác khảo sát địa chất theo phương pháp mới 35
2.2.2.1. Thiết bị 35
2.2.2.2. Phương pháp thực hiện và kết quả 35
- 2 -

2.2.3. Tổng hợp kết quả của hai phương pháp thí nghiệm 40
2.2.4. Tính toán tải trọng của công trình hiện hữu 40
2.3. Phương pháp chống lún, nghiêng cho công trình 41
2.3.1. Các tính năng và tính chất của hỗn hợp vữa Polymer 41
2.3.1.1. Phuơng pháp bơm vữa Polymer nâng lên lấy lại
cao độ ban đầu cho tấm bản sàn 42
2.3.1.2. Sửa chữa gia cố công trình bằng phuơng pháp
bơm vữa Polymer 44
2.4. Ứng dụng phương pháp bơm vữa Polymer cho công trình cụ thể 50

2.4.1. Các bước của quá trình sử dụng phương pháp bơm vữa
Polymer được nêu dưới đây 50
2.4.2. Những ưu điểm của phương pháp bơm vữa Polymer so
với kỹ thuật lắp đặt tấm bêtông thông thường 51
2.4.3. Thực hiện bơm vữa Polymer 52
2.4.4. Giá thành 52
2.4.5. Kết quả sau khi xử lý vấn đề lún của đường bê tông bằng
phương pháp bơm vữa Polymer 53
2.4.6. Thiết lập phương pháp kiểm tra và đo lường 53

Chƣơng 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55
3.1. Kết luận 55
3.2. Kiến nghị 55

Danh mục tài liệu tham khảo 56





- 3 -

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

SPT – Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test).

- 4 -

DANH MỤC HÌNH ẢNH

HÌNH ẢNH TRANG
Hình 1.1. Các nguyên nhân gây hư hỏng công trình 8
Hình 1.2. Các công trình bị lún. 9
Hình 1.3. Nhà D3 đường Chu Văn An, quận BT, HCM bị lún nghiêng 25cm 9
Hình 1.4. Một căn nhà trên đường Lê Văn Khương, quận 12, TPHCM
nghiêng 10
Hình 2.1. Chống lún bằng cọc PowerPile. 13
Hình 2.2. Chống lún bằng cọc thép. 13
Hình 2.3. Chống lún bằng các đoạn cọc bê tông tròn và được nối với nhau
bằng dây cáp. 14
Hình 2.4. Bơm vữa Polymer để nâng các bản sàn bêtông 14
Hình 2.5. Biểu đồ kết quả lớp đất trước và sau khi gia cố được khảo sát bằng
thiết bị mới 15
Hình 2.6. Tấm bêtông trước và sau khi xử lý nền đất phía dưới. 16
Hình 2.7. Gia cố phần đất phía dưới đường ray tàu hỏa 16
Hình 2.8. Gia cố tấm bêtông tại kho chứa hàng. 16
Hình 2.9. Gia cố phần đất phía dưới bản quá độ của mố cầu 17
Hình 2.10. Gia cố phần đất phía dưới tại các mố cầu. 17

Hình 2.11. Gia cố đường băng sân bay 17
Hình 2.12. Gia cố bãi chứa hàng tại các bến cảng 17
Hình 2.13. Thiết bị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT tại hiện trường 19
Hình 2.14. Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT tại hiện trường 20
Hình 2.15. Thiết bị khảo sát địa chất theo phương pháp mới 35
Hình 2.16. Khảo sát địa chất theo phương pháp mới tại Khu Nhà Ở Cao Cấp
Linh Trung tại Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, Tp. Hồ Chí
Minh. 36
Hình 2.17. Một lỗ nhỏ 16mm được khoan xuyên qua tấm bê tông. 43
- 5 -

Hình 2.18. Nhiều thành phần, cấu trúc vữa được bơm. Nó mở rộng ngay lập
tức, lấp đầy các khoảng trống và nén chặt đất nền. 43
Hình 2.19. Tiếo tục bơm vữa cho tấm bản nâng lên và được kiểm soát cao độ
bằng tia laser. 43
Hình 2.20. Sau 30 phút xử lý thì diện tích xử lý có thể hoạt động lại bình
thường 44
Hình 2.21. Hình ảnh trước và sau khi gia cố xử lý móng bằng phương pháp
bơm vữa Polymer. 44
Hình 2.22. Chống lún tại sân bay tân Sơn Nhất 45
Hình 2.23. Gia cố xử lý đường bêtông ximăng bằng phương pháp bơm vữa
Polymer. 46
Hình 2.24. Gia cố xử lý bản quá độ tại các mố cầu bằng phương pháp bơm vữa
Polymer 46
Hình 2.25. Quá trình gia cố xử lý bản quá độ tại các mố cầu 47
Hình 2.26. Khu vực đường ray hoạt động của cần cẩu đã được sửa chữa 48
Hình 2.27. Độ dốc thoát nước đã được khắc phục 48
Hình 2.28. Tấm bê tông ở khu vực bến cảng bị lún 50mm 49
Hình 2.29. Quá trình bơm vữa Polymer được kiểm tra theo dõi bằng máy đo
Lazer 49

Hình 2.30. Khu vực xử lý đã hoạt động lại bình thường sau 30 phút 49
Hình 2.31. Các loại hư hỏng được sửa chữa bằng phương pháp bơm vữa
Polymer. 50
Hình 2.32. Tấm bản đườngbêtông bị lún lệch 51
Hình 2.33. Sơ đồ mặt bằng của đường bê tông xi măng bị hư hỏng 52
Hình 2.34. Khu vực xử lý đã hoạt động lại bình thường sau 30 phút 53
Hình 2.35. Kết quả khảo sát lớp đất trước và sau khi bơm vữa Polymer 54




- 6 -

DANH MỤC BẢNG BIỂU

BẢNG TRANG
Bảng 1: Tiêu chí mô tả trạng thái của đất thông qua chỉ số SPT 19
Bảng 2: Vị trí, cao độ hố khoan 20
Bảng 3: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất 32
Bảng 4: Tiêu chí mô tả trạng thái của đất rời thông qua chỉ số N của phương
pháo khảo sát địa chất mới tương đồng với chỉ số N của thí nghiệm
SPT. 40
Bảng 5: Tiêu chí mô tả trạng thái của đất dính thông qua chỉ số N của phương
pháo khảo sát địa chất mới tương đồng với chỉ số N của thí nghiệm
SPT. 40
Bảng 6: Cao độ cho 12 vị trí trên các tấm bêtông ximăng 53

- 7 -

CHƢƠNG 1 - MỞ ĐẦU

1.1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của các đô thị, đặc biệt là ở
các thành phố lớn, việc đầu tư xây dựng các công trình dân dụng phát triển khá
nhanh. Tuy nhiên, nhiều sự cố đã xảy ra do nhà bị lún, lún lệch dẫn đến công trình
bị nghiêng hoặc sập đổ làm ảnh hưởng lớn đến an toàn công trình và các công trình
lân cận, gây thiệt hại về tài sản và gây bức xúc trong xã hội. Các công trình này bao
gồm cả công trình xây mới, hiện hữu và cải tạo.
Nguyên nhân gây lún nứt công trình.
 Lún nứt có thể do hiện tượng lún không đều của nền móng hoặc do
tính toán sai kết cấu chịu lực của của các cấu kiện chịu lực của công
trình hoặc do thi công không đúng thiết kế…
 Đối với các công trình sử dụng kết cấu móng nông (móng băng, móng
bè).
 Hầu hết các công trình khi xây dựng có khảo sát địa chất; thiết kế kết
cấu móng theo tính toán tải trọng nhà và kết quả khảo sát địa chất và
thi công theo đúng thiết kế thì nhà sẽ chỉ lún đều vài cm, không ảnh
hưởng đến tính ổn định (không xảy ra hiện tượng nứt).

 Hiện tượng lún mặt đất do tải trọng của các công trình khi xây dựng
trên nền địa chất yếu, làm mất cân bằng áp lực giữa lớp chứa nước và
các lớp cách nước sẽ khiến đất từ từ nén lớp chứa nước và các lớp
thấm nước yếu tạo ra biến dạng bề mặt đất còn gọi là lún đất. Dấu
hiệu nhận biết là giếng khoan ống chống bị trồi khỏi mặt đất, sụt nền,
công trình dân dụng bị nứt tường hoặc tình trạng ngập do triều ở các
tuyến đường ngày càng tăng theo thời gian.
 Bên cạnh đó, do quá trình đô thị hóa, mặt đất bị thảm bê tông, kênh
rạch bị san lấp khiến nguồn nước bổ sung cho các túi nước ngầm sụt
- 8 -

giảm, trong khi nhu cầu khai thác nước ngầm lại tăng mạnh, gây hiện
tượng lún.
















Như vậy sẽ có 4 nguyên nhân chính dẫn đến việc lún, nghiêng:

 Không khảo sát địa chất nền đất xây dựng.
 Có khảo sát địa chất, tính toán thiết kế kết cấu sai như không tính đủ
tải trọng của công trình (tải trọng tĩnh và tải trọng động), tính sai kết
cấu móng…
 Có khảo sát địa chất đúng, thiết kế kết cấu đúng theo tiêu chuẩn,
nhưng thi công không đúng so với thiết kế, dẫn đến hiện tượng lún,
nứt.
 Khai thác nước ngầm tăng mạnh.
Ngoài ra, còn một số nguyên nhân khác cũng dẫn đến việc nứt, lún như sử
dụng không đúng mục đích tính toán (dự kiến làm nhà ở nhưng lại dùng làm sàn
- 9 -

nhảy hoặc làm kho chứa hàng nặng hoặc cơi nới xây thêm tầng…), động đất, xây
dựng tiết kiệm (hệ số an toàn thấp) khi có tác động ngoài dự kiến vào công trình
cũng có thể gây nứt, lún… công trình.

Hình 1.2. Các công trình .

Hình 1.3.  nghiêng 25cm.
- 10 -


Hình 1.4. g 12, TPHCM nghiêng.

1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu
Hiện nay trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng vẫn đang sử dụng
rất nhiều phương pháp chống lún tùy thuộc vào quy mô công trình và loại công
trình.
Việc ứng dụng công nghệ chống lún của các nước tiên tiến như: Anh, Úc,
Mỹ … vào điều kiện thực tế tại Việt Nam vẫn còn nhiều hạn chế do.
 Thiết bị máy móc tại VN không có.
 Các nghiên cứu về vật liệu chống lún chưa có nhiều…

1.3. Mục tiêu nghiên cứu
Đưa ra giải pháp ứng dụng chống lún công trình bằng phương pháp bơm vữa
Polymer đã và đang được áp dụng tại các nước trên thế giới.
Sử dụng dụng cụ khảo sát địa chất theo phương pháp mới để biết được tính
chất “tương đối” của các lớp đất tại nơi cần khảo sát. Bằng kết quả thực nghiệm của
dụng cụ khảo sát mới và so sánh với kết quả thí nghiệm SPT tại cùng một vị trí, từ
đó tổng hợp các kết quả thực nghiệm và thí nghiệm SPT để đưa ra thông số về một
số loại đất ở khu vực Tp. HCM. Với các thông số đó thì có thể xác định được trạng
thái của lớp đất cần khảo sát mà không cần phải khoan và thí nghiệm SPT.

- 11 -

1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Về phạm vi nghiên cứu để thực nghiệm dụng cụ khảo sát địa chất theo
phương pháp mới, chủ yếu thực hiện tại khu vực Tp. HCM.
Ứng dụng phương pháp bơm vữa Polymer là giải pháp lý tưởng nhất cho
công tác gia cố nền đất yếu và nâng sàn, nâng móng.
Biện pháp thi công cực kỳ nhanh, gọn và sạch.
Thiết bị thi công nhỏ, thi công được ở những khu vực nhỏ vừa đủ một người
ngồi.
Việc thi công không ảnh hưởng đến sinh hoạt kinh doanh, sản xuất, không
gây bụi bặm, tiếng ồn.

1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu phương pháp khảo sát địa chất mới bằng thực nghiệm và so sánh
với kết quả của thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test – SPT), từ
đó rút ra thông số tính chất “tương đối” của lớp đất.
Dựa vào các thông số tính chất của lớp đất được thực thực hiện bằng dụng cụ
khảo sát địa chất theo phương pháp mới. Từ đó tính toán các thông số độ rỗng của
lớp đất, sức chịu tải của lớp đất, tính toán tổng tải trọng của công trình hiện hữu, sau
đó tính toán khối lượng vữa Polymer cần phải bơm.
Song song với việc bơm vữa thì phải bố trí các thiết bị đo để kiểm soát áp lực
của vữa tạo ra khi bơm.








- 12 -

CHƢƠNG 2 - NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.1. Công trình bị lún, nghiêng và những giải pháp chống lún, nghiêng
2.1.1. Tình trạng nghiêng, lún của các công trình
Lún là công trình bị chuyển vị thẳng đứng hay bị chuyển vị thẳng
đứng không đều (lún lệch) đưa đến chuyển vị ngang gây nghiêng. Tất cả các
công trình xây dựng đều bị lún, miễn trong giới hạn cho phép (công trình dân
dụng ít hơn 8cm), không gây ảnh hưởng xấu đến sử dụng và công trình lân
cận thì chấp nhận được.
Sự cố công trình có nguyên nhân lún xảy ra thường xuyên ở một số
thành phố lớn như Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh và nhiều tỉnh thành khác trong
cả nước. Các số liệu thống kê tại các địa phương có các nghiên cứu, tổng kết
đầy đủ và hệ thống nhất về sự cố nền móng, từ trước tới nay cho thấy:
 Hàng trăm nhà ở với quy mô từ 2 đến 6 tầng có tổng độ lún vượt
quá cho phép từ 2-5 lần, tương đương độ lún từ 15-40 cm [2].
 Các công trình bị nghiêng lún đều sử dụng móng nông đặt trên nền
thiên nhiên hoặc trên nền đất gia cố bằng cọc tre, đệm cát, cọc cát
với độ sâu gia cố hạn chế trong khoảng 2 - 4m. Phía dưới đáy
móng hoặc dưới độ sâu gia cố vẫn còn những lớp đất yếu.
 Khoảng trên 50 nhà chung cư bị hư hỏng nghiêm trọng do lún, cần
thiết đầu tư sửa chữa. Một số nhà đã phải dỡ bỏ sau khi đã gia
cường vì hiệu quả gia cường không theo ý muốn. Một số nhà dỡ
bỏ để xây mới công trình với quy mô lớn hơn.

2.1.2. Giải pháp chống lún, nghiêng công trình do nguyên nhân nền
móng.
Hiện tại có rất nhiều phương pháp chống lún như: Ép cọc
bêtông, đóng cọc cừ tràm, sử dụng kích thủy lực để nâng móng và gia
cố móng… Tuy nhiên hiện nay ở một số nước phát triển như Anh,

- 13 -

Mỹ, Úc, Phần Lan… họ không sử dụng các phương pháp này mà họ
sử dụng một số phương pháp mới như: Ép cọc thép, Ép các đoạn cọc
bê tông tròn và được nối với nhau bằng dây cáp, cọc MicrroPile, cọc
PowerPile, bơm vữa Polymer…


Hình 2.1. 


Hình 2.2. 

- 14 -


Hình 2.3. 
.


Hình 2.4. 

- 15 -

Với các phương pháp chống lún như: Ép cọc thép, Ép các đoạn
cọc bê tông tròn và được nối với nhau bằng dây cáp, cọc Micrropile,
bơm vữa Polymer… thì đòi hỏi phải tính toán cụ thể cho phù hợp với
điều kiện địa chất của từng vùng miền tại Việt Nam.

2.1.3. Nghiên cứu ứng dụng chống lún công trình bằng công nghệ bơm

vữa Polymer
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài thì chỉ nghiên cứu sử
dụng dụng cụ khảo sát địa chất theo phương pháp mới và ứng dụng
chống lún cho công trình bằng phương pháp bơm vữa Polymer.
Phương pháp bơm vữa Polymer dựa vào sức giãn nở của vật tư
Polymer khi được bơm vào lòng đất. Áp lực đặt lên đất nền có thể lên
đến hơn 10Mpa – 17Mpa.
Áp lực này gia cố nền đất cục bộ tại vị trí được bơm sâu để làm
đất cố kết, tăng khả năng chịu tải. Khi nền đất chịu được tải trọng của
cấu trúc bên trên, khối lượng vữa Polymer bơm thêm vào sẽ giãn nỡ
để nâng cao sàn.

Hình 2.5. 
.
- 16 -

Phương pháp bơm vữa Polymer thường được ứng dụng trong
công tác gia cố và nâng móng, nâng bằng lại đường nhựa, đường bê
tông , đầu cầu, bến
cảng đường thủy và bến cảng đường hàng không, nhà kho, nhà xưởng.
Phương pháp bơm vữa Polymer cũng còn được dùng để trám
bít những khoảng rỗng bên dưới sàn do đất lún, sụt và tạo lớp chống
thấm cho tường, sàn hầm và khe.

Hình 2.6. 


Hình 2.7.  Hình 2.8. 
 
- 17 -

Hình 2.9. G Hình 2.10. 
 . 


Hình 2.11.  Hình 2.12. 
sân bay. .

2.2. Phƣơng pháp khảo sát
Thí nghiệm hiện trường bằng phương pháp xuyên tiêu chuẩn (Standard
Penetration Test – SPT) và khảo sát địa chất theo phương pháp mới.
2.2.1. Phƣơng pháp xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test -SPT)
Thực hiện thí nghiệm trong lỗ khoan. Dùng một quả tạ có khối lượng
63.5kg cho rơi tự do ở độ cao 76cm để đưa một ống xuyên tiêu chuẩn ngập
sâu vào trong đất một đoạn là 30cm.
Ưu điểm: Phát hiện địa tầng khá chính xác, mẫu đất được giữ khá tốt
để mô tả.
Hạn chế: Không khoan được trong đá, đất rời có hòn to, hoặc cuội sỏi
rất chặc.
- 18 -

Kết quả thí nghiệm:
Thu được chỉ số SPT - N       a 
sâu vàà 30cm).
Mục đích :
– Xác định độ chặt tương đối và góc ma sát trong của đất cát;
– Xác định sức chịu tải cho phép của móng nông quy ước;
– Xác định môđun biến dạng E
0

của đất nền;
– Xác định trạng thái của đất dính;
– Lấy mẫu đất không nguyên dạng.

Bảng 1: Tiêu chí mô tả trạng thái của đất thông qua chỉ số SPT.
Đất rời (cát sạn)
Đất dính (sét, sét pha)
Khoảng độ chặt
tƣơng đối (%)
Mô tả
trạng thái
N (SPT)
Góc 
(độ)
q
c

(kG/cm
2
)
Mô tả trạng
thái
N (SPT)
0-15
15-35
35-65
65-85
85-100
Rất xốp
Xốp

Chặt vừa
Chặt
Rất chặt
0-4
4-10
10-30
30-50
>50
30
30-35
35-40
40-45
>45
20
20-40
40-120
120-200
>200
Chảy (nhão)
Dẻo chảy
Dẻo mềm
Dẻo cứng
Nữa cứng
Cứng
<2
2-4
4-8
8-16
16-30
>30

Hình 2.13. 
- 19 -


Hình 2.14. 

Khảo sát đòa chất công trình Khu Nhà Ở Cao Cấp Linh Trung tại
Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, Tp. Hồ Chí Minh.
Vò trí, cao độ hố khoan được thể hiện trên sơ đồ bố trí hố khoan và
trình bày trong bảng 2:
Bảng 2: Vị trí, cao độ hố khoan
STT
Lỗ khoan
Cao độ (m)
Tọa độ
X
Y
1
HK1
+4.538
613774.093
1201358.993
2
HK2

+4.880
613743.596
1201380.733
3
HK3
+4.765
613753.035
1201395.765
4
HK4
+4.329
613721.933
1201325.604
5
HK5
+4.878
613715.671
1201363.911
6
HK7
+4.864
613675.206
1201398.581
7
HK8
+4.862
613705.760
1201421.792
8
HK9

+4.899
613722.620
1201457.369
Ghi chú: Tọa độ theo hệ VN2000, cao độ theo hệ Hòn Giấu
- 20 -

Sơ đồ vị trí khu vực khảo sát và các hố khoan.

- 21 -

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM SPT

- 22 -


- 23 -