nghiên cứu giải pháp hợp lý trong quản lý tổ chức thi công cọc xi măng đất theo công nghệ jet - grouting

LỜI CẢM ƠN

Luận văn “Nghiên cứu giải pháp hợp lý trong quản lý tổ chức thi công cọc xi
măng đất theo công nghệ Jet - grouting” được hoàn thành tại trường Đại học Thủy
Lợi.
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS.Lê Văn Hùng và TS.Phan
Trường Giang đã tận tình hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này. Xin chân
thành cảm ơn các giảng viên Khoa công trình – trường đại học Thủy Lợi, các đồng
nghiệp trong và ngoài ngành đã cung cấp các tài liệu phục vụ cho luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo, các đồng nghiệp tại Trung tâm
công trình Hồ Đập – Viện Thủy Công – Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, những
người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã khích lệ, ủng hộ, động viên về
mọi mặt cho tác giả hoàn thành luận văn này.
Do hạn chế về mặt thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế nên
trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, chắc chắn khó tránh khỏi những
thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những nhận xét và đóng góp của các nhà
chuyên môn.

Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Tác giả



Vũ Thị Kim Liên






BẢN CAM ĐOAN

Tôi là Vũ Thị Kim Liên, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của
riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa
được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào.
Tác giả



Vũ Thị Kim Liên



















MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1

1. Tính cấp thiết của Đề tài 1

2. Mục đích của đề tài 1

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

4. Kết quả dự kiến đạt được 2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CỌC XI MĂNG ĐẤT 3

1.1. Đặt vấn đề 3

1.1.1. Khái niệm 3

Ưu điểm của Cọc xi măng đất: 3

1.1.2. Phương pháp thi công cọc xi măng đất 4

1.2. Công nghệ Jet – grouting 7

1.2.1. Công nghệ thi công cọc xi măng đất Jet - Grouting 7

1.2.2. Nguyên lý tạo ra cọc xi măng đất 8

1.2.3. Quá trình thi công 10

1.3. Ứng dụng của cọc xi măng đất 12

1.3.1. Ứng dụng của cọc xi măng đất cho giải pháp công trình 12

1.3.2. Ứng dụng cọc xi măng đất trên Thế giới 15

1.3.3. Ứng dụng cọc xi măng đất tại Việt Nam 18

1.3.4. Ứng dụng của cọc xi măng đất cho các công trình thủy lợi 20

CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH TỔ CHỨC THI CÔNG CỌC XI MĂNG ĐẤT THEO
CÔNG NGHỆ JET - GROUTING 27

2.1. Các tiêu chuẩn, quy phạm về thi công cọc xi măng đất theo công nghệ Jet –
Grouting 27

2.1.1. Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 9403:2012 “Gia cố nền đất yếu - trụ xi
măng đất” 27

2.1.2. Tiêu chuẩn TCCS 05:2010/VKHTLVN 28

2.1.3. Tiêu chuẩn châu Âu EN 12716:2001 29

2.2. Định mức áp dụng trong thi công cọc xi măng đất theo công nghệ Jet -
grouting 30

2.2.1. Nội dung của định mức 30

2.2.2. Hướng dẫn áp dụng 31

2.3. Ứng dụng thi công cọc xi măng đất theo công nghệ Jet – Grouting cho các
công trình thủy lợi 33

2.3.1. Ứng dụng cọc xi măng đất theo công nghệ Jet – Grouting xử lý chống
thấm cho các công trình thủy lợi 33

2.3.2. Ứng dụng cọc xi măng đất theo công nghệ Jet – Grouting xử lý nền đất
yếu cho các công trình thủy lợi 41

2.4. Nghiên cứu giải pháp hợp lý trong quản lý tổ chức thi công cọc Xi măng đất
theo công nghệ Jet – Grouting (khoan phụt cao áp) 49

2.4.1. Quản lý kỹ thuật trong tổ chức thi công cọc xi măng đất theo công nghệ
Jet – Grouting 51

2.4.2. Quản lý chất lượng trong quá trình thi công cọc xi măng đất bằng công
nghệ Jet – Grouting 55

2.4.3. Quản lý nghiệm thu cọc xi măng đất 61

2.4.4. Quản lý hồ sơ thi công 63

2.4.5. Quản lý sau khi thi công 64

CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HỢP LÝ
TRONG QUẢN LÝ TỔ CHỨC THI CÔNG CỌC XI MĂNG ĐẤT THEO CÔNG
NGHỆ JET-GROUTING CHO NỀN ĐẬP HỒ CHỨA NƯỚC KHE NGANG –
TỈNH THỪA THIÊN HUẾ 66

3.1. Giới thiệu tóm tắt về công trình 66

3.2. Địa chất nền đập chính 67

3.2.1. Các lớp đất tầng phủ và đá gốc phong hóa hoàn toàn: 67

3.2.2. Đá gốc: 68

3.3. Ứng dụng kết quả nghiên cứu giải pháp hợp lý trong quá trình quản lý tổ
chức thi công cọc xi măng đất theo công nghệ jet – grouting 69

3.3.1. Quản lý kỹ thuật 69

3.3.2. Quản lý chất lượng trong quá trình thi công cọc xi măng đất theo công
nghệ Jet – grouting xử lý nền đập Khe Ngang 77

3.3.3. Quản lý kiểm tra chất lượng và nghiệm thu cọc xi măng đất 83

3.3.4. Quản lý hồ sơ thi công 86

3.3.5. Quản lý sau khi thi công 86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

1. Các kết luận chung 87

2. Những mặt hạn chế 87

3. Các kiến nghị 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Thi công cọc xi măng đất theo phương pháp trộn khô (Dry jet mixing) 4

Hình 1.2 Sơ đồ thi công trộn khô 5

Hình 1.3 Sơ đồ dây chuyền thiết bị khoan phụt cao áp 6

Hình 1.4 Sơ đồ thi công trộn ướt 6

Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ Jet - grouting 7

Hình 1.6 Công nghệ S 8

Hình 1.7 Công nghệ D 9

Hình 1.8 Công nghệ T 10

Hình 1.9 Một số sơ đồ ứng dụng của cọc xi măng đất 12

Hình 1.10 Gia cố nền móng 13

Hình 1.11 Gia cố thành hố đào 13

Hình 1.12 Hàng cọc chống thấm 13

Hình 1.13 Ổn định tường chắn 14

Hình 1.14 Gia cố đường hầm 14

Hình 1.15 Thi công cọc xi măng đất tại Nhật Bản 15

Hình 1.16 Một số hình ảnh thi công cọc xi măng đất ở Đức 17

Hình 1.17 Chống thấm cho cống dưới đê 20

Hình 1.18 Chống thấm cho đập đất 21

Hình 1.19 Xử lý nền cho đê điều 22

Hình 1.20 Xử lý nền đập, kè sông, kè biển 23

Hình 1.21 Xử lý nền cống 24

Hình 2.1 Chống thấm cho cống dưới đê bằng công nghệ Jet - Grouting 35

Hình 2.2 Tường lõi bằng cọc ximăng - đất áp dụng cho các đập cũ bị thấm 35

Hình 2.3 Tường ngầm bằng cọc xi măng đất cắt qua lớp xen kẹp 36

Hình 2.4 Thứ tự thi công cọc xi măng đất (1 hàng) 37

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thi công cọc xi măng đất (2 hàng) 37

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thi công cọc xi măng đất (2 hàng) 38

Hình 2.7 Mô tả tường xi măng đất cắt qua tầng cuội sỏi thấm nước để chống thấm
qua đáy cống D10 39

Hình 2.8 Công trình bị lún sụt nghiêm trọng 40

Hình 2.9 - 1: bố trí dạng dải; 2: bố trí theo nhóm; 3: bố trí theo lưới tam giác (hoa
thị); 4: bố trí theo lưới ô vuông 45

Hình 2.10 Bố trí cọc trùng nhau theo khối 45

Hình 2.11 Bố trí cọc trùng nhau, thứ tự thi công 45

Hình 2.12 Bố trí cọc trên mặt đất: 1 Kiểu tường, 2 Kiểu kẻ ô, 3 Kiểu khối,

4 Kiểu
diện 46

Hình 2.13 Bố trí cọc trên biển:1 Kiểu khối , 2 Kiểu tường, 3 Kiểu kẻ ô, 4 Kiểu
cột, 5 Cột tiếp xúc, 6 Tường tiếp xúc, 7 Kẻ ô tiếp xúc, 8 Khối tiếp xúc 46

Hình 2.14 Hiện trạng công trình 47

Hình 2.15 Bố trí cọc xi măng đất trên mặt cắt ngang 48

Hình 2.16 Đoạn đê bị lún sụt nghiêm trọng 48

Hình 2.17 Mô hình về sự chịu trách nhiệm của Chủ đầu tư về chất lượng 57

thi công cọc xi măng đất thông qua các đơn vị và thí nghiệm hiện trường 57

Hình 2.18 Sơ đồ quản lý chất lượng 61

Hình 3.1 Cách bố trí cọc 70

Hình 3.2 Phân đoạn thi công cọc xi măng đất 72

Hình 3.3 Mặt bằng thi công 77

Hình 3.4 Quy trình thi công cọc thử nghiệm 78

Hình 3.5 Thí nghiệm nén mẫu 79

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Số liệu về một số công trình sử dụng cọc xi măng đất 20

Bảng 2.1 Hệ số điều chỉnh hao phí xi măng trong 1 m
3
31

Bảng 2.2 Hệ số điều chỉnh hao phí nhân công 32

Bảng 3.1 Bảng thống kê số liệu cọc theo từng phân đoạn 72

Bảng 3.2 Tiến độ thi công cọc xi măng đất đập Khe Ngang 74

1


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Đề tài
Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều
kiện nền kinh tế thị trường, ngành xây dựng tất yếu cần phải phát triển không ngừng
và ngày càng lớn mạnh. Tiếp cận các công nghệ tiên tiến của thế giới và đưa vào
ứng dụng trong nước để tạo ra sản phẩm có chất lượng, đạt hiệu quả kinh tế cao là
một phần chiến lược phát triển khoa học công nghệ của Nhà nước hiện nay.
Để nâng cao chất lượng trong lĩnh vực xử lý nền các công trình thủy lợi, công
trình giao thông có rất nhiều công nghệ mới được đưa vào ứng dụng rộng rãi như
bấc thấm, vải địa kỹ thuật…và không thể không nói đến công nghệ khoan phụt cao
áp (jet - grouting).
Tuy ra đời muộn nhưng công nghệ khoan phụt cao áp đã được các nhà chuyên
môn đón nhận và quan tâm vì những ưu điểm nổi bật của nó, đặc biệt để giải quyết
những khó khăn trong thi công.

Việc sử dụng phương pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất theo công nghệ jet
- grouting tại Việt Nam chưa được áp dụng rộng rãi vì lý thuyết, phương pháp tính
toán cũng như giá thành máy móc, chưa có những nghiên cứu nâng cao chất lượng
trong quá trình thi công.
Với những đặc điểm và yêu cầu nêu trên, đề tài “ Nghiên cứu giải pháp hợp lý
trong quản lý tổ chức thi công cọc xi măng đất theo công nghệ Jet – Grouting ”
mang ý nghĩa thiết thực, cần thiết nhằm nâng cao chất lượng trong quá trình thi
công, xử lý kịp thời các sự cố xảy ra đối với công trình, đem lại hiệu quả kinh tế
cao.
2. Mục đích của đề tài
Một là, nắm được đặc điểm kỹ thuật của cọc xi măng đất và quy trình thi công
cọc xi măng đất theo công nghệ Jet – Grouting để có giải pháp quản lý đảm bảo
chất lượng công trình;
2


Hai là, đề xuất giải pháp để đảm bảo chất lượng và kiểm tra đánh giá chất
lượng trong quá trình thi công và nghiệm thu;
Ba là, áp dụng giải pháp hợp lý để quản lý tổ chức thi công cọc xi măng đất
theo công nghệ Jet - Grouting vào xử lý nền đất yếu Đập Khe Ngang – tỉnh Thừa
Thiên Huế;
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Cách tiếp cận:
- Tìm hiểu các tài liệu đã được nghiên cứu và ứng dụng;
- Tìm hiểu các công trình thực tế đã thi công ở Việt Nam;
- Tìm hiểu các báo cáo, đề tài nghiên cứu khoa học của các chuyên gia.
Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp điều tra khảo sát thu thập phân tích tổng hợp tài liệu;
- Phương pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm;
- Phương pháp quan sát khoa học và tiếp cận thực tế.

4. Kết quả dự kiến đạt được
Tổng quan về thi công cọc xi măng đất theo công nghệ Jet – Grouting đã ứng
dụng vào các công trình ở Việt Nam. Từ đó, đề xuất giải pháp hợp lý trong quản lý
tổ chức thi công nhằm nâng cao chất lượng cho công trình, áp dụng cụ thể cho công
trình đập Khe Ngang.








3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CỌC XI MĂNG ĐẤT
1.1. Đặt vấn đề
1.1.1. Khái niệm
Cọc xi măng đất là cọc hình trụ được tạo ra bằng phương pháp trộn sâu, là hỗn
hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết
bị khoan phun. Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp
đất cần gia cố thì quay ngược lại và dịch chuyển lên. Trong quá trình dịch chuyển
lên, xi măng được phun vào nền đất (bằng áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc
bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt).
Cọc xi măng đất là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu. Cọc xi măng
đất được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho các công trình
xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng…như: làm tường hào chống thấm
cho đê đập, sửa chữa thấm mang cống và đáy cống, gia cố đất xung quanh đường
hầm, ổn định tường chắn, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố nền đường, mố cầu

dẫn Cũng như ngăn ngừa hiện tượng hóa lỏng của đất và cải tạo các vùng đất
nhiễm độc…
Ưu điểm của Cọc xi măng đất:
- So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, công nghệ cọc xi măng đất có ưu
điểm là khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với nhiều loại đất yếu, thi công
được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật
hẹp, tính linh hoạt để đạt được ý đồ của người thiết kế (ví dụ: nhiều khi chỉ gia cố
cục bộ tại một vùng dưới sâu,…) trong nhiều trường hợp đã đưa lại hiệu quả kinh tế
rõ rệt so với các giải pháp xử lý khác.
- Cọc xi măng đất thi công nhanh, thời gian cố kết ngắn, cho phép chất tải
sớm. Điều này ưu việt hơn hẳn công nghệ bấc thấm, cọc cát.
- Thi công đơn giản và nhanh. Một bộ thiết bị kiểu cơ có thể thi công 200m
cọc/ ngày. Một bộ thiết bị kiểu Jet – grouting có thể thi công 100m/ngày.
4


- Sử dụng vật liệu xi măng sẵn có ở mọi nơi và phù hợp với chủ trương kích
cầu của nhà nước.
- Giá thành chấp nhận được.
- Khả năng có sẵn thiết bị: tại thời điểm cuối năm 2009, năng lực thiết bị của
các nhà thầu trong nước hầu như đã đáp ứng được nhu cầu của các dự án trong
ngành xây dựng, giao thông và thủy lợi. Và đến nay, các thiết bị không ngừng được
cải tiến và ứng dụng ngày càng rộng rãi.
1.1.2. Phương pháp thi công cọc xi măng đất
Hiện nay, phổ biến hai phương pháp thi công cọc xi măng đất là: Phương pháp
trộn khô (Dry Jet Mixing) và phương pháp trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là Jet-
grouting).
1.1.2.1. Phương pháp trộn khô (Dry Jet Mixing)
Phương pháp trộn khô (Dry jet mixing) là phương pháp trộn sâu dạng khô,
dùng không khí để dẫn xi măng bột vào đất ( độ ẩm của đất cần phải không nhỏ hơn

20%)

Hình 1.1 Thi công cọc xi măng đất theo phương pháp trộn khô (Dry jet mixing)
- Bột xi măng được phụt sâu vào trong đất thông qua ống nén khí. Bột này
được trộn một cách cơ học nhờ thiết bị quay.
- Trong phương pháp này không cho thêm nước vào trong đất, do đó hiệu quả
cải tạo đất sẽ cao hơn phương pháp trộn ướt.
5


Phương pháp thi công trộn khô:

Hình 1.2 Sơ đồ thi công trộn khô
Quy trình thi công gồm các bước sau:
a. Định vị thiết bị trộn
b. Xuyên đầu trộn xuống độ sâu thiết kế đồng thời phá tơi đất;
c. Rút đầu trộn lên, đồng thời phun xi măng vào đất
d. Đầu trộn quay và trộn đều xi măng với đất
e. Kết thúc thi công.
Ưu điểm: Tốc độ thi công nhanh, đường kính cọc đảm bảo đồng đều.
Nhược điểm: Thiết bị cồng kềnh (phải có một dàn dẫn hướng cao để gắn cần khoan)
không thích hợp với mặt bằng hiện trường chật hẹp, lầy lội;
1.1.2.1. Phương pháp thi công trộn ướt (Jet - Grouting)
Phương pháp trộn ướt (Jet – grouting) là phương pháp trộn sâu dạng ướt, vữa
xi măng được phun vào đất nhờ áp lực lớn từ một vòi xoay.
Phương pháp Jet – grouting được phát minh tại Nhật Bản năm 1970. Sau đó
các công ty của Ý, Đức đã mua lại phát minh trên và đến nay nhiều công ty xử lý
nền móng hàng đầu thế giới đều xử dụng công nghệ này như công ty Layne
Christensen (Mỹ), Bauer (Đức), Keller (Anh), Frankipile (Úc)…Trải qua hơn 40
năm hoàn thiện và phát triển, đến nay công nghệ này đã được thừa nhận rộng khắp,

được kiểm nghiệm và đưa vào tiêu chuẩn ở các nước phát triển trên thế giới.
6



Hình 1.3 Sơ đồ dây chuyền thiết bị khoan phụt cao áp
Quy trình thi công:
Trước tiên, đưa cần khoan đến đáy cọc dự kiến thì dừng lại và bắt đầu bơm
vữa xi măng phụt ra thành tia ở đầu mũi khoan, vừa bơm vừa xoay cần và rút lên.
Tia nước và vữa phun ra với áp suất cao (200 – 400 atm), vận tốc lớn (≥ 100 m/s)
làm cho các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra, hòa trộn với vữa phụt,
sau đó đông cứng tạo thành một cọc đất xi măng.

Hình 1.4 Sơ đồ thi công trộn ướt
Ưu điểm:
- Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp mọi loại đất, từ bùn sét đến sỏi cuội;
- Có thể xử lý các lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến các lớp
đất tốt;
- Có thể xử lý dưới móng hoặc kết cấu hiện có mà không ảnh hưởng đến công
trình;
7


- Thi công được trong nước;
- Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng
đến công trình lân cận;
- Thiết bị nhỏ gọn, có thể thi công trong không gian có chiều cao hạn chế,
nhiều chướng ngại vật;
Nhược điểm:
- Có thể gây ra trương nở nền và gây ra các chuyển vị quá 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;
- Đối với nền đất chứa nhiều túi bùn hoặc rác hữu cơ thì axit humic trong đất
có thể làm chậm hoặc phá hoại quá trình ninh kết của hỗn hợp xi măng đất.
1.2. Công nghệ Jet – grouting
Công nghệ thi công cọc Xi măng đất Jet – Grouting đã được ứng dụng rộng rãi
trên thế giới từ nhiều năm nay. Tuy nhiên đối với nước ta đây là công nghệ còn
tương đối mới mẻ, chưa được ứng dụng rộng rãi. Mặt khác các tiêu chuẩn, quy
phạm áp dụng cho công nghệ này còn chưa hoàn thiện. Chính vì vậy mà công tác
thiết kế, thi công, quản lý chất lượng cọc xi măng đất thi công bằng công nghệ Jet –
Grouting còn nhiều hạn chế.
1.2.1. Công nghệ thi công cọc xi măng đất Jet - Grouting
Sơ đồ công nghệ







Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ Jet - grouting
8


Các thiết bị chính dùng trong công nghệ Jet – Grouting bao gồm:
- Thiết bị khoan: Máy khoan SI-15S II, đường kính cần khoan 60.5mm, chiều
sâu khoan phụt tối đa 45m, sản xuất tại Nhật.
- Máy bơm vữa: SG-75 III, áp lực bơm lớn nhất 400 atm, lưu lượng lớn nhất
120 l/phút, sản xuất tại Nhật.
- Máy trộn vữa: YGM-4, khả năng trộn lớn nhất 400 l/phút, sản xuất tại Nhật.

- Máy phát điện 175 KVA;
Ngoài các thiết bị chính nêu trên còn có những thiết bị khác như: máy bơm
nước, cẩu, máy nâng chuyển, ôtô vận chuyển, máy toàn đạc điện tử, v.v.
1.2.2. Nguyên lý tạo ra cọc xi măng đất
Cọc xi măng đất được tạo ra bằng ba cách như sau:
a. Công nghệ đơn pha S:
Phụt vữa ra với tốc độ 100m/s, vừa cắt đất vừa trộn vữa với đất một cách đồng
thời tạo ra một cột xi măng đất đồng đều với độ cứng cao, và hạn chế đất trào ngược
lên. Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công nền đất đắp, cọc
+ Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ phun vữa, các lỗ phun có thể
được bố trí ngang hàng hoặc lệch hàng và có độ lệch góc bằng nhau. Công nghệ
đơn pha dùng cho các cột đất có đường kính vừa và nhỏ (0,5m - 0,8m).






Hình 1.6 Công nghệ S
b. Công nghệ hai pha D:
Đây là hệ thống phụt vữa kết hợp với không khí. Hỗn hợp vữa đất xi măng
được phụt dưới áp suất cao 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
9


vào lòng 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 là đất trào ngược
nhiều hơn.
+ Cấu tạo đầu khoan gồm có một hoặc nhiều lỗ phun (bố trí ngang hàng hoặc

lệch hang, có độ lệch góc đều nhau) để phun vữa và khí. Khe phun khí nằm bao
quanh lỗ phun vữa. Công nghệ 2 pha tạo ra các cọc có đường kính lớn hơn công
nghệ đơn pha, có thể đạt đến 1,2 - 1,5m.





Hình 1.7 Công nghệ D
c. Công nghệ ba pha T:
Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất mà không xáo trộn đất. Công nghệ T
sử dụng để làm các cọc, các tường ngăn chống thấm, có thể tạo ra cột Soilcrete
đường kính đến 3m. Quá trình phụt có cả vữa, không khí và nước. Không giống
phụt đơn pha và 2 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 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 trên và được thu gom, xử lý.
+ Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ đúp để phun nước và không khí
đồng thời và một hoặc nhiều lỗ đơn nằm dưới 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 đều nhau.
10

Hình 1.8 Công nghệ T
1.2.3. Quá trình thi công
a. Thiết bị thi công
Dây chuyền thiết bị KPCA 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.
Đường dẫn KPCA
- 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 vữa và nước) 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 – xi măng 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:
11


- Đối với hệ đơn pha: thùng chứa xi măng và các vật liệu khác, thiết bị trộn
khô, thùng khuấy, bơm vữa cao áp.
- Đối với 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 có thêm một máy bơm nước cao

áp.
b. Phương pháp khoan
Công tác khoan thực hiện bằng công nghệ khoan xoay và xói nước bằng tia
thẳng đứng (phân biệt với cơ chế phụt vữa: tia vữa đi ra theo phương nằm ngang),
sử dụng loại cần khoan và mũi khoan chuyên dụng.
c. Phương pháp phụt vữa
Sau khi đưa mũi khoan đến cao độ thiết kế, quá trình phụt vữa bắt đầu. Vữa
được phụt qua lỗ phun nằm ở bên thành mũi khoan. Áp suất và vận tốc cao của tia
vữa làm phá vỡ kết cấu của đất và tạo thành thể đất – xi măng. Nhiều kết cấu và
kích thước hình học có thể đạt được bằng cách thay đổi các chỉ tiêu phun.
Quá trình nói ở trên tạo thành cột đất bằng cách xoay liên tục ở tốc độ cần
thiết và nhấc cần khoan lên dần.
Quá trình phun vữa được thực hiện từ dưới lên trên, vừa phun vừa xoay và rút
cần khoan lên. Hỗn hợp đất – nước – xi măng thừa sẽ trào lên mặt đất theo khe hở
bên thành hố khoan. Dòng trào ngược là một trong những yếu tố quan trọng phản
ánh chất lượng của vật liệu xi măng đất – tạo thành, và do đó cần được lấy mẫu theo
một quy trình nhất quán để phân tích, thí nghiệm. Ngoài ra, trong quá trình phụt
phải liên tục theo dõi các thông số thiết kế khác như áp suất phụt vữa, lưu lượng
vữa tiêu hao…
d. Hỗn hợp vữa
Với tất cả các công nghệ S, D và T thì vữa đều có tác dụng phá hủy đất. Sự
hỗn loạn do tia vữa gây ra trong vùng ảnh hưởng có tác dụng trộn đều đất với dung
dịch phụt. Trong khi chưa bắt đầu phụt thì phải rót dung dịch giữ vách vào trong lỗ
khoan và bổ sung liên tục
12


1.3. Ứng dụng của cọc xi măng đất
1.3.1. Ứng dụng của cọc xi măng đất cho giải pháp công trình

Hình 1.9 Một số sơ đồ ứng dụng của cọc xi măng đất.
1. Gia cố nền (ổn định/lún) cho đường cao tốc; 2. Ổn định chống trượt cho mái đê
cao; 3. Mố trụ cầu và đường dẫn đầu cầu; 4. Thành hố đào; 5. Giảm ảnh hưởng từ
các công trình lân cận; 6. Chống nâng đáy hố đào; 7. Chống dịch chuyển ngang của
móng cọc; 8. Xây dựng cầu cảng; 9. Gia cố nền cho các tường phá sóng.
13


Gia cố nền móng
Cọc xi măng đất tạo thành cọc chịu lực,
thay thế cho cọc đóng, cọc ép, cọc nhồi trong
gia cố nền móng. Đây là một trong những
nhiệm vụ chính trong công tác gia cố đất. Đặc
biệt khi xây dựng trên nền đất yếu, có thể dùng
khoan phụt vữa cao áp để xử lý làm tăng sức
chịu tải của nền. Khi đó, mạng lưới cọc xi
măng đất được thiết kế với mật độ đủ lớn có thể
thay thế hệ móng cọc bê tông cốt thép truyền
thống.

Hình 1.10 Gia cố nền móng
 Gia cố thành hố đào
Kết hợp tính chống thấm và sức kháng
cắt của vật liệu, xi măng đất có thể được dùng
để giữ vách hố đào. Các bức tường cọc xi
măng đất được thi công trước, sau khi đủ
cường độ mới đào mở nóng. Bản đáy gồm cọc
xi măng đất ngắn, ken sít cũng có thể được thi
công tương tự. Hệ tường vây và bản đáy xi
măng đất đảm bảo hố đào được khô ráo và an

toàn thi công.

Hình 1.11 Gia cố thành hố đào
 Chống thấm
Do vật liệu xi măng – đất có hệ số thấm
nhỏ, nó được dùng để chống thấm cho các
công trình đê, đập. Tường chống thấm xi
măng – đất gồm một hoặc nhiều cọc ken
sít, liên kết với nhau.

Hình 1.12 Hàng cọc chống thấm
14


 Ổn định tường chắn
Các tường chắn đất, do nhiều yếu
tố, có thể bị mất ổn định và có nguy cơ
sạt lở, ảnh hưởng đến an toàn của chính
công trình cũng như các công trình lân
cận. Để tránh sự cố xảy ra, có thể gia cố
các khối xi măng đất sau lưng các tường
chắn để giảm áp lực đất lên tường chắn
và tăng sức chống cắt của toàn bộ hệ
thống.

Hình 1.13 Ổn định tường chắn
 Gia cố đường hầm
Một công nghệ ưu việt của cọc xi măng
đất là tạo lớp vở bọc bảo vệ và chống thấm
cho các đường hầm và công trình ngầm. Đối

với các tuyến đường hầm được thiết kế đi qua
vùng đất yếu hoặc dưới mực nước ngầm,
trước hết thi công các khối gia cố xi măng –
đất đặc chắc, sau đó mới khoan, đào xuyên
qua các khối gia cố. Như vậy sẽ đảm bảo vỏ
hầm không bị sập hoặc bị nước thâm nhập
trong quá trình đào hầm.

Hình 1.14 Gia cố đường hầm
 Xử lý nền và mang cống dưới đê
Sau khi nghiên cứu nhiều công nghệ gia cố đất và chống thấm cho các cống dưới đê
bị hư hỏng, thì việc sử dụng cọc xi măng đất ngày càng phổ biến vì các lý do sau:
- Tạo được một tường chống thấm dạng cọc dưới đáy cống và hai bên mang
cống;
- Vừa có tác dụng chống thấm vừa có tác dụng chịu lực;
- Phù hợp với mọi loại đất;
-Thi công được dưới mực nước ngầm;
15


- Thiết bị thi công phù hợp với điều kiện cống dưới đê, không gây chấn động
làm ảnh hưởng đến kết cấu đất nền và bản thân công trình.
Tùy thuộc vào mặt bằng thi công, kết cấu bản đáy và vị trí khớp nối, có thể
chọn vị trí tường ở phía thượng lưu hoặc ở tim tuyến đê.
1.3.2. Ứng dụng cọc xi măng đất trên Thế giới
Công nghệ trộn sâu được phát mình đồng thời tại Thụy Điển và Nhật Bản vào
giữa những năm 70 của thế kỷ XX. Ngày nay, công nghệ trộn sâu được ứng dụng
rộng rãi trên toàn thế giới và ngày càng trở nên có giá trị trên nhiều mặt. Nước ứng
dụng cọc xi măng đất nhiều nhất là Nhật Bản và các nước vùng Scandinaver.
 Tại Châu Á

- Nhật Bản: theo thống kê của hiệp hội CDM tính chung trong giai đoạn 80-96
có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m
3
xi măng đất. Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất
gia cố bằng xi măng vào khoảng 23,6 triệu m
3
cho các dự án ngoài biển và trong đất
liền, với khoảng 300 dự án. Hiện nay, hàng năm thi công khoảng hơn 2 triệu m
3
.


Hình 1.15 Thi công cọc xi măng đất tại Nhật Bản
- Trung Quốc: công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970. Thiết bị trộn sâu
dùng trên đất liền xuất hiện năm 1978 và ngay lập tức được sử dụng để xử lý nền
các khu công nghiệp ở Thượng Hải. Từ năm 1987 đến 1990, công nghệ trộn sâu đã
được sử dụng ở Cảng Thiên Tân để xây dựng 2 bến cập tàu và cải tạo nền cho 60 ha
khu dịch vụ. Tổng cộng 513.000 m
3
đất được gia cố, bao gồm các móng kè, móng
của các tường chắn phía sau bến cập tàu.
16


Đến năm 1992, một sự hợp tác giữa Nhật Bản và Trung Quốc đã tạo ra sự thúc
đẩy cho những bước đầu tiên của công nghệ trộn ướt ở Trung Quốc, công trình hợp
tác đầu tiên là cảng Yantai. Trong dự án này 60.000 m
3
xử lý ngoài biển đã được
thiết kế và thi công bởi chính các kỹ sư Trung Quốc.

 Tại Châu Âu
Công nghệ trộn sâu được nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và
Phần Lan năm 1967.
- Thụy Điển: Công nghệ trộn sâu đã có một sự phát triển rất mạnh mẽ, ngày
càng được sử dụng nhiều trong 20 năm gần đây để giảm độ lún và nâng cao độ ổn
định của các công trình đường bộ và đường sắt. Nó được xem như một giải pháp ưu
việt nhất hiện nay trong phát triển hạ tầng. Ngoài ra, nó còn được ứng dụng làm
móng cọc, ổn định hố đào, ổn định mái dốc và giảm rung động.
- Phần Lan: năm 1974, một đê đất thử nghiệm (cao 6m, dài 8m) đã được xây
dựng sử dụng công nghệ trộn sâu, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng
và chiều dài cột về mặt khả năng chịu tải. Mặc dù thị trường ở nước này nhỏ hơn
Thụy Điển nhưng rất ổn định (khoảng 250.000 m
3
/năm; 80% trong đó là cọc vôi, xi
măng)
Vào nhưng năm 1980, Phần Lan và Thụy Điển sử dụng công nghệ trộn sâu gia
cố đất khoảng hơn 1 triệu m
3
/ năm.
Thị trường tại các nước vùng Bantich và Na Uy tuy nhỏ nhưng rất tiềm năng.
Tại các nước Châu Âu khác tuy chưa có số liệu chính xác nhưng có thể khẳng định,
thị trường các nước như Anh, Pháp, Đức, Ý chưa thể bằng ở vùng Scandinaver.
Những nước này chủ yếu dùng công nghệ trộn sâu để ngăn chặn và chôn lấp các
chất thải nguy hiểm.
17




Hình 1.16 Một số hình ảnh thi công cọc xi măng đất ở Đức

 Tại Mỹ
Vào cuối những năm 80 sự phát triển mạnh mẽ với những thành công đáng ghi
nhận ở Nhật Bản đã mở đường cho công nghệ trộn sâu vào Mỹ. Năm 1987, một thế
hệ thiết bị trộn đất mới đã được đưa vào để bảo vệ kết cấu đất khỏi bị hóa lỏng dưới
tác dụng của động đất. Năm 1996, công ty Instrusion Prepakt sử dụng thiết bị trộn
cơ khí để trộn xi măng với đất làm thành các cọc tạo ra một phần móng và tường
chắn.
Từ đó trở đi, chính người sử dụng ở Mỹ đã tiếp tục sử dụng công nghệ trộn
sâu trong cải tạo nâng cấp các đập đất, qua đó đã đóng vai trò kích thích phát triển
công nghệ này. Trong cải tạo các đập đất, người ta đã tạo ra tường chống thấm
trong thân đập. Ví dụ như đập đất Lockington ở Ohio, đập đất Jackson Lake ở
Wyoming, đập đất Cushman ở Washington… Dự án lớn nhất ở Mỹ sử dụng công
nghệ trộn sâu là đường hầm trung tâm Nghệ thuật ở Boston chi phí nhiều triệu đô la
và kết thúc năm 2001. Tường ximăng – đất đã được ứng dụng trong việc ổn định hố
đào từ rất sớm, tại Bird Island Flats gần sân bay Logan. Từ năm 1986 đến 1992,
hàng năm khối lượng công tác trộn sâu đạt chừng 10 – 20 triệu USD, đến năm 1996
tăng lên hơn 50%. Sau đó nhờ các dự án lớn ở Boston, Salt Lake City và West
Coast, khối lượng trộn sâu đến nay chừng 20 – 30 triệu USD, tăng 5 – 10% mỗi
năm.