Luận văn thạc sỹ đề tài gia cố nền đất yếu bằng phương pháp cọc đất gia cố xi măng theo công nghệ trộn ướt của nhật bản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO


ĐỀ TÀI:
GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC ĐẤT
GIA CỐ XI MĂNG THEO CÔNG NGHỆ TRỘN ƯỚT CỦA
NHẬT BẢN TẠI CẢNG HÀNG KHÔNG CẦN THƠ
ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG TP
1
MỤC LỤC
•
PHẦN MỞ ĐẦU
•
CHƯƠNG I. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN CẢNG HÀNG KHÔNG
QUỐC TẾ CẦN THƠ VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG CỌC
ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG
•
CHƯƠNG II. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÝ THUYẾT TÍNH
TOÁN SỨC CHỊU TẢI VÀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT GIA CỐ
XI MĂNG
•
CHƯƠNG III. QUI ĐỊNH KỸ THUẬT THI CÔNG VÀ KIỂM TRA
CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG (DSMC)
•
CHƯƠNG IV. XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TẠI CẢNG HÀNG KHÔNG
CẦN THƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG
THEO CÔNG NGHỆ TRỘN ƯỚT CỦA NHẬT BẢN
•
CHƯƠNG V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
•
TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG VÀ THAM KHẢO

•
PHỤ LỤC
2
PHẦN MỞ ĐẦU
Đề tài: “ Gia cố nền đất yếu bằng phương pháp cọc đất gia cố xi
măng theo công nghệ trộn ướt của Nhật Bản tại Cảng hàng
không Cần Thơ ” với mục đích góp phần vào việc đánh giá thực
tế các giải pháp xử lý nền đường, góp phần vào tiếp cận phát
triển, hoàn thiện các phương pháp tính toán và công nghệ thi
công xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu.
1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
•
Các vùng đồng bằng sông Cửu Long còn tồn tại rất nhiều vùng
đất yếu và hiện là khu vực đang vươn mình phát triển mạnh mẽ
của khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói riêng và cả nước nói
chung. Đây là vùng có nhiều tiềm năng kinh tế rất lớn.
•
Cùng với nhu cầu thực tế và sự quan tâm tìm hiểu về vấn đề
nền đất yếu nên em chọn đề tài: Gia cố nền đất yếu bằng
phương pháp cọc đất gia cố xi măng theo công nghệ trộn ướt
của Nhật Bản tại Cảng hàng không Cần Thơ
3
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Đề suất phương pháp theo d•i và đánh giá biện pháp gia cố
nền đường đắp trên đất yếu bằng cọc đất gia cố xi măng trong
điều kiện nước ta hiện nay.
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Công tác thiết kế tính toán kiểm tra xử lý nền đất yếu bằng
phương pháp cọc đất gia cố xi măng theo công nghệ trộn ướt
của Nhật Bản.

- Công tác thi công cọc đất gia cố xi măng.
-
Những vấn đề cần chú ý trong thiết kế, thi công công nghệ
cọc đất gia cố xi măng. Những sự cố thường gặp và biện pháp
khắc phục.
-
Từ những nội dung cụ thể đánh giá ưu nhược điểm từ đó đưa
ra kiến nghị các quy định nhằm áp dụng có hiệu quả kinh tế -
kỹ thuật cao nhất.
4
4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Gia cố nền đất yếu bằng phương pháp cọc đất gia cố xi măng, các
quy định kỹ thuật thi công và kiểm tra cọc đất, phương pháp
theo d•i và đánh giá xử lý nền đường trên đất yếu.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu để thể hiện trong luận văn này như
sau:
- Thu thập và phân tích các tài liệu có liên quan đến vấn đề xử lý
nền đất yếu công trình tại Cảng hàng không Cần Thơ.
-
Nghiên cứu cơ sở lý luận tính toán thiết kế xử lý nền bằng
phương pháp cọc đất gia cố xi măng.
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC
Gia cố nền đất yếu bằng phương pháp cọc đất gia cố xi măng
theo công nghệ trộn ướt của Nhật Bản tại Khu vực đồng bằng
sông Cửu Long, kết quả đạt được cho thấy phương pháp có
tính khả thi cao, phù hợp với điều kiện nền đất yếu ở Việt Nam
đặc
5
biệt là Khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói chung và Cảng

Hàng không Cần Thơ nói riêng.
7. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
-
Khi xây dựng các công trình trên nền đất yếu cần phải có các
biện pháp xử lý đất nền bên dưới công trình, nhất là những
khu vực có tầng đất yếu khá dày như một số tỉnh ở đồng bằng
sông Cửu Long.
-
Cọc đất gia cố xi măng theo công nghệ trộn ướt là một trong
những giải pháp xử lý nền đất yếu, 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
6
CHƯƠNG I
ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN CẢNG HÀNG KHÔNG QUỐC TẾ CẦN
THƠ VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG CỌC ĐẤT GIA CỐ XI
MĂNG
I.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÍ
Thành phố Cần Thơ nằm ở trung tâm đồng bằng sông Cửu Long
có diện tích tự nhiên 1.401,6 km2, bên bờ tây sông Hậu, cách
biển Đông 75 km, cách thủ đô Hà Nội 1.877 km và cách thành
phố Hồ Chí Minh 169 km về phía bắc (theo đường bộ). Phía bắc
giáp tỉnh An Giang và Đồng Tháp, phía nam giáp tỉnh Hậu
Giang, phía tây giáp tỉnh Kiên Giang, phía đông giáp tỉnh Vœnh
Long và Đồng Tháp.
I.2. ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG - THỦY VĂN - ĐỊA HÌNH - ĐỊA
CHẤT

I.3. CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG CỌC ĐẤT GIA CỐ XI
MĂNG
7
a) Trên thế giới
•
Nước ứng dụng công nghệ xi măng đất nhiều nhất là Nhật Bản
và các nước vùng Scandinaver. Theo thống kê của hiệp hội
CDM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 80-96 có 2345 dự
án, sử dụng 26 triệu m3 BTĐ. Riêng từ 1977 đến 1993, lượng
đất gia cố bằng xi măng ở Nhật vào khoảng 23,6 triệu m3 cho
các dự án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng 300 dự án.
Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m3.
•
Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970,
tổng khối lượng xử lý bằng cọc đất gia cố xi măng ở Trung
Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m3. Tại Châu Âu,
nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan bắt
đầu từ năm 1967. Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (6m cao
8m dài) đã được xây dựng ở Phần Lan sử dụng cột vôi đất,
nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng và chiều dài
cột về mặt khả năng chịu tải.
8
Hình I.1 Xử lý sự cố nền công trình nhà ở Đài Bắc - Đài Loan
9
10
b) Tại Việt Nam
•
Tại thành phố Đà Nẵng, cọc đất gia cố xi măng được ứng dụng
ở Plazza Vœnh Trung dưới 2 hình thức: Làm tường trong đất và
làm cọc thay cọc nhồi.

•
Tại Tp. Hồ Chí Minh, cọc đất gia cố xi măng được sử dụng
trong dự án Đại lộ Đông Tây, một số building như Saigon
Times Square …Hiện nay, các kỹ sư Orbitec đang đề xuất sử
dụng cọc đất gia cố xi măng để chống mất ổn định công trình
hồ bán nguyệt – khu đô thị Phú Mỹ Hưng.
•
Tại Hà nội, Hầm đường bộ Kim Liên, đường Láng Hòa Lạc nối
Thủ đô Hà Nội với khu công nghệ cao Hào Lạc đi qua nhiều
sông ngòi và có nhiều gia cắt với đường bộ, đường sắt, dọc theo
con đường này có nhiều hạng mục công trình trong quá trình
thi công đã dùng cọc đất gia cố xi măng để xử lý nền đất yếu,
chống lún chống trượt đất cho mái dốc, ổn định đất đường
hầm
Hình I.3. Xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố xi măng tại Sân
bay Cần Thơ
11
CHƯƠNG II
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN
SỨC CHỊU TẢI VÀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG
II.1. CÁC QUAN ĐIỂM TÍNH TOÁN
Hiện nay, vấn đề tính sức chịu tải và biến dạng của nền đất gia cố
bằng cọc đất gia cố xi măng vẫn còn là vấn đề tranh luận nhiều.
Nhưng tựu chung lại có 3 quan điểm chính như sau:
- Quan điểm cột làm việc như cọc (tính toán như móng cọc).
- Quan điểm xem cột và đất cùng làm việc đồng thời (tính toán như đối
với nền thiên nhiên).
- Một số nhà khoa học lại đề nghị tính toán theo cả hai quan điểm trên
nghœa là sức chịu tải thì tính toán như “cọc”, còn biến dạng thì tính
toán theo nền.

Sở dœ các quan điểm trên chưa hoàn toàn thống nhất bởi vì bản thân
vấn đề phức tạp, những nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm về
vấn đề này chưa nhiều.
12
II.2. HÌNH THỨC BỐ TRÍ CỌC ĐẤT GIA CỐ XIMĂNG
- Có 2 dạng sơ đồ bố trí cọc đất gia cố xi măng với mục đích gia
cố nền là: bố trí các cột theo mạng lưới so le (xem Hình II.8)
hoặc thẳng hàng cách đều nhau (xem Hình II.9).
-
Bố trí theo mạng lưới cách đều thường ứng dụng khi có tải
trọng lớn, tải trọng đều theo hai phương, các cột chủ yếu
chịu nén.
-
Bố trí theo kiểu khung thường sử dụng khi có diện tích mặt
bằng lớn, kiểu bố trí này không phù hợp với việc gia cố để
tăng khả năng chống lực cắt ngang trên phạm vi hẹp. Khi đó
các lớp đất yếu chỉ bị nén xuống chứ không bị dịch chuyển
ngang, làm tăng hiệu quả gia cố.
13
14
Hình II.10. Bố trí cột theo kiểu dạng khung
Hình II.8.
Bố trí cột theo mạng lưới so le
Hình II.9.
Bố trí cột theo thẳng hàng cách đều
II.3. VẬT LIỆU XIMĂNG ĐẤT TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
II.4.1. Nguyên lý tăng cường độ của nền gia cố ximăng - đất
Ximăng sau khi trộn với đất sẽ xẩy ra một loạt các phản ứng hoá
học gây đông cứng, đống rắn khối đất được trộn, các phản ứng hoá
học chủ yếu là:

•
Phản ứng thuỷ hoá của ximăng:
Ximăng + nước = Hydroxyd ngậm nước +
•
Tác dụng của hạt đất sét với các chất thuỷ hoá của ximăng: tạo
thành các chất thuỷ hoá của ximăng, tự đóng rắn thành kết cấu
khung xương đá ximăng.
•
Tác dụng Cacbonat hoá:
Hydroxid calxi + không khí = Cacbonat canxi (kết tủa rắn).
II.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ chế làm cứng
-
Ảnh hưởng của loại đất: Bản chất hoá lý của đất ảnh hưởng đến
tính chất của khối ximăng - đất.
15
-
Ảnh hưởng của tuổi ximăng - đất: Cường độ của ximăng - đất
tăng lên theo thời gian, tương tự như bê tông.
- Ảnh hưởng của chất kết dính: Loại, chất lượng và số lượng
chất kết dính ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển cường độ
đối với mọi loại đất.
- Ảnh hưởng của hàm lượng ximăng: Khi chất gia cố (ximăng)
tăng thì cường độ của ximăng - đất cũng tăng, tuy nhiên độ
tăng của cường độ còn phụ thuộc vào loại đất và chất gia cố.
- Điều kiện trộn và điều kiện đóng rắn: tỷ lệ nước/ximăng ảnh
hưởng trực tiếp đến cường độ khối ximăng - đất, việc tăng
lượng nước sẽ làm giảm cường độ khối ximăng - đất. Ngoài ra
thời gian trộn, thời gian ninh kết, nhiệt độ ninh kết cũng ảnh
hưởng đến cường độ của cọc đất gia cố xi măng.
- Hiệu quả của việc gia cố còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như

đường kính cột, chiều sâu chôn cột, hình thức bố trí cột
16
17
II.4. CÁC ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ CỌC ĐẤT GIA
CỐ XI MĂNG
Gia cố nền móng công trình Gia cố thành hố đào
Chống thấm
18
Ổn định tường chắn Gia cố đường hầm
CHƯƠNG III
QUI ĐỊNH KỸ THUẬT THI CÔNG VÀ KIỂM TRA CỌC ĐẤT
GIA CỐ XI MĂNG (DSMC)
III.1. CƠ SỞ THỰC HIỆN VÀ QUY ĐỊNH CHUNG
III.1.1. Cở sở thực hiện
•
Các thí nghiệm trong phòng & thí nghiệm hiện trường trước
và sau khi nền đất yếu được xử lý gia cường bằng cọc đất xi
măng. Các kết quả số liệu đó, chính là số liệu đầu vào để lập
thiết kế cơ sở cho cọc đất xi măng.
•
Các thí nghiệm hiện trường và thí nghiệm trong phòng này
là để kiểm chứng với kết quả tính toán trong hồ sơ thiết kế
của cọc đất xi măng và là căn cứ khoa học, cơ sở thực tế để
quyết định các thông số kỹ thuật về cọc đất xi măng (đường
kính, khoảng cách, tỷ lệ xi măng/1m3 đất trộn vv…) được sử
dụng trong thi công đại trà.
19
•
Các thông số kỹ thuật cho cọc đất xi măng tại Cảng Hàng không như
sau:

–
Hàm lượng xi măng là 65kg/1m dài, có qu= 3.0 kg/cm2.
–
Đường kính D=0,6m, chiều sâu 16m và khoảng cách giữa các tim cọc là
1m4.
III.1.2. Quy định chung
Thiết kế, thi công gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng cần tuân
theo quy trình sau:
•
Khảo sát địa chất công trình, thí nghiệm xác định hàm lượng xi
măng thích hợp trong phòng thí nghiệm;
•
Thiết kế sơ bộ nền gia cố theo điều kiện tải trọng tác dụng của kết
cấu bên trên (căn cứ vào kết quả thí nghiệm mẫu trong phòng và kinh
nghiệm tích lũy);
•
Thi công trụ thử bằng thiết bị dự kiến sử dụng;
•
Tiến hành các thí nghiệm kiểm tra (xuyên cánh, xuyên tœnh, nén
tœnh, lấy mẫu );
20
•
So sánh với các kết quả thí nghiệm trong phòng, đánh giá lại
các chỉ tiêu cần thiết;
•
Điều chỉnh thiết kế (hàm lượng chất gia cố, chiều dài hoặc
khoảng cách giữa các trụ);
•
Thi công đại trà theo công nghệ đã đạt yêu cầu và tiến hành
kiểm tra chất lượng phục vụ nghiệm thu.

- Tuy cùng một tỷ lệ pha trộn nhưng luôn có sự khác nhau
giữa mẫu chế bị trong phòng và thực tế thi công bằng các
thiết bị ngoài hiện trường, cho nên việc thi công trụ thử, tìm
hiệu quả gia cố tối ưu là quy định bắt buộc. Trụ thử phải thi
công ngoài công trình để có thể tiến hành thí nghiệm kiểm
tra . Số lượng trụ thử không ít hơn 2 trụ cho mỗi loại thiết bị
và công nghệ.
- Dự án trụ đất xi măng được tiến hành theo quy trình lặp,
quyết định thi công đại trà chỉ có thể đưa ra sau khi đã thi
công và thí nghiệm trụ thử đạt yêu cầu.
21
III.2. Yêu cầu về vật liệu sử dụng
III.2.1. Vật liệu xi măng
III.2.2.Vải địa kỹ thuật
III.2.3. Yêu cầu về thiết bị
III.2.4. Yêu cầu kỹ thuật thi công cọc đất gia cố xi măng
III.2.4.1. Chuẩn bị mặt bằng thi công
III.2.4.2. Các bước thi công chính
III.2.4.3. Trình tự thi công và thời gian nghỉ
III.2.4.4. Ghi chép trong thi công
III.2.4.5. Sai số trong thi công
III.2.5. Phương án thiết kế gia cố nền và các thông số thiết kế cọc
đất gia cố
III.2.5.1. Phương án thiết kế gia cố nền
III.2.5.1. Phương án thiết kế gia cố nền
22
III.2.5.2. Thông số thiết kế cọc đất gia cố
III.2.6. Yêu cầu về thí nghiệm và kiểm tra chất lượng cọc
III.2.6.1. Thí nghiệm trong phòng
III.2.6.2. Thi công và kiểm tra các cọc thử nghiệm tại hiện trường

III.2.6.2.1. Thí nghiệm khoan lấy mẫu và xuyên tiêu chuẩn (SPT)
III.2.6.2.2. Thí nghiệm đào lộ đầu cọc
III.2.6.2.3. Thí nghiệm nén tœnh cọc đơn
III.2.6.2.4. Thí nghiệm chất tải trọng thật ở hiện trường
III.3. Đánh giá kết quả thi công cọc đất gia cố xi măng
III.3.1. Giai đoạn thi công cọc thử để chọn hàm lượng xi măng
chính thức
III.3.2. Giai đoạn thi công đại trà
III.4. Xử lý kỹ thuật thi công
III.5. Tiêu chuẩn nghiệm thu
23
CHƯƠNG IV
XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TẠI CẢNG HÀNG KHÔNG CẦN THƠ
BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG THEO
CÔNG NGHỆ TRỘN ƯỚT CỦA NHẬT BẢN
IV.1. GIỚI THIỆU VỀ CẢNG HÀNG KHÔNG QUỐC TẾ CẦN
THƠ
Cảng Hàng không Quốc tế Cần Thơ nằm dọc theo sông Hậu
Giang - Đầu đông của Cảng hàng không Quốc tế Cần Thơ cách
sông Hậu Giang 700m, phía Bắc cách rạch Trà Nóc 500m, phía
Tây giáp với rạch Bà Lý. Cảng hàng không Quốc tế Cần Thơ có vị
trí rất quan trọng trong sự phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội, an
ninh quốc phòng cho Cần Thơ và khu vực, thúc đẩy sự phát triển
của các tỉnh khu vực đồng bằng Sông Cửu Long. Càng hàng không
Quốc tế Cần Thơ với hệ thống hạ cánh chính xác ILS để tiếp thu
các loại máy bay hạng nặng như B777-300ER, B747-400 và tương
đương, nối Cần Thơ với các nước trong khu vực và trên thế giới.
24
25
Hình VI.1. Cảng hàng không quốc tế Cần Thơ.