Nghiên Cứu Giải Pháp Xử Lý Nền Đường Khi Đi Qua Vùng Đất Yếu Bằng Trụ Xi Măng Đất

PHẦN II
ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN
Tên Đề Tài:
Nghiên Cứu Giải Pháp Xử Lý Nền Đường Khi Đi Qua Vùng Đất Yếu Bằng
Trụ Xi Măng - Đất
1
Đặt vấn đề
Xử lý nền đất yếu là một vấn đề không mới nhưng chưa bao giờ cũ trong lĩnh
vực xây dựng nói chung và chuyên ngành xây dựng cầu đường nói riêng. Hiện nay
có rất nhiều phương pháp xử lý được áp dụng để cải tạo nền đất yếu. Tuy nhiên
không phải phương pháp nào cũng đem lại hiệu quả tốt nhất.
Một trong những phương pháp cải tạo đất yếu hiện nay đó là trụ đất–ximăng (Đ–
XM). Đây là một phương pháp với khả năng ứng dụng tương đối rộng rãi trong xây
dựng như: làm tường hào chống thấm cho đê đập, gia cố nền móng cho cáccông
trình xây dựng, ổn định tường chắn, chống trượt mái dốc, gia cố đất yếu xung quanh
đường hầm, gia cố nền đường, mố cầu dẫn So với một số giải pháp xử lý nền hiện
có, công nghệ cọc Đ–XM có ưu điểm là khả năng xử lý sâu đến 50m, thích hợp với
các loại đất yếu từ cát thô cho đến bùn yếu. Thi công được cả trong điều kiện nền
ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đã
đưa lại hiệu quả rõ rệt so với các giải pháp xử lý khác.
Hiện nay trên thế giới phương pháp này đã được áp dụng rất phổ biến tuy nhiên ở
nước ta phương pháp này được xem là khá mới mẻ và chưa thật sự áp dụng rộng rãi
nhất là trong công tác xử lý nền đường trên nền đất yếu.
Đề tài này chủ yếu đi sâu vào tìm hiểu một cách tổng quan phương pháp tính toán
thiết kế, kiểm tra ổn định cọc xi măng đất và xác định các biện pháp thi công.Áp
dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng-đất vào việc xử lý đất yếu
của tuyến đường đô thị nối khu đô thị sinh thái Hòa Quý và cầu Hòa Xuân. Đề tài hi
vọng sẽ đóng góp thêm những kiến thức để phát triển hơn nữa phương pháp xử lý
nền đất yếu bằng trụ xi măng đất.
Đề tài nghiên cứu gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xử lý nền đất yếu

Chương 2: Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất
Chương 3: Áp dụng phương pháp vào xử lý đất yếu dưới nền đường thuộc
tuyến đường nối khu đô thị sinh thái Hòa Quý và cầu Hòa Xuân
Chương 4: Kết luận và kiến nghị
2
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
1 Khái niệm về nền đất yếu :
1 Khái niệm:
Nền đất yếu và các biện pháp xử lý nền đắp trên đất yếu là một trong những
công trình xây dựng thường gặp. Cho đến nay ở nước ta, việc xây dựng nền đắp trên
đất yếu vẫn là một bài toán khó đối với người kĩ sư xây dựng, đặt ra nhiều vấn đề
phức tạp cần được nghiên cứu xử lý nghiêm túc để đảm bảo sự ổn định và độ lún
cho phép của công trình.
Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng
nhiều, do vậy không thể xây dựng các công trình. Đất yếu là một loại đất không có
khả năng chống đỡ kết cấu bên trên, vì thế nó bị lún tuỳ thuộc vào quy mô tải trọng
bên trên.
Khi thi công các công trình xây dựng gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào
tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương
pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún,
đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình.
Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên
nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giá chính xác
được các tính chất cơ lý của nền đất để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền
móng phù hợp. Đây là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ
giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các
sự cố, hư hỏng của công trình khi xây dựng trên nền đất yếu.
2 Một số đặc điểm của nền đất yếu:
Đất yếu là những loại đất có chung những đặc điểm dưới đây:

- Có khả năng chịu lực thấp ( 0,5 – 1,0 kG/cm
2
)
- Cường độ chống cắt nhỏ và thường tăng dần theo độ sâu
- Hầu như hoàn toàn bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn ( thường )
- Biến dạng nhiều khi chịu tác động của tải trọng ngoài và biến dạng tùy thuộc
thời gian chất tải
- Tính thấm nước kémvà thay đổi theo sự biến dạng của đất yếu
- Mô-đun tổng biến dạng bé( E
0
≤ 50kG/cm
2
)
Các công trình xây dựng trên nền đất yếu buộc phải có các biện pháp xử lý để công
trình đảm bảo ổn định khai thác bình thường.
Đất yếu có nhiều nguồn gốc khác nhau( khoáng vật hoặc hữu cơ) như đất sét
yếu, đất cát yếu, bùn, bùn than, đất thải… Chúng được tạo thành ở các điều kiện
khác nhau như trầm tích ven biển, vịnh biển, đầm hồ, đầm tam giác châu thổ hoặc
hình thành do dất tại chỗ ở những vùng đầm lầy có mực nước ngầm cao, có sự tích
đọng thường xuyên…
3
2 Các biện pháp xử lý nền đất yếu:
Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện
như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất… Với từng điều kiện cụ thể mà
người thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý. Có nhiều biện pháp xử lý cụ thể
khi gặp nền đất yếu như:
- Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình
- Các biện pháp xử lý về móng
- Các biện pháp xử lý nền
Đối với các công trình cầu đường, đặc biệt là công trình đường thì việc xử lý về nền

đất yếu là phổ biến và quan trong hơn cả.
Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một
số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ
chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất…
Đối với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm của đất,
đảm bảo ổn định cho khối đất đắp.
Biện pháp này có thể được chia thành 2 biện pháp chính như sau:
+ Biện pháp nhằm tăng nhanh quá trình cố kết của đất yếu
+ Biện pháp cải tạo đất yếu
Trên thế giới hiện nay có nhiều kĩ thuật xử lý nền đã và đang được ứng dụng cho tới
hiện nay được thể hiện ở bảng dưới.
Bảng 1.1. Phân loại các kĩ thuật xử lý nền
(Theo “Cọc Đất Xi Măng – phương pháp gia cố nền đất yếu” của GS.TS.
Nguyễn Viết Trung – KS. Vũ Minh Tuấn)
Phương pháp
luận
Tên phương pháp Ghi chú
Thay thế + Phương pháp thay thế
Bao gồm phương
pháp nổ mìn
Thoát nước
+ Phương pháp gia tải trước không hỗ trợ thoát
nước
+ Phương pháp gia tải trước với thoát nước
đứng
+ Phương pháp cọc vôi đất
+ Phương pháp bơm hút chân không kết hợp
gia tải
+ Điện – thẩm thấu
+ Giếng hạ mực nước*

+ Giếng sâu*
+ Đá dăm/sỏi thoát nước**
Cố kết đất sét
*Hạ mực nước
trong lớp cát để
làm khô hoặc tăng
áp lực cố kết có
hiệu trong lớp đất
sét nằm trên lớp
cát
** Xử lý chống
hóa lỏng
4
Nén
+ Đóng cọc
+ Phương pháp cọc cát nén chặt
+ Phương pháp đầm rung
+ Đầm nặng (Phương pháp cố kết động)
+ Nổ mìn (Nén chặt bằng nổ mìn)
+ Phương pháp tạo sốc điện
Tỉ trọng của cát
rời
Gia cố hóa học và
điện hóa
+ Phương pháp trộn sâu
+ Bơm trộn vữa
+ Gia cố điện hóa
Bao gồm gia cố
vật liệu lớp đệm
Xử lý nhiệt

+ Phương pháp nhiệt hóa
+ Phương pháp đông cứng
Cho xử lý tạm
thời
Gia cường
+ Tấm phủ và lưới trên bề mặt toàn bộ đất yếu
+ Gia cố đất
+ Phương pháp cọc cát đầm chặt*
+ Phương pháp trộn sâu*
Bao gồm vải địa
gia cường
*Trong trường
hợp đất dính
Tuy nhiên chỉ có một vài phương pháp được áp dụng rộng rãi và phù hợp với điều
kiện tự nhiên ở Việt Nam được thể hiện ở bảng dưới đây
Bảng 1.2. Một số phương pháp xử lý nền phổ biến ở nước ta hiện nay
STT Phương pháp Nội dung Tác dụng Phạm vi áp dụng
1 Phương pháp
xử lý nền
bằng đệm cát
Đào bỏ lớp đất
yếu, thay thế bằng
cát hạt trung, hạt
thô và đầm chặt
Tăng khả năng
chịu tải của nền,
tăng ổn định của
công trình, giảm
chiều sâu chôn
móng nên giảm

khối lượng vật liệu
làm móng
Lớp đất yếu có
chiều dày<3m,
không sử dụng
khi nền đất có
mực nước ngầm
cao vì đệm cát
kém ổn định,hạ
mực nước ngầm
tốn kém
2 Phương pháp
đầm chặt đất
(cố kết động)
Đầm chặt lớp đất
mặt bằng đầm rung
hoặc bằng các khối
nặng10-15T
Tăng cường độ,
sức chịu tải, giảm
tính nén lún của
đất nền
Đất có lỗ rỗng
lớn, cát tơi, đất
chưa nén chặt
3 Phương pháp
gia tải nén
trước
Chất tải trọng bằng
hoặc lớn hơn tải

trọng thiết kế
Tăng sức chịu tải
của đất nền, tăng
nhanh cố kết và ổn
định lún
Cát pha bão hoà
nước, sét pha, bùn
sét, than bùn
5
4 Phương pháp
xử lý nền
bằng cọc cát
Cọc cát được đóng
bằng công nghệ
rung ống chống để
chiếm đất, đổ đầy
cát và rung để đầm
chặt
Thoát nước, tăng
nhanh cố kết, tăng
cường độ của nền
cọc cát
Nền đất yếu dày
hơn 3m, không
dùng khi đất quá
nhão
5 Phương pháp
xử lý nền
bằng bấc
thấm

Cho nước trong lỗ
rỗng của đất thấm
qua lớp vải địa kỹ
thuật vào lõi chất
dẻo, lõi này là
đường tập trung và
dẫn nước thoát ra
khỏi nền đất yếu
Tăng tốc độ cố kết,
giảm độ rỗng, tăng
dung trọng, tăng
sức chịu tải
Chiều dày lớp đất
yếu lớn, độ thấm
của nền đất nhỏ
6 Phương pháp
gia cường
nền đất yếu
bằng cọc tre
và cọc tràm
Cọc tre, cọc tràm
để đóng xuống nền
đất cần được gia cố
Tăng khả năng
chịu tải và giảm độ
lún của đất nền
Nền đất luôn ở
trạng thái ẩm ướt,
công trình có tải
trọng không lớn,

không dùng cho
đất cát
7 Phương pháp
xử lý nền
bằng cọc vôi
và cọc xi
măng đất
Sử dụng vôi hoặc
xi măng để trộn
với đất trong quá
trình khoan tạo cọc
Giảm độ ẩm (5
-8%), tăng lực dính
(1,5-3 lần), tăng
cường độ chịu tải
Đất sét và sét pha
dẻo nhão,bùn
8 Phương pháp
cố kết bằng
hút chân
không
Dùng công nghệ
bơm hút chân
không để hút nước
trong đất làm cho
đất cố kết nhanh
Tăng tốc độ cố kết,
tăng sức chịu tải,
giảm tính nén lún
Nền đất sét yếu

Như vậy ta thấy đối với mỗi phương pháp xử lý nền đất yếu đều có ưu nhược
điểm và phạm vi áp dụng riêng do đó cần cân nhắc dựa trên các yếu tố như điều
kiện địa chất, môi trường, thời gian thi công… mà đưa ra giải pháp xử lý sao cho
đạt hiệu quả và kinh tế nhất.
CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ XI MĂNG – ĐẤT
2.1. Tổng quan về phương pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ xi măng đất:
2.1.1. Sơ lược về lịch sử phát triển trụ xi măng đất:
6
2.1.1.1. Trên thế giới:
Phát triển cọc xi măng đất bắt đầu tại Thụy Điển và Nhật Bản từ những năm
60 của thế kỉ trước.Trong khoảng thời gian đó thì cọc đất - vôi cũng được ra đời ở
Thụy Điển. Phương pháp trộn ướt dùng vữa xi măng cũng được Nhật Bản áp dụng
trong những năm 70. Sau đó phương pháp này được phổ biến ra thế giới.
Tại Châu Âu, công nghệ cọc Đ-XM được nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy
Điển và Phần Lan bắt đầu từ năm 1967. Nước ứng dụng công nghệ Đ-XM nhiều
nhất là Nhật Bản và các nước vùng Scandinaver. Tại Nhật Bản tính chung trong giai
đoạn 1980-1996 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m
3
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 (Theo số liệu thống kê của hiệp
hội CDM Nhật Bản).
Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970. Tuy nhiên từ
trước đó nước này cũng đã học hỏi kinh nghiệm về cọc xi măng đất của Nhật Bản.
2.1.1.2. Ở Việt Nam:
Ở nước ta, Viện khoa học công nghệ xây dựng (IBST) là đơn vị đầu tiên đưa
chất gia cố là xi măng vào (khởi thủy của phương pháp là cọc vôi). Tại Việt Nam
phương pháp này được nghiên cứu từ những năm đầu của thập kỉ 80 với sự giúp đỡ
của viện Địa Kĩ Thuật Thụy Điển (SGI).

Mặc dù đã du nhập từ khá lâu song phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc
xi măng đất vẫn chưa được sử dụng phổ biến ở nước ta và chỉ mới phổ biến rộng rãi
trong những năm gần đây. Tuy nhiên với những kinh nghiệm thi công cũng như
hiểu biết rõ về cọc xi măng đất còn hạn chế nên việc áp dụng phương pháp này vào
xử lý nền đất yếu còn rất ít. Tiêu chuẩn về trụ xi măng đất cũng được ra đời khá
muộn vào năm 2006. Đó là tiêu chuẩn TCXDVN 385:2006 “phương pháp gia cố
nền đất yếu bằng trụ xi măng đất”.
Bảng 2.1. Một số công trình sử dụng cọc xi măng đất ở Việt Nam
(Theo “Cọc Đất Xi Măng – phương pháp gia cố nền đất yếu” của GS.TS.
Nguyễn Viết Trung – KS. Vũ Minh Tuấn)
Stt Tên công trình
Đường kính
cọc(m)
Tổng mét
dài đã thi
công(m)
Công
nghệ trộn
7
1
Đường vào sân đỗ cảng hàng
không Cần Thơ
0.6 32000 Trộn ướt
2
Nhà máy điện Nhơn Trạch I
Đồng Nai
0.6 15000 Trộn khô
3
Đường nối cầu Thủ Thiêm với
đại lộ Đông Tây

0.6 100000 Trộn khô
4
Hầm chui đường sắt vành đai
đường Láng – Hòa Lạc
Km7+358
0.6 150000 Trộn khô
5 Đường băng sân bay Cần Thơ 300000 Trộn ướt
Hình 2.1: Khoan cọc xi măng đất gia cố nền đường đầu cầu Trần Thị Lý
Hình 2.2: Thi công hạng mục cọc vữa xi măng đất - Khu vui chơi giải trí
Tuyên Sơn – Đà Nẵng
8
Hình 2.3: Thi công xử lí nền bằng cọc vữa xi măng đất dự án Đường Liên cảng
Cái Mép-Thị Vải
Hình 2.4: Thi công hạng mục cọc vữa xi măng đất – Dự án cảng Sao Mai – Bến
Định, thành phố Vũng Tàu
2.1.2. Khái niệm về phương pháp trụ xi măng đất:
Cọc xi măng đất (hay còn gọi là cột xi măng đất, trụ xi măng đất) (Deep soil
mixing columns, soil mixing pile)
Về vấn đề tên gọi là “cọc”, “cột” hay là “trụ” thì hiện nay có 2 cách gọi tùy theo các
nước:
- Gọi tên là cọc xi măng đất thì có học viện kĩ thuật châu Á A.I.T, Trung Quốc
- Gọi tên là trụ hay cột xi măng đất thì có các nước như Mỹ, Nhật và một số
nước sử dụng phương pháp này ở châu Âu.
Riêng ở Việt Nam thì tên gọi thay đổi tùy theo cách gọi của mỗi người. Tuy
nhiên theo một số nhà khoa học thì việc dùng tên gọi “cọc” chỉ nên dành cho những
9
loại cọc có cường độ lớn hơn rất nhiều so với cọc xi măng đất như cọc BTCT, cọc
thép…
Về khái niệm thì trụ xi măng đất là hỗn hợp giữa đất ngun trạng nơi gia cố
và xi măng được phun xuống nền bởi thiết bị khoan. 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 q trình dịch chuyển lên, xi măng được phun vào nền đất bằng
áp lực khí nén đối với hỗn hợp khơ hoặc bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt.
Tác dụng của cọc đất – ximăng:
- Làm giảm độ lún và tăng độ ổn định của nền đất đắp.
- Làm tăng độ ổn định của mái dốc, gia cố hố đào móng nơng.
- Gia cố nền và móng cho cơng trình.
- Giảm áp lực đất chủ động, tăng áp lực đất bị động lên tường cừ ở hố đào sâu.
2.1.3. Ứng dụng của phương pháp:
Trụ xi măng đất được ứng dụng rất rộng rãi trong các cơng trình như:
- Ổn định đê, đập ngăn nước có chiều cao lớn
- Xử lý lún nền đường vào cầu
- Gia cố thành hố đào, chống nâng đáy hố đào
- Gia cố nền tại các bến cảng, đê biển
Đối với các cơng trình đường bộ thì trụ xi măng đất được ứng dụng để ổn định nền
đường đắp cao trên nền đất yếu, giảm độ lún, gia cố mái taluy, ổn định mái dốc…
ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO
GIA CỐ THÀNH HỐ ĐÀO
GIA CỐ CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG
ỔN ĐỊNH MÁI DỐC
CHỐNG TRƯT MÁI TALUY GIA CỐ MÓNG ĐỢ
ỐNG CỐNG
Hình 2.5: Một số ứng dụng của trụ xi măng đất
2.1.4. Ưu điểm của trụ xi măng đất:
Trong cơng tác xử lý nền đường đắp cao trên nền đất yếu thì phương pháp
này tỏ ra rất hiệu quả khi thời gian thi cơng được rút ngắn do khơng phải chờ đất cố
kết. Vì vậy đối với các cơng trình u cầu tiến độ gấp thì đây là một giải pháp xử lý
cực kì hiệu quả.
10
Ưu điểm nổi bật của cọc xi măng đất là:

- Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi ro cao.
Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ
cường độ đối với các công trình sử dụng móng cọc. Tốc độ thi công cọc rất
nhanh.
- Hiệu quả kinh tế cao, giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng
- Rất thích hợp cho công tác xử lý nền, xử lý móng cho các công trình ở các khu
vực nền đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển
- Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước
- Địa chất nền là cát rất phù hợp với công nghệ gia cố ximăng, độ tin cậy cao
- Biến dạng nền đất rất nhỏ vì vậy giảm thiểu ảnh hưởng của lún đối với các công
trình lân cận; tăng sức kháng cắt ổn định nền móng công trình
- Dễ dàng điều chỉnh cường độ bằng cách điều chỉnh hàm lượng xi măng khi thi
công
- Dễ quản lý chất lượng, hạn chế ô nhiễm môi trường do ít có chất thải trong quá
trình thi công
Nhược điểm của phương pháp:
Hiện nay giá thành thi công trụ xi măng đất vẫn còn khá đắt hơn so với một
số phương pháp xử lý nền đất yếu khác. Do đó đây là một trở ngại không nhỏ để
thuyết phục các chủ đầu tư sử dụng biện pháp này để xử lý đất yếu. Và phương
pháp này cũng còn khá mới đối với nước ta do đó nó cũng chưa được phổ biến. Tuy
nhiên với những ưu điểm vượt trội như trên thì việc áp dụng rộng rãi phương pháp
này trong một tương lai gần là hoàn toàn khả thi.
2.2. Tính toán thiết kế trụ xi măng đất:
2.2.1. Các phương pháp tính toán thiết kế trụ xi măng đất:
Hiện nay việc tính toán trụ xi măng đất có 3 quan điểm chính sau:
 Quan điểm xem trụ xi măng đất làm việc như cọc:
Với quan điểm này đòi hỏi cọc phải có độ cứng tương đối lớn và các cọc phải đưa
xuống tầng đất chịu tải. Nếu tính theo sơ đồ này thì lực từ móng truyền xuống sẽ
chủ yếu đi vào các cọc(đất nền dưới móng không chịu tải). Với cọc đưa xuống tầng
chịu lực, có thể dùng phương pháp tính với cọc ma sát để tính.

11
 Quan điểm xem các cọc và đất làm việc đồng thời:
Nền cọc và đất dưới móng được xem như nền đồng nhất với các số liệu
cường độ c, ɸ (phi) được nâng cao (được tính từ c, ɸ (phi) của đất và của vật liệu
làm cọc). Công thức quy đổi c, ɸ (phi) tương đương dựa trên độ cứng của cọc, đất
và diện tích đất được thay thế bởi cọc.
 Một quan điểm khác là đề nghị tính toán theo cả 2 quan điểm trên nghĩa là sức chịu
tải thì tính toán theo như cọc còn biến dạng thì tính toán theo nền.
Với mỗi quan điểm thì có các phương pháp tính khác nhau. Một số phương
pháp tính tiêu biểu như:
+ Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn gia cố cọc đất xi măng Việt Nam
+ Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn gia cố cọc đất – vôi – xi măng châu Âu
+ Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn gia cố cọc đất – xi măng Thượng Hải,
Trung Quốc
+ Phương pháp tính toán theo quan điểm cọc xi măng đất làm việc như cọc
+ Phương pháp tính toán thiết kế cọc xi măng đất theo quy trình Nhật Bản
+ Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kĩ Thuật Châu Á
2.2.2. Các sơ đồ bố trí trụ:
Tùy theo mục đích sử dụng mà mô hình bố trí cọc xi măng đất sẽ khác nhau:
+ Để giảm độ lún bố trí trụ đều theo lưới tam giác hoặc ô vuông.
+ Để làm tường thường tổ chức thành dãy.
3 4
2
1
Hình 2.6: Ví dụ bố trí trụ trộn khô
1 Dải; 2 Nhóm, 3 Lưới tam giác, 4 Lưới vuông
12
Hình 2.7:Bố trí trụ trùng nhau theo khối
1 2 3 4
Hình 2.8:Bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất:

1 Kiểu tường, 2 Kiểu kẻ ô, 3 Kiểu khối, 4 Kiểu diện
1 2 3 4
5 6 7 8
Hình 2.9: Bố trí trụ trộn ướt 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
Hình 2.10: Bố trí trụ trùng nhau trộn ướt, thứ tự thi công
2.3. Công nghệ thi công trụ xi măng đất:
2.3.1. Nguyên tắc gia cố đất nền:
Cọc Đ-XM được gia cố là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố với hỗn
hợp ximăng được phun xuống thông qua thiết bị khoan trộn. Cột gia cố tạo thành
bởi hỗn hợp đất tại chỗ và chất kết dính, mà thông thường là vôi và ximăng. Mũi
trộn được đưa xuống đất bằng cách khoan xoay, khi tới độ sâu thiết kế, mũi trộn đảo
chiều ngược lại và đồng thời rút dần lên, trộn đất tại chỗ với chất gia cố. Trong suốt
13
quá trình rút lên, hỗn hợp chất gia cố được phun vào bằng khí nén ở đầu mũi trộn,
tới cao độ đầu cột thì dừng lại.
Hình 2.11: Công nghệ thi công cọc xi măng - đất
Việc hình thành cường độ xảy ra thông qua quá trình ninh kết của hỗn hợp
Đ– XM. Khi ximăng được trộn với đất, ximăng phản ứng với nước tạo ra Canxi
hyđrôxit Ca(OH)2 từ đó kết hợp với đất nền tạo ra keo ninh kết CSH, đây là quá
trình Hydrat hoá. Phản ứng này diễn ra nhanh và mạnh toả ra một nhiệt lượng lớn
và giảm bớt lượng nước có trong đất gia cố.Hợp chất Hydrat này tạo ra một hỗn hợp
liên kết các thành phần hạt trong đất gia cố hình thành lên khoáng chất nền bền
vững, cứng.
Ximăng + H2O → Keo CSH + Ca(OH)2.
Hiện nay có hai công nghệ thi công phổ biến đó là công nghệ trộn ướt khoan phụt
vữa cao áp Jet – Grouting và công nghệ trộn khô Dry Jet Mixing.
2.3.2. Công nghệ trộn ướt Jet – grouting:
2.3.2.1. Lịch sử phát triển:

Công nghệ Jet Grouting được phát minh ở Nhật Bản năm 1970. Năm 1974
một công ty ở Ý đã mua lại phát minh trên và ra đời công ty Technicwell. Năm
1979 người Đức cũng mua bản quyền và phát triển công nghệ này. Những công ty
xử lý nền móng hàng đầu thế giới hiện nay như Laynerchristen (Mỹ), Soletane-
Bachy (Pháp), Bauer (Đức), Frankier (Úc) đều có sử dụng công nghệ này. Trải qua
hơn 30 năm và phát triển đến nay công nghệ này đã được sử dụng rộng khắp, được
kiểm nghiệm và đưa vào tiêu chuẩn của các nước trên thế giới.
Trong công nghệ trộn thì cần trộn và cánh trộn chiếm một vai trò rất quan
trọng. Nó ảnh hưởng đến chất lượng cũng như sự hiệu quả của một quá trình trộn.
Trên thế giới thì Mỹ và Nhật Bản là một trong những nước đi đầu trong việc
sản xuất cần trộn và cánh trộn. Một số loại cánh trộn do Nhật Bản sản xuất được thể
hiện ở hình 2.12. Cần trộn do Mỹ sản xuất cũng tương tự như kỹ thuật của Nhật
Bản nhưng một số công ty ở Mỹ đã phát triển những máy móc cả về cần đơn và đa
cần như hình 2.13. Ngoài ra thì các máy móc thiết bị trộn sâu cũng được phát triển
14
bởi các nước Châu Âu như Đức, Pháp, Anh, Mỹ và Ba Lan… Nhiều loại cần trộn
được sử dụng ở Châu Âu như hình 2.14.
Hình 2.12a: Máy CDM Land 4 Hình 2.12b: Máy CDM-2 với 8 cần trộn
Hình 2.12c: Máy CDM – Columns 21 Hình 2.12d: Máy CDM – Lodic
Hình 2.12: Các loại cánh trộn đất xi măng sử dụng phương pháp ướt ở
Nhật Bản
Hình 2.13a: Hayward Baker Hình 2.13b: SCC Taki
15
Hình 2.13c: Geo-Solution Hình 2.13d: Raito
Hình 2.13e: Hai loại cần trộn sử dụng cho điều kiện địa chất khác nhau
Hình 2.13: Các loại máy trộn đất xi măng sử dụng phương pháp ướt ở Mỹ
Hình 2.14a: Colmix (Bachy Soletanche) Hình 2.14b: May Gurney
16
Hình 2.14c: Thiết bị của công ty Keller (Balan và Anh)
Hình 2.14d: 2 loại cần trộn sử dụng cho điều kiện địa chất khác nhau của Trevi

Hình 2.14: Các loại cánh thi công đất trộn xi măng ướt ở Châu Âu
2.3.2.2. Miêu tả công nghệ
Hiện nay trên thế giới đã phát triển 3 công nghệ trộn ướt đó là công nghệ đơn
pha (S), công nghệ hai pha (D) và công nghệ (T).
a, Công nghệ đơn pha – công nghệ S
Vữa phụt ra với vận tốc 100m/s vừa cắt đất vừa trộn vữa, tạo ra trụ xi măng đất
đồng đều vào độ cứng cao và hạn chế đất trào ngược lên. Công nghệ này dùng cho
các đường kính trụ nhỏ từ 0,4 – 1,2m.
Hình 2.15: Công nghệ đơn pha
17
b, Công nghệ hai pha – công nghệ D
Hỗn hợp vữa đất – xi măng được bơm vào với áp suất cao và được bao bọc bởi một
tia khí nén. Dòng khí nén sẽ làm giảm ma sát và cho phép vữa xâm nhập sâu vào
trong đất, do vậy tạo ra được trụ có đường kính lớn.
Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công các tường chắn, hào chắn.
Hình 2.16: Công nghệ hai pha
c, Công nghệ 3 pha – công nghệ T
Không giống như 2 công nghệ đầu tiên, công nghệ này ban đầu nước được
bơm vào với áp suất cao và khí nén bao bọc xung quanh dòng nước để đẩy khí ra
khỏi đất. Sau đó vữa được bơm qua vòi riêng biệt nằm dưới vòi khí – nước.
Công nghệ 3 pha dùng để làm các cột, các tường ngăn chống thấm.
Hình 2.17: Công nghệ 3 pha
Tùy thuộc vào từng loại đất mà các công nghệ khoan phụt này có thể tạo ra trụ có
đường kính lên đến 5m.
2.2.3.3. Phương pháp thi công
Công tác khoan thực hiện bằng khoan xoay và xối nước qua cần khoan và mũi
khoan đặc biệt. Sau khi đưa mũi khoan đến cao độ thiết kế, quá trình phụt vữa bắt
đầu. Vữa được phụt qua vòi phun với áp suất và vận tốc cao, làm phá vỡ kết cấu của
đất và tạo thành trụ hỗn hợp xi măng đất. Trong suốt quá trình phụt vữa, cần khoan
vừa xoay vừa rút lên dần.

18
Hình 2.18. Mô tả quá trình thi công tạo trụ xi măng – đất
a, Thiết bị
Thiết bị thi công bao gồm : thùng chứa nước, trạm trộn vữa và thiết bị khoan
bơm.
Các ống nối chịu áp lực cao và đường cáp điều khiển nối máy bơm với máy
khoan. Cần khoan dài từ 2m đến 35m. Lỗ khoan được nối với rãnh thu để đưa bùn
chảy vào vị trí máy bơm bùn. Tại đây hỗn hợp nước đất xi măng được bơm ra khỏi
hiện trường hoặc sử dụng lại.
b, Khoan
Cần khoan có bố trí các lỗ phun và mũi khoan, cho phép khoan đến độ sâu
yêu cầu. Thông thường hỗn hợp vữa để phun đồng thời cũng làm dung dịch giữ
vách lỗ khoan.
c, Phun vữa
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 được đưa lên mặt đất theo
vành khuyên tiếp giáp với lỗ khoan và dọc theo cần khoan. Trong quá trình phụt
phải liên tục theo dõi các thông số thiết kế.
d, Hỗn hợp vữa
Sự hỗn loạn do tia vữa gây ra trong vùng ảnh hưởng có tác dụng trộn đều đất
với dung dịch phụt. Trước khi phụt vữa thì phải rót dung dịch giữ vách vào trong lỗ
khoan và bổ sung liên tục.
Sơ đồ mô tả công nghệ trộn:
19
Tạo Trụ
Kiểm Soát Lưu Lượng
Bơm Áp Lực
Nước
Trộn
Bồn Chứa

Xi Măng
Phụ Gia
Hình 2.19: Sơ đồ cơng nghệ trộn ướt
Trộn ướt dùng vữa xi măng. Khi cần có thể cho thêm chất độn ( cát và phụ gia).
Khối lượng vữa thay đổi được theo chiều sâu. Khi chế tạo trụ trong đất rời dùng
khoan guồng xoắn liêntục có cánh trộn và cánh cắt hình dạng khác nhau, có đủ cơng
suất để phá kết cấu đất và trộn đềuvữa.
Có thể ngưng trộn khi vữa chưa bắt đầu đơng cứng, khởi động trộn lại tại độ sâu ít
nhất 0.5 m trong đất đã xử lý.
Bơm để chuyển vữa đến lỗ phun cần phải có đủ cơng suất (tốc độ truyền và áp lực)
để truyền lượng vữa thiết kế an tồn.
 Ưu điểm của cơng nghệ trộn ướt khoan phụt vữa cao áp:
+ 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, khơng ảnh hưởng đến các lớp đất
tốt
+ Có thể xử lý dưới móng hoặc kết cấu hiện có mà khơng cần ảnh hưởng đến cơng
trình
+ Thi cơng được trong nước
+ Mặt bằng thi cơng nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các
cơng trình lân cận
+ Thiết bị nhỏ gọn, có thể thi cơng trong khơng gian có chiều cao hạn chế, nhiều
chướng ngại vật
 Nhược điểm của cơng nghệ trộn ướt khoan phụt vữa cao áp:
+ Có thể gây trương nở nền và gây ra các chuyển vị q 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 cơng 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 q trình ninh kết hỗn hợp xi măng đất.
2.3.3. Cơng nghệ trộn khơ (Dry Jet Mixing):
20

2.3.3.1. Lịch sử phát triển
Trên thế giới phương pháp trộn khô được áp dụng từ những năm 1970 của thế kỉ
trước. Phương pháp trộn khô Bắc Âu được đưa vào ứng dụng vào giữa những
năm1970 và ở Nhật Bản là từ những năm 1980 của thế kỉ trước. Cũng trong thời
gian này thì nhiều loại cần trộn được sản xuất cho công nghệ trộn khô và được đưa
vào thí nghiệm ở các nước Bắc Âu. Các nghiên cứu và thí nghiệm chỉ ra rằng đối
với những loại đất cứng và thô thì có hiệu quả khi sử dụng cần trộn dạng mũi
khoan. Cần trộn như hình 2.20b đã cho kết quả tốt nhất khi sử dụng với đất sét yếu.
Gần đây phương pháp trộn khô Bắc Âu phát triển kỹ thuật mới là dùng nước. Trong
đó khi gặp đất khô cứng người ta bổ sung nước riêng biệt lúc khoan cần trộn xuống
như hình 2.20e. Đất nền do đó có thể có độ ẩm giống nhau. Nước có thể coi như là
chất bôi trơn cho cần trộn trong quá trình khoan xuống.
Một số hình ảnh về cánh trộn xi măng đất theo công nghệ trộn khô của các
nước Bắc Âu
Hình 2.20a: Máy DMM chuẩn Châu Âu Hình 2.20b: Cánh trộn chuẩn Bắc Âu
Hình 2.20c: Ba thế hệ cánh trộn chuẩn Bắc Âu cho phương pháp khô
21
Hình 2.20d: Cánh trộn”Pinborr” Bắc Âu Hình 2.20e: Cánh trộn điều chỉnh
Hình 2.20: Một số cánh trộn xi măng đất theo công nghệ trộn khô trên thế giới
2.3.3.2. Nguyên lý trộn
Trong phương pháp trộn khô, không khí dùng để dẫn xi măng bột vào đất ( độ ẩm
của đất cần phải không nhỏ hơn 20%). 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.
Về sơ đồ công nghệ thì phương pháp trộn khô có thể mô tả theo sơ đồ sau:
Hình 2.21: Sơ đồ công nghệ trộn khô
 Ưu điểm của phương pháp DJM:

+ Sử dụng thiết bị thi công đơn giản
+ Công nghệ không cần nước cho quá trình tạo vữa dung dịch cho nên làm công
trường sạch sẽ hơn và giảm thiểu khối lượng phá hoại công trình
+ Ngoài ra, công nghệ còn sử dụng một hệ thống khép kín để vận chuyển và bơm xi
măng vào trong đất. Do đó chỉ có một lượng bụi nhỏ được thải ra ngoài không khí
22
làm giảm ô nhiễm môi trường. Quá trình hoạt động an toàn và ít tạo rung động cũng
như tiếng ồn.
+ Máy trộn mà được sử dụng có tính cơ động cao và có thể dễ dàng di chuyển đến
vị trí trộn kế tiếp trên công trường. Hệ thống ống dẫn vật liệu trộn tự động nên tiết
kiệm nhân công mà vẫn đảm bảo được sự hiệu quả.
+ Hàm lượng xi măng sử dụng ít hơn công nghệ trộn ướt.
+ Quy trình kiểm soát chất lượng đơn giản hơn công nghệ trộn ướt.
 Nhược điểm của phương pháp DJM:
+ Do cắt đất bằng các cánh cắt cho nên gặp hạn chế trong đất có lẫn rác, đất sét,
cuội sỏi hoặc khi cần xuyên qua các lớp đất cứng hoặc tấm bê tông
+ Không thi công được nếu phần xử lý ngập trong nước
+ Chiều sâu xử lý trong khoảng 15-20m
2.3.4. Kết luận:
Phương pháp tạo trụ xi măng đất theo công nghệ trộn ướt có thể áp dụng cho
mọi loại đất nền, trong đó phạm vi xử lý kinh tế với nền từ bùn đến sỏi sạn (đường
kính hạt từ 60mm trở xuống).
Việc lựa chọn công nghệ nào để thi công tùy thuộc vào tính chất của từng
loại đất, điều kiện thi công cũng như năng lực nhà thầu và giá thành thi công. Đối
với công nghệ thi công trộn khô do hàm lượng xi măng được sử dụng thấp hơn
trong công nghệ thi công trộn ướt do đó cần cân nhắc để có thể giảm giá thành sản
xuất.
2.3.5. Một số đơn vị nhà thầu thi công cọc xi măng đất tại Việt Nam:
Hiện nay ở nước ta một số đơn vị nhà thầu đã tiếp thu công nghệ xử lý nền đất
yếu bằng trụ xi măng đất trên thế giới và tiến hành áp dụng thi công vào các công

trình ở nước ta đem về những thành quả ban đầu.
Ở khu vực phía Nam có thể kể đến một số nhà thầu lớn có kinh nghiệm như:
 Công ty cổ phần đầu tư và xây dựng nền móng Phú Sỹ
Đây là nhà thầu đã từng thi công rất nhiều các dự án về cọc xi măng đất lớn có thể
kể đến các công trình tiêu biểu như :
+ Thi công Xử lí nền bằng cọc vữa xi măng đất dự án Đường Liên cảng Cái mép-
Thị Vải với khối lượng thực hiện Khoan cọc xi măng D800 trong đất có bơm vữa xi
măng (hàm lượng xi măng 240kg/m3), khối lượng: 108.740 m. Khoan cọc xi măng
D800 trong cát có bơm vữa xi măng (hàm lượng xi măng dự kiến 100kg/m3), khối
lượng: 7.905 m
23
+ Xử lí nền đường hai đầu cầu công trình Cầu Nguyễn văn Trỗi - Trần Thị Lý với
khối lượng Cọc xi măng đất đường kính D=1000, chiều dài 8-14 m/cọc. Khối lượng
thi công : 16000m.
+ Dự án Cảng Sao Mai - Bến Định - TP Vũng Tàu với số lượng 5000 cọc D1000
 Công ty cổ phần tư vấn thiết kế xây dựng Á Châu
Đây là một nhà thầu chuyên thi công cọc xi măng đất theo công nghệ khoan phụt
vữa cao áp hay công nghệ trộn ướt
Một số công trình đã thực hiện tiêu biểu như:
+ Đường nội bộ 2 bên Hầm Thủ Thiêm – Quận 2 – Tp.HCM
+ Thi công Cọc Xi măng đất gia cố bờ kè khu Công nghệ cao, Quận 9 – TP.HCM
+ Thi công Cọc Xi măng đất gia cố đất nền Cảng Cái Cui, Thành Phố Cần Thơ
Ngoài ra còn có một số đơn vị khác như Công Ty Cổ Phần Xây Dựng Và Kinh
Doanh Vật Tư C&T hay Công ty Cổ Phần Đầu Tư Xây Dựng Huy Thục
Ở khu vực phía Bắc có thể kể đến một số đơn vị sau:
 Tổng công ty xây dựng đường thủy VINAWACO
 Công Ty TNHH Xử Lý Nền Móng Công Trình Đất Việt
 Công ty cổ phần Kỹ thuật nền móng và Công trình ngầm FECON
2.4. Quy trình thí nghiệm đánh giá chất lượng trụ xi măng đất và kiểm soát
chất lượng:

2.4.1. Các thí nghiệm trong phòng:
Thông qua thí nghiệm xác định được hàm lượng chất kết dính và phụ gia cần thiết
để tạo được một loại đất gia cố có các chỉ tiêu kĩ thuật hợp lý để phục vụ cho tính
toán thiết kế.
Giá trị cường độ thiết kế của đất gia cố là kết quả của mẫu thí nghiệm ở tuổi 28
ngày. Để xác định được giá trị này ta phải thực hiện với nhiều tổ mẫu với hàm
lượng xi măng khác nhau. Với mỗi loại tổ hợp không được nhỏ hơn 3 mẫu. Cần xác
định các chỉ tiêu cơ lý của trụ xi măng đất sau:
+ Chỉ tiêu cơ lý γc, ωc, εc…
+ Chỉ tiêu cường độ (chịu cắt, chịu nén)
+ Modun biến dạng của đất trộn xi măng
Một số thí nghiệm trong phòng:
- Thí nghiệm xác định sức kháng nén của mẫu đất – xi măng (phương pháp
trộn khô)
- Thí nghiệm xác định sức kháng nén của mẫu đất – xi măng (phương pháp
trộn ướt)
- Thí nghiệm phân tích hóa nước
24
- Thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng
2.4.2. Các thí nghiệm ngoài hiện trường:
Mục đích: kiểm tra chất lượng, quá trình phát triển cường độ, khả năng chịu tải của
cột đất-xi măng tại hiện trường để kiểm tra giá trị thiết kế, qua đó có thể điều chỉnh
lại thiết kế cho phù hợp với điều kiện thiết kế.
Để thiết kế cột xi măng đất ngoài những thí nghiệm khoan khảo sát ngoài hiện
trường nên có một số thí nghiệm kèm theo như sau:
-Thí nghiệm xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng CPTU
-Thí nghiệm nén cố kết
-Thí nghiệm cắt cánh
-Thí nghiệm trộn đất tại chỗ với xi măng theo tiêu chuẩn của Thuỵ điển
Sau khi khi thi công ngoài hiện trường cần có một số thí nghiệm hiện trường như

sau:
-Thí nghiệm xuyên cắt tiêu chuẩn.
Kết qủa thí nghiệm sức kháng cắt được so sánh với kết quả thí nghiệm trong phòng.
Giá trị hàm lượng xi măng được chấp thuận là giá trị sao cho cường độ kháng cắt
của cột tương đương với kết quả phòng thí nghiệm.
Trong đó thí nghiệm xuyên cắt được chia thành 2 loại: Xuyên cắt thuận và xuyên
cắt nghịch.
-Thí nghiệm nén ngang
-Thí nghiệm nén tĩnh một cột
-Thí nghiệm đào lộ đầu cột
-Thí nghiệm chất tải
2.4.3. Kiểm soát chất lượng:
Bao gồm 3 quá trình chủ yếu sau đây:
- Kiểm soát trong quá trình thiết kế hàm lượng trộn được thực hiện trong phòng,
bước này đưa ra được hàm lượng trộn và cách thức trộn một cách hợp lý.
- Kiểm soát trong quá trình thi công: số vòng quay của mũi trộn, số lần trộn/ mét
cột, lượng ximăng sử dụng.
- Kiểm soát sau khi thi công cột: tiến hành các thí nghiệm kiểm tra chất lượng cột
như: đào lộ đầu cọc, khoan lấy mẫu để thí nghiệm, xuyên cắt cây cọc, thí nghiệm
bàn nén nền hỗn hợp.
25