Bài giảng thi công cọc xi măng đất

Cụng ngh cc va ra i v ỏp dng ti Nht Bn khong 30 nm, cựng vi
nhng u im : thi cụng nhanh, tit kim, ớt ụ nhim, gn nh c bit
kim tra cht lng hon ton bng in toỏn nờn cú chớnh xỏc, cht
lng cao. Nờn hin nay cụng ngh cc va v chựm cụng ngh cc va ci
tin c ỏp dng ph bin ti Nht Bn v cỏc nc ụng Nam khỏc.



Những yêu cầu kỹ thuật về khảo sát - thí nghiệm, thiết kế, thi công và nghiệm
thu trụ đất xi măng dùng để xử lý - gia cố nền đất yếu trong xây dựng nhà và
công trình có tải trọng nhẹ, khối đắp, cũng nh trong ổn định mái dốc...theo
TCXDVN 385 : 2006 (Stabilization of Soft Soil by the Soil Cement Column Method)



Mt s Cụng ty ó c nhõn viờn sang Nht o to cụng ngh : vn hnh
thit b, thit k cc, qun lý cht lngCNCV ó ỏp dng v thi cụng ti
TP HCM, Hu Giang, Nha Trang, Vng Tu, Nng .. :


Giới thiệu chung


Cọc XMĐ là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu với khả
năng ứng dụng tương đối rộng rãi như:








Làm tường hào chống thấm cho đê đập,
gia cố nền móng cho các công trình xây dựng,
sửa chữa thấm mang cống và đáy cống,
ổn định tường chắn, chống trượt mái dốc,
gia cố đất yếu xung quanh đường hầm,
gia cố nền đường, mố cầu dẫn.....

ưu điểm
 khảnăng 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
 thi công điều kiện hiện trường chật hẹp,
=>đưa lại hiệu quả kinh tế rõ rệt so với các giải pháp xử lý
khác.





Quá trình nén chặt cơ học




Gia cố nền bằng cọc cát - xi măng - vôi
Dùng thiết bị chuyên dụng đưa một lượng vật liệu
vào nền đất dưới dạng cọc hỗn hợp cát - xi măng vôi.

Lượng vật liệu cát, xi măng và vôi này sẽ chiếm chỗ
các lỗ hổng trong đất làm cho độ lỗ rỗng giảm đi,
các hạt đất sắp xếp lại, kết quả là đất nền được nén
chặt. Xét một khối đất có thể tích ban đầu Vo , thể
tích hạt rắn Vho , thể tích lỗ rỗng ban đầu Vro, ta có:

Vo = Vho + Vro


Quá trình nén chặt cơ học


Sau khi gia cố, thể tích khối đất sẽ là V, thể tích hạt rắn là Vh, thể tích
lỗ rỗng Vr :
V = Vh + Vr




Như vậy, sự thay đổi thể tích khối đất là:
DV = Vo – V = (Vho + Vro) - (Vh + Vr)
Thể tích các hạt rắn được coi như không đổi trong quá trình gia cố,
nghĩa là Vho = Vh , do đó:
DV = Vro - Vr



DV = DVr
Biểu thức (4) cho thấy:

(4)

Sự thay đổi thể tích khối đất khi gia cố chính là sự thay đổi thể tích lỗ rỗng
trong khối đất.


Quá trình cố kết thấm


Ngoài tác dụng nén chặt đất, cọc xi măng đất còn
có tác dụng
 làm

tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền.
 Do cọc xi măng đất được đưa vào nền dưới dạng khô nên
hỗn hợp cát - xi măng – vôi sẽ hút nước trong đất nền để
tạo ra vữa xi măng,
 sau đó biến thành đá xi măng.
 Quá trình tạo vữa xi măng làm tổn thất một lượng nước
lớn chứa trong lỗ hổng của đất, nghĩa là làm tăng nhanh
quá trình cố kết của nền đất. Quá trình này xảy ra ngay
sau khi bắt đầu gia cố và kéo dài cho đến khi nền đất
được gia cố xong, toàn bộ cọc xi măng đất trở thành một
loại bê tông .


Quá trình biến đổi hoá lý








Đây là quá trình biến đổi hoá lý phức tạp, chia làm hai thời
kỳ: thời kỳ ninh kết và thời kỳ rắn chắc. Trong thời kỳ ninh
kết, vữa xi măng mất dần tính dẻo và đặc dần lại nhưng chưa
có cường độ. Trong thời kỳ rắn chắc, chủ yếu xảy ra quá
trình thuỷ hoá các thành phần khoáng vật của clinke, gồm
silicat tricalcit 3CaO.SiO2,
silicat bicalcit 2CaO.SiO2,
aluminat tricalcit 3CaO.Al2O3,
fero-aluminat tetracalcit 4CaO.Al2O3Fe2O3:





3CaO.SiO2 + nH2O ═> Ca(OH)2 + 2CaO.SiO2(n-1)H2O.
2CaO.SiO2 + mH2O ═> 2CaO.SiO2mH2O.
3CaO.Al2O3 + 6H2O ═> 3CaO.Al2O3.6H2O.
4CaO.Al2O3Fe2O3 + nH2O ═> 3CaO.Al2O3.6H2O +CaO.Fe2O3.mH2O


Quá trình gia tăng cường độ của cọc gia cố
và sức kháng cắt của đất nền


Khi gia cố nền đất yếu bằng cọc XMĐ, sức kháng cắt của cọc xi
măng đất dưới tác dụng của tải trọng ngoài xác định

theo định luật Coulomb
‫ = ﺡ‬σ tgφ,
với φ là góc ma sát trong của đất.
Khi trộn thêm xi măng và vôi vào cát, do hình thành liên kết xi măng - vôi trong
cọc nên khả năng chịu lực nén và lực cắt của cọc gia cố tăng lên đáng kể.
Lúc đó, sức kháng cắt của cọc XMĐ xác định theo biểu thức
‫ = ﺡ‬σ tgφ + Cxm ,
với Cxm là lực dính được tạo nên bởi liên kết xi măng - vôi.
Giá trị Cxm có thể xác định được nhờ thí nghiệm cắt các mẫu chế bị ở trong
phòng. Như vậy, khác với cọc XMĐ có độ bền lớn nhờ lực dính trong hỗn hợp
tạo cọc tăng lên. Độ bền của cọc XMĐ phụ thuộc vào lực dính trong liên kết xi
măng - vôi, nghĩa là phụ thuộc vào hàm lượng xi măng và vôi trong hỗn hợp
tạo cọc.


CÁC CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT


a. Khoan phụt truyền thống:


Khoan phụt truyền thống (còn được gọi là
khoan phụt có nút bịt).






Mục tiêu của phương pháp là sử dụng áp lực phụt để ép

vữa xi măng (hoặc ximăng – sét) lấp đầy các lỗ rỗng
trong các kẽ rỗng của nền đá nứt nẻ. Gần đây, đã có
những cải tiến để phụt vữa cho công trình đất (đập đất,
thân đê, ... ).

PP này sử dụng khá phổ biến trong khoan phụt
nền đá nứt nẻ, quy trình thi công và kiểm tra
đã khá hoàn chỉnh.
Với đất cát mịn hoặc đất bùn yếu, mực nước
ngầm cao hoặc nước có áp thì không kiểm
soát được dòng vữa sẽ đi theo hướng nào.


Sơ đồ Khoan phụt truyền thống




b. Khoan phụt kiểu ép đất :
Khoan phụt kiểu ép đất là biện pháp sử dụng vữa
phụt có áp lực, ép vữa chiếm chỗ của đất.



c. Khoan phụt thẩm thấu
Khoan phụt thẩm thấu là biện pháp ép vữa (thường
là hoá chất hoặc ximăng cực mịn) với áp lực nhỏ
để vữa tự đi vào các lỗ rỗng. Do vật liệu sử dụng
có giá thành cao nên phương pháp này ít áp dụng.



d. Khoan phụt cao áp (Jet – grouting)
Công nghệ trộn xi măng với đất tại chỗ- dưới sâu
tạo ra cọc XMĐ được gọi là công nghệ trộn sâu
(Deep Mixing-DM).


Công nghệ thi công cọc XMĐ





Hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công cọc XMĐ là: Công
nghệ trộn khô (Dry Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet
Mixing).
+ Công nghệ trộn khô (Dry Mixing):
Công nghệ này sử dụng cần khoan có gắn các cánh cắt đất,
chúng cắt đất sau đó trộn đất với vữa XM bơm theo trục
khoan.
+ Công nghệ trộn ướt (hay còn gọi là Jet-grouting):
Phương pháp này dựa vào nguyên lý cắt nham thạch bằng
dòng nước áp lực. Khi thi công, trước hết dùng máy khoan để
đưa ống bơm có vòi phun bằng hợp kim vào tới độ sâu phải
gia cố (nước + XM) với áp lực khoảng 20 MPa từ vòi bơm phun
xả phá vỡ tầng đất. Với lực xung kích của dòng phun và lực li
tâm, trọng lực... sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ được sắp
xếp lại theo một tỉ lệ có qui luật giữa đất và vữa theo khối
lượng hạt. Sau khi vữa cứng lại sẽ thành cột XMĐ.

Máy thi công cọc XMĐ

Máy đang thi công cọc XMĐ


Cọc XMĐ dùng thay cọc khoan nhồi
cho khách sạn tư nhân ở Nha trang

Đầu cọc XMĐ chuẩn bị thí nghiệm


Cọc XMĐ dùng làm tường vây cho một công trình ở Vũng tàu


Cọc XMĐ dùng làm tường vây cho một công trình ở Vũng tàu


VI . TRÌNH TỰ THI CÔNG CỌC XI MĂNG ĐẤT






Thi công cải tạo nền đất yếu bằng cọc XMĐ có thể
theo các bước như sau:
Định vị và đưa thiết bị thi công vào vị trí thiết kế
Khoan hạ đầu phun trộn xuống đáy khối đất cần

gia cố
Bắt đầu quá trình khoan trộn và kéo dần đầu khoan
lên đến miệng lỗ
Đóng tắt thiết bị thi công và chuyển sang vị trí mới.