BÁO CÁO THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ TRỘN SÂU – THI CÔNG, GIÁM SÁT VÀ KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG

Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh

BÁO CÁO THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ TRỘN
SÂU – THI CÔNG, GIÁM SÁT VÀ KIỂM SOÁT
CHẤT LƯỢNG
Lasson,S.
Tyrens AB, SE-118, Stockholm, Thụy Điển/ Học Viện Công Nghệ Hoàng Gia,
Stockholm, Thụy Điển
HƯỚNG DẪN:
Tình hình thực tế của biện pháp trộn sâu liên quan đến thi công, việc theo
dõi và đánh giá chất lượng được nêu ra và thảo luận. Những công bố quan trọng
gần đây và các phương pháp trộn sâu khác nhau được xem xét lại. Quá trình trộn
tại chỗ được mô tả và kiến thức hiện tại liên quan đến các yếu tố ảnh hưởng được
xem xét và thảo luận.Khái niệm về kiểm soát chất lượng trộn sâu được thảo luận
và phương pháp kiểm soát trộn sâu được xem xét lại.Việc mở rộng thí nghiệm và
đánh giá sức bền – sự biến dạng, khái niệm về chất lượng, độ biền thiên trong trộn
sâu cũng được thảo luận
1. GIỚI THIỆU:

Ngày nay, việc gia cố nền bằng trộn sâu được chấp nhận trên toàn thế giới
để tăng cường khả năng thẩm thấu,cường độ,và tính biến dạng của đất. Theo
những kinh nghiệm cho thấy thì phương pháp trộn sâu có sự phát triển mạnh mẽ
đặc biệt do tính tường minh và chi phí hiệu quả
Mục đích của việc thi công và cải tiến thiết bị trong trộn sâu là để vận
chuyển và phân phối các chất kết dính bằng cách tạo ra 1 hỗn hợp tương đối đồng
nhất. So với các hoạt động trộn khác, công tác thi công trộn sâu sâu rất là phức
tạp. Một loạt các thao tác và cơ chế trộn xảy ra làm cho việc theo dõi quan trắc
liện tục rất khó thực hiện tại hiện trường. Sự khác biệt lớn về địa chất khu vực,khó
khăn trong việc dự đoán các thuộc tính lưu biến của hỗn hợp chất kết dính đất,điều
kiện ảnh hưởng các thiết bị hiện trường..v.v….tất cả tạo nên khó khăn trong việc
theo dõi, kiểm soát và nghiên cứu cải tiến thiết bị tại hiện trường. Tương tự như

vậy, đối với quá trình thi công, các điều kiện phức tạp dẫn đến những thách thức
đặc biệt liên quan đến việc đảm bảo chất lượng của khối đất gia cố.Ví dụ, bằng thí
nghiệm trong phòng, ta không thể xác định được độ bền và tính biến dạng một
cách tương đối chính xác. Có rất nhiều yếu tố khác nhau giữa thí nghiệm trong
phòng và điều kiện khu vực liên quan đến quá trình trộn, điều kiện bão dưỡng và
biển đổi môi trường. Các thông số của khối đất gia cố phải được ước lượng và
kiểm chứng bằng các thí nghiệm hiện trường và đo lường,như là lấy mẫu lõi, siêu
âm, thí nghiệm hiện trường, và các phương pháp thử nghiệm địa cơ học.

Nhóm 1

Page 1


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
Theo báo cáo này, thực trạng của việc thi công và kiểm soát chất lượng
được nêu ra 1 cách chi tiết. Các công bố gần đây được đưa ra và trao đổi đặc biệt
dựa vào các bài báo khoa học trình bày tại các hội nghị. Vấn đề trộn sâu tại chỗ và
các yếu tố ảnh hưởng cũng được trao đổi.Các phương pháp thử nghiệm khác nhau
cũng được xem xét.Báo cáo này cũng trao đổi các khái niệm về chất lượng, các
thuộc tính cố hữu, đánh giá các thuộc tính, các thí nghiệm và lấy mẫu đặc thù dựa
vào các đánh giá thống kê. Các phần của bài báo được trích từ công việc thực tế
của tác giả về quá trình trộn và độ biến thiên của khối đất gia cố (Larson,2003 và
các tài liệu đính kèm Larson,2001; Larsson et al..,2005a,b,c).
2. CÁC CÔNG BỐ QUAN TRỌNG
Rất nhiều các đánh giá tổng hợp về trộn sâu được trình bày trong suốt
những năm qua chủ yếu tại các hội nghị.Mặc dù rất quan tâm và 1 số lượng lớn
được công bố,trong đó có 1 vài mâu thuẫn với thi công trộn sâu,đặc biệt là phương
pháp trộn sâu tại chỗ và các yếu tố ảnh hưởng.Một số các văn bản còn mâu thuẫn
lại với việc đánh giá chất lượng và thử nghiệm.

Hội nghị IS-Tokyo 96 là 1 hội nghị đạt tiêu chuẩn quốc tế.Trong những
năm 1980,phương pháp trộn sâu ứng dụng rộng rãi tại Nhật Bản. Cũng trong thời
gian đó,kinh nghiệm và công nghệ của Nhật cũng được trình bày chủ yếu trên các
tạp chí của Nhật và tại hội nghị quốc gia.Tuy nhiên,tại hội nghị IS-Tokyo thì 1 loạt
các cộng nghệ của Nhật được trình bày với 1 số lượng lớn.
Trộn sâu khô ở Thụy Điển được phát triển vào giữa năm 1970 phần lớn bởi
các nhà thầu.Trong những năm 1980,phát triển trộn sâu khô chủ yếu được cung
cấp bởi khách hàng của chính phủ,viện nghiên cứu và các trường đại học.Sự phát
triển chậm trễ của việc thi công và quá trình lắp đặt là do thị trường có giới hạn.
Sự phát triển rộng rãi và nhanh chóng được bắt đầu dựa trên sự liên kết các
chương trình đầu tư lớn cho các dự án cơ sở hạ tầng vào cuối năm 1980.”Phương
pháp trộn khô cho đất ổn định sâu” được trình bày tại hội nghị Stockholm 1999
(Bredenberg et al…1999) và hội nghị GIGS ở Helsinki 2000(Rathmaier,2000)
cung cấp các số liệu khảo sát phương pháp trộn khô sâu ở Scandinavian.
Bảng 1.1- Giới thiệu các tài liệu về thi công và kiểm soát chất lượng
Các Hội thảo và Hội nghị

Nhóm 1

Tokyo 1996

Yonekura et al.(1996)

Stockholm 1999

Bredenberg et al.(1999)

Helsinki 2000

Rathmaier (2000)

Tokyo 2002

Kitazume &Terashi (2002)

New Orleans 2003

Johnsen et al.(2003)

Los Angeles 2004

Yegian &Kavazangjian (2004)

Page 2


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
Các tạp chí

Porbaha et al.(2001a)
Porbah (2000)

Các tiêu chuẩn

prEN 14679 (2005)

Hướng dẫn

SGF (2000)
CDIT (2002)

EurosoilStab (2002)

Tài liệu chuyên khảo

Topolnicki (2004)

Hội thảo trộn sâu được thành lập tại Tokyo năm 2002,dưới sự giúp đỡ của
viện nghiên cứu công nghệ hàng hải-sân bay phối hợp với CEN
TC288/WG10.Tiến trình thực hiện tại hội nghị đã cung cấp 1 cái nhìn tổng quát về
xu hướng phát triển và thực hiện trộn sâu, đặc biệt, tại Nhật Bản(Kitazume &
Terashi,2002).
Trong những năm 1990,việc phát triển trộn sâu được áp dụng rộng rãi tại
Châu Âu , Châu Á và Bắc Mỹ.Các tài liệu liên quan đến trộn sâu tăng lên đáng
kể.Không chỉ các tài liệu tiếng Anh mà còn các tài liệu của các tác giả người Nhật
và Scandinavian viết bằng tiếng Anh.Tuy nhiên, các tài liệu trong các tạp chí khoa
học này vẫn còn ít liên quan đến việc thi công và kiểm soát chất lượng.Bên cạnh
đó còn phải kể đến các ‘phê bình’ của các tài liệu tại các hội nghị và hội thảo…
liên quan đến việc thực hiện và kiểm soát chất lượng tương ứng.
Một cuộc khảo sát rộng rãi về các phương pháp trộn sâu được thực hiện bởi
Bruce (2000) và cuộc khảo sát xuất sắc về phương pháp trộn sâu được thực hiện
bởi Topolnicki (2004).Hơn nữa, theo hướng dẫn CDIT Nhật (2002), có đề cập các
kĩ thuật và kinh nghiệm của người Nhật.Trong tương lai gần, thì tiêu chuẩn Châu
Âu có đề cập đến prEN 14679 (2005)là rất quan trọng, được trình bày trong thời
gian ngắn bởi Hansbo và Massarsch (2005).Các ấn phẩm khác và hội thảo tại các
hội nghị được liệt kê trong các báo cáo khu vực Châu Âu (Massarch &
Topolnicki,2005),Châu Á (Nozu,2005) và Bắc Mỹ (Porbaha et.al.2005)
3. THI CÔNG
3.1 GIỚI THIỆU
Mục đích chủ yếu của việc thi công và quá trình trộn của phương pháp trộn
sâu là đem lại sự thay đổi tính chất vật lý của đất.Trộn diễn ra giữa 2 vật liệu khi

chúng tiếp xúc với nhau và biến dạng dẫn đến diện tích tiếp xúc của chúng tăng.
Đất sét mềm có sức đề kháng cao nên dễ biến dạng do tính nhớt đàn hồi,tức
là, nó chỉ xảy ra biến dạng trong 1 thể tích xung quanh kế pha trộn.Lực phải tương
Nhóm 1

Page 3


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
đối lớn để chống lại khả năng chịu đựng.Trộn diễn ra khi vật liệu được cắt thành
những phần tử nhỏ hơn và sắp xếp lại.Một quá trình trộn đạt yêu cầu khi hỗn hợp
có sự thống nhất cần thiết trong thời gian ngắn nhất có thể và chi phí thấp nhất có
thể về nhân công,máy móc,…
Một số báo cáo mới được trình bày liên quan đến việc thi công và giám
sát.Đặc biệt, là tập trung vào các phương pháp trộn khác nhau, máy móc, và các
dự liệu kĩ thuật.Tác giả tìm hiểu báo cáo được viết phong phú , trình bày tốt, và
được đánh giá cao,và nhất là,các báo cáo tập trung vào quá trình trộn tại chỗ và
không có máy móc.Hơn hết, tiêu chuẩn Châu Âu đề cập đến prEN 14679 (2005)
cung cấp đầy đủ các thông tin cần thiết để thực hiện các công việc: khảo sát địa
chất,v..v..
Tiêu chuẩn Châu Âu thường xuyên sử dụng ‘Trộn’được định nghĩa là quá
trình cơ học tách các cấu trúc của đất, sự phân tán của các chất kết dính và chất
độn trong đất.Mặc dù thực tế thuật ngữ ‘trộn’ là 1 quan niệm chủ yếu, 1 vài ấn
phẩm cũng xem thuật ngữ rất nghiêm ngặt và khoa học.
3.2. Các phương pháp trộn sâu:
Theo quan điểm khoa học, việc phân chia giữa trộn sâu và trộn nông là điều khó
khăn.Theo prEn 14679 (2005) trộn sâu liên quan đến “trộn bởi công cụ quay cơ
học khi sức kháng ngang của đất còn hiện hữu”.Theo truyền thống, việc trộn nông
liên quan đến những lớp nông như là thi công đường trong khi đó trộn sâu liên
quan đến việc gia cố cả khối đất yếu. Theo tiêu chuẩn prEN 14679 (2005) trộn sâu

là “xử lý đất yếu với độ sâu lớn hơn 3m” Hầu hết các phương pháp trộn sâu sử
dụng cánh trộn đặt trên 1 hoặc nhiều cần trộn.
Suốt những năm 1980, nhiều phuơng pháp trộn sâu đã đuợc phát triển ở nhật bản
hầu hết chúng đều có tên gọi riêng.Khi kỹ thuật trộn sâu đuợc sử dụng rộng rải
trên thế giới cần thiết phải có hệ thống phân loại các phương pháp khi mà có quá
nhiều kỹ thuật khác nhau đuợc sử dụng.Năm 1998 và năm 1999 ông Bruce và các
cộng sự đã đề xuất hệ thống phân loại các phương pháp này. Hình 3.1 mô tả hệ
thống phân loại tồng quát các phương pháp theo Toponicki (2004).
Hệ thống phân loại này dựa vào (a) vật liệu trộn (b) nguyên lý trộn ( c) vị trí cánh
trộn

Nhóm 1

Page 4


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh

Hình 3.1: Hệ thống phân loại các phương pháp trộn sâu theo Toponicki (2004)
Trộn ướt:
Phương pháp trộn đất xi măng nhật bản ( CDM – cement deep mix ), hay
còn gọi là “phương pháp ướt” của phương pháp cọc đất trộn xi măng( theo CDIT
2002 ), được phát triển vào những năm 1970 và là đại diện cho nhóm thịnh hành
nhất của phương pháp này. vào năm 1977 hiệp hội CDM được thành lập nhằm
mục đích điều phối phát triển của phương pháp trộn sau này dựa vào sự hợp tác
giữa viện nghie7n cứu và áp dụng trong công nghiệp. phương pháp trộn ước được
sử dụng rộng rãi ở nhật bản đặc biệt là dự án cảng biển. sự phát triển của máy móc
trộn sau và quá trình thi công của phương pháp ướt nhật bản này đã được trình bày
bởi Terashi (2002) và Nakamishi (2002).
Có rất nhiều phương pháp để bơm dung dịch kết dính vào trong đất. Một

cách phổ biếnlà bơm một phần chất kết dính khi cần trộn bắt đầu khoan xuống
lòng đất. Có nghĩa là từ mũi của ống xoắn hay cánh trộn
Phần còn lại của dung dịch kết dính sẽ được phun (bơm) vào đất khi cần
trộn được rút lên từ lòng đất. Khi thi công trên bờ người ta có thể sử dụng máy 1
cần trộn hay 2 cần trộn và đường kính khoảng 1m (Nakanishi, 2002). Hình 3.2a
Nhóm 1

Page 5


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
cho ta thấy máy CDM land4 với 4 cần trộn. Bằng cách cho những cần ở trong và ở
ngoài quay ngược chiều nhau, người ta có thể tạo ra được hệ thống cần trộn có
những khả năng trộn những vật liệu có góc nội ma sát lớn (cát) với đường kính là
2m ( theo Isobe,1996).
Việc thi công nhiều cọc đồng thời bằng cách dùng nhiều cần trộn đã được
sử dụng phổ biến tại nhật bản đặc biệt là trong cảng biển, như hình 3.2b. Việc thi
công này rất hiệu quả khi thi công cọc dạng khối, mắt lưới, tường…
(theoKawasaki,1981, Nichoson,1998). Cột liên kết dạng tường có thể được gia
cường bằng dầm I (Shaefer,1997). Các cột gia cường này có thể dùng làm tường
trọng lực hay kỹ thuật chắn đất thẳng đứng (Vertical earth reinforcement
technology- VERT).(Nicholson 1998; Andronulos, 2000). Kích thước của máy
móc và cần trộn được gia tăng theo thời gian để tăng tốc độ thi công (Terashi,
2002). Cần trộn CDM-column21 (Yoshida, 2002) được phát triển gần đây được
thiết kế phức tạp với nhiều cánh trộn như hình 3.2c.(Yoshida, 2002 Yoshida và
Kawashima,2005).Một vấn đề có thể nảy sinh khi thiết kế các cách trộn quá gần
nhau làm chohỗn hợp giữa các cánh trộn bị kẹt.Cần trộn có thể sử dụng “cánh
sống” đễ ngăn cản những vật liệu trộn lẫn khi quay quanh cần trộn. Những cánh
trộn này không quay do đó sẽ cãn những cánh chết. Những cánh sống này có thể
dài hơn cách trộn và cắt vào trong đất nền để chống quay. Kỹ thuật này được giới

thiệu vào đầu những năm 1980 bởi Inove và Leibuo(1985) và Enami(1986).
CDM_lodic (cement Deep Mixing – low displacement and control) được
phát triển vào năm 1985 để giảm thiểu chuyển vị của nền trong quá trình thi công
(Sugiyama,2002 Tanaka,2002), Matsumoto (1998), nguyên tắc thi công là lấy ra
một lượng đất bằng với thể tích cần trộn và lượng xi măng bơm vào, do đó toàn bộ
chiều dài của cần khoan được tạo dạng hình xoắn ốc như hình 3.2d. Kỹ thuật này
cho phép thi công những cọc có đường kính lớn 1,2-1,3m mà không làm nền
chuyễn vi lớn (Kamimura,2005). Một kỹ thuật tương tự (kỹ thuật bỏ đất) đã được
giới thiệu bởi Hirai (1996)
Kỹ thuật trộn sâu phương pháp ướt đã được phát triễn ở Mỹ vào giữa nhưng
năm 1980 bởi Geo-Con và SMW Seiko Kogyo tại công trình Jackson Lake Dam
(Ryan,2005), Cần trộn cũng tương tự nguyên bản 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 3.2. Năm 2002, Ông Burke đã có bài mô tả về cần trộn, máy móc và biện
pháp thi công được sử dụng bởi công ty Hayward Baker.
Các máy móc thiết bị trộn sâu dược phát triển bởi các nước châu âu như
Đức,Pháp,Anh,Mỹ và Balan… Nhiều loại cần trộn được sử dụng ở châu âu như
hình 3.4a-d.Phương pháp colmix dược phát triển bởi công ty Bachy vào những
năm cuối 1980 sử dụng cần khoan xoắn ốc cho phương pháp ướt và khô.Chất kết
dính (xi măng) được bơm vào đất khi cần trộn khoan vào đất.Khi rút cần lên thì
trộn và đầm nén.Phương pháp Trevimix được phát triển ở Italy vào những năm
đầu 1980 và sử dụng cả phương pháp ướt và khô.Keller và May Gurney đã sử
Nhóm 1

Page 6


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
dụng phương pháp trộn sau ướt từ những năm 1990.
Ở nhật bản một công nghệ cũng thường sử dụng là cọc chữ nhật (Mizutani

1996, Watanabe, 1996) được phát triển từ những năm đầu 1980 (Khono
1984).Mục đích là để tránh sự trùng lấp giữa các cọc tròn.Máy thi công như hình
3,5a và 3,5b. Một kỹ thuật gần tương tự (Cutter Soil Mixing ) được phát triển gần
đây ở châu âu (Fiorotto,2005) như hình 3.5c. 2 máy cắt thẳng đứng sẽ tạo những
panen có thể kết hợp với nhau dạng hàng, lưỡi, khối…
Để hạn chế thanh thãi chất thãi, phương pháp trộn sâu có thể được sử dụng.
Người ta thường tạo những cọc dạng tường , lưới hay khối trong lòng đất. Một
phương pháp mới được phát triển gần đây được gọi là TRD (Kamon,2000) được
thi công với một thiết bị cắt bằng cưa xích như hình 3.5d. Lợi thế của phương
pháp này là tính liên tục của tường.Quá trình trộn cũng diễn ra khi máy cắt bằng
xích duy chuyển.Một kỹ thuật tương tự được phát triển ở Đức gọi là Cut-MixInjection (Sarhan 1999) như hình 3.5e. Một tường cứng rộng 1m được tạo thành
khi thi công theo phương pháp này.
Như mô tả có nhiều phương pháp trộn sâu được phát triển ở Nhật bản. Có
những thiết bị thiết kế đặc biệt để gia cố đất theo theo phương ngang bên dưới nền
đắp đường sắt để gia cố nền đất như gối tựa tạm thời HEMS (sugiki và Meada
1996). Cũng có sự kết hợp giữa neo ngang và trộn sâu.RADISH (tateyama,1996),
nguyên lý là làm tăng cường khả năng chịu kéo của neo trong tường trọng lực.

Hình 3.2a: Máy CDM Land 4

Nhóm 1

Hình 3.2b: Máy CDM-2 với 8 cần trộn

Page 7


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh

Hình 3.2d: Máy CDM – Lodic

Hình 3.2c: Máy CDM – Columns 21

Hình 3.2: Các loại máy trộn đất xi măng sử dụng phương pháp ướt ở Nhật Bản

Hình 3.3a: Hayward Baker

Hình 3.3c: Geo-Solution

Nhóm 1

Hình 3.3b: SCC Taki

Hình 3.3d: Raito

Page 8


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh

Hình 3.3e: Hai loại cần trộn sử dụng cho điều kiện địa chất khác nhau.
Hình 3.3: Các loại máy trộn đất xi măng sử dụng phương pháp ướt ở Mỹ.

Hình 3.4a: Colmix (Bachy Soletanche)

Hình 3.4b: May Gurney

Hình 3.4c: Thiết bị cũa cty Keller (Balan và Anh)

Nhóm 1

Page 9


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh

Hình 3.4d: 3 loại cần trộn sử dụng cho điều kiện đcị chất khác nhau của Trevi
Hình 3.4: Các phương pháp thi công đất trộn xi măng ướt ở Châu Âu

Hình 3.5a,b: Cọc đất trộn XM vuông (Shimizu)

Hình 3.5c: Máy cắt trộn đất của Bachy Soletanche

Hình 3.5d: TRD

Hình 3.5e:Cutmixinjection

Hình 3.5: Máy thi công đất trộn xi măng sử dụng cần trộn quay đứng
Nhóm 1

Page 10


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
Trộn khô:
Hai kỹ thuật trộn khô chính là DTM của Nhật và phương pháp cọc xi măng
của Bắc Âu theo tiêu chuẩn Pren 14679 (2005).
Viện nghiên cứu công trình công cộng – Bộ xây dựng Nhật bản đã phát
triển phương pháp DTM ( Dry jet Mixing) là nhóm kỹ thuật lớn nhất của phương
pháp cọc xi măng khô. Theo CDIT(2002) thể tích đất trộn của phương pháp ướt và

khô là như nhau. Vào những năm đầu 1980 đã có nhiều thí nghiệm để phát triển
cần trộn khô (Nishibayashi,1984) có rất nhiều thiết kế về cần trộn và phương pháp
bơm xi măng đã được thử nghiệm ở thời đó. Một trong những kỹ thuật đó là phun
xi măng cọc tại lỗ rỗng tạo ra sau cánh khuấy của cần trộn hình 3.6a thể hiện cần
trộn tiêu chuẩn cọc của phương pháp khô ở nhật bản, tốc độ quay càng nhanh, gia
tăng thể tích lỗ rỗng và tạo chân không khi cần thi công cọc đường kính lớn
(Chida,1982). Cũng theoông, quá trình này làm cho khí di chuyển ra phần ngoài
của lỗ rỗng và bị phân tán khỏi cọc đất –xi măng theo thân của cần trộn. Một cần
trộn đôi đường kính 1m được xem là tiêu chuẩn ở Nhật (Yasui,2005) ngoài ra
cũng có thiết bị thi công cọc 1,3m. Phương pháp thi công theo phương pháp khô
Nhật gần đây được giới thiệu bởi Aoi(2002) và Yasui(2005). Năm 2005 Takeda và
Hioki đã trình bày sự phát triển của cần trộn với xi măng được bơm từ cuối cánh
trộn, lỗ bơm xi măng đặt trên cạnh của cánh trộn và do đó xi măng được bơm
thẳng vào thân cọc.
Phương pháp trộn khô Bắc Âu được đưa vào ứng dụng vào giữa những năm
1970. Các thiết bị đượcphát triển ở Thụy Điển bắt đầu vào những năm đầu 1970
bởi Linden-AlimakAB. Phương pháp được đưa vào thị trường bởi BPA
Byggnadsproduktion AB (Boman và Broms, 1975). Nghiên cứu và phát triển được
thực hiện đầu tiên ở Phần Lan cũng vào thời điểm đó. (Rathmayer,1997). Từ năm
1975-1979 nhiều loại cần trộn đã được thí nghiệm. (Wikstrom,1979). Những cố
gắn phát triển thời kỳ đầu đã tạo ra thiết bị có năng suất cao.Đối với những loại đất
cứng và thô hơn người ta nhận thấy đã có hiệu quả khi sử dụng cần trộn dạng mũi
khoan.Cần trộn như hình 3.6b đã cho kết quả tốt nhất khi sử dụng với đất sét
yếu.Cần trộn có nhiều cánh ngiêng đã được thử nghiệm nhưng không sử dụng
được vì đất sét bị tắc lại cần trộn làm ngăn cản quá trình trộn. Việc thử nghiệm các
loại cần trộn từ thời kỳ đã không được công bố do đó không thể xem xét và bình
luận kết quả.
Từ khi những phát triển ban đầu của cần trộn trong những năm 1970 hầu
hết các dự án sử dụng cần trộn như hình 3.6c và 3.6d có sai khác chút đỉnh như
hình 3.6c.Từ đó trở đi, hầu như không có sự phát triển nào của cần trộn khô.Tuy

nhiên về máy móc phát triển rất rực rở.Quá trình thi công của phương pháp khô
Bắc Âu được trình bày gần đây bởi Bredenberg (1999) và Larson 2003.
Gần đây phương pháp khô Bắc Âu phát triển kỹ thuật mới dùng nước được giới
thiệu bởi LCtechnology (2002), trong đó khi gặp đất khô cứng người ta bổ sung
nước riêng biệt lúc khoan cần trộn xuống như hình 3.6e. Đất nền do đó có thể có
Nhóm 1

Page 11


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
độ ẩm giống nhau. Nước có thể ứng xử như là chất bôi trơn cho cần trộn trong quá
trình khoan xuống. Một kỹ thuật tương tự cũng được báo cáo bởi Wigger và
Perzon (2005)

Hình 3.6a: Máy DMM chuẩn Châu Âu

Hình 3.6b: Cánh trộn chuẩn Bắc Âu

Hình 3.6c: Ba thế hệ cánh trộn chuẩn Bắc Âu cho phương pháp khô

Hình 3.6d: Cánh trộn”Pinborr” Bắc Âu

Hình 3.6e: Cánh trộn điều chỉnh

Hình 3.6: Phương pháp trộn đất xi măng khô
Nhóm 1

Page 12

Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
Trộn nông:
Trộn nông là kỹ thuật được phát triển bởi Geocon ở Bắc Mỹ vào những
năm đầu 1990 để gia cường khối đất lớn có chiều sâu <10m. Quy trình sử dụng
cần trộn đơn có đường kính 1m-4m như hình 3.7a. Vữa xi măng được bơm vào đất
nền tại đáy cần trộn qua 3 vị trí nằm ở đầu khoan xi măng có thể được sử dụng khi
xữ lý cho đất quá ướt hoặc bùn quánh. Ứng dụng cho trộn nông ở Mỹ dùng để dọn
dẹp môi trường xử lý đất để có thể bước lên đi lại an toàn. Hình 3.7b.thể hiện thế
hệ cần trộn hiện đại sử dụng bởi Geo-Solution Inc.
Vài kỹ thuật trộn nông đã được sử dụng ở Nhật Bản (Terashi,2002). Hai kỹ
thuật thể hiện trên hình 3.7c .Hình bên trái máy trộn nằm trên một cái phao được
kéo bằng tời trên 1 vùng đất cực kỳ yếu.Hình bên phải là kỹ thuật tương tự gia
cường khối của Phần Lan.Tuy nhiên kỹ thuật của nhật bản được giới thiệu vào
những năm cuối 1970.
Vào những năm đầu 1990, gia cường khối (ổn định khối) được phát triển ở
Phần Lan để ổn định khối than bùn hay trầm tích hữu cơ (Hoikkala,1996). Sự phân
tán xi măng do cần trộn nằm trên thân máy đào như hình 3.7e. Nền đất được xử lý
đến độ sau 5m bằng kỹ thuật này. Thiết bị này cho phép quá trình thi công đơn
giản và mềm dẻo chỉ trong vài giờ trộn ta có thể lấp lên 1-1,5m san lấp. Một loại
cần trộn khác được phát triển năm 2001 như hình 3.7e.Trống trộn quay 200 vòng
/phút và đất bị vỡ vụn trước khi xi măng được cho vào sử dụng.Cần xới này cho
phép xử lý khối lượng lớn đất.Việc gia cường ổn định của than bùn hay trầm tích
hữu cơ có thể thực hiền bằng việc thi công cọc theo khối(Hanson 2001, Dahlstum
và Eriksson,2005)
Kết hợp phụt cao áp và phương pháp trộn ướt.
Như hình 3.8 miêu tả phương pháp này là sự kết hợp của trộn sâu cơ học và
trộn cao áp lợi thế của phương pháp này là có thể thi công cọc cóđường kính lớn
mà không cần thiết bị trộn to lớn.Phương pháp cũ nhất là Swing (phương pháp
phụt cánh).Phát triển đầu những năm 80 (Kawasaki, 1916,Yang1998, Ogawa

1990). Những phương pháp tương tự được phát triển như LDIS (Keki,1996),
TACSMAN (Miyoshi và Hirayama,1996, Mori 1997, Matsumo to 1998,
Kawanabe và Nozu,2002).
Ở Mỹ cũng vậy phương pháp kết hợp giữa phụt cao áp và trộn cơ học được
phát triển có tên là Geo-Jet (Reavis và Freyaldenhoven, 1994, Craft, 2004).Cần
trộn được cung cấp bởi 2 cánh khuấy. Khi cần trộn quay trong đất, vữa xi măng
dưới áp xuất cao được phụt dọctheo những đầu phun dọc theo cánh trộn. Việc kết
hợp trộn cơ học và thủy lực tạo nên 1 hỗn hợp lỏng của đất và xi măng.

Nhóm 1

Page 13


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh

Hình 3.7a, b: Trộn nông ở Mỹ

Hình 3.7c: Trộn nông ở Nhật

Hình 3.7e: Cần trộn gắn trên máy đào

Hình 3.7e: Ổn định khối sử dụng máy xới lớn
Hình 3.7: Phương pháp trộn nông
Trộn trên mặt đất.
Ở Nhật Bản có kỹ thuật dùng máy trộn trên mặt đất (Mori,1996). Một máy
trộn liên tục được dùng để trộn đất và xi măng.Đầu tiên, khi người ta khoan cần
xoắn ốc vào lòng đất, đất được di chuyển lên trên bề mặt. Sau đó đất này được lấy
đêm vào trạm trộn để trộn với dung dịch xi măng và được bơm trở vào lòng đất
khi cần khoan rút lên. Phương pháp này mang lại lợi ích là sản phẩm dể kiểm

soát.Có thể so sánh với bê tông khi cường độ và biến dạng có thể thay đổi được.Sự
chuyển vị của đất nền trong quá trình bơm vữa cũng được giảm.
Người ta đã phát triển kỹ thuật này để thi công đảo nhân tạo ở Nhật Bản khi san
lấp vật liệu nạo vét.Để gia cố khối lượng lớn vật liệu nạo vét người ta đã phát triển
Nhóm 1

Page 14


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
phương pháp trộn hơi (Kitazume và Satoh, 2003) Feayano và Kitazume,
2005.Thiết bị cơ bản là máy trộn tĩnh và đất nạo vét được vận chuyển qua ống nhờ
lực nén khí. Hỗn hợp đất xi măng hình thành dung dịch riêng biệt trong ông và
được trộn bằng lực từ dòng chảy rối trong ống. Tính chất của khối đất gia cố này
có thể dự đoán và kiểm soát được. Tuy nhiên thông thường trạm trộn chỉ được sử
dụng khi dự án lớn với khối lượng trộn lớn.
Nguyên lý trộn trên bề mặt cũng được áp dụng ở Phần Lan để xây dựng cảng biển
ở Vuosaari (Lahtiner, 2005.Đất yếu đào lên (như là bột) được gia cố bằng máy
trộn lớn. Đất gia cố này được sử dụng cho xây dụng nền đắp kết cấu, công trình
ngăn tiếng ồn…

Hình 3.8a: SWING

Hình 3.8b: JACKSMAN

Hình 3.8c: LDis

Hình 3.8d: Geo-Jet

Hình 3.8: Phương pháp kết hợp trộn ướt và phun cao áp

3.3 QUAN TRẮC TRONG THI CÔNG
Thông thường quá trình vận hành máy móc hoàn toàn tự động và điều khiển bởi
hệ thống máy tính. Các thiết bị cảm biến được dùng để đo lượng vữa xi măng hoặc
chất kết dính khô, độ sâu, góc xoay, tốc độ và lực xoay. Tại Thụy Điển, thông
thường giá trị lực xoay không được đo. Tại Scandinavi thì việc quan trắc chủ yếu
gồm: lượng chất kết dính, tỷ lệ hồi phục và tốc độ xoay.

Nhóm 1

Page 15


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
3.4 QUÁ TRÌNH TRỘN
Mục đích của quá trình trộn là làm phân tán chất kết dính vào trong nền đất, thay
đổi tính chất cơ học của chúng. Trong bài báo này, việc trộn được định nghĩa là
một sự vận hành có khuynh hướng làm giảm sự không đồng nhất và gradient trong
hợp chất cấu thành và thuộc tính của hỗn hợp đất – chất kết dính. Nếu chất kết
dính có tác dụng tích cực đối với việc xử nền đất yếu, thì các hạt kết dính phải
phân tán đều khắp lên thể tích của cọc. Hơn thế nữa, chất kết dính phải phân bố
đều khắp trên mặt cắt ngang để giới hạn sự sai lệch về cường độ và đặc tính
chuyển vị. Đặc tính phân tán theo chiều rộng không chỉ làm giảm giá trị của thí
nghiệm trong phòng mà còn làm phức tạp trong kiểm tra sản xuất. Hệ quả có thể
giảm chất lượng trộn và kết quả của chúng.
Quá trình trộn trong trộn sâu là rất phức tạp, bao gồm nhiều giai đoạn và có nhiều
yếu tố ảnh hưởng lên quá trình trộn và kết quả. Để làm sáng tỏ sự khác nhau của
thiết bị máy trong quá trình trộn là khó, tuy nhiên điều quan trọng là hiểu được
bằng cách nào thiết bị máy tác động lên chúng. Thi công trộn sâu ở Scandinavi có
thể được phân chia thành 3 giai đoạn chính:
1) Khả năng xuyên của thiết bị trộn đến độ sâu yêu cầu.

2) Sự phân tán của chất kết dính.
3) Khuếch tán phân tử.
Khả năng xuyên của thiết bị trộn
Trong giai đoạn đầu tiên của quá trình trộn là thiết bị trộn xoay vào trong
đất đến độ sâu mong muốn. Quá trình thiết bị trộn xoay xuyên vào đất có thể làm
phá hủy và tan rã đất làm thay đổi điều kiện cho các giai đoạn sau. Sự tan rã tổng
có thể có ảnh hưởng chủ động lên thiết bị trộn làm chúng di chuyển dễ dàng để
đưa vật liệu trộn vào trong đất. Tuy nhiên, hạn chế của thiết bị trộn ở Scandinavi
là cánh trộn có góc nhỏ đến mặt ngang. Hoạt động của thiết bị cần năng lượng nhỏ
để xuyên vào trong đất, tuy nhiên chỉ cần năng lượng nhỏ cũng làm phá hủy đất.
Thiết bị làm cho đất di chuyển để gây ra lực cắt cần thiết tạo sự tan rã.
Một điều quan trọng là liệu có hay không năng lượng pha trộn tăng lên
trong suốt quá trình xuyên thiết bị. Hiện nay không thể biết chắc kết quả trộn bị
tác động bởi năng lượng pha trộn trong suốt quá trình xuyên dùng để so sánh với
các yếu tố khác là như thế nào. Thiết bị có giá trị khoảng 100 mm/vòng, và cũng
không chắc chắn rằng kết cấu đất bị tác động đáng kể. Nó cũng không chắc chắn
có kinh tế hay không khi phá hủy và tan rã đất trước thêm chất kết dính vào.
Hơn nữa, cũng không chắc chắn rằng sự tan rã hoàn toàn của đất sẽ có tác
động tích cực lên sự tăng cường độ. Sự tan rã hoàn toàn kết hợp với hiệu quả trộn
kém có thể làm giảm cường độ chống cắt của và làm suy yếu toàn bộ đặc tính
cường độ của cọc.

Nhóm 1

Page 16


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
Trong khi thi công trộn, rủi ro là năng lượng được dùng trong quá trình tiêu
tán đã được dùng hết khi phá hủy đất sét. Việc trộn thành tầng, thành lớp sẽ làm

giảm hiệu quả như là đất sét có thể chống lại chuyển vị nhờ vào lực cản đàn hồi
(elastic drag) và điểm dẻo cao.
Quá trình tiêu tán
Quá trình chất kết dính tiêu tán trong đất có thể được phân chia thành 4 bước (theo
Parfitt và Barnes, 1992):
a) Sự kết hợp và phân bố dàn trải của chất kết dính
b) Tính ướt của các hạt rắn
c) Sự phá vỡ các khối kết tụ
d) Sự phân bố.
Trong thực tiễn thì các giai đoạn đan xen với nhau và do đó sẽ khó để phân biệt
bằng mắt thường.
a) Sự kết hợp và phân bố dàn trải của chất kết dính
Điều quan trọng trong suốt giai đoạn kết hợp và phân bố dàn trải của chất kết
dính là thiết bị trộn được thiết kế sao cho chất kết dính phân bố dàn trải trên mặt
cắt ngang của cọc là hợp lý. Cần tránh các khối kết tụ lớn, cần làm phá vỡ khối kết
tụ một cách dễ dàng, tránh tốn nhiều thời gian trộn, khi toàn bộ quá trình tiêu tán
diễn ra trong suốt thời gian trộn là ngắn.
Tại Scandinavi, chất kết dính được phân phối dưới dạng bột từ các bể chứa
thông qua ống cao su đến thiết bị trộn. Chất kết dính được phun ra từ một cái lỗ
như trong hình 3.6c. Chất kết dính phân bố dàn trải trong các lỗ hổng trong đất bởi
thiết bị trộn xoay. Kích thước và hình dạng của lỗ hổng phụ thuộc vào các yếu tố
như dạng hình học của thiết bị trộn và lỗ thoát ra chất kết dính, cường độ trộn, áp
lực không khí, điều kiện ứng suất trong đất, và chất kết dính.
b) Tính ướt của các hạt rắn
Khi chất kết dính dạng bột được trộn với đất, các khối bột bao gồm không khí
được giữ lại khi chúng thay thế cho chất lỏng. Ví dụ như phản ứng giữa đá vôi và
xi măng, chất lỏng được chiết ra từ đất do sự khuếch tán. Nếu không khí không
được giữ lai, sự làm việc cơ học phải được hoàn tất, nhưng thậm chí với sự giải
thoát của không khí nhờ sự làm việc cơ học có thể khó khăn nếu khối kết tụ được
tạo thành. Quá trình ướt thực hiện bởi thiết bị trộn, nơi phát sinh tính nén cao và

ứng suất cắt trong đất.
Quá trình ướt không thể xảy ra một cách tự nhiên bởi vì các hạt vôi và xi
măng không đủ đậm đặc để thấm vào vữa sét. Sự tập trung hạt cao, sự phức tạp
của quá trình phân bố dàn trải, sự có mặt của không khí như một bộ phận cấu
thành, và các phản ứng hóa học diễn ra trong suốt quá trình trộn làm cho ứng xử
Nhóm 1

Page 17


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
của sự pha trộn là rất phức tạp. Quá trình ướt bị ảnh hưởng bởi thuộc tính của pha
lỏng, các đặc tính của bề mặt, các chiều của lỗ rỗng bên trong khối kết tụ và lực
nén ép tác dụng bởi hệ thống cơ học trên bộ phận cấu thành. Hành vi ứng xử lưu
biến của đất sét cũng có đặc trưng cao cho quá trình ẩm ướt. Quá trình đất sét bị
phá hủy hoàn toàn làm giải phóng nước tại nơi các hạt vôi và xi măng có tính ướt.
c) Sự phá vỡ của các khối kết tụ
Đôi khi chất kết dính được kết hợp và phân bố dàn trải và các hạt của chúng
được làm ướt, thì các khối kết tụ nên được phá vỡ trước khi các phản ứng hóa học
bắt đầu. Nếu không thậm chí các hạt đã được phân tán trong khi trộn, thì các khối
kết tụ lớn sẽ tạo thành, kết quả là chất lượng trộn kém. Xa hơn nữa, nếu các hạt
không được phân tán, tất cả các hạt rắn sẽ không đóng góp đầy đủ để tăng cường
độ xuyên suốt thể tích được gia cố.
Các khối kết tụ được phá vỡ bởi lực nén ép lớn hay lực cắt. Để tạo lực nén
ép lớn hay lực cắt lớn trong khi trộn phải vận hành phù hợp. Để có hiệu quả phá
vỡ chất kết tụ trong pha trộn với thuộc tính dough-like, kinh nghiệm từ công
nghiệp trộn chỉ ra rằng thiết bị với sự nhào trộn hay sự nghiền vụn nên được sử
dụng. Trộn cơ học thông thường được thực hiện bởi sự xoay cánh máy trộn của
loại cánh trộn hay loại xoắn ốc. Cánh trộn và đinh ốc đã được kết hợp. Sự nhào
trộn trong quá trình trộn có thể tạo ra bởi cánh trộn được thiết lập tại góc tương đối

lớn đến mặt ngang, do đó phát sinh cả hai chuyển động dọc trục và chuyển động
tiếp tuyến. Chúng có ưu điểm để phát sinh dịch chuyển trong nhiều phương hướng
bởi vì đất sét có thuộc tính đàn nhớt, gây nên thiết bị trộn chỉ phát sinh dịch
chuyển lân cận cánh, tức là đất sẽ “dẻo” trong mặt phẳng trượt mỏng gần thiết bị
để lực tức thời xung quanh cánh trộn biến mất. Cánh trộn không thể phát sinh dịch
chuyển đặc trưng của sự pha trộn, kết quả là nếu thời gian trộn là quá ngắn, thì các
chất rắn được thêm vào sẽ rời đi trong đất. Do đó, điều quan trọng để thiết kế thiết
bị trộn để tạo ra “ dịch chuyển thụ động “ chovật liệu và phát sinh việc trộn thành
lớp với thể tích phù hợp với đất xung quanh thiết bị trộn.
Tùy thuộc vào thuộc tính của đất và nơi mà việc trộn cơ học chủ động, thì sự hiệu
quả của quá trình trộn được ảnh hưởng chủ yếu bởi hai yếu tố sau đây:
1) Biến dạng hiệu quả trong pha trộn. Yếu tố này có thể được nhấn mạnh như
là một hàm của số vòng quay trên mét (vòng/m) hoặc tỷ lệ hồi phục
(mm/vòng) của thiết bị trộn.
2) Cường độ trộn hoặc cường độ khuấy trộn. Yếu tố này có thể được nhấn
mạnh như là một hàm của tốc độ xoay của thiết bị trộn (vòng/phút).
Một giả thuyết trong kết nối này là khi cường độ trộn là hợp lý để phá vỡ khối
kết tụ, thì biến dạng hiệu quả có yếu tố đặc trưng cho chất lượng tốt hơn. Mặt khác
cường độ trộn là quá thấp để phá vỡ khối kết tụ, thì biến dạng là ít quan trọng vì
khối kết tụ chỉ đơn thuần dẫn đến với nhào trộn. Theo giả thuyết trên, tính lưu biến
Nhóm 1

Page 18


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
của đất được xác định bởi tỉ lệ hồi phục và tốc độ xoay của thiết bị ảnh hưởng đến
quá trình là tới chừng mực nào.
Nếu đất đã được phá hủy hoàn toàn và hành vi giống như chất lỏng, dưới điều
kiện thuận lợi, chuyển động xoáy có thể được phát sinh trong khi trộn. Kết quả

chuyển động xoáy trong tuần hoàn hiệu quả và các lực cắt cao. Nếu sức cản nhớt
trong trong chất lỏng là nhỏ, một tỉ lệ lớn của năng lượng trộn sẽ làm phá vỡ khối
kết tụ. Nó gây ra mối liên hệ tốc độ xoay cao tạo nên chuyển động xoáy. Tại tốc
độ thấp có nguy cơ thiết bị chỉ đơn thuần di chuyển đến các khối kết tụ nhưng
không làm phá vỡ chúng.
d) Sự phân bố
Sự phân bố là quá trình có sự phân tán ngẫu nhiên của các khối kết tụ vỡ vụn
xuyên suốt quá trình trộn. Thông thường thì nó diễn ra đồng thời với quá trình có
trước.
Nếu chất kết dính không phân bố dàn trải hợp lý trong suốt giai đoạn trước đó,
thì thời gian trộn sẽ kéo dài, sẽ khó khăn để phát sinh dịch chuyển trong tất cả loại
đất. Sự phân bố của chất kết dính có thể được xúc tiến bởi sự tiêu tán hoàn toàn
của đất, độ ẩm cao, và tính nhớt thấp. Nó chỉ thành công với thiết bị trộn có dịch
chuyển lớn trong đất.
Khuyếch tán phân tử
Sau khi thi công, quá trình trộn được tiếp diễn bởi sự khuyếch tán phân tử,
chủ yếu bởi sự di chuyển của các ion canxi từ đất được gia cố vào bên trong xung
quanh đất không được gia cố, hoặc từ vùng đất được gia cố có sự tập trung cao các
ion canxi vào phần đất có sự tập trung thấp hơn. Sự di chuyển của các ion canxi là
đối tượng cho rất nhiều khảo sát của Rogers cùng cộng sự (2000a,b); Rogers &
Glendinning (1994, 1997); Rajasekaran & Narashimha Rao (1997, 2000); Hayashi
cùng cộng sự (2003); Larson & Kosche (2005). Các ion canxi di chuyển khoảng
chừng 30 mm một năm (Rogers & Glendinning, 1996) và khoảng 50 mm trong 10
năm (Lofroth, 2005). Chất kết dính cũng có thể di chuyển vào bên trong vết nứt có
ngót xung quanh (Rao & Thyagaraj, 2003) và bên trong khe nứt thẳng đứng gây ra
bởi áp lực ngang trong khi phun chất kết dính và bởi lực cắt của đất gây ra bởi
thiết bị trộn (Shen & Miura, 1999; Shen và cộng sự, 2003a,b). Quá trình thi công
có thể gây ra nứt đất sét trong khoảng giá trị từ 2 – 3 lần đường kính của cọc.
Tuy nhiên, các khảo sát dựa trên sự di chuyển ion canxi từ đất được gia cố
vào bên trong đất không được gia cố. Quá trình nơi mà các ion di chuyển từ vùng

đất được gia cố có sự tập trung cao các ion canxi vào phần đất có sự tập trung ion
kém đã không được khảo sát. Do đó rất khó để đánh giá mức độ của quá trình này
và trạng thái đặc trưng của chúng. Tuy nhiên, các quan sát rút ra từ cọc vôi – xi
măng chỉ ra rằng các cọc dường như chữa lành sau thời gian ngắn sau khi thí
nghiệm xuyên cọc theo Axelsson & Larson, 2005. Thật khó để xác định vị trí đặt
thiết bị đo khi khảo sát bằng mắt.
Nhóm 1

Page 19


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
Quan điểm chung là yêu cầu số lượng trộn cao hơn dùng xi măng như là
chất kết dính đã được so sánh với vôi. Báo cáo này đã dựa trên lý luận rằng cường
độ sự di chuyển các ion canxi là ít hơn với đất được gia cố bằng xi măng.
3.5 Những nhân tố ảnh hưởng đến quá trình trộn.
Quá trình trộn khô rất phức tạp. Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình
và kết quả trộn như là:
-

Tính lưu biến của đất, chất kết dính (xi măng), hàm lượng xi măng.

-

Điều kiện áp lực trong đất khi thi công.

-

Áp suất và hàm lượng khí sử dụng .

-

Hình dạng của cần trộn (cánh trộn, cánh khuấy).

-

Năng lượng trộn, tốc độ rút và tốc độ quay của cần trộn.

-

Ứng suất cố kết / Năng lượng đầm, nhiệt độ.Nước hiện hữu và dòng thấm
sẽ ảnh hưởng đến sự khuếch tán phần tử.

Năng lượng trộn.
Công tác trộn có thể được định nghĩa như là sự kết hợp giữa biến dạng có
hiệu của hỗn hợp (nói 1 cách gián tiếp là tốc độ rút của cần trộn) và cường độ trộn
hay rung động (nói 1 cách gián tiếp là tốc độ quay của cần trộn).
Sự thật hiển nhiên là công tác trộn có ảnh hưởng đến quá trình trộn và kết
quả của nó.Vào thời kỳ đầu, Terashi (1977) đã điều tra ảnh hưởng của công việc
trộn đến sức kháng nén đơn của mẫu phòng thí nghiệm. Nhiều nghiên cứu đã đi
đến kết luận sự ảnh hưởng nàytrên mẫu trong phòng thí nghiệm mà không có 1 tỷ
lệ cụ thể nào (Locat 1990, Ahnberg 1995). Kiến thức về vấn đề này hiện vẫn chủ
yếu dựa vào thí nghiệm trong phòng và mô hình (Dong,1996; Hayashi và
Nishikawa,1999; Rogbeek, 2000; Horpibulsuk,2004; Larsson 2005). Tuy nhiên
vẫn chưa có kết luận chắc chắn nào thông báo công tác trộn ảnh hưởng như thế
nào đến quá trình trộn trong những loại đất khác nhau với những loại chất kết dính
khác nhau tại hiện trường.
Năng lượng trộn ít khi được đo đạc. Ở những nước vùng Scandinavian, tốc
độ rút lên (mm/vòng) của cần trộn được sử dụng như là một đơn vị đo lường của
thời gian trộn. Mặt khác ở Nhật Bản thời gian trộn được đo lường bởi tốc độ

khoan ban đầu (m/phút), tốc độ rút lên và tốc độ vòng quay.
Để đo lường công trộn những thông số này được kết hợp bao gồm số lượng
vòng cánh quay hay là số vòng trộn trên 1m (ký hiệu là T)được cung cấp bởi
Yoshizawa, 1997
T = ∑M×{( Nd/Vd ) + (Nu/Vu)}

(3.1)

với M : số cánh trộn; Nd: tốc độ quay của cần trộn lúc khoan ban đầu.(vòng/phut)
Nhóm 1

Page 20


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
Vd : là tốc độ khoan của cần trộn (m/phút).
Nu : là tốc độ quay của cần trộn khi rút lên ( vòng/phút)
Vu là tốc độ rút lên của cần trộn (m/phút)

Tham khảo

Aalto & Perkiö (2000) and
Aalto (2001)
Aalto (2003)
Abe et al. (1997)
Al-Taabbaa & Ewans (1999)
and Al-Tabbaa et al. (1999)
Asano et al. (1996)
Chida et al. (1982)
Dong et al. (1996)

Enami et al. (1986a)
Hansson (2000) and
Rogbeck et al. (2000)
Hayashi & Nishikawa, 1999
Hedman & Koukkanen, 2003
Horpibulsuk et al. (2004)
Johansson & Jons (1995)
Larsson & Nilsson (2005)
Larsson et al. (1999) and
Walter (1999)
Larsson et al. (2005 a,b,c)
LCM (1996)
Mizuno et al. (1988)
Muro et al. (1987a, 1987b)
Nishibayashi et al. (1988)
Matsuo et al. (1996)
Nishibayashi et al. (1985)
Nishibayashi et al. (1984)
Nishida et al. (1996)
Tränk & Edstam (1997)

Thí nghiệm

F
F

M UC,
FC
UC,
V,P

UC
M UC C W,D

L,F
L

F
L
F
F
F
L
F
F
F

M UC C W
UC
P

P
M,F UC C W

Loại CDK

Công trộn
Chất KD
H lượng CKD
Tốc độ quay
Áp suất khí

Hàm lượng khí
Đầm/ CK
Lưu biến đất
Cần trộn

Bảng 3.1: Tổng hợp các nghiên cứu về các nhân tố ảnh hưởng trộn đất gia cố

CD

x

C, L

x
(x) x

(x)

UC C,F,G, W
x x
UC C,L,S
x x
W,D
x
(x)
x
L,C,S D
x x
x
UC C D

L,C D

P

P,V L,C D
L,C D
UC L,C D

P
P

L,C D
L,C D

M UC C W
M UC C W
P

x
(x) x

x

(x)

M UC C
M UC C W

L,F
F

x x

UC L D
L,C D

x
x

x
x
(x)
x x x
x
x
x x

(x)
x
x
x
(x) x
x

x
x x
x
x
x (x)
x

x x
x
x
x
x

(x)
(x)

x
x
x
x

Thí nghiệm; L=TN trong phòng, M=TN mô hình ; F=TN hiện trường; UC=TN nén đơn
V=cắt cách; FC=rơi côn; P=TN xuyên
Loại chất kết dính; L=vôi; C=cement; S= xỉ; F= fly ash - tro bay; G=gypsum - thạch cao; D=dry; W=wet

Nhóm 1

Page 21


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
Ở Nhật Bản, một phần của xi măng được bơm vào khi cần khoan vào trong
đất nền đặc biệt là phương pháp ướt. Do vậy dung dịch xi măng cũng hổ trợ trong
việc khuấyđất.phương pháp khô cũng có thể bơm xi măng theo cách này để tối ưu
cần trộn hiệu quả hơn. Chấp nhận giả thiết rằng chỉ một phần xi măng bơm vào đất
nền khi khoan ban đầu , phương trình sau dùng để tính toán số vòng trộn trên 1m
cọc ( T ) theo Hayashi và Nishi kawa 1999.

T = M×{(Nd/Nd) ×(Wi/W) + (Nu/Vu) }

(3.2)

Trong đó Wi là khối lượng xi măng bơm vào khi khoan ban đầu ( Kg/
khối lượng xi măng tổng cộng bơm vào (Kg/

) và W là

).

Ở Thị Điển tốc độ rút lên (mm/vòng) được sử dụng để đo thời gian trộn. Số lượng
vòng cánh trộn hay là số vòng quay trên 1m cọc ( T ) được tính bởi công thức :

T = ∑M ×

(3.3)

Trong đó M là số lượng cánh trộn và S là là tốc độ nút của cần trộn
(mm/vòng). Thông số số vòng cánh trộn được sử dụng trên 20 năm (từ nhưng năm
đầu 1980 bởi Nakamura,1982) và được hiện diện trong chỉ dẫn của Nhật Bản
(CDIT,2002) và trong tiêu chuẩn thi công của Châu Âu ( Pren 14679).
Biến dạng có hiệu trọng khối trộn được giả định như là hàm số của tốc độ
rút lên.Cường độ trộn được giả định như hàm số của tốc độ quay.

Năng lượng trộn trên 1m3 đất trộn (đơn vị J/ ) có lẽ là một thông số kết
hợp. Tuy nhiên năng lượng trộn hiếm khi được đo lường và nó chưa được kiểm tra
rõ ràng xem có phải là một thông số kết hợp hay không?
Cần lưu ý rằng khi khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quay khác nhau ở Nhật
Bản về cả biến dạng có hiệu và cường độ trộn khác nhau. Do đó thật khó để tách

rời 2 thông số này ở những nghiên cứu ở Nhật. Bởi vì tốc độ quay gia tăng nhằm
mục đích gia tăng thời gian trộn. Sự bất lợi của thông số “số vòng cánh trộn” là
thông số này có liên quan chặt chẽ đến hình học của cần trộn.
Kết luận từ những nghiên cứu về năng lượng trộn là tốc độ rút và số lượng
cánh trộn có tầm ảnh hưởng đáng kể đến cường độ và độ biến thiên sức chịu tải
của nền.Hình 3.9 mô tả sự thay đổi về cường độ và mức độ biến thiên của khối đất
gia cố khi thay đổi số lượng cánh trộn. Biểu đồ dạng logarit hay lũy thừa thể hiện
quan hệ giữa cường độ cọc đất gia cố xi măng và công tác trộn đã được báo cáo
Nhóm 1

Page 22


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
trước đây bởi Muro (1987a, 1987b ), Nishida 1996; Larson (1999, 2005a,c ). Tuy
nhiên chúng ta không thể dự đoán được cường độ nếu chỉ dựa vào công tác trộn vì
cường độ khối đất gia cố xi măng phụ thuộc nhiều vào cấu tạo(thành phần) của
khối trộn và điều kiện bảo dưỡng.

Hình 3.9: Nguyên tắc thay đổi cường độ và đô biến thiên của khối đất gia cố khi
thay đổi số lượng cánh trộn
Trong một chừng mực nào đó ta có thể tăng cường độ, chất lượng khối trộn
bằng cách tăng cường cánh trộn hay là xây dựng cần trộn mà có thể tối ưucông
trộn. Một khối trộn có cường độ cao và ít biến thiên đương nhiên được hoan
nghênh nhưng về mặt kinh tế ta có nên sử dụng công tác đầm để điều chỉnh cường
độ hay là thay đổi loại chất kết dính và hàm lượng ban đầu để điều chỉnh cường
độ. Hơn nữa, có kinh tế chăng khi ta sử dụng quá trình trộn cơ học để điều chỉnh
tính chất của khối trộn do chứa nhiều thành phần đất khác nhau. Sự gia tăng cường
độtheo làm logarite của số vòng cánh trộn cho thấy rằng có thể sẽ không kinh tế
khi sử dụng quá trình trộn cơ học để điều chỉnh cường độ. Tác giả tin rằng cường

độ nén được điều chỉnh và hàm lượng chất kết dính (xi măng) ban đầu.
Ảnh hưởng của tốc độ quay chưa được khảo sát kỹ. Ở những nước
Scandinavian tốc độ quay thường từ 150 – 200 vòng/phút hoặc càng nhanh càng
tốt để giảm thời gian thi công. Tốc độ quay đã được cải thiện theosự phát triển từ
60 vòng/phút đến 200 vòng/phút. Tuy nhiên cũng có nhiều ý kiến khác nhau rằng
tốc độ quay cũng có liên hệ chặc chẽ với những thông số khác như tốc độ rút lên
và áp suất khí khi phun xi măng để đảm bảo độ phân bố xi măng đồng đều trong
đất nền. Ở Nhật Bản tốc độ quay thông thường ít hơn: từ 20 – 60 vòng/phút.
Chủng loại và hàm lượng chất kết dính.
Sự ảnh hưởng chủng loại và hàm lượng chất kết dính đến quá trình trộn chỉ
được nghiên cứu rời rạc trong một vài nghiên cứu được công bố.Không hề có câu
hỏi đặt ra rằng hàm lượng chất kết dính ảnh hưởng như thế nào đến cường độ khối
đất được gia cố.
Nhóm 1

Page 23


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
Asano (1996) đã nghiên cứu cường độ kháng nén và mức độ biến thiên khi
thay đổi hàm lượng xi măng trong 3 mẫu xi măng khác nhau. Kết quả cho thấy
rằng lúc sử dụng dung dịch xi măng, độ biến thiên 40 -20 khi hàm lượng xi
măng gấp đôi. Nishibayashi (1988) đã phát hiện độ biến thiên cũng giảm tương tự
với hàm lượng xi măng gấp đôi (dung dịch xi măng) nhưnội dung như trong hình
3.10a. Nishibayashi (1988) cũng đã báo cáo kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng độ biến
thiên gia tăng với tỉ lệ nước/xi măng. Đề xuất rằng gia tăng lượng nước trộn sẽ
giảm hiệu quả trộn ( Hình 3.10b). Lý do có thể là nước được trộn với đất yếu nó
có độ ẩm cao, đất bị vở thành cục và không được trộn đều.

Hình 3.10: Thay đổi về cường độ và độ biến thiên của khối đất gia cố khi thay đổi:

(a) Thay đổi hàm lượng xi măng
(b) Thay đổi tỷ lệ nước – xi măng
Horpi bulsuk (2004) đã báo cáo kết quả của 1 loạt thí nghiệm hiện trường và
mô hình của công tác gia cố nền cho công trình thi công sân bay Saga ở Nhật.Ảnh
hưởng của tỉ lệ nước/xi măng, hàm lượng xi măng, công tác trộn đã được khảo sát
đúng dự đoán.Khi thí nghiệm hiện trường, kết quả cho rất phân tán. Tuy nhiên khi
số lượng thí nghiệm nhiều ta có thể dự đoán được tỷ lệ nước/xi măng của dung
dịch kết dính có ảnh hưởng đến cường độ và tính biến thiên. Hai nhóm trạng thái
trộn được định nghĩa “trạng thái làm việc” và “trạng thái xả”.Ở “trạng thái làm
việc”,quá trình trộn được diễn ra tốt khi hàm lượng xi măng cao hay thấp.Khi ở
trạng thái xả, với tỉ lệ nước/ xi măng cao thì mức độtrộn phải cao mới cho ra hỗn
hợp đất gia cố xi măng tốt.Hình 3.11 diễn tả kết quả thi công cọc khi tỷ lệ nước/xi
măng là 80 và 100 .Khi công trộn ít, hàm lượng xi măng ít ảnh hưởng đến
cường độ cọc đất xi măng.Khi côngtrộn tăng lên, hàm lượng xi măng có ảnh
hưởng rõ rệt. Ta nên sử dụng công trộn cao cùng với hàm lượng xi măng cao. Một
Nhóm 1

Page 24


Tiểu luận KT xử lí nền đất yếu GVHD:TS.Trần Tuấn Anh
quan trắc nữa cho thấy rằng hàm lượng xi măng sẽ ít ảnh hưởng khi mà tỉ lệ
nước/xi măng là hàm số của hàm lượng xi măng; tỷ lệ nước/xi măng và công trộn

Hình 3.11: Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng lên và công trộn lên cưởng độ của
cọc đất gia cố XM hiện trường trong trường hợp (a) N/XM = 80% (b) N/XM =
100%
Thiết kế cần trộn.
Ảnh hưởng hình học của cần trộn đã được khảo sát suốt những năm 19701980 ở Nhật Bản và Thụy Điển . Trong báo cáo hiện nay, người ta chủ yếu khảo
sát bằng cách thí nghiệm các loại hình học khác nhau.

Không hề có nghiên cứu khoa học cơ bản nào được công bố về hình dạng
Nhóm 1

Page 25