Tiểu luận thi công xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất

Trờng đại học giao thông vận tải

TIU LUN MễN HC
THI CễNG H THNG H TNG
K THUT ễ TH

Giảng viên: ts. Hồ anh cơng
Học viên: phạm hồng đại
Lớp: kỹ thuật hạ tầng đô thị k22.1

MC LC
CHNG 1: M U. 3
CHNG 2: GII THIU GII PHP X Lí NN T YU BNG CC
XIMNG T4
2.1. Nguyên lý hình thành cọc ximăng đất.4


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất
2.2 Thi công CọC đất xi măng

...5

2.2.1 Công nghệ thi công 5
2.2.1.1. Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing).5
2.2.1.2. Công nghệ trộn ớt (Wet Mixing)5
2.2.2 Trình tự thi công ...8
2.2.2.1. Công tác chuẩn bị trớc khi thi công.8
2.2.2.2. Thiết bị thi công.9
2.2.2.3. Trình tự thi công .9
Chơng 3 : u điểm cọc ximăng đất so với các giải pháp xử lý
đất yếu khác..12

Chơng 4 : Kết luận13

CHNG 1: M U
Cọc đất gia cố xi măng do nớc Mỹ nghiên cứu đầu tiên thành công sau Đại chiến
thế giới thứ 2, năm 1954, gọi là Mixed In Place Pile (gọi tắt là phơng pháp
MIP), khi đó dùng cột có đờng kính từ 0,3 0,4m, dài 10 12m. Nhng cho đến năm
1996 cột đất gia cố với mục đích thơng mại mới đợc sử dụng với số lợng lớn.
Sự phát triển của công nghệ trộn sâu bắt đầu từ Thụy Điển và Nhật Bản từ những
năm 1960. Trộn khô dùng vôi hạt (vôi sống) làm chất gia cố đã đợc đa vào thực tế ở
Nhật Bản vào giữa những năm 1970. Cũng khoảng thời gian đó trộn khô ở Thụy Điển
dùng vôi bột trộn vào để cải tạo các đặc tính lún của đất sét dẻo mềm, mềm yếu. Trộn ớt dùng vữa xi măng làm chất gia cố cũng đợc áp dụng trong thực tế ở Nhật Bản từ giữa
những năm 1970.
Học viên: Phạm Hồng Đại

2

Lớp Kỹ thuật hạ tầng đô thị K22.1


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất
Tại Việt Nam Công nghệ cọc đất xi măng bắt đầu nghiên cứu vào năm 1980 với
sự giúp đỡ của Viện Địa kỹ thuật Thuỵ Điển (SGI). Đề tài nghiên cứu đợc Bộ xây dựng
nghiệm thu vào năm 1985 và đã đợc áp dụng cho một số công trình dân dụng và công
nghiệp ở Hà Nội và Hải Phòng. Công trình đầu tiên ở phía nam do công ty Hercules kết
hợp với công ty phát triển kỹ thuật xây dựng thi công là công trình Tổng kho xăng dầu
Hậu Giang tại khu công nghiệp Trà Nóc, thành phố Cần Thơ vào đầu năm 2001 với
khối lợng khoảng 50.000m dài cọc.
Gần đây công nghệ này đã đợc áp dụng ở hai công trình lớn nh: Cải tạo và nâng
cấp đờng hạ cất cánh, đờng lăn và sân đỗ máy bay cảng hàng không Cần Thơ và Dự án
đại lộ Đông Tây-Sài Gòn.

Nh vy cú th thy gii phỏp x lý nn t yu bng cc ximng t l cụng
ngh x lý nn tiờn tin ca th gii nú cho phộp gii quyt nhng khú khn trong thi
cụng h thng h tng k thut ụ th. Tiểu luận sẽ nghiên cứu giải pháp gia cố nền đất
yếu bằng Cọc đất gia cố xi măng'.

Học viên: Phạm Hồng Đại

3

Lớp Kỹ thuật hạ tầng đô thị K22.1


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất

CHNG 2: GII THIU GII PHP X Lí NN T YU BNG
CC XIMNG T
2.1. Nguyên lý hình thành cọc ximăng đất.
Cọc xi măng đất đợc tạo ra khi dung dịch vữa xi măng đợc bơm lấp đầy các lỗ
rỗng và khe nứt của đất đá thông qua các lỗ khoan hay giếng đứng, nhằm tăng cờng
khả năng chịu tải, ổn định về môi trờng, giảm tính thấm nớc của đất đá.
Gia cố đất bằng cọc xi măng đem lại hiệu quả cao, an toàn khi thi công, nhanh
chóng đem lại thuận lợi về cho công trình: hiệu quả nhanh, chu kỳ thi công ngắn, đơn
giản và tiết kiệm đợc nhiều nguyên liệu, thời gian lao động, vận chuyển, không gây ô
nhiễm đối với các công trình xung quanh, gía thành tơng đối rẻ.
Công nghệ cột đất xi măng áp dụng cho các công trình: ổ định mái dốc, tờng
chắn, nhà hai đến ba tầng, nhà kho, nhà công nghiệp nhẹ, nền đờng đắp cao, nền đờng
sắt, nền đào, mơng rãnh tháo nớc, cấp nớc, ống nhiệt, nền đờng đắp đầu cầu, gia cố các
nền đất có chất tải bên trên.

(a)

(b)
Hình 2.8: Cọc xi măng đất: (a) Kiểu đơn, (b) Kiểu ghép
Ngoài ra khi xây dựng công trình tuy thuộc vào điều kiện cụ thể của việc xử lý có
thể sử dụng một số biện pháp khác nh: phơng pháp nén trớc, phơng pháp cọc cát, sử
dụng đất có cốt, giảm trọng lợng nền đắp bằng cách sử dụng vật liệu nhẹ . . .

2.2 Thi công CọC đất xi măng
2.2.1 Công nghệ thi công
Hiện nay thờng sử dụng hai công nghệ thi công cọc đất xi măng là: công nghệ
trộn phun khô và công nghệ trộn phun ớt.
2.2.1.1. Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing)

Học viên: Phạm Hồng Đại

4

Lớp Kỹ thuật hạ tầng đô thị K22.1


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất
Đây là công nghệ trộn sâu tạo cọc xi măng với thiết bị thi công có gắn các cánh
cắt đất. Trong quá trình nhào trộn, các cánh cắt này sẽ cắt đất trong khi quay cùng với
trục. Trong một số thiết bị, vì lý do kỹ thuật mà còn có các cánh không quay cùng với
trục hoặc quay theo chiều ngợc lại. Không khí đợc sử dụng nh là một chất trung
chuyển, đẩy xi măng từ các bình chứa vào đất qua các lỗ trên thên trục. Với phơng
pháp này yêu cầu độ ẩm của đất phải lớn hơn 20% để đảm bảo lợng nớc cần thiết thấm
ớt các hạt xi măng. Công nghệ này thờng dùng để cải thiện tính chất cho đất dính.

Hình 3.2.1.1 Sơ đồ công nghệ trộn khô
Công nghệ trôn khô sử dụng các thiết bị thi công đơn giản, hàm lợng xi măng sử

dụng ít hơn công nghệ trộn ớt. Tuy nhiên công nghệ này gặp các khó khăn khi thi công
với các lớp đất có lẫn đất sét, cuội, các dị vật, chất thải, khi gặp lớp đất cứng. Không
thi công đợc trong khu vực ngập nớc. Chiều sâu xử lý vào khoảng 15 20m.
2.2.1.2. Công nghệ trộn ớt (Wet Mixing)
Đây là công nghệ trộn sâu tạo cọc xi măng với thiết bị thi công có các vòi phun
gắn trên trục. Từ các vòi phun này, hỗn hợp xi măng và nớc hay một dạng vữa dới áp
suất cao (khoảng 20MPa) đợc phun ra trong quá trình thi công. Dòng hỗn hợp dới áp
suất cao này phá vỡ tầng đất ở độ sâu cần gia cố. Dới tác dụng của lực ly tâm và của
trọng lực cũng nh lực xung kích của dòng phun mà đất sẽ trộn lẫn với dung dịch vữa,
sau đó hỗn hợp này sẽ đợc sắp xếp lại theo một tỉ lệ giữa đất và vữa theo khối lợng hạt.
Công nghệ này thờng đợc dùng để cải thiện tính chất của đất rời.
Hiện nay trên thế giới có 3 công nghệ trộn ớt: công nghệ S, công nghệ D, và gần
đây là công nghệ T.
- Công nghệ S (đơn pha): Vữa phụt ra với vận tốc 100m/s vừa cắt đất vừa
trộn vữa với đất một cách đồng thời, tạo ra một cọc đất xi măng đồng đều với độ cứng
cao và hạn chế đất trào ngợc lên. Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ phun vữa.
Các lỗ phun vữa có thể đợc bố trí ngang hàng hoặc lệch hàng và có độ lệch góc đều
nhau. Công nghệ đơn pha chế tạo ra các cọc xi măng có đờng kính vừa nhỏ (từ 0,4
0,8m). Công nghệ này chủ yếu phục vụ cho thi công nền đất đắp.
Học viên: Phạm Hồng Đại

5

Lớp Kỹ thuật hạ tầng đô thị K22.1


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất

Hình 3.2.1.2 Mũi khoan công nghệ S
- Công nghệ D (hai pha): Đây là hệ thống phụt vữa kết hợp vữa với không

khí. Hỗn hợp vữa đất xi măng đợc bơm ở áp suất cao, tốc độ 100m/s và đợc trợ giúp
bởi một tia khí nén bao bọc quanh vòi phun. Vòng khí nén sẽ làm giảm ma sát và cho
phép vữa xâm nhập sau vào trong đất, do vậy tạo ra cọc xi măng đất xó đờng kính lớn.
Tuy nhiên dòng khí lai làm giảm độ cứng của cọc xi măng đất so với phơng pháp phụt
đơn pha và đất bị trào công nghệ ngợc nhiều hơn. Cấu tạo đầu khoan gồm có một hoặc
nhiều lỗ phun bố trí ngang hàng hoặc lệch hàng có độ lệch góc đều nhau để phun vữa
và khí, khe phun khí nằm bao quanh lỗ phun vữa.Công nghệ này tạo ra các cọc xi
măng có đờng kính từ 0,8 1,2m. Công nghệ này chủ yếu phục vụ cho thi công các tờng chắn, cọc và hào chống thấm.

Hình 3.2.1.2 Mũi khoan công nghệ D
- Công nghệ T (ba pha): bao gồm cả quá trình phụt vữa, không khí và nớc.
Không giống phụt vữa đơn pha và hai pha, nớc đợc bơm với áp xuất cao và kết hợp với
Học viên: Phạm Hồng Đại

6

Lớp Kỹ thuật hạ tầng đô thị K22.1


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất
dòng khí nén xung quanh vòi nớc. Điều đó đuổi khí ra khỏi cọc đất gia cố. Vữa đợc
bơm qua một vòi riêng biệt nằm dới vòi phun khí và vòi phun nớc để lấp đầy khoảng
trống của khí. Phụt ba pha là công nghệ thay thế đất hoàn toàn. Đất bị thay thế sẽ trào
ngợc lên mặt đất và đợc thu gom xử lý. Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ đúp
để phun nớc và khí đồng thời và một hoặc nhiều lỗ đơn nằm thấp hơn để phun vữa, mỗi
cặp lỗ phun khí nớc và vữa đều nằm đối xứng nhau qua tâm trục của đầu khoan, các
cặp lỗ đợc bố trí lệch góc đều nhau. Công nghệ phụt ba pha này là phơng pháp thay thế
đất mà không làm xáo trộn đất. Công nghệ này phục vụ cho việc tạo ra các cọc
Soilcrete có đờng kính lớn (có thể tới 3m), làm tờng ngăn chống thấm.

Hình 3.2.1.2 Mũi khoan công nghệ T
Phạm vi áp dụng công nghệ trộn ớt rộng, có thể xuyên qua các lớp đất cứng hoặc
tấm bê tông, đặc biệt có thể thi công trong nớc. Tuy nhiên thiết bị thi công phức tạp,
hàm lợng xi măng nhiều hơn (do thoát cùng với dòng nớc trào ra ngoài).
2.2.2 Trình tự thi công
2.2.2.1. Công tác chuẩn bị trớc khi thi công
- Hiện trờng để thi công phải đợc dọn sạch san phẳng trớc, cần thiết phải
loại bỏ tất cả các vật chớng ngại trên mặt đất và dới đất. Các cống hở, vũng nớc hoặc
các khu đất trũng thấp phải bơm hết nớc và vét bùn đọng, đắp bằng chất đất sét dẻo và
chia lớp đầm chặt, không đợc đắp bằng các loại đất tạp hoặc rác sinh hoạt. Trớc khi mở
máy cần phải chạy thử, kiểm tra tình trạng của máy chế tạo cọc và ống dẫn vật liệu đ ợc
thông suốt
- Để đảm bảo độ thẳng đứng của cọc xi măng đất, phải chú ý đến độ
bằng
phẳng của thiết bị cẩu nâng và độ thẳng đứng của giá dẫn hớng, sai số cọc xi măng đất
không đợc vợt quá 1%, sai lệch về bố trí cọc không đợc lớn hơn 4%

Học viên: Phạm Hồng Đại

7

Lớp Kỹ thuật hạ tầng đô thị K22.1


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất
- Khi đào hố móng, phải đào bỏ đoạn chất lợng thi công không tốt. Khi
thi công cọc xi măng đất chịu lực, cao độ mặt ngừng bơm vữa thiết kế thờng phải cao
hơn cao độ đáy móng từ 300-500mm,
2.2.2.2. Thiết bị thi công
Thiết bị thi công có thể sử dụng thiết bị khoan cọc xi măng đất của Trung

Quốc ký hiệu GPP-5P. Máy tự dịch chuyển bằng hệ thống thuỷ lực có các thông số cơ
bản sau
- Chiều sâu làm việc tối đa 18m
- Đờng kính khoan 0,55m
- Tốc độ khoan 0,48 1,47m/phút
- Tốc độ quay 28 - 92 vòng/phút
- Tổng trọng lợng 9250kG
- áp lực trên nền đất 24kPa
- Cấu tạo mũi khoan: tuỳ thuộc vào công nghệ thi công
2.2.2.3. Trình tự thi công
a. Thi công trộn ớt
- Sơ đồ chuẩn bị thi công cọc
Nc

Ph gia

Xi mng

Trn

Bn cha
Bm ỏp lc

Kim soỏt sõu v quay

To tr

-

Kim soỏt lu lng

Các bớc tiến hành thi công cọc
- Bớc 1: đa máy phun trộn vữa vào vị trí.
- Bớc 2: khoan hạ đầu phun trộn vữa xuống.
- Bớc 3: kéo dần phần trộn phun vữa lên.
- Bớc 4: thả lại phần trộn phun vữa xi măng.
- Bớc 5: trộn phun lại rồi nâng dần thẳng lên miệng lỗ.
- Bớc 6: đóng tắt thiết bị trộn phun.

Học viên: Phạm Hồng Đại

8

Lớp Kỹ thuật hạ tầng đô thị K22.1


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất

Hình 3.2.2.1 Sơ đồ thi công cọc xi măng đất công nghệ trộn ớt
b. Thi công trộn khô
- Sơ đồ chuẩn bị thi công cọc
Mỏy nộn khớ

Xe ti

Mỏy sy

Bn cha khớ

Xi mng

Silo

Nh kim tra

Ngun in

Xi mng
Thi cụng tr

- Các bớc tiến hành thi công cọc
- Bớc 1: đa giá khoan cọc vào vị trí.
- Bớc 2: mũi khoan quay xuôi phun khí hạ xuống nền đất dự kiến
trộn xi măng đến cao trình thiết kế mũi cọc.
- Bớc 3: mũi khoan quay ngợc lại phun bột xi măng máy trộn
nâng lên tới cao độ thiết kế ngừng phun vữa. Tại những bộ phận mấu chốt của thân cọc
(nh đầu cọc, mũi cọc, ) phải trộn đi trộn lại hoặc phun đi phun lại.
- Bớc 4: đo lờng lợng bột phun xi măng trong thùng chứa, đối với
những vị trí cọc có lợng bột phun không đạt yêu cầu thiết kế phải trộn lại và phun lại.

Học viên: Phạm Hồng Đại

9

Lớp Kỹ thuật hạ tầng đô thị K22.1


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất

Hình 3.2.2.1 Sơ đồ thi công cọc xi măng đất công nghệ trộn khô

Chơng 3 : u điểm cọc ximăng đất so với các giải pháp xử lý
đất yếu khác
Trong xây dựng hiện nay, nhất là trong xây dựng cầu đờng, do việc thi công công trình
theo tuyến, điều này khiến cho công việc thi công gặp nhiều khó khăn. Hiện nay có rất

Học viên: Phạm Hồng Đại

10

Lớp Kỹ thuật hạ tầng đô thị K22.1


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất
nhiều biện pháp để cải thiện nền đất, một số biện pháp tuy đã có u điểm nhất định nhng cũng còn tồn tại một số nhợc điểm sau :
+ Phơng pháp lèn chặt đất bằng cọc đợc áp dụng tốt nhất là trong các loại đất
cát, trong trờng hợp đất dính thì không kinh tế.
+ Đối với phơng pháp sử dụng giếng cát có nhợc điểm là tốn công, máy móc
nặng nề, tốc độ thi công chậm. Khi nền bị cố kết và biến dạng thì có thể làm cho giếng
cát bị cắt đứt kém hiệu quả sử dụng.
+ Đối với phơng pháp sử dụng bấc thấm có thể tăng nhanh tôc độ thi công , tốc
độ cố kết, không bị tắc đờng thấm nhng tốn kém vật liệu.
+ Để việc thi công tiến hành nhanh chóng không phải mất thời gian chờ thi
công thì ngời ta thờng áp dụng gia cố nền đất bằng phơng pháp trộn sâu vôi hoặc xi
măng và đất tại chổ.
- Đối với phơng pháp trộn sâu bằng vôi củng có rất nhiều tác dụng nh làm cho
nền đất tăng cờng độ, khả năng chống cắt tăng lên, nền khắc phục đợc dộ
lún.
- Tính chất của đất xung quanh cọc xi măng đợc cải thiện và khả năng chịu
lực tăng nhờ các hạt xi măng trong quá trình thuỷ hoá sẽ hút một phần nớc

trong đất.
Để khắc phục một số nhợc điểm mà trong những điều kiện nhất định các phơng pháp
khác không thể khắc phục đợc.

Chơng 4 : Kết luận
4.1. Kết luận
Sau khi nghiên cứu lý thuyết và tổng hợp thực tiển theo các tài liệu đã công bố
của một số dự án đã thực hiện tại Việt Nam và các nớc trên thế giới, em rút ra một số
kết luận đối với giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất ximăng nh sau :
Thời gian đa công trình vào khai thác sau khi thi công ngắn, công tác
thi công cọc đợc cơ giới hoá và có thể thực hiện cuốn chiếu, phần trớc
thi công cọc, phần sau có thể tiến hành thi công nền và mặt, không
tốn thời gian chờ lún cố kết.
Cờng độ sức chống cắt của cọc đất ximăng đợc tăng lên khá cao, làm
tăng đáng kể khả năng chống trợt.

Học viên: Phạm Hồng Đại

11

Lớp Kỹ thuật hạ tầng đô thị K22.1


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất
Độ lún của nền sau khi gia cố đợc đảm bảo, sơm đua công trình vào
sủ dụng.
Về chi phí xây dựng có đắt hơn các phơng pháp khác, tuy nhiên do
thời gian thi công ngắn đảm bảo giải quyết đợc vấn đề xã hội và phát
triển kinh tế, bảo vệ môi trờng.
Tuy nhiên nhợc điểm cơ bản của công nghệ cọc đất gia cố ximăng là

độ lún không đều giữa các cọc và nền đất xung quanh cọc, do vậy nếu
kết cấu mặt không đủ cứng thì sau một thơì gian khai thác sẽ tạo nên
sự lồi lỏm. Trong trờng hợp này có thể bố trí thêm lớp vải địa kỹ thuật
để giảm sự chênh lệch lún này.
4.2. Kiến nghị

Hiện nay việc áp dụng biện pháp này đang ở mức thử nghiệm do vậy
cần phải thu thập thêm các số liệu và thay đổi của chiều dài, đờng
kính của cọc phù hợp trong điều kiện địa chất Việt Nam.

Trong biện pháp gia cố bằng cọc đất xi măng thì các số liệu về địa
chất nền đất hiện tại là rất quan trọng và ảnh hởng rất lớn đến hiệu
quả xây dựng công trình. Do đó để có các biện pháp thiết kế hợp lý và
giảm đợc giá thành xây dung thì công tác khảo sát là hết sức quan
trọng, xác định các chỉ tiêu cơ lý củng nh các chỉ tiêu cần thiết cho
quá trình thiết kế.

Đối với công trờng đòi hỏi chống trợt ( nền đờng đắp cao, tờng chắn )
thì áp dụng biện pháp này là hợp lý vì khi gia cố thì sức chống cắt
tăng lên rất nhiều.

Đối với những công trình đòi hỏi đọ lún đồng đều cần tính toán lựa
chọn khoảng cách giữa các cọc hợp lý hoặc có thể gia cố thêm vải địa
kỹ thuật.

Học viên: Phạm Hồng Đại

12

Lớp Kỹ thuật hạ tầng đô thị K22.1