TÍNH TOÁN NỀN GIA CỐ BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT

Slide 1

TÍNH TOÁN NỀN GIA CỐ
BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT
TS. Trần Minh Thuận

Bộ môn Kỹ thuật xây dựng


Slide 2

NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ
•
•
•
•
•
•
•

GIỚI THIỆU GIA CỐ NỀN BẰNG PP XI MĂNG HÓA
GIỚI THIỆU VỀ CỌC XI MĂNG ĐẤT
CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC XI MĂNG ĐẤT
THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ HIỆN TRƯỜNG
TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CỌC XI MĂNG ĐẤT CỦA VN
LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC XI MĂNG ĐẤT
BÀI TẬP


Slide 3

Tài liệu tham khảo:
•
•
•
•
•
•
•

TCXD VN 385:2006, Gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng.
Giớ i thiệu kết quả ứng dụng công nghệ khoan phụt cao áp (jet grouting)
để chống thấm cho một số công trình thuỷ lợ i. Nguyễn Quốc Dũng,
Nguyễn Quốc Huy, Nguyễn Quý Anh, Viện khoa học thuỷ lợ i.
Dự án mở rộng đường Quang Trung – Cái Cui, Q. Cái Răng, Tp Cần Thơ,
Công ty Tư vấn và Khảo sát thiết kế xây dựng – Bộ Quốc phòng, tháng
12/2009.
Cement deep mixing applied to soft clay in Mekong delta, Suzuki, K; Usui,
H; Sasai, T; Kojima, A; Nozu, M; Nguyen, H. T.
The Application of Various Deep Mixing Methods for Excavation Support
Systems, Kenneth B. Andromalos, P.E., Eric W. Bahner, P.E.
Lime Cement Dry Soil Mixing, Keller Ground Engineering, Pty Ltd,
Australia, New Zealand, Pacific Islands, Indonesia
Quality Assessment and Quality Control of Deep Soil Mixing Construction
for Stabilizing Expansive Subsoils, Raja Sekhar Madhyannapu, Anand J.
Puppala, Soheil Nazarian, Deren Yuan.


Slide 4

GIỚI THIỆU GIA CỐ NỀN BẰNG

PP XI MĂNG HÓA
•

Các kiểu công nghệ khoan phụt xi
măng chống thấm và gia cố nền:


Slide 5

CÁC KIỂU KHOAN PHỤT XI MĂNG

•

•

Khoan phụ t truyền thố ng:

Khoan phụt truyền thống (còn đượ c gọi là khoan
phụt có nút bịt) đượ c thực hiện theo sơ đồ hình 2.
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, ... ).
Phương pháp này sử dụng khá phổ biến trong khoan
phụt nền đá nứt nẻ, quy trình thi công và kiểm tra đã
khá hoàn chỉnh. Tuy nhiên. vớ i đất cát mịn hoặc đất
bùn yếu, mực nướ c ngầm cao hoặc nướ c có áp thì
không kiểm soát đượ c dòng vữa sẽ đi theo hướ ng
nào.

Slide 6

…CÁC KIỂU KHOAN PHỤT XI MĂNG
Khoan phụ t kiểu ép đất

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

Khoan phụ t 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.

Khoan phụ t cao áp (Jet – grouting)

Công nghệ trộn xi măng vớ i đất tại chỗ- dướ i sâu tạo ra cọc Xi
Măng Đất được gọi là công nghệ trộn sâu (Deep Mixing-DM).
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).


Slide 7

Phân loại chung các thiết bị trộn sâu
Phương pháp trộn
Trộn sâu

Quay một trục
Trộn khô

Một cần/
Nhiều cần &
một cánh/
nhiều cánh

Trộn ướt

Guồng xoắn
liền khối

Guồng xoắn
tháo rời

Một cần,
một cánh/
nhiều cánh

Nhiều cần &
nhiều cánh

Trộn tổ hợp

Quay một trục
+ thủy lực

Quay một trục

+ tịnh tiến
theo tuyến

Trộn khô

Một cần, cánh
& phun tia áp
cao

Quay trong
mặt phẳng +
tịnh tiến theo
tuyến

Chỉ tịnh tiến
theo tuyến

Trộn ướt

Cánh cắt,
xích/cam hoặc
bánh lốp

Một cần, cánh .
Gia cố khối lớn

Máy đào


Slide 8

Ứng dụng trộn sâu

Tạm thời

Tăng sức chịu tải trọng ngang cho cọc
Ngăn chặn nâng đáy hố đào
Ổn định mái dốc
Tường chắn
Ổn định thành hố đào

Trên đất liền

Đê sông
Đường bộ, đường sắt
Mố cầu
Tường chắn
Nền nhà và công trình
Ổn định mái dốc
Giảm chấn động

Trên biển

Đảo nhân tạo
Tường chắn
Ngăn nước

Vĩnh cửu

Slide 9

Bảng 1-Thông số thi công
Trộn khô
Trộn ướt
Số hiệu trụ, thời gian thi công
Số hiệu trụ, thời gian thi công
Áp lực khí nén
Áp lực bơm (khí nén nếu có)
Hình dạng đầu trộn
Hình dạng đầu trộn
Biểu đồ thời gian/độ sâu (vận tốc xuyên Biểu đồ thời gian/độ sâu (vận tốc xuyên
xuống, rút lên)
xuống, rút lên)
Tốc độ quay(vòng/phút, khi xuyên xuống Tốc độ quay(vòng/phút, khi xuyên xuống
và rút lên
và rút lên
Chủng loại xi măng và thành phần
Chủng loại vữa xi măng và thành phần
Tỷ lệ nước/ximăng
Khối lượng xi măng theo mét chiều sâu (khi Khối lượng vữa xi măng theo mét chiều sâu
xuyên xuống và rút lên)
(khi xuyên xuống và rút lên)
Sai số thi công(phương đứng,đường kính, Sai số thi công(phương đứng,đường kính,
vị trí)
vị trí)
Cao độ đáy và đỉnh
Cao độ đáy và đỉnh

Slide 10

GIỚI THIỆU VỀ CỌC 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)
• Cọc ximăng đất là hỗn hợp giữa
đất nguyên trạng nơi gia cố và
ximăng được phun xuống nền
đất bằng thiết bị khoan phun.
• Mũi khoan được khoan sâu
xuống làm tơi đất đến khi đạt độ
sâu lớp đất cần gia cố thì xoay
ngược lại và dịch chuyển lên.
• Trong quá trình dịch chuyển lên,
xi măng được phun vào nền đất
(bằng áp lực khí nén đối với hỗn
hợp khô hoặc bằng bơm vữa
Khoan cọc xi măng đất gia cố nền
đối với hỗn hợp dạng vữa ướt).
đất yếu tại Sân bay Cần Thơ


Slide 11

Nguyên lý hoạt động
•
•
•
•

•

Bước 1: Đặt máy khoan phun tại vị trí
tim cột đầu tiên để bắt đầu khoan
xuống
Bước 2: Máy khoan bắt đầu khoan
xuống vị trí dự kiến cột (chưa bơm
vữa)
Bước 3: Máy khoan đã xuống sâu
hơn và bắt đầu tiến trình vừa khoan
vừa bơm vữa
Bước 4: Sau khi đã khoan-bơm vữatrộn đều đến độ sâu thiết kế, cho
quay ngược chiều mũi khoan để rút
lên.
Bước 5 : Kết thúc chu trình thi công
một cột ximăng đất.

( Nguồn: “Dự án Khu biệt thự cao cấp Sunrise” )


Slide 12

Phạm vi ứng dụng
Cọc xi măng đất là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu:
Khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu cần
phải có các biện pháp xử lý đất nền bên dưới móng công trình,
nhất là những khu vực có tầng đất yếu khá dày (như vùng Nhà
Bè, Bình Chánh, Thanh Đa ở thành phố Hồ Chí Minh và một số
tỉnh ở đồng bằng sông Cửu Long…)

Cọc xi măng đất được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và
nền đất yếu cho các công trình xây dựng, giao thông, thuỷ lợi, sân
bay, bến cảng…như:
–
–
–
–
–
–

làm tường hào chống thấm cho đê đập,
sửa chữa thấm mang cống và đáy cống,
gia cố đất xung quanh đường hầm,
ổn định tường chắn,
chống trượt đất cho mái dốc,
gia cố nền đường, mố cầu dẫn...


Slide 13

Ưu điểm của cọc xi măng đất
•

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(Ví dụ tại dự án Sunrise). Tốc độ thi công cọc rất
nhanh.

•

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 sâu
trong nước. Khả năng xử lý nền đất yếu sâu (có thể đến 50m).

•

Thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho đến bùn yếu). Nếu địa chất
nền là cát rất phù hợp và độ tin cậy cao.

•

Nhiều trường hợp đã đưa lại hiệu quả kinh tế rõ rệt so với các giải pháp
xử lý cọc đóng. (nếu sử dụng phương pháp cọc bê tông ép hoặc cọc
khoan nhồi thì rất tốn kém do tầng đất yếu bên trên dày. Với 1 trường
hợp đã áp dụng với lớp đất dày 30m, thì khi sử dụng phương pháp cọcđất xi măng tiết kiệm cho mỗi móng xi lô khoảng 600 triệu đồng. (Nguồn
Wikia)


Slide 14

Tiêu chuẩn thiết kế
• Tại Việt Nam, tiêu chuẩn thiết kế - thi công –
nghiệm thu cọc xi măng đất là TCXDVN 385 :
2006 "Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng
trụ đất xi măng" do Viện Khoa học Công nghệ
Xây dựng - Bộ Xây dựng biên soạn, Vụ Khoa

học Công nghệ Xây dựng đề nghị, Bộ Xây
dựng ban hành theo Quyết định số
38/2006/QĐ-BXD ngày 27 tháng 12 năm 2006


Slide 15

Quy định về việc gia cố nền bằng
cọc xi măng đất (TCXDVN 385:2006)

•
•
•
•
•
•
•

Thiết kế, thi công gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng cần
tuân theo quy trình sau:
Khảo sát địa chất công trình, thí nghiệm xác định hàm lượng xi
măng thích hợp trong phòng thí nghiệm;
Thiết kế sơ bộ nền gia cố theo điều kiện tải trọng tác dụng của
kết cấu bên trên (căn cứ vào kết quả thí nghiệm mẫu trong phòng
và kinh nghiệm tích lũy);
Thi công trụ thử bằng thiết bị dự kiến sử dụng;
Tiến hành các thí nghiệm kiểm tra ( xuyên cánh, xuyên tĩnh, nén
tĩnh, lấy mẫu...);
So sánh với các kết quả thí nghiệm trong phòng, đánh giá lại các
chỉ tiêu cần thiết ;

Điều chỉnh thiết kế ( hàm lượng chất gia cố, chiều dài hoặc
khoảng cách giữa các trụ);
Thi công đại trà theo công nghệ đã đạt yêu cầu và tiến hành kiểm
tra chất lượng phục vụ nghiệm thu.


Slide 16

Các kiểu bố trí cọc xi măng đất

Hình ví dụ bố trí cọc trộn khô: 1 Dải; 2 Nhóm, 3 Lưới tam giác, 4 Lưới vuông


Slide 17

Hình ví dụ bố trí cọc trộn ướt trên mặt đất:
1 Kiểu tường, 2 Kiểu kẻ ô, 3 Kiểu khối,
4 Kiểu diện
Hình ví dụ bố trí cọc trùng nhau theo khối


Slide 18

Hình ví dụ bố trí cọc
trùng nhau trộn ướt,
thứ tự thi công

Hình ví dụ bố trí
cọc 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


Slide 19

Công nghệ thi công
Hiện nay thế giới có hai công nghệ được áp dụng phổ
biến là công nghệ của Châu Âu và công nghệ của Nhật.
Hiện nay ở Việt Nam phổ biến hai công nghệ thi công
cọc xi măng đất là: Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing)
và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là Jetgrouting)là công nghệ của Nhật Bản.
Trộn khô là quá trình phun trộn xi măng khô với đất có
hoặc không có chất phụ gia. Dành cho đất thịt và sét có
độ ẩm cao (>50%).
-Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có
hoặc không có chất phụ gia.
Mỗi phương pháp trộn (khô hoặc ướt) có thiết bị giây
chuyền thi công kỹ thuật, thi công phun (bơm) trộn khác
nhau.
Cột XMĐ được đào lên


Slide 23

Slide 24

Công nghệ trộn khô

b)

c)

d)

a)Thiết bị khoan sâu vào trong đất đến độ sâu thiết kế, xi măng được phun ra
từ lỗ phun phía trên dao trộn đất. b)Thiết bị quay nhanh hơn khi rút lên để trộn
xi măng đều với đất. c)Phụ tải để bó cọc và nén trước trong khi dưỡng hộ để
cọc đạt cường độ nhanh trong tuần đầu. d)Có thể chất đủ tải sau khi cọc được
dưỡng hộ 3-4 tuần (cọc đạt 90% cường độ).

.(Nguồn KELLER Ground Engineering)

a)


Slide 28

Công nghệ trộn ướt (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.
Hiện nay trên thế giới đã phát triển ba công nghệ Jet-grouting: đầu tiên là
công nghệ S, tiếp theo là công nghệ T, và gần đây là công nghệ D:
+ Công nghệ đơn pha S: Công nghệ đơn pha tạo ra các cọc xi măng đất có đường kính
vừa và nhỏ 0,4 - 0,8m. Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công nền đất đắp, cọc...
+ Công nghệ hai pha D: Công nghệ hai pha tạo ra các cọc xi măng đất có đường kính từ
0,8 -1,2m. Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công các tường chắn, cọc và hào chống
thấm.
+ Công nghệ ba pha T: Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất mà không xáo trộn đất.
Công nghệ T sử dụng để làm các cọc, các tường ngăn chống thấm, có thể tạo ra cột
Soilcrete đường kính đến 3m.


Slide 32

Thiết bị trộn ướt 2 cần

(a) Mixing blades of CI-CMC machine (Nguồn Toa Corporation,
Tokyo, Japan)

Slide 33

Thiết bị trộn ướt 4 cần

(b) CDM-Land 4 machine (Nguồn Toa Corporation, Tokyo, Japan)


Slide 34

Mặt cắt ngang cọc XMĐ với
loại máy trộn 2 cần và 4 cần