tieu luan thi cong xu ly nen dat yeu bang coc xi mang dat

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


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất
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
2.2

Thi

công

CọC

đất

xi

măng

thi

công

...5
2.2.1

Công

nghệ

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

Trình

tự

thi

công.9
2.2.2.3.
công .9
Chơng 3 : u điểm cọc ximăng đất so với các giải pháp xử lý
đất yếu khác..12
Chơng 4 : Kết luận13

Học viên: Phạm Hồng Đại
đô thị K22.1

2

Lớp Kỹ thuật hạ tầng


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

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.
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

Học viên: Phạm Hồng Đại
đô thị K22.1

3

Lớp Kỹ thuật hạ tầng


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất
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
đô thị K22.1

4

Lớp Kỹ thuật hạ tầng


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

Học viên: Phạm Hồng Đại
đô thị K22.1

5

Lớp Kỹ thuật hạ tầng

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

Học viên: Phạm Hồng Đại
đô thị K22.1

6

Lớp Kỹ thuật hạ tầng


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất
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
đô thị K22.1

7

Lớp Kỹ thuật hạ tầng


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.

Học viên: Phạm Hồng Đại
đô thị K22.1

8

Lớp Kỹ thuật hạ tầng


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

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 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.

Học viên: Phạm Hồng Đại
đô thị K22.1

9

Lớp Kỹ thuật hạ tầng


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

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 đợc 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
đô thị K22.1

10

Lớp Kỹ thuật hạ tầng


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

Xi mng

Ph gia

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.

Học viên: Phạm Hồng Đại
đô thị K22.1

11

Lớp Kỹ thuật hạ tầng


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

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

Xi mng

Ngun in

Thi cụng tr

- Các bớc tiến hành thi công cọc
- Bớc 1: đa giá khoan cọc vào vị trí.

Học viên: Phạm Hồng Đại
đô thị K22.1

12

Lớp Kỹ thuật hạ tầng


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

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

Học viên: Phạm Hồng Đại
đô thị K22.1

13

Lớp Kỹ thuật hạ tầng


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

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 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.

Học viên: Phạm Hồng Đại
đô thị K22.1

14

Lớp Kỹ thuật hạ tầng


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

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.
Độ lún của nền sau khi gia cố đợc đảm bảo, sơm đua
công trình vào sủ dụng.

Học viên: Phạm Hồng Đại
đô thị K22.1

15

Lớp Kỹ thuật hạ tầng


Tiểu luận: Giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc ximăng đất
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
đô thị K22.1

16

Lớp Kỹ thuật hạ tầng