Mô hình tính toán cho cọc xi măng đất để ứng dụng cho công trình dân dụng vừa và cao tầng

1

Lời cảm ơn

Tôi xin cám ơn các thầy cô giảng dạy trong Khoa sau đại
học- Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Tôi xin chân thành cám ơn Phó giáo s, Tiến sĩ Ngô Hà
Sơn là ngời hớng dẫn khoa học đã hết sức tận tâm nhiệt
tình giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin cám ơn sự quan tâm góp ý của Giáo s, Tiến sĩ Đỗ
Nh Tráng.
Tôi cũng xin cám ơn sự ủng hộ, động viên tinh thần
nhiệt tình của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong thời
gian thực hiện luận văn.


2

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung của luận văn là do tôi
thực hiện dới sự hớng dẫn khoa học của Phó giáo s, Tiến sĩ
Ngô Hà Sơn.
Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn này không trùng
lặp với bất cứ luận văn nào đã từng đợc công bố.


3

Mục lục
Danh mục các bảng

5

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

6

Mở đầu

8

CHƯƠNG 1

10

Nghiên cứu tổng quan các giảI pháp gia cờng nền đất
yếu. giải pháp gia cờng bằng cọc xi măng đất

10

1.1. Một số giải pháp gia cờng nền đất yếu.

12

1.1.1. Gia cố nền đất yếu bằng trụ vật liệu rời [20].

12

1.1.2. Gia cố nền đất yếu bằng vật liệu có chất kết dính
[20]

1.2. Phơng pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất

16
18

1.2.1. Giới thiệu cọc xi măng đất [4]

18

1.2.2. Ưu điểm của cọc xi măng đất [2]

19

1.2.4. Giới thiệu công nghệ trộn sâu [2]

24

1.2.5. Các phơng pháp tính toán gia cố nền bằng cọc xi
măng đất [4].

29

1.3. So sánh giữa cọc xi măng đất và trụ vật liệu rời,
cọc vôi.

41

1.3.1. So sánh giữa cọc xi măng đất và trụ vật liệu rời.

41

1.3.2. So sánh giữa cọc xi măng đất và cọc vôi.

41

1.4. Nhận xét về các mô hình tính toán cọc xi măng
đất

42

CHƯƠNG 2

44

Xây dựng mô hình tính cọc xi măng đất

44

2.1. Số liệu tính toán [16].

44


4

2.2. Kết quả thực nghiệm đo đạc ngoài hiện trờng
[16].
2.2.1. Thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn.

47

47

2.2.2. Thí nghiệm chất tải trọng cho cụm cọc ở hiện trờng.
51
2.3. Kiểm chứng mô hình bài toán lý thuyết, xây
dựng mô hình tính phù hợp.
2.3.1. Tính toán cọc XMĐ theo quan điểm cọc cứng.

54
54

2.3.2. Tính toán cột xi măng đất theo quan điểm nền tơng
đơng.

57

2.3.3. Tính toán cột xi măng đất theo quan điểm hỗn hợp
(sức chịu tải tính nh cọc còn biến dạng tính nh nền tơng
đơng).

60

2.3.4. So sánh kết quả tính toán giữa các mô hình tính với
kết quả thí nghiệm nén tĩnh ngoài hiện trờng.
CHƯƠNG 3

63
65

Khảo sát trên mô hình số, xác định phạm vi ứng dụng

của cọc xi măng đất

65

3.1. Khảo sát mô hình tính.

65

3.1.1. Thay đổi đờng kính cọc D (bán kính cọc r).

66

3.1.2. Thay đổi chiều dài cọc L.

68

3.1.3. Thay đổi mật độ cọc

70

3.2. Xác định phạm vi ứng dụng của cọc xi măng đất
với công trình dân dụng.

71

3.2.1. Khảo sát biến dạng của nền theo chiều dài cọc và tải
trọng tác dụng

71

3.2.2. áp dụng cho công trình dân dụng

74


5

3.2.3. Ví dụ về gia cố nền bằng cọc xi măng đất cho bồn
dầu (Tổng kho xăng dầu Cần Thơ).

76

Kết luận và kiến nghị

79

Tài liệu tham khảo

82

Danh mục các bảng
Số hiệu

Tên bảng

bảng
1.1

Khả năng áp dụng biện pháp kỹ thuật

2.1

cải tạo đất cho các loại đất khác nhau
Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp

2.2

đất.
Tải trọng thí nghiệm nén tĩnh 3 cọc

2.3

đơn
Thời gian theo dõi độ lún và ghi chép

2.4

số liệu
Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ

2.5

lún cọc 1-B-4
Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ

2.6

lún cọc 3-B-4
Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ

2.7
2.8

lún cọc 1-C-4
Sức chịu tải cho phép của 3 cọc
Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cụm 36

Trang
10
46
47
48
49
50
50
51
53


6

2.9

cọc
So sánh kết quả tính toán giữa các mô
hình tính với kết quả thí nghiệm nén

3.1

tĩnh tại hiện trờng

Tính toán sức chịu tải và biến dạng của

3.2

cọc khi bán kính r của cọc thay đổi
Tính toán sức chịu tải và biến dạng của

3.3

cọc khi chiều dài L của cọc thay đổi
Tính toán sức chịu tải và biến dạng của

3.4

cọc khi mật độ cọc thay đổi
Biến dạng của nền theo tải trọng tác

3.5

dụng và chiều dài cọc
Biến dạng của nền theo tải trọng tác

3.6

dụng và bán kính cọc
Giá trị tải trọng (tấn) truyền xuống
chân công trình theo nhịp và số tầng

63

66
68
70
72
74
75

Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Số hiệu
hình

Tên hình vẽ

Trang

thị
1.1
1.2

Kết quả bàn nén phẳng hiện trờng
Cơ chế phá hoại trụ đơn vật liệu rời

13

1.3
1.4
1.5

trong đất sét yếu đồng nhất
Phân tích nhóm trụ vật liệu rời

Phơng thức phá hoại của móng cọc vôi
Tính toán lún khi cha vợt độ bền rão của

1.6

cọc vôi
Gia cố cọc xi măng đất tại sân bay Cần

1.7
1.8

Thơ
Gia cố cọc xi măng đất móng bồn dầu
Gia cố cọc xi măng đất Cảng dầu khí

vẽ, đồ

Vũng Tàu.

14
15
17
18
23
23
23


7

1.9

Các ứng dụng cơ bản của công nghệ
trộn sâu

1.10
1.11
1.12
1.13
1.14
1.15

Sơ đồ thi công trộn khô
Bố trí trụ trộn khô
Bố trí trụ trùng nhau theo khối
Sơ đồ thi công trộn ớt
Bố trí trụ trộn ớt trên mặt đất
Bố trí trụ trùng nhau theo công nghệ

1.16
1.17
1.18
1.19

trộn ớt
ổn định khối kiểu A
ổn định khối kiểu B
Công nghệ Jet Grouting
Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố
bằng cọc xi măng đất

1.20

Quan hệ ứng suất- biến dạng vật liệu xi

1.21
1.22
2.1

măng- đất
Phá hoại khối và phá hoại cắt cục bộ
Sơ đồ tính toán biến dạng
Trụ địa chất điển hình nền đờng

2.2

HCC Cảng hàng không Cần Thơ.
Đồ thị quan hệ tải trọng- chuyển vị của

2.3

cọc 1-B-4
Đồ thị quan hệ tải trọng- chuyển vị của

2.4

cụm cọc
Sơ đồ tính biến dạng theo quan điểm

2.5

cọc cứng
Sơ đồ tính toán biến dạng theo quan

3.1

điểm nền tơng đơng
Quan hệ giữa bán kính cọc và sức chịu

3.2
3.3

tải của cọc
Quan hệ giữa bán kính cọc và độ lún
Quan hệ giữa chiều dài cọc và sức

3.4

chịu tải của cọc
Quan hệ giữa chiều dài cọc và độ lún

24
25
25
26
26
27
27
28
28

29
33

35
35
37
45
51
53
56
59
67
67
69
69


8

3.5

Quan hệ giữa chiều dài cọc và độ lún

3.6

của nền gia cố
Quan hệ giữa chiều dài cọc và sức

3.7
3.8

chịu tải của cọc
Quan hệ giữa chiều dài cọc và độ lún
Gia cố nền móng bồn dầu bằng cọc xi

3.9

măng đất
Chuẩn bị thử tải

71
73
73
78
78

Mở đầu
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế,
ngành xây dựng Việt Nam cũng có sự chuyển mình mạnh
mẽ, hàng loạt công trình cao tầng mọc lên ở các khu đô thị
lớn. Theo đó các công nghệ xử lý nền móng bằng cọc ép, cọc
nhồi, cọc cát đã đợc khai thác và sử dụng triệt để. Tuy nhiên
giá thành nguyên vật liệu ngày một tăng cao đang là vấn đề
nan giải gây thiệt hại đối với nhà thầu và chủ đầu t.
Công nghệ cọc ép, cọc nhồi bê tông cốt thép tuy có sức
chịu tải lớn nhng bên cạnh đó cũng bộc lộ những nhợc điểm
nh giá thành cao, thời gian thi công kéo dài, gây ô nhiễm
môi trờng...

9

Chính vì thế mà một công nghệ mới đã đợc nghiên cứu
và đang đợc áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới, đó
chính là công nghệ cọc đất trộn xi măng (gọi tắt là cọc xi
măng đất, hay cũng có thể gọi là trụ xi măng đất).
So với các công nghệ móng cọc khác, công nghệ cọc xi
măng đất tỏ ra có hiệu quả kinh tế do tận dụng nguồn
nguyên liệu tại chỗ ngay dới chân công trình. Đặc biệt nó
chính là một giải pháp vô cùng hợp lý cho các nền đất yếu
mà trong đó vùng Đồng bằng Nam Bộ của nớc ta là một điển
hình.
Công nghệ cọc xi măng - đất đã đợc nhiều đơn vị ở
Việt Nam tiếp nhận, thiết kế và thi công có hiệu quả từ
những năm 90 của thế kỉ trớc. Tuy nhiên phạm vi áp dụng chủ
yếu mới chỉ là xử lý nền móng cho các công trình giao thông
thủy lợi và một số công trình công nghiệp. Việc nghiên cứu
áp dụng vào xử lý nền móng cho công trình dân dụng vừa
và cao tầng thay thế cho móng cọc bê tông cốt thép là rất
đáng quan tâm. Do đó trong luận văn này tôi nghiên cứu
mô hình tính toán cho cọc xi măng đất để ứng dụng
cho công trình dân dụng vừa và cao tầng. Công nghệ
cọc xi măng đất với các u điểm nh giá thành rẻ hơn các công
nghệ khác do không tốn nhiều vật liệu, tận dụng đợc vật liệu
tại chỗ, thiết bị thi công không quá phức tạp nếu tính toán
áp dụng thành công thì sẽ đạt đợc hiệu quả rất lớn.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu

đề xuất mô hình

tính toán lý thuyết của cọc xi măng đất, trên cở sở đó kiến
nghị phạm vi áp dụng của mô hình.


10

Phơng pháp nghiên cứu:
Luận văn sử dụng các phơng pháp nghiên cứu sau:
- Về nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu về vật liệu cọc, mô
hình tính và lời giải
- Về nghiên cứu thực nghiệm: thu thập, phân tích số
liệu, kết quả thí nghiệm hiện trờng.
Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của đề tài:
Nội dung của luận văn gồm ba chơng:
Chơng 1: Nghiên cứu tổng quan các giải pháp gia cờng
nền đất yếu. Giải pháp gia cờng bằng cọc xi măng đất.
Chơng 2: Xây dựng mô hình tính cọc xi măng đất.
Chơng 3: Khảo sát trên mô hình số, xác định phạm vi
áp dụng của cọc xi măng đất cho các công trình dân dụng.
Các kết quả nghiên cứu của luận văn có thể đợc sử dụng
làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho chuyên
ngành địa kỹ thuật, thi công và xây dựng công trình ngầm
đô thị, và nếu đợc hoàn thiện thêm, sẽ là cơ sở khoa học
để kiến nghị sử dụng rộng rãi phơng pháp gia cố nền bằng
cọc xi măng đất trong thực tiễn xây dựng các công trình
vừa và cao tầng ở Việt Nam.


11

CHƯƠNG 1
Nghiên cứu tổng quan các giảI pháp gia cờng nền đất
yếu. giải pháp gia cờng bằng cọc xi măng đất
Trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay đã và đang áp
dụng

nhiều phơng pháp cải tạo đất khác nhau, qua thử

nghiệm và ứng dụng thực tiễn cho thấy các phơng pháp cải
tạo đã có tác dụng làm tăng độ bền của đất, giảm độ lún
tổng cộng và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công, giảm
chi phí xây dựng và các hiệu quả khác.
Nếu xét đến các yếu tố nh: tầm quan trọng của công
trình, tải trọng, tác dụng, điều kiện thi công, thời gian xây
dựng thì việc lựa chọn giải pháp thích hợp cho từng loại
đất riêng biệt sẽ rất quan trọng và đợc hệ thống trong bảng
sau 1.1 [20].
Bảng 1.1. Khả năng áp dụng biện pháp kỹ thuật cải tạo đất cho các loại đất khác nhau.

Cơ chế cải tạo

Thời gian cải tạo

Cốt

tại

thể vùi
Đất sét nguồn gốc núi

lửa
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất

sét độ dẻo cao
sét độ dẻo thấp
bùn
cát
sỏi

Thoát

hay

nớc

vữa
Phụ thuộc sự Tơng
tồn

Đất hữu cơ

Hỗn hợp trộn Đầm

của ngắn

phụt chặt

đối Lâu
dài

Lâu
dài


12

Trạng thái cải tạo đất

Tơng

tác Xi

măng Dung trọng cao

giữa đất và hóa

do hệ số rỗng

thể vùi
giảm
(Không thay (Thay đổi trạng thái đất)
đổi

trạng

thái đất)

Các phơng pháp gia cố nền đất yếu có thể đợc nhóm lại theo
các nhóm nh sau tùy thuộc vào chỉ tiêu phân nhóm:
* Theo đặc điểm của quá trình tơng tác giữa đất yếu và
tác nhân gia cố, có thể phân biệt các nhóm gia cố sau:
- Phơng pháp gia cố bằng tác nhân cơ học: trong hệ phơng
pháp này quá trình gia cờng chủ yếu là quá trình cơ học. Đó
là các phơng pháp trụ cát, giếng cát, phơng pháp trụ vật liệu
rời, phơng pháp đầm nén chặt
- Phơng pháp gia cố bằng tác nhân hóa học: trong hệ phơng
pháp này các quá trình hóa học mang lại hiệu quả chủ yếu.
Đó là phơng pháp silicat hóa, phơng pháp gia cố đất bằng
vôi, xi măng, nhựa bitum
- Phơng pháp gia cố bằng tác nhân hóa lý học: trong hệ phơng pháp này, các quá trình hóa lý học mang lại hiệu quả
chủ yếu, đó là phơng pháp thẩm thấu, điện thẩm thấu,
điện silicat
- Ngoài ra còn có các phơng pháp gia cố bằng các tác nhân
nhiệt, điện
* Theo vật liệu để gia cố, có thể phân biệt:
- Phơng pháp gia cố bằng các vật liệu vô cơ: vôi, xi măng, tro
xỉ


13

- Phơng pháp gia cố bằng các vật liệu hữu cơ: bi tum, nhựa
đờng..
- Phơng pháp gia cố bằng vật liệu Polime: vật liệu carbamid,
lignhin..
* Theo mục đích gia cố:
- Phơng pháp gia cố làm tăng độ bền: đệm cát, trụ vật liệu

rời
- Phơng pháp gia cố làm giảm tính biến dạng: Trụ xi măng
đất, gia tải trớc
- Phơng pháp gia cố làm tăng nhanh quá trình cố kết: các phơng pháp sử dụng vật thoát nớc thẳng đứng.
* Theo phạm vi gia cố có thể phân biệt:
- Phơng pháp gia cố nông: phạm vi gia cố chỉ ở bề mặt nh
cấp phối thích hợp, đệm cát.
- Phơng pháp gia cố sâu: trụ vật liệu rời, trụ vôi, trụ xi măng
đất
Dựa trên phân loại này, ngời ta đa ra các giải pháp kỹ
thuật cụ thể phụ thuộc vào mục đích sử dụng và tính hiệu
quả kinh tế. Sau đây luận văn sẽ giới thiệu tổng quan một số
giải pháp gia cờng nền đất yếu.
1.1. Một số giải pháp gia cờng nền đất yếu.
1.1.1. Gia cố nền đất yếu bằng trụ vật liệu rời [20].
* Khái niệm chung:
Trụ vật liệu rời cấu tạo bằng cát hay đá (cuội sỏi) đợc đa
vào lớp đất yếu bằng phơng pháp thay thế hoặc không thay
thế.
Gia cố nền đất yếu bằng trụ vật liệu rời là một phơng
pháp gia cố sâu, trong đó với công nghệ thích hợp tạo dựng


14

trong nền đất yếu cần gia cố một trụ có kích thớc xác định
(đờng kính, độ sâu) bằng vật liệu rời (cát, sỏi, đá dăm
hoặc hỗn hợp của chúng). Các trụ vật liệu rời này đợc bố trí
dới móng với hình dạng, số lợng và khoảng cách phù hợp với yêu
cầu kỹ thuật của công trình xây dựng. Trụ vật liệu rời thông

dụng nhất là trụ sử dụng vật liệu nhồi là đá dăm hay cát thô
đầm chặt.
Đất đợc cải tạo bằng trụ vật liệu rời gọi là đất hỗn hợp.
Khi chất tải, trụ bị biến dạng phình lấn vào các tầng đất và
phân bố lại ứng suất ở các mặt cắt bên trên của đất hơn là
truyền ứng suất xuống các lớp đất dới sâu. Điều đó làm cho
đất chịu đợc ứng suất. Kết quả là cờng độ và khả năng chịu
lực của đất hỗn hợp có thể tăng lên và tính nén lún giảm.
Ngoài ra nó còn giảm đợc ứng suất tập trung sinh ra trên các
trụ vật liệu rời. Thành phần của trụ là vật liệu rời có tính
thấm cao, nên trụ còn làm tăng nhanh độ lún cố kết, giảm trị
số độ lún của công trình sau xây dựng.
Kết quả bàn nén phẳng hiện trờng giữa đất gia cố trụ
vật liệu rời và đất cha gia cố xem Hình 1.1.

Hình 1.1. Kết quả bàn nén phẳng hiện trờng: 1- đất cha
gia cố; 2- đất đã gia cố


15

* Công nghệ thi công trụ vật liệu rời
Nhiều phơng pháp khác nhau để tạo trụ vật liệu rời đã
đợc sử dụng trên thế giới, tùy thuộc vào khả năng ứng dụng
thực tế của chúng và khả năng có đợc các thiết bị thi công ở
từng địa phơng. Một số phơng pháp thi công trụ vật liệu rời:
- Phơng pháp nén chặt bằng rung động;
- Phơng pháp thay thế bằng rung động;
- Phơng pháp rung động kết hợp;
- Phơng pháp khoan tạo lỗ.

* Cơ chế phá hoại
Trong thực tế trụ vật liệu rời đợc xây dựng xuyên qua
toàn bộ lớp đất yếu nằm trên tầng rắn chắc (trụ chống).
Cũng có thể làm những trụ mà mũi trụ chỉ trong phạm vi lớp
đất yếu (trụ treo). Dới tác dụng của tải trọng, các trụ vật liệu
rời có thể bị phá hoại riêng từng trụ hay cả nhóm. Cơ chế phá
hoại đối với một trụ đơn đợc minh họa trên Hình 1.2.
Có các loại phá hoại sau: a) phình ra bên; b) cắt qua trụ;
c) trợt trụ.

Hình 1.2. Cơ chế phá hoại trụ đơn vật liệu rời trong đất sét
yếu đồng nhất (theo Barksdale và Bachus, 1983.


16

* Khả năng chịu tải giới hạn của trụ đơn riêng biệt vật
liệu rời
Đối với trụ đơn riêng biệt vật liệu rời, cơ chế phá hoại
phình ra bên là dễ xảy ra nhất. Cơ chế này có thể xảy ra
đối với loại trụ mà trụ còn ở trong lớp đất sét yếu hoặc đã
tựa vào lớp đất sét cứng chắc.ứng suất không nở hông giữ
trụ thờng đợc xác định dựa vào sức kháng bị động giới hạn
mà đất xung quanh trụ có thể phát huy khi trụ phình ra
phía ngoài. Hầu hết các phơng pháp dự tính khả năng chịu
tải giới hạn của trụ đơn đợc phát triển dựa vào mô hình phá
hoại đã nêu ở trên.
* Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ vật liêu rời
Phơng pháp chung dự tính khả năng chịu tải giới hạn của
nhóm trụ vật liệu rời đều cho rằng góc ma sát trong của đất

dính xung quanh trụ và lực dính trong trụ vật liệu rời là
không đáng kể. Hơn nữa cờng độ của trụ vật liệu rời và của
đất dính đều đợc phát huy đầy đủ. Nhóm trụ cũng xem
nh đợc chất tải bởi móng cứng.
Khả năng chịu tải giới hạn theo Barksdale và Bachus
(1983) đợc xác định bằng bề mặt phá hoại gần đúng từ hai
đoạn thẳng nh trên Hình 1.3.
















17



Hình 1.3. Phân tích nhóm trụ vật liệu rời (theo Barksdale
và Bachus, 1983).
* Độ lún tổng hợp

Hầu hết các phơng pháp dự đoán độ lún của đất hỗn
hợp đều cho rằng vùng đất chất tải là vô cùng rộng và đợc gia
cố bằng các trụ vật liệu rời có đờng kính và khoảng cách
không đổi. Với điều kiện chất tải và kích thớc hình học nh
vậy việc lý tởng hóa một đơn nguyên là cần thiết. Mô hình
của một đơn nguyên đợc chất tải bởi tấm phẳng cứng tơng
tự nh thí nghiệm cố kết thấm một chiều. Vì vậy đơn
nguyên đợc giới hạn bởi một tờng cứng không có ma sát và ứng
suất thẳng đứng tại mọi vị trí nằm ngang đều giống nhau.
Tỉ lệ giảm độ lún còn đợc biểu thị nh là hàm của tỉ
diện tích thay thế as , góc ma sát trong của vật liệu rời s , hệ
số tập trung ứng suất
* Phạm vi áp dụng


18

- Nên sử dụng khi nền đất yếu có bề dày hạn chế nhỏ
hơn độ sâu vùng hoạt động của tải trọng công trình và dới
nó là lớp đất tốt;
- Có thể sử dụng khi chiều dày đất yếu lớn song cần thi
công trụ hoàn chỉnh và có các giải pháp phụ thêm đi kèm nh
gia tải trớc, các giải pháp kết cấu;
- Không nên sử dụng khi đất quá yếu với sức kháng cắt
không thoát nớc nhỏ hơn 10 kPa và có bề dày lớn.
1.1.2. Gia cố nền đất yếu bằng vật liệu có chất kết
dính [20]
Vật liệu có chất kết dính ở đây thờng dùng là vôi, xi
măng hoặc thạch cao. Gia cố nền đất yếu bằng trụ đất- vôi
hoặc xi măng là một phơng pháp gia cố sâu, trong đó một

trụ đợc thi công tại chỗ từ hỗn hợp đất trộn lẫn vôi hoặc xi
măng bằng công nghệ thích hợp.
* Giải pháp kỹ thuật
Sử dụng máy khoan và các thiết bị chuyên dụng (cần
khoan, mũ khoan) khoan vào đất với đờng kính và chiều
sâu lỗ khoan theo thiết kế. Đất trong quá trình khoan không
đợc lấy lên khỏi lỗ khoan mà bị phá vỡ kết cấu, đợc các cánh
mũi khoan nghiền tơi, trộn đều với chất kết dính.
* Công nghệ thi công
Hiện nay trên thế giới có hai công nghệ đợc áp dụng
phổ biến là công nghệ của Châu Âu và công nghệ của Nhật
Bản.
ở Việt Nam phổ biến hai phơng pháp trộn của Nhật Bản
là phơng pháp trộn phun khô (Dry Jet Mixing Method - DJM) và
phun vữa (Wet Jet mixing method WJM).


19

* Phơng pháp tính toán cho trụ vôi.
+ Khả năng chịu tải giới hạn của trụ vôi đơn (Nghiên cứu cho
đất sét yếu ở Băng Cốc Thái Lan).
Khả năng chịu tải giới hạn của trụ vôi đơn đợc quyết
định bởi sức kháng cắt của đất sét yếu bao quanh (đất
phá hoại) hay sức kháng cắt của vật liệu trụ (trụ phá hoại).
Loại phá hoại đầu phụ thuộc cả vào sức cản do ma sát mặt
ngoài trụ và sức chịu ở chân trụ. Còn loại sau phụ thuộc vào
sức kháng cắt của vật liệu trụ
+ Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ vôi
Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ vôi phụ thuộc

vào độ bền cắt của đất cha xử lý giữa các trụ và độ bền
cắt của vật liệu làm trụ. Sự phá hoại quyết định khả năng
chịu tải của khối với các trụ vôi hay khả năng chịu tải của
khối ở rìa công trình khi các trụ vôi đặt xa nhau.
Khả năng chịu tải giới hạn, có xét đến phá hoại cục bộ ở
rìa khối trụ vôi, phụ thuộc vào độ bền cắt trung bình của
đất, dọc theo bề mặt phá hoại gần tròn nh trong Hình 1.4.


20

Hình 1.4. Phơng thức phá hoại của móng cọc vôi.
* Độ lún tổng cộng.
Độ lún tổng cộng của một công trình đặt trên nền gia
cố cọc vôi đợc tính nh miêu tả trong Hình 1.5.
Độ lún tổng cộng lớn nhất lấy bằng tổng độ lún cục bộ
của khối đợc gia cố h1 và độ lún cục bộ của đất không ổn
định nằm ở dới khối h2 .


21

Hình 1.5. Tính toán lún khi cha vợt độ bền rão của cọc
vôi.
Độ lún tổng cộng: h h1 h2
* Nhận xét.
Khả năng chịu tải giới hạn của trụ đơn hay nhóm trụ vôi
đều phụ thuộc vào độ bền cắt của đất xung quanh trụ và
của vật liệu trụ, điều này chứng tỏ trong tính toán trụ vôi tác
giả đã quan niệm nền gia cố trụ vôi là nền tơng đơng trong

đó trụ và đất xung quanh làm việc đồng thời.
Trên đây luận văn đã trình bày hai phơng pháp gia cố
nền bằng trụ vật liệu rời và trụ vôi vì chúng có nhiều nét tơng đồng với cọc xi măng đất. Chúng sẽ làm cơ sở để so
sánh và áp dụng trong việc nghiên cứu cơ chế làm việc và
phá hoại của cọc xi măng đất.
1.2. Phơng pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất
1.2.1. Giới thiệu cọc xi măng đất [4]
Cọc xi măng đất (tên tiếng Anh là Deep Soil Mixing hay
DSM) đợc nghiên cứu ở Nhật bởi giáo s Tenox Kyushu của Đại
Học Tokyo vào khoảng những năm 1960. Loại cọc này sử dụng
cốt liệu chính là đất tại chỗ, gia cố với một hàm lợng xi măng


22

và chất phụ gia nhất định tùy thuộc vào loại và các tính chất
cơ - lý hoá của đất nền. Nó sẽ mang lại hiệu quả kinh tế
cao khi địa chất là đất cát. Cọc xi măng đất thờng đợc thi
công bằng công nghệ trộn sâu hay gọi tắt là DMM (Deep
Mixing Method). Cọc xi măng - đất có thể làm móng sâu,
thay thế cọc nhồi (trong một số điều kiện áp dụng nhất
định); làm tờng trong đất (khi xây dựng tầng hầm nhà cao
tầng), gia cố nền. Thông thờng loại cọc này không có cốt
thép, song trong một số trờng hợp cần thiết, cốt thép cứng
cũng có thể đợc ấn vào cọc vữa khi vừa thi công cọc xong.
Sử dụng xi măng trộn cỡng chế với đất nền nhờ các phản
ứng hoá học vật lý xảy ra làm cho nền đóng rắn thành một
thể cọc xi măng đất có độ ổn định cao trở thành tờng
chắn có dạng bản liên kết khối.
Khi độ sâu hố móng từ 3-6m mà ứng dụng phơng pháp

cọc xi măng đất làm kết cấu chống giữ sẽ thu đợc kết quả
tốt.
1.2.2. Ưu điểm của cọc xi măng đất [2]
Một số u điểm của cọc xi măng đất:
- Tăng khả năng chống trợt của mái dốc;
- Tăng cờng sức chịu tải của nền đất;
- Giảm ảnh hởng chấn động đến công trình lân cận;
- Tránh hiện tợng biến loãng của đất rời;
- Cô lập phần đất bị ô nhiễm;
- ổn định thành hố đào;
- Gim lún công trình;
- Ngăn đợc nớc thấm vào hố đào;


23

- Dùng kiểu tờng trọng lực nên không phải đặt thanh
chống, tạo điều kiện thi công hố móng rất thông thoáng. Cọc
trộn xi măng đất thờng có cờng độ chịu kéo nhỏ hơn nhiều
so với cờng độ chịu nén vì vậy cần triệt để sử dụng kiểu
kết cấu tờng chắn lợi dụng trọng lợng bản thân;
- Thi công đơn giản, nhanh chóng;
- Sử dụng vật liệu có sẵn nên có, cốt liệu chính là đất
tại chỗ (cát) nên giá thành rất thấp, hiệu quả kinh tế cao;
- Thiết bị thi công không quá đắt (giá một thiết bị thi
công cọc khoảng 3,5 tỉ VNĐ cha kể trạm trộn & thiết bị bơm
vữa xi măng);
- Quá trình khoan có thể kiểm tra đợc địa chất khoan
nhờ thiết bị tự động đo & ghi mômen xoắn ở đầu cần
khoan);

- Khâu thi công đợc tự động hóa gần nh hoàn toàn, sau
khi định vị, máy khoan sẽ tiến hành khoan một cách tự
động, hàm lợng vữa xi măng sẽ đợc tự động điều chỉnh cho
phù hợp với tình hình địa chất tùy thuộc mômen xoắn đo đợc ở đầu cần khoan);
- Chất lợng thi công không phụ thuộc nhiều vào yếu tố
con ngời (vì đã đợc tự động hóa);
- Công trờng thi công không gây ô nhiễm, mất vệ sinh
nh khi thi công cọc nhồi, rất phù hợp cho việc xây dựng móng
nhà cao tầng trong đô thị.
1.1.3. ứng dụng cọc xi măng đất
a) Trên thế giới [4].
Những nớc ứng dụng công nghệ trộn sâu nhiều nhất l
Nhật bản v các nớc vùng Scandinaver (Bắc Âu). Theo thống


24

kê của hiệp hội cọc trộn sâu CDM (Nhật Bản), tính chung
trong giai đoạn 80~96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3
hỗn hợp xi măng - đất. Riêng từ 1977 đến 1993, lợng đất
gia cố bằng trộn sâu ở Nhật vo khoảng 23.6 triệu m3 cho
các dự án ngoi biển v trong đất liền, với khoảng 300 dự án.
Hiện nay hng năm thi công khoảng 2 triệu m3. Đến 1994,
hãng SMW Seiko đã thi công 4000 dự án trên ton thế giới với
12.5 triệu m2 (7 triệu m3).
Tạp chí Tin tức kỹ thuật (ENR) thờng xuyên thông báo các
thnh tựu của DM ở Nhật Bản, chẳng hạn số 1983 đăng kết
quả ứng dụng cho các công trình nền móng thi công trong
nớc, số 1989 về tác dụng chống động đất, số 1986 về các
tờng chống thấm . Hng năm, các hội nghị về các công

nghệ gia cố nền đợc tổ chức tại Tokyo, trong hội nghị
nhiều thnh tựu mới nhất về khoan phụt v DM đã đợc
trình by.
Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970,
mặc dù ngay từ cuối những năm 1960, các kỹ s Trung Quốc
đã học hỏi phơng pháp trộn vôi dới sâu v CDM ở Nhật
bản. Thiết bị trộn sâu dùng trên đất liền xuất hiện năm
1978 v ngay lập tức đợc sử dụng để xử lý nền các khu
công nghiệp ở Thợng Hải. Tổng khối lợng xử lý bằng trộn
sâu ở Trung Quốc cho đến nay vo khoảng trên 1 triệu m3.
Từ năm 1987 đến 1990, công nghệ trộn sâu đã đợc sử
dụng ở Cảng Thiên tân để xây dựng 2 bến cập tu v cải
tạo nền cho 60 ha khu dịch vụ. Tổng cộng 513000m3 đất
đợc gia cố, bao gồm các móng kè, móng của các tờng chắn
phía sau bến cập tầu.


25

Một số nghiên cứu khác liên quan tới trộn sâu ở Đông Nam á
nh sử dụng các cột vôi đất xử lý đất hữu cơ ở Trung Quốc
(Ho, 1996), các hố đo sâu ở Đi Loan (Woo, 1991) v một số
dự án khác nhau ở Singapore (Broms , 1984).
Tại Châu âu, nghiên cứu v ứng dụng bắt đầu ở Thụy
Điển v Phần Lan. Trong năm 1967, Viện Địa chất Thụy Điển
đã nghiên cứu các cột vôi (SLC) theo đề xuất của Jo. Kjeld
Páue sử dụng thiết bị theo thiết kế của Linden- Alimak AB
(Rathmayer, 1997). Thử nghiệm đầu tiên tại sân bay Ska
Edeby với các cột vôi có đờng kính 0.5m v chiều sâu tối
đa 15m đã cho những kinh nghiệm mới về các cột vôi cứng

hoá (Assarson v nnk, 1974). Năm 1974, một đê đất thử
nghiệm (6m cao 8m di) đã đợc xây dựng ở Phần Lan sử
dụng cột vôi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của
hình dạng v chiều di cột về mặt khả năng chịu tải
(Rathmayer v Liminen, 1980).
b) ứng dụng cọc xi măng đất ở Việt Nam [2].
Công nghệ trộn sâu đã đợc miêu tả trong quyển Xử lý
sự cố nền móng công trình của GS Nguyễn Bá Kế xuất bản
năm 2000. Năm 2002, Viện KHCN Xây dựng đã có đề ti
nghiên cứu về cọc xi măng - vôi. Hiện nay, Bộ xây dựng đã
ban hnh Tiêu chuẩn thiết kế cọc xi măng đất.
Năm 2002, đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng cọc xi
măng đất vo xây dựng các công trình trên nền đất yếu ở
Việt nam. Cụ thể nh: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh ho) đã sử
dụng 4000m cọc xi măng đất có đờng kính 600cm thi
công bằng trộn khô; xử lý nền cho bồn chứa xăng dầu đờng
kính 35m, cao 4m ở Cần Thơ. Năm 2003, một Việt kiều ở