Nghiên cứu giải pháp gia cố nền cho các công trình dân dụng khu vực thành phố sóc trăng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.79 MB, 109 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
_____________________
LÂM TRẦN DIỆU
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN CHO CÁC CƠNG
TRÌNH DÂN DỤNG KHU VỰC THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG
Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng.
Mã số: 60 - 58 - 02 - 04
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. HOÀNG VIỆT HÙNG
HÀ NỘI, 2017
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận văn
Lâm Trần Diệu
i
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin trân trọng cám ơn các thầy, cơ và các đồng nghiệp tại phịng Đào tạo Đại
học và Sau đại học đóng góp ý kiến cho việc soạn thảo tài liệu Hướng dẫn trình bày
Luận văn thạc sĩ này.
ii
MỤC LỤC
MỤC LỤC HÌNH VẼ ......................................................................................................v
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... vii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ .................4
1.1. Khái niệm về đất yếu ................................................................................................4
1.1.1.Đặc điểm của đất yếu .............................................................................................5
1.1.2. Phân biệt đất yếu .................................................................................................10
1.2. Một số giải pháp xử lý nền đất yếu ........................................................................10
1.2.1. Giải pháp cải tạo sự phân bố ứng suất của nền ...................................................11
1.2.2. Giải pháp làm tăng độ chặt của nền.....................................................................13
1.2.3. Giải pháp xử lý nền bằng hoá lý ..........................................................................17
1.3. Kết luận Chương 1..................................................................................................19
CHƯƠNG 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ...................20
2.1. Giới thiệu về cọc đất – xi măng, một số ứng dụng của cọc đất- xi măng ..............20
2.1.1. Giới thiệu về cọc đất – xi măng ...........................................................................20
2.1.2. Một số ứng dụng của cọc đất- xi măng ...............................................................20
2.1.3. Ưu, nhược điểm của cọc đất – xi măng ...............................................................25
2.1.4. Nguyên lý của giải pháp xử lý nền bằng cọc đất – xi măng ................................26
2.2. Giới thiệu về Cọc BTCT tiết diện nhỏ, một số ứng dụng của Cọc BTCT tiết diện
nhỏ .................................................................................................................................53
2.2.1. Giới thiệu về Cọc BTCT tiết diện nhỏ [7] ...........................................................53
2.2.2. Một số ứng dụng của Cọc BTCT tiết diện nhỏ [7] ..............................................53
2.2.3. Ưu, nhược điểm của Cọc BTCT tiết diện nhỏ .....................................................54
2.2.4. Nguyên lý của giải pháp xử lý nền bằng Cọc BTCT tiết diện nhỏ .....................54
2.3. Kết luận Chương 2..................................................................................................62
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIA CỐ NỀN BẰNG CỌC
ĐẤT-XI MĂNG CHO NỀN CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG TẠI SĨC TRĂNG ..........63
3.1. Giới thiệu chung về khu vực thành phố Sóc Trăng. ...............................................63
3.1.1. Giới thiệu chung ..................................................................................................63
3.1.2. Phân vùng địa chất cơng trình khu vực thành phố Sóc Trăng .............................64
iii
3.1.3. Xây dựng địa tầng tiêu biểu cho các phân vùng địa chất cơng trình thành phố
Sóc Trăng. ..................................................................................................................... 76
3.2. Giới thiệu về giải pháp gia cố nền đang áp dụng trong khu vực thành phố Sóc
Trăng. ............................................................................................................................ 79
3.3. Tính toán xử lý nền bằng cọc đất - xi măng theo điều kiện đất nền của thành phố
Sóc Trăng. ..................................................................................................................... 82
3.4. Phân tích, so sánh với các giải pháp xử lý nền khác .............................................. 88
3.5. Phân tích biện pháp thi công .................................................................................. 89
3.5.1. Các yêu cầu chung: ............................................................................................. 91
3.5.2. Công bố phương pháp: ........................................................................................ 91
3.5.3. Các công việc chuẩn bị........................................................................................ 92
3.5.4. Công tác khoan .................................................................................................... 92
3.5.5. Công tác phụt vữa................................................................................................ 93
3.5.6. Dòng trào ngược .................................................................................................. 93
3.6. Kết luận Chương 3 ................................................................................................. 94
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 95
1. Những kết quả đạt được của luận văn ....................................................................... 95
2. Kiến nghị ................................................................................................................... 95
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo ...................................................................................... 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 97
iv
MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Kiểm tra cung trượt khi đắp phản áp .............................................................13
Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo giếng cát ...................................................................................15
Hình 1.3. Bố trí giếng cát trên mặt bằng .......................................................................16
Hình 2.1. Gia cố cọc xi măng đất tại sân bay Cần Thơ .................................................24
Hình 2.2. Gia cố cọc xi măng đất móng bồn dầu tại Cần Thơ .....................................24
Hình 2.3. Gia cố cọc xi măng đất tại Cảng dầu khí Vũng Tàu......................................24
Hình 2.4. Cống D10 tại Hà Nam -2005 .........................................................................24
Hình 2.5. Cống Trại - Nghệ An -2005...........................................................................24
Hình 2.6. Các ứng dụng cơ bản của cơng nghệ trộn sâu ...............................................27
Hình 2.7. Sơ đồ thi cơng trộn khơ .................................................................................27
Hình 2.8. Bố trí trụ trộn khơ ..........................................................................................28
Hình 2.9. Bố trí trụ trùng nhau theo khối ......................................................................28
Hình 2.10. Bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất ....................................................................28
Hình 2.11. Bố trí trụ trùng nhau theo cơng nghệ trộn ướt .............................................29
và thứ tự thi cơng ...........................................................................................................29
Hình 2.12. Sơ đồ thi cơng trộn ướt ................................................................................29
Hình 2.13. Ổn định khối kiểu A ....................................................................................30
Hình 2.14. Ổn định khối kiểu B ....................................................................................30
Hình 2.15. Cơng nghệ Jet Grouting ...............................................................................31
Hình 2.16. Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng cọc xi măng đất .........................39
Hình 2.17. Quan hệ ứng suất- biến dạng vật liệu xi măng- đất .....................................40
Hình 2.18. Phá hoại khối và phá hoại cắt cục bộ ..........................................................40
Hình 2.19. Sơ đồ tính tốn biến dạng. ...........................................................................42
Hình 2.20. Cơ chế phân bố ứng suất trong nền gia cố bằng CXMĐ.............................46
Hình 2.21.Mơ hình vịm dạng rãnh của Terzaghi..........................................................49
Hình 2.22. Mơ hình vịm dạng bán cầu Hewlett và Randolph (1988) ..........................50
Hình 2.23.Mơ hình vịm dạng bán cầu trong nền đắp (Low 1994) ...............................51
Hình 3.1.Bản đồ khu vực thành phố Sóc Trăng ............................................................63
Hình 3.2. Điều kiện biên bài tốn móng khi chưa có giải pháp gia cố .........................84
v
Hình 3.3. Lưới chuyển vị và các đường đẳng chuyển vị trong nền, chuyển vị lớn nhất
của nền khi chưa gia cố là 21 cm. ................................................................................. 84
Hình 3.4. Điều kiện biên trường hợp gia cố nền với chiều dài cọc đất-xi măng 4,5 m.
Cọc có đường kính d=0,6. ............................................................................................. 85
Hình 3.5. Kết quả tính chuyển vị khi gia cố nền với cọc đất-xi măng có chiều dài cọc
l=4,5 m........................................................................................................................... 85
Hình 3.6. Lưới chuyển vị và đường đẳng chuyển vị đứng khi gia cố cọc l=4,5 m ...... 86
Hình 3.7. Điều kiện biên trường hợp gia cố nền với chiều dài cọc đất-xi măng 6,5 m.
Cọc có đường kính d=0,6. ............................................................................................. 86
Hình 3.8. Kết quả tính chuyển vị khi gia cố nền với cọc đất-xi măng có chiều dài
cọcl=6,5 m. .................................................................................................................... 87
Hình 3.9. Điều kiện biên trường hợp gia cố nền với chiều dài cọc đất-xi măng 8,0 m.
Cọc có đường kính d=0,6. ............................................................................................. 87
Hình 3.10. Kết quả tính trường hợp gia cố nền với chiều dài cọc đất-xi măng 8,0 m.
Cọc có đường kính d=0,6. ............................................................................................. 88
vi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1.Phân loại đất theo thành phần hạt (theo tiêu chuẩn 14 TCN 123) ................10
Bảng 2. 1. Xác định hệ số k tc .........................................................................................59
Bảng 2. 2. Hệ số uốn dọc ϕ ..........................................................................................60
Bảng 2. 3. Hệ số ϕ theo Jacobson.................................................................................61
Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm nén tĩnh một số cơng trình trên địa bàn TP Sóc Trăng .80
Bảng 3.2. Các nội dung công việc cần thực hiện khi thiết kế thi công và thi công Jet
Grouting. ........................................................................................................................90
vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
a s : Tỷ lệ diện tích.
Ap : Diện tích tiết diện của cọc xi măng đất
As : Diện tích đất nền cần gia cố.
c: Lực dính giữa cọc và đất nền.
c usoil : Độ bền cắt khơng thốt nước trung bình.
C tđ : Lực dính tương đương.
d: Đường kính cọc
eoi : Hệ số rỗng của lớp đất thứ i ở trạng thái tự nhiên ban đầu.
E soil , E col : Mô đun biến dạng của nền đất và cọc xi măng đất.
E tđ : Mô đun biến dạng của nền tương đương.
Fs : hệ số an toàn.
h: Chiều dày tầng đất yếu.
∆y : Chuyển vị của khối móng.
[ ∆y ] : Chuyển vị cho phép của khối móng.
L: Chiều dài cọc.
M max : Moment lớn nhất trong 1 cọc.
M gh : Moment giới hạn của vật liệu làm cọc.
N max : Nội lực lớn nhất trong 1 cọc.
Nγ , N q , N c : Thông số sức chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất nền (tương
đương).
P: Tải trọng phá hoại.
P cp : Là sức chịu tải cho phép của cọc đơn.
Pgh : Sức chịu tải giới hạn của khối đất nền tương đương.
P max : Sức chịu tải của nền tương đương.
q: Tải trọng cơng trình truyền lên khối gia cố.
q p : Sức chịu tải của đất dưới mũi cọc.
Q a : Sức chịu tải theo đất nền.
viii
Q s : Sức chịu tải ma sát của thành cọc.
Q p : Khả năng chịu tải cho phép của mỗi cọc.
Q gh,dat : Sức chịu tải giới hạn của cọc đất xi măng
Q gh,coc : Khả năng chịu tải giới hạn ngắn ngày.
Q gh,nhom : Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm.
R c : Cường độ chịu tải của cọc theo vật liệu.
R tc : Sức chịu tải của nền đất.
R n : Cường độ chịu tải của tồn khối móng gia cố.
S gh : độ lún giới hạn cho phép.
∑S
i
: độ lún tổng cộng của móng cọc.
S utđ : Sức kháng cắt khơng thốt nước của nền tương đương.
ϕtc : Góc nội ma sát tiêu chuẩn.
ϕ : Góc ma sát trong giữa cọc và đất nền.
γ : Trọng lượng riêng trung bình của đất nằm trên đáy móng.
l i : Chiều dài cọc trong lớp đất thứ i.
γ i : Trọng lượng riêng của lớp đất thứ i.
τ c : Cường độ kháng cắt của cọc.
ix
MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, tình hình hoạt động xây dựng trên địa bàn đồng bằng sơng Cửu Long nói
chung trên địa bàn thành phố Sóc Trăng nói riêng vấn đề xử lý gia cố nền cho công
dân dụng chưa được quan tâm nghiên cứu sâu, chưa nghiên cứu đưa ra các giải pháp
xử lý để lựa chọn một cách tối ưu nhất, phần lớn các cơng trình dân dựng trên địa bàn
thành phố, phần lớn các cơng trình thường sử dụng giải pháp đóng cọc tràm để gia cố
nền hoặc sử dụng móng cọc bê tông đổ tại chổ, cọc bê tông dự ứng lực.
Giải pháp đóng cọc tràm việc xác định chiều dài cọc tràm, số lượng cọc/1m2 chủ yếu
dựa trên kinh nghiệm thực tế và kết quả kiểm tra nén tỉnh hiện trường, mặc khác giải
pháp xử lý nền bằng đóng cọc tràm chủ yếu áp dụng cho cơng trình có tải trọng nhỏ.
Giải pháp xử lý nền bằng móng cọc bê tơng đổ tại chổ, cọc bê tông dự ứng lực đảm
bảo tải trọng các cơng trình dân dụng trong thành phố Sóc Trăng, tuy nhiên thi cơng ép
cọc trong trung tâm thành phố là hết sức khó khăn và nếu sử dụng cọc bê tơng cốt thép
thì chiều dài cọc phải lớn để xuyên qua lớp đất nền yếu, cắm được xuống lớp đất tốt
hơn..
Vì vậy việc nghiên cứu giải pháp gia cố nền bằng cọc đất-xi măng, ứng dụng các cơng
trình dân dụng trong thành phố Sóc Trăng để giải quyết vấn đề trên là việc làm hết sức
cần thiết, có ý nghĩa kinh tế - xã hội.
II. Mục đích của đề tài:
Mục đích của đề tài: Phân tích cơ sở khoa học để xử lý nền cho các công trình dân
dụng trong phạm vi thành phố Sóc Trăng.
Mục tiêu cụ thể là ứng dụng giải pháp xử lý nền bằng cọc đất xi măng cho cơng trình
xây dựng dân dụng trên địa bàn thành phố Sóc Trăng. Phân tích các giải pháp xử lý
nền đất yếu, phân tích giải pháp xử lý nền bằng cọc đất – xi măng, nghiên cứu điều
kiện nền đất nguyên trạng ở khu vực thành phố từ đó ứng dụng giải pháp xử lý nền
bằng cọc đất – xi măng vào các cơng trình dân dụng trong thành phố Sóc Trăng .
1
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Cách tiếp cận:
Tiếp cận từ lý thuyết để phân tích tính toán so sánh các giải pháp xử lý nền
Tiếp cận từ thực tế hiện trạng xây dựng trong khu vực để đề xuất phương án thay thế
- Phương pháp nghiên cứu:
+ Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu về các giải pháp xử lý nền đất yếu, nghiên cứu mơ
hình tính toán cọc đất – xi măng, nghiên cứu điều kiện đất nền nguyên trạng khu vực
thành phố Sóc Trăng.
+ Nghiên cứu mơ hình tốn: Xây dựng mơ hình tốn với điều kiện đất nền khu vực
nghiên cứu, tính tốn thử dần với giải pháp đề xuất, kết luận về các thông số.
IV. Nội dung nghiên cứu
-Nghiên cứu tổng quan về đất yếu và các giải pháp xử lý nền (giải pháp xử lý nền là
một trong các giải pháp khi xây dựng cơng trình trên nền đất yếu)
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết một số giải pháp xử lý nền điển hình, có khả năng áp
dụng thích hợp trong điều kiện đất nền khu vực Sóc Trăng.
- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sử lý nền bằng cọc đất xi măng cho các cơng trình
xây dựng dân dụng trên địa bàn thành phố Sóc Trăng
V. Kết quả đạt được của luận văn
Luận văn đã tổng hợp các kiến thức về đất yếu và nền đất yếu, tổng hợp được các biện
pháp xử lý nền, điều kiện áp dụng của biện pháp, hiệu quả và tính tốn ứng dụng của
giải pháp. Các số liệu tổng hợp này, giúp học viên dễ dàng so sánh, đối chứng và phân
tích lựa chọn phương án xử lý nền sao cho hiệu quả, tối ưu nhất.
Các tính tốn thiết kế, thi cơng và cơng nghệ cọc đất-xi măng tổng hợp ở chương 2 của
luận văn là phần cơ sở lý thuyết để áp dụng cơng nghệ. Cọc đất-xi măng có cơ sở lý
thuyết khá rõ ràng, các nghiên cứu thực nghiệm cũng cho kết quả tin cậy, khẳng định
2
giải pháp cọc đất xi măng là giải pháp có cơ sở khoa học và thực tiễn.
Phân tính tốn ứng dụng đã phân tích thử dần bài tốn gia cố nền bằng cọc đất-xi
măng với các chiều dài cọc cho bài tốn đất nền yếu khu vực thành phố Sóc Trăng.
Luận văn chọn được chiều dài cọc gia cố đảm nền không lún vượt quá mức cho phép.
Với nhà dân dụng có 4 tầng đến 5 tầng, gia cố cọc đất- xi măng có chiều dài 8,0 m,
đường kính cọc từ 0,6-0,8 m. Hàm lượng xi măng 250 kg/m3 hoặc 300 kg/m3 là đạt
yêu cầu.
Các nghiên cứu về gia cố cọc đất-xi măngcho thấy hiệu quả của biện pháp này so với
các giải pháp truyền thống khác. Vậy có thể kết luận cọc đất- xi măng cũng khá phù
hợp để gia cố nền cơng trình xây dựng dân dụng trong địa bàn thành phố Sóc Trăng.
VI. Cấu trúc luận văn
Phần mở đầu
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN
Chương 3: PHÂN TÍCH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIA CỐ NỀN BẰNG CỌC
ĐẤT-XI MĂNG CHO NỀN CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG TẠI SĨC TRĂNG
Kết luận và kết nghị
3
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ
1.1. Khái niệm về đất yếu
Đất yếu là những loại đất sét mềm bão hòa nước, các loại cát hạt nhỏ, mịn, than bùn.
Những loại đất này có khả năng chịu lực yếu, có hệ số rỗng e > 1, và ln ln bão
hịa nước.
Một quan niệm khác cho rằng, đất yếu được hiểu là các loại đất ở trạng thái tự nhiên,
độ ẩm của đất cao hơn hoặc gần bằng giới hạn chảy, đất yếu có hệ số rỗng lớn (đất sét:
e ≥ 1,5; đất á sét e ≥ 1), lực dính C theo thí nghiệm cắt nhanh khơng thốt nước nhỏ
hơn 0,15 daN/cm2 (tương đương kG/cm2), góc nội ma sát φ< 10o hoặc lực dính từ kết
quả cắt cánh hiện trường Cu < 0,35 daN/cm2. Đất yếu có thể được phân loại theo trạng
thái tự nhiên dựa vào độ sệt B:
B=
W − Wd
Wch − Wd
(1.1)
Trong đó:
W, W d, Wch - độ ẩm ở trạng thái tự nhiên, giới hạn dẻo và giới hạn chảy (nhão) của đất.
Nếu B > 1, đất ở trạng thái chảy;
Nếu 0,75 < B ≤ 1, đất ở trạng thái dẻo chảy.
Theo quan điểm xây dựng của một số nước, đất yếu được xác định theo tiêu chuẩn về
sức kháng cắt khơng thốt nước s u và hệ số xuyên tiêu chuẩn N như sau:
- Đất rất yếu (trạng thái chảy): S u (kPa) ≤ 12,5 và N 30 ≤ 2
- Đất yếu (trạng thái dẻo chảy): S u (kPa) ≤ 25 và N 30 ≤ 4
Nền đất yếu là các lớp đất nền có khả năng chịu lực kém, nằm ngay dưới đáy móng
cơng trình và chịu tác động của cơng trình truyền xuống.Khi xây dựng cơng trình
thường gặp các loại đấtnền yếu, tùy thuộc vào tính chất lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo
của cơng trình mà người ta lựa chọn phương pháp xử lý nềnphù hợp để tăng sức chịu
tải của đất nền, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho cơng trình.
4
Nếu sức chịu tải của đất nền không đáp ứng được tải trọng thiết kế của cơng trình,
khơng đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể làm nền thiên niên cho cơng
trình xây dựng th ).
E soil = 250 x 12,34 = 3085 kN/m2
Như vậy, khi thay các giá trị ta được:
E tđ = 24000 x 0,196 + (1 - 0,196) x 3085 = 7184,34 m2
Cường độ kháng cắt khơng thốt nước tương đương của khối gia cố được xác định
theo biểu thức:
C tđ = C ucol .a s + (1 - a s ).C usoil
Trong đó :
C tđ là cường độ kháng cắt khơng thốt nước tương đương của khối gia cố.
C ucol là cường độ kháng cắt khơng thốt nước của vật liệu cọc. C ucol = 300 kN/m2
C usoil là sức kháng cắt khơng thốt nước của đất nền C usoil = 12,34 kN/m2.
Như vậy, khi thay các giá trị trên ta được:
C tđ = 300 x 0,196 + (1 – 0,196) x 12,34 = 68,72 kN/m2.
Bài tốn ứng dụng được phân tích với điều kiện đất nền gia cố móng cọc đất xi măng
được áp dụng cho móng băng. Tính thử với điều kiện đất nền khu vực Khu phố thương
mại trung tâm thành phố Sóc Trăng, Phường 3, thành phố Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng là
khu vực đất nền có lớp đất yếu khá dày.
83
3
p=190 kN/m2
2
1
0
-1
cao do (m)
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
khoang cach (m)
Hình 3.2. Điều kiện biên bài tốn móng khi chưa có giải pháp gia cố
3
p=190 kN /m 2
2
1
-0.2
-0.18
0
-0.15
-0.13
-1
1
-0.1
-2
-4
-0.
08
cao do (m)
1
-0.
-3
-5
-6
06
-0.
-7
4
-0.0
-8
2
-0.0
1
-0.0
-9
-10
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
khoang cach(m)
Hình 3.3. Lưới chuyển vị và các đường đẳng chuyển vị trong nền, chuyển vị lớn nhất
của nền khi chưa gia cố là 21 cm.
84
3
p=190 kN/m2
2
1
0
-1
cao do (m)
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
khoang cach (m)
Hình 3.4. Điều kiện biên trường hợp gia cố nền với chiều dài cọc đất-xi măng 4,5 m.
Cọc có đường kính d=0,6.
3
p=190 kN / m 2
-0.1
5
2
1
3
-0.1
0
-1
1
-0.1
-2
-0.
09
cao do (m)
1
-0.
-3
-4
08
-0.
-5
7
-0.0
-6
5
-0.0
-7
3
-0.0
-0.
01
-8
-9
-10
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
khoang cach(m)
Hình 3.5. Kết quả tính chuyển vị khi gia cố nền với cọc đất-xi măng có chiều dài cọc
l=4,5 m.
Hình 3.5 là kết quả tính chuyển vị khi gia cố nền với cọc đất-xi măng có chiều dài cọc
l=4,5 m. Kết quả chuyển vị đứng lớn nhất là 0,16 m, độ lún này vẫn lớn hơn độ lún
giới hạn là 0,1 m.
85
3
p=190 kN /m 2
-0.1
5
2
1
3
-0.1
0
-1
1
-0.1
-0.
1
-2
-0.
09
cao do (m)
-3
-0.
08
-4
-5
07
-0.
-6
05
-0.
-7
3
-0.0
-0.
01
-8
-9
-10
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
khoang cach(m)
Hình 3.6. Lưới chuyển vị và đường đẳng chuyển vị đứng khi gia cố cọc l=4,5 m
3
p=190 kN/m2
2
1
0
-1
cao do (m)
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
khoang cach (m)
Hình 3.7. Điều kiện biên trường hợp gia cố nền với chiều dài cọc đất-xi măng 6,5 m.
Cọc có đường kính d=0,6.
86
3
p=190 kN / m 2
2
1
13
-0.
0
1
-0.1
-0.1
-0.
09
-1
-0.
08
-3
-4
-0.0
7
cao do (m)
-2
-5
-6
05
-0.
3
-0.0
-8
-0.01
-7
-9
-10
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
khoang cach(m)
Hình 3.8. Kết quả tính chuyển vị khi gia cố nền với cọc đất-xi măng có chiều dài
cọcl=6,5 m.
Hình 3.8 trình bày kết quả tính chuyển vị khi gia cố nền với cọc đất-xi măng có chiều
dài cọc l=6,5 m. Kết quả chuyển vị đứng lớn nhất là 0,13 m, độ lún này vẫn lớn hơn độ
lún giới hạn là 0,1 m.
3
p=190 kN/m2
2
1
0
-1
cao do (m)
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
khoang cach (m)
Hình 3.9. Điều kiện biên trường hợp gia cố nền với chiều dài cọc đất-xi măng 8,0 m.
Cọc có đường kính d=0,6.
87
3
p=190 kN / m 2
2
1
-0.1
0
-0.04
-0.08
-1
6
-0.0
-3
-0.
05
cao do (m)
-2
-4
-0.02
-5
-6
-0.0
1
-7
-8
-9
-10
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
khoang cach(m)
Hình 3.10. Kết quả tính trường hợp gia cố nền với chiều dài cọc đất-xi măng 8,0 m.
Cọc có đường kính d=0,6.
Hình 3. thể hiện kết quả tính trường hợp gia cố nền với chiều dài cọc đất-xi măng 8,0
m. Cọc có đường kính d=0,6. Chuyển vị đứng lớn nhất của cơng trình là 0,1 m là phù
hợp với quy định của quy phạm. Vậy giải pháp xử lý nền cho cơng trình xây dựng dân
dụng trong phạm vi thành phố Sóc Trăng có thể áp dụng cơng nghệ xử lý nền bằng cọc
đất xi măng là hồn tồn phù hợp.
Vơi cơng trình nhà 4 tầng đến 5 tầng, dùng cọc đất-xi măng có đường kính 0,6 m,
chiều dài cọc trong khoảng từ 6,5 m đến 8,0 m. Hàm lượng xi măng từ 250 kg/m3 đến
300 kG/m3 là phù hợp
3.4. Phân tích, so sánh với các giải pháp xử lý nền khác
Đối với các cơng trình xây dựng dân dụng và cơng nghiệp thấp tầng (dưới 5 tầng) [9] ở
các đô thị hiện nay, thường áp dụng chủ yếu các biện pháp sau đây:
- Thay thế nền đất yếu bằng đệm cát
- Gia cố nền bằng cọc tre
- Cải tạo đất bằng cọc cát
- Móng cọc bê tơng cốt thép
88
Việc sử dụng các biện pháp nói trên đơi khi khơng thực hiện được. Vì nếu sử dụng
phương án cải tạo bằng đệm cát thì trong điều kiện xây chen ởđô thị, lớp đệm cát chỉ
dày từ 1 đến 3 m, nếu đào sâu q thì khó khăn trong thi công. Nếu sử dụng cọc tre,
cũng chỉ cải tạo được lớp đất dày từ 2,5 m đến 3,0 m. Mức độ cải thiện thêm của nền
rất nhỏ nên nhiều công trình khơng đảm bảo về mặt kỹ thuật.
Cải tạo bằng cọc xi măng cát có ưu điểm hơn là chiều dày của lớp xử lý lớn hơn, tuy
nhiên cọc xi măng cát lại có những hạn chế nhất định như định mức dự tốn, quy trình
thi cơng và quản lý chất lượng còn nhiều hạn chế, chiều dài cọc thường nhỏ hơn 6m,
mức độ cải thiện nền không cao[9]. Ở địa phận thành phố Sóc Trăng, các phương án
cải tạo nền bằng cọc xi măng cát, cọc tre tràm, đệm cát cho cơng trình dân dụng
thường ít được sử dụng nên địa phương thường dùng móng cọc dẫn đến giá thành xây
dựng tăng lên.
Phương pháp gia cố nền bằng cọc đất-xi măng có ưu điểm là có khả năng xử lý sâu
(đến 20 m), thích hợp với các loại đất yếu, thi công cả trong điều kiện nền ngập sâu
trong nước hoặc trong điều kiện hiện trường chật hẹp. Sở Xây dựng tỉnh Hải Dương đã
tiến hành một nghiên cứu thực nghiệm về kết quả nén tĩnh cọc đất-xi măng theo công
nghệ Jet-Grouting thi công ở vùng đất yếu và có một trong những kết luận cơ bản là:
Đối với các cơng trình quy mơ tải trọng từ 4 tầng đến 5 tầng xây dựng trên nền đất
yếu, phương án thiết kế gia cố nền đất yếu bằng cọc đất-xi măng sẽ tiết kiệm kinh phí
khá lớn (khoảng 50%) chi phí xây dựng móng so với phương án móng cọc bê tơng cốt
thép. Đối với cơng trình xây dựng dưới 3 tầng, chi phí cho phương án gia cố nền bằng
cọc đất xi măng chi phí cao hơn khoảng 30% so với các phương án xử lý nền truyền
thống như đệm cát, cọc tre nhưng việc thiết kế và thi cơng xử lý nền bằng cọcđât-xi
măng có ưu điểm vượt trội so với các phương pháp truyền thống đó là: Có cơ sở lý
thuyết và thực nghiệm để kiểm chứng, không bị ảnh hưởng do mực nước ngầm cao,
thời gian thi công nhanh, giảm thiểu ô nhiễm môi trường so với các phương pháp khác
và tận dụng được lượng xi măng đang dư thừa như hiện nay.
3.5. Phân tích biện pháp thi công
Thiết kế thi công và thi công cọc xi măng đất bằng công nghệ Jet Grouting phải bao
89
gồm các công việc liệt kê trong bảng 3.1:
Bảng 3.2. Các nội dung công việc cần thực hiện khi thiết kế thi công và thi công Jet
Grouting.
Công việc
STT
1
2
3
Thiết kế sơ bộ phần kết cấu xử lý nền và xác lập cơ sở địa kỹ thuật cho kết
cấu đó.
Xem xét các khâu chuẩn bị cơng trình tạm phục vụ thi cơng.
Đánh giá lại các dữ liệu địa hình, địa chất, so sánh các giả thiết được đặt ra
để thiết kế thi cơng.
4
Đánh giá tính khả thi của thiết kế.
5
Thi cơng cọc thử (nếu cần) và tiến hành thí nghiệm trên cọc thử .
6
Phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm trên cọc thử.
7
Đánh giá các phương pháp lựa chọn và thiết lập quy trình thi cơng.
8
Xác định kích thước, vị trí và định hướng cho các phần tử cọc.
9
Lập trình tự thi cơng.
10
Tiến hành thi cơng theo trình tự đã lập.
11
Thơng báo cho các bên liên quan về các tiêu chi thiết kế chủ yếu để các
bên xem xét, đóng góp ý kiến.
Thiết lập các quy định về việc quan trắc tác động của công tác thi công Jet
12
Grouting đối với các cơng trình lân cận (loại thiết bị, độ chính xác, tần suất
đo đạc) và xử lý kết quả quan trắc.
13
14
Quy định giới hạn cho phép của các tác động do thi công cọc đất ximăng
gây ra đối với các cơng trình lân cận.
Tiến hành thi cơng cọc đất ximăng, đồng thời theo dõi kiểm tra, kiểm sốt
các thơng số đã được thiết kế.
15
Giám sát thi công, thiết lập các yêu cầu về chất lượng.
16
Quan trắc các tác động lên cơng trình lân cận do q trình thi cơng gây ra.
17
Kiểm sốt chất lượng thi cơng (chất lượng sản phẩm).
Cần phải chú ý loại bỏ những hạt to trong vật liệu vì chúng sẽ làm tắc lỗ.
90
3.5.1. Các u cầu chung:
Thi cơng Jet Grouting địi hỏi phải có kiến thức và kinh nghiệm riêng trong lĩnh vực
này.
Chú ý: áp lực cao sinh ra trong quá trình phụt là nhằm làm rời đất trong phạm vi cọc
và không được phá rộng sang phạm vi xung quanh.
Các bước thi cơng cọc đất ximăng xử lý nền nói chung và xử lý nền cơng trình đường
nói riêng thơng thường gồm có:
- Khoan tạo lỗ tới độ sâu thiết kế.
- Sau khi khoan tạo lỗ, đưa đầu khoan tới đáy lỗ.
- Phụt vữa đồng thời vừa xoay vừa rút cần khoan theo tốc độ xoay, tốc độ rút áp lực và
lưu lượng bơm đã định trước.
3.5.2. Công bố phương pháp:
Trước khi bắt đầu thi công, phải nộp bản công bố phương pháp sẽ được sử dụng. Bản
công bố này phải bao gồm tối thiểu các thông tin sau:
- Phạm vi và mục đích của kết cấu cọc đất ximăng.
- Mơ tả địa chất.
- Hình dạng các cọc đất ximăng yêu cầu.
- Hệ thống (dây chuyền) thiết bị sử dụng.
- Khoan, phụt, trình tự thi cơng, quy trình làm việc.
- Các thông số thi công.
- Vật liệu (cho khoan và phụt).
- Các chú ý nhằm tránh các hiện tượng lún hoặc trương nở bất lợi, đặc biệt đối với đất
sét và sét mịn.
91
