Nghiên cứu hợp lý hóa kết cấu thép cột tháp và bộ phận làm việc của thiết bị khoan phun trộn cọc xi măng đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
YZ

TRẦN CƠNG TRÍ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỢP LÝ HÓA KẾT CẤU THÉP
CỘT THÁP VÀ BỘ PHẬN LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ
KHOAN – PHUN – TRỘN CỌC XI MĂNG ĐẤT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY & THIẾT BỊ XÂY DỰNG, NÂNG CHUYỂN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 01/2012


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN Chữ ký: ..............
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký).
Họ tên Cán bộ chấm nhận xét 1: .......................................Chữ ký: ...................
Học hàm: ............................................ Học vị: ...................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký).
Họ tên Cán bộ chấm nhận xét 2: .......................................Chữ ký: ...................
Học hàm: ............................................ Học vị: ...................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, Ngày….. tháng…. năm 2012


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày

tháng

năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẦN CƠNG TRÍ
Phái: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 01/06/85
Nơi sinh: Tiền Giang
Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng, nâng chuyển
MSHV: 10300437
Khóa (năm trúng tuyển): 2010

I-TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỢP LÝ HÓA KẾT CẤU THÉP CỘT
THÁP VÀ BỘ PHẬN LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ KHOAN – PHUN – TRỘN CỌC
XI MĂNG ĐẤT

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :
−

Khảo sát cơ tính của nền đất yếu ở Việt Nam

−

Khảo sát các phương pháp gia cố nền đất yếu hiện có và cơng nghệ khoan trộn

tạo cọc xi măng đất từ đó lựa chọn phương án nghiên cứu: cơng nghệ trộn ướt có bộ
cơng tác gắn trên máy cơ sở.
−

Nghiên cứu hợp lý hóa kết cấu thép cột tháp gắn trên máy cơ sở

−

Nghiên cứu hợp lý hóa bộ phận làm việc của thiết bị khoan – phun – trộn cọc

xi măng đất
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

Ngày 20 tháng 06 năm 2011.

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

Ngày 04 tháng 01 năm 2012.

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Phó giáo sư, Tiến sĩ NGUYỄN HỒNG NGÂN
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CN BỘ MÔN
(Họ tên và chữ ký)
QL CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Hồng Ngân.
Người Cô đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện
luận văn tốt nghiệp này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn đến các Thầy Cô thuộc bộ mơn Cơ giới hóa Xí
nghiệp và Xây dựng, các Thầy Cơ thuộc khoa Cơ khí và các Thầy Cơ Trường Đại học
Bách khoa Tp HCM nói chung, đã giảng dạy dạy, truyền đạt cho em những kiến thức
hữu ích trong những năm qua.
Kế đến, em xin cảm ơn Bố Mẹ đã luôn ủng hộ, động viên em khi em theo đuổi
trên con đường học vấn này.
Cuối cùng, em xin cảm ơn đến các anh em, bạn bè đã nhiệt tình đóng góp ý kiến
xây dựng, ln tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập.
Em đã và ln cố gắng hết mình để hồn thành tốt luận văn này, vì kiến thức và
thời gian có hạn nên trong q trình thực hiện cũng khơng tránh khỏi những thiếu xót.
Rất mong được sự chỉ dẫn thêm của các Thầy Cơ và các bạn, để em có thêm kiến thức
và kinh nghiệm cho quá trình làm việc và học tập sau này.

Em xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh
Ngày 04 tháng 01 năm 2012

Trần Cơng Trí

Lời cảm ơn


TĨM TẮT
Nội dung chính của luận văn hướng về nghiên cứu các dạng tải trọng tác
dụng lên kết cấu thép cột tháp và các lực cản tác dụng lên bộ cơng tác. Từ đó đưa ra
biện pháp hợp lý hóa kết cấu thép cột tháp và bộ công tác. Nội dung bao gồm:
Chương 1:
Chương này trình bày những vấn đề chung của đề tài: tính cấp thiết, mục
đích của đề tài, phạm vi và phương pháp nghiên cứu.
Chương 2:
Chương này trình bày tổng quan về phương pháp gia cố nền đất yếu bằng
cọc xi măng đất. Tình hình ứng dụng trên Thế giới và tại Việt Nam.
Chương 3:
Chương này trình bày về việc lựa chọn các thông số kỹ thuật của kết cấu
thép cột tháp và bộ công tác từ đó đưa kết cấu hợp lý để tính tốn.
Chương 4:
Đưa ra cơ sở lý thuyết tính tốn kết cấu thép cột tháp và bộ cơng tác khoan –
trộn.
Chương 5:
Tính tốn hợp lý hóa kết cấu thép cột tháp và bộ khoan – trộn dựa trên phần
mềm Ansys.
Kết luận:
Nêu những công việc đã thực hiện được.

Những hạn chế và khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài.
Hướng phát triển đề tài.


MỤC LỤC
Lời nói đầu
Chương 1: Những vấn đề chung.....................................................................................1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................1
1.2. Mục đích của đề tài ..........................................................................................1
1.3. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu...............................................................1
1.4. Ý nghĩa khoa học của đề tài.............................................................................1
1.5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ............................................................................2
1.6. Kết luận............................................................................................................2
Chương 2: Tổng quan về phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc xi măng đất....3
2.1. Mục đích và ý nghĩa việc gia cố nền móng .....................................................3
2.2. Các phương pháp gia cố nền móng chủ yếu ....................................................3
2.2.1. Phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất trên nền ...........................3
2.2.2. Phương pháp tăng độ chặt của nền bằng biện pháp tiêu nước thẳng
đứng .............................................................................................................4
2.2.3. Phương pháp gia cố bằng cọc cứng ...................................................5
2.3. Quy trình cơng nghệ thi công cọc xi măng đất trên nền yếu ...........................5
2.3.1. Giới thiệu chung ................................................................................5
2.3.2. Công nghệ thi công ............................................................................8
2.3.3. Thiết bị tạo cọc xi măng đất ............................................................11
2.3.4. Kiểm tra chất lượng cọc xi măng đất...............................................14
2.3.5. Ưu điểm nổi bật của cọc xi măng đất ..............................................21
2.3.6. Nhược điểm của cọc xi măng đất ....................................................22
2.4. Những yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi tính tốn và sử dụng cọc xi măng đất
trong gia cố nền móng cơng trình .........................................................................22
2.5. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ xi măng đất .......................................23

2.5.1. Ảnh hưởng của loại đất....................................................................24
2.5.2. Ảnh hưởng của tuổi xi măng đất .....................................................26
2.5.3. Ảnh hưởng loại xi măng ..................................................................27
2.5.4. Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng ................................................27
2.5.5. Ảnh hưởng của lượng nước .............................................................29


2.5.6. Ảnh hưởng của độ pH......................................................................31
2.5.7. Ảnh hưởng của độ rỗng ...................................................................31
2.6. Công nghệ thi công cọc xi măng đất trên thế giới .........................................32
2.7. Công nghệ thi công cọc xi măng đất tại Việt Nam........................................34
2.8. Kết luận..........................................................................................................38
Chương 3: Xác định các thông số cơ bản của thiết bị thi công cọc xi măng đất......39
3.1. Thơng số tính tốn kết cấu thép cột tháp .......................................................39
3.1.1. Các dạng thiết bị thi công phổ biến hiện nay ..................................39
3.1.2. Các thông số của thiết bị..................................................................42
3.1.3. Kết luận............................................................................................43
3.2. Thơng số tính tốn bộ cơng tác......................................................................44
3.2.1. Các dạng bộ công tác khoan – trộn sử dụng phổ biến hiện nay ......44
3.2.2. Cơ sở chọn phương án nghiên cứu ..................................................48
3.2.3. Kết luận............................................................................................52
Chương 4: Nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết tính tốn kết cấu thép cột tháp và
bộ phận làm việc của thiết bị khoan – phun – trộn cọc xi măng đất.........................53
4.1. Cơ sở lý thuyết tính tốn kết cấu thép cột tháp..............................................53
4.1.1. Tính kết cấu thép theo phương pháp ứng suất cho phép .................53
4.1.2. Tính kết cấu thép theo phương pháp trạng thái giới hạn .................54
4.1.3. Tính kết cấu thép theo độ bền mỏi...................................................55
4.1.4. Kết cấu thép .....................................................................................56
4.1.5. Phân tích tổ hợp tải trọng.................................................................58
4.1.6. Mơ hình hóa bài tốn bằng phần mềm tính tốn .............................60

4.2. Cơ sở lý thuyết tính tốn bộ phận làm việc ...................................................60
4.2.1. Những tính chất cơ lý của đất ảnh hưởng đến bộ phận làm việc.....60
4.2.2. Cơ sở lý thuyết khoan – trộn............................................................63
4.3. Kết luận..........................................................................................................67
Chương 5: Nghiên cứu tính tốn hợp lý hóa kết cấu thép cột tháp và bộ phận làm
việc của thiết bị khoan – phun – trộn cọc xi măng đất ...............................................68
5.1. Tính tốn hợp lý hóa kết cấu thép cột tháp....................................................68
5.1.1. Tính tốn tải trọng ...........................................................................68
5.1.2. Phân tích trên phần mềm Ansys ......................................................73
5.1.3. Độ ổn định của cột tháp ...................................................................75


5.1.4. Độ ổn định của thiết bị.....................................................................75
5.1.5. Kết luận............................................................................................80
5.2. Tính tốn hợp lý hóa bộ cơng tác...................................................................81
5.2.1. Mơ hình kết cấu và xác định các lực tác dụng.................................81
5.2.2. Trạng thái ứng suất ..........................................................................87
5.2.3. Trạng thái biến dạng ........................................................................88
5.2.3. Xác định công suất yêu cầu cho bộ phận công tác ..........................89
Kết luận...........................................................................................................................90
Tài liệu tham khảo .........................................................................................................91
Phụ lục.
Lý lịch trích ngang.


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền Khoa học kỹ thuật trên thế giới,
lĩnh vực Máy nâng chuyển cũng đã đạt được những thành tựu vượt bậc, đáp ứng sâu
rộng các nhu cầu của đời sống và lao động sản xuất.
Riêng tại Việt Nam, việc gia nhập tổ chức Thương mại Thế giới WTO đã

mang đến cho Việt Nam rất nhiều cơ hội nhưng cũng không ít thách thức, thị trường
rộng mở hơn nhưng áp lực cạnh tranh cũng khốc liệt hơn. Lĩnh vực Máy nâng
chuyển cũng khơng nằm ngồi quy luật phát triển chung đó. Ngày nay, việc đưa ra
sản phẩm mới làm việc có hiệu quả và phù hợp với điều kiện cụ thể là hết sức cần
thiết.
Học viên thực hiện luận văn này nhằm nghiên cứu hợp lý hóa kết cấu từ đó
có thể ứng dụng vào điều kiện thực tế cụ thể. Trong luận văn chắc chắn khơng tránh
khỏi các sai sót, kính mong nhận được sự góp ý của Q Thầy Cô và các bạn để cho
đề tài nghiên cứu ngày càng được hồn thiện hơn.
Tác giả

Trần Cơng Trí


Chương 1

1

CHƯƠNG 1

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
1.1. Tính cấp thiết của đề tài:
Nhiều cơng trình xây dựng của nước ta được thực hiện trên nền đất yếu. Để
xây dựng cần phải tiến hành xử lý nền móng sao cho hiệu quả và tiết kiệm, phù hợp
điều kiện kinh tế – kỹ thuật cụ thể. Một trong những phương pháp xử lý nền yếu
hiệu quả là dùng cọc xi măng đất không có cốt thép.
Do mới được áp dụng ở nước ta chưa lâu, nhiều vấn đề về lý luận và thực
tiễn vẫn còn chưa được nghiên cứu đầy đủ, đặc biệt là những nghiên cứu về công
nghệ thi công và bộ công tác, nhằm làm chủ công nghệ này và tiến tới tự chế tạo
đầu khoan – trộn trong điều kiện Việt nam là một việc làm có tính cấp thiết.

1.2. Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu hợp lý hóa kết cấu thép và bộ phận làm việc của thiết bị khoan –
phun – trộn cọc xi măng đất phù hợp với điều kiện thi công trên nền đất yếu ở Việt
Nam.
1.3. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu:
– Khảo sát, lấy số liệu từ thực tế và các cơng trình liên quan.
– Tiến hành nghiên cứu, xây dựng các bài tốn, mơ hình lý thuyết và luận
giải tìm kết quả.
– Sử dụng phần mềm để đưa ra kết quả tính toán hợp lý.
– Rút ra những kết luận và kiến nghị.
1.4. Ý nghĩa khoa học của đề tài:
– Đề tài tiến hành khảo sát tồn diện về cơng nghệ tạo cọc xi măng đất và
việc ứng dụng chúng trong điều kiện Viêt nam, tìm ra những ưu nhược điểm của
chúng trong thực tế thi cơng các cơng trình gia cố nền đất yếu.
– Đề tài tiến hành nghiên cứu cơ sở lý luận của quá trình khoan – trộn (trộn
ướt), đưa ra các thông số hợp lý của kết cấu thép và bộ công tác nhằm nâng cao
năng suất của thiết bị.

HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN


Chương 1

2

1.5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Đề tài nghiên cứu các thông số hợp lý của kết cấu thép và bộ cơng tác từ đó
thiết bị có thể làm việc phù hợp với điều kiện tự nhiên ở Việt Nam.

1.6. Kết luận:
Trên các cơ sở đó, đề tài có thể đem lại những ý nghĩa nào đó giúp ích cho
việc nghiên cứu và ứng dụng vào thực tiễn nhằm đạt hiệu quả kinh tế nhất định.

HVTH: TRẦN CÔNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN


Chương 2

3

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU
BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT
2.1. Mục đích và ý nghĩa việc gia cố nền móng:
Tải trọng từ các cơng trình được đặt lên nền móng rồi truyền xuống nền đất,
nền móng càng tốt thì cơng trình càng ổn định.
Các cơng trình hiện đại thì có quy mơ và chất lượng cao nên tải trọng truyền
xuống cũng cao.
Các cơng trình ở Việt Nam, nhất là các cơng trình giao thơng tập trung ở
vùng đồng bằng nên nền đất tương đối yếu vì vậy muốn sử dụng lâu dài thì phải gia
cố nền móng cho tốt. Chi phí để làm nền móng chiếm từ 15 ÷ 50% chi phí cơng
trình.
Vì vậy phần lớn các cơng trình đều phải gia cố nền móng. Nền móng tốt sẽ
quyết định đến tuổi thọ và độ bền của cơng trình.
Đối với tải nhỏ, nền tốt thì khơng cần phải gia cố.
2.2. Các phương pháp gia cố nền móng chủ yếu:

Ngày nay, các phương pháp gia cố nền móng khá phong phú và đa dạng.
Ngồi các biện pháp kết cấu tầng dưới của cơng trình để chống lún, sụt đều và
khơng đều như: móng bè, móng chân vịt… khe lún, giằng tường, giằng móng v.v…
cũng như các biện pháp gián tiếp như đắp khối (tường) phản áp (đối trọng), tường
chắn v.v… còn dùng những biện pháp đặt hữu như gia nhiệt nền, trộn vôi, xi măng,
điện – hóa, silicat hóa v.v… trên mặt hoặc sâu trong nền để cải thiện cơ tính của
nền. Trên thực tế các phương pháp gia cố nền sau đây được sử dụng rộng rãi hơn cả.
2.2.1. Phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất trên nền:
a) Đệm cát:
Khi lớp nền yếu có chiều sâu ≤ 3m bão hịa nước, ta có thể gạt bỏ lớp đất yếu
dưới chân móng và thay thế bằng lớp cát. Phương pháp này đơn giản và khơng địi
hỏi thiết bị thi cơng phức tạp nếu khối lượng cơng việc khơng lớn.

HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN


Chương 2

4

b) Đệm đá sỏi:
Cũng như với đệm cát, khi lớp đất yếu dưới móng có nước ngầm với áp lực
khơng cao, khơng đặt được đệm cát và dưới nó cũng là lớp đất v.v… sức chịu lực
của đệm đá sỏi lớn hơn nhiều so với cát nên ta có thể coi nó như một bộ phận của
móng.
c) Đệm đất:
Với các cơng trình xây dựng trên nền đắp và mức nước ngầm ở dưới sâu thì
dùng đệm đất (vật liệu rẻ hơn).

Đương nhiên các vật liệu dùng làm đệm (cát, đá sỏi, đất) đều phải chọn lựa
phù hợp yêu cầu kỹ thuật và đặc biệt phải được lèn chặt.
2.2.2. Phương pháp tăng độ chặt của nền bằng biện pháp tiêu nước thẳng đứng:
Để tiêu nước theo phương thẳng đứng, thường dùng các phương pháp sau:
a) Cọc cát, sỏi:
Khi móng cơng trình lớn, lớp nền yếu có chiều dày ≥ 3m, ta có thể cải tạo
bằng cọc cát, sỏi. Cọc cát, sỏi làm cho độ ẩm, độ rổng của nền giảm đi, cọc cát có
tác dụng như một giếng tiêu nước thẳng đứng, làm cho mođun biến dạng, tính
kháng nén, kháng cắt của nền tăng lên v.v… và cọc làm việc đồng thời với nền, do
đó tính chất chịu lực của nền gai cố cọc cát, sỏi khác xa các loại cọc cứng như gỗ,
bê tông, thép… (cọc cứng chịu lực độc lập với nền).
Cọc cát, sỏi cho phép cơng trình đạt giới hạn ổn định (lún) gần như sau khi
kết thúc cơng trình thi cơng.
Ưu điểm của cọc cát, sỏi còn thể hiện ở hiệu quả kinh tế cao:
– Kinh phí xây dựng – có thể giảm 40% so với dùng cọc bê tông, giảm 20%
so với dùng đệm cát.
– Cọc cát, sỏi có tính bền vĩnh cửu, hồn tồn khơng bị ăn mịn do xâm thực.
– Thiết bị thi công đơn giản.
b) Bấc thấm:
Khác với cọc cát, sỏi bấc thấm khơng tham gia vào q trình chịu lực truyền
tải của cơng trình xuống nền, nó chỉ có chức năng tiêu nước thẳng đứng cho nền,
làm cho cơ tính của đất nền được nâng cao do tăng cường tốc độ cố kết của nó, kết
quả là sự chịu tải của đất nền được cải thiện.

HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN


Chương 2

5

Bấc thấm có những ưu điểm nổi bật:
– Diện nền cải tạo lớn.
– Độ sâu tầng đất cải tạo lớn, có thể đạt 25 – 30m.
– Bấc thấm chế tạo sẵn, gọn nhẹ.
– Công nghệ thi công đơn giản, năng suất cao.
– Hiệu quả kinh tế cao.
Chính vì những ưu điểm trên nên thời gian gần đây, biện pháp này được sử
dụng rông rãi trong việc cải tạo và nâng cấp quốc lộ 1, quốc lộ 5 v.v…
2.2.3. Phương pháp gia cố bằng cọc cứng:
Móng cọc là một kết cấu quen thuộc trong xây dựng, làm nhiệm vụ truyền tải
xuống cơng trình sâu trong nền đất có lớp (tầng) chịu lực tốt, khắc phục được biến
dạng lún không đồng đều, chịu được tải trọng ngang, giảm khối lượng đào đắp, rút
ngắn thời gian thi cơng do cơng nghiệp hóa chế tạo cọc và thiết bị thi công.
Cọc và thiết bị đóng (hạ, đúc tại chỗ) rất đa dạng: cọc tre, gỗ, bê tông đặc,
ống rỗng, thép, ván thép,… cọc nhồi, cọc xi măng đất,…
Tuy nhiên không phải lúc nào gia cố nền bằng cọc cứng cũng có hiệu quả tốt
nếu nền phía trên tốt mà ở dưới mũi cọc lại khơng tốt; trường hợp đó phải dùng biện
pháp khác.
Các loại cọc đều chịu tải của cơng trình xuống dưới nền theo hai dạng: cọc
chống – chịu tải cơ bản ở mũi cọc, cọc treo – chịu tải cơ bản theo ma sát hông ở
thân cọc. Trường hợp cọc chịu tải hỗn hợp cả chống và treo đều phát huy tác dụng
sẽ rất tốt cho cơng trình.
2.3. Quy trình cơng nghệ thi công cọc xi măng đất trên nền yếu:
2.3.1. Giới thiệu chung:
Cọc xi măng đất (hay còn gọi là cột xi măng đất, trụ xi măng đất) – (Deep
soil mixing columns, soil mixing pile) là một cọc hình trụ tròn tạo thành bởi hỗn
hợp được trộn đều giữa đất nguyên trạng với xi măng được phun xuống nền đất bởi

thiết bị khoan – phun.
Q trình thi cơng tạo thành cọc xi măng đất dùng phương pháp khoan trộn
sâu. Sử dụng máy khoan và các thiết bị chuyên dùng (cần khoan, mũi khoan…),
khoan vào đất với đường kính và chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế. Đất trong quá

HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN


Chương 2

6

trình khoan khơng được lấy lên khỏi lỗ khoan mà bị phá vỡ kết cấu, được các cánh
mũi khoan nghiền tơi, trộn đều với chất kết dính (chất kết dính thơng thường là xi
măng hoặc vơi, thạch cao… đơi khi có thêm chất phụ gia và cát).
Q trình phun (hoặc bơm) chất kết dính để trộn với đất trong hố khoan, tuỳ
theo yêu cầu có thể được thực hiện ở cả hai pha khoan xuống và rút lên của mũi
khoan hoặc chỉ thực hiện ở pha rút mũi khoan lên. Để tránh lãng phí xi măng, hạn
chế xi măng thốt ra khỏi mặt đất gây ơ nhiễm mơi trường thông thường khi rút mũi
khoan lên cách độ cao mặt đất từ 0,5 ÷ 1,5m người ta dừng phun chất kết dính,
nhưng đoạn cọc 0,5 ÷ 1,5m này vẫn được phun đầy đủ chất kết dính là nhờ chất kết
dính có trong đường ống tiếp tục được phun (hoặc bơm) vào hố khoan.
Khi mũi khoan được rút lên khỏi hố khoan, trong hố khoan còn lại đất đã
được trộn đều với chất kết dính dần dần đơng cứng tạo thành cọc xi măng đất.

HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN

Chương 2

7

Nguyên tắc thực hiện dự án khi thi công trộn sâu:

Hiện có cơng nghệ trộn khơ (Dry Jet Mixing) và cơng nghệ trộn ướt (Wet
Mixing hay cịn gọi là Jet – grouting):
– Trộn khơ là q trình phun trộn xi măng khơ với đất có hoặc khơng có chất
phụ gia.
– Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có hoặc khơng có chất
phụ gia.
Mỗi phương pháp trộn (khơ hoặc ướt) có thiết bị thi cơng kỹ thuật, thi cơng
phun (bơm) trộn khác nhau.
HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN


Chương 2

8

2.3.2. Cơng nghệ thi cơng:
a) Cơng nghệ trộn khơ:

Hình 2.1. Dây chuyền thiết bị trộn khơ.

HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN


Chương 2

9

Hình 2.2. Các bước thi cơng trộn khơ.
Thi cơng cải tạo nền đất yếu bằng cọc xi măng đất theo phương pháp trộn
khô theo các bước sau:
– Định vị và đưa thiết bị thi cơng vào vị trí thiết kế;
– Khoan hạ đầu phun trộn xuống đáy khối đất cần gia cố;
– Bắt đầu quá trình khoan trộn và kéo dần đầu khoan lên đến miệng lỗ;
– Đóng tắt thiết bị thi cơng và chuyển sang vị trí mới.

Hình 2.3. Sơ đồ thi cơng trộn khơ.

HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN


Chương 2

10

a) Cơng nghệ trộn ướt:

Hình 2.4. Dây chuyền thiết bị trộn ướt.

HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN


Chương 2

11

Thi công cải tạo nền đất yếu bằng cọc xi măng đất theo phương pháp trộn
ướt theo các bước sau:

Hình 2.5. Các bước thi cơng trộn ướt.

Hình 2.6. Sơ đồ thi công trộn ướt.
2.3.3. Thiết bị tạo cọc xi măng đất: bao gồm một máy khoan với hệ thống đầu
khoan có đường kính thay đổi tuỳ thuộc theo đường kính cột được thiết kế và các xi
lơ chứa xi măng.

HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN


Chương 2

12

Hình 2.7. Tổng thế máy khoan xi măng đất DJM 2090.

Hình 2.8. Tổng thể máy khoan cọc xi măng đất của Trung Quốc.

HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN


Chương 2

13

Hình 2.9. Cọc đã hồn thiện.
Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần
gia cố thì quay 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 đối với hỗn hợp dạng vữa ướt).
Một số tổ hợp thiết bị được trang bị hệ thống điều khiển hiện đại, toàn bộ các
thao tác thi công cọc gia cố được tự động hóa theo các chương trình, các số liệu về
lượng xi măng sử dụng trên từng mét cọc được hiển thị, lưu giữ và in thành bảng
kết quả thi công cho từng cọc.
Khi xây dựng các cơng trình có tải trọng lớn trền nền đất yếu, cần phải có
các biện pháp xử lý đất nền bên dưới móng cơng trình, nhất là những khu vực có
tầng đất yếu dày có hiệu quả cao, được áp dụng cho các cơng trình xây dựng giao
thơng, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng,…
Nó có thể sử dụng để làm tường hào chống thấm cho đê đập, gia cố đất xung
quanh đường hầm, ổn định tường chắn, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố nền
đường, mố cầu dẫn...
So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, cơng nghệ cọc xi măng đất có ưu

điểm là khả năng xử lý sâu, thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho đến bùn
yếu), thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện
HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN


Chương 2

14

trường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đã đem lại sự tiết kiệm đáng kể so với các
giải pháp xử lý khác (nếu sử dụng phương pháp cọc bê tơng ép hoặc cọc khoan nhồi
thì rất tốn kém do tầng đất yếu bên trên dày).
2.3.4. Kiểm tra chất lượng cọc xi măng đất:
a) Kiểm tra chất lượng cọc:
– Mẫu cọc kiểm tra chất lượng:

Hình 2.10. Kiểm tra đầu cọc vữa Ø1m.

Hình 2.11. Đường kính cọc đều nhau, khơng có hiện tượng phình trướng cục bộ.
HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN


Chương 2

15

– Thí nghiệm cấp phối tại phịng thí nghiệm:

a)

b)

c)

d)

Hình 2.12. Thí nghiệm cấp phối.
a) Lấy mẫu đất tại cơng trường.
b) Trộn mẫu đất với hỗn hợp vữa có hàm lượng xi măng được tính tốn.
c) Vơ khn, để đong kết, bảo dưỡng mẫu.
d) Kiểm tra cường độ bằng phương pháp nén dọc trục.
– Kiểm tra cường độ của cọc:

a)

b)

c)

Hình 2.13. Kiểm tra cường độ của cọc.
a) Kiểm tra xé đầu cọc.
b) Khoan lấy lõi để kiểm tra cường độ.
c) Kiểm tra cường độ bằng phương pháp nén dọc trục.

HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN


Chương 2

16

– Kiểm tra sức chịu tải của cọc.

a)

b)

c)

d)

Hình 2.14. Kiểm tra sức chịu tải của cọc.
a) Cọc mẫu.
b) Thử tải với kích thước thực tế.
c) Hiện trạng cọc bị phá vỡ.
d) Thử tải ngồi cơng trường.
b) Thiết bị in dữ liệu:
Thiết bị điện toán được lắp đặt, kết nối các thiết bị với nhau để ghi lại thông
tin và hiển thị cho biết chất lượng của cọc trong quá trình thi cơng.

Hình 2.15. Thiết bị in dữ liệu.

HVTH: TRẦN CƠNG TRÍ

GVHD: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG NGÂN