Giải pháp gia cố thành hố đào sử dụng công nghệ dcm (deep cement mixing) cho các công trình cao tầng hầm ở quận 7 tp hcm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN HẢI

GIẢI PHÁP GIA CỐ THÀNH HỐ ĐÀO SỬ DỤNG
CƠNG NGHỆ DCM (DEEP CEMENT MIXING) CHO
CÁC CƠNG TRÌNH CAO TẦNG MỘT TẦNG HẦM Ở
QUẬN 7-TPHCM

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành : 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2009


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
------

------

Cán bộ hướng dẫn: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

Cán bộ chấm nhận xét 1 :. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Cán bộ chấm nhận xeùt 2 :. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Luaän văn Thạc só được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . tháng . . . . năm . . . .


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------***---------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ VIỆT-NAM
Độc Lập -Tự Do –Hạnh Phúc
---------***--------Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 200..

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN : NGUYỄN VĂN HẢI
NGÀY THÁNG NĂM SINH: 10/5/1979
CHUYÊN NGÀNH : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PHÁI: NAM
NƠI SINH: PHÚ YÊN
MSHV: 00907542

I/TÊN ĐỀ TÀI :
GIẢI PHÁP GIA CỐ THÀNH HỐ ĐÀO SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ DCM (DEEP
CEMENT MIXING) CHO CÁC CÔNG TRÌNH CAO TẦNG MỘT TẦNG HẦM Ở
QUẬN 7-TPHCM
II/ NHIÊM VỤ-NỘI DUNG
1/Nhiệm vụ
Nghiên cứu ổn định và biến dạng của tường chắn DCM cho các công trình cao tầng một
tầng hầm ở quận 7-TpHCM.

2/Nội dung
Mở đầu
Chương 1: Giới thiệu về công nghệ DCM (Deep cement mixing)
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định hố đào sâu sử dụng công nghệ DCM.
Chương 3:Phân tích hố đào sâu sử dụng công nghệ DCM để gia cố thành hố đào
công trình cao ốc căn hộ và chung cư cao cấp BMC-quận 7-TpHCM.
Kết luận và kiến nghị
III/NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV/ NGÀY HOÀN THÀNH:
V/ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

3/2/2009
5/7/2009
TS.LÊ TRỌNG NGHĨA
CN BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. VÕ PHÁN

Luận văn thạc só đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.
Ngày ….. tháng ….. năm 200…
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô trong Bộ mơn Địa cơ – Nền móng,

trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dạy, quan tâm,
giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập cũng như đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
để tơi hồn thành luận văn này. Đây là kết quả của sự truyền đạt kiến thức của
các Thầy Cô cùng sự nỗ lực học tập, phấn đấu của tác giả để có được thành quả
như ngày hơm nay.
Tơi xin chân thành cảm ơn TS Lê Trọng Nghĩa, người đã theo sát, quan
tâm, chỉ đạo và giúp đỡ tôi trong suốt q trình thực hiện luận văn này.
Tơi cũng xin cảm ơn Trường CĐXD số 3 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để
tơi có điều kiện hồn thành chương trình học này.
Cuối cùng xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người u, bạn bè tơi
đã động viên, quan tâm tơi rất nhiều trong q trình thực hiện luận văn.

Học viên
Nguyễn Văn Hải


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Cơng nghệ cọc đất – xi măng DCM (deep cement mixing) trong thời gian
gần đây được ứng dụng rất nhiều trong tường chắn cho hố đào sâu. Nó có thể
thay thế cho cừ thép, cọc khoan nhồi, tường vây trong các cơng trình cao tầng
một tầng hầm với tính kinh tế cao và thân thiện với mơi trường.
Nhiệm vụ chính của luận văn này là tác giả tập trung nghiên cứu ứng xử
của tường chắn DCM trong nền đất sét yếu bằng cách phân tích số liệu quan trắc
tại một cơng trình xây dựng ở quận 7 – Tp Hồ Chí Minh. Hố móng có kích thước
dài 120m, rộng 51m và sâu 6m. Tường chắn DCM gồm có 4 dãy cọc đất – xi
măng với độ chồng mí là 15cm, cọc có đường kính 1m, sâu 10m với hàm lượng
xi măng là 250kg/m3. Ở khu vực này, chiều dày của lớp đất yếu lớn hơn 40m,
chân của cọc DCM khơng thể đặt vào lớp đất tốt. Vì thế, kết cấu tường chắn
DCM giống như bị trôi trên lớp đất yếu. Chuyển vị ngang thực tế theo quan trắc
của cọc DCM quá lớn (109.7cm) là nguyên nhân làm cho một số mặt cắt của hố

đào bị phá hoại.
Bằng phương pháp phân tích ngược, dựa trên số liệu quan trắc, tác giả
dùng phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis để mơ hình bài tốn với các kết quả gần
giống như sự làm việc thực tế của tường DCM. Từ đó, các thơng số của mơ hình
này sẽ được dùng để phân tích cho các bài tốn khác để tìm ra một giải pháp
tường chắn DCM thích hợp cho khu vực này.


THESIS SUMMARY
The soil-cement colomn technology DCM (deep cement mixing) has
being applied in retaining wall for deep excavations very much recently. Its can
replace for steel sheet piles, contiguous bored piles, or diaphragm walls in one
basement high-rise constructions with the lower cost and friendly with
environment.
The main purpose of the this thesis is studying the behavior of DCM
retaining wall in soft ground by analyzing data obtained from a construction site
in district 7 – Ho Chi Minh city. The excavation was 120m length, 51m wide and
6m deep. The DCM retaining wall has fourth rows of soil-cement column, 15cm
overlapping, 1m diameter, 10m deep and 250kg/m3 cement content. At this area,
the total thickness of soft clay layers was over 40m, the toe of DCM colomn did
not extend into a hard stratum. Thus, the DCM retaining wall structure floated in
the soft clay. The large lateral displacements of DCM retaining wall (109.7cm)
caused the excavation failured at some section.
By a back analyzing method, based on observational datas, the Author will
use the Plaxis finite element software to model the problem with similar results
as the DCM retaining wall’s actual bahavior. Hence, the parameters of this model
are used to analyze the other models for finding a compatible retaining wall
solution in this area.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................2
1. Đặt vấn đề nghiên cứu .........................................................................................2
2. Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................4
3. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................5
4. Hạn chế của đề tài................................................................................................5
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DCM (DEEP CEMENT MIXING) .7
1.1 Lịch sử phát triển của cọc đất trộn xi măng ......................................................7
1.1.1 Giới thiệu ....................................................................................................7
1.1.2 Lịch sử phát triển ........................................................................................8
1.2 Giới thiệu một số công trình trên thế giới sử dụng cơng nghệ DCM gia cố
thành hố đào ..........................................................................................................12
1.3 Giới thiệu phương pháp thi công cọc DCM bằng công nghệ trộn ướt ............15
1.3.1 Sơ đồ bố trí thi cơng cọc DCM .................................................................15
1.3.2 Lưỡi khoan Teno của xe khoan trong công nghệ cọc DCM.....................16
1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của cọc DCM ............................................22
1.5 Các thông số của tường chắn DCM.................................................................23
1.6 Giới thiệu một số cơng trình trong nước theo hướng phân tích của đề tài ......25
1.7 Các kết quả nghiên cứu và ứng dụng trong nước của cọc đất trộn xi măng ...27
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU SỬ
DỤNG CÔNG NGHỆ DCM .....................................................................................30
2.1. Giới thiệu ........................................................................................................30
2.1.1 Ổn định của nền đất ..................................................................................30
2.1.2 Tính tốn ổn định của tường chắn và hệ chống .......................................30
2.2 Các phương pháp tính ổn định của hố đào ......................................................31
2.2.1 Tính áp lực ngang của đất tác dụng lên tường chắn .................................31


a/ Lý thuyết Morh-Rankine ............................................................................32
b/ Lý thuyết Coulomb ....................................................................................34

2.2.2 Lý thuyết tính tốn ổn định tổng thể cho cả hệ tường với khối đất trước và
sau tường ............................................................................................................36
a/ Tính ổn định đất nền ở đáy hố đào .............................................................36
b/ Các phương pháp đánh giá ổn định trượt theo phương pháp mặt trượt trụ
tròn .................................................................................................................38
2.2.3 Kiểm tra hiện tượng bùng đáy hố móng ...................................................39
a/ Phương pháp Terzaghi-Peck ......................................................................39
b/ Phương pháp Terzaghi cải tiến ..................................................................40
2.2.4 Ước lượng độ lún mặt đất xung quanh hố trong q trình đào đất ..........41
2.2.5 Tính ổn định và biến dạng bằng phương pháp phần tử hữu hạn ..............42
a/ Tổng quan...................................................................................................42
b/ Các phần mềm địa kỹ thuật thông dụng ....................................................42
2.3 Nghiên cứu ứng dụng cọc đất xi măng hỗn hợp (compound DCM) gia cố
thành hố đào sâu [17] ............................................................................................45
2.3.1 Giới thiệu ..................................................................................................45
2.3.2 Thiết kế tường chắn hỗn hợp DCM ..........................................................45
a/ Hình dạng của tường chắn hỗn hợp DCM .................................................45
b/ Các lưu ý khi thiết kế .................................................................................46
c/ Thiết kế cọc DCM ......................................................................................46
d/ Thiết kế cọc khoan nhồi .............................................................................50
e/ Tính tốn ổn định .......................................................................................52
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HỐ ĐÀO SÂU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ DCM ĐỂ
GIA CỐ THÀNH HỐ ĐÀO CỦA CƠNG TRÌNH CAO ỐC CĂN HỘ VÀ CHUNG
CƯ CAO CẤP BMC - QUẬN 7 - TPHCM ..............................................................55
3.1 Đặt vấn đề .......................................................................................................55
3.2 Giới thiệu cơng trình.......................................................................................55
3.2.1 Đặc điểm và vị trí cơng trình ....................................................................55


3.2.2 Điều kiện địa chất cơng trình và thủy văn ...............................................58

3.2.3 Trình tự thi cơng và các thơng số của tường chắn DCM của cơng trình..65
3.3 Tổng hợp, thống kê kết quả quan trắc hiện trường ........................................67
3.3.1 Vị trí quan trắc ..........................................................................................67
3.3.2 Kết quả quan trắc ......................................................................................69
3.3.3 Đánh giá kết quả quan trắc .......................................................................72
3.4 Tính tốn bằng phần mềm PTHH Plaxis ........................................................73
3.4.1 Các thông số đất nền mô phỏng theo mơ hình Morh – Coulomb............73
3.4.2 Các bước mơ phỏng tính tốn ..................................................................77
3.4.3 Phân tích bài tốn để chọn ra các thơng số nền thích hợp nhất ................78
3.4.4 Kết quả tính tốn với các thơng số nền được chọn ...................................83
a/ Chuyển vị ...................................................................................................84
b/ Dòng thấm ..................................................................................................85
c/ Ứng suất .....................................................................................................86
d/ Biến dạng ...................................................................................................87
e/ Ổn định .......................................................................................................88
3.5 So sánh giữa kết quả quan trắc và tính tốn bằng Plaxis ...............................89
3.6 Tương quan giữa chiều sâu tường và mức độ ổn định Msf.............................90
3.7 Tương quan giữa bề dày tường và mức độ ổn định Msf .................................92
3.8 Tương quan giữa chiều sâu, chiều dày tường và mức độ ổn định Msf ...........94
3.9 Tương quan giữa tải trọng ngoài và mức độ ổn định Msf ...............................96
3.10 Tương quan giữa quá trình đào đất giảm tải và mức độ ổn định Msf ...........98
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................101
1. Kết luận...........................................................................................................101
2. Kiến nghị ........................................................................................................103


MỤC LỤC HÌNH
Hình 1. 1 Sơ đồ so sánh độ chấn động (dB) và độ ồn (dB) với.................................10
Hình 1. 2 Cọc vữa trong nền cát chảy trắng xám và cát vàng ít sét .........................11
Hình 1. 3 Sử dụng cọc DCM để làm hồ chứa nước và làm mương, kênh dẫn..........12

Hình 1. 4 Sử dụng cọc DCM để ngăn sự hóa mềm (trong nền đất yếu) sau khi khoan
cọc và làm tường chắn cách ly hai bên nền đất ngăn mực nước ngầm thấm qua ....12
Hình 1. 5 Dự án Lake Parkway .................................................................................13
Hình 1. 6 Cơng trình Marin Tower, Honolulu ..........................................................14
Hình 1. 7 Cơng trình Vert Wall, Texas A & M University ........................................14
Hình 1. 8 Sơ đồ bố trí thiết bị thi cơng cọc vữa ........................................................15
Hình 1. 9 Xe khoan và thiết bị đồng bộ ....................................................................16
Hình 1. 10 Cấu tạo lưỡi khoan Teno.........................................................................17
Hình 1. 11 So sánh giữa lưỡi khoan Teno và lưỡi khoan khác .................................17
Hình 1. 12 Các bước thi cơng cọc DCM ...................................................................18
Hình 1. 13 Thơng số kỹ thuật của công nghệ cọc vữa áp dụng trong những điều kiện
đất khác nhau ............................................................................................................20
Hình 1. 14 Thiết bị điện tốn kiểm tra các thơng số của cọc DCM..........................20
Hình 1. 15 Các thiết bị kiểm tra chất lượng cọc DCM .............................................21
Hình 1. 16 Một số thiết bị dùng trong thi công cọc DCM. .......................................22
Hình 1. 17 Hình dạng điển hình của tường chắn DCM ............................................24
Hình 1. 18 Chung cư cao cấp BMC-Q7-TpHCM (Thi công cọc DCM với 4 hàng
cọc, đào sâu 6m, 1 tầng hầm, đường kính cọc1m, L = 10m). ...................................25
Hình 1. 19 Cơng trình Sài Gịn Pearl – Q.Bình Thạnh - TpHCM (khoan cọc DCM
ổn định đất nền, đường kính 1m, chiều dài L = 12m)...............................................25
Hình 1. 20 Cơng trình Vĩnh Trung plaza – Tp Đà nẵng (thi cơng tường chắn DCM,
đào 3m đường kính cọc 1.2m, L = 9m, do Cơng ty Tenox Kyusyu thực hiện) ..........26
Hình 1. 21 Chung cư 60 Nguyễn Thiện Thuật - Nha Trang (cọc DCM cho 1 tầng
hầm, đường kính 0.4m, L = 9m.)...............................................................................26
Hình 1. 22 Cơng trình khách sạn đảo xanh Tp.Đà Nẵng (tường chắn DCM hai tầng
hầm đào sâu 10.5m, đường kính cọc 1m, L = 14m). ................................................26
Hình 1. 23 Khu chung cư cao cấp 47 Ba Cu (cọc DCM cho 2 tầng hầm, đường kính
0.6m, L = 12m.). ........................................................................................................27
Hình 2. 1 Điều kiện phát sinh áp lực chủ động của đất ............................................32
Hình 2. 2 Áp lực chủ động của đất trong hệ tọa độ (τ, σ) .........................................33

Hình 2. 3 Trạng thái áp lực bị động của đất trong hệ tọa độ (τ, σ) ..........................34
Hình 2. 4 Áp lực chủ động đất rời tác động lên lăng thể trượt Coulomb .................35
Hình 2. 5 Áp lực chủ động của đất dính lên lưng tường theo Coulomb ...................35
Hình 2. 6 Cân bằng ổn định đáy hố đào sâu theo Terzaghi (năm 1943) ..................37
Hình 2. 7 Cơ chế trượt nền theo Kempfert, 1997 ......................................................38
Hình 2. 8 Phương pháp Terzaghi – Peck để tính chống trồi đáy hố móng...............39
Hình 2. 9 Phương pháp Terzaghi cải tiến tính chống trồi đáy hố móng ..................40


Hình 2. 10 Kiểu tường chắn hỗn hợp DCM điển hình ..............................................46
Hình 2. 11 Cung xi măng đất và sơ đồ lực đơn giản ................................................47
Hình 2. 12 Mơ hình phần tử hữu hạn của cọc khoan nhồi .......................................50
Hình 3. 1 Vị trí cơng trình cao ốc căn hộ và chung cư cao cấp BMC ......................55
Hình 3. 2 Cơng trình cao ốc căn hộ và chung cư cao cấp BMC ..............................56
Hình 3. 3 Mặt bằng tổng thể cơng trình cao ốc căn hộ và chung cư cao cấp BMC .57
Hình 3. 4 Vị trí khu vực quận 7 – Tp Hồ Chí Minh ..................................................58
Hình 3. 5: Các thơng số địa chất điển hình ..............................................................62
Hình 3. 6 Mặt cắt địa chất điển hình ........................................................................64
Hình 3. 7 Mặt cắt ngang của tường chắn DCM .......................................................65
Hình 3. 8 Mặt bằng bố trí cọc DCM .........................................................................66
Hình 3. 9 Mặt bằng vị trí quan trắc chuyển vị ngang cọc DCM theo các giai đoạn
thi cơng. .....................................................................................................................67
Hình 3. 10 Quan trắc chuyển vị ngang cọc DCM. ....................................................68
Hình 3. 11 Các giai đoạn đào đất tại công trường ...................................................68
Hình 3. 12 Biểu đồ chuyển vị ngang cọc DCM quan trắc giai đoạn 1 .....................70
Hình 3. 13 Biểu đồ quan trắc chuyển vị ngang cọc DCM giai đoạn 2 .....................71
Hình 3. 14 Biểu đồ chuyển vị ngang cọc DCM quan trắc giai đoạn 3 .....................72
Hình 3. 15 Biểu đồ chuyển vị ngang theo thời gian tại mốc .....................................73
Hình 3. 16 Cách xác định modulus E0 và E50 ...........................................................74
Hình 3. 17 Cách xác định modulus E0ref trong thí nghiệm oedmeter ........................74

Hình 3. 18 Mặt cắt ngang hố đào gia cố cọc xi măng – đất .....................................77
Hình 3. 19 Mơ hình bài tốn. ....................................................................................78
Hình 3. 20 Biểu đồ chuyển vị ngang của cọc DCM ứng với các giá trị thay đổi của
ϕ’ ...............................................................................................................................80
Hình 3. 21 Chuyển vị ngang của cọc DCM ứng với các giá trị thay đổi của cu .......81
Hình 3. 22 Biểu đồ chuyển vị ngang của cọc DCM ứng với các giá trị Eref .............82
Hình 3. 23 Các điểm đại diện khảo sát sự thay đổi ứng suất, biến dạng trong đất
nền .............................................................................................................................84
Hình 3. 24 Biểu đồ chuyển vị ngang tại vị trí điểm A ...............................................84
Hình 3. 25 Biểu đồ chuyển vị ngang cọc DCM theo các giai đoạn thi cơng ............85
Hình 3. 26 Dịng thấm ngang qua cọc DCM ............................................................85
Hình 3. 27 Dịng thấm ngang qua đáy hố đào ..........................................................86
Hình 3. 28 Quan hệ ứng suất (σx và σy) điểm A .......................................................86
Hình 3. 29 Quan hệ ứng suất (σx và σy) điểm B .......................................................87
Hình 3. 30 Quan hệ ứng suất và biến dạng (σx và εx) điểm A ..................................87
Hình 3. 31 Quan hệ ứng suất và biến dạng (σy và εy) điểm B ..................................88
Hình 3. 32 Biểu đồ hệ số ổn định Msf theo các giai đoạn thi cơng ...........................89
Hình 3. 33 Biểu đồ so sánh giữa tính tốn bằng Plaxis và quan trắc chuyển vị
ngang theo thời gian tại mốc 8A ...............................................................................89
Hình 3. 34 Biểu đồ so sánh giữa tính tốn bằng Plaxis và quan trắc chuyển vị
ngang theo thời gian tại mốc 6 .................................................................................90


Hình 3. 35 Biểu đồ chuyển vị ngang cọc DCM ứng với các chiều sâu cọc khác nhau
...................................................................................................................................91
Hình 3. 36 Biểu đồ hệ số ổn định tường DCM ứng với các chiều sâu cọc khác nhau
...................................................................................................................................91
Hình 3. 37 Chuyển vị ngang tườngDCM tương ứng với số dãy cọc DCM khác nhau
...................................................................................................................................93
Hình 3. 38 Hệ số ổn định tường DCM tương ứng với số dãy cọc DCM khác nhau 93

Hình 3. 39 Biểu đồ chuyển vị ngang ứng với số dãy cọc và chiều sâu cọc khác nhau
của tường DCM. ........................................................................................................95
Hình 3. 40 Biểu đồ hệ số ổn định ứng với số dãy cọc và chiều sâu cọc khác nhau
của tường DCM. ........................................................................................................95
Hình 3. 41 Mơ hình bài tốn khi có tải trọng ngồi .................................................96
Hình 3. 42 So sánh chuyển vị ngang của cọc DCM trong trường hợp có và khơng có
tải ngồi.....................................................................................................................97
Hình 3. 43 So sánh hệ số ổn định của cọc DCM trong trường hợp có và khơng có
tải ngồi.....................................................................................................................97
Hình 3. 44 Mơ hình bài tốn khi giảm tải .................................................................98
Hình 3. 45 So sánh chuyển vị ngang cọc DCM khi khơng giảm tải và có giảm tải
(cọc sâu 10m) ............................................................................................................99
Hình 3. 46 So sánh hệ số ổn định cọc DCM khi khơng giảm tải và có giảm tải (cọc
sâu 10m) ....................................................................................................................99


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1. 1 Các tên gọi khác nhau của phương pháp DM theo Porbaha (1998) .........7
Bàng 2. 1 Thống kê mối quan hệ giữa E50 và qu.......................................................44
Bàng 2. 2 Hệ số phản lực và moment cho cung tròn 2 đầu ngàm mặt cắt ngang
không đổi ( theo Gaylord and Gaylord -1990) .........................................................49
Bàng 2. 3 Giá trị module phản lực ngang nền của một số loại đất ..........................52
Bảng 3. 1 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất nền...........................................63
Bảng 3. 2 Kết quả quan trắc chuyển vị cọc DCM tại mốc 6, 6B, 8A ........................69
Bảng 3. 3 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang cọc DCM giai đoạn 1 ......................70
Bảng 3. 4 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang cọc DCM giai đoạn 2 ......................71
Bảng 3. 5 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang cọc DCM giai đoạn 2 ......................72
Bảng 3. 6 Thông số địa chất nhập vào mơ hình ........................................................76
Bảng 3. 7 Thơng số cọc đất – xi măng ......................................................................76
Bảng 3. 8 Thông số cọc khoan nhồi ..........................................................................77

Bảng 3. 9 Chuyển vị ngang của cọc DCM ở độ sâu đào 6m ứng với các giá trị thay
đổi của ϕ’ ..................................................................................................................79
Bảng 3. 10 Chuyển vị ngang của cọc DCM ứng với các giá trị thay đổi của cu ......81
Bảng 3. 11 Chuyển vị ngang cọc DCM ứng với các giá trị E ..................................82
Bảng 3. 12 Biểu đồ chuyển vị ngang cọc DCM theo các giai đoạn thi công ...........84
Bảng 3. 13 Hệ số ổn định Msf theo các giai đoạn thi công .......................................89
Bảng 3. 14 Hệ số ổn định Msf và chuyển vị ngang theo các chiều sâu cọc DCM khác
nhau ...........................................................................................................................91
Bảng 3. 15 Hệ số ổn định Msf và chuyển vị ngang tương ứng với số dãy cọc DCM
khác nhau ..................................................................................................................92
Bảng 3. 16 Chuyển vị ngang ứng với số dãy cọc và chiều sâu cọc khác nhau của
tường DCM................................................................................................................94
Bảng 3. 17 Hệ số ổn định Msf và chuyển vị ngang tương ứng tải trọng ngoài q =
10kN/m2 .....................................................................................................................97
Bảng 3. 18 Hệ số ổn định Msf và chuyển vị ngang tương ứng quá trình giảm tải ....99


-1-

PHẦN MỞ ĐẦU


-2-

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề nghiên cứu
Trong những năm gần đây, việc thiết kế và xây dựng các cơng trình cao tầng
trên vùng đất yếu gia tăng do sự phát triển của nền kinh tế, q trình mở rộng qui
mơ đô thị và công nghiệp. Khắp mọi miền đất nước đã xuất hiện nhiều tòa nhà cao
tầng, kiến trúc hiện đại được xây dựng bằng kỹ thuật xây dựng tiên tiến nhất. Cùng

với nó là sự mở rộng về qui mô và số lượng các tầng hầm để tận dụng khoảng
khơng dưới lịng đất trong các cơng trình cao tầng. Chúng ta ai cũng biết việc xây
dựng các cơng trình ngầm nói chung là phức tạp vì nó phụ thuộc rất nhiều vào địa
chất nơi cơng trình được xây dựng, phụ thuộc vào thiết bị máy móc, cũng như trình
độ kỹ thuật tay nghề của đội ngũ công nhân, cán bộ kỹ thuật. Do loại cơng trình
ngầm rất đa dạng nên việc thiết kế và thi công kết cấu chắn giữ hố đào cũng rất đa
dạng đồng thời thỏa mãn các điều kiện kinh tế, kỹ thuật, môi trường, không gây ảnh
hưởng đến các cơng trình xung quanh.
Khi thi cơng đào hố móng sâu, trạng thái ứng suất trong nền đất sẽ thay đổi,
từ đó đất nền sẽ biến dạng dẫn tới khả năng mất ổn định. Thêm vào đó, nước ngầm
trong nền cũng là một yếu tố tạo nên trạng thái mất ổn định. Chính vì vậy mà khi
tiến hành đào hố móng sâu bắt buộc phải thiết kế kết cấu chống đỡ vách hố móng và
đáy hố móng. Tác dụng qua lại giữa áp lực đất và nước ngầm với hệ thống tường
chắn và kết cấu khung chống đỡ vách sẽ có thể dẫn đến những trạng thái giới hạn
khác nhau. Yêu cầu hàng đầu đối với thiết kế tường chắn và khung chống đỡ vách
hố móng là không để xảy ra phá hoại trạng thái cân bằng giới hạn, từ đó gây mất ổn
định bản thân vách và đáy hố móng, đồng thời cịn có thể làm mất ổn định các cơng
trình lân cận. Biểu hiện chủ yếu của trạng thái cân bằng giới hạn bị phá hoại là mất
cân bằng tĩnh lực, kết cấu chống đỡ bị phá vỡ, kể cả không khống chế được tác
dụng của mực nước ngầm.
Những lớp đất sét yếu bão hòa nước thì có ở khắp nơi trên thế giới, ví dụ như
Mexico City, Bogota (Colombia), Thượng Hải (Trung Quốc), …v..v. Ở những khu


-3-

vực này, đa số người ta dùng cừ thép để chống đỡ hố đào sâu hay dùng những hàng
cọc khoan nhồi, tường vây để ngăn đất và nước xung quanh đi vào bên trong.
Thông thường, người ta hay dùng cừ thép để chống đỡ hố đào sâu, nhưng có thể xảy
ra vài vấn đề khi dùng cừ thép trong những lớp đất sét bão hịa nước. Ví dụ như : rỉ

thấm qua các mối nối cừ, chuyển vị lớn do q trình đóng hay nhổ cừ. Những vấn
đề này có thể được giải quyết bằng cách dùng tường vây bê tơng cốt thép nhưng chi
phí lại cao. Cọc đất trộn xi măng (Deep cement mixing - DCM) đã được giới thiệu
như là một phương pháp chống đỡ hố đào sâu trong hơn 2 thập kỷ qua (Bruce et al,
1998). Những cọc này được tạo thành bằng cách trộn đất với vữa hay bột xi măng
và người ta dùng nó như là biện pháp gia cố nền đất yếu.
Từ những phân tích ở trên cho thấy rằng phương pháp DCM có nhiều ứng
dụng thực tiễn to lớn và cần phải được nghiên cứu về lý thuyết tính tốn cũng như
nghiên cứu thực nghiệm. Phương pháp DCM vẫn đang được sử dụng rộng rãi trên
thế giới do những ưu điểm của nó về nhiều ứng dụng trong các dự án xây dựng.
Công nghệ DCM là một chùm công nghệ quý, mới đối với Việt Nam để xử
lý nền đất yếu, có khả năng đáp ứng được những u cầu của cơng trình cọc nhồi,
cọc đóng, hay cọc cát. Với những ưu điểm : đơn giản, nhanh, sử dụng ít vật tư,
khơng sinh ra đất thải, khơng sử dụng hóa chất, khơng gây ô nhiễm môi trường, ít
gây tiếng động, không làm mất tính ổn định của nền đất sau khi thi cơng, ít tốn nhân
cơng…Nó được xem như là một cơng nghệ có tính hiệu quả kinh tế cao ở các nước
đang phát triển.
Ở Việt Nam, trong thời kỳ phát triển đô thị hóa với các cơng trình xây dựng
ngày càng phát triển về qui mô và số lượng nên cần thiết phải nghiên cứu ứng dụng
công nghệ DCM trong ổn định hố đào sâu của các cơng trình cao tầng cũng như các
cơng trình xây dựng khác như gia cố nền đất yếu hay các cơng trình cầu đường
khác. Đây cũng chính là cơ sở hình thành nên đề tài luận văn này.


-4-

Với đề tài nghiên cứu này, tác giả mong muốn đóng góp vào việc xây dựng,
phát triển và ứng dụng của cọc đất trộn xi măng vào các cơng trình xây dựng ở Việt
Nam nói chung và TP.HCM nói riêng.
2. Nội dung nghiên cứu

Nhiệm vụ chính của luận văn này là tác giả tập trung nghiên cứu ứng xử của
tường chắn DCM trong nền đất sét yếu bằng cách phân tích số liệu quan trắc tại một
cơng trình xây dựng ở quận 7 – Tp Hồ Chí Minh. Bằng phương pháp phân tích
ngược, dựa trên số liệu quan trắc, tác giả dùng phần mềm phần tử hữu hạn để mơ
hình bài toán với các kết quả gần giống như sự làm việc thực tế của tường DCM. Từ
đó, các thơng số của mơ hình này sẽ được dùng để phân tích cho các bài tốn khác
để tìm ra một giải pháp tường chắn DCM thích hợp cho các cơng trình tương tự sau
này ở Tp Hồ Chí Minh nói chung và khu vực quận 7 nói riêng.
Trong đó, tác giả nghiên cứu tổng quan về công nghệ DCM. Về lịch sử phát
triển và các ứng dụng trên thế giới cũng như ở Việt Nam trong thời gian gần đây.
Tiếp theo là các lý thuyết nghiên cứu trên thế giới cũng như ở Việt Nam trong tính
tốn ổn định của hố đào sâu sử dụng cơng nghệ DCM.
Phần nghiên cứu chính của luận văn là ứng dụng công nghệ DCM trong gia
cố thành hố đào cho các cơng trình cao tầng ở khu vực phía Nam mà cụ thể là khu
vực quận 7-Tp HCM. Trong phần này, tác giả tiến hành thu thập, phân tích số liệu
quan trắc thực tế. Tiếp đó là phân tích các thơng số trong mơ hình Morh-Coulomb
của phầm mềm Plaxis, xác lập mơ hình tính tốn, đưa ra các kết quả gần với thực tế
nhất. Đánh giá mức tiếp cận giữa tính tốn và thực tế, chọn ra các thông số phù hợp
và sẽ dùng các thơng số này để phân tích cho các bài tốn khác nhằm tìm ra một
giải pháp cọc DCM thích hợp cho các cơng trình tương tự sau này. Sau đó rút ra
những nhận xét, kết luận và kiến nghị cho những hướng nghiên cứu tiếp theo.


-5-

3. Phương pháp nghiên cứu
• Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết tính tốn.
• Nghiên cứu lý thuyết về phần tử hữu hạn (FEM), các phầm mềm tính
tốn theo phương pháp phần tử hữu hạn chuyên ngành.
• Quan trắc cho cơng trình thực tế.

• Thu thập, phân tích, tính tốn, tổng hợp để xây dựng các biểu đồ tương
quan.
4. Hạn chế của đề tài
Do thời gian cũng như kiến thức có hạn nên đề tài cịn một số hạn chế sau:
-

Chưa nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ cọc đất trộn xi măng đến ổn
định của tường chắn DCM, các dạng phá hoại của cọc đất – xi măng khi
mất ổn định.

-

Không xét ảnh hưởng của việc thi công cọc DCM đến các cơng trình lân
cận.

-

Khơng có điều kiện thí nghiệm trong phòng để xác định các chỉ tiêu của
cọc đất trộn xi măng như cường độ, tính thấm, hàm lượng xi măng thích
hợp…


-6-

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DCM
(DEEP CEMENT MIXING)

-7-

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DCM (DEEP
CEMENT MIXING)
1.1 Lịch sử phát triển của cọc đất trộn xi măng
1.1.1 Giới thiệu
Deep mixing (DM) là sự cải tạo đất tại hiện trường để gia tăng cường độ,
khống chế sự biến dạng và làm giảm tính thấm. Phương pháp này được dùng để
chống đỡ hố đào sâu để tăng cường khả năng chịu đựng, làm giảm chuyển vị, ngăn
cản mặt trượt, khống chế sự thấm.
Phương pháp trộn sâu có rất nhiều tên viết tắt và thuật ngữ khác nhau:

Bảng 1. 1 Các tên gọi khác nhau của phương pháp DM theo Porbaha (1998)
Phương pháp trộn sâu còn được sử dụng với nhiều ứng dụng khác nhau trong
xây dựng dân dụng, nền móng cơng trình cầu đường, kết cấu tường chắn, tường vây
hố đào…
Trong phương pháp DCM, khi xi măng được phun vào trong đất sẽ có 3 phản
ứng chính xảy ra như sau (Diamond và Kinter, 1965; Assarson và các cộng sự
1974):
• Khử nước


-8-

• Trao đổi ion
• Phản ứng keo hóa
Cường độ của đất sau khi trộn sẽ tăng từ từ và chủ yếu là phụ thuộc vào phản
ứng keo hóa.
Cọc DCM có được sự thành cơng và phổ biến nhờ nó giải quyết được vấn đề
cừ thép và chi phí thấp hơn tường vây. Bên cạnh đó, trong một số trường hợp nó có

những đặc điểm mà làm cho nó được ưa thích hơn. Chẳng hạn, khơng cần phải lắp
đặt hệ thống thốt nước trước khi đào vì các cọc này giao nhau và tạo thành một
bức tường đất xi măng liên tục khơng thấm có tác dụng ngăn cản nước thấm vào
bên trong. Nó làm giảm độ biến dạng vì thơng thường độ lún nền do thoát nước
chiếm một tỉ lệ lớn trong tổng độ lún của nền.
1.1.2 Lịch sử phát triển
Công nghệ trộn sâu (DCM) được phát triển tại Nhật Bản từ những năm 70
(Okumura và Terashi, 1975). Một phương pháp tương tự là dùng vôi đã được phát
minh một cách độc lập ở Thụy Điển (Broms và Boman, 1977). Đến thập niên 80,
phương pháp trộn sâu được áp dụng rộng rãi trong xây dựng. Trộn sâu có hai
phương pháp là trộn ướt và trộn khô. Phương pháp ướt được thiết kế để cung cấp
cường độ cao hơn phương pháp khô, tuy nhiên vật liệu được sản xuất bằng phương
pháp ướt đạt cường độ chậm hơn, trong thời gian dài (Kawasaki et al, 1981). Ngày
nay, phương pháp trộn sâu được sử dụng trên khắp thế giới, đặc biệt ở Châu Âu,
Bắc Mỹ và châu Á với nhiều tên gọi khác nhau.
Phương pháp trộn khô
Công cụ trộn được quay vào trong đất và sau đó chất dính kết (vơi, xi măng)
được phun với áp lực cao, trộn với đất sét yếu tự nhiên bằng công cụ trộn để tạo ra
những trụ có đường kính 1m và sâu đến 25m. Phương pháp này thích hợp ở những
nơi có mực nước ngầm cao và gần mặt đất.


-9-

Phương pháp trộn ướt
Vữa xi măng được phun vào trong đất thông qua mũi khoan đến một độ sâu
nhất định. Trụ ướt thường có đường kính 0.9-2.4m, chiều sâu tối đa khoảng 30-40m
(Bruce 2000). Phương pháp này thường được áp dụng cho mơi trường đất khơ, có
mực nước ngầm sâu. Phương pháp trộn ướt hiệu quả hơn phương pháp khô và có
thể áp dụng cho hầu hết các loại đất; tuy nhiên giá thành cao do việc huy động và

tháo dỡ thiết bị nên không kinh tế với các dự án nhỏ. Phương pháp này cũng đòi hỏi
kinh nghiệm và tay nghề cao của nhà thầu xây dựng.
Công nghệ cọc vữa (hay cọc DCM) ra đời và áp dụng tại Nhật Bản khoảng
30 năm, cùng với những ưu điểm : thi cơng nhanh, tiết kiệm, ít ơ nhiễm, gọn nhẹ…
đặc biệt kiểm tra chất lượng hồn tồn bằng điện tốn nên có độ chính xác, chất
lượng cao. Nên hiện nay công nghệ cọc vữa và chùm công nghệ cọc vữa cải tiến
được áp dụng phổ biến tại Nhật Bản và các nước Đông Nam Á khác.
Ở Scandinavians, người ta sử dụng trộn sâu trong những nhóm hay những
hàng để giảm lún và gia tăng ổn định của nền đường hay nhà. Hầu hết những dự án
ở Thụy Điển, thì trụ trộn khô được sử dụng kết hợp với gia tải để giảm thời gian thi
công và giá thành (Broms, 2003). Phần nhiều trụ vơi/xi măng được sử dụng có
chiều dài 2-4m, tuy nhiên trụ vôi/xi măng được sử dụng thành cơng để tăng cường
ổn định của nền đường có chiều dài đến 9m (Broms, 2003).
Phương pháp gia cố hố đào là một trong những phương pháp thông thường
nhất trong xây dựng kết cấu ngầm. Tại các vị trí mà các lớp đất sét cố kết thường
dày, chiều sâu hố đào lớn nhất khoảng 10m. Đối với các hố đào sâu hơn, người ta
phải dùng một phương pháp ổn định để gia tăng áp lực đất bị động hay là sức kháng
chống lại mặt trượt. Ở Nhật Bản, phương pháp trộn sâu Deep Mixing mà xi măng
được trộn tại chỗ với đất, gần đây đã được áp dụng cho những hố đào sâu hơn.
Phương pháp trộn sâu được ứng dụng rất nhiều trong chống đỡ hố đào, đặc
biệt tại các nơi có liên quan đến khống chế mực nước ngầm, lún do rung động, nền
đất trôi, hay đất và nước bị nhiễm bẩn.


-10-

Ưu điểm của cơng nghệ cọc DCM
• Chất lượng cao: quá trình trộn lẫn đều, đồng nhất tạo ra cọc vữa trong
nền đất với hiệu quả rất cao. Dễ dàng san phẳng mặt bằng cơng trình, làm
sạch đầu cọc.

• An tồn thi cơng: ít nguy hiểm trong vận hành, giảm thiểu lao động.
• Nhanh chóng đem lại lợi nhuận về cho cơng trình: hiệu quả nhanh, vơ hại
cho nền đất, chu kì thi cơng ngắn, đơn giản và tiết kiệm được nhiều
nguyên liệu, thời gian lao động, vận chuyển.
• Ứng dụng kép: công nghệ cọc vữa được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại
đất: cát, sét có độ dẻo cao, đất nhiều mùn.
• Khơng gây ơ nhiễm đối với cơng trình: khơng gây chấn động nền đất hay
gây tiếng ồn, quy trình khơng gây đất thải, khơng gây ơ nhiễm đối với
nước ngầm hay vùng nước lân cận, không bị các trường hợp xâm thực do
nước ngầm, muối khoáng, axit hữu cơ, nước biển….
• Cọc khơng bị phình trướng sau khi thi công. Nền đất xung quanh cọc
không bị chèn, phá lệch gây ảnh hưởng xấu đến các nhà lân cận.

Hình 1. 1 Sơ đồ so sánh độ chấn động (dB) và độ ồn (dB) với
các loại cọc khác


-11-

Nhược điểm
• Chiều sâu giới hạn (tối đa là 40m).
• Cần có mặt bằng thi cơng lớn, trang thiết bị lớn, khơng hạn chế chi phí
quản lý.
• Khơng thích hợp với các loại đất chặt, đá cuội.
• Chỉ có thể thi cơng theo phương đứng.
• Các hệ thống phụ trợ dưới đất có thể đặt ra nhiều vấn đề.
• Chi phí huy động cao.

Hình 1. 2 Cọc vữa trong nền cát chảy trắng xám và cát vàng ít sét
Các cơng dụng chính của cơng nghệ DCM

-

Ổn định thành hố đào.

-

Làm tường vây để xây dựng các cơng trình ngầm.

-

Gia cố nền đất yếu để giảm độ lún và lún lệch cho cơng trình.

-

Tăng khả năng chống trượt của mái dốc, triền dốc.

-

Tăng cường độ chịu tải của đất nền, bờ sơng, biển.

-

Ngăn sự hóa mềm để chống lún, lệch, trồi đất, thẩm thấu mực nước
ngầm.

-

Cọc chịu tải của nhà xưởng, nhà cao tầng.

-12-

Một số hình ảnh cơng dụng của cọc DCM

S

Hình 1. 3 Sử dụng cọc DCM để làm hồ chứa nước và làm mương, kênh dẫn

Hình 1. 4 Sử dụng cọc DCM để ngăn sự hóa mềm (trong nền đất yếu) sau khi
khoan cọc và làm tường chắn cách ly hai bên nền đất ngăn mực nước ngầm
thấm qua

1.2 Giới thiệu một số cơng trình trên thế giới sử dụng cơng nghệ DCM
gia cố thành hố đào
Một số cơng trình sử dụng phương pháp gia cố thành hố đào bằng công nghệ
DCM ở Mỹ:
• Dự án Ebmud storage basin, Oakland, CA:
The East Bay Municipal (EBMUD) Wet Weather Storage Basin là dự án đầu
tiên áp dụng phương pháp trộn sâu để gia cố thành hố đào sâu ở Mỹ được xây dựng