Nghiên cứu lựa chọn thông số thiết kế cọc đất xi măng xử lý nền đường ở Sóc Trăng – Trà Vinh, ứng dụng cho đường vào cầu C16, khu kinh tế Định An (Luận văn thạc sĩ file word)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HUỲNH VĂN BẰNG

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÔNG SỐ THIẾT KẾ CỌC ĐẤT XI MĂNG
XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG Ở SÓC TRĂNG - TRÀ VINH
ỨNG DỤNG CHO ĐƯỜNG VÀO CẦU C16, KHU KINH TẾ ĐỊNH AN

CHUYÊN NGÀNH:

ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ SỐ:

60 58 02 04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS BÙI VĂN TRƯỜNG

HÀ NỘI, NĂM 2017



LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng 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

Huỳnh Văn Bằng

i


LỜI CÁM ƠN
Tôi xin cám ơn các thầy cô giảng dạy trong bộ mơn, khoa cơng trình, Phịng Đào tạo
Đại học và Sau đại học - Trường Đại học Thủy Lợi.
Tôi xin chân thành cám ơn, PGS. TS Bùi Văn Trường là người hướng dẫn khoa học
đã hết sức tận tâm nhiệt tình giúp tơi hồn thành luận văn này.
Tơi xin cám ơn sự quan tâm góp ý của các Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ trong trường
Đại học Thủy Lợi.
Tôi cũng xin cám ơn sự ủng hộ, động viên tinh thần nhiệt tình của lãnh đạo cơng ty,
gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Khơng có sự
động viên của họ, tơi khơng thể đi đến đích cuối cùng của chương trình đào tạo thạc sĩ


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ..........................v
DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................. viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU........................................................................................... x
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC XI MĂNG ĐẤT............................................... 4
1.1 Lịch sử hình thành và ứng dụng cọc đất xi măng..................................................... 4
1.1.1 Lịch sử hình thành cọc đất xi măng...................................................................... 4

1.1.2 Tình hình ứng dụng cọc đất xi măng trên thế giới................................................ 5
1.1.3 Tình hình ứng dụng cọc đất xi măng ở Việt Nam................................................. 6
1.2. Đặc điểm tính chất của cọc xi măng đất.................................................................. 8
1.2.1 Vật liệu chế tạo cọc............................................................................................... 8
1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành cường độ.............................................. 8
1.3 Kết luận chương 1.................................................................................................. 13
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÔNG SỐ THIẾT KẾ CỌC XI MĂNG
ĐẤT XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG Ở SÓC TRĂNG-TRÀ VINH........................................ 15
2.1 Cơ sở lý thuyết....................................................................................................... 16
2.2 Cấu trúc, tính chất nền đất yếu ở Sóc Trăng – Trà Vinh........................................ 17
2.2.1 Đặc điểm, tính chất đất yếu đồng bằng Cửu Long [2]........................................ 17
2.2.2 Cấu trúc, tính chất nền đất yếu ở Sóc Trăng, Trà Vinh........................................ 26
2.2.3 Đặc điểm nước dưới đất..................................................................................... 29
2.3 Nghiên cứu vật liệu tạo cọc đất xi măng trong phịng thí nghiệm..........................31
2.3.1 Thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng và sự phát triển cường độ và tính chất
của vật liệu tạo cọc ĐXM............................................................................................ 31
2.3.2 Phân tích kết quả thí nghiệm............................................................................... 38
2.4 Nghiên cứu điều kiện làm việc của cọc đất xi măng tại hiện trường......................39
2.4.1. Mục đích , nội dung nghiên cứu......................................................................... 39
2.4.2. Khoan lõi và nén kiểm tra cường độ vật liệu tạo cọc......................................... 39
2.4.3 Thử tải tĩnh cọc................................................................................................... 42
2.4.4 Khảo sát kích thước và hình dạng cọc................................................................. 47
2.4.5 Phân tích, đánh giá điều kiện làm việc của cọc................................................... 48
2.5 Đề xuất lựa chọn thông số thiết kế cọc đất xi măng............................................... 54


2.5.1 Lựa chọn các thông số của vật liệu tạo cọc ĐXM............................................... 54
2.5.2 Lựa chọn các chỉ tiêu, tính chất của đất nền........................................................ 55
2.5.3 Lựa chọn các thơng số hình học của cọc............................................................. 55
2.5.4 Các thông số kỹ thuật thi công cọc..................................................................... 59

2.5.5 Kiểm tra chất lượng cọc...................................................................................... 60
2.6 Kết luận chương 2................................................................................................. 62
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG THIẾT KẾ CỌC ĐẤT XI MĂNG DỰ ÁN ĐƯỜNG
VÀO CẦU C16, KHU KINH TẾ ĐỊNH AN............................................................... 63
3.1 Tổng quan về cơng trình........................................................................................ 63
3.1.1 Vị trí, hiện trạng, đặc điểm quy mơ cơng trình................................................... 63
3.1.2 Hiện trạng cơng trình.......................................................................................... 64
3.1.3 Quy mơ đường vào cầu...................................................................................... 65
3.1.4 Điều kiện tự nhiên............................................................................................... 69
3.1.5 Đặc điểm địa chất............................................................................................... 71
3.2 Thiết kế cọc xi măng đất........................................................................................ 71
3.2.1 Lựa chọn cường độ của cọc xi măng đất và xác định hàm lượng hợp lý.............71
3.2.2 Xác định đường kính cọc, chiều dài và khoảng cách giữa các cọc......................72
3.2.3 Tính tốn nền gia cố bằng cọc xi măng đất......................................................... 73
3.3. Kết luận chương 3................................................................................................. 92
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................... 94
I. Kết luận:................................................................................................................... 94
II. Kiến nghị................................................................................................................ 96
III. Hướng nghiên cứu tiếp theo:................................................................................. 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 98
PHỤ LỤC TÍNH TỐN............................................................................................ 100


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

Acol

: Diện tích của cọc xi măng đất.

as

: Diện tích tương đối của cọc xi măng đất.

Asoil

: Diện tích vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng

B, L, H

: Chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cọc xi măng đất.

Ccol

: Lực dính của cọc xi măng đất.

Cci

: Chỉ số nén lún.

Cu.soil

: Độ bền chống cắt khơng thốt nước.

CĐXM

: Cọc đất xi măng.

cu

: Lực dính của cọc xi măng – đất và đất nền khi đã gia cố.

Cri

: Chỉ số nén lún hồi phục ứng với q trình dỡ tải.

Csoil
đất.

: Lực dính của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng

Ctđ

: Lực dính tương đương của nền đất yếu được gia cố.

d

: Đường kính cọc.

DM

: Cơng nghệ trộn sâu.

ĐXM

: Đất xi măng.

Ecol

: Mô đun đàn hồi của cọc xi măng đất.

Esoil

: Mô đun đàn hồi của vùng đất yếu cần được gia cố.

Etđ

: Mô đun đàn hồi tương đương của nền đất yếu được gia cố.

E50

: Mô đun biến dạng.

eoi

: Hệ số rỗng của lớp đất .

Fs

: Là hệ số an toàn.

H

: Chiều cao nền đắp.


Lcol

: Chiều dài cọc.

LVThS

: Luận văn Thạc sĩ

[M]

: Moment giới hạn của cọc xi măng đất.

N

: Nước

XM

: Xi măng

N/XM

: Nước/ xi măng

Qult

: Sức chịu tải giới hạn của cọc xi măng đất.

[S]

: Độ lún giới hạn cho phép.

∑ Si

: Độ lún tổng cộng của móng cọc.

φcol

: Góc nội ma sát của cọc xi măng đất.

φsoil
: Góc nội ma sát của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc
xi măng đất.
φtđ

: Góc nội ma sát tương đương của nền đất yếu được gia cố.

hi

: Bề dày lớp đất tính lún thứ i.

σ’vo

: Ứng suất do trọng lượng bản thân.

Δσ’v

: Gia tăng ứng suất thẳng đứng.

σ’p

: Ứng suất tiền cố kết.

Qp

: khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cọc.

ffs

: Hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất.

fq

: Hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài.

q

: Ngoại tải tác dụng.

γ

: Dung trọng đất đắp.

R

: Bán kính cung trượt tròn.

τe

: Sức chống cắt của vật liệu đất đắp.

τav

: Sức chống cắt của vật liệu cọc

Δl

: Chiều dài cung trượt tương ứng.
: Cánh tay đòn của mảnh thứ I so với tâm quay.

xi


wi

: Trọng lượng của mảnh thứ i.

φi

: Góc ma sát trong của lớp đất.

Ltb

: Độ sâu hạ cọc trong đất kể từ đáy đài.

Q

: Khối lượng đất ở trạng thái tự nhiên.

t

: Tỉ lệ xi măng dự kiến.


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Ảnh hưởng của loại đất (KaKi và Yang, 1991)............................................... 9
Hình 1.2. Ảnh hưởng của loại xi măng đến cường độ nén........................................... 10
Hình 1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng............................................................. 10
Hình 1.4. Ảnh hưởng của lượng nước ban đầu............................................................ 11
Hình 1.5. Ảnh hưởng của ngày tuổi............................................................................. 12
Hình 2.1 Cột địa tầng đặc trưng ở Sóc Trăng (Cầu Vĩnh Châu 2)................................ 27
Hình 2.2 Mặt cắt địa chất đặc trưng ở Trà Vinh........................................................... 28
Hình 2.3 Đúc mẫu ĐXM thí nghiệm............................................................................ 33
Hình 2.4 Quan hệ giữa tỉ lệ N/XM và cường độ nén nở hơng ở 7 ngày.......................35
Hình 2.5 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ nén nở hơng ở 7 ngày.........35
Hình 2.6. Quan hệ giữa tỉ lệ N/XM và cường độ nén nở hông ở 14 ngày....................36
Hình 2.7. Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ nén nở hơng ở 14 ngày......36
Hình 2.8. Quan hệ giữa tỉ lệ N/XM và cường độ nén nở hơng ở 28 ngày....................37
Hình 2.9. Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ nén nở hông ở 28 ngày......37
Hình 2.10 Hình khoan lấy lõi cọc ĐXM...................................................................... 40
Hình 2.11 Cường độ mẫu khoan tại Mố A Cầu C16.................................................... 42
Hình 2.12 thí nghiệm thử tải tĩnh cọc.......................................................................... 43
Hình 2.13. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún cọc số 1................................................ 45
Hình 2.14. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún cọc số 93.............................................. 46
Hình 2.15. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún cọc số 156............................................ 46
Hình 2.16. Đào để lộ đầu cọc ĐXM để kiểm tra số lượng và kích thước.....................47
Hình 2.17. Quan hệ giữa bán kính cọc và sức chịu tải của cọc.................................... 56
Hình 2.18 Quan hệ giữa bán kính cọc và độ lún của nền gia cố..................................56
Hình 2.19. Quan hệ giữa chiều dài cọc và sức chịu tải của cọc...................................57
Hình 2.20. Quan hệ giữa chiều dài cọc và độ lún của nền gia cố................................. 57
Hình 2.21 Quan hệ giữa khoảng cách cọc và độ lún của nền gia cố............................59
Hình 2.22. Sơ đồ quản lý chất lượng........................................................................... 61
Hình 2.23. Hệ thống theo dõi thi cơng......................................................................... 61
Hình 3.1 Vị trí dự án cầu C16...................................................................................... 63

Hình 3.2 Trắc ngang đại diện đoạn dẫn vào cầu tại mố A............................................ 66
Hình3.3 Trắc dọc đoạn dẫn vào cầu tại mố A.............................................................. 66
Hình 3.4 Mặt cắt địa chất cơng trình C16.................................................................... 71
Hình 3.5 Sơ đồ xác định Lp, Ls................................................................................... 75
Hình3.6 Mặt bằng bố trí cọc ĐXM.............................................................................. 76
Hình 3.7 Sơ đồ tính lún................................................................................................ 81
Hình 3.8 Sơ đồ mơ phỏng trong phần mềm Plaxis....................................................... 89
Hình 3.9: Phân bố ứng suất trong nền cơng trình......................................................... 89
Hình 3.10: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất................................................. 90
Hình 3.11 Lưới biến dạng của nền cơng trình.............................................................. 90
Hình 3.12 Chuyển vị đứng (lún) của cơng trình........................................................... 91
Hình 3.13. Chuyển vị đứng (lún) của mặt cắt nền đường A-A.................................... 91


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Kết quả nghiên cứu các đặc trưng kháng cắt của đất ở Đồng Bằng Sông
Cửu Long theo............................................................................................................. 20
Bảng 2.2 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu amQII2-3 vùng đồng bằng Cửu Long
(1354 mẫu đất thí nghiệm)........................................................................................... 21
Bảng 2.3 Tổng hợp các thơng số cố kết của đất yếu amQII2-3 ở Đồng Bằng Sông Cửu
Long............................................................................................................................. 22
Bảng 2.4 Các chỉ tiêu cơ lý đất tại Sóc Trăng (Cầu Vĩnh Châu 2)............................... 27
Bảng 2.5 Các chỉ tiêu cơ lý đất tại Trà Vinh (cầu C16 khu Kinh tế Định An )............29
Bảng 2.6 Mẫu nước mặt ở độ sâu 1 mét....................................................................... 30
Bảng 2.7 Mẫu nước ngầm ở độ sâu 30 mét.................................................................. 30
Bảng 2.8 Cường độ chịu nén ở 7 ngày tuổi.................................................................. 35
Bảng 2.9 Cường độ chịu nén ở 14 ngày tuổi................................................................ 36
Bảng 2.10 Cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi.............................................................. 37
Bảng 2.11 Cường độ chịu nén tại Mố A, Cầu C16....................................................... 41

Bảng 2.12. Bảng số hiệu cọc-tải trọng thí nghiệm....................................................... 43
Bảng 2.13. Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ lún cọc số 1...................................... 44
Bảng 2.14. Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ lún cọc số 93.................................... 44
Bảng 2.15. Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ lún cọc số 156.................................. 45
Bảng 2.16. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc......................................... 46
Bảng 2.17 Các chỉ tiêu kỹ thuật của xi măng đề nghị sử dụng để tạo cọc ĐXM........54
Bảng 2.18 Mẫu nước mặt ở độ sâu 1 mét..................................................................... 54
Bảng 2.19 Các chỉ tiêu cơ lý đất tại Trà Vinh.............................................................. 55
Bảng 2.20. Tính tốn sức chịu tải và biến dạng của cọc khi bán kính r của cọc thay đổi.
.......................................................................................................................................
56
Bảng 2 21. Tính tốn sức chịu tải và biến dạng của cọc khi chiều dài L của cọc thay đổi 57
Bảng 2.22. Tính tốn biến dạng khi mật độ cọc thay đổi............................................. 58
Bảng 2.23. Các thông số kỹ thuật ứng với từng phương pháp phụt.............................59
Bảng 3.1 Tính lún của đất nền tự nhiên dưới mũi cột đất gia cố................................. 84
Bảng 3.2 Các thơng số mơ hình................................................................................... 88
Bảng 3.3 Độ chênh lệch lún của đoạn 1 đường dẫn theo giải tích và mô phỏng bằng
Plaxis........................................................................................................................... 92


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Đề tài
- Khi xây dựng các cơng trình trên nền đất yếu cần phải có các biện pháp xử lý, nhất là
những khu vực có tầng đất yếu khá dày như ở đồng bằng sơng Cửu Long nói chung và
đặc biệt là ở Sóc Trăng, Trà Vinh nói riêng.
- ĐXM là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu được áp dụng rộng rãi cho các
cơng trình xây dựng giao thơng, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng…ĐXM có thể sử dụng
làm tường chống thấm cho đê đập, sửa chữa thấm mang cống và đáy cống, gia cố đất
xung quanh đường hầm, ổn định tường chắn, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố nền
đường, mố cầu dẫn...Điều đó cho thấy thực tế nhu cầu xử lý nền bằng cọc đất xi măng

tương đối lớn. Tuy nhiên do tính mới mẻ của cơng nghệ, sự hạn chế về nghiên cứu,
kinh nghiệm của các đơn vị tham gia, sự phức tạp trong kiểm soát chất lượng và áp lực
của tiến độ nên thiết kế thường chưa hợp lý, chưa phù hợp với điều kiện làm việc thực
tế của ĐXM dẫn đến những khó khăn trong q trình triển khai và sự lãng phí về kinh
tế.
- Để khắc phục vấn đề trên, việc nghiên cứu thí nghiệm trong phịng và nghiên cứu
thực nghiệm khả năng làm việc của ĐXM tại hiện trường để lựa chọn thơng số thiết kế
hợp lý nhằm tăng tính khả thi và tăng hiệu quả kinh tế cho dự án tránh được những rắc
rối và lãng phí khơng cần thiết đồng thời là gợi ý cho các dự án tương tự, làm sáng tỏ
nhiều vấn đề bối rối trong công tác thiết kế cọc xi măng đất. Vì vậy việc nghiêm cứu
đề tài này là hết sức cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, đáp ứng yêu cầu kinh
tế - xã hội đối với các cơng trình sắp triển khai trên địa bàn tỉnh Sóc Trăng, Trà Vinh.
2. Mục đích nghiên cứu
- Lựa chọn các thơng số thiết kế ĐXM phù hợp với đặc điểm cấu trúc, tính chất của
nền đất yếu ở Sóc Trăng - Trà Vinh trong xử lý nền đường đảm bảo hiệu quả kinh tế kỹ thuật.

1


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Thông số thiết kế cọc đất xi măng xử lý nền đường ở Sóc Trăng – Trà Vinh.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, phương pháp tính tốn, lựa chọn các thông số thiết kế
cọc ĐXM xử lý nền đường;
- Nghiên cứu hàm lượng xi măng và sự phát triển về cường độ của vật liệu tạo cọc
ĐXM trong phịng thí nghiệm;
- Nghiên cứu thực nghiệm khả năng làm việc của cọc ĐXM tại hiện trường, từ đó so
sánh, kiến nghị lựa chọn các thông số thiết kế phù hợp với cấu trúc, tính chất của nền
đất yếu, nhằm tăng tính khả thi và hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của CĐXM trong xử lý
nền đường;

- Ứng dụng thiết kế cho cơng trình thực tế: Đường vào Cầu C16, khu kinh tế Định An.
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Đề tài được nghiên cứu theo phương pháp lý thuyết, thực nghiệm và phương pháp mơ
hình số.
- Phương pháp phân tích, tính tốn lý thuyết để phân tích, xử lý và lựa chọn thơng số
thiết kế ĐXM từ các kết quả thí nghiệm trong phịng và hiện trường; cách tính mơ đun
đàn hồi của cọc đất; phương pháp tính lún; những căn cứ và kinh nghiệm lựa chọn các
thông số về đường kinh, khoảng cách, cường độ và chiều dài cọc,...
- Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu sự phát triển về cường độ của vật liệu và
khả năng làm việc của ĐXM tại hiện trường;
- Phương pháp mơ hình số: Sử dụng phần mềm Plaxis để mơ phỏng, tính tốn, thiết kế
ĐXM và so sánh các phương án với các thông số thiết kế khác nhau đã được phân tích
lựa chọn từ bước nghiên cứu lý thuyết và hiện trường.
6. Kết quả đạt được
- Hiểu được cơ sở lý thuyết, phương pháp tính tốn, lựa chọn các thông số thiết kế cọc
(ĐXM);


- Xác định được ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến chỉ tiêu chất lượng (cường độ,
biến dạng,..) và sự phát triển cường độ của vật liệu tạo cọc ĐXM;
- Làm rõ khả năng làm việc thực tế, tính khả thi của cọc ĐXM trong điều kiện nền đất
yếu ở khu vực nghiên cứu qua kết quả thí nghiệm tại hiện trường;
- Đề xuất lựa chọn các thông số thiết kế phù hợp với cấu trúc, tính chất của nền đất
yếu đảm bảo hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của cọc ĐXM trong xử lý nền đường ở Sóc
Trăng - Trà Vinh;
- Ứng dụng thiết kế cọc ĐXM cơng trình thực tế: Đường vào Cầu C16, khu kinh tế
Định An, để minh chứng cụ thể cho kết quả nghiên cứu.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC XI MĂNG ĐẤT

1.1 Lịch sử hình thành và ứng dụng cọc đất xi măng
1.1.1 Lịch sử hình thành cọc đất xi măng
- Từ rất lâu, con người đã cải tạo nền đất yếu bằng cách trộn với các chất liên kết như
vôi, xi măng.
- Phương pháp cọc trộn tại chỗ, gọi là “Mixed In Place Pile”, (gọi tắt là phương pháp
MIP) dùng chất liên kết là vôi do nước Mỹ nghiên cứu thành công đầu tiên sau đại
chiến thế giới thứ 2 năm 1954, khi đó dùng cọc có đường kính từ 0,3÷0,4 m, dài 10-12
m. Nhưng cho đến 1996 cọc đất gia cố xi măng với mục đích thương mại mới được sử
dụng với số lượng lớn [1].
- Sự phát triển của công nghệ trộn sâu bắt đầu từ Thụy Điển và Nhật Bản từ những
năm 1960. Trộn khô dùng vôi hạt (vôi sống) làm chất gia cố đã được đưa vào thực tế ở
Nhật vào giữa những năm 1970. Cũng khoảng thời gian đó trộn khơ ở Thụy Điển dùng
vơi bột trộn vào để cải tạo các đặc tính lún của đất sét dẻo mềm, mềm yếu. Trộn ướt
dùng vữa xi măng làm chất gia cố cũng được áp dụng trong thực tế ở Nhật từ giữa
những năm 1970.
- Năm 1967, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu thuộc Bộ giao thơng vận tải Nhật
Bản bắt đầu các thí nghiệm trong phịng sử dụng vơi cục hoặc vơi bột để xử lý đất biển
bằng phương pháp trộn vôi dưới sâu. Công việc nghiên cứu bởi Okumura, Terashi và
những người khác suốt những năm đầu của thập niên 70.
- Năm 1974, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu báo cáo phương pháp trộn vôi dưới
sâu đã được bắt đầu ứng dụng toàn diện tại Nhật Bản.
- Năm 1976, viện nghiên cứu công chánh thuộc Bộ xây dựng Nhật Bản hợp tác với
Viện nghiên cứu máy xây dựng Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu phương pháp trộn phun
khô dưới sâu bằng bột xi măng, bước thử nghiệm đầu tiên hoàn thành vào cuối năm
1980.
- Năm 1977, Nhật Bản lần đầu tiên phương pháp trộn xi măng dưới sâu áp dụng trên


thực tế.
1.1.2 Tình hình ứng dụng cọc đất xi măng trên thế giới

- Những nước ứng dụng công nghệ DM nhiều nhất là Nhật Bản. Theo thống kê của
hiệp hội ĐXM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 1980-1996 có 2345 dự án, sử
dụng 26 triệu m3 đất gia cố xi măng. Riêng từ 1977-1993, lượng đất gia cố bằng DM ở
Nhật vào khoảng 23,6 triệu m 3 cho các dự án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng
300 dự án. Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m3 [1].
- Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, mặc dù ngay từ cuối
những năm 1960, các kỹ sư Trung Quốc đã học hỏi phương pháp trộn vôi dưới sâu và
ĐXM ở Nhật Bản. Thiết bị DM dùng trên đất liền xuất hiện năm 1978 và ngay lập tức
được sử dụng để xử lý nền các khu công nghiệp ở Thượng Hải. Tổng khối lượng xử lý
bằng DM ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m 3. Từ năm 1987 đến
1990, công nghệ DM đã được sử dụng, tổng cộng 513.000m 3 đất được gia cố, bao gồm
các móng kè, móng của các tường chắn phía sau bến cập tàu.
- Đến năm 1992, một hợp tác giữa Nhật và Trung Quốc đã tạo ra sự thúc đẩy cho
những bước đầu tiên của cơng nghệ ĐXM ở Trung Quốc, cơng trình hợp tác đầu tiên
là cảng Yantai. Trong dự án này 60.000m3 xử lý ngoài biển đã được thiết kế và thi
cơng bởi chính các kỹ sư Trung Quốc.
- Tại Châu Âu, nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan. Trong năm
1967, Viện Địa chất Thụy Điển đã nghiên cứu các cột vôi theo đề xuất của Jo. Kjeld
Páue sử dụng thiết bị theo thiết kế của Linden - Alimak AB (Rathmayer, 1997). Thử
nghiệm đầu tiên tại sân bay Ska Edeby với các cột vơi có đường kính 0,5m và chiều
sâu tối đa 15m đã cho những kinh nghiệm mới về các cột vơi cứng hố (Assarson,
1974). Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (cao 6m, dài 8m) đã được xây dựng ở Phần
Lan sử dụng cột vơi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng và chiều dài
cột về mặt khả năng chịu tải.
- Từ những năm 1970 và đến những năm 1980, các cơng trình nghiên cứu và ứng dụng
tập trung chủ yếu vào việc tạo ra vật liệu gia cố, tối ưu hoá hỗn hợp ứng với các loại
đất khác nhau.


- Năm 1993, Hiệp hội DJM (Deep jet mixing -phun trộn khô dưới sâu) của Nhật Bản

xuất bản sách hướng dẫn những thông tin mới nhất thiết kế và thi công cọc đất xi
măng.
- Năm 1996, hơn 5 triệu m3 cọc vôi và vôi xi măng đã được thi công tại Thụy Điển kể
từ năm 1975. Sản phẩm từng năm tại Thụy Điển và Phần Lan lúc bấy giờ là cùng sản
lượng như nhau.
- Vào tháng 11 năm 1999 một hội nghị quốc tế về phương pháp trộn khô được tổ chức
tại Stokholm, Thụy Điển.
- Tại Mỹ, việc xử lý và nâng cấp các đập đất nhằm đáp ứng mục tiêu an toàn trong
vận hành và ngăn ngừa hiện tượng thấm rất được quan tâm. CĐXM đã được ứng dụng
để nâng cấp các đập đất hiện có, tạo ra các tường chống thấm.
- Tại Bungari, nền đường sắt thường được xây dựng bằng sét vì khó kiếm ra đất tốt.
Loại đất này là rất khó đầm nén do đó nền đường thường bị lún nghiêm trọng. Người
ta đã sử dụng các cột ĐXM đường kính 0,25m cách nhau 2,5m để gia cố, kết quả sau
xử lý cho thấy khơng có dấu hiệu lún mặc dù tốc độ tàu chạy 100 ~ 120 km/h.
- Tại Đông Nam Á, cọc đất – vơi hay xi măng chưa được thơng dụng vì lý do chủ yếu
là các máy móc thi cơng, chi phí khai thác vôi sống tinh khiết cao.
- Xu hướng phát triển của công nghệ ĐXM trên Thế giới hiện nay hướng vào việc khai
thác mặt mạnh của ĐXM. Khi mới phát minh, yêu cầu đối với ĐXM ban đầu chỉ là
nhằm đạt được cường độ cao và chi phí thấp; nhưng gần đây do những nan giải trong
xây dựng đã đặt ra những yêu cầu cao hơn về sự tin cậy và hồn chỉnh của cơng nghệ.
Xu thế quan trọng của cơng nghệ này là ở chỗ nó cho phép xử lý tại chỗ và cô lập các
chất ô nhiễm trong đất, hứa hẹn cho những nghiên cứu tiếp tục. Trong lĩnh vực chống
động đất, người ta đang tiếp tục nghiên cứu ứng dụng ĐXM nhằm ngăn chặn sự hoá
lỏng đất, tìm ra những phương án có hiệu quả kinh tế, sử dụng vật liệu có sợi để chịu
được uốn khi có động đất.
1.1.3 Tình hình ứng dụng cọc đất xi măng ở Việt Nam
- Năm 1969 Thụy Điển đã viện trợ máy thi công theo công nghệ này cho chính quyền


Sài Gịn và được ứng dụng ở một số cơng trình đường. Tại Miền Bắc đầu những năm

1970 Thụy Điển cũng viện trợ cho Viện Khoa học Công nghệ xây dựng một máy
tương tự và đã thi cơng thí nghiệm cho một số cơng trình nhà ở Hà Nội. Do trong hồn
cảnh khi đó giá thành xi măng cao, cơng nghệ xử lý tốn kém so với công nghệ gia cố
thơng thường, nhu cầu xử lý nền đất yếu cịn thấp, nên công nghệ này không được ứng
dụng.
- Vào năm 2000 do yêu cầu thực tế, phương pháp này được áp dụng trở lại, khi cơng
trình chấp nhận một giá trị độ lún cao hơn bình thường tuy nhiên có hiệu quả kinh tế
cao. Đơn vị đưa trở lại phương pháp này ban đầu là COFEC và nay là E&C
Consultants.
- Năm 2002 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng ĐXM vào xây dựng các cơng trình
trên nền đất yếu ở Việt nam. Cụ thể như: Dự án Cảng Ba Ngịi (Khánh hồ) đã sử
dụng 4000m cọc đất xi măng có đường kính 600mm thi cơng bằng trộn khô; Năm
2003, một Việt kiều ở Nhật đã thành lập cơng ty xử lý nền móng tại TP Hồ Chí Minh,
ứng dụng thiết bị trộn khô để tạo cọc đất xi măng lồng ống thép.
- Năm 2004 CĐXM được sử dụng để gia cố nền móng cho nhà máy nước ở huyện Vụ
Bản, tỉnh Nam Định, xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu ở Đình vũ (Hải Phịng). Các
dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m. Tháng 5
năm 2004, các nhà thầu Nhật bản đã sử dụng Jet-Grouting để sửa chữa khuyết tật cho
các cọc nhồi của cầu Thanh trì (Hà nội).
- Ở nước ta, giải pháp này được sử dụng để gia cố nền nhà, cơng trình xây dựng thủy
lợi, cơng trình xây dựng giao thơng. Trong vài năm gần đây công nghệ này đã được
áp dụng tại công trình kè chống xói lở bờ sơng khu đơ thị mới An Phú Thịnh - Tp Qui
Nhơn, tỉnh Bình Định, nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam), Cảng dầu khí Vũng
Tàu, sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch
C (Long An), bệ bình chứa dầu của Tổng kho xăng dầu Cần Thơ, dự án đường cao tốc
TP Hồ Chí Minh đi Trung Lương, đại lộ Đơng Tây-TP Hồ Chí Minh, Đường cao tốc
Thành phố Hồ Chí Minh–Long Thành–Dầu Giây, nâng cấp đường hạ cất cánh, đường
lăn và sân đỗ máy bay cảng hàng không Cần Thơ, Cao tốc Bến Lức-Long Thành, Dự

án đường Liên cảng Cái Mép-Thị Vải, đường Láng - Hòa Lạc và đặc biệt là các cảng
nằm ở khu vực Bà Rịa–Vũng Tàu như SP-PSA, SITV.... Ngoài việc gia cố nền đất
yếu, cọc đất xi măng còn được ứng dụng trong các lĩnh vực như: xây dựng tường
chống thấm, chống đỡ thành hố móng, giảm nhẹ và ngăn chặn sự hóa lỏng...
- Khi áp dụng giải pháp này cần có những điều tra, nghiên cứu về hàm lượng hữu cơ,
thành phần khống hóa của đất yếu vì nếu đất có hàm lượng hữu cơ lớn hoặc có độ pH
nhỏ thì cường độ của cọc đất xi măng sẽ tăng không nhiều. Với ưu điểm là thời gian
thi công nhanh, sử dụng được vật liệu địa phương, giá thành tương đối thấp, công nghệ
này đang dần được các nhà quản lý, thiết kế và thi công quan tâm khi gặp đất yếu
1.2. Đặc điểm tính chất của cọc xi măng đất
1.2.1 Vật liệu chế tạo cọc
1.2.1.1 Xi măng
- Xi măng dùng thi công cọc ĐXM phải được lựa chọn để đảm bảo cường độ yêu cầu
và khả năng thi công. Một số loại xi măng tiêu chuẩn có thể dùng trong thi công cọc
đất xi măng như sau:
+ Xi măng lị cao;
+ Xi măng Pc lăng thơng thường
+ Xi măng đã được xác nhận là đảm bảo điều kiện cường độ u cầu thơng qua thí
nghiệm trộn thử được tiến hành trước khi thi công
1.2.1.2 Nước
- Nước để trộn vữa gia cố nên dùng nước ngầm khai thác tại chỗ là phù hợp nhất.
Nguồn nước yêu cầu phải sạch, không lẫn váng dầu mỡ công nghiệp, muối acid, các
tạp chất hữu cơ... và phải thõa mãn yêu cầu của TCVN 4506-2012.
1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành cường độ
1.2.2.1 Ảnh hưởng của độ ẩm của đất
- Độ ẩm trong đất ảnh hưởng đến cường độ của mẫu ĐXM, ảnh hưởng của loại đất
khác nhau.


- Bản chất hóa lý của đất (như đường cong thành phần hạt, hàm lượng ngậm nước, giới

hạn Silicat và nhôm, pH của nước lổ rỗng và hàm lượng mùn hữu cơ) ảnh đến tính
chất của khối xi măng-đất.

Hình 1.1 Ảnh hưởng của loại đất (KaKi và Yang, 1991)
- Cần đặc biệt chú ý trường hợp đất có hàm lượng hữu cơ cao, và những nơi mà hàm
lượng muối trong đất lớn, đặc biệt là muối Sunfat, chúng có thể ngăn cản q trình
Hydrat hóa của xi măng. Một số cơng trình gặp khó khăn khi xử lý đất có hàm lượng
muối lớn (như các dải đất ngập mặn ven biển) thì có thể khắc phục bằng cách tăng
hàm lượng xi măng. Bởi vì nhiều cơng trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng các khống chất
Mơnmơrilơnit phản ứng dễ dàng hơn muối Illite do tinh thể cấu tạo đơn giản và các đất
có chứa Mơnmơrilơnit và Kaolanh ảnh hưởng đến phản ứng Puzzolan mạnh hơn đất có
chứa muối Illite.


1.2.2.2 Ảnh hưởng của loại xi măng

cường độ chịu nén (daN/cm2)

Biểu đồ: Quan hệ giữa hàm lượng xi măng -loại xi măng và cường độ nén nở hông ở 28 ngày tuổi

300
280
260
240
220
200
10.015.020.025.030.035.040.0
Hàm lượng xi măng

Xi măng Holcim

stable soil
Xi măng Tây Đơ
Xi măng Nghi Sơn

Hình 1.2. Ảnh hưởng của loại xi măng đến cường độ nén
- Loại, chất lượng và số lượng xi măng ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ đối với
mọi loại đất.

cường độ chịu nén (daN/cm2)

1.2.2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0

28 ngày tuổi
14 ngày tuổi
7 ngày tuổi

180200220240260280300
Hàm lượng xi măng

Hình 1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng

- Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng (sử dụng với khối lượng lớn) theo phân bố thành
phần hạt được trình bày ở hình 1.3 (Kaki và Yang, 1991). Nói chung nếu hàm lượng
sét tăng thì số lượng xi măng yêu cầu cũng tăng; có thể đó là do với các hạt nhỏ thì
diện tích bề mặt lớn và lượng tiếp xúc giữa xi măng và các hạt đất sẽ tăng
- Khi lượng xi măng tăng thì cường độ của xi măng đất cũng tăng, phụ thuộc vào loại
đất và tính chất của xi măng.


1.2.2.4 Ảnh hưởng của hàm lượng nước
- Việc tăng lượng nước trong đất sẽ làm giảm cường độ khối xi măng đất. Hình 1.4
(Endo, 1976) cho thấy ảnh hưởng của hàm lượng nước thay đổi từ 60 đến 120% trên
mẫu thí nghiệm cho một loại đất biển xử lý với 5 đến 20% xi măng, sau 60 ngày ninh
kết. Kết quả cho thấy cường độ giảm cho mọi hàm lượng xi măng.

Hình 1.4. Ảnh hưởng của lượng nước ban đầu
1.2.2.5 Ảnh hưởng của độ pH
- Các kết quả cho thấy rằng trong một phạm vi nhất định, độ pH của đất có ảnh hưởng
tích cực hoặc tiêu cực đến cường độ của mẫu xi măng - đất. Trong giới hạn này, cường
độ nén nở hông không đơn giản phụ thuộc vào độ pH của đất mà còn dựa vào độ ẩm
của đất (tức là lượng nước có chứa trong đất), xét đến các ảnh hưởng của tỷ lệ giữa
nước hàm lượng xi măng tương ứng đến cường độ nén nở hơng. Đất có độ pH trọng
phạm vi 5,0 đến 6,3 có ảnh hưởng tích cực đến cường độ nén nở hơng của mẫu xi
măng đất. Độ pH càng tăng thì cường độ của xi măng - đất càng tăng.
1.2.2.6 Ảnh hưởng của độ rỗng
- Các kết quả thí nghiệm cho thấy rằng hệ số rỗng e 0 có ảnh hưởng không lớn đến
cường độ nén nở hông của mẫu ĐXM. Tuy nhiên, biểu đồ trên cũng chứng minh rằng,
có một xu hế ảnh hưởng: độ rỗng càng lớn thì cường độ mẫu ĐXM càng cao.
- Độ rỗng trong đất càng lớn thì khi trộn xi măng vào đất, khả năng lắp đầy của xi
măng vào các lỗ rỗng trong đất càng cao, tạo nên khả năng gia cố nền đất yếu là rất
lớn.

1.2.2.7 Ảnh hưởng của điều kiện trộn và điều kiện đóng rắn
- Tỷ lệ nước/xi măng ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ cọc ĐXM, việc tăng lượng
nước sẽ làm giảm cường độ ĐXM. Ngoài ra thời gian trộn, thời gian ninh kết, nhiệt độ
ninh kết cũng ảnh hưởng đến cường độ của cọc đất gia cố xi măng.
1.2.2.8 Sự thay đổi cường độ cọc đất xi măng theo thời gian
- Cường độ của xi măng - đất tăng lên theo thời gian, tương tự như bê tơng. Hình 1.5.
(Endo, 1976) đã chỉ ra ảnh hưởng của tuổi từ 2-2000 ngày đối với đất sét biển gia cố
bởi xi măng Porland.

Hình 1.5. Ảnh hưởng của ngày tuổi
Kawasaki (1981) đã xây dựng quan hệ dựa trên phân tích tương quan hiệu chỉnh
cường độ nén nở hông cho đất sét biển vùng vịnh Tokyo trộn với xi măng Porland.
0,26qu28 < qu3 < 0,63qu28
0,49qu28 - 64 < qu7 < 0,71qu28 + 5%
Cu60 = l,17qu28
Ở đây, qu28 là cường độ 28 ngày tuổi tính theo KPa. Hiệp hội CDMA (Cement Deep
Mixing Association of Japan) của Nhật Bản (1994) đã hiệu chỉnh quan hệ trên thành:
qu28 = (1,49 ~ 1,56)qu7
qu91= (1,85 ~ 1,97)qu7
qu91 = (1,2 ~ 1,33)qu28


Ở đây, qu7, qu28 và qu91 là cường độ nén nở hông của ĐXM sau xử lý 7 ngày, 28
ngày và 91 ngày tuổi.
Nagarai (1997) đã đề nghị một quan hệ nhằm đề xuất cường độ ĐXM trên quan điểm
vi cấu trúc và định luật Abram (nghĩa là sự phân bố lực hút giữa đất và vữa) sử dụng
phân tích tương quan đa chiều như sau:
SD

= -0,20 + 0,4581LnD (1.1)

S14
Ở đây, SD là cường độ ở D ngày tuổi; S14 là cường độ ở 14 ngày tuổi. Phương trình
(1.1) dựa trên quan hệ thực nghiệm, do đó khi sử dụng phải hết sức chú ý. Hampton và
Edil (1998) đã lưu ý về việc áp dụng định luật Abram để xác định cường độ ĐXM.
Cường độ của ĐXM tăng lên theo thời gian, tương tự như bê tông. Nhưng vấn đề là
đối với mỗi loại đất và loại (lượng) chất kết kính khác nhau, người ta cần nghiên cứu
mối tương quan của sự phát triển cường độ đó. Do đó, đối với mỗi cơng trình, ln cần
thiết chỉ rõ được về cơ bản mối quan hệ giữa cường độ nén 7 ngày và 28 ngày. Từ đó
có thể nội suy, ngoại suy các kết quả cần dự đoán dựa vào mối tương quan này. Dự
đốn mối trương quan này có ý nghĩa rất lớn trong vấn đề rút ngắn tiến độ đáng kể cho
các dự án.
1.3 Kết luận chương 1
- Xu hướng phát triển của công nghệ ĐXM trên Thế giới hiện nay hướng vào việc khai
thác mặt mạnh của ĐXM.
- Xu thế quan trọng của công nghệ này là ở chỗ nó cho phép xử lý tại chỗ và cơ lập các
chất ô nhiễm trong đất, hứa hẹn cho những nghiên cứu tiếp tục.
- Cọc ĐXM được thi công tạo thành theo phương pháp khoan trộn sâu.
- Thi công nhanh, kỹ thuật thi cơng khơng phức tạp, khơng có yếu tố rủi ro cao. Tiết
kiệm thời gian thi công do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ.
- Hiệu quả kinh tế cao, giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng.