Nghiên cứu giải pháp khoan trộn vữa phun áp lực cao (jet grouting mixing) để ngăn chặn nước ngầm chảy thấm dưới chân tường vây khi thi công hố đào trong nền đất có tấng cát dày

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

ĐỖ KIM KHA

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KHOAN TRỘN VỮA PHUN
ÁP LỰC CAO (JET GROUTING MIXING) ĐỂ NGĂN CHẶN
NƯỚC NGẦM CHẢY THẤM DƯỚI CHÂN TƯỜNG VÂY KHI
THI CÔNG HỐ ĐÀO TRONG NỀN ĐẤT CÓ TẦNG CÁT DÀY

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
Mã số: 60 58 60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2012


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Lê Trọng Nghĩa

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

Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ............................................................
2. ............................................................
3. ............................................................

4. ............................................................
5. ............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Chủ nhiệm Bộ Môn quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

------------------------------

-------------------------------

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: ĐỖ KIM KHA

MSHV: 11090313

Ngày tháng năm sinh: 03/03/1987

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Mã số: 60 58 60

Khóa (năm trúng tuyển): 2011
I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KHOAN TRỘN VỮA PHUN ÁP LỰC CAO
(JET GROUTING MIXING) ĐỂ NGĂN CHẶN NƯỚC NGẦM CHẢY
THẤM DƯỚI CHÂN TƯỜNG VÂY KHI THI CƠNG HỐ ĐÀO TRONG
NỀN ĐẤT CĨ TẦNG CÁT DÀY
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan đề tài nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Phân tích giải pháp khoan trộn vữa phun áp lực cao để ngăn chặn
dòng thấm dưới chân tường vây hố đào trong khu vực địa chất có
tầng cát dày ở TP Hồ Chí Minh
Kết luận và kiến nghị
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

02/07/2012

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

30/11/2012
TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
Tp.HCM, ngày

tháng

năm 2012

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TRƯỞNG KHOA

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TS LÊ TRỌNG NGHĨA

PGS.TS VÕ PHÁN


- ii -

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tác giả chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến toàn thể quý Thầy
cơ trong Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng - Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh
về tất cả sự truyền giảng tận tình những kiến thức, kinh nghiệm chuyên ngành thật
quý giá để giúp tác giả có đủ nền tảng kiến thức để thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Tiếp theo, tác giả cũng gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc đến
TS Lê Trọng Nghĩa, thầy đã truyền đạt kiến thức, hướng dẫn tận tâm, định hướng,
khích lệ, động viên tác giả trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu. Đồng
thời, tác giả cũng gửi đến PGS.TS Võ Phán và TS Đỗ Thanh Hải lịng biết ơn sâu

sắc vì những nhận xét, lời góp ý, sự khích lệ ban đầu cho đề cương đề tài nghiên
cứu của tác giả.
Sau cùng, tác giả gửi lời biết ơn chân thành, sâu sắc đến gia đình và bạn bè
về sự quan tâm, giúp đỡ, động viên, ủng hộ tác giả trong suốt chặn đường thực hiện
đề tài nghiên cứu này.

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012
Học viên

Đỗ Kim Kha


- iii -

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong khu vực nền đất có tầng cát dày và mực nước ngầm cao, với
những cơng trình hố đào sâu, giải pháp thi cơng xử lý nước ngầm trong q
trình thi cơng sao cho khơng làm ảnh hưởng đến cơng trình xung quanh ln
là vấn đề khó khăn. Cơng trình hố đào sâu tại Tp. Hồ Chí Minh nằm trong
khu vực địa chất có tầng cát dày đến độ sâu khoảng -45m so với mặt đất tự
nhiên, mực nước ngầm ở độ sâu -2.8m bên dưới mặt đất tự nhiên, độ sâu đào
lớn nhất là 14.5m, giải pháp chắn giữ hố đào là tường vây (diaphragm wall)
có chiều dày 0.6m và dài 25m, chân tường vây nằm hồn trong lớp đất cát pha
có hệ số thấm cao. Giải pháp được chọn để phân tích và đánh giá trong nghiên
cứu này là áp dụng công nghệ khoan trộn vữa phun áp lực cao (Jet-grouting
mixing) để xử lý toàn bộ nền đất bên dưới đáy hố đào để làm giảm hệ số thấm
của nền đất nhằm ngăn chặn dòng thấm chảy vào trong hố đào.
Trước tiên, bài tốn mơ phỏng phân tích ngược (back-analysis) bằng
chương trình phần tử hữu hạn Plaxis 2D đã được tiến hành dựa vào kết quả
quan trắc thực tế chuyển vị ngang tường vây cơng trình. Trong q trình phân

tích, dịng thấm nước ngầm chảy vào trong hố đào sẽ được tính tốn. Kết quả
phân tích ngược chuyển vị ngang của tường vây với mơ hình đất HardeningSoil (HS) cho kết quả phù hợp với kết quả quan trắc ứng với mô đun biến
dạng của nền đất lấy theo chỉ số NSPT là E50ref = (2300÷2600)NSPT. Và mối
tương quan mơ đun biến dạng E50ref = 2300NSPT và Eurref = 3 E50ref dành cho đất nền
loại cát sẽ được chọn để tiến hành phân tích trong các giai đoạn sau.
Tiếp theo, bài tốn phân tích hố đào có xét đến sự ảnh hưởng của lớp
đất Jet-grouting bên dưới đáy hố đào (Jet-grouting Slab, viết tắt là JGS) được
tiến hành. Mơ hình Mohr - Coloumb sẽ được áp dụng để phân tích cho lớp
JGS, đối với các lớp đất tự nhiên thì vẫn áp dụng mơ hình Hardening - Soil.


- iv -

Lớp JGS sẽ được phân tích theo 3 biến cần khảo sát: hệ số thấm k, chiều dày
T, vị trí Z của lớp JGS so với mặt đáy hố đào. Kết quả phân tích cho thấy với
sự xuất hiện của lớp JGS bên dưới đáy hố đào thì lớp JGS sẽ có khả năng bị
mất ổn định dưới áp lực nước đầy trồi vì hệ số thấm k của lớp JGS càng nhỏ
thì áp lực nước đầy trồi lên lớp JGS càng lớn và khi đó vị trí Z của lớp JGS
cần phải ở một độ sâu thích hợp thì điều kiện ổn định chống áp lực nước đẩy
trồi mới được thỏa mãn. Bộ 3 thông số khảo sát k, T, Z có sự ảnh hưởng rất
lớn đến sự ổn định của lớp JGS bên dưới đáy hố đào, kết quả phân tích cho
thấy hệ số an tồn nhỏ nhất chống áp lực nước đẩy trồi [FSuplift] lên lớp JGS
không phải là hằng số mà thay đổi phụ thuộc vào hệ số thấm k của lớp JGS.
Kết quả phân tích cho thấy, với giá trị k, T, Z thích hợp thì giải pháp tạo ra
lớp JGS bên dưới đáy hố đào để ngăn chặn dòng thấm chảy vào trong hố đào
là hồn tồn khả thi và có thể làm giảm lưu lượng nước ngầm chảy thấm vào
trong hố đào xuống khoảng 100 lần mà lớp JGS vẫn ổn định.


-v-

ABSTRACT

In geologic regions with the sandy layer thickness is very large and ground
water level is high, control work of ground water is always very difficult to not
influence on adjacent buildings in excavating process for deep pits. A deep pit
project in Ho Chi Minh City which has position in the geologic region with the
sandy layer thickness is approximately 45m below natural ground level, ground
water level was 2.8m below ground surface, the largest excavating depth is14.5m
below ground surface. A diaphragm wall 0.60 m thickness and 25m long was used
as the retaining structure, wall toe was located in sandy soils that has high
permeability. The jet-grouting technology was concentrated in this study to treating
the soil below the bottom of the pit to reduce the permeability of soil to prevent
seepage flowing into the pit.
First, the back-analysis process by finite element program (Plaxis 2D) was
conducted based on the actual monitoring results of horizontal displacement of
diaphragm wall. In the process of analysis, seepage flow of ground water into the
pit shall be calculated. With the Hardening-Soil model (HS) in Plaxis program,
back-analysis results show that horizontal displacement of diaphragm wall was
appropriated with the monitoring results when modulus of the ground was taken by
E50ref = (2300÷2600)NSPT. And the correlating modules E50ref = 2300NSPT and Eurref =

3 E50ref for sandy soil shall be selected to conduct the analysis in the next stages.
Next, the influence of the Jet-grouting slab layer (JGS) below the bottom of
the pit was alnalyzed. The Mohr - Coloumb model was applied to JGS layer, the
natural soil layer shall be continued with Hardening Soil model. The JGS layer shall
be analyzed with three variables parameters: the permeability k, thickness T, Z
position of JGS layer from bottom of pit. Analysis results show that the presence of
the JGS below the bottom of the pit, it can be unstable under the uplift pressure of
water by the permeability coefficient k of JGS layer was decreased and the

conditions of stability against uplift pressure of ground water shall be satisfied when


- vi -

the parameters Z is suitable. The parameters k, T, Z has the great influence on the
stability of JGS layer beneath the bottom of the excavation, analysis results show
that the minimum factor of safety against uplift water pressure [FSuplift] on JGS
layer is not constant, that depend on the permeability coefficient k of JGS layer.
Analysis results show that, with the suitable value of k, T, Z, the JGS layer
underneath the bottom of the pit is completely feasible to prevent seepage flow into
the pit and total seepage discharge flow into the pit can decrease about 100 times
whereas JGS layer is still stable.


- vii -

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của tác giả,
được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Lê Trọng Nghĩa.
Tất cả số liệu, kết quả tính tốn, phân tích trong luận văn là hồn tồn trung
thực. Tôi cam đoan chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012
Học viên

Đỗ Kim Kha


- viii -

MỤC LỤC
Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ

i

Lời cảm ơn

ii

Tóm tắt luận văn thạc sĩ

iii

Mục lục

viii

Danh mục các bảng

xi

Danh mục các hình

xiii

MỞ ĐẦU

1

1. Đặt vấn đề

2

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

2

3. Giới hạn của đề tài

2

4. Phương pháp nghiên cứu

2

5. Tính khoa học của đề tài

3

6. Tính thực tiễn của đề tài

3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

4

1.1. Công nghệ khoan phụt vữa cao áp (Jet-grouting) ứng dụng
chống thấm cho đất nền

4

1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng Jet-grouting vào mục đích
chống thấm cho hố đào sâu ở nước ngồi

13

1.3. Ứng dụng cơng nghệ Jet-grouting và mục đích chống thấm cho
cơng trình trong nước

23
27

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Tính tốn dịng thấm theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)
trong chương trình Plaxis
2.2. Chức năng "Undrained" và "Drained" của chương trình Plaxis

27
30


- ix -

2.2.1. Chức năng "Undrained"

30

2.2.2. Chức năng "Drained"

32

2.3. Mô hình Mohr - Coloumb và mơ hình Hardening Soil

33

2.3.1. Mơ hình Mohr - Coloumb

33

2.3.2. Mơ hình Hardening Soil

35

2.4. Thơng số đầu vào của đất nền cơng trình

41

2.4.1. Thơng số E, ν

41

2.4.2. Hệ số thấm k của đất

44

2.5. Thông số biến dạng của cọc xi măng đất (Jet-grouting)

45

2.6. Sự ổn định của hố đào dưới áp lực nước đẩy trồi lên lớp đất nền
Jet-grouting (Jet-grouting slab)

48

2.7. Giới hạn vùng nền của mơ hình phân tích

50

2.8. Nhận xét

52

CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP KHOAN TRỘN VỮA
PHUN ÁP LỰC CAO ĐỂ NGĂN CHẶN DÒNG THẤM DƯỚI
CHÂN TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO TRONG KHU VỰC ĐỊA CHẤT
CĨ TẦNG CÁT DÀY Ở TP.HỒ CHÍ MINH
3.1. Hiện trạng cơng trình nghiên cứu

53
53

3.1.1. Tổng quan về cơng trình nghiên cứu

53

3.1.2. Địa chất cơng trình

55

3.1.3. Trình tự thi cơng hố đào

59

3.2. Phân tích hố đào cơng trình theo phương pháp phân tích ngược
(Back-analysis)

61

3.2.1. Chuyển vị ngang của tường vây

61

3.2.2. Phân tích hố đào bằng chương trình Plaxis

63

3.2.2.1. Thơng số mơ hình

63


-x-

3.2.2.2. Q trình tính tốn mơ phỏng thi cơng hố đào
3.2.3. Kết quả phân tích hố đào

67
69

3.2.3.1. Chuyển vị ngang và dòng thấm vào hố đào

69

3.2.3.2. Độ lún nền đất cơng trình xung quanh

73

3.3. Phân tích sự hiệu quả của lớp Jet-grouting để chống thấm cho hố
đào

74
3.3.1. Mô phỏng lớp đất nền cần xử lý Jet-grouting để

74

chống thấm
3.3.2. Hệ số an toàn chống áp lực nước đẩy trồi lên lớp JGS

76

3.3.3. Lưu lượng thấm vào trong hố đào

82

3.3.3.1. Khảo sát với chiều dày lớp JGS, T = 2m

82

3.3.3.2. Khảo sát với lớp JGS có k = 8.64E-3 m/ngày

84

3.3.4. Mực nước ngầm và độ lún mặt đất xung quanh

87

3.3.4.1. Khảo sát với chiều dày lớp JGS, T = 2m

87

3.3.4.2. Khảo sát với lớp JGS có k = 8.64E-3 m/ngày

88

3.3.5. Chuyển vị ngang của tường vây

89

3.3.5.1. Khảo sát với chiều dày lớp JGS, T = 2m

89

3.3.5.2. Khảo sát với lớp JGS có k = 8.64E-3 m/ngày

90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

92

TÀI LIỆU THAM KHẢO

95


- xi -

DANH MỤC CÁC BẢNG

STT bảng

Tiêu đề

Bảng 1.1

Các thông số điển hình ứng với từng cơng nghệ dịng
phun Jet-grouting (Xathakos và cộng sự, 1994) [3]

Bảng 1.2

9

Các thông số của hỗn hợp vữa xi măng đất ứng với từng
loại công nghệ phun Jet-grouting [4]

Bảng 1.3

Trang

11

Hệ số thấm của cát trong nghiên cứu của Santhosh
Kumar.T.G [5]

12

Bảng 1.4

Áp lực vữa phun và phương pháp thi công [6]

14

Bảng 1.5

Kết quả hệ số thấm của đất nền sau khi xử lý Jetgrouting [6]

Bảng 1.6

Thông số vữa trộn Jet-grouting tạis cơng trình Midland
Bank (Newman và cộng sự, 1994)

Bảng 1.7

15

18

Thành phần dung dịch vữa Jet-grouting công trình đê
quai Thủy Điện Sơn La [11]

23

Bảng 2.1

Tương quan giữa mô đun biến dạng E theo NSPT

42

Bảng 2.2

Mô đun biến dạng và hệ số poson của đất rời (Mraja
M.Das,1999)

43

Bảng 2.3

Hệ số poison của đất (Joseph E Bowles, 1996)

43

Bảng 2.4

Hệ số thấm điển hình của đất theo P.M.Cashman &
M.Preen (2001) [19]

Bảng 2.5

Hệ số thấm điển hình của đất theo NAVFAC (1983)

[20]

Bảng 2.6

44

44

Hệ số an toàn chống áp lực nước đẩy trồi (Malcom
Puller) [28]

50


- xii -

Bảng 3.1

Mơ tả địa chất cơng trình

55

Bảng 3.2

Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất

57

Bảng 3.3

Thông số đầu vào của tường vây hố đào (diaphragm

64

wall)
Bảng 3.4

Thông số đầu vào của hệ thanh chống tường vây

Bảng 3.5

Thông số đầu vào của các lớp đất nền trong chương

64

trình Plaxis

66

Bảng 3.6

Mơ phỏng các giai đoạn thi công hố đào

67

Bảng 3.7

Kết quả tính tốn dịng thấm

71

Bảng 3.8

Phạm vi các biến khảo sát trong mơ hình nghiên cứu

74

Bảng 3.9

Thơng số đầu vào của cọc xi măng đất Jet-grouting (lớp
JGS)

Bảng 3.10

Kết quả phân tích ổn định chống áp lực nước đẩy trồi
lên lớp JGS(Với chiều dày T = 2m)

Bảng 3.11

75

78

Kết quả phân tích ổn định chống áp lực nước đẩy trồi
lên lớp JGS(Với hệ số thấm k = 8.64E-3 m/ngày)

79

Bảng 3.12

Kết quả khảo sát với chiều dày lớp JGS, T = 2m

82

Bảng 3.13

Kết quả khảo sát với lớp JGS có hệ số thấm k=8.64E-3
(m/ngày)

84


- xiii -

DANH MỤC CÁC HÌNH
STT hình

Tiêu đề

Hình 1.1

Phạm vi ứng dụng công nghệ xử lý nền theo từng loại đất
(Keller,2005) [2]

Hình 1.2

Trang

5

Cường độ nén 1 trục khơng nở hơng của vữa Jet-grouting
(Paolo Gazzarrini, 2009)[3]

6

Hình 1.3

Cơng nghệ dịng phun đơn [2]

6

Hình 1.4

Cơng nghệ dịng phun đơi [2]

7

Hình 1.5

Cơng nghệ dịng phun ba [2]

8

Hình 1.6

Cơng nghệ dịng phun đặc biệt [2]

8

Hình 1.7

Thử nghiệm cọc Super Jet Grouting ở hiện trường (Keller)

9

Hình 1.8

Cơng nghệ Jet-grouting ngăn dịng thấm vào trong hố đào [2]

Hình 1.9

Quy trình thi cơng xử lý đất nền bằng cơng nghệ Jet-grouting
[2]

Hình 1.10

10

10

Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến hệ số thấm của nền
cát [5]

12

Hình 1.11

Hệ số thấm của nền cát sau khi được xử lý theo thời gian [5]

12

Hình 1.12

Ảnh hưởng của hàm lượng Bentonite đến tính thấm của nền

13

Hình 1.13

Hình trụ hố khoan địa chất tại 3 khu vực ngiên cứu [6]

14

Hình 1.14

Sự thay đổi hệ số thấm của nền trước và sau khi xử lý Jetgrouting cùng với sự ảnh hưởng của công nghệ phun vữa đến
hệ số thấm của đất nền [6]

Hình 1.15

16

Kết quả phân tích ảnh hưởng của chiều dày lớp Jet-grouting
đến lưu lượng thấm vào trong hố đào [7]

17


- xiv -

Hình 1.16

Hầm chui cao tốc Lubeck-Moilsling [8]

Hình 1.17

Mặt cắt dọc hố đào và địa chất cơng trình Lubeck-Moilsling
[8]

Hình 1.18

19

Mặt bằng bố trí cọc Jet-grouting dưới đáy hố đào LubeckMoilsling [8]

Hình 1.19

20

Hố đào cơng trình tại Midland - Birmingham (Anh - 2002)
[9]

Hình 1.20

19

21

Hố đào cơng trình nhà máy Isseane tại độ sâu 32m và có độ
chênh lệch mực nước giữa trong và ngồi hố đào là 27m

(2007, Pháp) [10]

Hình 1.21

22

Thi cơng Jet-grouting cơng trình đê quai thủy điện Sơn La
[11]

24

Hình 1.22

Chống thấm cơng trình đập Đá Bạc, Hà Tĩnh [12]

24

Hình 1.23

Hố đào cơng trình hầm đường bộ Kim Liên

25

Hình 2.1

Mơ tả dịng thấm liên tục trong đất

27

Hình 2.2

Hệ số điều chỉnh lưu lượng thấm giữa khu vực đất bão hịa
(a) và đất khơng bão hịa (b)

29

Hình 2.3

Ý tưởng cơ bản của mơ hình đàn dẻo lý tưởng M-C

33

Hình 2.4

Mặt ngưỡng dẻo trong khơng gian ứng suất chính của mơ
hình M-C

Hình 2.5

34

Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic
trong thí nghiệm nén 3 trục

37

Hình 2.6

Các đường cong dẻo th  eo thơng số tăng bền

38

Hình 2.7

ref
Định nghĩa Eoed trong thí nghiệm Oedometer

39

p


- xv -



Hình 2.8

Các mặt chảy dẻo trong mặt phẳng ( p  q ) của mơ hình HS

Hình 2.9

Các đường đồng mức chảy dẻo của mơ hình đất HS cho đất
rời

Hình 2.10

49

Độ lún mặt đất xung quanh và độ sâu hố đào (Peck, 1969)

[29]

Hình 2.19

49

Tính tốn sự ổn định của lớp nền xử lý Jet-grouting
(Stefan M.Buykx, Steven Delfgaauw, Johan W.Bosch) [27]

Hình 2.18

48

Các lực tác dụng lên lớp đất nền Jet-grouting bên dưới đáy hố
đào (Shirlaw, 2007) [26]

Hình 2.17

47

Mơ đun biến dạng theo cường độ nén 1 trục của hỗn hợp xi
măng-đất Jet-grouting trong nền cát [24]

Hình 2.16

46

Cường độ nén 1 trục của vữa xi măng teho hàm lượng
bentonite [5]

Hình 2.15

46

Cường độ nén 1 trục của cọc xi măng đất trong nền cát với tỷ
lệ trộn (w/c=1) [23]

Hình 2.14

43

Biểu đồ phát triển cường độ của cọc xi măng-đất Jet-grouting
trong nền cát với lượng dùng xi măng khác nhau [22]

Hình 2.13

40

Quan hệ giữa Eu/ cu theo chỉ số OCR và Ip
(Duncan & Buchigani,1976) [18]

Hình 2.12

40

Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở trong thí
nghiệm 3 trục chuẩn thốt nước

Hình 2.11

39

51

Điều kiện biên cho phân tích hố đào sâu bằng chương trình
Plaxis [30]

51

Hình 3.1

Mặt bằng hố móng cơng trình

54

Hình 3.2

Hiện trạng hố đào nước ngầm ngập qua hệ tầng chống thứ 3

54


- xvi -

Hình 3.3

Cao độ 3 tầng chống hố đào

55

Hình 3.4

Các thơng số địa chất cơng trình

56

Hình 3.5

Mặt cắt địa chất cơng trình

58

Hình 3.6

Các giai đoạn chính thi cơng hố đào

59

Hình 3.7

Các mốc quan trắc chuyển vị tường vây của cơng trình

61

Hình 3.8

Chuyển vị ngang của tường vây tại mốc ICL-03 (hmax =

62

14.5m)
Hình 3.9

Mơ hình phân tích hố đào trong chương trình Plaxis.v. 8.5

63

Hình 3.10

Chuyển vị ngang của tường vây tại độ sâu đào hmax = 14.5m

70

Hình 3.11

Dịng thấm xuất hiện dưới chân tường vây

71

Hình 3.12

Sự thay đổi mực nước ngầm xung quanh hố đào (hmax =

73

14.5m
Hình 3.13

Độ lún của nền đất xung quanh hố đào

73

Hình 3.14

Các biến k, T, Z cần khảo sát phân tích trong nghiên cứu

75

Hình 3.15

Mơ phỏng lớp JGS dưới đáy hố đào trong chương trình
Plaxis

76

Hình 3.16

Áp lực nước lỗ rỗng pactive bên ngoài và trong tường vây

77

Hình 3.17

Áp lực nước đẩy trồi pactive theo hệ số thấm k (T=2m ;
Z=6m)

Hình 3.18

Ảnh hưởng của hệ số thấm k lên hệ số an toàn nhỏ nhất
chống áp lực đẩy trồi [FSuplift] (T=2m)

Hình 3.19

Hình 3.20

81

81

Ảnh hưởng của chiều dày vùng lớp JGS lên hệ số an toàn nhỏ
nhất chống áp lực đẩy trồi [FSuplift] (k=8.64E-3 m/ngày)

82

Lưu lượng thấm Q theo hệ số thấm k (T = 2m)

83


- xvii -

Hình 3.21

Vị trí an tồn nhỏ nhất Zmin theo hệ số thấm k (T=2m)

83

Hình 3.22

Lưu lượng thấm Q theo chiều dày T (k =8.64E-3 m/ngày)

84

Hình 3.23

Vị trí an tồn nhỏ nhất Zmin theo chiều dày T (k =8.64E-3
m/ngày)

85

Hình 3.24

Mực nước ngầm thay đổi xung quanh hố đào (T=2m)

87

Hình 3.25

Độ lún mặt đất xung quanh hố đào (T=2m)

87

Hình 3.26

Mực nước ngầm thay đổi xung quanh hố đào (k=8.64E-3
m/ngày)

88

Hình 3.27

Độ lún mặt đất xung quanh hố đào (k=8.64E-3 m/ngày)

88

Hình 3.28

Chuyển vị ngang của tường vây với độ sâu đào hmax = 14.5m
(T=2m)

Hình 3.29

89

Chuyển vị ngang của tường vây với độ sâu đào hmax = 14.5m
(k=8.64E-3 m/ngày)

90


-1-

MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong lĩnh vực xây dựng hiện nay, việc khai thác không gian ngầm dưới mặt
đất là một trong những vấn đề cấp thiết và đi cùng với những cơng trình nhà cao
tầng được thiết kế có nhiều tầng hầm sâu thì ln kèm theo nhiều vấn đề khó khăn
trong thi cơng vơ cùng phức tạp.
Đặc biệt trong những khu đô thị chật hẹp về không gian như TP Hồ Chí
Minh thì việc chọn lựa giải pháp thi công hố đào tầng hầm sao cho không ảnh

hưởng đến những cơng trình lân cận ln là một vấn đề cấp thiết. Hơn nữa, trong
những khu vực địa chất có tầng cát dày và có mực nước ngầm cao thì q trình thi
cơng tầng hầm sẽ ẩn chứa nhiều mối nguy hiểm như nước ngầm chảy thấm từ bên
ngoài vào bên trong hố đào gây sụp lún những công trình bên cạnh hoặc gây ra mất
ổn định hố đào dẫn đến sụp đổ hệ chống dẫn đến những hậu quả vơ cùng tốn kém
về chi phí để sửa chữa và thời gian tiến độ thi công bị chậm trễ.
Như vậy việc tìm ra hướng giải pháp để ngăn chặn không cho các sự cố như
trên tái diễn ra cho các cơng trình hố đào trong tầng cát dày là vơ cùng cấp thiết và
có ý nghĩa to lớn đóng góp cho lĩnh vực xây dựng cơng trình ngầm trong tương lai
(các tầng hầm sâu, bãi đậu xe ngầm, các hầm ngầm, các đường giao thông ngầm…)
Trên thế giới hiện nay, để giảm hệ số thấm của đất nền hay ngăn chặn dịng
thấm thì cơng nghệ Jet-grouting có nhiều ưu điểm, đặc biệt trong lĩnh vực hố đào
sâu cơng trình thì cơng nghệ Jet-grouting là rất khả thi và có hiệu quả cao trong việc
giải quyết vấn đề chống thấm. Do đó, đề tài: "Nghiên cứu giải pháp khoan trộn
vữa phun áp lực cao (Jet-grouting mixing) để ngăn chặn nước ngầm chảy thấm
dưới chân tường vây khi thi công hố đào trong nền đất có tầng cát dày" cần
phải được tiến hành nghiên cứu.


-2-

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Phân tích và đánh giá biện pháp chống chảy thấm dưới chân tường vây hố
đào bằng giải pháp khoan phụt vữa cao áp (Jet-grouting bên dưới đáy hố đào) trong
khu vực địa chất có tầng cát dày.
Cụ thể đề tài phân tích những vấn đề sau:
1. Cơng nghệ Jet-grouting có khả thi cho vấn đề ngăn chặn dòng thấm
dưới đáy hố đào.
2. Chiều dày và hệ số thấm thích hợp của lớp Jet-grouting để chống
thấm dưới đáy hố đào.

3. Vị trí hợp lý cần xử lý lớp Jet-grouting so với mặt đáy hố đào.
4. Phân tích và khảo sát ửng xử của hố đào khi có lớp Jet-grouting bên
dưới đáy hố đào theo hệ số thấm của lớp Jet-grouting:
-

Áp lực nước ngầm đẩy trồi lên lớp Jet-grouting (sự ổn định của

lớp Jet-Grouting)
-

Mực nước ngầm thay đổi xung quanh hố đào.

-

Độ lún của nền đất xung quanh hố đào.

-

Chuyển vị ngang của tường vây.

3. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài chỉ tập trung phân tích, đánh giá ứng xử của hố đào sau khi có lớp Jetgrouting bên dưới đáy nhằm ngăn chặn dịng thấm từ bên ngồi vào trong hố đào.
Đề tài khơng đi vào nghiên cứu thực nghiệm các thông số về tính thấm của
nền đất cát được khoan phụt vữa Jet-grouting.
Trong giai đoạn thực hiện đề tài, học viên chưa có điều kiện thi công ứng
dụng vào thực tế để kiểm chứng.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mô phỏng ứng xử hố đào bằng chương trình phần tử hữu hạn (FEM) cụ thể
là chương trình Plaxis.Trình tự thực hiện bao gồm:

-3-

1. Phân tích ngược (back - analysis) để tìm mối tương quan giữa mođun biến
dạng của đất nền theo chỉ số SPT dựa vào kết quả quan trắc chuyển vị thực tế
của tường vây hố đào trong khu vực địa chất có tầng cát dày tại Tp HCM.
2. Chọn giá trị mơ đun biến dạng E thích hợp để phân tích bài tốn. Các vấn đề
khảo sát bao gồm:
a. Khảo sát chiều dày T, hệ số thấm k thích hợp của lớp Jet-grouting cần xử
lý chống thấm bên dưới đáy hố đào.
b. Khảo sát chiều sâu Z cần xử lý lớp Jet-grouting kể từ đáy hố đào.
c. Khảo sát sự ổn định của lớp Jet-grouting chống thấm bên dưới đáy hố đào
và sự ảnh hưởng của lớp Jet-grouting đến mực nước ngầm xung quanh,
độ lún của đất nền lân cận xung quanh hố đào và chuyển vị ngang tường.
5. TÍNH KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài cho kết quả và ứng xử của hố đào thông qua việc giảm hệ số thấm của
lớp đất bên dưới đáy hố đào bằng cách tạo ra một lớp không thấm nhân tạo (tượng
trưng cho một lớp sét cứng) để đưa hố đào trở về trạng thái có tường chắn cắm vào
trong nền đất không thấm hoặc hệ số thấm rất nhỏ mà vẫn thỏa mãn trạng thái cân
bằng ổn định.
6. TÍNH THỰC TIẾN CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài sẽ giúp ích cho các hố đào nằm trong khu vực có tầng cát dày có khả
năng chảy thấm cao dẫn đến gây lún những công trình bên cạnh hố đào và gây mất
ổn định hố đào.
Đề tài sẽ đóng góp nhiều kết quả phân tích hữu ích góp phần ngăn ngừa sự
cố như trên giúp tiến độ cơng trình được đảm bào q trình thi cơng được dễ dàng
giúp tiết kiệm chi phí vì khơng phải đền bù cho những cơng trình gặp sự cố bên
cạnh.
Trong tương lai đề tài sẽ là một tài liệu tham khảo quý giá và bổ ích cho các
hố đào sâu tương tự về vấn đề mô phỏng, ứng dụng công nghệ Jet-grouting để

chống chảy thấm dưới đáy hố đào.


-4-

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT VỮA CAO ÁP (JET-GROUTING) ỨNG
DỤNG CHỐNG THẤM CHO ĐẤT NỀN
Công nghệ Jet-grouting (khoan phụt vữa cao áp) đã được phát minh ở Nhật
Bản đầu những năm 1970. Jet-grouting tạo ra cột đất gia cố từ vữa phụt và đất nền.
Nhờ tia nước và vữa phun ra với áp suất cao (200-400 atm), vận tốc lớn (≥ 100m/s),
các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hịa trộn với vữa phụt, sau khi
đơng cứng tạo thành một khối đồng nhất gọi là Soilcrete (bê tông đất). Soilrete
trong đất đóng vai trị ổn định nền, chống hóa lỏng nền đất, chống thấm và cường
độ chịu nén có thể lên đến 250 kg/cm2 (tùy thuộc vào thành phần cấp phối vữa
phun).
Hiện nay, các công ty xử lý nền móng hàng đầu thế giới như cơng ty
Laynerchristen (Mỹ), Soletane-Bachy (Pháp), Bauer (Đức), Frankilipe (Úc)…. đều
đã áp dụng công nghệ này ở nhiều cơng trình trên thế giới cho mục đích gia cố
cường độ nền đất cũng như để chống thấm cho nền đất.
Tại Việt Nam, Jet-grouting hiện là một cơng nghệ mới có nhiều hứa hẹn
trong xử lý nền móng cho các cơng trình xây dựng, cơng trình thủy lợi và đặc biệt là
hố đào sâu.
* Ứng dụng công nghệ Jet-grouting tại Việt Nam:
- Chống thấm cho cống dưới đê, kè, đập…
- Chống thấm, chống lún cho nền móng cơng trình dân dụng, cơng
nghiệp, giao thơng.
- Sửa chữa đáy cơng trình bị hư hỏng do nước ngầm.
- Làm lớp đáy cứng, chống đẩy nổi cho các hố móng sâu.

* Ƣu điểm của công nghệ Jet-grouting:
- Phạm vi ứng dụng rộng, phù hợp với mọi loại đất.
- Thi công được dưới mực nước ngầm, chiều sâu xử lý lên đến 50m [1].


-5-

- Thiết bị thi cơng nhỏ gọn, có thể thi cơng trong khơng gian có chiều
cao hạn chế, nhiều chướng ngại vật.
- Mặt bằng thi cơng nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh
hưởng đến các cơng trình lân cận.
Đặc biệt, với những loại đất có tính thấm cao (đất cát, cát bụi...) thì cơng
nghệ Jet-grouting rất phù hợp.

Hình 1.1. Phạm vi ứng dụng cơng nghệ xử lý nền theo từng loại đất
(Keller,2005) [2]


-6-

Hình 1.2. Cường độ nén 1 trục khơng nở hơng của vữa Jet-grouting (Paolo
Gazzarrini, 2009)[3]
Hiện nay, công nghệ Jet-grouting đã có 4 dạng dịng phun vữa điển hình, tùy
theo điều kiện đất nền, yêu cầu chất lượng sản phẩm cột xi măng đất và yêu cầu về
mức độ giảm hệ số thấm của đất nền để có thể chọn lựa một trong 4 dạng công nghệ
phun sao cho phù hợp:
 Dòng phun đơn (Single Fluid Jet Grouting - Soilcrete S) - 1 pha:

Hình 1.3. Cơng nghệ dịng phun đơn [2]