Tài liệu Úng dụng chống lún

- 1 - MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn Mục lục ............................................................................................................. 1 Danh mục các từ viết tắt .................................................................................. 2 Danh mục hình ảnh ......................................................................................... 3 Danh mục bảng biểu ........................................................................................ 5 Chƣơng 1: MỞ ĐẦU ........................................................................................ 7 1.1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu .............................................. 7 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu ...................................................... 10 1.3. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................ 10 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................... 11 1.5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................. 11 Chƣơng 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ......................................................... 12 2.1. Công trình bị lún, nghiêng và những giải pháp chống lún, nghiêng 12 2.1.1. Tình trạng nghiêng, lún của các công trình ......................... 12 2.1.2. Giải pháp chống lún, nghiêng công trình do nguyên nhân nền móng. ............................................................................ 12 2.1.3. Nghiên cứu ứng dụng chống lún công trình bằng công nghệ bơm vữa Polymer ........................................................ 15 2.2. Phương pháp khảo sát ....................................................................... 17 2.2.1. Phương pháp xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test - SPT) .. ................................................................................ 17 2.2.2. Công tác khảo sát địa chất theo phương pháp mới.............. 35 2.2.2.1. Thiết bị.................................................................... 35 2.2.2.2. Phương pháp thực hiện và kết quả ......................... 35 - 2 - 2.2.3. Tổng hợp kết quả của hai phương pháp thí nghiệm ............ 40 2.2.4. Tính toán tải trọng của công trình hiện hữu ........................ 40 2.3. Phương pháp chống lún, nghiêng cho công trình ............................. 41 2.3.1. Các tính năng và tính chất của hỗn hợp vữa Polymer ......... 41 2.3.1.1. Phuơng pháp bơm vữa Polymer nâng lên lấy lại cao độ ban đầu cho tấm bản sàn ............................. 42 2.3.1.2. Sửa chữa gia cố công trình bằng phuơng pháp bơm vữa Polymer ................................................... 44 2.4. Ứng dụng phương pháp bơm vữa Polymer cho công trình cụ thể ... 50 2.4.1. Các bước của quá trình sử dụng phương pháp bơm vữa Polymer được nêu dưới đây................................................. 50 2.4.2. Những ưu điểm của phương pháp bơm vữa Polymer so với kỹ thuật lắp đặt tấm bêtông thông thường ..................... 51 2.4.3. Thực hiện bơm vữa Polymer .............................................. 52 2.4.4. Giá thành.............................................................................. 52 2.4.5. Kết quả sau khi xử lý vấn đề lún của đường bê tông bằng phương pháp bơm vữa Polymer .......................................... 53 2.4.6. Thiết lập phương pháp kiểm tra và đo lường ...................... 53 Chƣơng 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 55 3.1. Kết luận ............ ................................................................................ 55 3.2. Kiến nghị.......... ................................................................................ 55 Danh mục tài liệu tham khảo .......................................................................... 56 - 3 - DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT SPT – Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test). - 4 - DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH ẢNH TRANG Hình 1.1. Các nguyên nhân gây hư hỏng công trình............................................ 8 Hình 1.2. Các công trình bị lún. ........................................................................... 9 Hình 1.3. Nhà D3 đường Chu Văn An, quận BT, HCM bị lún nghiêng 25cm.... 9 Hình 1.4. Một căn nhà trên đường Lê Văn Khương, quận 12, TPHCM nghiêng................................................................................................ 10 Hình 2.1. Chống lún bằng cọc PowerPile. ........................................................... 13 Hình 2.2. Chống lún bằng cọc thép. ..................................................................... 13 Hình 2.3. Chống lún bằng các đoạn cọc bê tông tròn và được nối với nhau bằng dây cáp. ...................................................................................... 14 Hình 2.4. Bơm vữa Polymer để nâng các bản sàn bêtông ................................... 14 Hình 2.5. Biểu đồ kết quả lớp đất trước và sau khi gia cố được khảo sát bằng thiết bị mới .......................................................................................... 15 Hình 2.6. Tấm bêtông trước và sau khi xử lý nền đất phía dưới. ........................ 16 Hình 2.7. Gia cố phần đất phía dưới đường ray tàu hỏa ...................................... 16 Hình 2.8. Gia cố tấm bêtông tại kho chứa hàng. .................................................. 16 Hình 2.9. Gia cố phần đất phía dưới bản quá độ của mố cầu .............................. 17 Hình 2.10. Gia cố phần đất phía dưới tại các mố cầu. ........................................ 17 Hình 2.11. Gia cố đường băng sân bay ................................................................ 17 Hình 2.12. Gia cố bãi chứa hàng tại các bến cảng ............................................... 17 Hình 2.13. Thiết bị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT tại hiện trường ................ 19 Hình 2.14. Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT tại hiện trường ............................ 20 Hình 2.15. Thiết bị khảo sát địa chất theo phương pháp mới .............................. 35 Hình 2.16. Khảo sát địa chất theo phương pháp mới tại Khu Nhà Ở Cao Cấp Linh Trung tại Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, Tp. Hồ Chí Minh. ................................................................................................... 36 Hình 2.17. Một lỗ nhỏ 16mm được khoan xuyên qua tấm bê tông. .................... 43 - 5 - Hình 2.18. Nhiều thành phần, cấu trúc vữa được bơm. Nó mở rộng ngay lập tức, lấp đầy các khoảng trống và nén chặt đất nền. ............................ 43 Hình 2.19. Tiếo tục bơm vữa cho tấm bản nâng lên và được kiểm soát cao độ bằng tia laser. ...................................................................................... 43 Hình 2.20. Sau 30 phút xử lý thì diện tích xử lý có thể hoạt động lại bình thường ................................................................................................. 44 Hình 2.21. Hình ảnh trước và sau khi gia cố xử lý móng bằng phương pháp bơm vữa Polymer. ............................................................................... 44 Hình 2.22. Chống lún tại sân bay tân Sơn Nhất ................................................... 45 Hình 2.23. Gia cố xử lý đường bêtông ximăng bằng phương pháp bơm vữa Polymer. .............................................................................................. 46 Hình 2.24. Gia cố xử lý bản quá độ tại các mố cầu bằng phương pháp bơm vữa Polymer ............................................................................................... 46 Hình 2.25. Quá trình gia cố xử lý bản quá độ tại các mố cầu .............................. 47 Hình 2.26. Khu vực đường ray hoạt động của cần cẩu đã được sửa chữa ........... 48 Hình 2.27. Độ dốc thoát nước đã được khắc phục ............................................... 48 Hình 2.28. Tấm bê tông ở khu vực bến cảng bị lún 50mm.................................. 49 Hình 2.29. Quá trình bơm vữa Polymer được kiểm tra theo dõi bằng máy đo Lazer ................................................................................................... 49 Hình 2.30. Khu vực xử lý đã hoạt động lại bình thường sau 30 phút .................. 49 Hình 2.31. Các loại hư hỏng được sửa chữa bằng phương pháp bơm vữa Polymer. .............................................................................................. 50 Hình 2.32. Tấm bản đườngbêtông bị lún lệch...................................................... 51 Hình 2.33. Sơ đồ mặt bằng của đường bê tông xi măng bị hư hỏng ................... 52 Hình 2.34. Khu vực xử lý đã hoạt động lại bình thường sau 30 phút .................. 53 Hình 2.35. Kết quả khảo sát lớp đất trước và sau khi bơm vữa Polymer ............ 54 - 6 - DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG TRANG Bảng 1: Tiêu chí mô tả trạng thái của đất thông qua chỉ số SPT ......................... 19 Bảng 2: Vị trí, cao độ hố khoan ........................................................................... 20 Bảng 3: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất ........................................................ 32 Bảng 4: Tiêu chí mô tả trạng thái của đất rời thông qua chỉ số N của phương pháo khảo sát địa chất mới tương đồng với chỉ số N của thí nghiệm SPT. ......................................................................................................... 40 Bảng 5: Tiêu chí mô tả trạng thái của đất dính thông qua chỉ số N của phương pháo khảo sát địa chất mới tương đồng với chỉ số N của thí nghiệm SPT. ......................................................................................................... 40 Bảng 6: Cao độ cho 12 vị trí trên các tấm bêtông ximăng ................................... 53 - 7 - CHƢƠNG 1 - MỞ ĐẦU 1.1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của các đô thị, đặc biệt là ở các thành phố lớn, việc đầu tư xây dựng các công trình dân dụng phát triển khá nhanh. Tuy nhiên, nhiều sự cố đã xảy ra do nhà bị lún, lún lệch dẫn đến công trình bị nghiêng hoặc sập đổ làm ảnh hưởng lớn đến an toàn công trình và các công trình lân cận, gây thiệt hại về tài sản và gây bức xúc trong xã hội. Các công trình này bao gồm cả công trình xây mới, hiện hữu và cải tạo. Nguyên nhân gây lún nứt công trình.  Lún nứt có thể do hiện tượng lún không đều của nền móng hoặc do tính toán sai kết cấu chịu lực của của các cấu kiện chịu lực của công trình hoặc do thi công không đúng thiết kế…  Đối với các công trình sử dụng kết cấu móng nông (móng băng, móng bè).  Hầu hết các công trình khi xây dựng có khảo sát địa chất; thiết kế kết cấu móng theo tính toán tải trọng nhà và kết quả khảo sát địa chất và thi công theo đúng thiết kế thì nhà sẽ chỉ lún đều vài cm, không ảnh hưởng đến tính ổn định (không xảy ra hiện tượng nứt).  Hiện tượng lún mặt đất do tải trọng của các công trình khi xây dựng trên nền địa chất yếu, làm mất cân bằng áp lực giữa lớp chứa nước và các lớp cách nước sẽ khiến đất từ từ nén lớp chứa nước và các lớp thấm nước yếu tạo ra biến dạng bề mặt đất còn gọi là lún đất. Dấu hiệu nhận biết là giếng khoan ống chống bị trồi khỏi mặt đất, sụt nền, công trình dân dụng bị nứt tường hoặc tình trạng ngập do triều ở các tuyến đường ngày càng tăng theo thời gian.  Bên cạnh đó, do quá trình đô thị hóa, mặt đất bị thảm bê tông, kênh rạch bị san lấp khiến nguồn nước bổ sung cho các túi nước ngầm sụt - 8 - giảm, trong khi nhu cầu khai thác nước ngầm lại tăng mạnh, gây hiện tượng lún. Hình 1.1. Các nguyên nhân gây hư hỏng công trình. Như vậy sẽ có 4 nguyên nhân chính dẫn đến việc lún, nghiêng:  Không khảo sát địa chất nền đất xây dựng.  Có khảo sát địa chất, tính toán thiết kế kết cấu sai như không tính đủ tải trọng của công trình (tải trọng tĩnh và tải trọng động), tính sai kết cấu móng…  Có khảo sát địa chất đúng, thiết kế kết cấu đúng theo tiêu chuẩn, nhưng thi công không đúng so với thiết kế, dẫn đến hiện tượng lún, nứt.  Khai thác nước ngầm tăng mạnh. Ngoài ra, còn một số nguyên nhân khác cũng dẫn đến việc nứt, lún như sử dụng không đúng mục đích tính toán (dự kiến làm nhà ở nhưng lại dùng làm sàn - 9 - nhảy hoặc làm kho chứa hàng nặng hoặc cơi nới xây thêm tầng…), động đất, xây dựng tiết kiệm (hệ số an toàn thấp) khi có tác động ngoài dự kiến vào công trình cũng có thể gây nứt, lún… công trình. Hình 1.2. Các công trình bị lún. Hình 1.3. Nhà D3 đường Chu Văn An, quận BT, HCM bị lún nghiêng 25cm. - 10 - Hình 1.4. Một căn nhà trên đường Lê Văn Khương, quận 12, TPHCM nghiêng. 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu Hiện nay trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng vẫn đang sử dụng rất nhiều phương pháp chống lún tùy thuộc vào quy mô công trình và loại công trình. Việc ứng dụng công nghệ chống lún của các nước tiên tiến như: Anh, Úc, Mỹ … vào điều kiện thực tế tại Việt Nam vẫn còn nhiều hạn chế do.  Thiết bị máy móc tại VN không có.  Các nghiên cứu về vật liệu chống lún chưa có nhiều… 1.3. Mục tiêu nghiên cứu Đưa ra giải pháp ứng dụng chống lún công trình bằng phương pháp bơm vữa Polymer đã và đang được áp dụng tại các nước trên thế giới. Sử dụng dụng cụ khảo sát địa chất theo phương pháp mới để biết được tính chất “tương đối” của các lớp đất tại nơi cần khảo sát. Bằng kết quả thực nghiệm của dụng cụ khảo sát mới và so sánh với kết quả thí nghiệm SPT tại cùng một vị trí, từ đó tổng hợp các kết quả thực nghiệm và thí nghiệm SPT để đưa ra thông số về một số loại đất ở khu vực Tp. HCM. Với các thông số đó thì có thể xác định được trạng thái của lớp đất cần khảo sát mà không cần phải khoan và thí nghiệm SPT. - 11 - 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Về phạm vi nghiên cứu để thực nghiệm dụng cụ khảo sát địa chất theo phương pháp mới, chủ yếu thực hiện tại khu vực Tp. HCM. Ứng dụng phương pháp bơm vữa Polymer là giải pháp lý tưởng nhất cho công tác gia cố nền đất yếu và nâng sàn, nâng móng. Biện pháp thi công cực kỳ nhanh, gọn và sạch. Thiết bị thi công nhỏ, thi công được ở những khu vực nhỏ vừa đủ một người ngồi. Việc thi công không ảnh hưởng đến sinh hoạt kinh doanh, sản xuất, không gây bụi bặm, tiếng ồn. 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu phương pháp khảo sát địa chất mới bằng thực nghiệm và so sánh với kết quả của thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test – SPT), từ đó rút ra thông số tính chất “tương đối” của lớp đất. Dựa vào các thông số tính chất của lớp đất được thực thực hiện bằng dụng cụ khảo sát địa chất theo phương pháp mới. Từ đó tính toán các thông số độ rỗng của lớp đất, sức chịu tải của lớp đất, tính toán tổng tải trọng của công trình hiện hữu, sau đó tính toán khối lượng vữa Polymer cần phải bơm. Song song với việc bơm vữa thì phải bố trí các thiết bị đo để kiểm soát áp lực của vữa tạo ra khi bơm. - 12 - CHƢƠNG 2 - NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Công trình bị lún, nghiêng và những giải pháp chống lún, nghiêng 2.1.1. Tình trạng nghiêng, lún của các công trình Lún là công trình bị chuyển vị thẳng đứng hay bị chuyển vị thẳng đứng không đều (lún lệch) đưa đến chuyển vị ngang gây nghiêng. Tất cả các công trình xây dựng đều bị lún, miễn trong giới hạn cho phép (công trình dân dụng ít hơn 8cm), không gây ảnh hưởng xấu đến sử dụng và công trình lân cận thì chấp nhận được. Sự cố công trình có nguyên nhân lún xảy ra thường xuyên ở một số thành phố lớn như Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh và nhiều tỉnh thành khác trong cả nước. Các số liệu thống kê tại các địa phương có các nghiên cứu, tổng kết đầy đủ và hệ thống nhất về sự cố nền móng, từ trước tới nay cho thấy:  Hàng trăm nhà ở với quy mô từ 2 đến 6 tầng có tổng độ lún vượt quá cho phép từ 2-5 lần, tương đương độ lún từ 15-40 cm [2].  Các công trình bị nghiêng lún đều sử dụng móng nông đặt trên nền thiên nhiên hoặc trên nền đất gia cố bằng cọc tre, đệm cát, cọc cát với độ sâu gia cố hạn chế trong khoảng 2 - 4m. Phía dưới đáy móng hoặc dưới độ sâu gia cố vẫn còn những lớp đất yếu.  Khoảng trên 50 nhà chung cư bị hư hỏng nghiêm trọng do lún, cần thiết đầu tư sửa chữa. Một số nhà đã phải dỡ bỏ sau khi đã gia cường vì hiệu quả gia cường không theo ý muốn. Một số nhà dỡ bỏ để xây mới công trình với quy mô lớn hơn. 2.1.2. Giải pháp chống lún, nghiêng công trình do nguyên nhân nền móng. Hiện tại có rất nhiều phương pháp chống lún như: Ép cọc bêtông, đóng cọc cừ tràm, sử dụng kích thủy lực để nâng móng và gia cố móng… Tuy nhiên hiện nay ở một số nước phát triển như Anh, - 13 - Mỹ, Úc, Phần Lan… họ không sử dụng các phương pháp này mà họ sử dụng một số phương pháp mới như: Ép cọc thép, Ép các đoạn cọc bê tông tròn và được nối với nhau bằng dây cáp, cọc MicrroPile, cọc PowerPile, bơm vữa Polymer… Hình 2.1. Chống lún bằng cọc PowerPile. Hình 2.2. Chống lún bằng cọc thép. - 14 - Hình 2.3. Chống lún bằng các đoạn cọc bê tông tròn và được nối với nhau bằng dây cáp. Hình 2.4. Bơm vữa Polymer để nâng các bản sàn bêtông. - 15 - Với các phương pháp chống lún như: Ép cọc thép, Ép các đoạn cọc bê tông tròn và được nối với nhau bằng dây cáp, cọc Micrropile, bơm vữa Polymer… thì đòi hỏi phải tính toán cụ thể cho phù hợp với điều kiện địa chất của từng vùng miền tại Việt Nam. 2.1.3. Nghiên cứu ứng dụng chống lún công trình bằng công nghệ bơm vữa Polymer Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài thì chỉ nghiên cứu sử dụng dụng cụ khảo sát địa chất theo phương pháp mới và ứng dụng chống lún cho công trình bằng phương pháp bơm vữa Polymer. Phương pháp bơm vữa Polymer dựa vào sức giãn nở của vật tư Polymer khi được bơm vào lòng đất. Áp lực đặt lên đất nền có thể lên đến hơn 10Mpa – 17Mpa. Áp lực này gia cố nền đất cục bộ tại vị trí được bơm sâu để làm đất cố kết, tăng khả năng chịu tải. Khi nền đất chịu được tải trọng của cấu trúc bên trên, khối lượng vữa Polymer bơm thêm vào sẽ giãn nỡ để nâng cao sàn. Hình 2.5. Biểu đồ kết quả lớp đất trước và sau khi gia cố được khảo sát bằng thiết bị mới. - 16 - Phương pháp bơm vữa Polymer thường được ứng dụng trong công tác gia cố và nâng móng, nâng bằng lại đường nhựa, đường bê tông xa lộ, đường cất và hạ cánh máy bay, đường s t , đầu cầu, bến cảng đường thủy và bến cảng đường hàng không, nhà kho, nhà xưởng. Phương pháp bơm vữa Polymer cũng còn được dùng để trám bít những khoảng rỗng bên dưới sàn do đất lún, sụt và tạo lớp chống thấm cho tường, sàn hầm và khe. Hình 2.6. Tấm bêtông trước và sau khi xử lý nền đất phía dưới. Hình 2.7. Gia cố phần đất phía dưới đường ray tàu hỏa. Hình 2.8. Gia cố tấm bêtông tại kho chứa hàng. - 17 - 2.2. Hình 2.9. Gia cố phần đất phía dưới bản quá độ của mố cầu. Hình 2.10. Gia cố phần đất phía dưới tại các mố cầu. Hình 2.11. Gia cố đường băng sân bay. Hình 2.12. Gia cố bãi chứa hàng tại các bến cảng. Phƣơng pháp khảo sát Thí nghiệm hiện trường bằng phương pháp xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test – SPT) và khảo sát địa chất theo phương pháp mới. 2.2.1. Phƣơng pháp xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test -SPT) Thực hiện thí nghiệm trong lỗ khoan. Dùng một quả tạ có khối lượng 63.5kg cho rơi tự do ở độ cao 76cm để đưa một ống xuyên tiêu chuẩn ngập sâu vào trong đất một đoạn là 30cm. Ưu điểm: Phát hiện địa tầng khá chính xác, mẫu đất được giữ khá tốt để mô tả. Hạn chế: Không khoan được trong đá, đất rời có hòn to, hoặc cuội sỏi rất chặc. - 18 - Kết quả thí nghiệm: Thu được chỉ số SPT - N số lần đập cần thiết để đưa mũi xuyên tiêu chuẩn ngập sâu vào trong đất một đoạn là 30cm). Mục đích : – Xác định độ chặt tương đối và góc ma sát trong của đất cát; – Xác định sức chịu tải cho phép của móng nông quy ước; – Xác định môđun biến dạng E0 của đất nền; – Xác định trạng thái của đất dính; – Lấy mẫu đất không nguyên dạng. Bảng 1: Tiêu chí mô tả trạng thái của đất thông qua chỉ số SPT. Đất rời (cát sạn) Khoảng độ chặt Mô tả tƣơng đối (%) trạng thái 0-15 Rất xốp 15-35 N (SPT) Đất dính (sét, sét pha) Góc  Mô tả trạng qc 2 N (SPT) (độ) (kG/cm ) thái 0-4 30 20 Chảy (nhão) <2 Xốp 4-10 30-35 20-40 Dẻo chảy 2-4 35-65 Chặt vừa 10-30 35-40 40-120 Dẻo mềm 4-8 65-85 Chặt 30-50 40-45 120-200 Dẻo cứng 8-16 85-100 Rất chặt >50 >45 >200 Nữa cứng 16-30 Cứng >30 Hình 2.13. Thiết bị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT tại hiện trường. - 19 - Hình 2.14. Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT tại hiện trường. Khaûo saùt ñòa chaát coâng trình Khu Nhaø ÔÛ Cao Caáp Linh Trung taïi Phöôøng Linh Trung, Quaän Thuû Ñöùc , Tp. Hoà Chí Minh. Vò trí, cao ñoä hoá khoan ñöôïc theå hieän treân sô ñoà boá trí hoá khoan vaø trình baøy trong baûng 2: Bảng 2: Vị trí, cao độ hố khoan STT Loã khoan Cao ñoä (m) 1 HK1 2 Toïa ñoä X Y +4.538 613774.093 1201358.993 HK2 +4.880 613743.596 1201380.733 3 HK3 +4.765 613753.035 1201395.765 4 HK4 +4.329 613721.933 1201325.604 5 HK5 +4.878 613715.671 1201363.911 6 HK7 +4.864 613675.206 1201398.581 7 HK8 +4.862 613705.760 1201421.792 8 HK9 +4.899 613722.620 1201457.369 Ghi chuù: Toïa ñoä theo heä VN2000, cao ñoä theo heä Hoøn Giaáu - 20 - Sơ đồ vị trí khu vực khảo sát và các hố khoan.