Tài liệu Luận văn nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng trụ đất xi măng cho công trình nhà từ 3 đến 4 tầng trên nền đất yếu ở thị xã gò công, tỉnh tiền giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN NGUYỄN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG CHO CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 4 TẦNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở THỊ XÃ GÒ CÔNG, TỈNH TIỀN GIANG LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ NGÀNH: 8.58.02.01 LONG AN, NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN NGUYỄN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG CHO CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 4 TẦNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở THỊ XÃ GÒ CÔNG, TỈNH TIỀN GIANG LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ NGÀNH: 8.58.02.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN NGỌC THẮNG LONG AN, NĂM 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong các tạp chí khoa học và công trình nào khác. Các thông tin số liệu trong luận văn này đều có nguồn gốc và được ghi chú rõ ràng./. Tác giả Nguyễn Trung Hiếu ii LỜI CÁM ƠN Để có thể hoàn thành khóa học và đề tài luận văn thạc sĩ bên cạnh sự nỗ lực của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của Quý Thầy (Cô) cũng như sự ủng hộ giúp đỡ của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt thời gian học tập. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Quý Thầy (Cô) trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An đã tận tình giảng dạy, trang bị kiến thức nền tảng cho tôi trong quá trình học tập tại trường. Với kiến thức này đã giúp tôi có thể dễ dàng hơn trong việc tiếp cận và phân tích các luồng thông tin, lựa chọn ra những thông tin hợp lý nhất để thực hiện hoàn thành luận văn này. Với tất cả tình cảm của mình, tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Ngọc Thắng người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn này. Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn đơn vị công tác, gia đình và bạn bè cùng khóa học đã chia sẽ khó khăn và giúp đỡ để bản thân hoàn thành Luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! Tác giả Nguyễn Trung Hiếu iii NỘI DUNG TÓM TẮT Công trình dân dụng xây dựng trên nền đất yếu thường phải đối mặt với nhiều vấn đề như lún ổn định và khả năng chịu tải. Theo đó các công nghệ móng cọc nhồi, cọc cát, cọc ép đã được khai thác sử dụng triệt để đến nổi kéo theo đó là sự hạ giảm giá thành thi công xây dựng trong khi giá nguyên vật liệu vẫn tiếp tục tăng với tốc độ chóng mặt làm cho các nhà thầu và chủ đầu tư đều chịu nhiều tổn thất. Không những thế các công nghệ cọc ép, cọc nhồi tuy có sức chịu tải rất lớn nhưng bên cạnh đó nó cũng bộc lộ những nhược điểm cũng rất lớn, có nhiều chi phí tốn kém phụ theo, giá thành cao, mất nhiều thời gian thi công, gây ô nhiễm môi trường, sinh thái xung quanh, dễ xảy ra sự cố trong quá trình thi công. Chính vì thế mà một công nghệ mới đã được nghiên cứu và đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới. Đó chính là công nghệ trụ đất xi măng. Mặc dù công nghệ gia cố nền đất bằng trụ đất xi măng ngày càng được hoàn thiện, nhưng quá trình hình thành trụ đất xi măng là quá trình lý hóa phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nên trụ đất xi măng tạo ra có tính chất cơ lý và cường độ phân tán, do đó trong tính toán hiện nay thường phải làm thực nghiệm, hoặc áp dụng công thức kinh nghiệm đi kèm theo là nhiều quan điểm tính khác nhau. Thực hiện đề tài “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng trụ đất xi măng cho công trình nhà từ 3 đến 4 tầng trên nền đất yếu ở thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang” để rút ngắn thời gian thi công, đảm bảo về mặt kinh tế khi đầu tư xây dựng công trình trên địa bàn. iv ABSTRACT Civil works built on soft ground often face many problems such as stable settlement and load capacity. Accordingly, the technologies of the foundation of bored piles, sand piles, and pressing piles have been exploited to the point where there is a decrease in construction cost while the price of raw materials continues to increase at the speed Dizziness makes contractors and investors suffer many losses. Not only that, although the technology of pile piles, bored piles has a great load capacity, but besides that it also reveals great disadvantages, there are many additional costs, high cost, takes a lot of time. construction, causing environmental pollution, surrounding ecology, and easy to happen during construction. That is why a new technology has been researched and is being widely applied in many parts of the world. That is the technology of cement ground. Although the technology of soil reinforcement with cement pillars is increasingly being completed, the process of forming cement ground pillars is a complex physical and chemical process and depends on many factors. has mechanical properties and dispersion intensity, so in current calculations, it is often necessary to do experiments, or apply empirical formulas accompanied by many different calculation views. Implementation of the project "Research on solutions to treat ground with cement pillars for houses from 3 to 4 floors on soft ground in Go Cong town, Tien Giang province" to shorten construction time, ensure economically when investing in building projects in the area. v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... ii NỘI DUNG TÓM TẮT ............................................................................................iii ABSTRACT ......................................................................................................... iv MỤC LỤC ............................................................................................................... v DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ ........................................................ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ x DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT .................................................. xi PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu ..................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................ 1 3. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 2 5. Cấu trúc của luận án ............................................................................................. 2 CHƯƠNG 1. XI MĂNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN BẰNG TRỤ ĐẤT 4 1.1. Giới thiệu chung ............................................................................................. 4 1.1.1. Lịch sử phát triển của trụ đất xi măng ....................................................... 4 1.1.2. Khả năng ứng dụng của trụ đất xi măng trong gia cố nền đất yếu .............. 4 1.2. Các đặc tính của vật liệu trụ đất xi măng ......................................................... 8 1.2.1. Vật liệu trụ đất xi măng ............................................................................ 8 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành cường độ của trụ đất xi măng .. 14 1.2.3. Sự thay đổi cường độ trụ đất xi măng theo thời gian ............................... 16 1.2.4. Kinh nghiệm gia cố đối với một số loại đất yếu ...................................... 17 1.3. Công nghệ thi công trụ đất xi măng ............................................................... 19 1.3.1. Công nghệ trộn khô ................................................................................ 21 1.3.2. Công nghệ trộn ướt ................................................................................. 22 1.4. Kết luận chương 1 ......................................................................................... 23 vi CHƯƠNG 2. MĂNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐỐI VỚI TRỤ ĐẤT XI 24 2.1. Giới thiệu ...................................................................................................... 24 2.2. Các quan điểm tính toán đối với trụ đất xi măng gia cố nền đất yếu .............. 25 2.2.1. Quan điểm trụ đất xi măng làm việc như cọc .......................................... 25 2.2.2. Quan điểm tính toán nền đất hỗn hợp ...................................................... 25 2.2.3. Quan điểm tính toán kết hợp ................................................................... 27 2.3. Thiết kế trụ đất xi măng ................................................................................ 29 2.3.1. Nguyên lý thiết kế................................................................................... 29 2.3.2. Tính toán thiết kế .................................................................................... 31 2.3.3. Kiểm toán lún của nền đất....................................................................... 32 2.4. Kết luận chương 2 ......................................................................................... 37 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN GIA CỐ NỀN CHO CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG TỪ 3 ĐẾN 4 TẦNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN .................. 38 3.1. Giới thiệu công trình ở thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang ............................... 38 3.1.1. Cấu tạo công trình................................................................................... 38 3.1.2. Điều kiện địa chất công trình .................................................................. 41 3.2. Giới thiệu phần mềm Plaxis 3D Foundation .................................................. 44 3.2.1. Mô hình hình học (Geometry) ................................................................. 45 3.2.2. Hố khoan (Boreholds)............................................................................. 45 3.2.3. Mặt phẳng làm việc (Work planes) ......................................................... 45 3.2.4. Điểm (points).......................................................................................... 46 3.2.5. Đoạn thẳng (lines) .................................................................................. 46 3.2.6. Vùng (Clusters) ...................................................................................... 46 3.2.7. Phần tử (Elements) ................................................................................. 46 3.2.8. Nút (Nodes) ............................................................................................ 46 3.2.9. Điểm ứng suất (Stress poínt) ................................................................... 46 3.2.10. Dầm ngang (Horizontal Beams) .............................................................. 47 3.2.11. Dầm đứng (Vertical Beams) ................................................................... 47 3.2.12. Sàn (Floors) ............................................................................................ 47 3.2.13. Tường (Walls) ........................................................................................ 47 vii 3.2.14. Cọc (Files) .............................................................................................. 48 3.2.15. Lò xo (Springs) ....................................................................................... 48 3.2.16. Các bước thiết lập bài toán trên Plaxis 3D Foundation ............................ 48 3.3. Tính toán thiết kế .......................................................................................... 49 3.3.1. Mô hình bài toán ..................................................................................... 49 3.3.2. Tính chất của đất và trụ đất xi măng ....................................................... 51 3.3.3. Quá trình tính toán .................................................................................. 53 3.3.4. Kết quả mô phỏng và phân tích kết quả .................................................. 55 3.4. Thi công trụ đất xi măng ............................................................................... 59 3.4.1. Yêu cầu vật liệu và thiết bị thi công ........................................................ 59 3.4.2. Trộn mẫu thử trong phòng thí nghiệm..................................................... 61 3.4.3. Thi công thử trụ đất xi măng ................................................................... 61 3.4.4. Thi công đại trà trụ đất xi măng .............................................................. 62 3.4.5. Xử lý kỹ thuật thi công ........................................................................... 64 3.4.6. Kiểm tra chất lượng và nghiệm thu trụ đất xi măng................................. 65 3.5. Kết luận chương 3 ......................................................................................... 67 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................... 68 1. Kết luận ............................................................................................................. 68 3. Kiến nghị ........................................................................................................... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 69 viii DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ Hình 1.1 Mặt bằng một số phương pháp gia cố bằng trụ đất xi măng ........................... 6 Hình 1.2 Mặt bằng một số phương pháp gia cố bằng trụ đất xi măng ........................... 8 Hình 1.3 Mối quan hệ giữa cường độ yêu cầu Fcf đối với phần thân trụ và kết quả thí nghiệm nén 1 trục của trụ đất xi măng ....................................................................... 11 Hình 1.4 Quan hệ giữa cường độ yêu cầu Fcp đối với phần mũi trụ và kết quả thí nghiệm nén 1 trục của trụ đất xi măng ....................................................................... 14 Hình 1.5 Cường độ kháng nén không thoát nước theo thời gian (Saitoh,1988) ........... 16 Hình 1.6 Tỉ lệ qu/qu28 đối với một số mẫu đất theo thời gian (Saitoh,1988) ............... 16 Hình 1.7 Cường độ trụ đất xi măng tại “Yokohama, Fuckuyama, Imary” tăng theo hàm logarit (Terashi, 1977) ............................................................................................... 17 Hình 1.8 Nguyên tắc thực hiện dự án thi công trộn sâu .............................................. 20 Hình 1.9 Dây chuyền thiết bị thi công theo công nghệ trộn khô ................................. 22 Hình 1.10 Dây chuyền thiết bị thi công công nghệ trộn ướt ....................................... 23 Hình 2.1 Dạng phá hoại của trụ đất xi măng .............................................................. 24 Hình 2.2 Ứng dụng vòng tròn Mohr với khối hỗn hợp (Đất + đất xi măng)................ 26 Hình 2.3 Cách thức truyền tải qua nền hỗn hợp.......................................................... 27 Hình 2.4 Sơ đồ thiết kế trụ đất xi măng ...................................................................... 30 Hình 3.1 Công trình Dãy lớp học trường Trung học cơ sở Bình Đông ....................... 38 Hình 3.2 Mặt bằng công trình .................................................................................... 39 Hình 3.3 Mặt cắt công trình ....................................................................................... 40 Hình 3.4 Hình trụ hố khoan HK1 ............................................................................... 42 Hình 3.5 Mặt cắt ngang móng .................................................................................... 43 Hình 3.6 Mặt bằng móng trên nền đất được gia cố bằng trụ đất xi măng .................... 44 Hình 3.7 Thiết lập tổng thể ........................................................................................ 49 Hình 3.8 Cửa sổ mặt bằng làm việc, lỗ khoan ............................................................ 49 Hình 3.9 Mô hình PTHH trong Plaxis 3D Foundation................................................ 50 Hình 3.10 Lưới PTHH ............................................................................................... 50 Hình 3.11 Giai đoại 1 - Thi công trụ đất xi măng ....................................................... 53 ix Hình 3.12 Giai đoại 2 - Thi công móng ...................................................................... 53 Hình 3.13 Giai đoại 3 - Gán tải trọng ......................................................................... 54 Hình 3.14 Quá trình phân tích của Plaxis ................................................................... 54 Hình 3.15 Chuyển vị theo phương đứng của nền đất gia cố ........................................ 55 Hình 3.16 Chuyển vị của móng.................................................................................. 55 Hình 3.17 Chuyển vị tại tâm móng ............................................................................ 56 Hình 3.18 Chuyển vị tại đỉnh đầu trụ đất xi măng ...................................................... 56 Hình 3.19 Chuyển vị tại đỉnh mũi trụ đất xi măng...................................................... 57 Hình 3.20 Sự phân bố ứng suất trong nền gia cố ........................................................ 57 Hình 3.21 Sự phân bố ứng suất trong trụ đất xi măng ................................................ 58 Hình 3.22 Sự phân bố ứng suất tại đầu trụ đất xi măng .............................................. 58 Hình 3.23 Sự phân bố ứng suất tại mũi trụ đất xi măng .............................................. 59 x DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Cường độ yêu cầu phần mũi trụ .................................................................. 10 Bảng 1.2 Điều kiện cấp phối tiêu chuẩn phần thân trụ................................................ 11 Bảng 1.3 Điều kiện cấp phối tiêu chuẩn phần mũi mũi trụ ......................................... 12 Bảng 1.4 Tỷ lệ trộn cơ bản của vữa xi măng .............................................................. 12 Bảng 1.5 Bảng hiệu quả gia cố đối với các loại đất của các chất gia cố ...................... 17 Bảng 1.6 Công nghệ thi công trụ đất xi măng Bắc Âu – Nhật Bản ............................. 21 Bảng 1.7 Công nghệ đạt được đối với công tác thi công trụ đất xi măng .................... 21 Bảng 3.1 Thông số các lớp đất trong mô hình Plaxis 3D Foundation ......................... 51 Bảng 3.2 Thông số trụ đất xi măng trong mô hình Plaxis 3D Foundation ................... 52 Bảng 3.3 Thông số móng bê tông mô hình Plaxis 3D Foundation .............................. 52 Bảng 3.4 Các thông số cơ bản của thiết bị thi công thử trụ đất xi măng...................... 61 Bảng 3.5 Thông số nghiệm thu trụ đất xi măng .......................................................... 66 xi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long FEM Finite Element Method PTHH Phần tử hữu hạn TP. HCM Thành Phố Hồ Chí Minh XM Xi măng 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, thị trường xây dựng ở Việt Nam từ bao giờ đã trở nên nóng bỏng với hàng loạt các công trình cao tầng mọc lên nhanh chóng ở các khu đô thị lớn. Theo đó các công nghệ móng cọc nhồi, cọc cát, cọc ép đã được khai thác sử dụng triệt để đến nổi kéo theo đó là sự hạ giảm giá thành thi công xây dựng trong khi giá nguyên vật liệu vẫn tiếp tục tăng với tốc độ chóng mặt làm cho các nhà thầu và chủ đầu tư đều chịu nhiều tổn thất. Không những thế các công nghệ cọc ép, cọc nhồi tuy có sức chịu tải rất lớn nhưng bên cạnh đó nó cũng bộc lộ những nhược điểm cũng rất lớn, có nhiều chi phí tốn kém phụ theo, giá thành cao, mất nhiều thời gian thi công, gây ô nhiễm môi trường, sinh thái xung quanh, dễ xảy ra sự cố trong quá trình thi công. Chính vì thế mà một công nghệ mới đã được nghiên cứu và đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới. Đó chính là công nghệ trụ đất xi măng. Vì lẽ đó việc nghiên cứu giải pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng rút ngắn thời gian thi công, đảm bảo về mặt kinh tế khi đầu tư xây dựng công trình. Thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý nền bằng trụ đất xi măng cho công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng trên nền đất yếu ở thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang” để tìm ra quy luật chung cho giải pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng nêu trên trong điều kiện địa chất đồng bằng sông Cửu Long nói chung và của khu vực thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang nói riêng. 2. Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Tìm ra được những ưu điểm của trụ đất xi măng so với các giải pháp móng khác trong gia cố nền đất yếu dưới công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng. Tìm ra quy luật phân bố ứng suất lên trụ và đất nền của trụ đất xi măng trong gia cố nền đất yếu dưới công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng. 2 Kết quả nghiên cứu được ứng dụng trong tính toán công trình sử dụng giải pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng dưới công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng ở thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang. 3. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được dùng trong luận văn là nghiên cứu tổng quan về các giải pháp gia cố nền móng cho dân dụng từ 3 đến 4 tầng trên nền đất yếu, giải pháp gia cố nền bằng trụ đất xi măng và nghiên cứu về đất yếu tại Đồng bằng Sông Cửu Long và khu vực thị xã Gò Công. Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về khả năng chịu tải của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng. Dựa vào số liệu địa kỹ thuật, tải trọng, các cơ sở lý thuyết và các tài liệu tham khảo có liên quan. Học viên sử dụng mô hình số (Plaxis 3D Foundation) để mô phỏng sự phân bố ứng suất, biến dạng trong nền đất yếu dưới công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng được gia cố bằng trụ đất xi măng. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận văn là khả năng chịu tải của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng dưới công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng. Giới hạn phạm vi nghiên cứu: Luận văn thực hiện nghiên cứu với đất thu thập tại thị xã Gò Công và giải pháp này dùng để gia cố đất yếu dưới công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng ở thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang. 5. Cấu trúc của luận án Nội dung luận văn gồm có phần mở đầu, 03 chương nội dung và phần kết luận và kiến nghị, trình bày các vấn đề sau: Phần mở đầu: Trình bày các vấn đề tổng quan về đề tài nghiên cứu xử lý nền bằng trụ đất xi măng cho công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng trên nền đất yếu ở thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang như: Tính cấp thiết, mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu. 3 Chương 1. Tổng quan về công nghệ xử lý nền bằng trụ đất xi măng: Trình bày tổng quan về công nghệ gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng, các tính chất vật liệu của vật liệu đất trộn xi măng. Các công nghệ thi công trụ đất xi măng cũng được trình bày trong chương này. Chương 2. Cơ sở lý thuyết tính toán đối với trụ đất xi măng: Giới thiệu các Các quan điểm tính toán đối với trụ đất xi măng gia cố nền đất yếu của các tác giả trong và ngoài nước để tính toán thiết kế về khả năng chịu tải và lún của nền gia cố. Chương 3. Mô phỏng tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho công trình dân dụng từ 3 đến 4 tầng: Mô hình tính toán cho nền móng dưới công trình 3 đến 4 tầng tại huyện Thị xã Gò Công - tỉnh Tiền Giang được áp dụng tính toán. Sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation để kiểm tra ổn định và biến dạng trong nền đất yếu được gia cố bằng hệ trụ đất xi măng. Các đề xuất phương pháp kiểm tra và thi công cũng được trình bày. Phần kết luận và kiến nghị: Các kết quả và kiến nghị của nghiên cứu sẽ được trình bày trong phần này. 4 CHƯƠNG 1. 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG Giới thiệu chung Công nghệ trụ đất xi măng là một phương pháp gia cố nền đất yếu. Phương pháp này dùng xi măng làm chất đông kết phun trộn cưỡng bức tại chỗ làm cho nền đất yếu đông cứng thành dạng khối, ổn định với nước và hỗn hợp đất xi măng có cường độ nhất định, từ đó nâng cao được cường độ đất nền và làm tăng mô đun biến dạng của nền đất. 1.1.1. Lịch sử phát triển của trụ đất xi măng Trụ đất xi măng do nước Mỹ nghiên cứu thành công đầu tiên sau Chiến tranh thế giới thứ 2 gọi là “Mixed – In – Place Pile” (gọi tắt là phương pháp MIP), khi đó dùng trụ có đường kính từ 0.3÷0.5m, trụ dài 10÷12m. Đến đầu những năm 1960, công nghệ thi công trụ vôi, trụ vôi xi măng dạng trộn khô phát triển mạnh ở Thụy Điển và các nước Bắc Âu. Công nghệ trộn ướt được phát triển mạnh ở Nhật Bản (đặc biệt cho công trình sân bay Quốc tế Kansai trên một hòn đảo nhân tạo, phía dưới hòn đảo nhân tạo là nền đáy biển là đất yếu). Riêng ở Nhật Bản từ năm 2001 khối lượng thi công đã đạt 150 triệu md/năm. 1.1.2. Khả năng ứng dụng của trụ đất xi măng trong gia cố nền đất yếu Khi đưa xi măng vào nền dưới dạng bột xi măng hoặc nước vữa xi măng, đầu tiên nó chiếm thể tích lỗ rỗng của đất làm giảm áp lực lỗ rỗng trong đất. Sau xảy ra quá trình ninh kết hình thành các trụ đất xi măng trong nền. Chỉ tiêu kháng cắt của trụ đất xi măng lớn hơn đất nền tự nhiên, sẽ làm thay đổi các thông số chung của của nền đất hỗn hợp giữa trụ đất xi măng và nền tự nhiên quanh trụ thành một nền đất mới có các chỉ tiêu cơ lý tăng lên. Các trụ đất xi măng này thường được bố trí trong thân hoặc vai hoặc ở chân các bờ đắp, dưới nền móng công trình, trên mái dốc, nó có tác dụng gia cố một phần hoặc toàn bộ nền. 5 Mục tiêu gia cố là ngăn chặn trượt mái, đẩy trồi và lún không đều, nó còn như một kết cấu ngăn dòng thấm và chống lại hiện tượng hóa lỏng đất... Trước nay việc gia cố nền đất có sử dụng đến cát thường là phương pháp an toàn và hay được sử dụng. Người ta có thể sử dụng phương pháp gia cố bằng cọc cát, giếng cát, phương pháp bấc thấm hút nước... Tuy nhiên khi tại vị trí xây dựng công trình gặp những nơi địa chất yếu cần phải xử lý, nguồn cung cấp cát dùng để gia cố nền, cát dùng làm chất gia tải khó khăn. Nếu bắt buộc phải dùng để cải tạo nền sẽ mất công vận chuyển rất xa tốn kém về thời gian và chi phí cho vận chuyển, như vậy sẽ chậm tiến độ của dự án và không còn là phương pháp lựa chọn hợp lý nữa. Trong những trường hợp đó đòi hỏi người tư vấn thiết kế sẽ chọn các giải pháp xử lý khác không cần dùng tới cát mà vẫn đảm bảo yêu cầu gia cố được sự làm việc ổn định của nền theo yêu cầu. Nghiên cứu và ứng dụng trụ đất xi măng vào gia cố nền đất là điều mà người thiết kế phải quan tâm nhiều tới. Phương pháp này tỏ ra khá thân thiện với môi trường, thời gian thi công nhanh, tận dụng nhiều đến điều kiện tại chỗ để xử lý làm cho đất tốt hơn. Việc nghiên cứu ứng dụng trụ đất xi măng cho gia cố nền đất yếu đã được ứng dụng nhiều tại nhiều công trình trong các vùng đất yếu ở nước ta như Hải Phòng ở phía Bắc, Khu vực đồng bằng Nam Bộ phía Nam. Tại những nơi đây chiều sâu lớp đất yếu lớn, nhất là đối với đồng bằng Nam Bộ nơi mà trữ lượng cát phục vụ cho xây dựng không nhiều và chi phí cho việc sử dụng cát không đạt được hiệu quả kinh tế như mong muốn. Tùy vào điều kiện về mục đích gia cố người ta có thể bố trí nền trụ đất xi măng theo một số hình thức sau: 6 Hình 1.1 Mặt bằng một số phương pháp gia cố bằng trụ đất xi măng 7