Tài liệu 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

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 Tôi xin cam đoan đây là công 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 môn, khoa công trình, Phòng 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 tôi hoàn thành luận văn này. Tôi 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 công ty, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Không có sự động viên của họ, tôi không thể đi đến đích cuối cùng của chương trình đào tạo thạc sĩ ii 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 phòng 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 iii 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 thông 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 công trình.......................................................................................... 63 3.1.1 Vị trí, hiện trạng, đặc điểm quy mô công trình .................................................... 63 3.1.2 Hiện trạng công trình............................................................................................ 64 3.1.3 Quy mô 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 toán 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 TOÁN ............................................................................................. 100 iv 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 không thoát 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 quá 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 : Công 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. v 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. φ col : Góc nội ma sát của cọc xi măng đất. φ soil : Góc nội ma sát của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng đất. φ tđ : 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. Δ σ’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. τ av : Sức chống cắt của vật liệu cọc Δl : Chiều dài cung trượt tương ứng. vi xi : Cánh tay đòn của mảnh thứ I so với tâm quay. 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. vii 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 hông ở 7 ngày ....................... 35 Hình 2.5 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ nén nở hông 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 hông ở 14 ngày ...... 36 Hình 2.8. Quan hệ giữa tỉ lệ N/XM và cường độ nén nở hông 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 công .......................................................................... 61 Hình 3.1 Vị trí dự án cầu C16 ....................................................................................... 63 viii 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 công 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 mô phỏng trong phần mềm Plaxis........................................................89 Hình 3.9: Phân bố ứng suất trong nền công trình ..........................................................89 Hình 3.10: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất .................................................90 Hình 3.11 Lưới biến dạng của nền công trình ...............................................................90 Hình 3.12 Chuyển vị đứng (lún) của công trình ............................................................91 Hình 3.13. Chuyển vị đứng (lún) của mặt cắt nền đường A-A .....................................91 ix 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 amQ II 2-3 vùng đồng bằng Cửu Long (1354 mẫu đất thí nghiệm). ........................................................................................... 21 Bảng 2.3 Tổng hợp các thông số cố kết của đất yếu amQ II 2-3 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 toán sức chịu tải và biến dạng của cọc khi bán kính r của cọc thay đổi. ....................................................................................................................................... 56 Bảng 2.21. Tính toán sức chịu tải và biến dạng của cọc khi chiều dài L của cọc thay đổi 57 Bảng 2.22. Tính toán 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 thông số mô hình .................................................................................... 88 Bảng 3.3 Độ chênh lệch lún của đoạn 1 đường dẫn theo giải tích và mô phỏng bằng Plaxis ............................................................................................................................. 92 x MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài - Khi xây dựng các công 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 sông 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 công trình xây dựng giao thông, 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 công 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 quá trình triển khai và sự lãng phí về kinh tế. - Để khắc phục vấn đề trên, việc nghiên cứu thí nghiệm trong phòng và nghiên cứu thực nghiệm khả năng làm việc của ĐXM tại hiện trường để lựa chọn thông 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 không 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 công trình sắp triển khai trên địa bàn tỉnh Sóc Trăng, Trà Vinh. 2. Mục đích nghiên cứu - Lựa chọn các thông 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 toán, 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 phòng 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 công 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 mô hình số. - Phương pháp phân tích, tính toán lý thuyết để phân tích, xử lý và lựa chọn thông số thiết kế ĐXM từ các kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường; cách tính mô 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 mô hình số: Sử dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng, tính toán, 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 toán, lựa chọn các thông số thiết kế cọc (ĐXM); 2 - 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 công trình thực tế: Đường vào Cầu C16, khu kinh tế Định An, để minh chứng cụ thể cho kết quả nghiên cứu. 3 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 khô ở Thụy Điển dùng vôi 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 thông vận tải Nhật Bản bắt đầu các thí nghiệm trong phòng sử dụng vôi cục hoặc vôi 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 4 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 m3 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 m3. Từ năm 1987 đến 1990, công nghệ DM đã được sử dụng, tổng cộng 513.000m3 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 công nghệ ĐXM ở Trung Quốc, công trình hợp tác đầu tiên là cảng Yantai. Trong dự án này 60.000m3 xử lý ngoài biển đã được thiết kế và thi công 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 vôi có đường kính 0,5m và chiều sâu tối đa 15m đã cho những kinh nghiệm mới về các cột vôi cứng hoá (Assarson, 1974). Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (cao 6m, dài 8m) đã được xây dựng ở Phần Lan sử dụng cột vôi 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 công 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. 5 - 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 không có dấu hiệu lún mặc dù tốc độ tàu chạy 100 ~ 120 km/h. - Tại Đông Nam Á, cọc đất – vôi hay xi măng chưa được thông dụng vì lý do chủ yếu là các máy móc thi công, 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 hoàn chỉnh của công nghệ. Xu thế quan trọng của công 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 6 Sài Gòn và được ứng dụng ở một số công 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 công thí nghiệm cho một số công trình nhà ở Hà Nội. Do trong hoàn cảnh khi đó giá thành xi măng cao, công nghệ xử lý tốn kém so với công nghệ gia cố thông thường, nhu cầu xử lý nền đất yếu còn 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 công 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 công trình trên nền đất yếu ở Việt nam. Cụ thể như: Dự án Cảng Ba Ngòi (Khánh hoà) đã sử dụng 4000m cọc đất xi măng có đường kính 600mm thi công bằng trộn khô; Năm 2003, một Việt kiều ở Nhật đã thành lập công 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 Phòng). 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, công trình xây dựng thủy lợi, công trình xây dựng giao thông. Trong vài năm gần đây công nghệ này đã được áp dụng tại công trình kè chống xói lở bờ sông khu đô 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 Đông 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 7 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 khoáng 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 lò cao; + Xi măng Poóc lăng thông thường + Xi măng đã được xác nhận là đảm bảo điều kiện cường độ yêu cầu thông 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. 8