Tài liệu Ứng dụng phần mềm plaxit nghiên cứu ứng xử của cọc xi măng đất ở khu đô thị thủ thiêm, q2, tp.hcm

-i- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIT NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA CỌC XI MĂNG ĐẤT CHO ĐẤT Ở KHU ĐÔ THỊ THỦ THIÊM, Q.2, Tp .HCM Mã số: TR:2020-12/KCN Chủ nhiệm đề tài : ThS. Phạm Ngọc Đăng Khoa Đồng Nai, tháng 05 năm 2021 -ii- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIT NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA CỌC XI MĂNG ĐẤT CHO ĐẤT Ở KHU ĐÔ THỊ THỦ THIÊM, Q.2, Tp .HCM Mã số: TR:2020-12/KCN Chủ nhiệm đề tài Phạm Ngọc Đăng Khoa -iii- Đồng Nai, tháng 05 năm 2020 Danh sách thành viên tham gia ST Họ và tên T 1 Phạm Ngọc Đăng Khoa Học vị, học hàm Cơ quan công tác chuyên môn Thạc Sĩ Trường Đại Học Công Nghệ Đồng Nai 2 Nguyễn Ninh Trường Sinh Viên Trường Đại Học Công Nghệ Đồng Nai 3 Trần Quốc Tuấn Sinh Viên Trường Đại Học Công Nghệ Đồng Nai 4 Nguyễn Ngọc Tùng Anh Sinh Viên Trường Đại Học Công Nghệ Đồng Nai 5 Hoàng Quốc Cường Sinh Viên Trường Đại Học Công Nghệ Đồng Nai 6 Trương Đại Vĩ Sinh Viên Trường Đại Học Công Nghệ Đồng Nai -iv- MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1. VẤN ĐỀ THỰC TIỄN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ..................12 2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI .......................................................................................13 3. PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............13 4. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI ..........................................................................................13 5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..............................................14 6. Bố cục của ĐỀ TÀI .........................................................................................14 1 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................15 1.1 Lịch sử phát triển và ứng dụng công nghệ cọc xi măng đất ...............................15 1.1.1 Ứng dụng công nghệ cọc đất gia cố xi măng trên thế giới ...............................15 1.1.2 Ứng dụng công nghệ cọc xi măng đất ở Việt Nam. .........................................16 1.1.3 Một số hình ảnh công trình cọc xi măng đất ở Việt Nam. ...............................17 1.2 Nguyên lý đặc tính của cọc xi măng đất: ............................................................19 1.3 Các yếu tố của đất ảnh hưởng đến cường độ cọc xi măng đất ............................20 1.4 Một số dữ liệu về cọc xi măng đất ......................................................................22 2 2. Chương 2: CÔNG NGHỆ THI CÔNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC XI MĂNG ĐẤT ...............................................................................................23 2.1 Công nghệ thi công cọc xi măng đất ...................................................................23 2.1.1 Quy trình thi công gia cố đất ............................................................................23 2.1.2 Công nghệ thi công trộn khô (Dry Mixing). ....................................................24 2.1.3 Công nghệ thi công trộn ướt (Wet Mixing, Jet-grounting). .............................25 2.1.3.1 Công nghệ Nhật Bản .................................................................................28 2.1.4 Phương pháp tính toán theo quan điểm làm việc như cọc. ..............................29 2.1.4.1 Đánh giá ổn định cọc xi măng – đất theo trạng thái giới hạn 1 ................29 2.1.4.2 Đánh giá ổn định cọc xi măng đất theo trạng thái giới hạn 2 ...................29 2.1.4.3 Theo quan niệm tính toán như nền tương đương......................................30 -v- 2.2 Nhận xét, kết luận ...............................................................................................30 3 Chương 3: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ SO SÁNH VỚI CƯỜNGĐỘ CỌC XI MĂNG ĐẤT NGOÀI HIỆN TRƯỜNG ...........31 3.1 Giới thiệu công trình ...........................................................................................31 3.2 Đặc điểm địa chất khu dân cư tái định cư Bình Khánh : ....................................33 3.3 Đặc điểm tuyến đường xử lý cọc xi măng đất D2 ...............................................34 3.3.1 Vị trí tuyến đường D2 ......................................................................................34 3.3.2 Đặc điểm địa chất tuyến D2 . ...........................................................................64 3.3.3 Giải pháp xử lý tuyến đường D2 bằng cọc xi măng đất ...................................65 3.3.4 Tải trọng tác dụng lên đường D2......................................................................69 3.3.5 Đặc điểm của cột đất trộn xi măng sử dụng để gia cố nền. ..............................70 3.4 Phân tích ứng xử cọc xi măng đất .......................................................................71 3.4.1 Tính khả năng chịu tải của cọc xi măng đất. ....................................................71 3.4.1.1 Khả năng chịu tải của cột đơn theo vật liệu..............................................71 3.4.1.2 Khả năng chịu tải của cột đơn theo đất nền ..............................................72 3.4.2 Phân tích E50 của cọc xi măng đất ....................................................................73 3.4.2.1 Mô phỏng sức chịu tải cọc đơn theo E50 nén trong phòng ( mẫu khoan lõi E50 = 52000 kN /m2 ) : ...............................................................................................74 3.4.2.2 Mô phỏng sức chịu tải cọc đơn theo E50 hiện trường ( E50 = 240000 kPa ) ...................................................................................................................................80 3.4.2.3 Phân tích ứng xử của nhóm cọc theo E50= 240000 ( kPa ). ......................84 3.4.3 Tính toán độ lún của nền hỗn hợp ....................................................................89 3.4.3.1 Tính lún độ lún của nền theo giải tích ......................................................89 3.4.3.2 Tính lún độ lún của nền bằng phần mềm Plaxis 2D – V8.5 .....................92 3.5 Nhận xét , kết luận. ...........................................................................................100 -vi- Hình ảnh Hình 1:1 Cụm Cảng Hàng Không Cần Thơ ........................................................18 Hình 1:2: Đường cao tốc Đông – Tây .................................................................18 Hình 2:1: Qui trình thi công cọc xi măng đất .....................................................24 Hình 2:2: Sơ đồ thi công trộn khô. ......................................................................24 Hình 2:3: Thiết bị thi công theo công nghệ trộn khô. .........................................25 Hình 2:4: Sơ đồ thi công trộn ướt. ......................................................................25 Hình 2:5: Sơ đồ công đơn pha S ..........................................................................26 Hình 2:6: Sơ đồ công hai pha D ..........................................................................26 Hình 2:7: Sơ đồ công hai pha D ..........................................................................27 Hình 2:8: Thiết bị thi công theo công nghệ trộn ướt.Cơ sở lý thuyết tính toán cọc xi măng đất ................................................................................................................27 Hình 3:1Tổng thể Khu đô thị mới Thủ Thiêm......................................................31 Hình 3:2Vị trí các khu chức năng , khu đô thị mới Thủ Thiêm ...........................32 Hình 3:3Tổng thể khu dân cư Bình Khánh ..........................................................33 Hình 3:4 Vị trí đường D2.....................................................................................34 Hình 3:5 Trụ địa chất đường D2 Bảng...............................................................64 Hình 3:6 Mặt cắt điển hình đường D2 ................................................................65 Hình 3:7 Sơ đồ bố trí cọc CDM ...........................................................................70 Hình 3:8 Mặt cắt ngang đường D2 .....................................................................71 Hình 3:9 Độ lún cọc xi măng đất ứng với 100% Qtk S= 25,85mm ......................79 Hình 3:10 Độ lún đầu cọc và mũi cọc ở cấp tải 100% Qtk với E50=52000kN/m2 ...................................................................................................................................80 Hình 3:11 Độ lún cọc xi măng đất ứng với 100% Qtk S= 10,56 mm ...................81 Hình 3:12 Độ lún cọc xi măng đất ứng với 150% Qtk S= 13,71 m......................81 Hình 3:13 Biểu đồ nén tĩnh cọc đơn xi măng đất ................................................83 Hình 3:14 Độ lún đầu cọc và mũi cọc ở cấp tải 100% Qtk ..................................84 Hình 3:15 Độ lún cọc xi măng đất ứng với 100% Qtk S= 27,54 mm ..................87 Hình 3:16 Độ lún cọc xi măng đất ứng với 150% Qtk S= 46,43 mm ...................87 Hình 3:17 Biểu đồ nén tĩnh nhóm cọc xi măng đất .............................................89 -vii- Hình 3:18 Mô hình gia cố nền đường bằng cọc CDM ........................................93 Hình 3:19 Các phase tính toán theo giai đoạn thi công ......................................94 Hình 3:20 Chuyển vị lớn nhất của đường sau khi hoàn thiện xong ....................94 Hình 3:21 Chuyển vị lớn nhất của đường sau khi cố kết hoàn toàn ...................95 Hình 3:22 Vị trí điểm cần tính toán .....................................................................96 Hình 3:23 Độ lún tại tim đường và mép đường...................................................96 Hình 3:24 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại điểm C ...........................................97 Hình 3:25 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại điểm D ..........................................97 Hình 3:26 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại điểm E ...........................................98 Hình 3:27 Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ........................................100 -viii- Bảng Biểu Bảng 1:1: Bảng tổng hợp tỷ lệ xi măng với các loại đất khác nhau ...................21 Bảng 1:2: Tỷ lệ xi măng với đất của các loại đất khác nhau theo hệ thống phân loại Unified ( Mitchell and Freitag , 1959 ) .............................................................21 Bảng 2:1 Cộng nghệ trộn ướt Châu Âu và Nhật Bản ..........................................28 Bảng 2:2 Đặc tính kỹ thuật cộng nghệ trộn ướt Châu Âu và Nhật Bản ..............29 Bảng 3:1Tĩnh tải tác dụng cho đường D2 ...........................................................69 Bảng 3:2Đặc điểm cọc xi măng đất đường D2 ...................................................70 Bảng 3:3Bảng tra hệ số υ ....................................................................................72 Bảng 3:4.Kết quả sức chịu tải cọc CDM theo giải tích .......................................73 Bảng 3:5. Thông số đầu vào ................................................................................76 Bảng 3:6Bảng tổng hợp kết quả nén tĩnh cọc đơn ..............................................82 Bảng 3:7Bảng tổng hợp kết quả nén tĩnh nhóm cọc ............................................88 Bảng 3:8 Độ khối gia cố bằng cọc CDM ............................................................90 Bảng 3:9 Bảng tổng hợp độ lún lớp đất dưới khối gia cố ...................................91 Bảng 3:10 Bảng tính toán chi tiết độ lún dưới khối gia cố ..................................91 -ix- DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CDM : Cọc xi măng đất HCM: Hồ Chí Minh -x- THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIT NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA CỌC XI MĂNG ĐẤT CHO ĐẤT Ở KHU ĐÔ THỊ THỦ THIÊM, Q.2, TP .HCM - Mã số: TR:2020-12/KCN - Chủ nhiệm đề tài Học vị : Phạm Ngọc Đăng Khoa : Thạc Sĩ Chức vụ : Giảng Viên Điện thoại di động : 0919 126625 Email : [email protected] - Đơn vị quản lý về chuyên môn (Khoa, Tổ bộ môn): Bộ Môn Kỹ Thuật Xây Dựng – Khoa Công Nghệ - Thời gian thực hiện: từ 09/2020 đến 04/2021 2. Mục tiêu: Thí nghiệm xác định tỷ lệ xi măng / đất phù hợp với địa chất khu vực Thủ Thiêm , quận 2. Dùng phần mềm Plaxit tính toán, dự báo ứng xử của cọc xi măng đất tại khu đô thị Thủ Thiêm Q2. So sánh với kết quả quan trắc để tìm ra sự chênh lệch giữa mô đun đàn hồi E50 của mẫu khoan lấy lõi từ thực tế. 3. Nội dung chính: Nghiên cứu các lý thuyết tính toán cọc xi măng đất và áp dụng tính toán khả năng chịu tải, độ lún, sức kháng cắt để gia cố dưới nền đất yếu. Chế bị mẫu đất trộn xi măng với các hàm lượng xi măng khác nhau cho đất tại khu vực cần nghiên cứu, từ đó tìm ra hàm lượng thích hợp cho địa chất khu vực đó. Thu thập và phân tích các số liệu thí nghiệm từ cọc CDM thực tế ngoài công trình, để có những kết luận mang tính khách quan trong quá trình tính toán . -xi- 4. Kết quả chính đạt được (khoa học, đào tạo, kinh tế-xã hội, ứng dụng, ...) Xác định tỷ lệ xi măng / đất phù hợp nhất với địa chất khu vực Thủ Thiêm , quận 2. Tìm ra sự chênh lệch giữa mô đun đàn hồi E50 của mẫu khoan lấy lõi từ cọc CDM ngoài công trình đem về thí nghiệm nén đơn và E50 của cọc CDM thực tế tại công trình . Làm rõ hơn mối quan hệ giữa các thông số cọc CDM từ kết quả trong phòng thí nghiệm và hiện trường MỞ ĐẦU 1. VẤN ĐỀ THỰC TIỄN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Những năm gần đây tại thành phố Hồ Chí Minh khi hầm Thủ Thiêm được xây dựng xong, thì tình hình kinh tế ở quận 2 bắt đầu phát triển mạnh. Khu đô thị mới Thủ Thiêm tọa lạc bên bờ đông sông Sài Gòn đối diện Quận 1, với tổng diện tích 657 ha. Khu đô thị mới Thủ Thiêm được quy hoạch là một trung tâm mới, hiện đại và mở rộng của thành phố Hồ Chí Minh, với các chức năng chính là trung tâm tài chính, thương mại, dịch vụ cao cấp của thành phố, khu vực và có vị trí quốc tế, là trung tâm văn hóa, nghỉ ngơi, giải trí. Thủ Thiêm được quy hoạch là một khu đô thị mới bền vững kết hợp chặt chẽ với các điều kiện cảnh quan tự nhiên của vùng đất Thủ Thiêm; đồng thời, tạo ra nhiều không gian mở, các tiện ích, công trình công cộng phục vụ cho cuộc sống cư dân và người lao động. Khi xây dựng cơ sở hạ tầng, đặc biệt là xử lý lún cho nền đường, Khu quận 2 thì địa chất khá là yếu khoảng 20 m đầu là lớp bùn sét, nên việc xử lý lớp đất yếu này khá phức tạp để hạn chế độ lún cũng như là thời gian thi công nhanh . Phương án cọc xi măng đã được đề xuất với những lược điểm thời gian thi công nhanh, công nghệ không quá phức tạp và xử lý khá triệt để vấn đề lún của công trình. Để hiểu rõ về sự làm việc của cọc CDM trong điều kiện địa chất đó, thì việc phân tích ứng xử của cọc xi măng đất khi gia cố đất yếu dướinền đường ở khu đô thị mới Thủ Thiêm là khá cần thiết, nhằm thấy được hiệu quả khi xử lý nền đường bằng cọc CDM. Các công trình xây dựng thường tập trung ở những nơi có điều kiện kinh tế, giao thông thuận lợi tuy nhiên phần lớn lại bất lợi về điều kiện địa chất công trình. Tại đây, cấu trúc nền thường rất phức tạp, gồm nhiều lớp đất yếu, có chiều dày lớn, phân bố ngay trên mặt. Khi xây dựng nền đường việc lựa chọn giải pháp thiết kế nền móng thường gặp nhiều khó khăn. Khó khăn là ở chỗ, chọn giải pháp vừa đáp ứng được yêu cầu của kết cấu, vừa đảm bảo tiến độ thi công và giá thành hợp lý. Hiện nay, việc xử lý nền đất yếu khi xây dựng nền đường đã và đang áp dụng những biện pháp như: thay thế một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu bằng lớp vật liệu có chỉ tiêu cơ lý tốt hơn, sử dụng vải địa kỹ thuật, bấc thấm, cọc cát, giếng cát, cọc đất gia cố xi măng… -132. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Thí nghiệm xác định tỷ lệ xi măng / đất phù hợp với địa chất khu vực Thủ Thiêm , quận 2. Dùng phần mềm Plaxit tính toán, dự báo ứng xử của cọc xi măng đất tại khu đô thị Thủ Thiêm Q2. So sánh với kết quả quan trắc để tìm ra sự chênh lệch giữa mô đun đàn hồi E50 của mẫu khoan lấy lõi từ thực tế. 3. PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương Pháp Luận Quá trình nghiên cứu và đánh giá kết quả nghiên cứu dựa trên các cơ sở sau: + Cơ sở pháp lý: các quy chuẩn, tiêu chuẩn về thí nghiệm xác định các chỉ tiêu vật lý và cơ học của đất. + Cơ sở khoa học: lý thuyết toán học, lý thuyết cơ học đất, ... + Cơ sở thực tiễn: các công trình nghiên cứu tương tự đã được thực hiện và thu được kết quả ở Việt Nam cũng như trên Thế Giới. Phương Pháp Nghiên Cứu + Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các lý thuyết tính toán cọc xi măng đất và áp dụng tính toánkhả năng chịu tải, độ lún, sức kháng cắt để gia cố dưới nền đất yếu. + Phương pháp thực nghiệm: Chế bị mẫu đất trộn xi măng với các hàm lượng xi măng khác nhau cho đất tại khu vực cần nghiên cứu, từ đó tìm ra hàm lượng thích hợp cho địa chất khu vực đó. + Phương pháp thực tiễn: Thu thập và phân tích các số liệu thí nghiệm từ cọc CDM thực tế ngoài công trình, để có những kết luận mang tính khách quan trong quá trình tính toán . + Mô phỏng : Dùng phần mềm Plaxis để mô phỏng để thấy được chênh lệch giữa số liệu trong tính toán và thực tế. 4. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học: Đề tài làm rõ hơn ứng xử của cọc CDM trong điều kiện địa chất ở quận 2, thành phố Hồ Chí Minh, từ đó có những số liệu đánh giá khái quát về khả năng ứng dụng của cọc CDM cho các khu vực có địa chất tương tự . -14Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần làm rõ hơn mối quan hệ giữa các thông số cọc CDM từ kết quả trong phòng thí nghiệm và hiện trường. Từ đó đưa ra những thông số tương quan áp dụng cho công trình ngoài thực tế. 5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Thời gian: 10 tháng kể từ ngày - Không gian: Hiện trường và Phòng thí nghiệm - Đối tượng nghiên cứu: + Cọc CDM + Đất quận 2, Thành phố HCM 6. BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI Bố cục của luận văn bao gồm 3 chương chính với nội dung các chương như sau: Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2: CÔNG NGHỆ THI CÔNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC XI MĂNG ĐẤT Chương 3: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ SO SÁNH VỚI CƯỜNGĐỘ CỌC XI MĂNG ĐẤT NGOÀI HIỆN TRƯỜNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ -151 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CỌC XI MĂNG ĐẤT 1.1.1 Ứng dụng công nghệ cọc đất gia cố xi măng trên thế giới Từ rất lâu, con người đã cải tạo nền đất yếu bằng cách trộn với các chất liên kết như vôi, xi măng. 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 1974, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu báo cáo phương pháp trộn vôi dưới sâu đã được bắt đầu ứng dụng toàn diện tại Nhật Bản. Năm 1976, viện nghiên cứu công chánh thuộc Bộ xây dựng Nhật Bản hợp tác với Viện nghiên cứu máy xây dựng Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu phương pháp trộn phun khô dưới sâu bằng bột xi măng, bước thử nghiệm đầu tiên hoàn thành vào cuối năm 1980. Năm 1977, Nhật Bản lần đầu tiên phương pháp trộn xi măng dưới sâu áp dụng trên thực tế. Những nước ứng dụng công nghệ DM nhiều nhất là Nhật Bản. Theo thống kê của hiệp hội CDM (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 đến 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. 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 CDM 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 513000m3 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 CDM 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 -16sử 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 (6m cao 8m dài) 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. 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. CDM đã được ứng dụng để nâng cấp các đập đất hiện có, tạo ra các tường chống thấm. 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 CDM trên Thế giới hiện nay hướng vào việc khai thác mặt mạnh của CDM. Khi mới phát minh, yêu cầu đối với CDM 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 CDM 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. 1.1.2 Ứng dụng công nghệ cọc xi măng đất ở Việt Nam. Tại Việt Nam, công nghệ cọc đất – vôi hay xi măng bắt đầu nghiên cứu vào năm 1980 với sự giúp đỡ của Viện địa Kỹ thuật Thụy Điển (SGI). Đề tài nghiên cứu được Bộ Xây dựng nghiệm thu vào năm 1985 và đã được áp dụng cho một số công trình dân dụng và công nghiệp ở Hà Nội và Hải Phòng. Công trình đầu tiên ở phía Nam do công ty Hercules kết hợp với công ty phát triển kỹ thuật xây dựng thi công là công trình Tổng kho xăng dầu -17Hậu Giang tại khu công nghiệp Trà Nóc, TP Cần Thơ vào đầu năm 2001 với khối lượng khoảng 50.000m dài cọc. Năm 2002, đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng cọc đất xi măng 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 600cm 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. Cọc đất xi măng lồng ống thép cho phép ứng dụng cho các nhà cao tầng (đến 15 tầng) thay thế cho cọc nhồi, rẻ và thi công nhanh hơn. Năm 2004 cọc đất xi măng được sử dụng để gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà nam), 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). Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụng cọc đất xi măng như: dự án thoát nước, khu đô thị Đồ Sơn - Hải phòng, dự án đường cao tốc TP Hồ Chí Minh đi Trung Lương, dự án Đại lộ Đông Tây – Sài Gòn hay dự án cải tạo, nâng cấp đường hạ cất cánh, đường lăn và sân đỗ máy bay cảng hàng không Cần Thơ,... và đặc biệt là các cảng nằm ở khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu như SP-PSA, SITV… 1.1.3 Một số hình ảnh công trình cọc xi măng đất ở Việt Nam. a) Vĩnh Trung Plaza (Đà Nẵng ) + Công trình do Công ty Đức Mạnh làm chủ đầu tư . + Tập đoàn TENOXKYUSYU là đơn vị thiết kế và thi công Vĩnh Trung Plaza rộng trên 13.000 m2 + Khoảng 2.765 cọc đất – xi măng , đường kính 800mm, chiều dài cọc 17m b) Cụm Cảng Hàng Không Cần Thơ + Công trình do Cụm Cảng Hàng Không Miền Nam , Cục Hàng Không dân dụng Việt Nam , Bộ Giao Thông vận tải làm chủ đầu tư . + Công ty thiết kế và tư vấn xây dựng công trình hàng không ADCC thiết kế + Công ty xây dựng công trình hàng không ACC thi công + Tổng diện tích 108.000 m2 + Chiều dài cọc xi măng đất 6m, đường kính 600mm,mật độ 1 cọc /m2 + Hàm lượng xi măng : 65kg/md ( 230kg/m3) -18- Hình 1:1 Cụm Cảng Hàng Không Cần Thơ c) Đường cao tốc Đông – Tây + Dự án có chiều dài toàn tuyến 21,89km, đi qua địa bàn các quận 1, 2, 4, 5, 6, 8, Bình Tân và huyện Bình Chánh, cải thiện hệ thống giao thông nội thị hiện đang quá tải. Có đại lộ Đông - Tây, các phương tiện giao thông ra vào cảng Sài Gòn để đi và về các tỉnh miền Đông và miền Tây sẽ là con đường huyết mạch nối với các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, tạo thành mối liên kết chặt chẽ các địa phương trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam. Hình 1:2: Đường cao tốc Đông – Tây + Tiêu chuẩn đường: cấp 1 + Vận tốc thiết kế 80km/h + Sử dụng cọc đất/xiniăng gia cố nền -19+ Cọc có đường kính 600mm, dài 16m + Dự án có tổng mức đầu tư 660.660 nghìn USD tương đương 9.863 tỷ VND + Liên danh Obayashi Corporation - PS Mitsubishi trúng thầu thi công. 1.2 NGUYÊN LÝ ĐẶC TÍNH CỦA CỌC XI MĂNG ĐẤT: Nguyên lí của phương pháp : phụt vào trong lổ rỗng của đất hoặc khe nứt của đá một lượng ximăng cần thiết theo thiết kế. Vữa ximăng được phụt vào trong các lỗ rỗng hoặc khe nứt sau đó cứng lại. Có tác dụng làm giảm tính thấm và làm tăng khả năng chịu tải của nền đất hay đá dưới công trình sắp xây dựng. Hiện nay, phương pháp phụt vữa ximăng được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực xây dựng vì nó có nhiều Ưu việt so với các biện pháp hóa lí khác. Khi áp dụng phương này không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp mà hiệu quả gia cường nền cao, thiết bị thi công đơn giản, do đó có ý nghĩa kinh tế rất lớn. Chính vì lẽ đó mà phương pháp phụt vữa ximăng để gia cố nền có phạm vi ứng dụng khá rộng rãi, không chí trong các công trình thủy lợi, cảng mà còn áp dụng cho các công trình cầu, đường khi gia cường hoặc sửa chữa các trụ cầu trong xây dựng mỏ, khi thiết kế các đường hầm, trong xây dựng công nghiệp khi thiết kế các công trình chịu tải trọng lớn trên nền đá dăm, sỏi, cuội... hoặc làm giảm tính thấm của các lọai đất, đá đảm bảo cho các công trình làm việc ổn định. Để làm tăng hiệu quả của vữa ximãng, có thể thêm vào các chất phụ gia như: cát, bột đá, đất sét, phụ gia hoạt tính như CaCI2. Theo M.p. Moseley và K. Kirsch khi nền đất được gia cố bằng xi măng đất, lượng xi măng được trộn vào nền đất chiếm ti lệ tương đối ít (chiếm 7% đến 25% khối luợng của đất gia cố), phản ứng thủy hóa của xi măng được thực hiện trong môi trường có hoạt tính nhất định và được bao quanh bởi nền đất nên tốc độ hóa rắn chậm và tác dụng phức tạp cho nên quá trình gia tăng cường độ của khối đất xi măng đất cũng chậmm hơn bê tông. Nguyên lý cơ bản của việc gia cố xi măng đất là xi măng sau khi được pha trộn với đất sẽ sinh ra một loạt phản ứng hóa học rồi dần dần đóng rắn lại , các phản ứng chủ yếu đó là : Phản ứng thủy giải và thủy hóa của xi măng : xi măng thông thường chủ yếu do các chất Oxyd và Oxuyd Calci, Oxyd Sílic làn luợt tạo thành các khoáng vật xi măng khác nhau: Silicat tricalci, Aluniinat tricalci, Silicat dicalci ,... Khi dung xi măng gia cố nền đất yếu, các khoáng vật trên bề mặt xi măng nhanh chóng xảy ra phản ứng thủy giải và thủy hóa với nước trong đất yếu tạo thành các hợp chất như Hydroxyd Calci, Silicat calci ngậm nước, Aluminat calci ngậm nước ... theo các công thức sau: Xi măng + Nước = Keo CSH + Ca(OH)2 -20Tác dụng của hạt đất sét với các chất thủy hóa của xi măng: sau khi các chất thủy hóa của xi măng được tạo thành, tự thân trực tiếp đóng rắn, hình thành bộ khung xương đá xi măng, tiếp đến phản ứng với các hạt đất sét có một hoạt tính nhất định ở xung quanh. Tác dụng Cacbonat hóa: Hydro Calci trôi nổi trong chất thủy hóa xi măng có thể hấp thụ Cacbonic trong nước và trong không khí sinh ra phản ứng Cacbonat tạo thành Calci Cacbonat không tan trong nước. Từ những nguyên lý trên có thể thấy, do tác dụng cắt gọt và nhào trộn của cần khoan nên trên thực tế không thể tránh được trường hợp đất còn sót lại dưới dạng cục từ đó lượng xi măng được phun vào khối đất không được phân bố đồng đều. Do đó trong xi măng đất sẽ có những vùng có cường độ khá cao và tính ổn định nước khá tốt xen kẻ những vùng có cường độ thấp hơn. Vì vậy việc trộn cưỡng bức giữa măng và đất càng kỹ thì sự phân bố xi mãng trong khối đất càng đồng đều và cường độ của của trụ xi măng đất xi măng sẽ cao hơn. 1.3 CÁC YẾU TỐ CỦA ĐẤT ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CỌC XI MĂNG ĐẤT Hàm lượng hữu cơ : Hàm lượng hữu cơ càng cao làm ngăn cản quá trình hydrat hóa cùa xi măng, làm giảm cường độ chịu nén. Lượng sét mịn càng cao làm tăng lượng xi măng cần dùng . Thành phần khoáng : Trong trường hợp đất có hoạt tính pozzolan cao thì đặc trưng cường độ của đất trộn xi măng phụ thuộc chủ yếu vào sự ứng xử về cường độ của những hạt xi măng đông cứng. Trong trường hợp đất có hoạt tính pozzolan kém thì đặc trưng cường độ của đất trộn xi măng phụ thuộc chủ yếu vào sự ứng xử về cường độ của những hạt đất đông cứng ( Saitoh, 1985) cho nên nếu điều kiện cải tạo đất nền như nhau thì loại đất có hoạt tính pozzolan cao hơn cho cường độ lớn hơn. Hilt và Davidson ( 1960) quan sát thấy rằng các loại đất sét monmorilonit và kaolinit là những hoạt chất pozzolan có hiệu quả so với các loại đất sét chứa khoáng illite , chlorite hoặc vermoculite. Wissa và những người khác (1965) cũng giải thích rằng số lượng xi măng thứ cấp sinh ra trong phản ứng pozzolan giữa hạt sét và vôi tôi phụ thuộc vào số lượng và thành phần khoáng của sét cũng như silica và alumina trong đất. Độ pH của đất :Những phản ứng pozzolan lâu dài sẽ thuận lợi khi độ pH lớn vì phản ứng sẽ được đẩy nhanh nhờ độ hòa tan của silicatr và aluminate trong hạt sét gia tăng Tỷ lệ xi măng / đất :Việc lựa chọn tỷ lệ xi măng với đất ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của hỗn hợp vật liệu xi măng đất và giá thành công trình. Cường độ kháng nén ( qu ) là một chỉ tiêu để tính toán sức chịu tải của cọc . Một số nghiến cứu cho thấy :