Xử lý đất nền yếu để xây dựng phục vụ đô thị

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ((((( VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ&QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG ((( TIỂU LUẬN: XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT ĐỀ TÀI : SVTH:Trần Đức Nghĩa MSSV :07715611 LỚP : ĐHMT3A GVHD : GS.TSKH Lê Huy Bá Tp. Hồ Chí Minh, ngày0 4 tháng 05 năm 2010 Mục Lục Trang Phần I : TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NỀN YẾU 4 Định nghĩa đất yếu 4 Nguyên nhân 4 Cách phân biệt nền đất yếu 5 Vị trí của nền đất yếu 6 Ảnh hưởng đến công trình xây dựng 7 Phần II :XỬ LÝ ĐẤT NỀN YẾU 7 Khái niệm 7 Các vấn đề khi xây dựng công trình trên nền đất yếu 8 Các vấn đề đặt ra với nền đất yếu 8 Tiêu chuẩn thiết kế nền đất yếu 9 Các phương pháp xử lý nền đất yếu 9 Một số phương pháp xử lý hay dung 12 Phân loại xử lý và phạm vi áp dụng 19 Phần III : CỌC XI MĂNG ĐẤT 20 Giới thiệu chung 20 Các kiểu bố trí cọc xi măng đất 22 Công nghệ thi công 24 Tính toán cọc xi măng đất 26 Thực tế ứng dụng 28 Gia cố nền đất yếu bằng cọc đất xi măng ướt-Công nghệ Nhật Bản 31 Nhận xét 33 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU 1.Định nghĩa đất yếu Nền đất là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính C theo cắt quả cắt nhanh không thoát nước từ 0.15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 00 đến 100 hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu ≤ 0.35daN/cm2.  Có thể định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước, su, và trị số xuyêntiêu chuẩn, N, như sau: Đất rất yếu: su ≤ 12.5 kPa hoặc N ≤ 2 Đất yếu: su ≤ 25 kPa hoặc N ≤ 4 Đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý rất phức tạp, đòi hỏi công tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán rất công phu. Để xử lý đất yếu đạt hiệu quả cao cũng phải có yếu tố tay nghề thiết kế và bề dày kinh nghiệm xử lý của tư vấn trong việc lựa chọn giải pháp hợp lý. 2. Nguyên nhân Đất yếu có thể qui về ba nhóm chính  - Yếu vì kết cấu. Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đất sỏi, đá cuội, đá tảng. Các phần tử đất đá gối lên nhau không chắc chắn, ở một số tải trọng nhất định, công trình lún ít do đất biến dạng không nhiều, ở các tải trọng lớn hơn xảy ra đứt gẫy hoặc lún lệch làm công trình đổ sập như đập Malpasset ở Pháp. Hoặc do yếu tố thay đổi về kết cấu chịu lực của vùng như sập một vài mỏ khai thác đá ở Việt nam trong những năm gần đây có thể tính một phần là do yếu tố này. Cũng có trường hợp đất sét tạo gối nước trong lòng đất, công trình đặt lên làm nền đất biến dạng từ từ, hoặc khoan cọc móng tại vùng địa chất bên cạnh, dẫn tới nứt ra những khe ngang làm nước thoát đi, độ lún biến đổi đột ngột, một số nhà cao tầng ở Thành phố Hồ Chí Minh có thể tính một phần là vì lí do này mà lún sập. - Yếu do độ ẩm. Nguyên nhân này thường gặp ở đất cát và đất sét, nước trong đất tồn tại dưới hai dạng chủ yếu là tự do và liên kết . Đây là các tác nhân chính gây ra hiện tượng đàn hồi thủy lực và tính nén của đất. Các nhân tố này gây ra sự khó khăn lớn trong thi công, cản trở việc lắp đặt và sử dụng thiết bị gia cố. Hiện tượng này phổ biến ở các vùng đồng bằng ven sông, ven biển, các vùng rừng lâu năm và là yếu tố chính đối với các công trình thi công trên biển. - Yếu do đặc tính sinh hóa. Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đã được gia cố. Trải qua thời gian, do các tác động sinh hóa, như phản ứng hóa học trong thành phần của chất gia cố với nước, hoạt động của sinh vật và vi sinh vật, đất đã được gia cố trở nên yếu đi. Đây là một vấn đề tương đối khó khăn đối với các công trình sử dụng biện pháp hóa học để gia cố đất như xi măng, thủy tinh… 3. Cách phân biệt nền đất yếu Đất mềm yếu nói chung là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (áp dụng cho đất có cường độ kháng nén quy ước dưới 0,50 daN/ cm2), có tính nén lún lớn, hệ số rỗng lớn (e >1), có môđun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm2), và có sức kháng cắt nhỏ. Khi xây dựng công trình trên đất yếu mà thiếu các biện pháp xử lý thích đáng và hợp lý thì sẽ phát sinh biến dạng thậm chí gây hư hỏng công trình. Nghiên cứu xử lý đất yếu có mục đích cuối cùng là làm tăng độ bền của đất, làm giảm tổng độ lún và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đầu tư xây dựng. Cách phân biệt nền đất yếu ở trong nước cũng như ở nước ngoài đều có các tiêu chuẩn cụ thể để phân loại nền đất yếu a) Theo nguyên nhân hình thành: loại đất yếu có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ. - Loại có nguồn gốc khoáng vật : thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, thung lũng. - Loại có nguồn gốc hữu cơ : hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loại thực vật phát triển, thối rữa phân huỷ tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật. b) Phân biệt theo chỉ tiêu cơ lý (trạng thái tự nhiên): Thông thường phân biệt theo trạng thái tự nhiên và tính chất cơ lý của chúng như hàm lượng nước tự nhiên, tỷ lệ lỗ rỗng, hệ số co ngót, độ bão hoà, góc nội ma sát (chịu cắt nhanh) cường độ chịu cắt. c) Phân biệt đất yếu loại sét hoặc á sét, đầm lầy hoặc than bùn (phân loại theo độ sệt) d) Một số chỉ tiêu phân biệt loại đất mềm yếu: Chỉ tiêu  Hàm lượng nước tự nhiên (%)  Độ rỗng tự nhiên  Cường độ chịu cắt (Kpa)   Giá trị chỉ tiêu  ≥ 35 và giới hạn lỏng  ≥ 1,0  < 35   Chỉ tiêu Loại đất  Hàm lượng nước tự nhiên (%)  Độ rỗng tự nhiên  Hệ số co ngót (Mpa-1)  Độ bão hoà (%)  Góc nội ma sát (o) (chịu cắt nhanh)   Đất sét  > 40  > 1,2  > 0,50  > 95  < 5   Đất á sét (Đất bột)  > 30  > 0,95  > 0,30  > 95  < 5   4. Vị trí của nền đất yếu Nền đất yếu thường gặp ở khu vực miền duyên hải (bãi bồi ven sông, biển) hoặc ở các thung lũng thuộc vùng núi… có chung đặc tính là lượng nước tự nhiên lớn (≥ 35%) độ lún cao, cường độ chịu cắt thấp (< 35Kpa), hệ số rỗng lớn (e≥1,0) và độ thoát nước kém … khi xây dựng công trình trên loại đất này dễ bị lún sụt.  Từ các khu vực châu thổ Bắc bộ, Thanh - Nghệ Tĩnh, ven biển Trung bộ, đến đồng bằng Nam Bộ đều có những vùng đất yếu. Trong lĩnh vực nghiên cứu và xử lý nền đường đắp trên đất yếu trên các tuyến đường của Việt Nam, ngành GTVT đã có nhiều cố gắng trong việc ứng dụng công nghệ mới để xử lý hàng trăm km đường bộ đắp trên đất yếu và đã thu được những kết quả bước đầu đầy khích lệ. Các loại nền đất yếu thường gặp Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn (<200μm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực; Than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 – 80%); Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọngđộng thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy. Đất bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc diểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập. 5. Ảnh hưởng đến công trình xây dựng Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể làm nền thiên nhiên cho công trình xây dựng. Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình. Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất. Do vậy việc đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nền đất yếu. Phần II. XỬ LÝ ĐẤT NỀN YẾU 1. Khái niệm Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất...Đối với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp. Các phương pháp xử lý nền đất yếu gồm nhiều loại, căn cứ vào điều kiện địa chất, nguyên nhân và đòi hỏi với công nghệ khắc phục. Kỹ thuật cải tạo nền đất yếu thuộc lĩnh vực địa kỹ thuật, nhằm đưa ra các cơ sở lý thuyết và phương pháp thực tế để cải thiện khả năng tải của đất sao cho phù hợp với yêu cầu của từng loại công trình khác nhau. Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất... Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý. Có nhiều biện pháp xử lý cụ thể khi gặp nền đất yếu như: Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình Các biện pháp xử lý về móng Các biện pháp xử lý nền 2. Các vấn đề khi xây dựng công trình trên nền đất yếu Nền móng của các công trình xây dựng nhà ở, đường sá, đê điều, đập chắn nước và một số công trình khác trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của cả diện tích lớn do nền đất chịu sức ép lớn. Các giải pháp móng có độ sâu không lớn đều thỏa mãn được sức chịu tải nhưng không giải quyết được vấn đề lún, chỉ có cọc móng (có độ sâu lớn) mới có thể đồng thời giải quyết được vấn đề lún và sức chịu tải. Do đó, các công trình móng nhà trong khu phát triển trung tâm đô thị mới Sài Gòn, chủ yếu sử dụng dạng thiết kế cọc móng định hình như cọc vuông bêtông đúc sẵn 250/250, 300/300, 350/350, 400/400, và các cọc này được tập trung sản xuất tại xưởng bêtông mà công ty xây dựng cùng hợp tác đầu tư và kiểm tra, quản lý chất lượng rất chặt chẽ. 3. Các vấn đề đặt ra với nền đất yếu Móng của đường bộ, đường sắt, nhà cửa và các dạng công trình khác đặt trên nền đất yếu thường đặt ra những bài toán sau cần phải giải quyết: + Độ lún: Độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính nén của nền đất. + Độ ổn định: Sức chịu tải của móng, độ ổn định của nền đắp, ổn định mái dốc, áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc. Bài toán trên phải được xem xét do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn. + Thấm: Cát xủi, thẩm thấu, phá hỏng nền do bài toán thấm và dưới tác động của áp lực nước. + Hoá lỏng: Đất nền bị hoá lỏng do tải trọng của tầu hoả, ô tô và động đất. Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, các vấn đề thực tế sau đây đang được quan tâm: - Xây dựng công trình đường giao thông, thuỷ lợi, đê điều và công trình cơ sở trên nền đất yếu - Xử lý và gia cường nền đê, nền đường trên nền đất yếu hiện đang khai thác và sử dụng cần có công nghệ xử lý sâu. - Xử lý trượt lở bờ sông, bờ biển và đê điều. - Lấn biển và xây dựng các công trình trên biển. - Xử lý nền cho các khu công nghiệp được xây dựng ven sông, ven biển. - Xử lý nền đất yếu để chung sống với lũ tại đồng bằng sông Cửu Long. 4. Tiêu chuẩn thiết kế nền đất yếu Cho đến thời điểm hiện nay, ở trong nước vẫn chưa xây dựng đầy đủ được những Tiêu chuẩn riêng của Việt nam về tính toán thiết kế cũng như Quy trình công nghệ thi công mới để xử lý nền dất yếu mà đều dựa chủ yếu vào các tài liệu ở nước ngoài chuyển giao. Tại Việt Nam đang thiết kế và thi công theo một số quy trình, quy phạm như: - Quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu bấc thấm trong xây dựng nền đường trên đất yếu: 22TCN 236-97. - Quy trình thiết kế xử lý đất yếu bằng bấc thấm trong xây dựng nền đường: 22TCN 244-98. - Vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đắp trên đất yếu – Tiêu chuẩn thiết kế thi công và nghiệm thu: 22TCN248-98. - Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu – Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN-2000. 5. Các phương pháp xử lý nền đất yếu Phương pháp xử lí đất yếu gồm nhiều loại, căn cứ vào điều kiện địa chất, nguyên nhân và đòi hỏi với công nghệ khắc phục. Kỹ thuật cải tạo đất yếu thuộc lĩnh vực địa kỹ thuật, nhằm đưa ra các cơ sở lý thuyết và phương pháp thực tế để cải thiện khả năng tải của đất sao cho phù hợp với yêu cầu của từng loại công trình khác nhau. Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất... Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý. Có nhiều biện pháp xử lý cụ thể khi gặp nền đất yếu như: Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình Các biện pháp xử lý về móng Các biện pháp xử lý nền 5.1 Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng cục bộ hoặc hoàn toàn do các điều kiện biến dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu, sức chịu tải bé. Các biện pháp về kết cấu công trình nhằm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền hoặc làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu công trình. Người ta thường dùng các biện pháp sau: Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ, thanh mảnh, nhưng phải đảm bảo khả năng chịu lực của công trình nhằm mục đích làm giảm trọng lượng bản thân công trình, tức là giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng. Làm tăng sự linh hoạt của kết cấu công trình kể cả móng bằng cách dùng kết cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún để khử được ứng suất phụ phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều. Làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu công trình để đủ sức chịu các ứng lực sinh ra do lún lệch và lún không đều bằng các đai bê tông cốt thép để tăng khả năng chịu ứng suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đoán xuất hiện ứng suất cục bộ lớn. 5.2 Các biện pháp xử lý về móng Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, ta có thể sử dụng một số phương pháp xử lý về móng thường dùng như: Thay đổi chiều sâu chôn móng nhằm giải quyết sự lún và khả năng chịu tải của nền; Khi tăng chiều sâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải của nền đồng thời làm giảm ứng suất gây lún cho móng nên giảm được độ lún của móng; Đồng thời tăng độ sâu chôn móng, có thể đặt móng xuống các tầng đất phía dưới chặt hơn, ổn định hơn. Tuy nhiên việc tăng chiều sâu chôn móng phải cân nhắc giữa 2 yếu tố kinh tế và kỹ thuật. Thay đổi kích thước và hình dáng móng sẽ có tác dụng thay đổi trực tiếp áp lực tác dụng lên mặt nền, và do đó cũng cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như điều kiện biến dạng của nền. Khi tăng diện tích đáy móng thường làm giảm được áp lực tác dụng lên mặt nền và làm giảm độ lún của công trình. Tuy nhiên đất có tính nén lún tăng dần theo chiều sâu thì biện pháp này không hoàn toàn phù hợp. Thay đổi loại móng và độ cứng của móng cho phù hợp với điều kiện địa chất công trình: Có thể thay móng đơn bằng móng băng, móng băng giao thoa, móng bè hoặc móng hộp; trường hợp sử dụng móng băng mà biến dạng vẫn lớn thì cần tăng thêm khả năng chịu lực cho móng; Độ cứng của móng bản, móng băng càng lớn thì biến dạng bé và độ lún sẽ bé. Có thể sử dụng biện pháp tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết cấu bên trên, bố trí các sườn tăng cường khi móng bản có kích thước lớn. 5.3 Các biện pháp xử lý nền Phương pháp thay nền. Đây là một phương pháp ít được sử dụng, để khắc phục vướng mắc do đất yếu, nhà xây dựng thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu trong phạm vi chịu lực công trình bằng nền đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát. Phương pháp này đòi hỏi kinh tế và thời gian thi công lâu dài, áp dụng được với mọi điều kiện địa chất. Bên cạnh đó cũng có thể kết hợp cơ học bằng phương pháp nén thêm đất khô với điều kiện địa chất đất mùn xốp. Các phương pháp cơ học. Là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh(phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động(đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm, sử dụng lưới nền cơ học và sử dụng thuốc nổ sâu , phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi...), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát...để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học.Sử dụng tải trọng động khá phổ biến với điều kiện địa chất đất cát hoặc đất sỏi như dùng máy đầm rung, đầm lăn. Cọc không thấm như cọc tre, cọc cừ tràm, cọc gỗ chắc thường được áp dụng với các công trình dân dụng. Sử dụng hệ thống lưới nền cơ học chủ yếu áp dụng để gia cố đất trong các công trình xây mới như đường bộ và đường sắt. Sử dụng thuốc nổ sâu tuy đem lại hiệu quả cao trong thời gian ngắn, nhưng không thích hợp với đất sét và đòi hỏi tính chuyên nghiệp của nhà xây dựng. Phương pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm... Phương pháp nhiệt học. Là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép. Sử dụng khí nóng trên 800o để làm biến đổi đặc tính lí hóa của nền đất yếu. Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện địa chất đất sét hoặc đất cát mịn. Phương pháp đòi hỏi một lượng năng lượng không nhỏ, nhưng kết quả nhanh và tương đối khả quan. Các phương pháp hóa học. Là một trong các nhóm phương pháp được chú ý trong vòng 40 năm trở lại đây. Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như xi măng, thủy tinh, phương pháp Silicat hóa… hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện hóa. Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất tương đối tiện lợi và phổ biến. Trong vòng chưa tới 20 năm trở lại đây đã có những nghiên cứu tích cực về việc thêm cốt cho cọc xi măng đất. Sử dụng thủy tinh ít phổ biến hơn do độ bền của phương pháp không thực sự khả quan, còn điện hóa rất ít dùng do đòi hỏi tương đối về công nghệ. Phương pháp sinh học. Là một phương pháp mới sử dụng hoạt động của vi sinh vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất công trình. Đây là một phương pháp ít được sự quan tâm, do thời gian thi công tương đối dài, nhưng lại được khá nhiều ủng hộ về phương diện kinh tế. Các phương pháp thủy lực. Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dụng cọc thấm, lưới thấm, sử dụng vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm chân không, sử dụng điện thẩm. Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm một chủ yếu mang mục đích làm khô đất, nhóm này thường đòi hỏi một lượng tương đối thời gian và còn khiêm tốn về tính kinh tế. Nhóm hai ngoài mục đích trên còn muốn mượn lực nén thủy lực để gia cố đất, nhóm này đòi hỏi cao về công nghệ, thời gian thi công giảm đi và tính kinh tế được cải thiện đáng kể. Ngoài ra còn có các phương pháp mới được nghiên cứu như rung hỗn hợp, đâm xuyên, bơm cát… 6. Một số phương pháp xử lý hay dùng 6.1 Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước (sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than bùn…) và chiều dày các lớp đất yếu nhỏ hơn 3m. Biện pháp tiến hành: Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp lớp đất yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô đầm chặt. Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau: Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó các lớp đất yếu bên dưới. Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bộ lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát. Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm móng. Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận được. Làm tăng khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vì cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt. Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian ổn định về lún cho công trình. Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng tương đối rộng rãi. Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m. Không nên sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định. 6.2 Phương pháp đầm chặt lớp đất mặt (cố kết đóng) Khi gặp trường hợp nền đất yếu nhưng có độ ẩm nhỏ (G < 0,7) thì có thể sử dụng phương pháp đầm chặt lớp đất mặt để làm cường độ chống cắt của đất và làm giảm tính nén lún. Lớp đất mặt sau khi được đầm chặt sẽ có tác dụng như một tầng đệm đất, không những có ưu điểm như phương pháp đệm cát mà cón có ưu điểm là tận dụng được nền đất thiên nhiên để đặt móng, giảm được khối lượng đào đắp. Để đầm chặt lớp đất mặt, người ta có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau, thường hay dùng nhất là phương pháp đầm xung kích: Theo phương pháp này quả đầm trọng lượng 1 - 4 tấn (có khi 5 - 7 tấn) và đường kính không nhỏ hơn 1m. Để hiệu quả tốt khi chọn quả đầm nên đảm bảo áp lực tĩnh do quả đầm gây ra không nhỏ hơn 0,2kg/ cm2 với loại đất sét và 0,15kg/cm2 với đất loại cát. Cố kết đóng cho phép tăng cường độ và sức chịu tải và giảm độ lún của nền. Công nghệ được dùng để gia cố nền đất yếu ở Hà Nội, Hải Phòng và TP. HCM. Quả đấm bằng khối bê tông đúc sẵn có trọng lượng từ 10 - 15 tấn được nhấc lên bằng cẩu và rơi xuống bề mặt từ độ cao 10-15m để đầm chặt nền. Khoảng cách giữa các hố đầm là 3x3, 4x4 hoặc 5x5m. Độ sâu ảnh hưởng của đầm chặt cố kết động được tính bằng: D = 0,5 √WH Trong do: D - độ sâu hữu hiệu được đầm chặt W - Trọng lượng quả đấm, tấn H - Chiều cao rơi quả đấm, m Sau khi đầm chặt tại một điểm một vài lần cát và đá được đổ đầy hố đầm. Phương phá cố kết động để gia cố nền đất yếu đơn giản và kinh tế, thích hợp với hiện tượng mới san lấp và đất đắp. cần thiết kiểm tra hiệu quả công tác đầm chặt trước và sau khi đầm bằng các thiết bị xuyên hoặc nén ngang trong hố khoan. 6.3 Bệ phản áp Bệ phản áp thường được dùng để tăng độ ổn định của khối đất đắp của nền đường hoặc nền đê trên nền đất yếu. Phương pháp đơn giản song có giới hạn là phát sinh độ lún phụ của bệ phản áp và diện tích chiếm đất để xây dựng bệ phản áp. Chiều cao và chiều rộng của bệ phản áp được thiết kế từ các chỉ tiêu về sức kháng cắt của đất yếu, chiều dày, chiều sâu lớp đất yếu và trọng lượng của bệ phản áp. Bệ phản áp cũng được sử dụng để bảo vệ đê điều, chống mạch sủi và cát sủi. 6.4 Phương pháp gia tải nén trước Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùng giếng thoát nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép. Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tương lai. Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc. Lớp đất đắp để gia tải được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra . Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hoà nước. Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau: Tăng nhanh sức chịu tải của nền đất; Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian. Các biện pháp thực hiện: Chất tải trọng (cát, sỏi, gạch, đá…) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để chọn nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng công trình. Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian. Tuỳ yêu cầu cụ thể của công trình, điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của nơi xây dựng mà dùng biện pháp xử lý thích hợp, có thể dùng đơn lẻ hoặc kết hợp cả hai biện pháp trên. Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử lý nền đất yếu. Phương pháp gia tải trước được dùng để xử lý nền móng của Rạp xiếc Trung ương (Hà Nội, Viện nhi Thuỵ Điển (Hà Nội), Trường Đại học Hàng Hải (Hải Phòng) và một loạt công trình tại phía Nam. 6.5 Gia tải trước với thoát nước thẳng đứng Trong rất nhiều trường hợp, thời gian gia tải trước cần thiết được rút ngắn để xây dựng công trình, vì vậy tốc độ cố kết của nền được tăng do sử dụng cọc cát hoặc bằng thoát nước. Cọc cát được đóng bằng công nghệ rung ống chống để chiếm đất, sau đó cát được làm đầy ống và rung để đầm chặt. Cọc cát có đường kính 30-40cm. Có thể được thi công đến 6-9m. Giải pháp cọc cát đã được áp dụng để xử lý nền móng một số công trình ở TP. Hồ Chí Minh, Vũng Tàu, Hải Phòng, Hà Nội. Bản nhựa được dùng để xử lý nền đất yếu của Việt Nam từ thập kỷ 1980. Thiết bị và công nghệ của Thuỵ Điển được sử dụng để thi công bản nhựa. Công nghệ cho phép tăng cường độ đất nền và giảm thời gian cố kết. Tại ven sông Sài Gòn đã xây dựng một bể chứa với các kích thước hình học và tải trọng đường kính 43m, chiều cao 15m, tải trọng 20.000tấn. Nền công trình là đất yếu có chiều dày lớn được xử lý nền bằng bản nhựa thoát nước thẳng đứng kết hợp với gia tải bằng hút chân không. Độ lún được tính xấp xỉ 1,0m. Kết quả độ lún thực tế sau 2 lần gia tải là 3,26m(lần đầu độ lún bằng 2,4m và lần sau độ lún bằng 0,86m), ở đây có sự sai khác giữa kết quả đo và dự tính. Sự khác nhau có thể do quá trình tính toán chưa kể đến biến dạng ngang của nền và điều kiện công trình đặt ven sông. Trong công nghệ xử lý nền bằng gia tải trước với thoát nước thẳng đứng rất cần thiết đặt hệ quan trắc lún. 6.6 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm Là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước. Khi chiều dày đất yếu rất lớn hoặc khi độ thấm của đất rất nhỏ thì có thể bố trí đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết. Phương pháp này thường dùng để xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu. Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng. Làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép. Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập, nhưng trong trường hợp cần tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời biện pháp xử lý bằng bấc thấm với gia tải tạm thời, tức là đắp cao thêm nền đường so với chiều dày thiết kế 2 - 3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải. Bấc thấm được cấu tạo gồm 2 phần: Lõi chất dẽo (hay bìa cứng) được bao ngoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật Polypropylene hay Polyesie không dệt…) Bấc thấm có các tính chất vật lý đặc trưng sau: Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài vào lõi chất dẽo. Lõi chất dẽo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát ra ngoài khỏi nền đất yếu bão hòa nước. Lớp vải bọc ngoài có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẽo và đất xung quanh, đồng thời là bộ phận lọc, hạn chế cát hạt mịn chui vào làm tắc thiết bị. Lõi chất dẽo có 2 chức năng: Vừa đỡ lớp bao bọc ngoài, và tạo đường cho nước thấm dọc chúng ngay cả khi áp lực ngang xung quanh lớn. Nếu so sánh hệ số thấm nước giữa bấc thấm PVD với đất sét bão hòa nước cho thấy rằng, bấc thấm PVD có hệ số thấm (K = 1 x 10-4m/s) lớn hơn nhiều lần so với hệ số thấm nước của đất sét ( k = 10 x 10-5m/ngày đêm). Do đó, các thiết bị PVD dưới tải trọng nén tức thời đủ lớn có thể ép nước trong lỗ rỗng của đất thoát tự do ra ngoài. 6.7 Gia cường nền đất yếu bằng cọc tiết diện nhỏ Cọc tiết diện nhỏ được hiểu là các loại cọc có đường kính hoặc cạnh từ 10 đến 25cm. Cọc nhỏ có thể được thi công bằng công nghệ đóng, ép, khoan phun. Cọc nhỏ được dùng để gia cố nền móng cho các công trình nhà, đường sá, đất đắp và các dạng kết cấu khác. Cọc nhỏ là một giải pháp tốt để xử lý nền đất yếu vì mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật. Công nghệ cọc nhỏ cho phép giảm chi phí vật liệu, thi công đơn giản, đồng thời truyền tải trọng công trình xuống các lớp đất yếu hơn, giảm độ lún tổng cộng và độ lún lệch của công trình. 6.8 Cọc tre và cọc tràm Cọc tre và cọc tràm là giải pháp công nghệ mang tính truyền thống để xử lý nền cho công trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu. Cọc tràm và tre có chiều dài từ 3 - 6m được đóng để gia cường nền đất với mực đích làm tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún. Theo kinh nghiệm, thường 25 cọc tre hoặc cọc tràm được đóng cho 1m2 . Tuy vậy nên dự tính sức chịu tải và độ lún của móng cọc tre hoặc cọc tràm bằng các phương pháp tính toán theo thông lệ. Việc sử dụng cọc tràm trong điều kiện đất nền và tải trọng không hợp lý đòi hỏi phải chống lún bằng cọc tiết diện nhỏ 6.9 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát Nhằm giảm độ lún và tăng cường độ đất yếu, cọc cát hoặc cọc đã đầm chặt được sử dụng.Cát và đá được đầm bằng hệ thống đầm rung và có thể sử dụng công nghệ đầm trong ống chống. Đã sử dụng công nghệ cọc cát và cọc đá để xây dựng một số công trình tại Tp, Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải Phòng và Vũng Tàu. Sức chịu tải của cọc cát phụ thuộc vào áp lực bên của đất yếu tác dụng lên cọc. Theo Broms (1987) áp lực tới hạn bằng 25 Cu với Cu = 20kPa, cọc cát Ф 40cm có sức chịu tải tới hạn là 60KN. Hệ số an toàn bằng 1,5 có thể được sử dụng. Khác với các loại cọc cứng khác (bê tông, bê tông cốt thép, cọc gỗ, cọc cừ tràm, cọc tre...) là một bộ phận của kết cấu móng, làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất nền, mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu nên còn gọi là nền cọc cát. Việc sử dụng cọc cát để gia cố nền có những ưu điểm nổi bật sau: Cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn; Nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý; Cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng các loại vật liệu khác. Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m. 6.10 Phương pháp xử lý nền bằng cọc vôi và cọc xi măng đất Cọc vôi thường được dùng để xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như: Than bùn, bùn, sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão. Việc sử dụng cọc vôi có những tác dụng sau: Sau khi cọc vôi được đầm chặt, đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% làm cho đất xung quanh nén chặt lại. Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì nó toả ra một nhiệt lượng lớn làm cho nước lỗ rỗng bốc hơi làm giảm độ ẩm và tăng nhanh quá trình nén chặt. Sau khi xử lý bằng cọc vôi nền đất được cải thiện đáng kể: Độ ẩm của đất giảm 5-8%; Lực dính tăng lên khoảng 1,5-3 lần. Việc chế tạo cọc xi măng đất cũng giống như đối với cọc đất - vôi, ở đây xilô chứa ximăng và phun vào đất với tỷ lệ định trước. Lưu ý sàng ximăng trước khi đổ vào xilô để đảm bảo ximăng không bị vón cục và các hạt ximăng có kích thước đều < 0,2mm, để không bị tắc ống phun. Hàm lượng ximăng có thể từ 7-15% và kết quả cho thấy gia cố đất bằng ximăng tốt hơn vôi và đất bùn gốc cát thì hiệu quả cao hơn đất bùn gốc sét. Qua kết quả thí nghiệm xuyên cho thấy sức kháng xuyên của đất nền tăng lên từ 4-5 lần so với khi chưa gia cố. Ở nước ta đã sử dụng loại cọc đất-ximăng này để xử lý gia cố một số công trình và hiện nay triển vọng sử dụng loại cọc đất-ximăng này để gia cố nền là rất tốt. Thiết bị và công nghệ của Thuỵ Điển được dùng để chế tạo cùng đất xi măng và đất vôi. Các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và áp dụng hiện trường cho thấy: - Cọc đất vôi và đất xi măng đóng vai trò thoát nước và gia cường nền. Đây là giải pháp công nghệ thích hợp để gia cố sâu nền đất yếu. - Các chỉ tiêu về cường độ, biến dạng phụ thuộc vào thời gian, loại đất nền, hàm lượng hữu cơ, thành phần hạt và hàm lượng xi măng và vôi sử dụng. - Việc sử dụng xi măng rẻ hơn trong điều kiện Việt Nam so với vôi. Tỷ lệ phần trăm thường dùng là 8 – 12% và tỷ lệ phẩn trăm của xi măng là 12 – 15% trọng lượng khô của đất. - Thiết bị Thuỵ Điển có khả năng thi công cọc đất xi măng. - Có thể dùng thiết bị xuyên có cánh để kiểm tra chất lưọng cọc. - Cọc đất xi măng được dùng để gia cố nền đường, nền nhà, khu công nghiệp, nền đê... -Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ đất vôi. 7. Phân loại xử lý và phạm vi áp dụng 1. Xử lý nền bằng cọc tre và cọc cừ tràm: xử lý nơi nền đất yếu có chiều nhỏ. 2. Chất tải nén trước (gia tải trước): dùng để xử lý lớp đất yếu, có thể sử dụng đơn độc hoặc có thể kết hợp với thoát nước cố kết, sử dụng liên hợp một cách phức hợp. 3. Tầng đệm cát: sử dụng nhiều ở lớp mặt nền đất yếu, thường kết hợp với thoát nước theo chiều thẳng đứng. 4. Gia cố nền đường: dùng cho các dạng đất yếu để nâng cao độ ổn định, giảm bớt biến dạng không đều. 5. Bệ phản áp: dùng để tăng độ ổn định và chống trượt lở công trình. 6. Gia cố nền đường bằng chất vô cơ (vôi, sợi tổng hợp): sử dụng khi hàm lượng nước lớn, cường độ chịu cắt thấp. 7. Nền đường chất dẻo (sử dụng bọt khí FPS gia cố nền đất, trọng lượng FPS ở đất là 1/50 ¸ 1/100): làm giảm tải trọng nền đường, giảm độ lún thích hợp lớp đất có hàm lượng nước lớn, lớp đất yếu có độ dày lớn. 8. Nền đường gia cố bằng hoá chất: khi phun hoá chất, nước và bọt khí qua hỗn hợp trộn xong hình thành vật liệu sợi, trọng lượng có thể đạt 1/4 trọng lượng đất, thích hợp với lớp đất có hàm lượng nước lớn, độ dày đất yếu lớn. 9. Thay thế lớp đất yếu: dùng xử lý tầng nông, dùng ở lớp đất mỏng, độ dày không lớn và thuộc đất bùn. 10. Bấc thấm, giếng bao cát: sử dụng xử lý lớp bùn đất, bùn sét, độ sâu xử lý không vượt quá 25m. 11. Cột cát, giếng cát, cọc đá dăm: sử dụng ở lớp bùn, bùn đất sét, nhưng dễ sản sinh co ngót. 12. Dự ép chân không: sử dụng với bùn đất, nền móng thuộc lớp bùn đất dính. 13. Chân không - chất tải dự ép liên hợp: liên kết chân không và chất tải dự ép sử dụng với đoạn đường đắp cao và đường đầu cầu, sử dụng chân không chất tải dự ép nên sử dụng trong nền móng có bố trí giếng cát hoặc bấc thấm và bản thoát nước, ép chân không có độ chân không nhỏ hơn 70 Kpa. 14. Ép cọc bê tông: sử dụng trường hợp không thoát nước, chống cắt lớn hơn 10 Kpa. 15. Hạ cọc bằng chấn động: sử dụng không thoát nước, cường độ chống cắt lớn hơn 15 Kpa. 16. Cọc xi mămg (cọc xi măng - đất): bao gồm cọc phun vữa xi măng sử dụng để gia cố nền đất yếu có cường độ chống cắt không nhỏ hơn 10 Kpa, sử dụng cọc phun bột xi măng (khô hoặc ướt) để gia cố nền đất yếu có độ sâu không vượt quá 15m. 17. Cọc CFG (cọc bê tông có lẫn bột than): thích hợp với lớp đất có cường độ chịu tải lớn hơn 50 Kpa. 18. Cọc cứng: thích hợp với khu vực đất yếu ở độ sâu lớn hơn nền đường cũ được mở rộng. 19. Tường cách ly: thông thường chỉ sử dụng với nền đường cũ được cải tạo mở rộng. 20. Làm ngăn cách và hạ mực nước ngầm: nền đá nứt nẻ, đường miền núi. 21. Làm công trình cầu cạn … Các phương pháp cổ điển dùng giếng cát thoát nước thẳng đứng và cọc cát làm chặt đất kết hợp với việc hất tải tạm thời là phương pháp đơn giản nhất nhưng vẫn đạt hiệu quả cao cả về kỹ thuật, thời gian và kinh tế. Theo phương pháp này, người ta thường dùng giếng cát đường kính 50-60 cm, được nhồi vào nền đất yếu bão hoà nước đến độ sâu thiết kế để làm chức năng những kênh thoát nước thẳng đứng, nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết nền đất yếu. Do đó, phương pháp này luôn phải kèm theo biện pháp gia tải trước để tăng nhanh quá trình cố kết. Lớp đất yếu bão hoà nước càng dầy thì phương pháp giếng cát càng hiệu quả về độ lún tức thời. PHẦN III. CỌC XI MĂNG ĐẤT 1. Giới thiệu chung Cọc xi măng đất (hay còn gọi là cột xi măng đất, trụ xi măng đất -(Deep soil mixing columns, soil mixing pile) Cọc xi măng đất là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun. Mũi khoan đựợc khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia cố thì quay ngược lại và dịch chuyển lên. Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được phun vào nền đất (bằng áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt). Phạm vi ứng dụng Khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trền nền đất yếu cần phải có các biện pháp xử lý đất nền bên dướimóng công trình, nhất là những khu vực có tầng đất yếu khá dày như vùng Nhà Bè, Bình Chánh, Thanh Đa ở thành phố Hồ Chí Minh và một số tỉnh ở đồng bằng sông Cửu Long. Cọc xi măng đất là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu. Cọc xi măng đất được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho các công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng…như: làm tường hào 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... Ưu điểm So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, công nghệ cọc xi măng đất có ưu điểm là khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho đến bùn yếu), thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đã đưa lại hiệu quả kinh tế rõ rệt so với các giải pháp xử lý khác.(nếu sử dụng phương pháp cọc bê tông ép hoặc cọc khoan nhồi thì rất tốn kém do tầng đất yếu bên trên dày. Với 1 trường hợp đã áp dụng với lớp đất dày 30m, thì khi sử dụng phương pháp cọc- đất xi măng tiết kiệm cho mỗi móng xi lô khoảng 600 triệu đồng. Ưu điểm nổi bật của cọc xi măng đất là: Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi ro cao. Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ(Ví dụ tại dự án Sunrise). Tốc độ thi công cọc rất nhanh. Hiệu quả kinh tế cao. Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng, đặc biệt trong tình hình giá vật liệu leo thang như hiện nay. Rất thích hợp cho công tác sử lý nền, sử lý móng cho các công trình ở các khu vực nền đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước Khả năng sử lý sâu (có thể đến 50m) Địa chất nền là cát rất phù hợp với công nghệ gia cố ximăng, độ tin cậy cao Tiêu chuẩn thiết kế Tại Việt Nam, tiêu chuẩn thiết kế - thi công – nghiệm thu cọc xi măng đất là TCXDVN 385 : 2006 "Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng" do Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng - Bộ Xây dựng biên soạn, Vụ Khoa học Công nghệ Xây dựng đề nghị, Bộ Xây dựng ban hành theo Quyết định số 38/2006/QĐ-BXD ngày 27 tháng 12 năm 2006.  2. Các kiểu bố trí cọc xi măng đất Tùy theo mục đích sử dụng có thể bố trí cọc theo các mô hình khác nhau. Ví dụ: Để giảm độ lún bố trí trụ đều theo lưới tam giác hoặc ô vuông. Để làm tường chắn thường tổ chức thành dãy.

Hình A.1 - Thí dụ bố trí cọc trộn khô: 1 Dải; 2 Nhóm, 3 Lưới tam giác, 4 Lưới vuông

Hình A.2 - Thí dụ bố trí cọc trùng nhau theo khối

Hình A.3 - Thí dụ bố trí cọc trôn ướt trên mặt đất: 1 Kiểu tường, 2 Kiểu kẻ ô, 3 Kiểu khối, 4 Kiểu diện

Hình A.4 - Thí dụ bố trí cọc trộn ướt trên biển:1 Kiểu khối , 2 Kiểu tường, 3 Kiểu kẻ ô, 4 Kiểu cột, 5 Cột tiếp xúc, 6 Tường tiếp xúc, 7 Kẻ ô tiếp xúc, 8 Khối tiếp xúc

Hình A.5 - Thí dụ bố trí cọc trùng nhau trộn ướt, thứ tự thi công 3. Công nghệ thi công Cọc xi măng đất được thi công tạo thành theo phương pháp khoan trộn sâu. Dùng máy khoan và các thiết bị chuyên dùng (cần khoan, mũi khoan…) khoan vào đất với đường kính và chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế. Đất trong quá trình khoan không được lấy lên khỏi lỗ khoan mà bị phá vỡ kết cấu, được các cánh mũi khoan nghiền tơi, trộn đều với chất kết dính (chất kết dính thông thường là xi măng hoặc vôi, thạch cao… đôi khi có thêm chất phụ gia và cát).Phương pháp xử lý bằng cọc đất - xi măng khá đơn giản: bao gồm một máy khoan với hệ thống lưới có đường kính thay đổi tuỳ thuộc theo đường kính cột được thiết kế và các xi lô chứa xi măng có gắn máy bơm nén với áp lực lên tới 12 kg/cm2. Các máy khoan của Thuỵ Điển và Trung Quốc có khả năng khoan sâu đạt đến 35 m và tự động điều chỉnh định vị cần khoan luôn thẳng đứng. Trong quá trình khoan lưỡi được thiết kế để trộn đầu đất và xi măng, xi măng khô được phun định lượng liên tục và trộn đều tạo thành những cọc đất - xi măng đường kính 60 cm. Khi mũi khoan được rút lên khỏi hố khoan, trong hố khoan còn lại đất đã được trộn đều với chất kết dính dần dần đông cứng tạo thành cọc xi măng đất..Thời gian khoan cho một bồn có đường kính 34 m từ 45 - 60 ngày. Hiện nay ở Việt Nam phổ biến hai công nghệ thi công cọc xi măng đất là: Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là Jet-grouting)là công nghệ của Nhật Bản. - Trộn khô là quá trình phun trộn xi măng khô với đất có hoặc không có chất phụ gia. - Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có hoặc không có chất phụ gia. Hiện nay ở Việt Nam, Trung tâm Công nghệ Máy xây dựng và Cơ khí thực nghiệm thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải đã nghiên cứu và chế tạo thành công thiết bị điều khiển và định lượng xi măng để thi công cọc đất gia cố. Qua đó, Trung tâm đã làm chủ được việc chế tạo hệ điều khiển, hệ định lượng và phun xi măng; tổ hợp thiết bị thi công cọc gia cố đã được ứng dụng thành công và cho hiệu quả cao tại công trường. So với sản phẩm cùng loại của CHLB Đức, thiết bị do Trung tâm chế tạo có tính năng kỹ thuật tương đương nhưng giá thành chỉ bằng 30%. So với thiết bị của Trung Quốc, thiết bị có nhiều tính năng ưu việt hơn hẳn: Do sử dựng máy cơ sở là loại búa đóng cọc di chuyển bằng bánh xích, nên tính cơ động cao, tốc độ làm việc của thiết bị khoan lớn, năng suất gấp 1,5-2 lần. Đặc biệt, tổ hợp thiết bị được trang bị hệ thống điều khiển hiện đại, toàn bộ các thao tác thi công cọc gia cố được tự động hóa theo các chương trình, các số liệu về lượng xi măng sử dụng trên từng mét cọc được hiển thị, lưu giữ và in thành bảng kết quả thi công cho từng cọc. Đây chính là những chỉ tiêu rất quan trọng đánh giá chất lượng của thiết bị cũng như chất lượng của cọc gia cố được thi công. Đây là lần đầu tiên ở trong nước chế tạo được tổ hợp thiết bị thi công cọc gia cố. Thiết bị có giá thành thấp, phù hợp với khả năng tài chính của các đơn vị thi công. Thiết bị cũng được các nhà thầu sử dụng để thi công tại sân bay Trà Nóc. Trình tự thi công cọc xi măng đất Thi công cải tạo nền đất yếu bằng cọc xi măng đất có thể theo các bước sau: - Định vị và đưa thiết bị thi công vào vị trí thiết kế; - Khoan hạ đầu phun trộn xuống đáy khối đất cần gia cố; - Bắt đầu quá trình khoan trộn và kéo dần đầu khoan lên đến miệng lỗ; - Đóng tắt thiết bị thi công và chuyển sang vị trí mới. 4. Tính toán cọc xi măng đất Bài toán gia cố đất có 3 tiêu chuẩn cần được thỏa mãn: 1. Tiểu chuẩn cường độ: c, phi của nền được gia cố phải thỏa mãn điều kiện sức chịu tải dưới tác dụng của tải trọng công trình. 2. Tiêu chuẩn biến dạng: Mô đun biến dạng tổng của nền được gia cố phải thỏa mãn điều kiện lún của công trình. 3. Điều kiện thoát nước: Áp lực nước lỗ rỗng dư trong đất cần được "giải phóng" càng nhanh càng tốt. Cơ sở lý thuyết tính toán- Kiểm tra sức chịu tải(Cường độ chịu tải) của lớp đất yếu cần được xử lý bằng công thức:  Rn = 1 (0.5DγNγ + γHNq + CNc)FS Trong đó: γ - Dung trọng tự nhiên của lớp đất Rn: Cường độ chịu tải của đất nền D- đường kính móng C - lực dính của đất nền H - chiều dày tầng đất yếu FS - Hệ số an toàn  Nγ, Nq, Nc – Thông số sức chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất nền - Kiểm tra cường độ chịu tải của cọc đất xi măng sau khi được gia cố: Rc = 2τc + 3σh Với: Rc: Cường độ chịu tải của cọc τc : cường độ kháng cắt của cọc  σh: Giá trị ứng suất ngang tác dụng lên thành cọc (thí nghiệm nén ngang)- Cường độ chịu tải của toàn khối móng được gia cố: Rn = 1 (0.5DγNγ + γHNq + CNc)FS Trong đó: γ - Dung trọng tự nhiên của lớp đất Rn: Cường độ chịu tải của đất nền D- đường kính móng C - lực dính của đất nền H - chiều dày tầng đất yếu cần xử lý  FS - Hệ số an toàn  Nγ, Nq, Nc – Thông số sức chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất nền  Ổn định tổng thể của các cọc đất gia cố xi măng Có hai dạng phá hoại chính cần phải xem xét đối với trường hợp mất ổn định tổng thể đó là: mất ổn định do trượt ngang các cọc đất gia cố; mất ổn định khi khối cọc quay quanh mép của khối. Một số cơ chế phá hoại Khi tính toán sức chịu tải của nền gia cố bởi cọc, 4 giả thiết phá hoại sau đây thường được dùng để kiểm tra: 1. Trụ bị phá hoại do biến dạng nở hông. Khi xảy ra biến dạng hông, ứng suất hông trong đất có thể giả thiết là đạt tới Rankine's passive limit (phá hoại bị động). Sức chịu tải của nền tính theo sơ đồ này được tính bằng tải trọng gây ra biến dạng nở hông cho từng trụ đơn lẻ. 2. Phá hoại của đất dưới đầu mũi mỗi trụ đơn lẻ: Nếu trụ quá ngắn (L < 3D),  Sức chịu tải của nền trong trường hợp này là tải trọng gây ra phá hoại cắt của đất dưới đầu mũi của mỗi trụ đơn lẻ. 3. Phá hoại xảy ra ngay trong vùng được gia cố (mắt trượt phá hoại chạy qua cả trụ lẫn đất). Tính toán sức chịu tải của nền như cho trường hợp móng nông đặt trên nền không có trụ gia cố. Dùng các công thức tính sức chịu tải nêu trên. Tuy nhiên cần lưu ý là tính chất cơ lý (c, phi) của nền sẽ được xem là tổng hợp của c, phi của đất và trụ. 4. Phá hoại xảy ra tại vùng đất dưới đầu mũi trụ.. Tính toán tương tự như trường hợp 3. Tải trọng tác dụng trên bề mặt cộng với trọng lượng của khối trụ+đất sẽ được qui về thành tải trọng tương đương đặt lên lớp đất dưới đầu mũi trụ. 5. Thực tế ứng dụng Trên thế giới Nước ứng dụng công nghệ xi măng đất nhiều nhất là Nhật Bản và các nước vùng Scandinaver. Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 80-96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3 BTĐ. Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia cố bằng xi măng 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, tổng khối lượng xử lý bằng cọc xi măng đất ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m3. Tại Châu Âu, nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan bắt đầu từ năm 1967. 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. Tại Việt Nam Từ năm 2002 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng cọc xi măng đất vào xây dựng các công trình trên nền đất, cụ thể như: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m cọc xi măng đất có đường kính 0,6m thi công bằng trộn khô; xử lý nền cho bồn chứa xăng dầu đường kính 21m, cao 9m ở Cần Thơ. Năm 2004 cọc xi măng đất 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 xi măng đất như: dự án thoát nước khu đô thị Đồ Sơn - Hải Phòng, dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu ...  Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản. Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng XM đến tính chất của xi măng đất,... nhằm ứng dụng cọc xi măng đất vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi. Nhóm đề tài cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An)... Tại thành phố Đà Nẵng, cọc xi măng đất được ứng dụng ở Plazza Vĩnh Trung dưới 2 hình thức: Làm tường trong đất và làm cọc thay cọc nhồi. Tại Tp. Hồ Chí Minh, cọc xi măng đất được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây, một số building như Saigon Times Square …Hiện nay, các kỹ sư Orbitec đang đề xuất sử dụng cọc xi măng đất để chống mất ổn định công trình hồ bán nguyệt – khu đô thị Phú Mỹ Hưng, dự án đường trục Bắc – Nam (giai đoạn 3) cũng kiến nghị chọn cọc xi măng đất xử lý đất yếu. Tại Quảng Ninh, công trình nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh đã áp dụng công nghệ phun ướt, địa chất công trình phức tạp gặp đá mồ côi ở tầng địa chất cách cao độ mạt đất 11 - 12m, đất đồi cứng khó khoan tiến độ công trình đòi hỏi gấp, lúc cao điểm lên đến 6 máy khoan. Tại Hà nội, Hầm đường bộ Kim Liên được xây dựng trong khu vực địa chất yếu, nhất là khu vực phía đuờng Đào Duy Anh, chính vì vậy nền đất dưới hầm đã được cải tạo bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng với chiều dày khoảng 1.5-6m. Việc gia cố đất tại đáy bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng không nhằm gia cố nền đất mà chỉ với mục đích chống trượt trồi khi đào xuống độ sâu lớn (trên 10m) và cũng không phải gia cố tại tất cả các vị trí đào mà căn cứ theo điều kiện địa chất từng khu vực, có nơi gia cố, có nơi không. Việc gia cố ít nhiều có ảnh hưởng đến độ lún của các đốt hầm.. Đường Láng Hòa Lạc nối Thủ đô Hà Nội với khu công nghệ cao Hào Lạc đi qua nhiều sông ngòi và có nhiều gia cắt với đường bộ, đường sắt, dọc theo con đường này có nhiều hạng mục công trình trong quá trình thi công đã dùng cọc xi măng đất để xử lý nền đất yếu, chống lún chống trượt đất cho mái dốc, ổn định đất đường hầm .