Lựa Chọn Công Nghệ Phun Vữa Thấm áp Lực Cao Gia Cố Nền đất, ứng ...

Các công nghệ gia cố nền đất ứng dụng cho thi công hầm và công trình ngầm đặc biệt là các công nghệ phun vữa thấm áp lực cao được áp dụng trong nước và trên thế giới Các điều kiện đặc thù áp dụng trong điều kiện thành phố Hà Nội và đặc biệt là dự án Metro tuyến số 3: Nhổn Ga Hà Nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI



VŨ QUANG HƯNG

LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ PHUN VỮA THẤM

ÁP LỰC CAO GIA CỐ NỀN ĐẤT, ỨNG DỤNG CHO

THI CÔNG HẦM METRO TUYẾN SỐ 3:

NHỔN - GA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI



VŨ QUANG HƯNG

LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ PHUN VỮA THẤM

ÁP LỰC CAO GIA CỐ NỀN ĐẤT, ỨNG DỤNG CHO

THI CÔNG HẦM METRO TUYẾN SỐ 3:

NHỔN - GA HÀ NỘI

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HÂM

MÃ SỐ: 60.58.02.05.04

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Nguyễn Phương Duy

HÀ NỘI - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, luận văn Thạc sỹ kỹ thuật “Lựa chọn công nghệ phun vữa

thấm áp lực cao gia cố nền đất, ứng dụng cho thi công hầm metro tuyến số 3: Nhổn -

ga Hà Nội” là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, xuất phát từ tình hình thực

tế tại dự án án tuyến đường sắt đô thị thí điểm TP Hà Nội: đoạn Nhổn - ga Hà Nội

Hà Nội, ngày tháng 08 năm 2016

Học viên

Vũ Quang Hưng

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn Thạc sỹ kỹ thuật

“Lựa chọn công nghệ phun vữa thấm áp lực cao gia cố nền đất, ứng dụng cho thi công hầm metro tuyến số 3: Nhổn - ga Hà Nội”, bên cạnh sự nỗ lực bản thân và sự

nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn giúp đỡ của Thầy - Cô, đồng nghiệp

Tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Phương Duy, Thầy đã tận tình

chỉ dẫn, định hướng trong nghiên cứu, hết lòng giúp đỡ cũng như tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hoàn thành luận văn

Tôi chân thành cảm ơn các Thầy - Cô trong khoa Công trình, phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học của Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội đã giảng dạy, giúp đỡ tôi trong suốt những năm học Cao học cũng như quá trình hoàn thiện Luận án này

Tôi gửi lời cám ơn đến các đồng nghiệp tại dự án tuyến đường sắt đô thị thí điểm TP Hà Nội: đoạn Nhổn - ga Hà Nội đã giúp tôi thu thập thông tin, số liệu phục

vụ nghiên cứu luận án

Học viên

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: CÁC CÔNG NGHỆ GIA CỐ NỀN ĐẤT 5

1.1 Tổng quan về các công nghệ gia cố nền đất 5

1.1.1 Công nghệ cọc đất - xi măng 5

1.1.2 Công nghệ bơm vữa thấm TAM 8

1.1.3 Công nghệ cọc cát: 12

1.1.4 Công nghệ sàn giảm tải bằng bê tông cốt thép: 13

1.1.5 Công nghệ bấc thấm: 14

1.2 Lịch sử phát triển, các ứng dụng và phạm vi áp dụng của các công nghệ gia cố nền đất 15

1.3 Giới thiệu công nghệ phun khoan phụt vữa cao áp 18

1.3.1 Tổng quan về công nghệ khoan phụt vữa cao áp: 19

1.3.2 Ưu - nhược điểm, phạm vi áp dụng công nghệ khoan phụt vữa cao áp 21

1.3.3 Các nhân tố ảnh hưởng tới công nghệ khoan phụt vữa cao áp: 22

1.4 Công nghệ thi công khoan phụt vữa cao áp 23

1.4.1 Nguyên lý làm việc 23

1.4.2 Vật liệu và thiết bị thi công 26

1.4.3 Kiểm soát chất lượng 29

1.5 Kết luận 30

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHUN VỮA ÁP LỰC CAO CHO THI CÔNG ĐOẠN NGẦM TUYẾN METRO SỐ 3: NHỔN - GA HÀ NỘI 31

2.1 Giới thiệu chung về dự án xây dựng hầm metro tuyến số 3: Nhổn - ga Hà Nội 31

2.1.1 Quy mô dự án, các thông số kỹ thuật tuyến metro Nhổn - ga Hà Nội 31

2.1.2 Điều kiện địa chất thủy văn khu vực tuyến Metro Nhổn - ga Hà Nội: 34

2.2 Đoạn ngầm và các ga ngầm 38

2.3 Ứng dụng công nghệ khoan phụt vữa cao áp cho thi công đoạn ngầm tuyến Metro số 3 Nhổn - ga Hà Nội 41

2.3.1 Công nghệ thi công đoạn ngầm tuyến metro số 3 Nhổn - ga Hà Nội Phân tích các ảnh hưởng do thi công hầm và ga ngầm gây ra 41

2.3.2 Tương tác giữa hầm và ga ngầm, các giải pháp cải thiện đất nền: 46

2.3.3 Ứng dụng công nghệ khoan phụt vữa cao áp gia cố, chống thấm trong hầm, lối ra vào tại các vị trí ga 51

2.3.4 Ứng dụng công nghệ khoan phụt vữa cao áp gia cố, chống thấm cho giếng đứng 65

2.4 Kết luận 69

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GIA CỐ NỀN ĐẤT BẰNG CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT VỮA CAO ÁP 71

3.1 Công tác khảo sát, thí nhiệm phục vụ tính toán, thiết kế công nghệ khoan phụt vữa cao áp 72

3.1.1 Công tác khảo sát, thí nghiệm: 72

3.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ đất khi đã được xử lý: 73

3.2 Giới thiệu phương pháp tính toán khoan phụt vữa cao áp theo các tiêu chuẩn trên thế giới 75

3.2.1 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Shanghai-Standard ground treatment code DJ 08-40-94: 75

3.2.2 Phương pháp tính toán của Nhật Bản theo tiêu chuẩn CDIT: 76

3.2.3 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn châu Âu DIN EN12716:2001 82

3.2.4 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Đức DIN 4093-2012: 84

3.2.5 Phương pháp tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn: 86

3.3 Giới thiệu các phương pháp tính toán khoan phụt vữa cao áp theo tiêu chuẩn Việt Nam 87

3.3.1 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn tiêu chuẩn thiết kế TCVN 8644-2011 - Quy trình kỹ thuật phun vữa gia cố: 87

3.3.2 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 9403:2012 Xử lý nền đất yếu - trụ đất xi măng: 88

3.4 Nghiên cứu đề xuất, lựa chọn phương pháp tính toán áp dụng cho tuyến

Metro số 3: Nhổn - ga Hà Nội 92

3.4.1 Cơ sở lý thuyết: 92

3.4.2 Thông số thiết kế: 93

3.4.3 Trình tự tính toán: 96

3.5 Kết luận 101

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 105

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Vị trí các ga tàu trên tuyến 32

Bảng 2.2: Mô tả địa chất khu vực xây dựng tuyến 36

Bảng 2.3: Môi trường địa chất thủy văn của đồng bằng sông Hồng dọc tuyến metro Nhổn - ga Hà Nội 38

Bảng 2.4: Bảng thống kê cấu hình ga 39

Bảng 2.5: Các thông số đề xuất đối với khối đất được xử lý 48

Bảng 2.6: Các ứng dụng xử lý đất thông dụng nhất theo phương pháp bơm phun 50

Bảng 2.7: Danh mục các đơn vị địa chất trong đất nền Hà Nội 51

Bảng 2.8: Kích cỡ bơm phụt xi măng và đặc điểm theo đơn nguyên (lớp) 54

Bảng 2.9: Độ nghiêng tối đa của các hệ thống phun vữa 57

Bảng 2.10: Các đặc tính của các cột phun vữa thấm áp lực cao 59

Bảng 3.1: Nội dung cần thực hiện khi thiết kế và thi công khoan phụt cao áp 82

Bảng 3.2: Một số thông số thường dùng trong thi công 84

Bảng 3.3: Giới hạn cường độ phun vữa đối với các loại đất khác nhau 86

Bảng 3.4: Tỷ lệ pha trộn dung dịch vữa 88

Bảng 3.5: Thông số địa kỹ thuật trung bình dự kiến liên quan đến khả năng bơm phun của các đơn nguyên (lớp) địa kỹ thuật khác nhau đã được xác định dọc tuyến Đường sắt Đô thị Hà Nội 93

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Công nghệ trộn khô 7

Hình 1.2 Ứng dụng công nghệ cọc xi măng đất 8

Hình 1.3 Kỹ thuật bơm vữa TAM 9

Hình 1.4 Ống bọc đơn và kép 10

Hình 1.5 Sơ đồ thi công cọc cát 12

Hình 1.6 Một số công nghệ khoan phụt vữa 18

Hình 1.7 Công nghệ khoan phụt vữa cao áp 20

Hình 1.8 Các dạng kết cấu khoan phụt vữa cao áp 21

Hình 1.9 Nguyên lý tạo cột khoan phụt vữa cao áp 24

Hình 1.10 Trình tự thi công công nghệ 24

Hình 1.11 Công nghệ đơn pha 25

Hình 1.12 Công nghệ hai pha 25

Hình 1.13 Công nghệ ba pha 26

Hình 1.14 Thiết bị sử dụng khoan phụt vữa 28

Hình 1.15 Dây chuyền thi công khoan phụt vữa cao áp hãng YBM - Nhật Bản 28

Hình 2.1 Bình đồ hướng tuyến metro 31

Hình 2.2 Ga ngầm hai tầng 40

Hình 2.3 Ga ngầm ba tầng 40

Hình 2.4 Sơ đồ hướng tuyến metro Hà Nội 42

Hình 2.5 Hào lún trên hầm 45

Hình 2.6 Các đường rò rỉ tiềm ẩn tại khu vực lối ra và vào 47

Hình 2.7 Sơ hoạ phương pháp cải thiện đất 48

Hình 2.8 Sơ hoạ phương pháp thay thế 49

Hình 2.9 Sơ họa của phương pháp tường chắn 50

Hình 2.10 Tính ứng dụng vữa thấm nhập (bởi KELLER) 53

Hình 2.11 Xác định áp lực dựa trên biểu đồ áp lực - lưu lượng 55

Hình 2.12 Các bước tiến hành phun vữa 57

Hình 2.13 Ứng dụng khoan phụt vữa cao áp xử lý đất lối ra vào ga 60

Hình 2.14 Cơ chế phun vữa giai đoạn bơm vữa xi măng bentonite 62

Hình 2.15 Cơ chế phun vữa giai đoạn bơm vữa hóa chất 62

Hình 2.16 Cơ chế phun vữa khoan phụt vữa cao áp 63

Hình 2.17 Ứng dụng khoan phụt vữa cao áp trong các loại đất đá khác nhau 64

Hình 2.18 Mặt cắt điển hình cho giếng đứng 66

Hình 2.19 Địa tầng địa chất và các thông số địa chất công trình 68

Hình 2.20 Xử lý đất trong giếng đứng 69

Hình 3.1 Sơ đồ thiết kế theo tiêu chuẩn CDIT 77

Hình 3.2 Mô hình tính toán 78

Hình 3.3 Sơ đồ bố trí cọc 79

Hình 3.4 Mô hình tính lún cọc chống 81

Hình 3.5 Mô hình tính lún cọc treo 82

Hình 3.6 Quy trình thiết kế lặp 89

Hình 3.7 Bố trí cọc trên mặt đất 91

Hình 3.8 Quan hệ giữa tỷ lệ xi măng với đất và cường độ của xi măng-đất (Lin 2000) 98

Hình 3.9 Xử lý đất từ bề mặt đoạn nối với hầm 101

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Giao thông vận tải giữ vai trò hết sức quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, một nhân tố ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của đất nước, nhất là trong thời kì hiện nay Với nhiệm vụ chủ yếu của mình, ngành giao thông vận tải đáp ứng mọi nhu cầu

đi lại, giao lưu của nhân dân và vận chuyển hàng hóa trong quá trình lưu thông, đáp ứng mọi nhu cầu về đời sống vật chất, tinh thần của nhân dân

Cùng với tốc độ phát triển của kinh tế của đất nước và chiến lược phát triển giao thông đường bộ Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030 cho thấy việc xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông là lĩnh vực được ưu tiên nhằm xây dựng một kết cấu hạ tầng hoàn chỉnh, đồng bộ và kịp tốc độ phát triển của các nước trong khu vực

và trên thế giới Điều đó nói lên sự quan tâm của Đảng và Nhà nước đối với phát triển ngành giao thông vận tải, đồng thời đề ra trách nhiệm cho những cán bộ, kỹ sư cầu đường làm công tác thiết kế và thi công công trình xây dựng Do đó cần thiết phải đặt

ra là nghiên cứu giải pháp kết cấu sao cho công trình thiết kế và thi công đạt hiệu quả tối ưu

Thủ đô Hà Nội là một trung tâm văn hoá - chính trị của cả nước, có ảnh hưởng rất lớn tới sự phát triển của đất nước Hệ thống giao thông của thành phố đang phát triển không ngừng Nhiều tuyến đường lớn nhỏ tiếp tục được qui hoạch, mở rộng hợp

lý, đạt yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượng, đảm bảo phục vụ tốt cho các hoạt động lưu thông Tuy nhiên cũng giống như các thành phố trên thế giới, Hà Nội cũng gặp rất nhiều khó khăn về giao thông đô thị:

- Giao thông tại thành phố đang quá tải, nhất là vào giờ cao điểm luôn xảy ra ách tắc tại các nút giao thông lớn do nhu cầu đi lại của người dân không ngừng tăng lên

- Mức độ ô nhiễm môi trường do khí thải xe cộ, ô nhiễm tiếng ồn đã lên mức báo động

- Tại các khu phố đông dân cư, việc mở rộng hay quy hoạch lại đường rất khó thực hiện do liên quan đến các yếu tố lịch sử văn hoá và kiến trúc của thành phố, trong khi đó việc giải phóng mặt bằng còn nhiều bất cập, kéo dài và chi phí lớn Trong khi

đó, điều kiện địa hình địa chất của thành phố Hà Nội cũng khá phức tạp, việc quy hoạch chưa hợp lý tại các vùng đông dân cư đã làm cho việc sử dụng các phương tiện

công cộng trên mặt đất và trên cao gặp rất nhiều khó khăn, chưa đáp ứng được nhu cầu

đi lại của người dân thủ đô

- Xu thế phát triển hiện nay của toàn bộ hệ thống giao thông vận tải đô thị ở Hà Nội chưa cân đối và hợp lý Điều này có thể thấy rõ ở sự phát triển thiếu hài hoà giữa

số lượng và chủng loại của các phương tiện giao thông với hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị Hệ thống cơ sở hạ tầng tuy phát triển nhanh và dần dần được hiện đại hoá nhưng không theo kịp với tốc độ phát triển nhanh đến mức không thể kiểm soát nổi của các phương tiện giao thông Chính vì thế hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị vẫn nhanh chóng bị quá tải và xuống cấp nghiêm trọng

Hiện trạng và viễn cảnh không xa của tình hình giao thông tại Hà Nội cho thấy vấn đề đã mang tính cấp bách Song song với các biện pháp tăng cường quản lý giao thông, thì việc phát triển vận tải hành khách công cộng với khối lượng lớn cũng được xem là giải pháp cần thiết và hợp lý Trước thực trạng như vậy giải pháp khắc phục mang lại hiệu quả về nhiều mặt là xây dựng hệ thống giao thông ngầm, mà nổi bật là

hệ thống tàu điện ngầm

Tàu điện ngầm đã xuất hiện trên thế giới từ rất lâu, qua thời gian nó đã chứng minh tính tối ưu, hợp lý trong việc giải quyết các vấn đề giao thông tại các thành phố lớn đông dân cư, nó hạn chế được tối đa các vấn đề của đô thị hiện đại như ô nhiễm, tắc nghẽn, ồn ào, nhu cầu đi lại không ngừng tăng lên nhờ những ưu điểm nổi trội: tốc

độ cao, khả năng vận chuyển hành khách lớn, di chuyển êm, ít gây ô nhiễm môi trường, nâng cao mức sông của người dân đô thị

Việc xây dựng hệ thống tàu điện ngầm có ý nghĩa lớn trong giải quyết vấn đề giao thông đô thị, cho phép sử dụng đất đô thị hợp lý Tuyến đường hầm Metro: Nhổn

- Ga Hà Nội được xây dựng cũng nhằm mục đích đó, phát triển toàn diện hệ thống hạ tầng theo định hướng hiện đại để nâng cao năng lực của giao thông công cộng, đáp ứng các yêu cầu về mặt kinh tế và xã hội Tuy vậy, ở một đô thị đông dân cư, điều kiện địa hình địa chất phức tạp, kinh nghiệm thi công các công trình tàu điện ngầm còn hạn chế, việc lựa chọn được công nghệ, biện pháp thi công sao cho phù hợp là hết sức khó khăn Mục tiêu chính của đề tài là giải quyết một phần những khó khăn trong quá trình thi công công trình ngầm bằng việc nghiên cứu, phân tích và lựa chọn công nghệ phun vữa thấm áp lực cao phù hợp nhất nhằm gia cố nền đất xung quanh khu vực thi công,

đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công ở công trình hầm Metro tuyến số 3: Nhổn - Ga Hà Nội

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu, tìm hiểu, phân tích và đánh giá các công nghệ gia cố nền đất xung quanh khu vực thi công tàu điện ngầm và các công trình ngầm Nghiên cứu các công nghệ gia cố nền đất bằng công nghê phun vữa áp lực và phun vữa thấm áp lực cao

- Nghiên cứu, phân tích, so sánh và lựa chọn công nghệ tối ưu, phù hợp với điều kiện thi công hầm Metro tuyến số 3: Nhổn - Ga Hà Nội

3 Phạm vi nghiên cứu:

- Các công trình hầm và công trình ngầm đã, đang và sẽ được xây dựng trong nước và trên thế giới

- Các tài liệu nghiên cứu trước đây về công nghệ phun vữa thấm

- Nghiên cứu Dự án hầm Metro tuyến số 3: Nhổn - Ga Hà Nội về hồ sơ địa chất, hồ sơ thiết kế, thi công

- Đối chiếu với các quy trình, thiết kế, thi công hiện nay

4 Đối tượng nghiên cứu:

- Các công nghệ gia cố nền đất ứng dụng cho thi công hầm và công trình ngầm

và đặc biệt là các công nghệ phun vữa thấm áp lực cao được áp dụng trong nước và trên thế giới

- Các điều kiện đặc thù áp dụng trong điều kiện thành phố Hà Nội và đặc biệt là

dự án Metro tuyến số 3: Nhổn - Ga Hà Nội

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về các công nghệ phun vữa áp lực, biện pháp thi công, thiết bị, yếu cầu quản lý chất lượng từ đó tìm hiểu, nghiên cứu các công trình ngầm đã

áp dụng công nghệ

- Nghiên cứu các phương pháp tính toán, thiết kế gia cố nền đất xung quanh khu vực thi công công trình ngầm bằng công nghệ vữa thấm áp lực cao với các quy trình khác nhau

- So sánh, kết hợp giữa thực tế và lý thuyết, quy trình hiện hành để tìm biện pháp phù hợp, tối ưu để áp dụng thi công tuyến số 3: Nhổn - Ga Hà Nội

6 Kết cấu của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, nội dung luận văn được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Các công nghệ gia cố nền đất

Chương 2: Ứng dụng công nghệ phun vữa áp lực cao cho thi công đoạn ngầm

tuyến Metro số 3: Nhổn - ga Hà Nội

Chương 3: Tính toán thiết kế gia cố nền đất bằng công nghệ khoan phụt vữa

cao áp

CHƯƠNG 1 CÁC CÔNG NGHỆ GIA CỐ NỀN ĐẤT

1.1 Tổng quan về các công nghệ gia cố nền đất

Khi thi công các công trình, đặc biệt là công trình hầm, luôn có những yếu tố rủi ro cao, như điều kiện đất đá gây mất ổn định hay gặp phải lượng lớn nước ngầm dưới áp suất cao Các yếu tố rủi ro này sẽ làm cho công việc thi công gặp nhiều vấn

đề, đó chính là lý do phải bơm vữa nhằm gia cố khối đá đảm bảo ổn định trước và sau khi thi công Trên thế giới đã có nhiều công nghệ được biết đến: xi măng trộn sâu (CDM), tường đất sâu (SMW), Geo - jet, đất trộn sâu (DSM), cọc cát, công nghệ bơm vữa thấm TAM, công nghệ jet - grouting Tất cả các phương pháp này đều có chung mục đích, đó là tìm ra phương thức trộn xi măng với đất hiệu quả và kinh tế nhất, nhằm thay đổi và cải thiện tính chất của đất giống như đá mềm

1.1.1 Công nghệ cọc đất - xi măng

1.1.1.1 Tổng quan về công nghệ

Cọc xi măng đất hay còn gọi là đất trộn sâu (DSM), 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 được 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)

Đất trộn sâu được sử dụng thường xuyên và phát triển hơn, được áp dụng ổn định đất độ sâu tối thiểu 3m, sâu nhất 50m Theo Jasperse, đất trộn sâu là một quá trình tương đối đơn giản Thiết bị là trục dẫn hướng cho một đến bốn khoan thủy lực đường kính 450 đến 900mm Buồng trộn được trang bị đan xen các mũi khoan, lưỡi trộn hoặc các cánh vịt để tăng hiệu quả của quá trình trộn Chất kết dính được tiêm vào đất dưới dạng khô hoặc ướt từ buồng trộn, qua đầu mũi khoan thâm nhập vào đất Mũi khoan khoan sâu vào đất, trộn đất và chất kết dính lại với nhau Phương pháp DSM đạt hiệu quả kinh tế nhất nếu dùng máy trộn đường kính lớn hoặc buồng trộn sắp xếp nhiều trục Với nhiều loại thiết bị, nó có thể ổn định đất tới độ sâu nhất là 12m

Theo Broomhead (1992), đất sâu hơn 30m, vùng đất, khối đất bị ô nhiễm, DSM đều có thể khắc phục được Cao độ mực nước ngầm không ảnh hưởng gì đến phương pháp Nếu công việc được thực hiện dưới mực nước, thì nước sẽ được dùng để trộn gia

cố khối đất Nếu công việc gia cố ở trên mực nước thì sử dụng hỗn hợp với tỷ lệ thích hơp phù hợp với điều kiện thiếu nước Khả năng thực hiện dưới mực nước ngầm là ưu điểm của đất trộn sâu, vì vậy không cần hạ mực nước Điều này tiết kiệm chi phí, đặc biệt khi mà nước ngầm bị ô nhiễm, sẽ phải khắc phục hoặc không thể hạ thấp hơn được nữa DSM kinh tế hơn trong việc cải thiện đất phạm vi 10 mét trên bề mặt và cung cấp chi phí hiệu quả cho hệ thống nền, ứng dụng khác

Hiện nay phổ biến sử dụng hai công nghệ thi công cọc đất - xi măng là công nghệ trộn khô (dry jet mixing) và công nghệ trộn ướt (jet grouting) Trong đó công nghệ jet grouting được trình bày ở mục sau

1.1.1.2 Công nghệ trộn khô

Trộn khô là phương pháp cải thiện đất rung động thấp, yên lặng, sạch, thường được dùng cho đất mềm và ướt Công cụ trộn có tốc độ quay được nâng cao đến độ sâu lo ngại lớn nhất Chất kết dính khô được bơm vào không khí thông qua thân ống máy trộn Nó rất hiệu quả và kinh tế đối với đất sét mềm, than bùn, đất độ ẩm lớn hơn 60% Quá trình dùng xi măng liên kết với đất làm tăng cường độ chống cắt và làm giảm nén ở đất yếu Công nghệ này sử dụng cần khoan có gắn các cánh cắt đất, chúng cắt đất sau đó trộn đất với vữa xi măng bơm theo trục khoan

Sử dụng những dụng cụ chuyên biệt để trộn đất trước khi khoan, cụng cụ khoan đạt đến độ sâu tối đa, hỗn hợp khô được đưa trực tiếp vào và trộn với đất khi mũi khoan được rút ra, trong vòng vài giờ sau khi trộn, khu vực xử lý sẽ được tăng cường lớp đất dày để đảm bảo độ hãm trong suốt quá trình xử lý Sau xử lý từ 2-6 tuần đất sẽ cứng gấp 10-50 lần

Phương pháp trộn đất khô có hiệu quả trong điều kiện độ ẩm cao (>60%) đặc biêt là đất phù sa hoặc đất sét Đất hữu cơ và than bùn cũng có thể cố định hoá, nhưng nên có thử nghiệm trong phòng thí nghiệm trước khi thiết kế

Hình 1.1 Công nghệ trộn khô

Các ưu điểm của phương pháp trộn đất khô

- Có thể thực hiện tại các điểm không sử dụng được (hạn chế về chi phí/thòi gian)

- Hệ thống kinh tế, thưòng là kết hợp với các hệ thống nâng cấp nên móng Nói chung có tính kinh tế cao hơn giải pháp loại bỏ-thay thế

- Tăng khả năng chịu lực của kè biển (8)

- Tăng khả năng chịu lực đê chắn song (9)

sẽ không làm hỏng các kết cấu hoặc hệ thống nền móng liền kề

Ưu điểm của TAM là:

- Có thể kiểm tra lại các điểm bơm phun;

- Cung cấp các lỗ bơm phun đảm bảo độ ổn định trong suốt thời gian thực hiện dự án Nếu để các lỗ bơm phun trong thời gian dài sau khi lắp đặt và trước giai đoạn bơm thứ hai, nên mở lại các van nhờ nước áp lực cao để phá vỡ vữa (hoặc đất đã liền khối) để đảm bảo quá trình bơm phun tiếp theo

- Các ống bọc như van một chiều, ngăn ngừa vữa tiêm tự chảy trở lại vào ống dưới áp lực bơm vữa cao, làm tăng hiệu quả bơm vữa

- Có thể bơm vữa chính xác tại các vị trí cần thiết

- TAM cho phép sử dụng vữa có độ sụt giảm, thâm nhập tốt hơn vào các khoảng trống nhỏ sau khi các khoảng trống lớn đã được bịt kín bất kể mức độ, thứ tự phun

- Các hoạt động phun vữa là hoàn toàn độc lập với khoan, thuận lợi cho việc

tổ chức công việc và sử dụng máy móc

Hình 1.3 Kỹ thuật bơm vữa TAM

1.1.2.2 Công nghệ thi công:

a Các ống TAM:

TAM là các ống bằng kim loại hoặc nhựa, với đường kính thông thường là từ 1’’1/4 đến 1’’3/4, được cung cấp với các van mỗi đầu 33 hoặc 50cm Các ống phải chịu được áp dụng 120 bar mà không làm biến dạng Có thể thực hiện phun vữa đất với một TAM được chèn vào trong một hố khoan, được thực hiện trước khi tiến hành bơm ống nếu đất tự nhiên không đủ độ ổn định TAM là ống phun được đục các lỗ nhỏ (các điểm phun vữa) với các khoảng cách xác định, có thể bịt chống thấm vào đất bằng cách sử dụng một hỗn hợp gia cố (phun ống) Mỗi lỗ được đóng bởi đệm cao su chặt kín, hoạt động như van một chiều Sử dụng hệ thống đóng kín kép để cách ly điểm bơm phun khi phun vữa

b Khoan để lắp TAM

Đường kính khoan để lắp TAM phụ thuộc vào kích thước TAM và thông thường là từ 70 đến 100mm Trong giai đoạn khoan để lắp TAM, có thể thu thập các thông tin hữu ích để kết hợp các kiến thức hiện có về đất và thử nghiệm quy trình bơm phun Thông tin hiện có bao gồm các lỗ khoan khảo sát địa kỹ thuật và thí nghiệm tại công trường & trong phòng thí nghiệm sẽ phải được thực hiện trước khi tiến hành các biện pháp xử lý Trong trường hợp các ống gần như thẳng đứng, độ dốc tối thiểu là 1%

để dễ dàng thực hiện bơm phun Để hạn chế tổn thất về khối lượng và những ảnh hưởng có thể có đối với các công trình hiện hữu, thực hiện khoan sử dụng song song một ống kim loại tạm thời Trong trường hợp đạt đến hoặc vượt quá mức độ lún cho

phép khi thực hiện khoan, công tác khoan các lỗ tiếp theo sẽ phải tạm dừng và các TAM đã được lắp tại khu vực liên quan sẽ được sử dụng để bắt đầu bơm phun vào đất nhằm tăng độ bền cứng của đất tại khu vực bị ảnh hưởng Đồng thời, cần kiểm tra quy trình khoan để hiệu chỉnh và giảm thiểu mức thất thoát khối lượng Sau khi khoan, rửa sạch các lỗ bằng nước Ống kim loại tạm chỉ được rút ra sau khi đã hoàn tất công tác bơm phun Có thể chèn TAM độc lập với quá trình bơm phun

c Bơm phun ống:

Chất lượng bơm phun ống phải đảm bảo khả năng mở lại các van nhiều lần, trong suốt quá trình xử lý Vữa bơm phun ống sẽ được bơm trực tiếp vào khuôn hoặc trong trường hợp TAM đã được chèn vào trong lỗ, vữa bơm phun sẽ được bơm qua van sâu nhất của TAM, đã được cách ly bằng bộ nén đơn giản cho đến khi hỗn hợp vữa chảy tại đỉnh lỗ Sau đó, TAM sẽ được làm sạch bên trong để loại bỏ tất cả các hạt

xi măng Lưu lượng được bơm phun sẽ được ghi lại Tiến hành bơm phun cách ly từng ống phun với phần ống bọc Giá trị áp lực lớn nhất để mở các van là 120 bar Trường hợp hệ thống không mở, các van sẽ được mở ra để bơm nước và thành phần vữa bơm phun ống sẽ được xem xét

d Ống bọc:

Ống bọc được sử dụng để bịt kín hoặc cách ly một phần của lỗ bơm vữa, để vữa được bơm nhờ áp lực vào một phần của lỗ và để tránh vữa dịch chuyển theo trục Các ống bọc thụ động hoặc giãn nở bằng phương pháp cơ học hoặc bằng khí hơi Các ống bọc phải có độ dài đủ để giảm thiểu rủi ro vữa chảy qua các môi trường đã được đổ vữa Các ống bọc được sử dụng để tạo độ kín giữa thành lỗ bơm vữa và ống bơm phụt tại áp suất bơm phụt lớn nhất Cần lắp hệ thống rửa sạch để rửa vữa chảy qua, đặc biệt

có thể xảy ra khi bơm phụt vữa giai đoạn tiếp theo

Hình 1.4 Ống bọc đơn và kép

e Vật liệu bơm phụt:

Hỗn hợp vữa phải được trộn để có thể thâm nhập qua các khoảng trống có thể bơm phụt vữa Thông thường, sử dụng kết hợp các loại vữa khi bơm phụt vữa thấm nhập Trước tiên, vữa xi măng - bentonite rẻ được sử dụng để lấp các lỗ trống lớn hơn, sau đó vữa hóa chất đắt hơn được sử dụng để lấp các lỗ trống còn lại nhỏ hơn Các thông số quan trọng cần xem xét khi lựa chọn loại vữa và tỷ lệ hỗn hợp bao gồm:

Độ đặc của vữa: yêu cầu vữa có độ đặc thấp đối với vữa được bơm phụt, dịch

chuyển dung dịch lấp lỗ rỗng bên trong các khoảng trống, và khoảng cách yêu cầu qua các đoạn hẹp bên trong đất

Kích cỡ hạt: kích cỡ hạt nên mịn hơn (từ 3 đến 5 lần) đường dòng chảy gần

điểm bơm phụt để tránh bị tắc khi lọc Mối liên hệ giữa các hạt to nhất trong vữa và kích cỡ lỗ rỗng nhỏ nhất trong đất

Độ tăng cứng: Vữa cứng cần có độ tăng cứng đủ để cải thiện độ tăng cứng của

đất thấm nhập Chỉ cần độ tăng cứng rất thấp trong vữa để mang lại độ tăng cứng, độ kết dính và độ cứng đáng kề cho đất đã được xử lý Tốt hơn là lấp các lỗ trống bằng vữa yếu, hơn là lấp từng phần bằng vữa khỏe (dày hơn)

Thành phần hóa học của nước ngầm: đặc biệt liên quan đến các vữa hóa chất

được sử dụng, do có thể tác động đến thời gian đông và tính chất của vữa A xít và sun phát trong nước ngầm cũng có thể có ảnh hưởng lớn đến xi măng

Các yếu tố xem xét khác bao gồm:

- Tính sẵn có của vữa

- Độ bền vật lý của nền đất (tách nước < 2% đối với xi măng)

- Độ bền hóa học của vữa

- Phương pháp và bố trí bơm phụt đề xuất

- Tổng chi phí vật liệu và thiết bị yêu cầu

1.1.2.3 Phạm vi áp dụng:

Các ứng dụng chính của công nghệ phun vữa TAM:

- Gia cố khối đất phía bên trên và dưới khi thi công đào hầm dưới điều kiện khí nén

- Gia cố khối đất phía sau tường cọc vây, tường chắn

- Gia cố khối đất rời

- Chống thấm cho đê, đập

1.1.3 Công nghệ cọc cát:

1.1.3.1 Tổng quan về công nghệ:

Cọc cát là loại cọc được cấu tạo từ vật liệu rời đặt trong đất tham gia cùng đất nền chống đỡ tải trọng công trình Trong quá trình đổ cát và rút cọc ống tạo lỗ lên, cát được đầm chặt chèn vào đất yếu cả theo phương ngang bằng đầm rung

Đường kính cọc cát từ 30  50cm Chiều sâu của các loại cọc cát thường không quá 15m Nếu sâu quá thì khó đảm bảo sự duy trì liên tục theo phương thẳng đứng và

cả về chất lượng thi công chúng

Ưu điểm của cọc cát:

- Khi dùng cọc cát, trị số modun biến dạng trong cọc cát cũng như trong vùng đất bị nén chặt xung quanh sẽ giống nhau ở mọi điểm

- Tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất Phần lớn độ lún của nền đất có cọc cát thường kết thúc trong quá trình thi công, do đó tạo điều kiện cho công trình sớm đạt giới hạn ổn định

- Biện pháp thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp

Nhược điểm của cọc cát là tốn kém, thời gian thi công kéo dài gây xáo trộn kiến trúc nền đất, khó kiểm soát chất lượng cọc cát

1.1.3.2 Công nghệ thi công:

Trình tự thi công cọc cát như sau:

Hình 1.5 Sơ đồ thi công cọc cát

- Đặt ống vách đúng vị trí thi công cọc cát

- Đóng ống vách xuống nền đất bằng búa rung hoặc búa đóng

- Vừa đóng ống vách vừa kiểm tra đồng hồ đo chiều sâu mũi cọc Khi chiều sâu đạt 5m từ mặt đất, đặt thiết bị đo chiều sâu cát 3m từ mặt đất

- Khi đã đóng ống đến cao độ thiết kế, dừng búa rung, giữ nguyên ống vách, bắt đầu đổ cát vào

- Đặt đồng hồ theo dõi cao độ cát ở chế độ làm việc Rút ống vách lên đồng thời kiểm tra cao độ cát

- Dừng rút ống vách khi cao độ cát chỉ ra cát đã tụt 1,5m Tiến hành đầm chặt

và mở rộng đường kính cọc cát bằng cách ấn lại ống vách với mũi đầm xuống dưới

- Rút ống vách lên, đến cao độ cát tụt 3m, đầm chặt và mở rộng đường kính cọc Công việc lặp lại theo các cao độ tiêu chuẩn

- Khi đồng hồ đo độ sâu chỉ ống vách còn cách mặt đất 1m, cho mở van áp lực trên ống vách và dừng thổi khí nén, đóng van hút, rút chậm ống vách lên khỏi mặt đất

và tắt búa rung

1.1.3.3 Phạm vi áp dụng:

Công nghệ cọc cát tạo ra các ống mao dẫn (cọc cát) làm giảm mực nước ngầm, dùng có hiệu quả để nén chắt các lớp đất yếu có chiều dày lớn như cát nhỏ, cát bụi ở trạng thái rời ở trạng thái bão hoà nước, các loại đất cát có xen kẽ những lớp bùn mỏng, các loại đất dính yếu (sét, sét pha cát….) cũng như các loại đất bùn và than bùn Cọc cát dùng để gia cố đất yếu có chiều dày >3m

Không nên dùng cọc cát với đất quá nhão, không thể nèn chặt được (enc>1) hoặc đất có hàm lượng chất hữu cơ cao

1.1.4 Công nghệ sàn giảm tải bằng bê tông cốt thép:

Sàn giảm tải có cấu tạo gồm 2 bộ phận chính: Tấm sàn và hệ móng cọc Tấm sàn: Có tác dụng chịu toàn bộ tải trọng do hoạt tải và đất đắp phía trên nó Tấm sàn có cấu tạo là tấm bản bằng bê tông cốt thép hình chữ nhật Chiều dài của sàn giảm tải phụ thuộc vào phạm vi đắp cao của nền đường sau mố

Hệ móng cọc: là hệ thống các cọc (thông thường là cọc bê tông cốt thép) liên kết với tấm sàn, truyền trực tiếp tải trọng từ tấm sàn vào trong lòng đất

a Ưu điểm:

- Đây là phương pháp được xem là triệt để nhất trong bài toán sử lý nền đường sau mố đắp trên đất yếu Phương pháp này đảm bảo tải trọng tác dụng êm thuận Nền đường ổn định ngay, không cần chờ lún hoặc cố kết nền đất yếu

- Thời gian thi công nhanh do không phải chờ lún, không phải phân thành các giai đoạn thi công, không lãng phí các vật liệu thừa (như vật liệu gia tải)

- Sử dụng độc lập, thông thường áp dụng phương pháp sàn giảm tải thì không cần áp dụng các biện pháp khác kết hợp

b Nhược điểm:

Sàn giảm tải là giải pháp khá tốn kém song chưa được nghiên cứu tính toán cụ thể, việc lựa chọn chiều dài sàn giảm tải cũng là chủ quan Về lâu dài, nếu không có giải pháp xử lý triệt để lún thì nó sẽ vẫn xuất hiện lún cố kết theo thời gian, tạo nên sự lún chênh lệch giữa phần nền đường trên sàn giảm tải và phần đường không đắp trên sàn giảm tải Lúc đó, sự chênh lún là đáng kể nên cũng sẽ tạo ra điểm nhảy (bước nhẩy) tại vị trí này khi xe chạy qua, ảnh hưởng lớn đến quá trình khai thác.Sàn giảm tải chỉ phát huy hiệu quả khi sử dụng cho những đoạn đuờng nâng cấp sau một thời gian khai thác, lúc đó độ lún cố kết theo thời gian gần tắt thì việc khống chế lún phần đầu cầu sẽ rất hiệu quả

1.1.5 Công nghệ bấc thấm:

Giải pháp xử lý đất yếu bằng bấc thấm chỉ phát huy hiệu quả cao ở những khu vực có bề dày không lớn (thường < 15m) Đối với giải pháp này cần thiết áp lực đất đắp hoặc đất yếu đủ lớn để nước trong đất yếu thoát ra ngoài, làm tăng tốc độ cố kết và cường độ đất nền Giải pháp này có ưu điểm là không cần cát lớn trong xử lý Nếu áp dụng giải pháp này cần có điều tra nghiên cứu chi tiết về đất yếu như hàm lượng hữu

cơ, thành phần khoáng hóa của đất vì nếu như đất có chưa hàm lượng hữu cơ lớn thì khả năng thoát nước từ đất yếu của bấc thấm rất khó khăn và hiệu quả không cao Mặt khác thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm cần có thời gian lưu tải tương đối dài để cố kết thấm cũng như phải khống chế tiến trình đắp

Lõi bấc thấm là một băng chất dẻo có nhiều rãnh nhõ để cho nước mao dẫn dưới sự tăng lên của áp lực nước lỗ rỗng, nước được đưa lên cao và thoát ra ngoài Lõi chất dẻo được bọc bằng một lớp vải địa kỹ thuật có khả năng thấm nước tốt và có khả

năng chịu kéo Lớp vải địa kỹ thuật được bọc nhằm tác dụng để ngăn không cho các hạt đất trôi theo dòng nước

Để cắm bấc thấm vào trong đất người ta dùng một máy chuyên dụng tự hành,

bộ phận chính của máy là một cần bằng thép rỗng kích thước 120x50mm, đầu dưới làm hơi hẹp lại, bên trong cần này luồn bấc thấm, đầu cần có bản neo dùng để móc bấc thấm Cần được cắm xuống đất, khi cần được rút lên bản neo được giữ lại và kéo theo

cả bấc thấm Khi cần rút lên khỏi mặt đất người ta dùng kéo cắt bấc thấm và chuyển sang chỗ khác

a Ưu điểm:

- Sử dụng trong vùng có đất yếu dày, nằm sâu

- Thiết bị thi công tương đối đơn giản, thường cải tiến từ máy đào, cần cẩu thuỷ lực

- Tiến độ thi công nhanh

- Tiết kiệm được khối lượng đào đắp (nếu thay đất), giảm được chi phí vận

chuyển

b Nhược điểm:

- Không có tác dụng thay đất như giếng cát hay cọc cát

- Dùng kém hiệu quả khi lớp đất yếu là bùn hữu cơ (vấn đề này đang nghiên cứu)

- Chiều sâu cắm bấc thấm sâu hạn chế hiệu quả thoát nước, do bấc có thể bị thay biến hình, không thẳng, có thể bị đứt, nếu bấc dài >20m

- Phương pháp xử lý này vẫn còn nhiều tồn tại như còn nghi ngờ không đảm bảo liên tục dưới biến dạng lớn

1.2 Lịch sử phát triển, các ứng dụng và phạm vi áp dụng của các công nghệ gia cố nền đất

Ở châu Á, công nghệ trộn sâu được phát triển ở Nhật Bản từ năm 1960, và sử dụng rộng rãi ở Thái Lan từ năm 1998 Các ấn phẩm tham khảo, tài liệu hướng dẫn, các văn bản tiêu chuẩn đã được thực hiện, nghiên cứu Theo thời gian, công nghệ này ngày càng được sử dụng phổ biến Ngày nay, Nhật Bản là quốc gia đi đầu trong việc nghiên cứu và phát triển đất trộn sâu Tại quốc gia này, từ 1977 đến 1998, có 38 triệu mét khối đất được cải thiện, bao gồm cả đất liền và đất ven biển Đối với đất liền (đồi

núi, đồng bằng), phương pháp trộn sâu được áp dụng để ổn định mái dốc, ngăn chặn lún, cải tiến khả năng chịu lực của nền Đối với đất ven biển, 50% ứng dụng vào cải tiến nền móng của kè biển Ở các khu vực đồng bằng sông lớn, chủ yếu là đất sét mềm, nhu cầu cải thiện đất tăng lên

Các nước châu Á đã có thể kiểm soát được chất lượng đất trộn qua ba giai đoạn: thiết kế trộn, quá trình trộn và kiểm tra lỗ khoan Đối với thiết kế trộn, tiêu chuẩn

“Bảng tóm tắt phương pháp thực hiện và bảo dưỡng mẫu đất không nén (JGS0821)”

do hội địa kỹ thuật của Nhật Bản ban hành và được sử dụng rộng rãi Trong quá trình trộn, số vòng trộn và khối lượng xi măng được kiểm soát trong suốt quá trình Đối với kiểm tra lỗ khoan, thí nghiệm khoan lõi và nén nở hông được áp dụng rộng rãi ở Nhật Bản Thí nghiệm nén nở hông và kéo cọc hoặc thí nghiệm cột tải trọng được dùng ở Thái Lan

Ở châu Mỹ, công nghệ trộn sâu được sử dụng đầu tiên vào năm 1987 ở Hoa Kỳ, trong dự án giảm nhẹ hóa lỏng ở đập Jackson Lake, Wyoming Vào năm 1990, dự án xây dựng đường cao tốc ở Boston, Massachusetts đã mở ra cơ hội cho các kỹ sư và các nhà thầu cung cấp các giải pháp trong bối cảnh địa chất khu vực khó khăn Công nghệ trộn sâu được lựa chọn nhằm hỗ trợ công việc đào và ổn định khối đất Khi khối lượng trộn sâu của dự án vượt nửa triệu mét khối, nó đã thể hiện cách nhìn sâu sắc đáng kể

về khả năng và các vấn đề trong khi thực hiện và chi phí liên quan đến công nghệ này Thiết bị công nghệ trộn sâu bao gồm một đến bốn công cụ, được vận hành bởi thủy lực hoặc động cơ điện Động cơ và trục được thiết kế đặc biệt, điều khiển lên và xuống bởi một cần cẩu hoặc một bộ phận tích hợp ngay trên cần cẩu Công cụ trộn bao gồm các thanh dày, đường kính 200 - 300mm, đường kính trung tâm lỗ 50-75mm để vận chuyển bùn

Các tổ chức quốc tế liên quan đến công nghệ trộn sâu được thành lập ở Nam

Mỹ, tạo điều kiện cho sự phát triển, phổ biến kinh nghiệm và hợp tác quốc tế, các diễn đàn mở ra giúp cho việc nghiên cứu và thực hành công nghệ được thuận lợi Các hội nghị và các cuộc thảo luận về công nghệ được tổ chức để nâng cao nhận thức và tin tưởng của người dùng Viện nền móng sâu (DFI) đã thành lập ủy ban về công nghệ đất trộn vào năm 1998 Thành viên ủy ban, trong đó có một số thành viên quốc tế là các

kỹ sư, nhà thầu, nhà đầu tư, những người mong muốn làm việc với nhau để cải thiện

kế hoạch, thiết kế, xây dựng của dự án liên quan đến trộn sâu Ủy ban được thành lập nhằm loại bỏ các vướng mắc trong áp dụng công nghệ và hướng dẫn người thực hiện Một tổ chức khác cũng được thành lập ở Mỹ, đó là USACE, tham gia cải tạo đất bị ô nhiễm, áp dụng công nghệ trộn sâu cho tường chắn, đê kè Có thể nói, trộn đất được áp dụng phổ biến trong ngành công nghiệp xây dựng ở Mỹ, bao gồm sáu ứng dụng cơ bản: hệ thống hàng rào thủy lực, tường chắn, gia cố nền móng, hỗ trợ công tác đào, tăng cường khả năng chống chọi với các địa chất và xử lý môi trường

Công nghệ khoan phụt vữa cao áp được phát minh ở Nhật Bản năm 1970 Sau

đó các công ty của Ý, Đức đã mua lại phát minh trên và đến nay nhiều công ty xử lý nền móng hàng đầu thế giới hiện nay như công ty Layne Christensen (Mỹ), Bauer (Đức), Keller (Anh), Frankipile (úc) đều có sử dụng công nghệ này Trải qua hơn ba mươi năm hoàn thiện và phát triển, đến nay công nghệ này đã được thừa nhận rộng khắp, được kiểm nghiệm và đưa vào tiêu chuẩn ở các nước phát triển trên thế giới

Ở Việt Nam, công trình đầu tiên ứng dụng cọc xi măng đất là dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) năm 2002, đã sử dụng 4000 cọc xi măng đất có đường kính 60cm bằng phương pháp trộn khô Sau đó công nghệ trộn cơ khí được áp dụng rộng rãi trong các dự án giao thông khác Tháng 5 năm 2004, nhà thầu Nhật Bản lần đầu tiên sử dụng công nghệ jet-grouting để sửa chữa khuyết tật cho các cọc khoan nhồi ở cầu Thanh Trì (Hà Nội) Cũng năm 2004, Việc khoa học thủy lợi đã ứng dụng công nghệ Jet-grouting trong đề tài nghiên cứu công nghệ nâng cấp, sửa chữa cống dưới đê sông Hồng và sông Thái Bình Nhóm đề tài đã ứng dụng công nghệ vào sửa chữa chống thấm cho Cống Trại - Nghệ An, cống D10 - Hà Nam, chống thấm ở nhà máy thủy điện Sơn La thành công Hiện nay công nghệ bơm phụt vữa áp lực đang được quan tâm chú ý và phát triển mạnh Trong lĩnh vực giao thông vận tải, công nghệ này được ứng dụng cho trong đường cao tốc có chiều cao đất đắp trên 8m qua vùng đất yếu, hỗ trợ thi công các công trình ngầm, chống thấm… Công nghệ phun vữa thấm áp lực vẫn còn trong giai đoạn đầu, còn nhiều tranh luận về công nghệ, cách thức thực hiện, chưa có quy trình hướng dẫn một cách cụ thể Tuy vậy do có nhiều ưu điểm nên công nghệ này ngày càng phát triển và được áp dụng ở nhiều nước

Khả năng xói của tia nước đã được áp dụng cho đào đất từ rất sớm, đặc biệt trong khai thác mỏ Kỹ thuật phun vữa thấm áp lực cao được phát minh ở Anh đầu

thập niên 50 nhưng được ứng dụng lần đầu ở Nhật Bản vào thập niên 70 Những nghiên cứu và phát triển ban đầu sử dụng nguyên lý về cắt và xói đất vào khoảng năm

1965 bởi Yamakado và các cộng sự Trong thời gian này, phun vữa áp lực cao được sử dụng để tạo tường ngăn nước Cuối thập niên 70, hầu hết các kỹ thuật cơ bản của công nghệ đã được tìm ra và chấp nhận trên thế giới, chủ yếu ở Đức, Ý, Pháp, Brazil Ở Nam Mỹ, cho đến 1984 mới ứng dụng công nghệ phun vữa thấm áp lực cao vào một

số dự án nhỏ Sự chậm trễ áp dụng này là do nhiều nguyên nhân: những rủi ro khi áp dụng công nghệ mới, tính không phù hợp của phương pháp với điều kiện địa phương, chi phí cao, hay các vấn đề kỹ thuật khác dẫn đến việc kém hiệu quả của phương pháp Cuối thập niên 80, ý tưởng dùng hai tia giao nhau để hạn chế khả năng cắt của tia vữa

áp lực cao (crossjet grouting) được hình thành, giúp thi công đường kính cọc chính xác

và áp dụng cho mọi loại đất Đầu thập niên 90, công nghệ phun vữa áp lực cao phát triển thêm một tầng mới, công nghệ superjet grouting ra đời tạo ra cọc có đường kính lớn hơn 5m, thậm chí lên đến 9m trong nền đất yếu

1.3 Giới thiệu công nghệ phun khoan phụt vữa cao áp

Công nghệ phun vữa thấm áp lực có thể chia thành các loại sau:

Hình 1.6 Một số công nghệ khoan phụt vữa

- Khoan phụt thẩm thấu (permeation grouting): là biện pháp ép vữa bằng hóa chất hoặc các loại xi măng cực mịn với áp lực nhỏ để vữa tự đi vào các lỗ rỗng, trộn lẫn vào đất đến khi bão hòa Quá trình này được dùng phổ biến để tạo ra kết cấu chịu được tải trọng tập trung, ổn định cho hầm, ngăn nước Phương pháp này hạn chế ứng dụng cho đất có thành phần cát và sỏi ít hơn 18% đất bùn và 2% đất sét Độ sâu của mực nước ngầm không quan trọng với thoát nước tự do trong đất, mặc dù nước bị thay

thế bởi vữa được tiêm vào Giá trị SPT của đất từ 10 trở nên Nhược điểm của phương pháp này giá thành vật liệu cao nên ít được sử dụng

- Khoan phụt kiểu truyền thống (có nút bịt): là kỹ thuật sử dụng áp lực phụt để

ép vữa xi măng (hoặc ximăng - sét) lấp đầy các lỗ rỗng trong các kẽ rỗng của nền đá nứt nẻ Phương pháp này sử dụng khá phổ biến trong khoan phụt nền đá nứt nẻ, quy trình thi công và kiểm tra đã khá hoàn chỉnh Tuy nhiên với đất cát mịn hoặc đất bùn yếu, mực nước ngầm cao hoặc nước có áp thì không kiểm soát được dòng vữa sẽ đi theo hướng nào

- Khoan phụt kiểu ép đất: là biện pháp sử dụng vữa phụt có áp lực, ép vữa chiếm chỗ của đất

Ba công nghệ trên có ưu điểm là tốc độ thi công nhanh, đường kính cọc đảm bảo đồng đều Nhược điểm là thiết bị cồng kềnh, cần có một dàn cao để gắn cần khoan, chiều sâu xử lý hạn chế trong khoảng 20m, do cắt đất bằng các cánh cắt nên bị hạn chế khi gặp đất lẫn rác, đất sét, chất lượng cọc không đều

Ngoài ba công nghệ trên, có thể kể đến công nghệ jet - grouting (khoan phụt vữa cao áp) với các ưu điểm hơn hẳn các công nghệ trên Khoan phụt vữa cao áp được phát minh năm 1970 ở Nhật, trải qua hơn ba mươi năm phát triển, công nghệ này đã được thừa nhận rộng khắp, được kiểm nghiệm và đưa vào tiêu chuẩn ở các nước phát triển

1.3.1 Tổng quan về công nghệ khoan phụt vữa cao áp:

Công nghệ Jet - Grouting (khoan phụt vữa cao áp) là một công nghệ trộn sâu dạng ướt (wet mixing) Khoan sâu vào nền đất và tạo cọc bằng tia nước, tia vữa áp lực Nhờ có tia nước với tia vữa phun ra với áp suất cao (200- 400 atm), vận tốc lớn (≥ 100m/s), các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hòa trộn với vữa phụt đông cứng tạo thành một khối đồng nhất là cọc xi măng đất, có cường độ tốt hơn và hệ

số thấm thấp hơn

Hình 1.7 Công nghệ khoan phụt vữa cao áp

Khối lượng đất được xử lý qua môt lần khoan duy nhất Các phần tử thông dụng nhất:

- Trần: Được tạo bởi các phần tử nằm ngang (Hình 1.8c)

- Khối: Kết cấu ba chiều

1.8a Màng bêtông đất

1.8b Bản bêtông đất 1.8c Vòm bêtông đất

Hình 1.1 Các dạng kết cấu khoan phụt vữa cao áp

Công tác khoan phun tia có thể thực hiện từ các công trình ngầm thẳng đứng, nghiêng hay nằm ngang Trường hợp thực hiện từ công trình ngầm nằm ngang, kỹ thuật này chỉ nên áp dụng trong đất hạt mịn để hạn chế tác động của áp lực khoan phun gây ra các sự cố phá huỷ như đẩy trồi khối đất trên mặt

1.3.2 Ưu - nhược điểm, phạm vi áp dụng công nghệ khoan phụt vữa cao áp

1.3.2.1 Ưu, nhược điểm công nghệ:

Ưu điểm của công nghệ:

- Chất lượng cọc đồng đều, đường kính cọc có thể thay đổi, thiết bị linh hoạt cho phép làm việc trong những môi trường chật hẹp, đặc biệt khả năng xử lý trong những điều kiện đặc biệt (đáy công trình, cục bộ dưới sâu )

- Phạm vi ứng dụng rộng, có thể xử lý với hầu hết các loại đất trừ sỏi cuội hạt lớn

- Có thể xử lý lớp đất yếu một cách cục bộ mà không làm ảnh hưởng tới lớp đất tốt

- Thi công được trong nước Không ô nhiễm nước và môi trường khi sử dụng

- Khi thi công cần có mặt bằng rộng để tập kết các loại máy móc (bể lọc, bể trộn dung dịch xi măng và nước, máy phát điện, máy tạo áp lực )

- Khi thi công phụt áp lực cao, liên tục, nếu xảy ra tắc nghẽn, áp lực cao gây ra hiện tượng đẩy trồi và sụp đổ trong đất, ảnh hưởng tới các công trình lân cận

- Khoan phụt vữa cao áp tạo ra một lượng đất bùn trồi lên cần phải xử lý

- Việc thiết kế, thi công đòi hỏi kỹ thuật và kinh nghiệm thực tế rất cao của đơn

vị thiết kế, thi công Nếu sai sót trong thiết kế hoặc sự cố trong thi công sẽ dẫn đến sản phẩm cột xi măng đất không đạt chất lượng

- Công nghệ mới đòi hỏi trang bị nhiều loại máy móc, thiết bị có giá thành cao

- Thiết bị thi công hoạt động ở chế độ áp lực cao đòi hỏi công nghệ thiết bị phức tạp, đặc biệt là bơm cao áp, thiết bị có giá thành cao

1.3.2.2 Phạm vi ứng dụng công nghệ khoan phụt vữa cao áp:

Khoan phụt vữa cao áp có thể được sử dụng cho các mục đích khác nhau đối với cả công việc tạm thời hoặc vĩnh viễn:

- Kiểm soát nước ngầm: ngăn không cho nước ngầm thấm qua vào hố đào, chống thấm ở đường hầm, hạn chế chất thải thấm xuống đất ảnh hưởng đến nước ngầm

- Kiểm soát chuyển vị công trình: hạn chế chuyển vị ngang trong quá trình thi công hố đào hay thi công hầm, tường chắn, chống đỡ cho vách hầm trong quá trình thi công hoặc khai thác, dùng trong gia cố mái dốc, tăng hệ số ổn định nền đường đào

- Tăng cường khả năng chịu tải trọng công trình: gia cố móng các công trình lân cận trong quá trình thi công hố đào, tăng khả năng chịu lực móng, nền đất do khả năng chịu tải của công trình bị giảm theo thời gian hay do việc gia tăng tải trọng vượt quá mức cho phép

- Bảo vệ môi trường: tạo thành tường theo phương đứng hoặc ngang ngăn chặn hoặc hạn chế dòng chất thải gây ô nhiễm

1.3.3 Các nhân tố ảnh hưởng tới công nghệ khoan phụt vữa cao áp:

Trộn chất kết dính vào đất sẽ đem lại những thay đổi đáng kể trong hầu hết các tính chất của đất Thuộc tính cường độ của đất ổn định phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau:

- Điều kiện địa chất ở hiện trường

- Lượng nước còn lại trong hỗn hợp xi măng đất: nước trong đất, tỷ lệ N/XM:

<1 để tăng tính đồng nhất của sản phẩm, áp lực dư trong quá trình phụt tạo ra chênh áp đẩy nước trong hỗn hợp ra, quan trọng đối với đất cát, quá trình cố kết trong cọc xi măng đất có độ ẩm cao dưới tác dụng của tải trọng bản thân nó Tăng lượng nước so với tỷ lệ với chất rắn làm giảm cường độ hỗn hợp

- Tính không đồng nhất của sản phẩm xi măng đất: do không kiểm soát tốt quá trình phụt vữa, hư hỏng đầu phun, quá trình rút cần, không trộn đều vữa với đất (cần phải xoay cần từ 4-6 vòng)

- Tính không đồng nhất của đất nền

- Áp lực phun: Khi tiến hành xói đất với áp lực cao, khoảng cách xói sẽ gia tăng tối đa khi áp lực phun vượt quá cường độ nén có nở hông của đất Như vậy áp lực cao sẽ rút ngắn thời gian thi công Khi phụt vữa bên dưới mực nước ngầm, tiêu hao năng lượng của tia nước là vấn đề cần xem xét, khí màn che sẽ làm gia tăng hiệu quả cắt của tia nước lên 5 lần

1.4 Công nghệ thi công khoan phụt vữa cao áp

1.4.1 Nguyên lý làm việc

Công nghệ khoan phụt vữa cao áp là công nghệ sử dụng bơm vữa ximăng với

áp lực cao để cắt đất trộn với vữa xi măng tại chỗ dưới sâu Quy trình thi công khoan phụt vữa cao áp được tiến hành như sau:

- Khoan xuống: Đưa cần khoan đến vị trí đáy cọc dự kiến Trong quá trình đưa cần khoan xuống có thể phụt nước ra đầu mũi khoan với áp lực nhỏ (khoảng 10at) để làm mềm đất, giúp đưa cần khoan xuống nhanh hơn

- Rút lên: Khi cần khoan đến vị trí cần thiết, thả một viên bi chặn đầu ra mũi khoan và vừa rút cần khoan vừa bơm vữa với áp lực lên đến 200 at Hỗn hợp nước và vữa phun ra đầu mũi phun (nozzel) sẽ cắt đất và trộn với dung dịch vữa để tạo thành cọc xi măng - đất Để tạo thành tường chống thấm trong nền (hoặc dưới đáy công trình) các cọc xi măng - đất phải chồng lấn lên nhau (overlap)

1.9a Công đoạn khoan 1.9b Công đoạn phun ép

Hình 1.9 Nguyên lý tạo cột khoan phụt vữa cao áp

Công tác khoan thực hiện bằng công nghệ khoan xoay vỡ xói nước bằng tia thẳng đứng, sử dụng loại cần khoan và mũi khoan chuyên dụng Quá trình phun vữa được thực hiện từ dưới lên trên, vừa phun vừa xoay và rút cần khoan lên Hỗn hợp đất

- nước - ximăng thừa sẽ trào lên mặt đất theo khe hở bên thành hố khoan Dòng trào ngược là một trong những yếu tố quan trọng phản ánh chất lượng của vật liệu xi măng

- đất tạo thành, và do đó cần được lấy mẫu theo một quy trình nhất quán để phân tích, thí nghiệm Ngoài ra, trong quá trình phụt phải liên tục theo dõi các thông số thiết kế khác như áp suất phụt vữa, lưu lượng vữa tiêu hao

Hình 1.10 Trình tự thi công công nghệ

Theo lịch sử phát triển, đã có 3 công nghệ S, D và T ra đời nhằm đạt được mục tiêu tạo cọc có đường kính lớn hơn và chất lượng trộn đồng đều hơn:

- Công nghệ đơn pha (Công nghệ S): Sử dụng cần khoan nòng đơn với đầu mũi chỉ có một lỗ phun (nozzel) Vữa phụt ra với vận tốc 100m/s, vừa cắt đất vừa trộn vữa với đất một cách đồng thời, tạo ra một cọc đất-ximăng đồng đều Theo công nghệ này, thông thường đường kính cọc tạo ra từ 60 đến 80 cm tùy vào loại đất Khả năng tạo chiều dài cọc đến 25m Phun đơn sử dụng ít hiệu quả trong đất dính hơn đất rời Đây là thế hệ thiết bị loại đầu, nay ít dùng

Hình 1.11 Công nghệ đơn pha

- Công nghệ hai pha (Công nghệ D): Sử dụng cần khoan nòng đôi, lõi trong bơm vữa, lõi ngoài bơm khí Lỗ phun kép có 2 vòng, vòng trong phun vữa, vòng ngoài phun khí Hỗn hợp vữa được bơm ở áp suất cao (> 200 atm) phun ra ở vòng trong, đồng thời bơm khí nén (> 20atm) phun ra ở vòng ngoài Tia khí nén sẽ bao bọc quanh tia vữa làm giảm ma sát, cho phép vữa xâm nhập sâu vào trong đất, do vậy tạo ra cọc đất-ximăng có đường kính lớn Theo công nghệ này, thông thường đường kính cọc tạo

ra từ 80 đến 150 cm tùy vào loại đất Khả năng tạo chiều dài cọc đến 45m Đây là thiết

bị phổ biến hiện nay

Hình 1.12 Công nghệ hai pha

- Công nghệ ba pha (Công nghệ T): Sử dụng cần khoan nòng 3 Đầu mũi khoan gắn 2 lỗ phun, lỗ phun đơn phía dưới để phun vữa, lỗ phun kép nằm phía trên để phun nước và khí Nước được bơm dưới áp suất cao, kết hợp với dòng khí nén xung quanh tia nước có tác dụng phá vỡ đất sơ bộ Vữa được bơm qua một vòi riêng biệt nằm dưới lấp đầy vữa vào các phần tử đất vữa được phá vỡ Theo công nghệ này, thông thường đường kính cọc tạo ra từ 100 đến 500 cm tùy vào loại đất Khả năng tạo chiều dài cọc đến 50m Loại thiết bị này ít phổ biến, chỉ sử dụng khi có những yêu cầu phải tạo cọc có đường kính 3 ~ 5m hoặc những yêu cầu đặc biệt khác Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong việc xử lý khối lượng đất lớn, trên diện rộng

Hình 1.13 Công nghệ ba pha

Các ống nối chịu áp lực cao và đường cáp điều khiển nối máy bơm với máy khoan Cần khoan dài từ 1,5m đến 3m Lỗ khoan được nối với rãnh thu để đưa bùn chảy vào vị trí máy hút bùn Tại đây hỗn hợp nước - đất- ximăng được bơm ra khỏi hiện trường hoặc sử dụng lại Hệ thống thiết bị trộn và bơm khoan phụt cao áp cho các

hệ thống khoan phụt cao áp khác nhau gồm có:

- Đối với hệ đơn pha: thùng chứa xi măng và các vật liệu khác, thiết bị trộn khô, thùng khuấy, bơm vữa cao áp;

- Đối với hệ hai pha (khí): giống như trên và có thêm một máy nén khí

- Đối với hệ ba pha: giống như hệ hai pha và có thêm một máy bơm nước cao áp

1.4.2 Vật liệu và thiết bị thi công

Thiết bị công nghệ khoan phụt vữa cao áp có thể được chế tạo và phát triển bởi chính các nhà thầu thi công hoặc được chế tạo sẵn trên thị trường Công nghệ pha

trộn đất bao gồm: đất, chất kết dính, thiết bị trộn (thủ công hoặc tự động hóa) Chất kết dính được trộn ướt, có thể là xi măng, vôi, xỉ đất, tro bay, chất phụ gia Tất cả các chất kết dính nói trên đều có thành phần hóa học tương tự nhau: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, K2O, Na2O, SO3, chúng chỉ khác nhau về số lượng và tỷ lệ Vôi và xi măng là hai chất kết dính sử dụng phổ biến nhất hiện nay Sự phù hợp của chất kết dính và sự kết hợp giữa các chất được xác định dựa trên việc tăng cường độ của đất được xử lý Các chất kết dính chính được sử dụng với đất trộn:

- Vôi: khi trộn vôi sống với đất, hydrat hóa sẽ xảy ra, dẫn đến hình thành canxi hydroxit (CH), một số được hấp thụ vào các hạt đất, trao đổi ion với Na+, K+ trong đất, keo tụ các hạt đất sét, dẫn tới những thay đổi cấu trúc đất

- Xi măng: trong xi măng ngoài cacsbon cũng chứa một lượng đáng kể lưu huỳnh (S), khi hydrat hóa xảy ra, hình thành liên kết C-S-H, canxi hydroxit (CH) Giống như vôi, CH phản ứng với các khoáng chất trong đất, góp phần gia tăng cường

độ lâu dài đất

- Xỉ: cũng phản ứng với khoáng chất đất tương tự xi măng Trong xỉ, tỷ lệ các bon và lưu huỳnh thấp hơn so với xi măng, xỉ thường được dùng kết hợp với các chất kết dính khác nhằm tăng hiệu quả, tăng cường độ do quá trình phản ứng giữa các chất nhanh hơn

- Tro bay: hoạt động chủ yếu như một vật liệu pozzolanic, nghĩa là silic và nhôm phản ứng dễ dàng với các CH được thêm vào hoặc hình thành trong đất sau khi trộn, tạo ra các liên kết trong đất, làm tăng cường độ đất

Khoan phụt vữa cao áp là một kỹ thuật thường được sử dụng trong xây dựng ngầm nhằm thay đổi cấu trúc của đất ổn định hơn Kỹ thuật này liên quan đến việc làm xói mòn đất bằng áp lực vữa phun cao Kết quả của quá trình này là cột đất xi măng có cường độ,

độ cứng và độ thấm tốt hơn so với đất hiện trạng Thiết bị dây chuyền bao gồm:

- Giàn khoan: có thể tự động điều chỉnh vòng xoay và tự dịch chuỗi phun áp lực và thiết bị điều khiển

- Chuỗi phun: được sử dụng để truyền vữa xuống các lỗ đến độ sâu cần thiết

- Thiết bị điều khiển: gắn vào phần cuối của chuỗi bao gồm mũi khoan và vòi phun

- Vòi phun là thiết bị đặc biệt, phun dòng chất lỏng áp lực cao với tốc độ cao hướng vào đất

Hình 1.14 Thiết bị sử dụng khoan phụt vữa

Công cụ trộn là các máy khoan buồng đôi hoặc buồng đơn Cả hai loại này đều có lưỡi cắt và trộn, điều khiển bằng thủy lực hoặc động cơ Thiết bị và phương pháp trộn sâu hay nông được phát triển ở nhiều nước châu Âu, như: phương pháp trộn của Bauer (MIP), phương pháp trộn Nordic, phương pháp COLMIX, phương pháp TREVIMIX, hệ thống trộn đất Bauer (CSM), phương pháp trộn ướt TURBOJET

Hình 1.15 Dây chuyền thi công khoan phụt vữa cao áp hãng YBM - Nhật Bản

Dây chuyền công nghệ khoan phụt vữa cao áp từ hãng YBM của Nhật bản Dây chuyền gồm các thiết bị chính sau:

+ Máy khoan- phun vữa YBM-2P (S) II, nặng 750 kg, công suất động cưo 7,5 Kw; 200 V/3 pha; đường kính cần khoan 42 mm, mỗi đoạn cần dài 3m được ghép nối ren côn, có thể khoan đến độ sâu 30m; vòi bơm cao áp có thể vươn xa 100m Máy hoạt động theo chế độ tự động được đặt trước

+ Máy bơm áp lực cao SG-75 SV nặng 2750 kg, áp lực bơm 200-400 Atm, công suất động cơ 55 Kw, điện thế 200 V/3 pha;

+ Máy trộn vữa GM-2 nặng 370 kg công suất 60 lít/phút; động cơ 4Kw;

+ Máy phát phát điện 155 KvA/3 pha 200 V; nặng 2T

+ Cẩu thuỷ lực 5T; ôtô 7T; máy bơm nước;

Khả năng thi công 15m cọc/giờ (tính trong điều kiện lý thuyết, không kể thời gian dịch chuyển máy và công việc phụ khác); Nhân công vận hành chính: 5người (không kể lao động phổ thông khác);

1.4.3 Kiểm soát chất lượng

Bao gồm ba quá trình chủ yếu sau:

- Kiểm soát trong quá trình thiết kế hàm lượng trộn được thực hiện trong phòng, bước này đưa ra được hàm lượng trộn và cách thức trộn một cách hợp lý

- Kiểm soát trong quá trình thi công: số vòng quay của mũi trộn, số lần trộn/ mét cột, lượng xi măng sử dụng

- Kiểm soát sau khi thi công cột: tiến hành các thí nghiệm kiểm tra chất lượng cột như: đào lộ đầu cọc, khoan lấy mẫu để thí nghiệm, xuyên cắt cây cọc, thí nghiệm bàn nén nền hỗn hợp

Trong khoan phụt vữa cao áp các thông số sau đây thường được theo dõi: áp lực chất lỏng, tỷ lệ dòng chảy của chất lỏng, thành phần vữa, tốc độ quay và độ xê dịch chuỗi khoan phụt cao áp Các thiết bị bơm phun gần đây nhất được phát triển cho phép

áp lực của chất lỏng phân tách (nước hoặc vữa) lên đến 70Mpa và tốc độ dòng chảy

650 l/phút

Phương pháp khoan phụt vữa cao áp thực hiện các lỗ khoan nằm ngang hoặc gần nằm ngang (trong vòng ±20o so với phương nằm ngang) Để xác định vị trí nằm ngang của cột vữa phun áp lực ở một độ sâu nhất định, độ nghiêng dọc phải được xác minh Về cơ bản có 3 phương pháp để đo vị trí này:

- Sử dụng một ống đo độ nghiêng trong cột bơm vữa tươi: chỉ có thể được sử dụng nếu cột bơm vữa phun vẫn đủ vữa, điều này khó xảy ra, ống đo độ nghiêng không chính xác

- Sử dụng một máy đo độ nghiêng bên trong chuỗi phun vữa áp lực sau khi khoan: hoạt động tốt nhưng đòi hỏi một khoảng dừng trong quá trình phun, gây tốn kém

- Tích hợp một máy đo độ nghiêng trong chuỗi phun trong vữa: dữ liệu đo độ nghiêng đọc được trực tuyến và điều chỉnh ngay lập tức đến vị trí chuỗi phun Độ chính xác vữa phun áp lực trong đất là ±0.5% cho lỗ khoan lên đến 15m, ±1% cho lỗ khoan sâu 30m

1.5 Kết luận

Cải thiện đất là sự thay đổi và phát triển các thuộc tính của đất yếu nhằm giúp cho nó đủ khả năng chịu được tải trọng của công trình, giải quyết một loạt các vấn đề địa kỹ thuật sau:

- Cải thiện đất yếu nhằm giảm lún, tăng sức chống cắt, cải thiện ổn định tổng thể của kết cấu công trình, tường móng hoặc kè

- Giảm thiểu đất nhão

- Cải thiện độ ổn định mái dốc, giảm lở đất

- Giữ lại vùng đất không ổn định

- Cải thiện khả năng thi công và sử dụng vật liệu đào

- Đẩy nhanh tốc độ đạt được sức chống cắt mong muốn của đất

Tại Việt Nam, các công nghệ thi công gia cố nền đất yếu đã được áp dụng rộng rãi trên nhiều công trình và chứng minh được hiệu quả kỹ thuật, kinh tế của nó Ngoài các đơn vị thi công chuyên nghiệp nước ngoài, các đơn vị thi công trong nước cũng dần khẳng định vị trí, khả năng thi công của mình trong lĩnh vực này Tuy nhiên, xử lý nền đất yếu bằng các giải pháp trên cũng gặp thất bại ở một số công trình Nguyên nhân thất bại ngoài do thiết kế, quy trình thi công thì còn do lựa chọn sai công nghệ để

áp dụng cho công trình cụ thể Vì vậy, trước những điều kiện cụ thể của công trình, cần lựa chọn công nghệ thi công phù hợp để hiệu quả xử lý đạt kết quả tốt nhất

Trên cơ sở đó, luận văn lựa chọn tập trung nghiên cứu công nghệ phun vữa áp lực cao jet - grouting để gia cố nền đất và ứng dụng của phương pháp trong thi công tuyến metro số 3 Nhổn - ga Hà Nội Mặt khác, luận văn cũng trình bày khả năng áp dụng công nghệ phun vữa thấm TAM vào tuyến metro này để làm cơ sở so sánh với công nghệ khoan phụt vữa cao áp Từ đấy thấy được những ưu điểm vượt trội của công nghệ khoan phụt vữa cao áp so với công nghệ phun vữa thấm