Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến sức chịu tải của cọc xi măng đất tại công trình đại lộ đông – tây, thành phố Hồ Chí Minh

TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 18-02/2016

37

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG XI MĂNG ĐẾN
SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC XI MĂNG - ĐẤT TẠI CÔNG TRÌNH
ĐẠI LỘ ĐÔNG – TÂY, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
STUDY ON THE AFFECTION OF CEMENT CONTENT TO THE LOAD
CAPACITY OF DEEP SOIL MIXED COLUMN IN EAST – WEST HIGHWAY, HO
CHI MINH CITY
TS. Nguyễn Thành Đạt, ThS. Đỗ Thanh Tùng
Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng
Tóm tắt: Bài viết trình bày về công nghệ cọc xi măng - đất (DSMC – Deep Soil Mixed Column)
và sự ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến sức chịu tải của cọc xi măng - đất đối với nền đất thuộc
công trình Đại lộ Đông – Tây, Thành phố Hồ Chí Minh. Quá trình nghiên cứu được thực hiện dựa
trên việc thi công thử các cọc xi măng - đất tại khu vực dự án, khoan lấy mẫu và tiến hành thí nghiệm
nén một trục nở hông nhằm xác định hàm lượng xi măng hợp lý cho nền đất yếu cần xử lý, đồng thời
đánh giá mức độ ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ cọc.
Từ khóa: DSMC, cột xi măng – đất, sức chịu tải, hàm lượng xi măng
Abstract: This paper presents a case study on Deep Soil Mixed Column Technology (DSMC) and
the affection of cement content to the load capacity of deep soil mixed column in East – West

Highway, HCM City. The study base on these scientific activities: build trial DSMCs, sample by core
drilling and experiment with unconfined compression test to define the rational cement content and
estimate the affection of cement content to the load capacity of DSMC.
Key words: DSMC, Deep Soil Mixed Column, load capacity, cement content.

1. Giới thiệu
Trong công tác xử lý nền đất yếu hiện
nay tại Việt Nam, công nghệ cọc xi măng –
đất đang ngày càng được sử dụng rộng rãi
bởi các ưu điểm nổi bật của nó. Có rất nhiều
yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của cọc,
trong đó hàm lượng xi măng sử dụng đóng
vai trò quan trọng cần được nghiên cứu kỹ
lưỡng. Vì vậy, bài báo ra đời nhằm đóng
góp một phần làm sáng tỏ vấn đề nêu trên
dựa theo các nghiên cứu, thí nghiệm đã thực
hiện với nền đất yếu tại công trình Đại lộ
Đông – Tây khu vực Quận 2, Thành phố Hồ
Chí Minh.
2. Công nghệ cọc ximăng - đất: [1]
Cọc ximăng - đất (DSMC) là cọc được
làm từ đất tại chỗ, gia cố với một hàm
lượng ximăng và phụ gia nhất định tùy
thuộc vào loại và các tính chất cơ - lý - hoá
của đất nền ở nơi khu vực đặt công trình.
Mục đích chính của công nghệ này là nhằm
tăng cường độ của đất nền, giảm tính thấm,
tính lún và tăng sức bền dựa trên các phản
ứng cơ - lý - hoá của ba thành phần chính là
đất tại chỗ, ximăng và phụ gia.

Đường kính cọc DSMC thường là 0,6
– 1,5m và có thể đạt đến chiều sâu 40m.
DSMC được nghiên cứu cũng như ứng
dụng rộng rãi vào năm 1976 và cho đến
nay. Phần lớn vấn đề nghiên cứu được xuất
phát từ Nhật Bản.
Có hai công nghệ chế tạo DSMC hiện
nay:
- Trộn khô: là một quá trình cắt đất và


trộn với một hàm lượng ximăng khô bằng
thiết bị lưỡi dao quay, có thể thêm hoặc
không thêm phụ gia. Thường dùng cho điều
kiện địa chất mềm, thích hợp cho các nước
ở vùng Scandinavian.
- Trộn ướt: là cắt đất và trộn với một
hàm lượng hỗn hợp ximăng bằng lưỡi dao
quay. Hỗn hợp có thể thêm hoặc không
thêm phụ gia được bơm bằng áp lực nước.
Thích hợp cho điều kiện địa chất tại Việt
Nam.
Trình tự thi công:
- Chuẩn bị mặt bằng thi công
- Khoan xoay và xối nước qua cần
khoan và mũi khoan.


38

Journal of Transportation Science and Technology, Vol 18, Feb 2016

- Cần phải dùng loại cần khoan chuyên
dụng. Sau khi đưa mũi khoan đến độ sâu
thiết kế, quá trình phụt vữa bắt đầu. Vữa
được phụt qua vòi phun với áp suất và vận
tốc cao, phá vỡ kết cấu của đất tạo thành
cấu trúc ximăng đất vững chắc hơn.
Trong quá trình phụt vữa, cần khoan
vừa xoay vừa rút lên, tạo thành cột tròn xi
măng – đất.
3. Đặc điểm công trình nghiên cứu
Công trình được lựa chọn cho công tác
nghiên cứu là công trình Đại lộ Đông – Tây
(Nay là Đại lộ Mai Chí Thọ - Võ Văn Kiệt,
Thành phố Hồ Chí Minh) với các địa điểm
cụ thể như bảng 1. Tại các địa điểm nghiên
cứu, một số lượng cọc xi măng – đất sẽ
được thi công thử nghiệm với các hàm
lượng xi măng khác nhau là: 140kg/m3, 150
kg/m3, 180 kg/m3, 200 kg/m3. [5]

Mục đích của việc thi công cọc thử
nhằm xác định hàm lượng xi măng phù hợp
để thi công đại trà và qua đó cũng xác định
chất lượng của việc thi công cọc xi măng
đất (DSMC).
4. Phương pháp thí nghiệm:
Tại mỗi vị trí cọc thử, lấy mẫu để thí
nghiệm nén 1 trục nở hông (sau 28 ngày).
Quy trình thí nghiệm được thực hiện như
sau: [5]
- Mẫu được lấy bằng ống thành mỏng,
đường kính xấp xỉ 150mm (hình 2).

Bảng 1. Bảng thống kê vị trí và số lượng cọc xi
măng - đất thử nghiệm. [5]

- Mẫu được lấy từ mỗi cọc 2m. Mỗi cọc
khoan 1 lỗ lấy mẫu.
- Khoảng cách tâm mẫu đến tâm cọc là
150 mm(=D/4: D=600mm) như hình 3.

Vị trí

Số lượng cọc thử

1

Cầu Kênh 1

18

2

Cầu Kênh 1A

16

3

Cầu Cá Trê Nhỏ

16

4

Cầu Cá Trê Lớn

16

STT

Khu vực địa chất trên tuyến Đại Lộ
Đông - Tây đa phần bao gồm các lớp địa
chất như sau: [4]
- Lớp 1: Lớp đất san lấp bề dày từ 1,2m
đến 2,0m.
- Lớp 2: Lớp bùn hữu cơ rất yếu có bề
dày từ 15m đến 20m.
- Lớp 3: Lớp bùn hữu cơ yếu có bề dày
từ 5 đến 10m.
- Lớp 4: Cát sét nhão màu xám đen có
bề dày từ 3 đến 5m.
- Lớp 5: Lớp đất từ cứng đến nửa cứng.
Cọc xi măng đất được sử dụng để gia
cố nền đất nên chỉ thi công cọc đến hết độ
sâu lớp đất yếu (khoảng 30m), đường kính
cọc D = 600mm.

Hình 1. Hình ảnh cọc xi - măng đất thử nghiệm.

Hình 2. Hình ảnh ống lất mẫu hiện trường.

0.15m

0.30m

0.30m
0.60m

Hình 3. Vị trí khoan lấy mẫu trên cọc thử.

- Mẫu được gọt cho nhẵn và thẳng đứng.

Hình 4. Hình ảnh mẫu thí nghiệm.

- Các kích thước mẫu được đo và ghi lại.
- Các mẫu được thí nghiệm nén trên
máy nén UCT (Unconfined Compression
Test).
- Kiểm tra, ghi lại số liệu thí nghiệm.

Hình 5. Hình ảnh thí nghiệm UCT.


TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 18-02/2016

5. Kết quả thí nghiệm: [5]
5.1. Kết quả thí nghiệm tại vị trí Cầu Kênh 1:
Kết quả thí nghiệm được thể hiện qua đồ thị
hình 6 và hình 7.

39

thị Hình 10 và Hình 11.

Hình 10. Cường độ cọc DSMC (qu28) tại vị trí cầu Cá
Trê Nhỏ.

Hình 6. Cường độ cọc DSMC (qu28) tại vị trí cầu
Kênh 1.

Hình 11. Quan hệ giữa hàm lượng xi măng với

Hình 7. Quan hệ giữa hàm lượng xi măng với cường
độ cọc DSMC tại Cầu Kênh 1.

cường độ DSMC tại Cầu Cá Trê Nhỏ.
5.4. Kết quả thí nghiệm tại vị trí Cầu Cá Trê
Lớn:
Kết quả thí nghiệm được thể hiện qua đồ thị
hình 12 và hình 13.

5.2. Kết quả thí nghiệm tại vị trí Cầu Kênh
1A:
Kết quả thí nghiệm được thể hiện qua đồ thị
hình 8 và hình 9.

Hình 12. Cường độ cọc DSMC (qu28) tại vị trí cầu Cá
Trê Lớn.
Hình 8. Cường độ cọc DSMC (qu28) tại vị trí cầu
Kênh 1A.

Hình 13. Quan hệ giữa hàm lượng xi măng với
cường độ DSMC tại Cầu Cá Trê Lớn.
Hình 9. Quan hệ giữa hàm lượng ximăng với cường
độ cọc DSMC tại Cầu Kênh 1A.

5.3. Kết quả thí nghiệm tại vị trí Cầu Cá
Trê Nhỏ:
Kết quả thí nghiệm được thể hiện qua đồ

5.5. Nhận xét kết quả thí nghiệm:
Dựa trên kết quả thí nghiệm nén 1 trục nở
hông như trên, tác giả đưa ra đồ thị tổng hợp
quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ
chịu tải của DSMC như hình 14.


40

Journal of Transportation Science and Technology, Vol 18, Feb 2016

Hình 14. Quan hệ giữa hàm lượng xi măng với
cường độ cọc DSMC.

Nhìn chung đối với địa chất khu vực
Đại lộ Đông - Tây, điển hình là tại vị trí
Cầu Kênh 1, 1A, Cầu Cá Trê Nhỏ, Cầu Cá
Trê Lớn, khi sử dụng cọc DSMC gia cố nền
đất yếu thì cường độ cọc DSMC qu dao
động từ 400-850 kN/m2 với hàm lượng xi
măng từ 140 kg/m3 – 200 kg/m3.
Theo lý thuyết, trong cùng một lớp đất
khi tăng hàm lượng xi măng thì cường độ qu
tăng theo. Hầu hết trong những trường hợp
này khi tăng hàm lượng xi măng từ 140
kg/m3 đến 180kg/m3 thì cường độ tăng
tuyến tính nhưng khi hàm lượng xi măng
tăng lên đến 200kg/m3 thì cường độ tăng
chậm lại và độ tăng có khuynh hướng giảm,
điều này chứng tỏ hàm lượng xi măng hợp
lý nhất ở khu vực địa chất này nên chọn là
180 kg/m3.
6. Kết luận và kiến nghị:
Qua kết quả nghiên cứu, nhận thấy rằng:
- Khi hàm lượng xi măng trong mỗi m3
đất nền tăng thì sức chịu tải của cọc DSMC
cũng có xu hướng tăng. Tuy nhiên, với một
khoảng hàm lượng xi măng hợp lý, sức chịu
tải cọc sẽ tăng nhanh theo chiều hướng
tuyến tính (khoảng 140-180 kg/m3 đối với
công trình nghiên cứu tại Đại lộ Đông –
Tây). Nếu sử dụng lượng xi măng vượt quá
khoảng hàm lượng này thì sức chịu tải cọc
vẫn tăng nhưng chậm dần và sẽ không đạt
yêu cầu về mặt kinh tế. Vì thế việc xác định
hàm lượng xi măng hợp lý cho công tác xử
lý nền bằng DSMC là cần thiết. Nó đảm bảo

cho cọc xi măng – đất đạt được yêu cầu về
cường độ, đồng thời giảm đi chi phí đầu tư.
- Ứng với mỗi khu vực địa chất khác nhau
sẽ có một mức hàm lượng xi măng sử dụng là
khác nhau. Vì vậy, kiến nghị nên thực hiện
công tác thí nghiệm cho từng trường hợp. Tuy
nhiên, khi không có điều kiện thí nghiệm thì có
thể tham khảo các tài liệu của các công trình
tương tự. Ví dụ, có thể áp dụng kết quả nghiên
cứu này cho các công trình xử lý nền bằng
DSMC tại khu vực lân cận Đại lộ Đông – Tây.
- Cường độ nén một trục nở hông của các
mẫu thí nghiệm với đường kính nhỏ theo ghi
nhận sẽ kém hơn các mẫu nén có đường kính
lớn hơn. Vì vậy, tác giả kiến nghị nên kết hợp
thêm thí nghiệm xuyên côn động DCPT
(Dynamic Cone Penetration Test) tại hiện
trường để tăng thêm sự đa dạng trong phép so
sánh nhằm tối ưu hoá lựa chọn hàm lượng xi
măng 
Tài liệu tham khảo:
[1]. Nguyễn Viết Trung, Vũ Minh Tuấn (2010),
“Cọc đất xi măng – Phương pháp gia cố
nền đất yếu”, NXB Xây dựng.
[2]. Đậu Văn Ngọ (2009), “Các nhân tố
ảnh hưởng đến cường độ cọc xi măng đất”,
Science & Technology Development, Vol
12, No. 05-2009.
[3]. Bộ Xây Dựng (2006), “TCXDVN 385-2006:
Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ
đất xi măng”.
[4]. Trung tâm nghiên cứu công nghệ & thiết bị
công nghệ, Trường Đại học Bách Khoa – Đại
học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh
(2009), “Báo cáo khảo sát địa chất cho
công trình đường mới Thủ Thiêm”.
[5]. Obayashi Corporation (2009), “Report of
Test Result of Trial DSMC”.
Ngày nhận bài: 01/02/2016
Ngày chấp nhận đăng: 15/02/2016
Phản biện: TS. Trần Thiện Lưu



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×