Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

ĐINH CÔNG PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ ỨNG
SUẤT TRÊN CỌC ĐẤT TRỘN XI
MĂNG SỬ DỤNG ĐỂ GIA CỐ NỀN
ĐƯỜNG

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (60.58.60)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2009


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN MINH TÂM

Cán bộ chấm nhận xét 1: .....................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2: .....................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN
VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 10 tháng 09 năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên:

ĐINH CÔNG PHƯƠNG

Ngày, tháng, năm sinh: 16 – 02 – 1977

Giới tính: Nam T/ Nữ
Nơi sinh: Mỹ Tho - Tiền Giang

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Khoá (Năm trúng tuyển): 2006
1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRÊN CỌC ĐẤT TRỘN
XI MĂNG SỬ DỤNG ĐỂ GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CỌC ĐẤT TRỘN
XIMĂNG ĐỂ GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG – TÌM HIỂU CÁC CƠNG TRÌNH
THIẾT KẾ ĐƯỜNG GIA CỐ BẰNG CỌC ĐẤT TRỘN XIMĂNG TẠI KHU
VỰC TP.HCM VÀ VÙNG PHỤ CẬN

2. TỔNG QUAN CÁC MƠ HÌNH PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TỐN SỰ PHÂN
BỐ ỨNG SUẤT TRÊN CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG
3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VIỆC THIẾT LẬP CƠNG THỨC GIẢI TÍCH
XÁC ĐỊNH SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG CỌC ĐẤT TRỘN XI
MĂNG VÀ NỀN ĐẤT YẾU XUNG QUANH CỌC DƯỚI NỀN ĐƯỜNG
4. MÔ PHỎNG TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG ĐƯỢC TRONG
CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG VÀ NỀN ĐẤT YẾU XUNG QUANH CỌC
DƯỚI NỀN ĐƯỜNG THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 03/09/2008
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/07/2009
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Nguyễn Minh Tâm.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
(Họ tên và chữ ký)
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

TS. Nguyễn Minh Tâm

TS. Võ Phán

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chun Ngành thơng qua.

Ngày
TRƯỞNG PHỊNG ĐT-SĐH

tháng

năm 2009


TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Luận Văn Tốt Nghiệp là sự tổng hợp của toàn bộ kiến
thức mà tác giả đã tiếp thu được trong khoảng thời gian học
Cao Học tại Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM chuyên
ngành Địa Kỹ Thuật Xây Dựng. Trong quá trình thực hiện, tác
giả đã gặp nhiều bỡ ngỡ, khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu
tham khảo cũng như khi phân tích kết quả. Đến hơm nay, khi
quyển Luận Văn này đã hoàn thành, tác giả xin chân thành
cảm ơn:
Em xin cảm ơn tất cả các thầy cơ tham gia giảng
dạy chun ngành đã hết lịng truyền đạt những kiến thức quí
báu trong suốt thời gian em theo học.
Em xin gửi lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến
thầy NGUYỄN MINH TÂM, người đã luôn quan tâm, hướng
dẫn tận tình trong thời gian thực hiện Luận Văn.
Tác giả cũng xin cảm ơn các anh, chị cán bộ kỹ
thuật của Ban Quản lý Dự án Đại lộ Đông Tây, Ban Quản lý
Dự án Cầu Thủ Thiêm và Phịng Quản lý Giao thơng - Sở
Giao thơng vận tải Thành phố Hồ Chí Minh đã rất nhiệt tình
giúp đỡ trong thời gian tác giả thu thập số liệu để thực hiện
luận văn này.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn
bè thân hữu vì những sự giúp đỡ, động viên trong thời gian
hoàn thành Luận Văn
Tp HCM, ngày 03 – 07 – 2009

ĐINH CÔNG PHƯƠNG



ABSTRACT
Geotechnical engineers face several challenges

when constructing

embankments over soft soils because of bearing failure, intolerable settlement,
and global or local instability… Method that using Deep Cement Soil Mixing
Column to strengthen embankments is an economic and effective method to
construct roads on soft soils. Evaluating the stress distribution and displacement
of embankment into the soft soil is a very necessary work for design. The
transfer the embankment load into the column is almost explained by soil
arching phenomenon that plays a significant role in the behavior of
embankments supported on columns.
The purpose of this Thesis is using Finite Element Method Program, such as
Plaxis, to modeling embankment, which is supported by Deep Cement Soil
Mixing Column, to find out the stress distribution and displacement of
embankment, with or without using geosynthetic membrane. The critical height
of embankment in soil arching phenomenon and the Stress Reduction Ratio, that
is suitable for Ho Chi Minh City’s geological condition, can be determined. All
the results are compared with other foreign researcher’s results to find out
appropriated numerical function to calculating stress under embankment.


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Hiện nay, trong q trình thiết kế nền đường trên lớp đất yếu, các kỹ sư
địa kỹ thuật xây dựng đã gặp nhiều trở ngại do nền đất yếu khơng đủ khả
năng gánh đỡ cơng trình, độ lún lớn và mất ổn định tổng thể và cục bộ của
nền đường. Phương pháp ứng dụng cọc đất trộn xi măng để gia cố nền đường

trên đất yếu là một phương pháp mang tính kinh tế và đạt hiệu quả cao. Trong
việc thiết kế, điều cần thiết là tìm ra được sự phân bố ứng suất và chuyển vị
của nền gia cố. Cơ chế truyền tải trọng từ nền đường sang cọc đất trộn xi
măng và đất yếu sẽ được giải thích bằng hiện tượng hiệu ứng vịm. Nó đóng
vai trị rất quan trọng trong việc phân tích ứng xử của nền đường, được gia cố
bằng cọc đất trộn xi măng.
Luận Văn này có mục tiêu là mơ hình nền đường, được gia cố bằng cọc
đất trộn xi măng, bằng phương pháp phần tử hữu hạn, cụ thể là chương trình
Plaxis, để tìm ra qui luật phân bố ứng suất và biến dạng của nền đường, cọc
đất trộn xi măng và phần đất yếu bên dưới, cho trường hợp có và khơng có sử
dụng vải địa kỹ thuật. Giá trị chiều cao cực hạn của nền đất đắp và hệ số giảm
ứng suất SRR ứng với số liệu địa chất cơng trình tại khu vực thành phố Hồ
Chí Minh sẽ được xác định. Tác giả sẽ so sánh các kết quả tìm được với các
cơng thức lý thuyết và thực nghiệm của các nhà nghiên cứu trên thế giới để
tìm ra được cơng thức giải tích thích hợp nhất, ứng dụng cho điều kiện địa
chất tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh.


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

1

2. Mục đích nghiên cứu của đề tài

2

3. Ý nghĩa khoa học của đề tài


3

4. Phạm vi nghiên cứu của luận văn

3

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CỌC ĐẤT
TRỘN XIMĂNG ĐỂ GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của phương pháp cọc đất trộn xi măng

4
4

1.1.1 Tình hình ứng dụng cọc đất gia cố xi măng trên thế giới

4

1.1.2 Tình hình ứng dụng cọc đất gia cố xi măng tại Việt Nam

5

1.2 Khái niệm về công nghệ trộn sâu chế tạo cọc đất trộn xi măng

6

1.2.1 Khái niệm công nghệ trộn sâu

6

1.2.2 Công nghệ thi cơng


7

1.3 Ngun lý hình thành cường độ của cọc đất trộn xi măng
1.4 Tổng quan về giải pháp gia cố nền đất yếu dưới nền đường bằng cọc đất
trộn xi măng
1.5. Trình tự thi cơng, quản lý chất lượng cọc đất trộn xi măng

9
11
13

1.5.1 Trình tự thi cơng

13

1.5.2 Quy trình kiểm sốt chất lượng cho DSMC

13

1.5.3 Cơng tác thí nghiệm.

13

1.6. Một vài số liệu về giải pháp gia cố nền đất yếu dưới nền đường bằng
cọc đất trộn xi măng.
14
1.7. Một số cơng trình ứng dụng cọc đất gia cố xi măng (DSMC) để gia cố
nền đất yếu tại Thành phố Hồ Chí Minh.
1.7.1 Cơng trình: Dự án Đại lộ Đơng Tây


15
15

1.7.2 Cơng trình: Hầm Thủ Thiêm – Dự án đường chui trên đường
Nguyễn Hữu Cảnh, thuộc dự án Đại lộ Đơng Tây.
20
1.7.3 Cơng trình: Đường vào cầu Khánh Hội – Dự án trọng điểm của
Thành phố Hồ Chí Minh

21

1.8 Trình tự trộn cọc đất gia cố xi măng (DSMC) để gia cố nền đất yếu tại
dự án Đại lộ Đông – Tây.

22


Chương 2: CÁC MƠ HÌNH PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TỐN SỰ
PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRÊN CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG.
2.1 Tính tốn cọc đất trộn xi măng theo phương pháp truyền thống – độ
lún của cọc đất trộn xi măng và đất nền bằng nhau

24

24

2.2 Phương pháp tính tốn theo mơ hình của Poorooshasb và Meyerhof

29


2.3 Phương pháp tính tốn dựa vào lý thuyết “Hiệu ứng vòm”

32

2.3.1 Định nghĩa hiệu ứng vòm
2.3.2 Áp dụng nguyên lý của hiệu ứng vòm vào việc xác định ứng suất
truyền xuống hệ cọc đất trộn xi măng.
2.3.3 Các thí nghiệm về hiệu ứng vịm

32
33
34

2.3.3.1 Thí nghiệm cửa sập của Terzaghi (1936)

34

2.3.3.2 Thí nghiệm của Chen Yun-min và cộng sự (2006) [4]

35

2.3.3.3 Các mơ hình tính tốn sự phân bố ứng suất lên cọc đất trộn xi
măng dựa trên nguyên lý của hiệu ứng vòm

45

2.4 Tính tốn sự phân bố ứng suất lên cọc đất trộn xi măng có kết hợp gia
cường vải địa kỹ thuật.


53

2.4.1 Cơ chế truyền lực và sự phân bố ứng suất

53

2.4.2 Mơ hình móc xích (Catenary Method) – Mơ hình của John (1987)

59

2.4.3 Mơ hình dầm – Mơ hình của Collin (2003)

61

2.4.4 Lý thuyết hiệu ứng màng – Mơ hình của Marston – Tiêu chuẩn
Anh BS8006

62

2.4.5 Mơ hình của Carlsson (1987)

64

2.4.6 Sự tương tác giữa hiệu ứng vòm và hiệu ứng màng.

64

Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VIỆC THIẾT LẬP CƠNG
THỨC GIẢI TÍCH XÁC ĐỊNH SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG CỌC
ĐẤT TRỘN XI MĂNG VÀ NỀN ĐẤT YẾU XUNG QUANH CỌC DƯỚI

NỀN ĐƯỜNG
3.1. Mơ hình đàn hồi đối với cọc đất trộn xi măng gia cố nền đất yếu

71
71

3.1.1. Giới thiệu mơ hình

71

3.1.2. Thiết lập các phương trình

72

3.1.2.1. Hệ tọa độ tổng quát

72

3.1.2.2. Đối với đất không được xử lý – vùng đất yếu xung quanh cọc
đất trộn xi măng trong đơn nguyên

73

3.1.2.3. Đối với đất được xử lý – các phần tử đất trong cọc đất trộn xi
măng.

76
3.1.2.4. Kết hợp các phương trình lại.
3.2 Xác định ứng suất thẳng đứng tác dụng lên cọc đất trộn xi măng


77
78


dựa vào ảnh hưởng của hiệu ứng vòm.
3.3 Sự tương tác giữa cọc đất trộn xi măng và vùng đất yếu xung quanh
cọc.

80

3.4 Thiết lập các phương trình diễn tả sự phân bố ứng suất thẳng đứng
của cọc đất trộn xi măng và vùng đất yếu xung quanh cọc.

81

3.4.1. Ứng suất tác dụng lên vùng đất yếu xung quanh cọc đất trộn xi
măng.

81
3.4.2. Ứng suất tác dụng lên cọc đất trộn xi măng.

83

3.4.3. Mối quan hệ giữa chuyển vị của cọc đất trộn xi măng và vùng
đất yếu xung quanh cọc.

84

3.5. Quan hệ ứng suất - biến dạng trong cọc đất trộn xi măng và vùng
đất yếu xung quanh cọc.


87

3.5.1. Quan hệ ứng suất biến dạng của vùng đất yếu xung quanh cọc

87

3.5.2. Quan hệ ứng suất biến dạng của cọc đất trộn xi măng

90

3.5.3. Tương quan về biến dạng giữa cọc đất trộn xi măng và vùng
đất yếu xung quanh.

90

Chương 4. MÔ PHỎNG TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG
ĐƯỢC TRONG CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG VÀ NỀN ĐẤT YẾU XUNG
QUANH CỌC DƯỚI NỀN ĐƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ
HỮU HẠN.
4.1 Giới thiệu chung về phương pháp PTHH sử dụng để mô phỏng.

94
94

4.1.1 Tổng quan về phương pháp PTHH– FINITE ELEMENT
METHOD.
4.1.2 Phân tích về chương trình PLAXIS và các mơ hình của nó
4.1.3 Các thơng số của mơ hình Morh – Coulomb.
4.2 Ngun lý qui đổi từ mơ hình thực tế sang mơ hình PLAXIS 2D.

4.2.1 Qui đổi bề rộng cọc.
4.2.2 Qui đổi Module đàn hồi

94
96
97
99
100
101

4.3 Mơ hóa nền đường được gia cố bằng cọc đất trộn xi măng bằng
phần mềm PLAXIS 2D.
4.3.1 Sơ lược về cơng trình được chọn để mơ phỏng.
4.3.2 Các thơng số trong mơ hình bài toán phẳng 2D.

102
102
103

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

122

TÀI LIỆU THAM KHẢO

124


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Biểu đồ mơ tả phản ứng của cọc đất trộn xi măng và mối quan hệ

giữa hàm lượng ximăng và cường độ của cọc

11

Hình 1.2. Mơ hình 3D thể hiện kết cấu đường được gia cố bằng cọc đất trộn
xi măng, kết hợp sử dụng vải địa kỹ thuật

12

Hình 1.3. Sơ đồ bố trí cọc đất - ximăng trên mặt bằng

14

Hình 1.4. Bản đồ tuyến Đại lộ Đơng Tây

16

Hình 1.5. Mặt cắt ngang điển hình đường dẫn tại khu vực cầu Nước Lên, Cầu
Kênh 1, Cầu Kênh 2, Cầu Cá Trê Nhỏ được gia cố bằng bằng cọc đất trộn xi
măng

17

Hình 1.6. Mặt cắt ngang điển hình của hạng mục đường tại khu vực Rạch Cây
– Lị Gốm

17

Hình 1.7. Qui trình thi cơng điển hình của cơng trình đường gia cố bằng cọc
đất trộn xi măng


18

Hình 1.8. Máy thi cọc đất trộn xi măngtại khu vực Kênh 1 và Kênh 2

19

Hình 1.9. Khoan lõi thí nghiệm cho cọc đất XM thử tại khu vực Cầu Rạch Cây

19

Hình 1.10. Thi cơng đào đất tại đốt hầm H1 ¸ H3, sau khi cọc đất trộn xi
măng đã đạt cường độ cho phép

20

Hình 1.11. Tồn cảnh khu vực gia cố cọc đất trộn xi măng – phần đường vào
cầu Khánh Hội – Phía Quận 1

21

Hình 1.12. Kiểm tra kích thước và khoảng cách của cọc đất XM

21

Hình 1.13 Mặt cắt điển hình của hạng mục đường khu khu vực Cầu Khánh
Hội

22


Hình 2.1. Mơ hình cọc đất trộn xi măng và đất nền làm việc đồng thời

25

Hình 2.2. Mơ hình cọc đất trộn xi măng và đất nền của Poorooshasb và
Meyerhof

31

Hình 2.3: Mơ hình cột đất thể hiện định nghĩa hiệu ứng vịm

32

Hình 2.4. Sơ đồ hiệu ứng vịm và áp lực trên nền qua thí nghiệm cửa sập của
Terzaghi

34

Hình 2.5. Dụng cụ thí nghiệm của Chen Yun-min và cộng sự (2006).

36

Hình 2.6. Sự chuyển vị của các lớp cát thí nghiệm của Thí nghiệm số 1 và số

41

Hình 2.7. Các mơ hình phân bố ứng suất của hiệu ứng vịm [6]

46


Hình 2.8. Mơ hình rãnh của Terzaghi

47

Hình 2.9. Mơ hình nêm của Guido và Carlsson

49

7.


Hình 2.10. Hình dạng của vịm cát trong hiệu ứng vịm theo Hewlett &
Randolph

51

Hình 2.11. Sơ đồ hiệu ứng vịm theo Low và cơng sự

52

Hình 2.12. Ngun lý truyền lực lên cọc và vải địa kỹ thuật

55

Hình 2.13. So sánh giữa sự truyền lực do hiệu ứng vòm và ảnh hưởng của vải
địa kỹ thuật lên cọc đất trộn xi măng trong mơ hình hai phương và ba phương

58

Hình 2.14. Biến dạng móc xích của vải địa kỹ thuật , John (1987)


60

Hình 2.15 Mơ hình biểu đồ thí nghiệm kéo trên vải địa kỹ thuật gia

60

Hình 2.16 Sơ đồ mơ hình dầm , Collin (2004)

61

Hình 3.1. Hệ thống cọc đất trộn xi măng và đất xung quanh – Đơn nguyên
tính tốn

71

Hình 3.2. Mơ hình lăng trụ của Ugural và Fenster,1995

72

Hình 3.3. Ứng suất của phần tử đất trong hệ tọa độ cực

73

Hình 3.4. Ứng suất tác dụng lên cọc đất trộn xi măng

76

Hình 3.5: Sơ đồ hiệu ứng vịm
Hình 3.6: Sự phân bố ứng suất trên cọc đất trộn xi măng và đất yếu xung

quanh
Hình 3.7: Đơn ngun tính tốn – cọc đất trộn xi măng và vùng ảnh hưởng
xung quanh nó
Hình 3.8: Ứng suất xung quanh cọc đất trộn xi măng
Hình 3.9: Mơ hình tính tốn của nền gia cố bằng cọc đất trộn xi măng
Hình 3.10: Mơ hình tính tốn chuyển vị của cọc đất trộn xi măng và đất nền
xung quanh cọc
Hình 3.11: Mặt cắt ngang vùng ảnh hưởng của cọc đất trộn xi măng
Hình 4.1. Các phương pháp tính
Hình 4.2. Phương pháp xác định E0 và E50 từ đồ thị quan hệ giữa ứng suất
lệch và biến dạng trong thí nghiệm nén ba trục thốt nước
Hình 4.3. Quy đổi từ mơ hình 3D thành 2D theo nguyên lý cân bằng tỷ diện
tích thay thế as và mơmen qn tính Ic
Hình 4.4. Mặt cắt ngang điển hình của nền đường gia cố bằng cọc đất trộn xi
măng tại khu vực Cầu Kênh 1
Hình 4.5. Sơ đồ tính bài toán phẳng


Hình 4. 6 Mơ hình phân tích trong Plaxis và trạng thái ban đầu của mơ hình

83

Hình 4.7 Các phase trong PLAXIS Caclultation

83

Hình 4.8 Tổng biến dạng khi lớp đất đắp h=2m; h=6m và 9m

84


Hình 4.9 Mặt cách ngang điển hình thể hiện sự biến thiên của chuyển vị đứng

85

Hình 4.10 Ứng suất thẳng đứng khi lớp đất đắp h =3m và 9m

85

Hình 4.11 Vùng ứng suất và phương của ứng suất chính thể hiện hiệu ứng vịm
trên đầu cọc khi h = 3m
Hình 4.12 Vùng ứng suất và phương của ứng suất chính thể hiện hiệu ứng vịm
trên đầu cọc khi h = 6m
Hình 4.13 Vùng ứng suất và phương của ứng suất chính thể hiện hiệu ứng vịm
trên đầu cọc khi h = 9m
Hình 4.14 Mơ hình nền đường gia cố bằng vải địa kỹ thuật.
Hình 4.15 Lực kéo dọc trục trong vải địa kỹ thuật - h=9m, E=200kN/m
Hình 4.16 Biến dạng dọc trục trong vải địa kỹ thuật - h=6m, E=200kN/m


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Ưu và khuyết điểm giữa công nghệ trộn khô và trộn ướt.

8

Bảng 1.2 So sánh thi công DSMC giữa công nghệ trộn khô và trộn ướt

9

Bảng 2.1. Chi tiết các số liệu của thí nghiệm hiệu ứng vòm của Chen Yun-min


37

Bảng 2.2. Bảng số liệu thể hiện ảnh hưởng của cường độ chịu kéo của vải địa
kỹ thuật đến hệ số tập trung ứng suất n.

44

Bảng 2.3. Bảng số liệu thể hiện ảnh hưởng của bề rộng gối giữa đến n

44

Bảng 2.4. Tổng kết các kết quả thí nghiệm mơ hình, Low.

65

Bảng 2.5: Giá trị chiều cao yêu cầu hc của nền đất đắp theo các phương pháp

67

tính tốn hiệu ứng vịm.
Bảng 2.6: Bảng tổng hợp giá trị SRR theo các phương pháp tính tốn khi

69

khơng có vải địa kỹ thuật gia cường.
Bảng 2.7: Bảng tổng hợp giá trị SRR theo các phương pháp tính tốn khi có

70

vải địa kỹ thuật gia cường.

Bảng 2.8: Bảng tổng hợp giá trị SRR theo các phương pháp tính tốn khi có
vải địa kỹ thuật gia cường.
Bảng 3.1: Bảng tổng hợp giá trị ứng suất tác dụng lên đầu cọc đất trộn xi
măng và đất yếu khi chiều cao lớp đất đắp thay đổi từ 1 đến 6 theo công thức của
Baker.
Bảng 3.2: Bảng tổng hợp giá trị ứng suất tác dụng lên đầu cọc đất trộn xi
măng và đất yếu khi chiều cao lớp đất đắp thay đổi từ 1 đến 6 6 theo công thức
của TS. Nguyễn Minh Tâm.
Bảng 4.1: Bảng tổng hợp tính chất vật lý và cơ lý của các lớp đất ở khu vực
khảo sát.
Bảng 4.2 Các thơng số dùng khi mơ hình PLAXIS 2D

70


DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ
Đồ thị 2.1 Qui luật biến thiên hệ số tập trung ứng suất n và tỷ lệ độ cứng

27

giữa cọc, đất với các giá trị tý diện tích thay thế.
Đồ thị 2.2 Qui luật biến thiên hệ số tập trung ứng suất n và hệ số giảm ứng

28

suất SRR, đất với các giá trị tý diện tích thay thế.
Đồ thị 2.3 Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa tỷ số PR và S, f và ef

31


Đồ thị 2.4 Sự thay đổi ứng suất trong đất tại các vị trí đặt cảm biến – Thí

38

nghiệm 7. Hình A: Theo chiều cao lớp đất thí nghiệm; Hình B: Khi thoát nước
Đồ thị 2.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ h/s đến hệ số tập trung ứng suất n

40

Đồ thị 2.6. Ảnh hưởng của cường độ chịu kéo của vải địa kỹ thuật đến hệ số
tập trung ứng suất n

43

Đồ thị 2.7. Ảnh hưởng của bề rộng gối giữa đến hệ số tập trung ứng suất n

45

Đồ thị 2.8. Ảnh hưởng của chiều cao nền đất đắp đến hệ số tập trung ứng suất
trong trường hợp có và khơng có sử dụng vải địa kỹ thuật.

56

Đồ thị 2.9. Ảnh hưởng của độ cứng của cọc đất trộn xi măng đến hệ số tập
trung ứng suất trong trường hợp có và khơng có sử dụng vải địa kỹ thuật

56

Đồ thị 2.10. Ảnh hưởng của độ cứng vải địa kỹ thuật đến n
Đồ thị 3.1: Đồ thị quan hệ giữa bc và n

Đồ thị 4.1 Quan hệ giữa chuyển vị tương đối và chiều cao lớp đất đắp
Đồ thị 4.2 Quan hệ giữa ứng suất của cọc đất trộn xi măng và đất yếu với tỷ số
h/(s-a)
Đồ thị 4.3 Quan hệ giữa chuyển vị của cọc đất trộn xi măng và đất yếu với tỷ
số h/(s-a)
Đồ thị 4.4 Quan hệ giữa chiều cao lớp đất đắp và hệ số giảm ứng suất
Đồ thị 4.5 Quan hệ giữa chiều cao lớp đất đắp và hệ số tập trung ứng suất
Đồ thị 4.6 Sự thay đổi hệ số n với module chịu kéo của vải địa kỹ thuật
Đồ thị 4.7 Quan hệ ứng suất và chiều cao lớp đất đắp.
Đồ thị 4.8 Quan hệ lực kéo dọc trục max và tỷ số h/(s-a), ứng với thiết kế

57


E=200kN/m; s=2m và a=0.6m
Đồ thị 4.9 Quan hệ giữa tỷ số h/(s-a) và hệ số SRR
Đồ thị 4.10 Quan hệ giữa chiều cao lớp đất đắp và hệ số SRR


TĨM TẮT LÝ LỊCH HỌC VIÊN
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Họ tên: ĐINH CÔNG PHƯƠNG
Ngày sinh: 16/02/1977
Nơi sinh: Mỹ Tho - Tiền Giang
Địa chỉ: 12/2 Lữ Gia, Quận 11, Tp. Hồ Chí Minh.
Cơ quan: Sở Giao thông vận tải Tp.HCM
Điện thoại : 08 38 642 574, Di động: 0903 091 900
QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
· 1995 – 2000: Sinh viên khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại học
Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh

· 2006 – 2009: Học viên cao học ngành Địa Kỹ Thuật Xây Dựng,
khóa 2006, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM.
QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC
· Tháng 11/2000 đến 2006: Cơng tác tại Công ty Khảo sát, Tư vấn
và Thiết kế Xây dựng Tiền Giang.
· Từ 2006 đến nay: Công tác tại Sở Giao thông vận tải Tp.HCM.


-1-

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta phát triển nhanh chóng.
Những đơ thị mới, khu cơng nghiệp mọc lên khá nhiều dẫn đến nhu cầu phải xây
dựng hệ thống đường giao thông, hạ tầng kỹ thuật đô thị để tạo nên những đầu mối
giao thương kinh tế giữa những vùng đô thị với nhau, đặc biệt là ở vùng đồng bằng
sơng Cửu Long và thành phố Hồ Chí Minh. Một trong những khó khăn của việc xây
dựng hệ thống giao thông tại vùng đồng bằng sông Cửu Long là khu vực này có địa
chất khá yếu, lớp đất yếu lại có chiều dày khá lớn. Để các cơng trình đường giao
thông trên đất yếu được ổn định và sử dụng được lâu dài, việc áp dụng các biện
pháp gia cố nền đất yếu bên dưới nền đường là điều bắt buộc.
Trong số các giải pháp xử lý nền đất yếu đang được sử dụng phổ biến tại
nước ta hiện nay, giải pháp dùng cọc đất trộn xi măng đã được sự hiệu quả. Kỹ
thuật đất gia cố xi măng - đất đã và đang được áp dụng và phát triển mạnh mẽ tại
Thụy Điển, Nhật Bản… trong việc xây dựng các lớp móng đường, ổn định hố đào,
nền đê đập, nền cho các móng bồn chứa, nền nhà có tầng cao trung bình, các cơng
trình ven biển, trên biển... Tại Việt Nam nói chung và khu vực đồng bằng sơng Cửu
Long nói riêng đã có khá nhiều các cơng trình sử dụng cọc đất trộn xi măng như là
một biện pháp gia cố nền đất yếu và đã đạt được những kết quả rất khả quan.
Để đánh giá sự phân bố ứng suất - biến dạng của nền đường được gia cố

bằng cọc đất trộn xi măng, nhiều công thức lý thuyết, thực nghiệm và các phương
pháp phân tích đã được nhiều tác giả thực hiện. Các nghiên cứu về cọc đất trộn xi
măng hiện nay không nhiều, chủ yếu tập trung vào hai mảng chính: phương pháp
tính tốn, thiết kế tối ưu cho các cơng trình sử dụng cọc đất trộn xi măng để gia cố
nền và các đề tài thí nghiệm nhằm xác định hàm lượng trộn ximăng, phụ gia tối ưu
trong điều kiện đất yếu ở khu vực đồng bằng sơng Cửu Long. Tại Việt Nam, có các
nghiên cứu lý thuyết về cọc đất trộn xi măng như thiết lập cơng thức tính tốn sự
phân bố ứng suất, biến dạng trong cọc đất trộn xi măng, ảnh hưởng của ngoại lực
tác dụng lên cọc đất trộn xi măng còn chưa được nghiên cứu nhiều … Giá trị các


-2-

thành phần ứng suất, biến dạng của cọc đất trộn xi măng trong quá trình chịu lực là
rất quan trọng, cần thiết để phục vụ cho việc thiết kế, tính tốn chính xác khả năng
chịu lực, tính ổn định của 1 cọc đất trộn xi măng và đất nền xung quanh. Vì thế,
việc xác định chính xác sự phân bố ứng suất trên cọc đất trộn xi măng là hết sức cần
thiết.
Vì những nguyên nhân trên, đề tài “Nghiên cứu sự phân bố ứng suất trên
cọc đất trộn xi măng sử dụng để gia cố nền đường” là đề tài mang tính cấp thiết,
góp phần đánh giá chính xác trạng thái ứng suất - biến dạng của cọc đất trộn xi
măng để gia cố nền đường cho khu vực đất yếu.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Trong các đề tài nghiên cứu cọc đất trộn xi măng, các tác giả trong và ngồi
nước đã cố tìm ra nhiều cơng thức lý thuyết để xác định chính xác mối quan hệ giữa
ứng suất - biến dạng dựa theo lý thuyết đàn hồi và đã đạt nhiều thành tựu.
Hiệu ứng vòm là nguyên lý thích hợp nhất dùng để giải thích truyền lực từ
nền đất đắp về hệ cọc đất trộn xi măng và đất yếu xung quanh. Nhờ hiệu ứng vòm,
phần ứng suất truyền lên đất yếu sẽ giảm và truyền lên cọc đất trộn xi măng sẽ tăng.
Từ đó, làm cơng trình được an tồn hơn, giảm độ lún tổng thể của hệ. Tuy thế, hiệu

ứng vòm chỉ xảy ra khi chiều cao lớp đất đắp vượt qua một giá trị xác định nào đó.
Russell and Pierpoint (1997) dựa theo lý thuyết hiệu ứng vòm của Terzaghi
đã xây dựng các phương trình xác định mức độ ảnh hưởng của hiệu ứng vịm lên
mơ hình cọc 3D. Dựa vào lý thuyết hiệu ứng vòm xác định trên một chỏm cầu giữa
các cọc đất trộn xi măng ở trạng thái giới hạn, Hewlett và Randolph (1988); Low và
các tác giả khác (1994) đã giới thiệu phương pháp xác định tỷ lệ mà một tải trọng
do cơng trình đường, đê, đập… truyền vào cọc đất trộn xi măng và vùng đất yếu
xung quanh cọc, đó là hệ số tập trung ứng suất n và hệ số giảm ứng suất SRR.
Vì thế, đề tài “Nghiên cứu sự phân bố ứng suất trên cọc đất trộn xi măng
sử dụng để gia cố nền đường” được thực hiện nhằm giới thiệu tìm hiểu kỹ về điều
kiện xảy ra của hiệu ứng vòm dưới nền đường, trong điều kiện có và khơng có vải
địa kỹ thuật với các cường độ chịu kéo khác nhau.


-3-

Các công việc chủ yếu dự kiến sẽ được thực hiện trong luận văn:
§ Nghiên cứu tổng quan về cọc đất trộn xi măng và cơ chế phân bố ứng
suất lên cọc đất trộn xi măng.
§ Tính tốn ứng suất, biến dạng trong cọc đất trộn xi măng dựa theo cơng
thức lý thuyết vừa tổng hợp được bằng Excel.
§ Mơ phỏng lại cơng trình đường đắp cao bằng một chương trình phần tử
hữu hạn phổ biến nhất hiện nay là PLAXIS. So sánh kết quả thu được của
hai chương trình tính để phân tích, rút ra kết luận, đánh giá sự chính xác
cũng như những hạn chế của từng phương pháp.
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài “Nghiên cứu sự phân bố ứng suất trên cọc đất trộn xi măng sử
dụng để gia cố nền đường” sẽ cung cấp cho các kỹ sư thiết kế một công cụ hữu ích
để tính tốn, thiết kế cọc đất trộn xi măng cho các cơng trình gia cố nền đường.
Các kỹ sư sẽ lựa chọn được khoảng cách giữa các cọc đất trộn xi măng

nhanh chóng dựa vào chiều cao thiết kế lớp đất đắp và tiết diện cọc, trên nguyên tắc
tận dụng sự xuất hiện của hiệu ứng vòm.
Sự phân tích và kiến nghị về phương pháp tính tốn đơn giản và chính xác
nhất hệ số tập trung ứng suất n và hệ số giảm ứng suất SRR. Khi biết được ứng suất
tác dụng lên cọc và đất nền, việc thiết kế còn lại chỉ làm kiểm tra khả năng chịu tải
của cọc và đất yếu
4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
Trong phạm vi nghiên cứu, luận văn sẽ chủ yếu tập trung vào việc nghiên
cứu sự phân bố ứng suất trong cọc đất trộn xi măng dùng để gia cố nền đất yếu cho
các cơng trình đường như đường giao thơng, đường vào cầu…
Một số quan điểm tính sẽ được tác giả sử dụng:
§ Tải trọng được xem như phân bố đều khắp, vì thế, ứng suất do tải trọng
ngồi tác dụng lên cọc là khơng đổi.
§ Quan hệ ứng suất – biến dạng trong cọc đất trộn xi măng và lớp đất yếu
xung quanh cọc tuân theo lý thuyết đàn hồi.


-4-

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG
CỌC ĐẤT TRỘN XIMĂNG ĐỂ GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG
1.1. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA PHƯƠNG PHÁP
CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG
1.1.1 Tình hình ứng dụng cọc đất gia cố xi măng trên thế giới:
Phương pháp đất trộn xi măng ra đời từ những năm đầu thập niên 50 của thế
kỷ XX. Từ năm 1960, Nhật Bản và Thụy Điển đã độc lập nghiên cứu và phát triển
kỹ thuật trộn đất dưới sâu sử dụng vơi hoạt tính dạng hạt. Đến năm 1970, phương
pháp trộn khô sử dụng vôi sống trộn với đất ở hiện trường để tạo thành các trụ vôi
đã được thực hiện ở Thụy Điển và Nhật Bản. Xi măng khô được sớm thêm vào để
tăng cường ổn định và tạo ra trụ có cường độ cao hơn. Những trụ vôi/xi măng hoặc

trụ xi măng sử dụng ngày nay đã thay thế hồn tồn những trụ vơi. Phương pháp mà
bột vôi khô và xi măng được sử dụng để tăng cường ổn định được gọi là phương
pháp trộn khô (Dry Method of Deep Mixing).
Giữa năm 1970, một nổ lực để tăng cường sự đồng nhất của đất đã được gia
cường bằng phương pháp trộn sâu, người Nhật cũng bắt đầu đưa ra phương pháp
tăng cường ổn định mà sử dụng vữa xi măng lỏng được gọi là phương pháp trộn ướt
(Wet Method of Deep Mixing). Phương pháp trộn ướt ban đầu được giới thiệu ở
Nhật để ổn định đất sét trên biển, nhưng sau này nó được sử dụng cả cho những
cơng trình trên đất liền. Ngày nay cả phương pháp ướt và khô vẫn đang được sử
dụng ở Nhật Bản.
Đến thập niên 80 của thế kỷ XX, phương pháp trộn sâu được áp dụng rộng rãi
trong xây dựng. Ở Mỹ vào năm 1980, phương pháp trộn sâu vẫn còn được xem như
là một kỹ thuật mới xuất hiện. Tuy nhiên với sự gia tăng của thiết bị sẵn có và kinh
nghiệm của nhà thầu xây dựng, phương pháp trộn đất đã trở thành một kỹ thuật xây
dựng được chấp nhận.
Sau chiến tranh thế giới lần thứ II, Mỹ là nước đầu tiên nghiên cứu về cọc
đất – xi măng trộn tại chổ (MIP), đường kính cọc 0,3 – 0,4m, dài 10 đến 12m. Năm


-5-

1977, Trung Quốc bắt đầu thí nghiệm trong phịng và nghiên cứu chế tạo máy hai
trục đầu tiên để trộn dưới sâu.
Năm 1990, Nhật Bản đưa ra loại công nghệ thi công trộn dưới sâu mới gọi là
phương pháp RR, khi thi công đầu trộn lên xuống, lắc ngang và quay tròn trộn
ngược lên làm thành cọc, một lần làm có thể trộn được thân cọc có đường kính tới
2m.
Năm 1991, Viện hàn lâm khoa học Bungari báo cáo kết quả nghiên cứu về
đất – xi măng tại địa phương.
Năm 1992, hướng dẫn thiết kế mới được giới thiệu tại Phần Lan dựa trên

những kinh nghiệm từ những thập niên 1980 và nghiên cứu của Kujuala & Lahtinen.
Vào tháng 5 năm 1996 Hội nghị Quốc tế về phương pháp trộn dưới sâu
được tổ chức tại Nhật Bản và vào tháng 11 năm 1999 Hội nghị Quốc tế về phương
pháp trộn phun khô được tổ chức tại Stockkholm, Thụy Điển.
Tại Đông Nam Á, cọc đất - vôi/xi măng chưa được thông dụng chủ yếu là vì
các máy móc thi cơng, chi phí khai thác vơi sống tinh khiết cao. Nhưng ngược lại,
cọc đất - xi măng áp dụng cho các loại đất sét ven biển cố kết thường, cố kết trước
nhẹ và bùn hữu cơ, thường gặp tại một số thành phố lớn như Bangkok, Manila,
Jakata, Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Cần Thơ sẽ là giải pháp gia cố hấp dẫn và kinh tế.
1.1.2 Tình hình ứng dụng cọc đất gia cố xi măng tại Việt Nam
Tại Việt Nam, từ năm 2002 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng cọc đất gia
cố xi măng vào xây dựng các cơng trình trên nền đất yếu ở Việt Nam. Cụ thể như :
Cơng trình đầu tiên ở phía Nam do công ty Hercules kết hợp với công ty phát
triển kỹ thuật xây dựng thi cơng là cơng trình Tổng kho xăng dầu Hậu Giang tại khu
cơng nghiệp Trà Nóc, TP Cần Thơ vào đầu năm 2001 với khối lượng khoảng
50.000 dài cọc.
Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m cọc đất gia cố xi măng
có đường kính 0,6m thi cơng bằng trộn khơ; xử lý nền cho bồn chứa xăng dầu
đường kính 21m, cao 9m ở Cần Thơ.


-6-

Năm 2003, một Việt kiều ở Nhật Bản đã thành lập cơng ty xử lý nền móng tại
TP Hồ Chí Minh, ứng dụng thiết bị trộn khô để tạo cọc đất gia cố xi măng lồng ống
thép. Cọc đất gia cố xi măng lồng ống thép cho phép ứng dụng cho các nhà cao tầng
(đến 15 tầng) thay thế cho cọc nhồi, rẻ và thi công nhanh hơn.
Năm 2004 cọc 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
Phịng). Các dự án trên đều sử dụng cơng 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 khoan nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội).
Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụng cọc đất gia cố xi măng như: dự án
thốt nước khu đơ thị Đồ Sơn – Hải Phòng, dự án sân bay Cần Thơ, dự án đường
cao tốc TP Hồ Chí Minh đi Trung Lương, 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 xi măng đến tính chất của cọc đất gia cố xi
măng,… nhằm ứng dụng cọc đất gia cố xi măng vào xử lý đất yếu, chống thấm cho
các cơng trình thủy lợi. Nhóm đề tài cũng đã sữa chữa chống thấm cho Cống Trại
(Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An)…
Tại thành phố Đà Nẵng, cọc đất gia cố xi măng được ứng dụng ở Plazza Vĩnh
Trung dưới 2 hình thức: Làm tường trong đất và làm cọc thay cọc nhồi.
1.2. KHÁI NIỆM VỀ CÔNG NGHỆ TRỘN SÂU CHẾ TẠO CỌC ĐẤT
TRỘN XI MĂNG
1.2.1 Khái niệm về công nghệ trộn sâu
Công nghệ trộn sâu tạo cọc đất trộn xi măng (DSMC_ Deep Soil Mixing
Column) là công nghệ trộn xi măng với đất tại chỗ – dưới sâu. Cọc đất gia cố xi
măng được sử dụng khá rộng rãi trong xử lý nền móng các cơng trình xây dựng, là


-7-

một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu với khả năng ứng dụng tương đối rộng
rãi như: Làm tường hào chống thấm cho đê đập, gia cố nền móng cho các cơng trình
xây dựng, sữa chữa thấm mang cống và đáy cống, ổn định tường chắn, chống trượt
mái dốc, gia cố đất yếu xung quanh đường hầm, gia cố nền đường, mố cầu dẫn…
So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, cơng nghệ cọc đất gia cố xi măng

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.
Mục đích của cơng nghệ là làm tăng cường độ, khống chế biến dạng, giảm tính
thấm của đất yếu hoặc đất co ngót hoặc để vệ sinh các khu nhiễm độc. Nói tóm lại
là làm thay đổi đất, nâng cao chất lượng của đất bằng cách cứng hóa tại chỗ.
1.2.2. Cơng nghệ thi cơng
Hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công cọc đất gia cố xi măng là: Công
nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) và Cơng nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay cịn gọi là
Jet-grouting)
_ Công nghệ trộn khô (Dry Mixing): 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. Ưu điểm của công nghệ trộn khô: Thiết bị thi công đơn giản; Hàm lượng xi
măng sử dụng ít hơn; Quy trình kiểm sốt chất lượng đơn giản hơn công nghệ trộn
ướt. Nhược điểm của công nghệ trộn khô: Do cắt đất bằng các cánh cắt nên gặp hạn
chế trong đất có lẫn rác, đất sét, cuội đá, hoặc khi cần xuyên qua các lớp đất cứng
hoặc tấm bê tông; Không thi công được nếu phần xử lý ngập trong nước. Chiều sâu
xử lý trong khoảng 15 ÷ 20m.
_ Cơng nghệ trộn ướt (hay cịn gọi là Jet–grouting): Phương pháp này dựa
vào nguyên lý cắt nham thạch bằng dịng nước áp lực. Khi thi cơng, trước hết dùng
máy khoan để đưa ống bơm có vịi phun bằng hợp kim vào tới độ sâu phải gia cố
(nước+XM) với áp lực khoảng 20 Mpa từ vòi bơm phun xả phá vỡ tầng đất. Với lực
xung kích của dịng phun và lực li tâm, trọng lực… sẽ trộn lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ


-8-

được sắp xếp lại theo một tỉ lệ có qui luật giữa đất và vữa theo khối lượng hạt. Sau
khi vữa cứng lại sẽ thành cọc đất gia cố xi măng.

Hiện nay trên thế giới đã phát triển ba công nghệ Jet-grouting: đầu tiên là công
nghệ S, tiếp theo là công nghệ T, và gần đây là công nghệ D.
+ Công nghệ đơn pha S: Công nghệ đơn pha tạo ra các cọc đất gia cố xi măng
có đường kính vừa và nhỏ 0,4 – 0,8. Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công nền
đất đắp, cọc…
+ Công nghệ hai pha D: Công nghệ hai pha tạo ra các cọc đất gia cố xi măng
có đường kính từ 0,8 – 1,2m. Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công các tường
chắn, cọc và hào chống thấm.
+ Công nghệ ba pha T: Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất mà không xáo
trộn đất. Công nghệ T sử dụng để làm các cọc, các tường ngăn chống thấm, có thể
tạo ra cột Soilcrete đường kính đến 3m.
Bảng 1.1: Ưu và khuyết điểm giữa công nghệ trộn khô và trộn ướt
Ưu Điểm

Khuyết điểm

Phương pháp trộn khơ được
sử dụng thích hợp ở những nơi có
Cường độ đạt được của
mực nước ngầm cao và gần mặt
phương pháp khơ thì thấp hơn so
đất.
với phương pháp ướt ở tất cả các
Phương pháp khô được sử loại đất.
Phương
dụng để ổn định nền đường ở đó
pháp
Chiều sâu cọc đất trộn xi
trộn khơ những trụ đơn có cường độ kháng
măng có thể thực hiện được ngắn

cắt thấp được bố trí theo sơ đồ hình
hơn phương pháp trộn ướt.
vng hoặc tam giác.
Chi phí rẻ hơn phương pháp
trộn ướt

Phương
pháp
trộn ướt

Phương pháp ướt đòi hỏi kinh
Phương pháp ướt được sử
dụng cho hầu hết các loại đất, cả nghiệm và tay nghề cao của nhà
cho đất có mơi trường xấu và khơ thầu xây dựng. Giá thành cao nên
cũng có mực nước ngầm sâu.
phương pháp ướt không kinh tế
Cường độ của cọc đất trộn xi cho những dự án nhỏ.
măng cao, chiều dài cọc lớn.


-9-

Bảng 1.2: So sánh thi công DSMC giữa công nghệ trộn khô và trộn ướt
Công nghệ trộn ướt
Xi măng và nước. Trong trường
Vật liệu kết dính

hợp tầng đất hữu cơ, một số phụ
gia được thêm vào sử dụng.


Điểm đặc trưng

Đường kính cọc đất
gia cố
Chiều sâu tối đa
Cường độ chịu nén
tự do

Cơng nghệ trộn khơ
Chỉ có xi măng với
khí nén

Dễ dàng kiểm sốt.

Khơng cần nước.

Chất lượng cao và đồng nhất

Sự vận hành phức tạp

Hiệu quả cao.

Đất

Lượng xi măng ít.

ngang ít

600 – 1600 mm


600 – 1300 mm

Đến 50 m

Đến 30 m

150 – 2000 kPa

150 – 1200 kPa

Phù hợp

Không phù hợp

dịch

chuyển

Khả năng sử dụng
khi hàm lượng nước
thấp
Vấn đề về mơi
trường

Khơng ảnh hưởng

Khí nén dễ đến gần từ
giếng kế cận

1.3. NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH CƯỜNG ĐỘ CỦA CỌC ĐẤT TRỘN

XI MĂNG [1].
Hạt ximăng là một hợp chất (heterrogeneous) bao gồm Tri Calcium Silicate
(C3S), Di Calcium Silicate (C2S) và các chất rắn hòa tan như Tetracalcium Alumino
– Ferrite (C4A). Bốn phần tử chính này tạo nên sản phẩm hỗn hợp tạo đô bền chủ
yếu. Khi nước lỗ rỗng của đất gặp ximăng, thủy hóa ximăng xảy ra nhanh chóng và
sản phẩm chính yếu của sự thủy hóa bao gồm Hydrate Calcium Silicates (C2SHx,
C3SHx) Hydrate Calcium Aluminate (C3AHx, C4AHx) và Hydroxyl vôi Ca(OH) 2.