A.2 Lĩnh vực áp dụng
Các ứng dụng khác nhau của trộn sâu cho công việc tạm thời hoặc lâu dài; hoặc trên cạn hoặc dưới biển được giới thiệu trong Hình A.2. Các ứng dụng chủ yếu là giảm độ lún, tăng ổn định và chống đỡ.
A.3 Thi công
A.3.1 Phần chung
Thi công gồm định vị, xuyên xuống và rút lên. Khi xuyên xuống, đầu trộn sẽ cắt và phá kết cấu đất đến độ sâu yêu cầu. Khi rút lên, chất kết dính được truyền vào đất với tốc độ không đổi, nhờ tốc độ rút khống chế cố định. Cánh trộn quay theo phương ngang, trộn đều đất với chất kết dính. Có các thiết bị phun trộn chất kết dính cả trong khi xuyên xuống và rút lên.
Trong phương pháp trộn khô, không khí dùng để dẫn xi măng bột vào đất (độ ẩm của đất cần phải không nhỏ hơn 20 %). Trong phương pháp ướt, vữa xi măng là chất kết dính. Trộn khô chủ yếu dùng cải thiện tính chất của đất dính, trong khi phun ướt thường dùng trong đất rời. Trong một ít trường hợp như ngăn ngừa hiện tượng hóa lỏng, trộn khô dùng cho đất rời xốp.
Quá trình thực hiện dự án trộn sâu được mô tả trên Hình A.3.
A.3.2 Trộn khô
Nguyên tắc chung của phương pháp trộn khô được thể hiện trên Hình A.4. Khí nén sẽ đưa xi măng vào đất.
Quy trình thi công gồm các bước sau:
a) Định vị thiết bị trộn;
b) Xuyên đầu trộn xuống độ sâu thiết kế đồng thời phá tơi đất;
c) Rút đầu trộn lên, đồng thời phun xi măng vào đất;
d) Đầu trộn quay và trộn đều xi măng với đất;
e) Kết thúc thi công.
A.3.2.1 Công nghệ Bắc Âu
Thiết bị có khả năng tạo trụ đến chiều sâu 25 m, đường kính từ 0,6 m đến 1,0 m. Độ nghiêng tới 700 so với phương đứng. Máy có một cần, lỗ phun xi măng ở đầu trộn. Năng lượng trộn và khối lượng xi măng được quan trắc và trong nhiều trường hợp được kiểm soát tự động để cho đất được trộn đều.
Đầu trộn được xuyên xuống đến độ sâu thiết kế, khi rút lên xi măng được phun qua lỗ ở đầu trộn qua ống dẫn trong cần trộn. Đất và xi măng được trộn đều nhờ đầu trộn được quay trong mặt phẳng ngang, thậm chí đổi hướng quay vài lần. Cả hai pha đều có thể được lặp lại tại một vị trí nếu cần.
Tốc độ quay của đầu trộn và tốc độ rút lên đều hiệu chỉnh được để đạt tới độ đồng nhất mong muốn. Thiết bị đời mới được phát triển chứa được cả khí lẫn xi măng.
A.3.2.2 Công nghệ Nhật Bản
Nhật Bản chế tạo ra nhiều loại máy, có một cần hay nhiều cần. Mỗi cần có đầu trộn nhiều lưỡi cắt đường kính từ 0,8 m đến 1,3 m, có khả năng tạo trụ đến độ sâu 33,0 m. Xi măng đi vào máy trộn nhờ khí nén. Thiết bị đời mới có đầu chụp ngăn bụi xi măng khỏi phụt lên trên mặt đất. Lỗ phun xi măng nằm cả ở phía trên và phía dưới hệ lưỡi cắt. Khối lượng xi măng và áp lực khí được kiểm soát tự động.
Xi măng được phun cả trong pha xuống hoặc trong hai pha của hành trình.
So sánh công nghệ trộn Bắc Âu và Nhật Bản thể hiện trong Bảng A.1 và Bảng A.3.
Đặc tính kỹ thuật công nghệ trộn Bắc Âu và Nhật Bản được giới thiệu trong Bảng A.2 và Bảng A.4.
Hình A.1 - Phân loại chung các thiết bị trộn sâu
Hình A.2 - ứng dụng trộn sâu
Hình A.3 - Sơ đồ thi công trộn khô
Hình A.4 - Nguyên tắc thực hiện dự án thi công trộn sâu
Bảng A.1 - So sánh công nghệ trộn Bắc Âu và Nhật Bản
Thiết bị
|
Chi tiết
|
Bắc Âu
|
Nhật Bản
|
Đầu trộn
|
Số lượng trục trộn
|
1
|
1 đến 2
|
Đường kính
|
Từ 0,4 m đến 1,0 m
|
Từ 0,8 m đến 1,3 m
|
Chiều sâu tối đa
|
25 m
|
33 m
|
Vị trí lỗ phun
|
Đáy trục trộn
|
Đáy trục và/hoặc trên cánh cắt (một lô hoặc nhiều lô)
|
Áp lực phun
|
Từ 400 kPa đến 800 kPa
|
Tối đa 300 kPa
|
Truyền liệu
|
Công suất
|
Từ 50 kg/min đến 300 kg/min
|
Từ 50 kg/min đến 200 kg/min
|
Bảng A.2 - Đặc tính kỹ thuật công nghệ trộn của Bắc Âu và Nhật Bản
Thiết bị
|
Bắc Âu
|
Nhật Bản
|
Vận tốc xuyên xuống
|
Từ 2,0 m/min đến 6,0 m/min
|
Từ 1,0 m/min đến 2,0 m/min
|
Vận tốc rút lên
|
Từ 1,5 m/min đến 6,0 m/min
|
Từ 0,7 m/min đến 0,9 m/min
|
Tốc độ quay của cánh trộn
|
Từ 100 r/min đến 200 r/min
|
Từ 24 r/min đến 64 r/min
|
Số lượng vòng quay cánh(a)
|
Từ 150 đến 500 cho mỗi m
|
≥ 274 cho mỗi m
|
Khối lượng xi măng phun
|
Từ 100 kg/m3 đến250 kg/m3
|
Từ 100 kg/m3 đến300 kg/m3
|
Tốc độ rút (xuyên)
|
Từ 10 mm/r đến30 mm/r
|
Từ 10 mm/r đến 35 mm/r
|
Pha phun xi măng
|
Điển hình trong khi rút lên
|
Xuyên xuống và/hoặc rút lên
|
CHÚ THÍCH: a) Số lượng vòng quay cánh là tổng số nhát cắt đi qua 1 m của chuyển dịch trục trộn tính theo công thức T = x (Nd / Vd + Nu / Vu) , trong đó T = số lượng vòng quay của cánh (n/m), = tổng số cánh trộn, Nd = vận tốc quay của cánh trong pha xuyên xuống (r/min), Vd = vận tốc xuyên xuống (m/min), Nu = vận tốc quay của cánh trong pha rút lên (r/min), Vu = vận tốc rút lên (m/min). Nếu chỉ phun khi rút lên thì lấy Nd = 0.
|
A.3.3 Trộn ướt
Nguyên lý trộn ướt được mô tả trong Hình A.5. Trộn ướt dùng vữa xi măng. Có thể thêm chất độn.
Hình A.4 - Sơ đồ thi công trộn ướt
Khối lượng vữa thay đổi được theo chiều sâu. Khi chế tạo trụ trong đất rời dùng khoan guồng xoắn liên tục có cánh trộn và cánh cắt Hình dạng khác nhau, có đủ công suất để phá kết cấu đất và trộn đều vữa.
Cường độ và tính thấm phụ thuộc vào thành phần và đặc tính của đất (hàm lượng hạt mịn, hàm lượng hữu cơ, loại sét, thành phần hạt...), khối lượng và chủng loại vữa và quy trình trộn.
Có thể ngưng trộn khi vữa chưa bắt đầu đông cứng, khởi động trộn lại tại độ sâu ít nhất 0,5 m trong đất đã xử lý.
Bơm để chuyển vữa đến lô phun cần phải có đủ công suất (tốc độ truyền và áp lực) để truyền lượng vữa thiết kế an toàn.
A.3.3.1 Công nghệ châu Âu
Thường là khoan guồng xoắn (liên tục hoặc cục bộ, đơn/đa trục) hoặc cánh cắt phụ thuộc vào điều kiện đất nên và ứng dụng.
Khi thi công tường chắn có cốt thép, cốt thép cần đưa vào lòng trụ vừa chế tạo xong. Thiết bị rung có thể trợ giúp việc hạ cốt thép.
Bảng A.3 - Công nghệ trộn ướt châu Âu và Nhật Bản
Thiết bị
|
Chi tiết
|
Châu Âu, trên cạn
|
Nhật Bản, trên cạn
|
Nhật Bản, trên biển
|
Đầu trộn
|
Số lượng trục trộn
|
Từ 1đến 3
|
Từ 1 đến 4
|
Từ 2 đến 8
|
Đường kính (m)
|
Từ 0,4 đến 0,9
|
Từ 1,0 đến 1,3
|
Từ 1,0 đến 1,6
|
Chiều sâu tối đa
|
25 m
|
48 m
|
70 m từ mặt nước
|
|
Vị trí lô phun
|
Cần khoan
|
Cần và cánh
|
Cần và cánh
|
|
Áp lực phun (kPa)
|
500 đến 1000
|
300 đến 600
|
300 đến 800
|
Trạm trộn vữa
|
Công suất (m3/min)
|
Từ 0,08 đến 0,25
|
Từ 0,25 đến 1,00
|
Từ 0,5 đến 2,0
|
|
Khối lượng vữa lưu giữ (m3)
|
Từ 3,0 đến 6,0
|
3
|
Từ 3 đến 20
|
Bồn chứa
|
Thể tích tối đa (T)
|
|
30
|
Từ 50 đến 1600
|
A.3.3.2 Công nghệ Nhật Bản
Dùng cả trên đất liền và trên biển. Trên đất liền dùng thiết bị có một, hai và bốn trục, có nhiều tầng cánh trộn để tạo độ đồng nhất cho trụ. Chỉ số quay cánh và khối lượng vữa được kiểm soát tự động. Đường kính cánh cắt từ 1,0 m đến 1,3 m, chiều sâu tối đa đến 48 m. Khi thi công trên biển thường dùng tàu lớn, trên đó lắp cả thiết bị trộn sâu, bồn chứa, trạm trộn vữa và phòng điều khiển. Các thiết bị này có thể tạo các trụ có diện tích tiết diện từ 1,5 m2 đến 6,9 m2, và tới độ sâu tối đa 70 m kể từ mặt nước biển.
Bảng A.4 - Đặc tính kỹ thuật công nghệ trộn ướt châu Âu và Nhật Bản
Thiết bị
|
Châu Âu, trên cạn
|
Nhật Bản, trên cạn
|
Nhật Bản, trên biển
|
Vận tốc xuyên xuống (m/min)
|
Từ 0,5 đến 1,5
|
1,0
|
1,0
|
Vận tốc rút lên (m/min)
|
Từ 3,0 đến 5,0
|
Từ 0,7 đến 1,0
|
1,0
|
Tốc độ quay cánh trộn (r/min)
|
Từ 25 đến 50
|
Từ 20 đến 40
|
Từ 20 đến 60
|
Số lượng vòng quay cánh
|
Chủ yếu là guồng xoắn
|
350 cho mỗi mét
|
350 cho mỗi mét
|
Khối lượng vữa phun (kg/m3)
|
Từ 80 đến 450
|
Từ 70 đến 300
|
Từ 70 đến 300
|
Pha phun xi măng
|
Pha xuống và/hoặc pha lên
|
Pha xuống và/hoặc pha lên
|
Pha xuống và/hoặc pha lên
|
A3.4 Mô hình bố trí trụ
Tùy theo mục đích sử dụng một số mô Hình thi công thể hiện trên các Hình A.6 đến A.10. Để giảm độ lún bố trí trụ đều theo lưới tam giác hoặc ô vuông. Để làm tường chắn thường tổ chức thành dãy.
CHÚ DẪN: 1) Dải; 2) Nhóm, 3) Lưới tam giác, 4) Lưới vuông
Hình A.6 - Thí dụ bố trí trụ trộn khô
Hình A.7 - Thí dụ bố trí trụ trùng nhau theo khối
CHÚ DẪN: 1)Kiểu tường, 2)Kiểu kẻ ô, 3)Kiểu khối, 4) Kiểu diện
Hình A.8 - Thí dụ bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất
CHÚ DẪN:
1) Kiểu khối, 2)Kiểu tường, 3)Kiểu kẻ ô, 4)Kiểu cột, 5)Cột tiếp xúc,
6) Tường tiếp xúc, 7)Kẻ ô tiếp xúc, 8)Khối tiếp xúc
Hình A.9 - Thí dụ bố trí trụ trộn ướt trên biển
Hình A.10 - Thí dụ bố trí trụ trùng nhau trộn ướt, thứ tự thi công
A.3.5 Các phương pháp tổ hợp (Hybrid method)
Có vài phương pháp dùng kỹ thuật tương tự trộn sâu. Điển Hình là kết hợp trộn cơ học với thủy lực. Dưới đây mô tả phương pháp gia cố toàn khối, phun áp cao kết hợp trộn cơ học.
A.3.5.1 Gia cố toàn khối
Trong trường hợp điều kiện đất nền rất xấu ví như đất than bùn, sét hữu cơ, bùn sét yếu, cần gia cố toàn khối đến độ sâu từ 2 m đến 3 m, độ sâu lớn nhất đã xử lý là 5 m. Máy thi công khác cơ bản với máy trộn sâu tạo trụ. Chất kết dính được cấp đến đầu trộn trong lúc bộ trộn vừa quay đồng thời chuyển động theo phương đứng và phương ngang. Máy chủ của đầu trộn thường là máy đào. Hai công nghệ gia cố khối thể hiện ở Hình A.11 và A.12.
CHÚ DẪN:
1)Bồn chứa và cân, 2)Máy đào, 3)Cần trộn, 4),5) Đất xấu cần xử lý,
6)Hướng di chuyển, 7)Vải địa kỹ thuật, 8)Đất san nền, gia tải trước.
Hình A.11 - Ổn định khối kiểu A
Hình A.12 - Ổn định khối kiểu B
A.3.5.2 Phun vữa lỏng kết hợp trộn cơ học
Phương pháp mới kết hợp lợi thế của trộn cơ học với phun vữa lỏng (jet grouting). Máy có cả đầu trộn và vòi phun, có thể tạo nên các trụ đường kính lớn hơn đường kính đầu trộn. Công nghệ kiểu này và một vài kiểu khác nữa đang áp dụng tại Nhật Bản (Tanaka 2002).
A.4 Các ứng dụng chính
Thí dụ áp dụng trộn sâu cho các mục đích khác nhau xem Hình A.13.
CHÚ DẪN:
1) Đường bộ, ổn định/lún
2) Ổn định đê cao
3) Mố cầu
4) Thành hố đào
5) Giảm ảnh hưởng từ các công trình lân cận
6) Chống nâng đáy hố đào
7) Chống chuyển dịch ngang của móng cọc
8) Đê biển
9) Ngăn nước
Hình A.13 - Các ứng dụng của trộn sâu (Terashi, 1997)
Phụ lục B
(Tham khảo)
Các giải pháp thiết kế (aspects of design)
B.1 Phần chung
B.1.1 Phạm vi
Các vấn đề thiết kế nêu trong phụ lục liên quan đến quy trình triển khai dự án, lựa chọn chất kết dính, thí nghiệm trong phòng và hiện trường, bố trí trụ trên mặt bằng. Phụ lục này không gồm thiết kế địa kỹ thuật chi tiết. Các giải pháp chi tiết cần tham khảo các tiêu chuẩn thiết kế nền móng và công trình ngầm liên quan.
Trộn sâu là quá trình cải thiện đất nền nên thiết kế gồm hai khía cạnh riêng biệt:
a) Thiết kế chức năng mô tả cách thức tương tác lẫn nhau giữa đất xử lý và đất tự nhiên để tạo nên ứng xử chung cần thiết;
b) Thiết kế công nghệ mô tả cách thức đạt được các đặc tính kỹ thuật yêu cầu của đất xử lý bằng cách chỉnh lý các thông số kiểm soát công nghệ.
B.1.2 Áp dụng
Phạm vi áp dụng trộn sâu để giải quyết các vấn đề sau:
a) Giảm độ lún;
b) Tăng ổn định;
c) Chống giữ mái dốc, hố đào;
d) Ngăn chặn vùng đất ô nhiễm;
e) Xây dựng công trình phòng hộ;
f) Giảm ảnh hưởng của chấn động lên công trình.
B.2 Nguyên lý thiết kế
Đất xử lý trộn sâu được thiết kế sao cho công trình xây dựng đạt các yêu cầu về tính khả thi, kinh tế và lâu dài, chịu được các tác động và ảnh hưởng trong quá trình thi công và sử dụng, tức là thỏa mãn các điều kiện về trạng thái giới hạn cực hạn, và trạng thái giới hạn sử dụng.
Thiết kế thường theo phương pháp lặp, trong đó kết quả của nhiều phương pháp thí nghiệm kiểm tra là một phần quan trọng. Hình B.1 giới thiệu sơ đồ thiết kế lặp các dự án trộn sâu.
Thiết kế sơ bộ dựa trên kết quả thí nghiệm mẫu trộn trong phòng. Tương quan cường độ nén không hạn chế nở hông giữa mẫu thân trụ hiện trường và mẫu trộn trong phòng có thể chọn theo kinh nghiệm từ 0,2 đến 0,5 tùy theo loại đất và tỷ lệ trộn. Nếu kết quả thí nghiệm hiện trường không đáp ứng yêu cầu thì phải điều chỉnh thiết kế công nghệ và khi cần thiết điều chỉnh cả thiết kế chức năng.
B.3 Thí nghiệm
B.3.1 Phần chung
Phương pháp thí nghiệm phải thích hợp với mục đích ứng dụng. Nếu để giảm độ lún, mô đun biến dạng là thông số cần quan tâm chính, còn trong ổn định và chống trượt thì thông số cường độ lại là chủ yếu. Để ngăn ngừa vùng ô nhiễm thì tính thấm lại được xét đến đầu tiên.
B.3.2 Thí nghiệm trong phòng
Gồm thí nghiệm các mẫu trộn trong phòng và các mẫu lấy ở các độ sâu khác nhau trong thân trụ hiện trường.
B.3.2.1 Mẫu chế tạo trong phòng
Phương pháp chế bị và thí nghiệm tham khảo Phụ lục C, D. Hệ số hiệu chỉnh giữa cường độ mẫu trong phòng và hiện trường xác định qua kết quả thí nghiệm và kinh nghiệm thực tế. Thí nghiệm mẫu trộn khô thường sau khi trộn 3, 7, 14, 28 và 90 ngày. Mẫu trộn ướt thí nghiệm sau 3, 7, 14 và 28 ngày.
B.3.2.2 Lấy mẫu hiện trường
Mẫu được lấy nhờ thiết bị khoan xoay. Lựa chọn kỹ thuật lấy mẫu, đường kính mẫu phụ thuộc vào loại và cường độ của đất xử lý. số lượng mẫu phụ thuộc quy mô hoặc độ phức tạp của dự án, ít nhất cần khoan lấy mẫu 3 hố cho một loại máy trộn. Chiều sâu khoan đến mũi trụ xử lý.
Đặc trưng cường độ và mô đun đàn hồi, Ecol của mẫu thường được xác định từ kết quả thí nghiệm nén không hạn chế nở hông. Tuy nhiên kết quả thí nghiệm chịu ảnh hưởng của các khe nứt trong mẫu. Nếu thấy mẫu bị rạn nứt thì nên thí nghiệm nén 3 trục.
Mô đun nén, Mcol được xác định từ thí nghiệm nén một trục không nở hông (oedometer). Để đánh giá ứng xử lún của nền xử lý dùng mô đun đàn hồi tiêu biểu hơn mô đun nén.
B.3.2.3 Lấy mẫu ướt
Dụng cụ lấy mẫu ướt dùng ở châu Âu. Mẫu được lấy khi vừa thi công xong trụ trộn ướt, thường 500 m3 đất xử lý lấy 1 mẫu hoặc một ngày thi công của 1 máy lấy 1 mẫu. Đưa thiết bị xuống độ sâu cần lấy mẫu, thiết bị tự động ngoạm lấy mẫu, đưa lên mặt đất và cho vào khuôn hình trụ hoặc lập phương. Thí nghiệm mẫu sau khi bảo dưỡng trong nhiệt độ quy định. So sánh mẫu bảo dưỡng tại hiện trường và mẫu lấy ướt cho biết sự khác nhau của cường độ và tăng trưởng cường độ.
Chia sẻ với bạn bè của bạn: |