TIÊu chuẩn quốc gia tcvn 9403: 2012

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.

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.

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.

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.

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.

Nguyên lý trộn ướt được mô tả trong Hình A.5. Trộn ướt dùng vữa xi măng. Có thể thêm chất độn.

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.

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.

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

CHÚ DẪN: 1)Kiểu tường, 2)Kiểu kẻ ô, 3)Kiểu khối, 4) Kiểu diện

CHÚ DẪN:

6) Tường tiếp xúc, 7)Kẻ ô tiếp xúc, 8)Khối tiếp xúc

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.

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:

6)Hướng di chuyển, 7)Vải địa kỹ thuật, 8)Đất san nền, gia tải trước.

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:

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 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.

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.

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.

Gồm thí nghiệm các mẫu trộn trong phòng và các mẫu lấy ở các độ sâu khác nhau trong thân trụ hiện trường.

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.

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, E_col 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, M_col 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.

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.