Tiêu Chuẩn Quốc Gia - TCVN 9403:2012 Về Trụ Xi Măng Đất

Lời nói đầu

TCVN 9403:2012 được chuyển đổi từ TCXDVN 385:2006 theo quy định tại khoản 1 Điều 69 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm a khoản 1 Điều 7 Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 01/8/2007 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật.

TCVN 9403:2012 do Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng – Bộ Xây dựng biên soạn, Bộ Xây dựng đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU – PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT XI MĂNG

Stabilization of soft soil – The soil cement column method

1. Phạm vi áp dụng

1.1. Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật về khảo sát, thí nghiệm, thiết kế, thi công và nghiệm thu trụ đất xi măng dùng để xử lý, gia cố nền đất yếu trong xây dựng nhà và công trình có tải trọng nhẹ, khối đắp, cũng như trong ổn định mái dốc.

1.2. Công nghệ thi công được xem xét trong tiêu chuẩn này là công nghệ trộn sâu, bao gồm:

1. Trộn bằng cần trộn quay cơ học, không đưa đất lên khỏi mặt đất (xem Phụ lục A);
2. Chiều sâu xử lý nền đất tối thiểu là 3 m;
3. Hình dạng và cách bố trí đa dạng, gồm trụ đơn, mảng, khối, tường và tổ hợp;
4. Xử lý đất tự nhiên, đất lấp, bãi thải;
5. Các phương pháp gia cố nền sử dụng công nghệ tương tự hiện có, như phương pháp phun áp cao, phương pháp phối hợp và gia cố toàn khối, chỉ được cập nhật một phần trong tiêu chuẩn này (xem Phụ lục A).

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với tài liệu viện dẫn có ghi năm công bố, áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố, áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

• TCVN 9362:2012, Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình.
• TCVN 9354:2012, Đất xây dựng – Phương pháp xác định mô đun biến dạng tại hiện trường bằng tấm nén phẳng.
• TCVN 9393:2012, Cọc – Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục.

3. Thuật ngữ và định nghĩa

3.1. Trụ đất xi măng (Soil-Cement Column): Trụ tròn được tạo thành từ hỗn hợp đất – xi măng hoặc đất – vữa xi măng, bằng cách trộn cơ học xi măng hoặc vữa xi măng với đất tại chỗ (in situ).

3.2. Trộn khô (Dry mixing): Quá trình xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường, sau đó trộn bột xi măng khô với đất, có hoặc không có phụ gia.

3.3. Trộn ướt (Wet mixing): Quá trình xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường, sau đó trộn vữa xi măng với đất. Vữa xi măng gồm nước và xi măng, có hoặc không có phụ gia.

3.4. Xuyên cánh (Wing penetration): Phương pháp xuyên tĩnh sử dụng thiết bị có cánh gần bằng đường kính trụ, dùng để kiểm tra chất lượng thi công trụ.

4. Quy định chung

4.1. Thiết kế và thi công gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng cần tuân theo trình tự sau:

1. Khảo sát địa chất công trình và thí nghiệm trong phòng để xác định hàm lượng xi măng thích hợp;
2. Thiết kế sơ bộ nền gia cố theo điều kiện tải trọng của kết cấu bên trên, căn cứ vào kết quả thí nghiệm mẫu trong phòng và kinh nghiệm tích lũy;
3. Thi công trụ thử bằng thiết bị dự kiến sử dụng;
4. Tiến hành các thí nghiệm kiểm tra như xuyên cánh, xuyên tĩnh, nén tĩnh, lấy mẫu;
5. So sánh kết quả thí nghiệm hiện trường với kết quả thí nghiệm trong phòng và đánh giá lại các chỉ tiêu cần thiết;
6. Điều chỉnh thiết kế về hàm lượng chất gia cố, chiều dài trụ hoặc khoảng cách giữa các trụ;
7. Thi công đại trà theo công nghệ đã đạt yêu cầu và tiến hành kiểm tra chất lượng phục vụ nghiệm thu.

4.2. Với cùng một tỷ lệ pha trộn, mẫu chế bị trong phòng và trụ thi công bằng thiết bị ngoài hiện trường vẫn có sự khác biệt. Vì vậy, việc thi công trụ thử để xác định hiệu quả gia cố tối ưu là bắt buộc. Trụ thử phải được thi công ngoài công trình để có thể tiến hành thí nghiệm kiểm tra. Số lượng trụ thử do tư vấn thiết kế quyết định nhưng không ít hơn 2 trụ cho mỗi loại thiết bị và công nghệ.

Dự án trụ đất xi măng được triển khai theo quy trình lặp. Chỉ được quyết định thi công đại trà sau khi trụ thử đã được thi công và thí nghiệm đạt yêu cầu. Các thông tin cần thiết phục vụ dự án phải được cung cấp cho đơn vị thiết kế; trong đó, kinh nghiệm tích lũy của nhà thầu thi công và tư vấn thiết kế có vai trò quan trọng.

4.3. Các thông tin cần thiết để triển khai dự án trụ đất xi măng gồm:

1. Hồ sơ pháp lý;
2. Hồ sơ năng lực, kinh nghiệm của nhà thầu và hệ thống quản lý chất lượng;
3. Thông tin về công trình ngầm và công trình xung quanh;
4. Đặc điểm kỹ thuật của công trình;
5. Kinh nghiệm thi công trộn sâu trước đây hoặc tại công trình xây dựng lân cận, bao gồm cả kết quả thí nghiệm hiện trường cung cấp cho đơn vị thiết kế;
6. Chương trình và kế hoạch xây dựng, kể cả tiến độ chất tải và gia tải trước;
7. Tiến độ triển khai thí nghiệm và quy trình nghiệm thu vật liệu đưa vào công trình;
8. Tất cả yêu cầu phát sinh hoặc sửa đổi phải được xác lập và phê duyệt trước khi bắt đầu thi công;
9. Định mức và đơn giá thi công.

5. Khảo sát địa kỹ thuật

5.1. Quy định chung

5.1.1. Công tác khảo sát địa kỹ thuật phải được thực hiện theo đề cương đã được phê duyệt. Đề cương khảo sát do đơn vị thiết kế lập trên cơ sở đặc điểm và quy mô công trình dự kiến xây dựng, có tham khảo các quy định trong tiêu chuẩn khảo sát địa kỹ thuật chuyên ngành xây dựng và giao thông.

Chiều sâu khảo sát phải đủ để dự tính độ lún của công trình. Khi không gặp lớp đất cứng, chiều sâu khoan phải đạt đến độ sâu mà tại đó ảnh hưởng lún không còn đáng kể, tức là ứng suất trong đất không vượt quá 10 % áp lực bản thân của đất tự nhiên.

5.1.2. Thông tin khảo sát cần cung cấp gồm thông tin phục vụ thiết kế và thông tin phục vụ thi công (xem 5.2). Để có số liệu đầu vào cho thiết kế, công tác khảo sát địa kỹ thuật cần được tiến hành càng sớm càng tốt, vì cường độ của nền đất – xi măng phát triển theo thời gian. Để có cơ sở lựa chọn phương án xử lý, tối thiểu phải có kết quả thí nghiệm mẫu trong phòng sau 28 ngày bảo dưỡng đối với phương pháp trộn ướt và sau 90 ngày đối với phương pháp trộn khô. Thí nghiệm trong phòng và ngoài hiện trường phải tuân theo các quy định hiện hành.

5.1.3. Kinh nghiệm thi công trộn sâu tại các công trình có điều kiện địa chất tương tự cần được tham khảo khi quyết định quy mô khảo sát.

5.1.4. Số liệu khảo sát tại các công trình lân cận chỉ được chấp nhận sau khi đã được kiểm chứng cẩn trọng bằng kết quả xuyên tĩnh, cắt cánh, đo áp lực ngang và các thí nghiệm khác.

5.1.5. Hố khoan hoặc hố đào khảo sát phải được bịt kín để tránh ảnh hưởng đến nước ngầm hoặc công tác thi công trụ sau này.

5.2. Thông tin chi tiết

5.2.1. Báo cáo khảo sát cần cung cấp thêm thông tin về điều kiện đất nền phục vụ thi công trộn sâu, gồm:

1. Thành phần, phân bố, chiều dày và trạng thái của lớp đất mặt, rễ cây, đất lấp;
2. Sự hiện diện của cuội, tảng lăn hoặc đá có thể gây khó khăn cho thi công;
3. Sự hiện diện của đất có khả năng trương nở;
4. Hang, hố và khe nứt;
5. Cao độ nước có áp, sự thay đổi cao độ và khả năng phun trào;
6. Chất lượng nước ngầm, gồm mức độ ô nhiễm, tính ăn mòn, pH, chủng loại và hàm lượng ion.

5.2.2. Đặc trưng vật lý:

1. Giới hạn chảy và giới hạn dẻo;
2. Phân loại đất;
3. Dung trọng;
4. Thành phần hạt;
5. Thành phần khoáng;
6. Độ ẩm tự nhiên;
7. Hàm lượng hữu cơ.

5.2.3. Đặc trưng cơ học:

1. Biến dạng và cố kết;
2. Cường độ kháng cắt, nén và kéo;
3. Tính thấm.

5.2.4. Đặc trưng môi trường, hóa học và sinh học (nếu cần thiết):

1. Số liệu thí nghiệm về mức độ nhiễm bẩn;
2. Thí nghiệm lọc nước và khả năng sử dụng nước.

6. Vật liệu và sản phẩm

6.1. Quy định chung

6.1.1. Thi công trộn sâu có thể bổ sung vào đất một hoặc toàn bộ các thành phần sau:

1. Chất kết dính như xi măng hoặc vữa xi măng;
2. Phụ gia;
3. Nước;
4. Chất độn như cát;
5. Cốt thép.

6.1.2. Tất cả vật liệu và sản phẩm dùng để chế tạo trụ phải tuân theo các tiêu chuẩn liên quan hiện hành và các quy định về môi trường.

6.1.3. Vật liệu và sản phẩm phải đáp ứng yêu cầu thiết kế.

6.1.4. Nguồn cung cấp vật liệu phải có xuất xứ rõ ràng. Khi thay đổi nguồn cung cấp, phải thông báo và được chấp thuận.

6.2. Lưu ý đặc biệt

6.2.1. Nước lấy từ nguồn khác với nguồn nước sinh hoạt đã được chấp thuận phải được thí nghiệm kiểm tra.

6.2.2. Khi vật liệu có dấu vết của các chất hóa học được xem là có khả năng gây ô nhiễm môi trường, cần đánh giá lại tác động môi trường.

7. Giải pháp thiết kế

7.1. Quy định chung

7.1.1. Cường độ trụ tại hiện trường chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, gồm tính chất đất, điều kiện trộn, thiết bị và quy trình trộn, điều kiện dưỡng hộ. Do đó, cường độ hiện trường rất khó xác định chính xác ở giai đoạn thiết kế sơ bộ. Cần xác lập và kiểm chứng cường độ hiện trường theo từng bước thông qua thí nghiệm mẫu trộn trong phòng, kinh nghiệm tích lũy, chế tạo trụ thử và thí nghiệm kiểm chứng. Thiết kế phải được điều chỉnh nếu các yêu cầu chưa được đáp ứng đầy đủ.

7.1.2. Thiết kế dự án trộn sâu gồm thiết kế địa kỹ thuật và thiết kế công nghệ, được triển khai theo quy trình lặp. Mục tiêu là lập hồ sơ kỹ thuật có tính khả thi, bảo đảm an toàn, khả năng sử dụng, tính kinh tế và độ bền lâu, đồng thời xét đến tuổi thọ dự kiến của công trình. Đơn vị thiết kế chịu trách nhiệm trong suốt quá trình thi công và bảo trì.

7.1.3. Thiết kế địa kỹ thuật cho dự án trộn sâu phải dựa trên các tiêu chuẩn liên quan, như tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình, thiết kế tường chắn, ổn định mái dốc. Phụ lục B tổng hợp các thông số chính ảnh hưởng đến ổn định và độ lún.

7.1.4. Thiết kế sơ bộ dựa trên kết quả thí nghiệm mẫu trộn trong phòng và kinh nghiệm tích lũy, đồng thời phải xét đến sự khác biệt giữa kết quả thí nghiệm trong phòng và điều kiện thi công thực tế tại hiện trường (tham khảo Phụ lục B).

7.1.5. Kết quả thí nghiệm có thể chưa đủ để kiểm chứng tính thỏa đáng của biện pháp xử lý. Vì vậy, cần giám sát, quan trắc và ghi chép trong quá trình thi công trộn sâu cũng như trong quá trình thi công công trình bên trên.

7.2. Cơ sở thiết kế

7.2.1. Thiết kế phải xét đến điều kiện chịu tải, khí hậu, thủy lực và các giới hạn về độ lún, độ đẩy trồi, độ nghiêng, độ lún lệch của nhà và công trình.

7.2.2. Thiết kế phải xét đến các giới hạn môi trường trong thi công như tiếng ồn, rung động, ô nhiễm không khí và nước, cũng như tác động đến công trình xung quanh.

7.2.3. Cần xét đến cách bố trí trụ trên mặt bằng, sai số do giới hạn của thiết bị trộn và sai số về góc nghiêng, vị trí trụ.

7.2.4. Những điều chỉnh phát sinh do tình trạng chưa lường trước, như thay đổi thực tế về điều kiện đất nền và thủy lực, phải được báo cáo kịp thời.

7.2.5. Thiết kế phải lưu ý hậu quả khi các trụ chịu tác động hóa học và vật lý, đặc biệt trong môi trường biển hoặc điều kiện đất bị ô nhiễm.

7.3. Thí nghiệm hiện trường

7.3.1. Đặc tính của nền đất xử lý chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, bao gồm quy trình thi công. Vì vậy, phải thi công trụ thử và tiến hành thí nghiệm hiện trường để xác nhận các yêu cầu thiết kế đã đạt hay chưa.

7.3.2. Kết quả thí nghiệm đặc tính của mẫu chế tạo trong phòng thường cao hơn kết quả của mẫu tại hiện trường do quy trình trộn và dưỡng hộ không giống nhau. Thí nghiệm hiện trường cho phép xác định các tương quan cần thiết. Tùy theo chức năng của trụ, cần quy định các thí nghiệm hiện trường phù hợp; có thể tham khảo Phụ lục B.

7.3.3. Khi sử dụng trộn sâu để phòng chống ô nhiễm, ngăn ngừa ảnh hưởng của chất thải hoặc phục vụ các mục đích tương tự, nếu chưa dự tính được tương tác giữa xi măng và vật liệu tại chỗ (in situ), phải tiến hành thêm các thí nghiệm đặc biệt.

7.4. Nội dung hồ sơ thiết kế

7.4.1. Hồ sơ thiết kế cần trình bày công dụng và hình học của khối gia cố, đặc tính kỹ thuật của vật liệu hoặc sản phẩm được xét trong thiết kế, các giai đoạn thi công; có thể gồm các thông tin sau:

1. Các yêu cầu đối với trụ về cường độ, đặc tính biến dạng và tính thấm;
2. Chiều rộng phần chồng lấn giữa các trụ liền kề;
3. Sai số cho phép về chiều dài, đường kính, độ nghiêng và vị trí trên mặt bằng;
4. Bản vẽ biện pháp tổ chức thi công;
5. Tiến độ chất tải và gia tải trước;
6. Các thí nghiệm và quan trắc cần thiết;
7. Tiến độ lắp dựng cốt thép (nếu có);
8. Sức xuyên của đầu mũi máy trộn vào tầng chịu lực hoặc tầng không thấm (nếu có).

7.4.2. Khi nghiệm thu, cần căn cứ vào kết quả thí nghiệm mẫu thân trụ. Thiết kế nên chỉ định tuổi mẫu khi lấy, thiết bị lấy mẫu và quy trình lấy mẫu.

7.4.3. Đối với thí nghiệm cơ học trên đất gia cố, thiết kế cần quy định điều kiện thí nghiệm và tiêu chí nghiệm thu. Dung sai đối với các thông số kỹ thuật cần được xem xét phù hợp với phương pháp thí nghiệm đề xuất, đặc biệt khi sử dụng phương pháp thí nghiệm gián tiếp như mô tả trong Phụ lục B.

7.4.4. Thuyết minh thiết kế cần nêu các trị số giới hạn của thông số thiết kế địa kỹ thuật, đồng thời quy định các bước cần thực hiện khi vượt quá các trị số này.

8. Thi công

8.1. Biện pháp thi công

Trước khi thi công trộn sâu, cần làm rõ các nội dung sau:

• Mục tiêu và phạm vi công tác trộn sâu;
• Mô tả đất nền theo tiêu chuẩn khảo sát;
• Hình dạng trụ;
• Phương pháp trộn sâu;
• Thiết bị trộn: hình dạng, kích thước và cấu tạo của cần xoay; vị trí lỗ phun xi măng; hình dạng và chiều dài đầu trộn;
• Hành trình làm việc, gồm khoan xuống, rút lên, trộn và trình tự thi công;
• Các thông số về chủng loại và thành phần xi măng, hàm lượng xi măng, tỷ lệ nước/xi măng, phụ gia;
• Biện pháp phòng ngừa lún và đẩy trồi;
• Tổ chức mặt bằng thi công;
• Máy móc và thiết bị;
• Quản lý đất thải;
• Quy trình quản lý chất lượng;
• Quy trình xử lý khi xảy ra sự cố dừng thi công;
• Khả năng điều chỉnh các thông số trộn trong quá trình thi công;
• Phương pháp thí nghiệm kiểm chứng;
• Hồ sơ thi công, gồm nhật ký, bản vẽ và biểu ghi chép;
• Đánh giá nguy cơ tác động đến môi trường và an toàn.

8.2. Chuẩn bị hiện trường

8.2.1. Mặt bằng thi công phải được chuẩn bị theo thiết kế và yêu cầu môi trường, gồm bố trí lối vào cho máy móc, thiết bị; san lấp và thu dọn mặt bằng; tạo lớp chịu lực cho thiết bị; tiếp nhận, kiểm tra và lưu giữ vật liệu.

8.2.2. Tất cả vật liệu đưa vào công trường phải có chứng chỉ xuất xưởng và kết quả kiểm định phù hợp với đặc tính kỹ thuật quy định trong thiết kế.

8.2.3. Kho chứa xi măng phải được bảo đảm chống ẩm và tránh các tác động bất lợi trong quá trình sử dụng.

8.3. Thi công thử tại hiện trường

8.3.1. Khi chưa có kinh nghiệm để đối chiếu, cần thi công thử tại hiện trường đại diện nhằm xác nhận các yêu cầu thiết kế và thiết lập các trị số kiểm soát tới hạn đối với thiết bị, vật liệu và quy trình kỹ thuật cùng chủng loại dùng trong thi công đại trà.

8.3.2. Các trị số kiểm soát thi công gồm:

• Tốc độ khoan xuống và rút lên;
• Tốc độ quay của đầu khoan;
• Áp lực khí nén đối với phương pháp trộn khô;
• Tốc độ phun vữa đối với phương pháp trộn ướt;
• Lượng vật liệu sử dụng.

8.4. Tổ chức thi công

8.4.1. Trước khi thi công, vị trí trụ trên mặt bằng phải được định vị.

8.4.2. Sai số của trụ phải nằm trong giới hạn quy định trong thiết kế.

8.4.3. Quá trình thi công gồm hành trình xuyên xuống, đưa đầu trộn đến độ sâu thiết kế để phá kết cấu và trộn đất, sau đó rút đầu trộn lên đồng thời phun chất kết dính, kết thúc quá trình trộn và di chuyển thiết bị khỏi vị trí.

8.4.4. Trong phương pháp trộn ướt, hành trình lặp lại được sử dụng để tái phân bố vữa theo tỷ lệ quy định. Trong quá trình này, đầu trộn tiếp tục quay đều. Hành trình lặp lại có thể có hoặc không có phun bổ sung vữa.

8.4.5. Tốc độ quay của đầu trộn và tốc độ xuyên xuống, rút lên của cần trộn phải được hiệu chỉnh để tạo ra đất xử lý tương đối đồng nhất.

8.4.6. Đối với phương pháp trộn khô, áp suất khí nén trong quá trình trộn nên được duy trì ở mức thấp nhất có thể nhằm tránh khí bị cuốn giữ trong đất (air entrainment) và hạn chế dịch chuyển đất. Khối lượng xi măng dọc thân trụ và áp suất khí phải được ghi chép trong quá trình thi công.

CHÚ THÍCH: Nếu áp suất khí quá thấp, xi măng có thể không được phân bố trên toàn bộ tiết diện trụ.

8.4.7. Đối với phương pháp trộn ướt, vữa được bơm vào đất theo dòng chảy liên tục.

CHÚ THÍCH: Phương pháp trộn sâu có thể tham khảo Phụ lục A.

8.4.8. Thiết bị ghi khối lượng xi măng và vữa phải được kiểm định.

8.4.9. Mẫu vữa trong phương pháp trộn ướt phải được lấy và kiểm tra theo quy định trong thiết kế (tham khảo Phụ lục B).

9. Giám sát, thí nghiệm và quan trắc

9.1. Quy định chung

9.1.1. Quy mô thí nghiệm và quan trắc phải được quy định trong thiết kế.

9.1.2. Quy trình kiểm định, kiểm soát và nghiệm thu phải được xác lập trước khi triển khai thi công.

9.2. Giám sát

9.2.1. Để kiểm tra quá trình thi công có tuân thủ yêu cầu thiết kế và điều kiện hợp đồng hay không, tổ chức giám sát phải có đủ kinh nghiệm; nhà thầu thi công phải bố trí đội ngũ cán bộ kỹ thuật và công nhân có tay nghề. Tất cả quy định trong thiết kế phải được giám sát theo quy định hiện hành.

9.2.2. Khi phát sinh tình huống chưa lường trước hoặc phát hiện thông tin khác với thiết kế, phải kịp thời báo cáo chủ đầu tư và tư vấn thiết kế.

9.3. Thí nghiệm

9.3.1. Theo quy định trong thiết kế, cần kiểm chứng đặc trưng cường độ, biến dạng và độ đồng nhất của trụ; khi cần thiết, kiểm chứng cả tính thấm của trụ.

9.3.2. Quy mô và phương pháp thí nghiệm phải được quy định trước khi thi công cho từng trường hợp cụ thể, phù hợp với cách thức áp dụng và các đặc tính cần thí nghiệm.

CHÚ THÍCH: Quy mô và phương pháp thí nghiệm phụ thuộc vào cách thức áp dụng và chức năng của trụ. Có thể tham khảo Phụ lục B về các phương pháp thí nghiệm như nén không hạn chế nở hông, thí nghiệm ba trục, nén một trục (oedometer), xuyên tĩnh trụ, CPTU và nén ngang trong hố khoan.

9.3.3. Thí nghiệm kiểm tra chất lượng phải được phân bố đều theo thời gian thi công và theo thiết bị thi công. Số lượng thí nghiệm phải đủ để xác lập trị số trung bình đáng tin cậy về tính chất của trụ trong từng tầng đất đại diện theo chiều dài trụ; số lượng cụ thể phụ thuộc vào quy mô xử lý và mục đích sử dụng trụ.

9.3.4. Trụ dùng làm tường chắn phải được thí nghiệm kiểm tra độ giao thoa và độ đồng nhất.

9.4. Quan trắc

9.4.1. Trong quá trình thi công

9.4.1.1. Các thông số nêu trong Bảng 1 cần được ghi chép trong nhật ký thi công và biên bản nghiệm thu từng trụ.

9.4.1.2. Có thể sử dụng hệ thống máy tính để quan trắc tự động và in trực tiếp các thông số tại hiện trường.

9.4.2. Trong quá trình sử dụng nền xử lý

Chuyển dịch đứng và ngang của nền xử lý phải được quan trắc bằng các phương pháp phù hợp. Trong một số ứng dụng, cần quan trắc áp lực nước lỗ rỗng. Sai lệch so với giới hạn quy định trong thiết kế phải được báo cáo kịp thời.

9.4.3. Thiết bị quan trắc

Thiết bị quan trắc phải được lắp đặt đủ sớm và phải có trị số chuẩn trước khi bắt đầu thi công.

9.4.4. Hồ sơ nghiệm thu

1. Biên bản nghiệm thu trụ theo 9.4.1;
2. Hồ sơ hoàn công trụ, bao gồm các sửa đổi đã được phê duyệt;
3. Kết quả thí nghiệm hiện trường;
4. Chứng chỉ chi tiết của các loại vật liệu và kết quả kiểm tra;
5. Mô tả chi tiết điều kiện đất nền.

10. Các biện pháp an toàn lao động

10.1. Tất cả máy móc, thiết bị vận hành phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình thao tác và quy trình an toàn, đặc biệt là quy trình an toàn đối với máy trộn và máy bơm.

10.2. Phải lắp đặt biển báo tại khu vực nguy hiểm và khu vực trụ vừa thi công; cấm di chuyển qua các khu vực này.

10.3. Khi xảy ra sự cố, nhà thầu phải có phương án xử lý được thiết kế chấp thuận.

Phụ lục A (Tham khảo)Áp dụng thực tế của phương pháp trộn sâu

A.1. Giới thiệu

Mục đích của trộn sâu là cải thiện các đặc trưng của đất, như tăng cường độ kháng cắt và giảm tính nén lún, bằng cách trộn đất nền với xi măng hoặc vữa xi măng để tạo tương tác với đất. Sự cải thiện đạt được thông qua trao đổi ion trên bề mặt hạt sét, liên kết các hạt đất và lấp đầy lỗ rỗng bằng sản phẩm của phản ứng hóa học.

Trộn sâu được phân loại theo chất kết dính, gồm xi măng, vôi, thạch cao, tro bay; và theo phương pháp trộn, gồm trộn khô hoặc trộn ướt, trộn quay hoặc phun tia, sử dụng guồng xoắn hoặc lưỡi cắt.

Công nghệ trộn sâu bắt đầu phát triển tại Thụy Điển và Nhật Bản từ những năm 1960. Phun khô bằng vôi bột chưa tôi được sử dụng tại Nhật Bản từ những năm 1970. Trong khoảng thời gian đó, trụ đất vôi cũng được sử dụng tại Thụy Điển. Phương pháp trộn ướt bằng vữa xi măng được Nhật Bản áp dụng trong những năm 1970. Công nghệ sau đó được phổ biến rộng rãi trên thế giới. Gần đây, các hỗn hợp xi măng, vôi với thạch cao, tro bay và xỉ cũng được giới thiệu; thiết bị trộn tiếp tục được cải tiến. Phương pháp này được áp dụng tại nhiều quốc gia, trong đó có các ứng dụng xử lý môi trường nhằm ngăn chặn và xử lý vùng ô nhiễm. Công nghệ tổ hợp gần đây kết hợp trộn với phun tia và máy trộn bề mặt. Sơ đồ phân loại thiết bị xem Hình A.1.

A.2. Lĩnh vực áp dụng

Các ứng dụng khác nhau của trộn sâu cho công trình tạm thời hoặc lâu dài, trên cạn hoặc dưới biển, được giới thiệu trong Hình A.2. Các mục đích chủ yếu gồm giảm độ lún, tăng ổn định và chống đỡ.

A.3. Thi công

A.3.1. Quy định chung

Thi công gồm các bước định vị, xuyên xuống và rút lên. Khi xuyên xuống, đầu trộn 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 kiểm soát tốc độ rút. Cánh trộn quay theo phương ngang để trộn đều đất với chất kết dính. Một số thiết bị phun chất kết dính trong cả hành trình xuyên xuống và rút lên.

Trong phương pháp trộn khô, khí được sử dụng để đưa xi măng bột vào đất; độ ẩm của đất cần không nhỏ hơn 20 %. Trong phương pháp trộn ướt, vữa xi măng được sử dụng làm chất kết dính. Trộn khô chủ yếu được dùng để cải thiện tính chất đất dính, trong khi trộn ướt thường được dùng trong đất rời. Trong một số trường hợp, chẳng hạn phòng ngừa hóa lỏng, trộn khô được áp dụng cho đất rời xốp. Quá trình triển khai dự án trộn sâu được mô tả trong Hình A.4.

A.3.2. Trộn khô

Nguyên lý chung của phương pháp trộn khô được thể hiện trong Hình A.3. Khí nén đưa xi măng vào đất. Quy trình thi công gồm các bước:

1. Định vị thiết bị trộn;
2. Xuyên đầu trộn xuống độ sâu thiết kế đồng thời phá tơi đất;
3. Rút đầu trộn lên đồng thời phun xi măng vào đất;
4. Quay đầu trộn để trộn đều xi măng với đất;
5. 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 và độ nghiêng đến 70° so với phương đứng. Máy có một cần, với lỗ phun xi măng tại đầu trộn. Năng lượng trộn và khối lượng xi măng được quan trắc; trong nhiều trường hợp, các thông số được kiểm soát tự động nhằm bảo đảm 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 và dẫn qua ống trong cần trộn. Đất và xi măng được trộn đều nhờ đầu trộn quay trong mặt phẳng ngang; hướng quay có thể được đổi một vài lần. Khi cần thiết, cả hai hành trình có thể được lặp lại tại cùng một vị trí. Tốc độ quay của đầu trộn và tốc độ rút lên được điều chỉnh để đạt độ đồng nhất mong muốn. Các thiết bị thế hệ mới được phát triển để chứa cả khí và xi măng.

A.3.2.2. Công nghệ Nhật Bản

Nhật Bản chế tạo nhiều loại máy có một hoặc nhiều cần. Mỗi cần có đầu trộn với 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 được đưa vào máy trộn nhờ khí nén. Thiết bị thế hệ mới có chụp ngăn bụi xi măng phụt lên mặt đất. Lỗ phun xi măng được bố trí 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 trong hành trình xuyên xuống hoặc trong cả hai hành trình. So sánh công nghệ trộn Bắc Âu và Nhật Bản được thể hiện trong Bảng A.1; đặc tính kỹ thuật được trình bày 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.

CHÚ THÍCH: (a) Số vòng quay cánh là tổng số nhát cắt đi qua 1 m chuyển dịch của trục trộn, được tính theo công thức:

T = SM × (Nd/Vd + Nu/Vu)

Trong đó: T là số vòng quay của cánh (n/m); SM là tổng số cánh trộn; Nd là vận tốc quay của cánh trong hành trình xuyên xuống (r/min); Vd là vận tốc xuyên xuống (m/min); Nu là vận tốc quay của cánh trong hành trình rút lên (r/min); Vu là 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. Phương pháp trộn ướt sử dụng vữa xi măng; có thể bổ sung chất độn.

Hình A.5 – Sơ đồ thi công trộn ướt.

Khối lượng vữa có thể thay đổi theo chiều sâu. Khi chế tạo trụ trong đất rời, sử dụng khoan guồng xoắn liên tục có cánh trộn và cánh cắt với hình dạng phù hợp; thiết bị phải có đủ công suất để phá kết cấu đất và trộn đều vữa.

Cường độ và tính thấm phụ thuộc vào thành phần, đặc tính của đất (hàm lượng hạt mịn, hàm lượng hữu cơ, loại sét, thành phần hạt), khối lượng và chủng loại vữa, cũng như quy trình trộn. Có thể tạm dừng trộn khi vữa chưa bắt đầu đông cứng; khi khởi động lại, phải trộn từ độ sâu ít nhất 0,5 m trong phần đất đã xử lý. Bơm chuyển vữa đến lỗ phun phải có đủ công suất về tốc độ truyền và áp lực để cung cấp an toàn lượng vữa thiết kế.

A.3.3.1. Công nghệ châu Âu

Thiết bị thường sử dụng khoan guồng xoắn liên tục hoặc cục bộ, một trục hoặc nhiều trục, hoặc cánh cắt. Việc lựa chọn phụ thuộc vào điều kiện đất nền và mục đích sử dụng. Khi thi công tường chắn có cốt thép, cốt thép cần được đưa vào thân trụ ngay sau khi chế tạo. Thiết bị rung có thể được sử dụng để hỗ trợ hạ cốt thép.

A.3.3.2. Công nghệ Nhật Bản

Công nghệ Nhật Bản được sử dụng cả trên đất liền và trên biển. Trên đất liền, thiết bị có một, hai hoặc bốn trục, với nhiều tầng cánh trộn để tạo độ đồng nhất cho trụ. Số vòng quay của 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 sử dụng tàu lớn lắp đặt thiết bị trộn sâu, bồn chứa, trạm trộn vữa và phòng điều khiển. Các thiết bị này có thể tạo trụ có diện tích tiết diện từ 1,5 m² đến 6,9 m², với chiều sâu tối đa 70 m tính từ mặt nước biển.

A.3.4. Mô hình bố trí trụ

Tùy theo mục đích sử dụng, một số mô hình bố trí trụ được thể hiện trong các Hình A.6 đến A.10. Để giảm độ lún, trụ được bố trí đều theo lưới tam giác hoặc lưới vuông. Để tạo tường chắn, trụ thường được bố trí thành dãy.

CHÚ DẪN: 1) Dải; 2) Nhóm; 3) Lưới tam giác; 4) Lưới vuông.

Hình A.6 – Ví dụ bố trí trụ trộn khô.

Hình A.7 – Ví dụ bố trí trụ chồng lấn theo khối.

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

Hình A.8 – Ví 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 – Ví dụ bố trí trụ trộn ướt trên biển.

Hình A.10 – Ví dụ bố trí trụ trộn ướt chồng lấn, thể hiện trình tự thi công.

A.3.5. Các phương pháp tổ hợp (Hybrid method)

Một số phương pháp sử dụng kỹ thuật tương tự trộn sâu. Điển hình là phương pháp kết hợp trộn cơ học với thủy lực. Dưới đây là mô tả phương pháp gia cố toàn khối và phương pháp phun áp cao kết hợp trộn cơ học.

A.3.5.1. Gia cố toàn khối

Trong điều kiện đất nền rất yếu, chẳng hạn đất than bùn, sét hữu cơ và bùn sét yếu, cần gia cố toàn khối đến độ sâu từ 2 m đến 3 m; chiều sâu xử lý lớn nhất đã được áp dụng là 5 m. Máy thi công khác cơ bản với máy trộn sâu tạo trụ. Chất kết dính được cấp đến đầu trộn trong khi bộ trộn quay và chuyển động theo phương đứng, phương ngang. Máy chủ của đầu trộn thường là máy đào. Hai công nghệ gia cố khối được thể hiện trong Hình A.11 và Hình A.12.

CHÚ DẪN: 1) Bồn chứa và cân; 2) Máy đào; 3) Cần trộn; 4), 5) Đất yếu 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 này kết hợp ưu điểm của trộn cơ học với phun vữa lỏng (jet grouting). Máy có cả đầu trộn và vòi phun, nhờ đó có thể tạo trụ có đường kính lớn hơn đường kính đầu trộn. Công nghệ này và một số biến thể khác đang được áp dụng tại Nhật Bản (Tanaka, 2002).

A.4. Các ứng dụng chính

Ví dụ về ứng dụng trộn sâu cho các mục đích khác nhau được thể hiện trong Hình A.13.

CHÚ DẪN: 1) Đường bộ, ổn định/giảm lún; 2) Ổn định đê cao; 3) Mố cầu; 4) Thành hố đào; 5) Giảm ảnh hưởng đến 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

B.1. Quy định chung

B.1.1. Phạm vi

Các vấn đề thiết kế trong phụ lục này liên quan đến quy trình triển khai dự án, lựa chọn chất kết dính, thí nghiệm trong phòng và ngoài hiện trường, cũng như bố trí trụ trên mặt bằng. Phụ lục này không bao gồm thiết kế địa kỹ thuật chi tiết. Đối với các giải pháp chi tiết, cần tham khảo các tiêu chuẩn liên quan về thiết kế nền móng và công trình ngầm.

Trộn sâu là quá trình cải thiện đất nền. Vì vậy, thiết kế gồm hai khía cạnh riêng biệt:

1. Thiết kế chức năng: Mô tả cách thức đất xử lý và đất tự nhiên tương tác với nhau để tạo ra ứng xử tổng thể cần thiết;
2. Thiết kế công nghệ: Mô tả cách đạt được các đặc tính kỹ thuật yêu cầu của đất xử lý thông qua việc điều chỉnh các thông số kiểm soát công nghệ.

B.1.2. Áp dụng

Trộn sâu được áp dụng để giải quyết các vấn đề sau:

1. Giảm độ lún;
2. Tăng ổn định;
3. Chống giữ mái dốc, hố đào;
4. Ngăn chặn vùng đất ô nhiễm;
5. Xây dựng công trình phòng hộ;
6. Giảm ảnh hưởng của chấn động đến công trình.

B.2. Nguyên lý thiết kế

Đất xử lý bằng trộn sâu phải được thiết kế để công trình xây dựng đáp ứng yêu cầu về tính khả thi, kinh tế và độ bền lâu, đồng thời chịu được các tác động và ảnh hưởng trong quá trình thi công và sử dụng. Thiết kế phải thỏa mãn các điều kiện trạng thái giới hạn cực hạn và trạng thái giới hạn sử dụng.

Thiết kế thường được thực hiện theo phương pháp lặp, trong đó kết quả của nhiều phương pháp thí nghiệm kiểm tra là một phần quan trọng. Hình B.1 trình bày sơ đồ thiết kế lặp cho các dự án trộn sâu.

Thiết kế sơ bộ dựa trên kết quả thí nghiệm mẫu trộn trong phòng. Theo kinh nghiệm, tỷ số giữa cường độ nén không hạn chế nở hông của mẫu thân trụ hiện trường và mẫu trộn trong phòng có thể chọn từ 0,2 đến 0,5, tùy thuộc vào loại đất và tỷ lệ trộn. Nếu kết quả thí nghiệm hiện trường không đáp ứng yêu cầu, 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. Quy định chung

Phương pháp thí nghiệm phải phù hợp với mục đích ứng dụng. Nếu mục tiêu là giảm độ lún, mô đun biến dạng là thông số chính cần quan tâm; nếu mục tiêu là ổn định và chống trượt, thông số chủ yếu là cường độ. Đối với mục tiêu ngăn ngừa ô nhiễm, tính thấm là chỉ tiêu cần được xem xét trước tiên.

B.3.2. Thí nghiệm trong phòng

Thí nghiệm trong phòng gồm thí nghiệm các mẫu trộn trong phòng và các mẫu lấy ở những 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 và Phụ lục D. Hệ số hiệu chỉnh giữa cường độ mẫu trong phòng và cường độ mẫu hiện trường được xác định từ kết quả thí nghiệm và kinh nghiệm thực tế.

Mẫu trộn khô thường được thí nghiệm sau 3, 7, 14, 28 và 90 ngày. Mẫu trộn ướt được thí nghiệm sau 3, 7, 14 và 28 ngày.

B.3.2.2. Lấy mẫu hiện trường

Mẫu được lấy bằng thiết bị khoan xoay. Kỹ thuật và đường kính lấy mẫu được lựa chọn tùy theo loại đất và cường độ đất xử lý. Số lượng mẫu phụ thuộc vào quy mô và độ phức tạp của dự án; tối thiểu phải khoan lấy mẫu tại 3 hố cho mỗi loại máy trộn. Chiều sâu khoan phải đến mũi trụ xử lý.

Đặc trưng cường độ và mô đun đàn hồi, Ecol, của mẫu thường được xác định bằng thí nghiệm nén không hạn chế nở hông. Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm chịu ảnh hưởng của các khe nứt trong mẫu. Nếu mẫu bị rạn nứt, nên thực hiện thí nghiệm nén ba trục. Mô đun nén, Mcol, được xác định bằng thí nghiệm nén một trục không nở hông (oedometer). Để đánh giá ứng xử lún của nền xử lý, mô đun đàn hồi có tính đại diện cao hơn mô đun nén.

B.3.2.3. Lấy mẫu ướt

Dụng cụ lấy mẫu ướt được sử dụng tại châu Âu. Mẫu được lấy ngay sau khi thi công trụ trộn ướt; thông thường lấy 1 mẫu cho mỗi 500 m³ đất xử lý hoặc lấy 1 mẫu mỗi ngày thi công của một máy. Thiết bị được đưa xuống độ sâu cần lấy mẫu, tự động ngoạm mẫu, đưa mẫu lên mặt đất và cho vào khuôn hình trụ hoặc hình lập phương. Mẫu được thí nghiệm sau khi bảo dưỡng ở nhiệt độ quy định. Việc so sánh mẫu bảo dưỡng tại hiện trường với mẫu lấy ướt cho biết sự khác biệt về cường độ và tốc độ phát triển cường độ.

B.3.3. Thí nghiệm hiện trường

B.3.3.1. Thí nghiệm trụ thử

Để khảo sát độ đồng nhất của trụ thử, có thể sử dụng các phương pháp xuyên hoặc khoan lấy mẫu như đã nêu ở trên; trong một số trường hợp có thể cắt lấy nguyên cả trụ. Với mỗi thiết bị trộn, nên thi công không ít hơn hai trụ thử có hàm lượng chất kết dính khác nhau.

Một nội dung quan trọng của thí nghiệm hiện trường là xác định các thông số kiểm soát thi công, gồm vận tốc xuyên xuống và rút lên, tốc độ quay, mô men xoắn và tốc độ truyền vật liệu.

B.3.3.2. Xác định trực tiếp đặc trưng cơ học

Thí nghiệm nén ngang thành hố khoan (pressuremeter test) cho phép xác định cường độ kháng cắt và hệ số nén của trụ. Trước khi thí nghiệm, cần khoan hố trong thân trụ và lắp đặt thiết bị nén ngang thành hố khoan. Phương pháp thí nghiệm thực hiện theo các chỉ dẫn hiện hành.

Thí nghiệm nén tĩnh trụ đơn để xác định sức chịu tải của trụ được thực hiện theo TCVN 9393:2012. Kết quả thí nghiệm cho biết sức chịu tải cực hạn của trụ đơn ứng với độ lún bằng 10 % đường kính trụ.

Thí nghiệm bàn nén hiện trường thực hiện theo TCVN 9354:2012. Kích thước bàn nén có thể mở rộng đến 2 lần đường kính trụ.

Thí nghiệm chất tải diện rộng kết hợp quan trắc độ lún sâu, độ lún bề mặt và áp lực nước lỗ rỗng phản ánh khá chính xác ứng xử của nền đất xử lý, do đó được sử dụng cho công trình quy mô lớn. Quy trình thí nghiệm do thiết kế quy định.

B.3.3.3. Khảo sát độ đồng nhất và xác định gián tiếp các đặc trưng cơ học

Thí nghiệm CPT, điển hình là xuyên côn thông dụng, được dùng để xác định các thông số cường độ và tính liên tục của trụ. Khó khăn của thí nghiệm CPT là duy trì độ thẳng đứng, do đó khối lượng thí nghiệm bị giới hạn.

Thí nghiệm xuyên trụ (xem Hình B.2) sử dụng đầu xuyên cánh cải tiến, với vận tốc xuyên khoảng 20 mm/s và ghi liên tục sức kháng xuyên. Phương pháp này được dùng cho trụ sâu không quá 8 m, có cường độ không quá 300 kPa. Nếu sử dụng khoan dẫn hướng, có thể thí nghiệm đến độ sâu 20 m và cường độ 600 kPa.

Trong bộ thiết bị của Thụy Điển còn có xuyên cánh ngược. Đầu cánh xuyên được đặt sẵn trong quá trình chế tạo trụ, kể cả dây kéo. Tốc độ kéo xuyên tương tự tốc độ ấn xuyên. Khối lượng thí nghiệm theo quy mô xây dựng có thể tham khảo Bảng B.1.

Hình B.1 – Quy trình thiết kế lặp, gồm thí nghiệm trong phòng, thiết kế chức năng, thí nghiệm hiện trường và thiết kế công nghệ.

Hình B.2 – Đầu xuyên cánh dùng trong thí nghiệm xuyên toàn trụ.

B.4. Tương quan giữa các đặc tính của đất xử lý

• Điều kiện trộn và dưỡng hộ khác nhau tạo ra sự khác biệt về cường độ. Theo kinh nghiệm của Thụy Điển, tỷ số giữa cường độ hiện trường và cường độ trong phòng nằm trong khoảng từ 0,2 đến 0,5. Đất rời có tỷ số cao hơn; yếu tố quyết định là độ mịn của hạt.
• Kinh nghiệm Nhật Bản được tổng kết trong Hình B.3 và Hình B.4. CDM (Cement Deep Mixing Method) là phương pháp trộn sâu phổ biến tại Nhật Bản; DJM (Dry Jet Mixing Method) là phương pháp trộn phun khô.
• Hình B.4 cho thấy thiết bị Nhật Bản có khả năng đạt hiệu quả khá cao trong thi công công trình biển; tỷ số giữa cường độ mẫu hiện trường và cường độ mẫu trong phòng gần bằng 1.

CHÚ DẪN Hình B.3: 1) Cường độ hiện trường quf, MPa; 2) Cường độ trong phòng qul, MPa.

Hình B.3 – Quan hệ giữa cường độ hiện trường và cường độ trong phòng đối với công trình trên đất liền (Sakai, 1996).

CHÚ DẪN Hình B.4: 1) Cường độ kháng nén không hạn chế nở hông của mẫu hiện trường, quf, MPa; 3) Sét; 4) Cát; 5) Bến tàu Daikoku; 7) Sét bụi; 8) Cát bụi; 9) Cảng Kanda; 10) Cảng Chiba; 11) Cảng Kitakyushu.

Hình B.4 – Quan hệ cường độ đất xử lý tại công trình biển (CDIT, 2002).

B.5. Các giải pháp thiết kế

B.5.1. Ổn định

B.5.1.1. Cường độ kháng cắt của nền gia cố

Trụ xử lý thường được sử dụng để ổn định mái dốc, khối đắp hoặc tường hào. Mặt phá hoại có thể là mặt phẳng hoặc cung tròn, huy động sức kháng cắt của trụ và đất xung quanh trụ. Phân tích ổn định được thực hiện theo các phương pháp hiện hành.

Cường độ kháng cắt của nền xử lý được xác định theo công thức:

Ctb = Cu(1 − a) + aCc   (B.1)

Trong đó:

• Cu là sức kháng cắt của đất, tính theo phương pháp trọng số đối với nền nhiều lớp;
• Cc là sức kháng cắt của trụ;
• a là tỷ số diện tích, a = nAc/Bs;
• n là số trụ trên 1 m chiều dài khối đắp;
• Bs là chiều rộng khối đắp;
• Ac là diện tích tiết diện trụ.

CHÚ THÍCH: Sức kháng cắt của trụ, Cc, được xác định bằng thí nghiệm hiện trường hoặc trên mẫu lấy từ thân trụ; kết quả từ mẫu thân trụ thường phù hợp với thực tế hơn.

B.5.1.2. Ảnh hưởng của vị trí trụ dọc theo mặt trượt khả dĩ

Khi sử dụng các trụ đơn lẻ để chống mất ổn định, cần lưu ý nguy cơ phá hoại uốn của trụ và sự khác nhau về ứng xử của trụ trong vùng chủ động, vùng chịu cắt và vùng bị động (xem Hình B.5). Trong vùng chủ động, lực dọc trục của trụ góp phần tăng sức kháng cắt và sức kháng uốn. Trong vùng bị động, trụ có thể bị nứt do chịu kéo. Vì vậy, các trụ trong vùng chủ động có lợi cho việc tăng ổn định. Trong vùng chịu cắt và vùng bị động, bố trí trụ thành tường hoặc thành khối hiệu quả hơn bố trí các trụ đơn lẻ trong việc ngăn ngừa phá hoại trượt.

CHÚ DẪN: 1) Vùng bị động; 2) Vùng chịu cắt; 3) Vùng chủ động.

Hình B.5 – Lực dọc trục của trụ trong vùng chủ động làm tăng sức kháng cắt và sức kháng uốn; trong vùng bị động, trụ có thể bị nứt khi chịu kéo.

B.5.1.3. Chồng lấn

Trụ dùng để tăng ổn định thường được bố trí thành một hoặc hai hàng. Các trụ chồng lấn trong hàng làm tăng sức kháng mô men và chống lật. Phần chồng lấn phải đủ để tạo thành tường liên tục. Cần kiểm soát và giám sát độ chồng lấn theo phương đứng trên toàn bộ chiều dài trụ. Khả năng chịu tải trọng ngang của tường được quyết định bởi sức kháng cắt của đất xử lý tại phần chồng lấn.

B.5.1.4. Khoảng cách giữa các trụ

Phá hoại có thể xảy ra trong vùng chịu cắt do các trụ trong hàng bị phân cách, khi mặt trượt nằm gần đỉnh trụ và sức kháng kéo ở vùng chồng lấn thấp. Sức kháng kéo dự kiến của đất xử lý tại vùng chồng lấn vào khoảng 5 % đến 15 % cường độ kháng nén không hạn chế nở hông; giá trị này có thể thấp hơn hoặc cao hơn tùy theo chất lượng và hiệu quả trộn sâu. Khi các trụ cách rời nhau, sức kháng cắt của trụ trong hàng bằng sức kháng cắt của trụ đơn.

B.5.1.5. Xử lý toàn khối

Do tính chất của đất nền xử lý khác đáng kể so với nền chưa xử lý, có thể xem khối xử lý như một khối chôn trong đất để truyền tải trọng tác dụng xuống lớp đất phù hợp (Kitazume, 1996). Bước đầu tiên là phân tích ổn định của công trình bên trên khi làm việc đồng thời với nền xử lý. Bước thứ hai là phân tích ổn định của nền xử lý dưới tác động của ngoại tải, gồm phá hoại trượt, lật và mất khả năng chịu tải. Bước thứ ba là kiểm tra độ lún. Có thể sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) để phân tích ứng suất và biến dạng của nền xử lý phức tạp; số liệu đầu vào có vai trò quan trọng.

B.5.2. Độ lún

B.5.2.1. Độ lún tổng phần

Trụ dùng để giảm độ lún thường được bố trí theo lưới tam giác hoặc lưới vuông. Phân tích lún dựa trên giả thiết đồng biến dạng; nói cách khác, hiệu ứng vòm phân bố lại tải trọng để biến dạng thẳng đứng tại một độ sâu nhất định bằng nhau trong trụ và đất giữa các trụ.

Đối với nhóm trụ, độ lún trung bình được giảm nhờ ứng suất cắt của đất được huy động tại bề mặt tiếp xúc theo chu vi khối với đất xung quanh. Chỉ cần chuyển dịch nhỏ, khoảng vài milimét, để huy động sức kháng cắt của đất. Ứng suất cắt gây ra độ lún lệch giữa các trụ trong nhóm. Độ lún lệch này giảm dần theo mức độ cố kết của đất nên không được tính vào độ lún tổng. Phương pháp tính lún của Giáo sư Broms được giới thiệu trong Phụ lục C.

B.5.2.2. Tốc độ lún

Trong phương pháp trộn khô, tính thấm của trụ có thể cao hơn đất xung quanh, do đó trụ có tác dụng như bấc thấm đứng. Tuy nhiên, tốc độ lún không chỉ phụ thuộc vào hiệu ứng thoát nước. Khi trụ gia cố và đất sét yếu xung quanh cùng làm việc, hiện tượng nổi bật là sự phân bố ứng suất trong hệ thống trụ – đất theo thời gian.

Ngay sau khi tải trọng tác dụng, áp lực nước lỗ rỗng dư tiếp nhận tải trọng. Theo thời gian, trụ tăng độ cứng và dần tiếp nhận tải trọng, làm giảm tải trọng truyền lên đất. Hệ quả là áp lực nước lỗ rỗng dư trong đất yếu giảm nhanh, thậm chí trước khi xảy ra thấm hướng tâm. Sự phân bố lại ứng suất là nguyên nhân chính làm giảm độ lún và tăng tốc độ lún. Vì vậy, ngay cả khi tính thấm của trụ chỉ bằng tính thấm của đất, quá trình cố kết vẫn diễn ra nhanh hơn nhờ sự hiện diện của trụ. Trụ đất xi măng làm tăng hệ số cố kết một chiều.

Trong phương pháp trộn ướt, tính thấm của trụ không cao hơn đất nền xung quanh. Tuy nhiên, nhờ sự phân bố lại ứng suất, quá trình cố kết một chiều vẫn diễn ra nhanh hơn.

B.5.3. Tường vây

Tường vây được tạo thành từ các trụ chồng lấn nhằm ngăn nước rò rỉ qua tường. Độ đồng nhất và khả năng chống rò rỉ là các yêu cầu quan trọng. Thường sử dụng thêm vữa sét để tăng khả năng chống rò rỉ. Khi thiết kế tường ngăn ô nhiễm, cần kiểm tra phản ứng giữa chất ô nhiễm và đất xử lý, đặc biệt khi chất ô nhiễm có tính axit cao.

Phụ lục C (Tham khảo)Tính toán nền gia cố theo biến dạng

C.1. Độ lún tổng cộng, S, của nền gia cố được xác định bằng tổng độ lún của bản thân khối gia cố và độ lún của đất dưới khối gia cố:

S = S1 + S2   (C.1)

Trong đó:

• S1 là độ lún của bản thân khối gia cố;
• S2 là độ lún của đất chưa gia cố dưới mũi trụ.

Độ lún của bản thân khối gia cố được tính theo công thức. Trong đó:

• q là tải trọng công trình truyền lên khối gia cố;
• H là chiều sâu khối gia cố;
• A là tỷ số diện tích, a = nAc/BL;
• n là tổng số trụ;
• Ac là diện tích tiết diện trụ;
• B, L là kích thước khối gia cố;
• Ec là mô đun đàn hồi của vật liệu trụ. Có thể lấy Ec = (50 đến 100)Cc, trong đó Cc là sức kháng cắt của vật liệu trụ;
• Es là mô đun biến dạng của đất nền giữa các trụ. Có thể lấy theo công thức thực nghiệm Es = 250Cu, trong đó Cu là sức kháng cắt không thoát nước của đất nền.

CHÚ THÍCH: Các thông số Ec, Cc, Es và Cu xác định từ kết quả thí nghiệm mẫu hiện trường thường phù hợp với thực tế hơn.

Hình C.1 – Tính lún nền gia cố khi tải trọng tác dụng chưa vượt quá sức chịu tải cho phép của vật liệu trụ.

C.2. Độ lún S2 được tính theo nguyên lý cộng lún từng lớp (xem Phụ lục 3 của TCVN 9362:2012). Áp lực phụ thêm trong đất có thể tính theo lời giải cho bán không gian biến dạng tuyến tính (tra bảng) hoặc phân bố giảm dần theo chiều sâu với độ dốc 2:1, như thể hiện trong Hình C.1.

Phạm vi vùng ảnh hưởng lún được xác định đến chiều sâu mà tại đó áp lực gây lún không vượt quá 10 % áp lực đất tự nhiên, theo quy định trong TCVN 9362:2012.

CHÚ THÍCH: Để thiên về an toàn, tải trọng q tác dụng lên đáy khối gia cố được xem là không thay đổi suốt chiều cao khối.

Phụ lục D (Tham khảo)Phương pháp thí nghiệm trong phòng xác định sức kháng nén của mẫu đất – xi măng (phương pháp trộn khô)

D.1. Mục đích thí nghiệm

1. Xác định sức kháng nén một trục không hạn chế nở hông của mẫu tiêu chuẩn;
2. Lựa chọn tỷ lệ pha trộn hỗn hợp gia cố.

D.2. Thiết bị và dụng cụ chủ yếu

• Máy trộn hoặc dụng cụ trộn mẫu đất hỗn hợp;
• Dụng cụ tạo mẫu đất hỗn hợp;
• Máy nén một trục không hạn chế nở hông.

D.3. Vật liệu thí nghiệm

D.3.1. Vật liệu đất

Đất nguyên dạng lấy tại hiện trường được bảo quản ở trạng thái tự nhiên.

D.3.2. Xi măng

Xi măng không được quá 1 tháng kể từ ngày xuất xưởng để bảo đảm độ linh động cần thiết khi thi công trụ tại hiện trường. Cần thí nghiệm kiểm tra mác xi măng trước khi trộn với đất.

D.4. Chế tạo mẫu thí nghiệm

D.4.1. Khuôn mẫu thí nghiệm

Khuôn hình trụ tròn, thường là ống nhựa cứng, có đường kính trong d = 50 mm, chiều cao h = 100 mm và nắp cao su để giữ độ ẩm. Khuôn phải được làm sạch; có thể bôi chất chống dính khuôn để dễ tháo mẫu khi nén.

D.4.2. Xác định tỷ lệ xi măng

Khối lượng đất khô dùng để tính tỷ lệ xi măng được xác định theo công thức:

Gk = gkV   (D.1)

Trong đó:

• Gk là khối lượng đất khô dùng để tính tỷ lệ xi măng;
• gk là khối lượng thể tích khô của đất, tính bằng gam trên centimét khối (g/cm³), gk = gw/(1+w);
• gw là khối lượng thể tích tự nhiên của đất, tính bằng gam trên centimét khối (g/cm³);
• w là độ ẩm tự nhiên của đất;
• V là thể tích mẫu thử, V = 196,35 cm³.

Khối lượng xi măng được tính theo phần trăm khối lượng đất khô, theo tỷ lệ yêu cầu.

D.4.3. Xác định khối lượng hỗn hợp

Thông thường, mỗi tỷ lệ xi măng cần một nhóm gồm 3 mẫu. Các mẫu phải được chế bị sao cho khối lượng thể tích có sai số không quá ±0,05 g/cm³. Khối lượng hỗn hợp được tính theo công thức:

G = gk(1 + w + 0,01t)V   (D.2)

Trong đó:

• t là tỷ lệ xi măng, tính bằng phần trăm (%);
• V là tổng thể tích của nhóm mẫu, đã kể đến hao hụt 10 %.

D.4.4. Đúc mẫu và bảo dưỡng mẫu

D.4.4.1. Đúc mẫu

Đất tự nhiên được trộn với xi măng trong khoảng 5 min đến 10 min bằng máy trộn. Nếu trộn thủ công bằng xẻng nhỏ, cần dầm rời đất trước khi cho xi măng, sau đó trộn đều trong khoảng 10 min đến 15 min.

Cho hỗn hợp vào khuôn thành 3 lớp. Dùng que gỗ đường kính 10 mm, dài 400 mm để đầm chọc; lớp dưới cùng được đầm đến tận đáy, các lớp sau đầm sâu vào lớp trước 10 mm. Lớp trên cùng được đỡ thêm bằng dao vòng để chiều cao trước khi ép cao hơn miệng khuôn 10 mm.

Đưa mẫu vào máy ép, sử dụng lực ép khoảng (100 ± 25) kg trong thời gian 5 min đến 7 min. Đối với đất bão hòa, dừng ép khi thấy nước bắt đầu thoát lên mặt tấm ép.

Khi không có máy ép, sử dụng que thép đường kính 10 mm, dài 350 mm, một đầu hình viên đạn để đầm. Đầm chọc từ ngoài vào trong theo hình xoắn ốc; lớp đầu tiên đầm đến tận đáy, các lớp sau đầm sâu vào lớp trước từ 10 mm đến 15 mm.

Gạt bỏ hỗn hợp thừa trên mặt khuôn, miết phẳng bề mặt và đậy nắp cao su. Kiểm tra khối lượng mẫu bằng cách tính khối lượng thể tích khô quy ước. Trong đó, G1 là khối lượng hỗn hợp trong khuôn, không kể khối lượng khuôn và nắp (g); V là thể tích hỗn hợp, V = 196,35 cm³. Mẫu chế bị đạt yêu cầu nếu sai số so với khối lượng thể tích khô ban đầu không quá ±0,05 g/cm³.

D.4.4.2. Bảo dưỡng

Mẫu được bảo dưỡng trong khuôn, đặt trong phòng bảo dưỡng tiêu chuẩn. Nhiệt độ bảo dưỡng thường được duy trì gần với nhiệt độ nền đất cần xử lý. Kết quả thí nghiệm mẫu sau 90 ngày được dùng trong tính toán thiết kế, bao gồm kiểm tra lún và ổn định. Các tuổi mẫu 3, 7, 14 và 28 ngày được dùng để so sánh với kết quả thí nghiệm hiện trường.

D.5. Thí nghiệm

D.5.1. Thiết bị

Máy nén phải có hành trình sao cho khi đạt tải trọng phá hoại dự kiến của mẫu thử, hành trình không nhỏ hơn 20 % và không vượt quá 80 % tổng hành trình. Sai số tương đối của số đọc không quá 2 %.

D.5.2. Trình tự thí nghiệm

1. Tiến hành thí nghiệm ngay sau khi lấy mẫu ra khỏi phòng bảo dưỡng để tránh thay đổi độ ẩm và nhiệt độ;
2. Đặt mẫu chính giữa bàn nén dưới của máy nén. Khi bàn nén trên tiếp cận mẫu, điều chỉnh bệ hình cầu để tiếp xúc đều;
3. Gia tải với tốc độ từ 10 N/s đến 15 N/s hoặc từ 1 mm/min đến 2 mm/min. Khi mẫu biến dạng nhanh và gần phá hoại, ngừng điều chỉnh van đầu máy nén. Khi mẫu phá hoại, ghi lại lực phá hoại.

D.6. Tính toán kết quả thí nghiệm

Cường độ kháng nén của mẫu đất xi măng được tính theo công thức:

qu = P/A   (D.4)

Trong đó:

• qu là cường độ kháng nén của mẫu đất xi măng ở tuổi thí nghiệm, tính bằng kilôpascan (kPa);
• P là tải trọng phá hoại, tính bằng kilôniutơn (kN);
• A là diện tích chịu nén của mẫu, tính bằng mét vuông (m²).

Mỗi nhóm mẫu thử gồm 3 mẫu. Nếu kết quả tính toán của một mẫu vượt quá ±15 % trị số trung bình của nhóm thì chỉ lấy trị số của 2 mẫu còn lại để tính. Nếu không đủ 2 mẫu thì phải làm lại thí nghiệm.

Phụ lục E (Tham khảo)Phương pháp thí nghiệm trong phòng xác định sức kháng nén của mẫu đất – xi măng (phương pháp trộn ướt)

E.1. Mục đích thí nghiệm

Thí nghiệm cường độ kháng nén của mẫu đất xi măng trong phòng nhằm xác định tỷ lệ cấp phối tối ưu phục vụ thiết kế và thi công.

E.2. Lựa chọn vật liệu

E.2.1. Vật liệu đất

Đất được lấy tại hiện trường nơi sẽ gia cố. Mẫu đất dùng để pha trộn cần được hong khô, nghiền nhỏ và sàng qua sàng 5 mm.

E.2.2. Xi măng

Xi măng không được quá hạn 1 tháng kể từ ngày xuất xưởng. Mẫu xi măng cần được kiểm tra lại cường độ; chỉ đưa vào sử dụng khi đáp ứng mác xuất xưởng.

E.2.3. Nước

Sử dụng nước sạch cấp cho sinh hoạt.

E.3. Đúc mẫu thử

E.3.1. Khuôn mẫu thử

Sử dụng khuôn lập phương kích thước 70,7 mm × 70,7 mm × 70,7 mm, có đủ độ cứng và dễ tháo lắp. Mặt trong khuôn phải nhẵn bóng. Sai số độ phẳng không vượt quá 0,05 % chiều dài cạnh; sai số chiều dài cạnh không vượt quá 1/150 chiều dài cạnh; sai số độ vuông góc của mặt đáy không vượt quá ±0,50°.

E.3.2. Phương pháp đầm rung

Mẫu thử có thể được đầm chặt bằng máy rung với tần số (3 000 ± 200) lần/min, biên độ không tải (0,5 ± 0,1) mm và biên độ có tải (0,35 ± 0,05) mm. Khi không có điều kiện sử dụng máy rung, có thể đầm chặt thủ công bằng que thép đường kính 10 mm, dài 350 mm, một đầu hình côn.

E.3.3. Tỷ lệ cấp phối mẫu thử

Lượng xi măng và lượng nước trộn được tính theo công thức. Trong đó:

• W0 là khối lượng đất phơi khô;
• Wc là khối lượng xi măng;
• Ww là khối lượng nước;
• w là hàm lượng nước tự nhiên của đất;
• w0 là hàm lượng nước của đất phơi khô;
• aw là tỷ lệ trộn xi măng;
• m là tỷ lệ nước/xi măng.

E.3.4. Đúc mẫu và bảo dưỡng mẫu

1. Lắp ráp khuôn, lau sạch và bôi chất chống dính khuôn lên mặt trong;
2. Cân, đong khối lượng đất phơi khô, xi măng và nước;
3. Trộn đều đất và xi măng trong thùng trộn, sau đó cho nước vào và tiếp tục trộn thật đều. Trộn 10 min kể từ khi cho hết nước, hoặc cho nước từ từ và trộn trong 1 min kể từ khi cho hết nước;
4. Khi dùng máy rung, cho một nửa hỗn hợp đất xi măng vào khuôn và rung trên bệ trong 1 min. Cho phần hỗn hợp còn lại vào khuôn, để dư một lượng nhỏ và rung thêm 1 min. Không để khuôn mẫu tự nẩy trên bàn rung. Khi đầm thủ công, chia hỗn hợp thành hai lớp; đầm đều từ ngoài vào trong theo vòng xoắn ốc, đồng thời lắc khuôn về bốn phía đến khi mặt mẫu không còn bọt khí. Giữ que đầm thẳng đứng; mỗi lớp chọc 25 lần. Lớp dưới đầm đến tận đáy, lớp trên đầm sâu xuống lớp dưới 1 cm. Dùng bay miết nhiều lần theo mép khuôn để tránh mẫu bị rỗ mặt;
5. Sau khi đầm, gạt bỏ phần hỗn hợp thừa, miết phẳng mặt mẫu, phủ vải ni lông để chống bay hơi nước và đưa mẫu vào phòng bảo dưỡng tiêu chuẩn;
6. Căn cứ vào cường độ hỗn hợp để quyết định thời gian tháo khuôn; thông thường có thể đánh số và tháo khuôn sau 3 ngày. Sau khi tháo khuôn, cân từng mẫu và ngâm mẫu trong bồn nước để bảo dưỡng. Nhiệt độ phòng bảo dưỡng cần tương tự nhiệt độ trong đất cần xử lý.

E.4. Thí nghiệm

Thiết bị, trình tự thí nghiệm và phương pháp xử lý kết quả tương tự như đối với mẫu đất xi măng chế tạo theo phương pháp trộn phun khô.

Phụ lục G (Tham khảo)Cường độ chịu nén của một số hỗn hợp gia cố đất xi măng

MỤC LỤC

1. Lời nói đầu
2. Phạm vi áp dụng
3. Tài liệu viện dẫn
4. Thuật ngữ và định nghĩa
5. Quy định chung
6. Khảo sát địa kỹ thuật
7. Vật liệu và sản phẩm
8. Giải pháp thiết kế
9. Thi công
10. Giám sát, thí nghiệm và quan trắc
11. Các biện pháp an toàn lao động
12. Phụ lục A (Tham khảo): Áp dụng thực tế của phương pháp trộn sâu
13. Phụ lục B (Tham khảo): Các giải pháp thiết kế
14. Phụ lục C (Tham khảo): Tính toán nền gia cố theo biến dạng
15. Phụ lục D (Tham khảo): Phương pháp thí nghiệm trong phòng xác định sức kháng nén của mẫu đất xi măng (phương pháp trộn khô)
16. Phụ lục E (Tham khảo): Phương pháp thí nghiệm trong phòng xác định sức kháng nén của mẫu đất xi măng (phương pháp trộn ướt)
17. Phụ lục G (Tham khảo): Cường độ chịu nén của một số hỗn hợp xi măng đất