Small main slider(Vi)

Cọc xi măng đất

Hiện tại Công ty cổ phần LICOGI 13 -Nền móng xây dựng đã và đang thi công rất nhiều công trình trọng điểm có sử dụng các phương pháp gia cố xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất như:  Đường cất hạ cánh sân bay Cần Thơ, sân bay Cát Bi (Hải Phòng), đường bao phía Đông Nam quận Hải An - Hải Phòng, Khu công nghệ cao Láng - Hoà Lạc, Tuyến đường Pháp Vân - Cầu Giẽ,...

Hình 1. Thi công cọc xi măng đất tại sân bay Cát Bi - Hải Phòng 

Cọc xi măng đất - deep cement soil mixing (hay còn gọi là cột xi măng đất - deep soil mixing columns, trụ xi măng đất - soil mixing pile), về vấn đề tên gọi là “cọc”, “cột”, hay “trụ” thì tùy theo quan niệm các nước khác nhau trong các khu vực trên thế giới. Cọc xi măng đất bản chất là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun. Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia cố thì quay ngược lại và dịch chuyển lên. Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được bơm phun vào nền đất (bằng áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt).

Cọc xi măng - đất được nghiên cứu và phát triển đầu tiên tại Thụy Điển và Nhật Bản từ những năm 1960. Hiện nay công nghệ cọc xi măng - đất được phổ biến trên toàn thế giới và ứng dụng nhiều nhất ở Nhật Bản và các nước vùng Scandinaver. Công nghệ thi công cũng đã phát triển hoàn thiện trộn sâu, trộn tổ hợp có phun tia và trộn bề mặt. Ở Việt Nam nước ta, những nghiên cứu được manh nha từ những năm 1980, nhưng số lượng công trình áp dụng công nghệ cọc xi măng - đất đến nay là rất khiêm tốn

1. Ưu điểm nổi bật của cọc xi măng đất:

 - Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi ro cao. Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ thời gian đúc cọc và đạt đủ cường độ. Tốc độ thi công cọc rất nhanh.

- Hiệu quả kinh tế cao, giá thành hạ hơn nhiều phương án cọc khác, phù hợp trong tình hình kinh tế như hiện nay;

- Rất thích hợp cho công tác xử lý nền, xử lý móng cho các công trình ở các khu vực nền đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển.

- Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước.

- Khả năng xử lý sâu đến 50m.

- Địa chất nền là cát rất phù hợp với công nghệ gia cố cọc xi măng đất, độ tin cậy cao.

- Biến dạng nền đất gia cố rất nhỏ vì vậy giảm thiểu ảnh hưởng của lún đối với các công trình lân cận; tăng sức kháng cắt ổn định nền móng công trình.

- Dễ dàng điều chỉnh cường độ cọc bằng cách điều chỉnh hàm lượng xi măng khi thi công.

- Dễ quản lý chất lượng thi công.

- Hạn chế ô nhiễm môi trường.

 2. Phương pháp thi công:

Ở Việt Nam hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công cọc xi măng đất là công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) và công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay Jet-grouting) - là công nghệ của Nhật Bản. Mỗi công nghệ sẽ có thiết bị và dây chuyền thi công phù hợp khác nhau, sau đây chúng tôi xin giới thiệu biện pháp thi công trộn ướt (Jet-grouting). 

Công nghệ trộn ướt trong thi công cọc xi măng - đất (Jet-grouting)

Công nghệ thi công cọc xi măng - đất với kết quả là tạo ra cột đất gia cố từ vữa xi măng phụt ra hòa trộn với bản thân đất nền. Nhờ có xi măng bơm phun ra với áp suất cao, các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xới tơi ra và hoà trộn với xi măng, sau khi đông cứng tạo thành một khối đồng nhất gọi là Cọc xi măng đất (soilcrete). Cọc xi măng - đất hình thành sẽ đóng vai trò ổn định nền và gia cường độ cho nền. Cường độ chịu nén của xi măng đất từ dao động khoảng 20 ÷ 250 kG/ cm2, tuỳ thuộc vào loại, hàm lượng xi măng và tỷ lệ đất còn lại trong khối xi măng đất và loại đất nền.

 Hình 2. Thi công cọc xi măng đất bằng phương pháp trộn ướt tại Khu công nghệ cao Láng - Hoà Lạc

Cọc xi măng đất được thi công tạo thành theo phương pháp khoan trộn sâu. Dùng máy khoan và các thiết bị chuyên dụng khoan vào đất nền với đường kính và chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế. Đất trong quá trình khoan không được lấy lên khỏi lỗ khoan mà chỉ bị phá vỡ liên kết, kết cấu và được các cánh mũi khoan nghiền tơi, trộn đều với chất kết dính xi măng (đôi khi có thêm phu gia và cát). Quá trình trộn đều bởi phun (hoặc bơm) chất kết dính với đất trong lỗ khoan, tùy theo yêu cầu có thể được thực hiện ở cả hai pha khoan xuống và rút lên của mũi khoan hoặc chỉ thực hiện ở pha rút mũi khoan lên. 

Để tránh lãng phí xi măng, hạn chế xi măng thoát ra khỏi mặt đất gây ô nhiễm môi trường, khi rút mũi khoan lên cách độ cao mặt đất từ 0,5 ÷ 1,5m thì sẽ dừng phun chất kết dính nhưng đoạn cọc trên này vẫn được phun đầy đủ chất kết dính là nhờ chất kết dính có trong đường ống tiếp tục được phun (hoặc bơm) vào hố khoan. Khi kết thúc mũi khoan rút lên khỏi hố khoan, trong hố khoan còn lại đất nền đã được trộn đều với chất kết dính và hỗn hợp đó dần dần đông cứng tạo thành cọc xi măng đất.   

Thiết bị máy phương pháp xử lý bằng cọc xi măng đất khá đơn giản bao gồm một máy khoan với hệ thống lưỡi có đường kính thay đổi (tùy theo đường kính cọc được thiết kế ) và hệ thống silô chứa xi măng có gắn máy bơm nén với áp lực lên tới 12kg/cm2.
Công nghệ trộn ướt (khoan phụt vữa cao áp) là một quá trình bê tông hóa đất. Nhờ có tia nước và tia vữa phun ra với áp suất cao ( 200 ÷ 400 atm) và tốc độ lớn ≥ 100 m/s, các phần tử đất nền xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hòa trộn với vữa phụt đông cứng tạo ra một khối đồng nhất “xi măng - đất”.

Nguyên lý công nghệ theo 3 cách sau: 
Công nghệ đơn pha: Tia vữa xi măng phun ra với vận tốc ≥ 100 m/s vừa cắt đất đồng thời vừa trộn vữa với đất tạo ra hỗn hợp xi măng đất đồng đều. Cọc xi măng đất đồng nhất có độ cứng cao và hạn chế đất trào ngược lên. 
Công nghệ hai pha: Hỗn hợp vữa xi măng được bơm ở áp suất cao, tốc độ lớn và được trợ giúp bởi một tia khí nén bao bọc quanh vòi phun; cho phép vữa xâm nhập sâu hơn vào trong lòng đất và tạo ra cọc xi măng đất đường kính lớn hơn. Tuy vậy tia khí làm giảm độ cứng cọc xi măng đất và đất dễ bị trào ngược lên. 
Công nghệ ba pha: Quá trình phụt có cả vữa, không khí và nước; Vữa xi măng được bơm qua một vòi riêng biệt nằm dưới vòi khí và vòi nước để lấp đầy khoảng trống của khí. Công nghệ này là phương pháp thay thế đất hoàn toàn. Đất bị trào ngược lên mặt đất sẽ được thu gom xử lý vận chuyển đi.

Theo công nghệ trộn ướt có thể thi công theo 6 bước sau: 
- Bước 1: Đinh vị máy khoan vào đúng vị trí khoan cọc bằng máy toàn đạc điện tử. 
- Bước 2: Bắt đầu khoan vào đất, quá trình mũi khoan sẽ đi xuống đến độ sâu theo thiết kế. 
- Bước 3: Bắt đầu bơm vữa theo qui định và trộn đều trong khi mũi khoan đang đi xuống, tốc độ mũi khoan đi xuống : 0,5m÷0,7m/phút. 
- Bước 4: Tiếp tục hành trình khoan đi xuống, bơm vữa và trộn đều, đảm bảo lưu lượng vữa theo đúng thiết kế. 
- Bước 5: Khi đến độ sâu mũi cọc, dừng khoan và dừng bơm vữa và tiền hành quay mũi ngược lại và rút cần khoan lên, quá trình rút lên kết hợp trộn đều 1 lần và nén chặt vữa trong lòng cọc, nhờ cấu tạo mũi khoan. Tốc độ rút cần khoan lên trung bình: 0,8m÷1,2m/phút. 
- Bước 6: Sau khi mũi khoan được rút lên khỏi miệng hố khoan, 01 cây cọc vữa được hoàn thành. Thực hiện công tác dọn dẹp phần phôi vữa rơi vãi ở hố khoan, chuyển máy sang vị trị cọc mới.
    




Hình 3. Sơ đồ công nghệ thi công cọc xi măng đất bằng công nghệ trộn ướt
 
Các bạn có thể tham khảo quy trình thi công cọc xi măng đất qua video sau:https://youtu.be/R7nzd2gKvK0