Cọc được tạo thành từ việc lèn chặt cát vào lỗ khoan, giúp cải tạo nền

[Congtrinh]

Việc xử lý nền móng, sử dụng cọc, vải địa kỹ thuật và phụ gia cải tạo đất là các giải pháp kỹ thuật nền móng quan trọng trong xây dựng, nhằm tăng cường khả năng chịu lực và ổn định cho công trình.


Dưới đây là tổng quan về các phương pháp và vật liệu này:


1. Xử lý nền móng (Ground Improvement/Foundation Treatment)

Xử lý nền móng là tập hợp các biện pháp kỹ thuật nhằm cải tạo các đặc tính cơ lý của đất nền, đặc biệt là đất yếu (đất sét mềm, bùn, than bùn), để đáp ứng yêu cầu chịu tải của công trình.

Các phương pháp xử lý nền móng phổ biến bao gồm:

• Đầm chặt (Compaction): Sử dụng các thiết bị lu lèn để tăng mật độ đất, thường dùng cho các nền đắp hoặc lớp mặt.
• Gia tải trước (Preloading): Sử dụng tải trọng tạm thời (thường là đất đắp) để ép nước ra khỏi lỗ rỗng của đất yếu, giúp nền móng lún ổn định trước khi xây dựng công trình chính.
• Thoát nước đứng (Vertical Drains): Kết hợp với gia tải trước, sử dụng các bấc thấm (PVD) hoặc trụ cát để đẩy nhanh quá trình cố kết (consolidation) của đất.
• Hỗn hợp sâu (Deep Mixing Method - DMM): Trộn xi măng hoặc vôi vào sâu trong lòng đất để tạo thành các cọc đất-xi măng, cải thiện đáng kể cường độ chịu cắt của nền.

2. Cọc (Piles)

Cọc là các cấu kiện chịu lực dạng thanh dài được đóng, ép hoặc khoan xuống sâu trong lòng đất để truyền tải trọng của công trình xuống các tầng đất cứng hơn hoặc phân tán tải trọng vào môi trường đất xung quanh.

Các loại cọc chính:

• Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn: Được sản xuất tại nhà máy, sau đó đóng hoặc ép xuống đất bằng búa hoặc máy ép chuyên dụng. Phù hợp cho các công trình dân dụng và công nghiệp phổ biến.
• Cọc khoan nhồi (Bored Piles): Thi công bằng cách khoan tạo lỗ trong đất, sau đó hạ lồng thép và đổ bê tông tại chỗ. Phù hợp cho các công trình có tải trọng lớn, chiều sâu móng sâu hoặc khu vực thi công hạn chế rung chấn.
• Cọc cát (Sand Piles): Cọc được tạo thành từ việc lèn chặt cát vào lỗ khoan, giúp cải tạo nền đất yếu và tăng cường khả năng thoát nước.

3. Vải địa kỹ thuật (Geotextiles)

Vải địa kỹ thuật là loại vật liệu polymer dạng tấm, có khả năng thấm nước, thường được sử dụng trong các công trình giao thông, thủy lợi và xây dựng để cải tạo nền đất.

Các chức năng chính:

• Phân cách (Separation): Ngăn cách hai lớp vật liệu khác nhau (ví dụ: đất nền yếu và lớp đá base/subbase) để tránh lẫn lộn, duy trì hiệu quả của các lớp vật liệu.
• Gia cường (Reinforcement): Cung cấp sức kéo, tăng cường khả năng chịu tải của nền đất yếu (ví dụ: trong đắp đường trên nền đất yếu).
• Lọc (Filtration): Cho phép nước đi qua đồng thời giữ lại các hạt đất mịn, ngăn ngừa xói mòn.
• Bảo vệ (Protection): Bảo vệ các vật liệu khác như màng chống thấm (geomembrane).

Có hai loại vải địa kỹ thuật chính: vải dệt (có sức kéo cao, dùng nhiều cho gia cường) và vải không dệt (có khả năng thấm tốt, dùng nhiều cho phân cách và lọc).


4. Phụ gia cải tạo đất (Soil Improvement Additives)

Phụ gia cải tạo đất là các hóa chất hoặc vật liệu được thêm vào đất để thay đổi tính chất vật lý và hóa học của nó, nhằm tăng cường độ bền, giảm độ ẩm hoặc cải thiện khả năng đầm nén.

Các loại phụ gia phổ biến:

• Xi măng (Cement): Phụ gia phổ biến nhất, tạo ra các phản ứng thủy hóa để kết dính các hạt đất, tăng cường độ chịu lực cho nền móng (sử dụng trong phương pháp trộn sâu DMM).
• Vôi (Lime): Thường dùng để ổn định đất sét, làm khô đất ướt nhanh chóng tại công trường, và cải thiện tính dẻo của đất.
• Tro bay (Fly Ash) và Xỉ lò (Slag): Các vật liệu phế thải công nghiệp có tính chất xi măng, có thể dùng thay thế một phần hoặc toàn bộ xi măng/vôi trong một số ứng dụng.
• Các phụ gia hóa học chuyên dụng: Các loại polymer hoặc chất ổn định đất chuyên biệt cho từng điều kiện cụ thể.

Việc lựa chọn phương pháp và vật liệu nào phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất nền, yêu cầu kỹ thuật của công trình và điều kiện kinh tế của dự án.

 

[Congtrinh]

Phương pháp trộn xi măng hoặc vôi trực tiếp vào sâu trong lòng đất để tạo thành các cọc đất-xi măng được gọi là
Phương pháp Hỗn hợp sâu (tiếng Anh: Deep Mixing Method - DMM hoặc Soil Mixing Method).

Đây là một kỹ thuật xử lý nền móng hiệu quả, đặc biệt phổ biến ở các nước châu Á như Nhật Bản, nhằm cải thiện các đặc tính cơ lý của đất yếu.


Chi tiết về phương pháp Hỗn hợp sâu (DMM)

Mục đích chính:

Mục tiêu là biến đổi đất nền yếu (thường là đất sét mềm, bùn) thành vật liệu có cường độ và độ cứng cao hơn, đồng thời giảm độ thấm nước, để tăng khả năng chịu tải cho công trình bên trên.

Cách thức thực hiện:

1. Thiết bị chuyên dụng: Sử dụng máy khoan hoặc cánh khuấy đặc biệt.
2. Bơm vữa/phụ gia: Vữa xi măng hoặc hỗn hợp vôi được bơm vào lòng đất qua trục khoan/cánh khuấy.
3. Trộn tại chỗ: Thiết bị vừa khoan xuống vừa khuấy trộn mạnh vữa với đất nền hiện hữu.
4. Hình thành cọc: Sau khi vữa đông kết, hỗn hợp đất-xi măng tạo thành các cấu kiện vững chắc gọi là cọc đất-xi măng (Cement Deep Mixing piles - CDM piles).

Ưu điểm:

• Cải thiện cường độ chịu cắt: Tăng cường độ chịu tải của nền móng một cách đáng kể.
• Kiểm soát độ lún: Giảm độ lún tổng thể và độ lún lệch của công trình.
• Giảm thời gian thi công: Nhanh hơn so với các phương pháp gia tải trước truyền thống.
• Thân thiện môi trường: Giảm khối lượng đất đào thải ra khỏi công trường.

Các cọc đất-xi măng này có thể được bố trí theo dạng cột đơn lẻ (để giảm lún), theo mạng lưới (để tạo tường chắn hoặc cải tạo toàn diện nền móng), hoặc kết hợp với các phương pháp khác tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế của dự án.

 

[Congtrinh]

Phương pháp hỗn hợp sâu (DMM - Deep Mixing Method) rất linh hoạt trong việc bố trí các cọc đất-xi măng, cho phép chúng ta thực hiện hai mục tiêu chính: tạo
tường chắn (cutoff walls) hoặc cải tạo toàn diện nền móng (area improvement).


1. Tạo Tường chắn (Cutoff Walls / Slurry Walls)

Khi mục tiêu là tạo tường chắn, các cọc đất-xi măng được thi công sát cạnh nhau hoặc chồng lấn lên nhau theo một đường thẳng để tạo thành một kết cấu liên tục, kín nước và vững chắc.

• Mục đích:
  • Ngăn thấm (Seepage Control): Tạo ra một rào cản ngăn dòng nước ngầm chảy qua, thường được sử dụng trong các công trình đê điều, đập thủy lợi, hoặc hố móng sâu (ví dụ: tầng hầm).
  • Giữ thành hố đào (Excavation Support): Đóng vai trò như một bức tường vững chắc để giữ ổn định hai bên hố móng khi đào sâu, thay thế cho tường vây bê tông cốt thép truyền thống trong một số trường hợp.
• Đặc tính: Cường độ chịu cắt của các cọc được kết nối đảm bảo tính ổn định cấu trúc, trong khi tính không thấm nước được đảm bảo bởi sự liên tục của tường.

2. Cải tạo toàn diện nền móng (Area Improvement / Mass Stabilization)

Khi mục tiêu là cải tạo toàn diện nền móng, các cọc đất-xi măng được bố trí theo một mạng lưới đều khắp diện tích cần xử lý (ví dụ: hình vuông, tam giác).

• Mục đích:
  • Tăng khả năng chịu tải đồng đều: Nâng cao sức chịu tải của toàn bộ khu vực nền móng để đỡ các công trình có diện tích lớn như nhà xưởng, silo, hoặc đường dẫn đầu cầu.
  • Giảm lún tối đa: Đảm bảo độ lún xảy ra đồng đều trên toàn bộ công trình, tránh tình trạng lún lệch gây hư hại kết cấu.
• Đặc tính: Phương pháp này biến một nền đất yếu trên diện rộng thành một khối đồng nhất, có tính chất cơ lý được cải thiện rõ rệt, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cao cho công trình.

Tóm lại: Tùy thuộc vào thiết kế kỹ thuật của dự án, kỹ sư sẽ quyết định sử dụng phương pháp DMM để bố trí cọc theo dạng tường liên tục (tường chắn) hay mạng lưới (cải tạo diện rộng) nhằm đạt được hiệu quả tối ưu nhất.