CỘC XI MĂNG ĐẤT

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. Nam Đại Phát xin giới thiệu đến độc giả công nghệ thi công cọc xi măng – đất để làm rõ hơn về vấn đề này.

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).

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 hòa 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.

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 quy 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.

Công nghệ này sử dụng cần khoan có gắn các cánh cắt đất, chúng cắt đất sau đó trộn đất với xi măng khô (có hoặc không có chất phụ gia) bơm theo trục khoan để tạo thành một trụ – cọc đất xi măng. Ngoài xi măng, các loại bột khô và các thành phần kích thước hạt nhỏ hơn 5mm cũng có thể được sử dụng. Chủng loại và chất lượng của hỗn hợp được sử dụng là độc lập với các tính chất của nền đất yếu cũng như yêu cầu cơ học của đất được xử lý. Theo từng loại đất mà thiết kế hàm lượng xi măng phù hợp. Thiết bị máy có hệ thống tự động cân chỉnh độ thẳng đứng cần khoan cũng như cung cấp các số liệu chính xác và liên tục về chiều sâu , tốc độ rút cần và tốc độ xoay cần khoan

Quy trình thi công theo công nghệ trộn khô có thể theo 5 bước sau:

Bước 1: Đinh vị máy khoan vào đúng vị trí kho- an cọc bằng máy toàn đạc điện tử.

Bước 2: Bắt đầu khoan, mũi khoan đi xuống độ sâu theo thiết kế đồng thời phá tơi đất.

Bước 3: Bắt đầu phun xi măng và trộn đều vào đất trong khi mũi khoan đang đi lên.

Bước 4: Hành trình khoan xoay bơm và trộn đều xi măng vào đất lưu lượng đúng thiết kế.

Bước 5: Kết thúc thi công cọc xi măng đất theo đúng độ sâu theo thiết kế.

Nắm bắt được nhu cầu cấp thiết này, Công ty TNHH Kỹ Thuật và Công Nghệ Nam Đại Phát đã áp dụng công nghệ của Trung tâm Công nghệ Máy xây dựng và Cơ khí thực nghiệm thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải đã nghiên cứu và chế tạo thành công thiết bị điều khiển và định lượng xi măng để thi công cọc đất gia cố. Qua đó, Công ty đã làm chủ được việc chế tạo hệ điều khiển, hệ định lượng và phun xi măng; tổ hợp thiết bị thi công cọc gia cố đã được ứng dụng thành công và cho hiệu quả cao tại công trường.

          So với sản phẩm cùng loại của CHLB Đức, thiết bị do Công ty chế tạo có tính năng kỹ thuật tương đương nhưng giá thành chỉ bằng 30%. So với thiết bị của Trung Quốc, thiết bị có nhiều tính năng ưu việt hơn hẳn: Do sử dựng máy cơ sở là loại búa đóng cọc di chuyển bằng bánh xích, nên tính cơ động cao, tốc độ làm việc của thiết bị khoan lớn, năng suất gấp 1,5-2 lần.

Đặc biệt, tổ hợp thiết bị được trang bị hệ thống điều khiển hiện đại, toàn bộ các thao tác thi công cọc gia cố được tự động hóa theo các chương trình, các số liệu về lượng xi măng sử dụng trên từng mét cọc được hiển thị, lưu giữ và in thành bảng kết quả thi công cho từng cọc. Đây chính là những chỉ tiêu rất quan trọng đánh giá chất lượng của thiết bị cũng như chất lượng của cọc gia cố được thi công.