Công Nghệ

COMBINATION MIXING SLURRY SYSTEM (CMS)

CÔNG NGHỆ MỚI, NHỎ GỌN MANG LẠI HIỆU QUẢ CAO CHO ỨNG DỤNG CỌC XI MĂNG ĐẤT – LẦN ĐẦU TIÊN CÓ MẶT TẠI VIỆT NAM.

Cọc xi măng đất được hiểu một cách đơn giản là sự kết hợp của Đất và Chất kết dính (Xi măng, Vôi, Tro bay,..) thông qua một thiết bị thi công để làm đồng nhất hai thành phần này, tạo thành một Cọc gồm Đất – Chất kết dính trong lòng đất. Chất kết dính được sử dụng phổ biến nhất hiện nay chính là Xi măng. Về tên gọi, cọc xi măng đất có các tên phổ biến bằng Tiếng Anh: Cement Deep Mixing (CDM), Deep Mixing Method (DMM), Deep Soil Mixing (DSM), Deep Soil Cement Mixing (DSCM), Dry Jet Mixing (DJM); bằng Tiếng Việt thì có tên gọi là Cọc xi măng đất hoặc là Cột xi măng đất.

Công nghệ cọc xi măng đất được sử dụng khá rộng rãi trong xử lý nền móng các công trình xây dựng như móng đường, móng nhà, móng các bồn bể chứa, ..và làm các hạng mục như tường chắn bảo vệ hố đào, tường chống thấm.

1. Lịch sử:

Nhật Bản là nước đi đầu trong việc nghiên cứu, ứng dụng và phát triển công nghệ này. Bắt đầu từ năm 1967, Viện Nghiên cứu Cảng và Công trình Biển (PHRI) thuộc Bộ giao thông Nhật Bản đã bắt đầu nghiên cứu và thí nghiệm dùng vôi bột để xử lý đất yếu cho các công trình cảng. Đến 1974, PHRI báo cáo phương pháp Deep Lime Mixing (DLM) được ứng dụng đại trà tại Nhật Bản, dự án đầu tiên áp dụng để cải tạo lớp sét mềm tại Chiba dùng máy Mark IV. Công nghệ này tiếp tục được ứng dụng và phát triển rộng rãi trên toàn quốc và Đông Nam Á từ năm 1974. Đến năm 1977, một nhóm gồm 48 công ty xây dựng của Nhật đã thiết lập Hiệp hội Cement Deep Mixing (CDM) nhằm hợp tác giữa các nhà sản xuất với các Viện nghiên cứu phát triển công nghệ này hơn nữa. Đến đầu những năm 1980, hiệp hội Dry Jet Mixing (DJM) cũng được thành lập, hiện tại có hơn 20 thành viên.

Ở Trung Quốc, công tác nghiên cứu và xem xét ứng dụng Deep Lime Mixing theo khái niệm của Nhật Bản bắt đầu từ năm những năm 1960. Thiết bị khoan sâu dùng trên đất liền xuất hiện năm 1978 và ngay lập tức được sử dụng để xử lý nền các khu công nghiệp ở Thượng Hải và từ đó được ứng dụng rộng rãi.

Tại châu Âu, nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan. Từ những năm 1970 và đến những năm 1980, các công trình nghiên cứu và ứng dụng tập trung chủ yếu vào việc tạo ra vật liệu gia cố, tối ưu hoá hỗn hợp ứng với các loại đất khác nhau.

2. Tiến triển

Tại Việt Nam gia cố bằng phương pháp trộn sâu đã được nghiên cứu và ứng dụng vào những năm đầu thập kỷ 80 tại Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng với sự hỗ trợ của Viện Điạ kỹ thuật Thụy Điển (SGI). Đến 1985, Nghiên cứu này được chấp thuận và ứng dụng vào một số dự án tại Hà Nội và Hải Phòng. Tại Đồng bằng Sông Cửu Long, dự án đầu tiên áp dụng cọc xi măng đất là làm móng Bể chứa cho công trình Kho chứa dầu Hậu Giang vào năm 2001 tại khu công nghiệp Trà Nóc, tổng số mét khoan 50.000m bằng công nghệ trộn khô. Đến năm 2006, công nghệ trộn ướt được áp dụng vào công trình sân bay Cần Thơ và công trình Nhiệt điện Ô Môn. Công trình nhà cao tầng đầu tiên dùng cọc xi măng đất làm tường vay và móng cọc thay cho cọc nhồi là Chung cư 60 Nguyễn Thiện Thuật vào năm 2004. Đến nay, Cọc xi măng đất thật sự phát triển và bùng nổ tại thị trường Việt Nam như là một giải pháp tối ưu cho công tác xử lý nền đất yếu.

Hiện nay ở Việt Nam phổ biến là công nghệ Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing) đã được minh chứng cho chất lượng và ưu việt hơn hẳn so với Công nghệ trộn khô (Dry Mixing) đang dần dần bị loại bỏ.

–       Trộn khô là quá trình phun trộn xi măng khô với đất có hoặc không có chất phụ gia.

–       Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có hoặc không có chất phụ gia.

Mỗi phương pháp trộn (khô hoặc ướt) có thiết bị dây chuyền thi công kỹ thuật, thi công phun (bơm) trộn khác nhau.

Trong mỗi phương pháp trộn lại chia thành nhiều loại công nghệ khác nhau, phổ biến nhất tại Việt Nam trong thời gian vừa qua là công nghệ Khoan cơ khí Tenocolumn của Nhật Bản đã chiếm lĩnh thị trường và loại bỏ các thế hệ máy thi công thô sơ của Trung Quốc. Thời điểm hiện nay, đỉnh cao và tương lai của phương pháp trộn ướt đó chính là công nghệ trộn sâu kết hợp với phun vữa áp lực trung bình Combination mixing slurry system (viết tắt: CMS).

CMS là một trong những phương pháp thi công cọc xi măng đất theo công nghệ    MITS (Middle Injection Total System), đó là phương pháp cải tạo nền đất yếu bằng việc sử dụng kết hợp hai hệ thống: phun vữa với áp lực trung bình và lưỡi cắt đặc biệt, được gắn trên một máy đào cải tiến. Đến nay tại Việt Nam, công ty cổ phần Liên kết Công nghệ Xây dựng (TELICO) là đơn vị đầu tiên đưa công nghệ này vào thực tiễn, Âu tàu Rạch Chanh – Long An là dự án được đầu tiên sử dụng công nghệ này để gia cố nền đất yếu bảo vệ hai bên bờ âu tàu. Dự án thứ hai là Nâng cấp bãi cảng PTSC – Vũng Tàu từ hoạt tải 5 tấn/m2 lên 35 tấn/m2, phục vụ cho các loại cẩu lớn trọng tải 1000T hoạt động và di chuyển.

3. Đặc điểm công nghệ và Ưu điểm vượt trội của hệ thống CMS:

Hệ thống CMS được thiết kế với kích thước nhỏ gọn, linh hoạt với khối lượng chỉ 25 tấn được gắn trên thân một máy đào làm máy cơ sở trong khi đó các thiết bị cũ với khối lượng từ 80 tấn-135 tấn. Điều này giúp cho máy CMS thật sự linh hoạt hơn rất nhiều so với công nghệ Tenocolumn trong các điều kiện thi công phức tạp.

Một thiết kế đặc biệt và ưu việt nữa của CMS đó chính là việc kết hợp phương pháp khuấy và phun vữa dưới áp lực trung bình (từ 50 bar – 200 bar), cùng với lưỡi cắt được thiết kế đặc biệt cho phép làm tơi đất hiệu quả hơn. Lúc này nhiệm vụ trộn đều, cắt đất nhờ vào hệ thống tia cao áp và tránh hiện tượng “cùng xoay” (co-rotation) của hỗn hợp đất xi măng giúp cho cọc đều hơn và có cường độ cao hơn.

Công nghệ CMS mang lại hàng loạt ưu điểm vượt trội so với công nghệ khoan cơ học (Tenocolumn) truyền thống:

–       Tại sao xử lý nền đất yếu lại dùng các thiết bị nặng hàng trăm tấn để thi công ? Câu hỏi này được giải quyết triệt để khi áp dụng CMS vào thi công, với thiết bị nhỏ gọn chỉ 25 tấn dễ dàng thi công trên mặt bằng chật hẹp, khu vực đất yếu hoặc dễ sạt lở.

-Thi công được tại các địa hình phức tạp, không cùng cao độ: vươn cần khoan thi công ở các vị trí cao hơn và thấp hơn.

Chính nhờ hai yếu tố này đã giúp cho Nhà thầu thi công giảm đáng kể chi phí làm biện pháp thi công cho công trình.

–       Máy nhỏ – Thi công cọc lớn: Thi công cọc có đường kính từ D500 mm lên đến D1600 mm bằng thiết bị nhỏ gọn hơn rất nhiều so với công nghệ Tenocolumn.

–       Cho chất lượng cọc cao hơn so với các phương pháp thông thường nên tiết kiệm được vật liệu sử dụng.

–       Dễ dàng vận chuyển, lắp đặt thiết bị, giảm chi phí vận chuyển.

–       Rút ngắn thời gian thi công công trình.

–       Có thể thi công tại các địa hình ngập nước.

Miền áp dụng của công nghệ CMS cũng khá rộng, thích hợp cho đất sét dính có SPT < 11, cát pha sét có SPT <15. Chiều sâu khoan từ 15-23 m. CMS có khả năng ứng dụng hiệu quả làm tường hào chống thấm cho đê đập, gia cố đất xung quanh đường hầm, ổn định tường chắn, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố nền đường, mố cầu dẫn, làm móng cho các bồn bể chứa…cho các vùng đất yếu, ven sông, hồ, kênh rạch ngập nước như khu vực TP.Hồ Chí Minh và các tỉnh ở đồng bằng sông Cửu Long.

Với những ưu điểm nổi bật trên, miền áp dụng đa dạng cùng với mức giá thành hợp lý tương đương với công nghệ Tenocolumn có thể nói rằng CMS là giải pháp tối ưu giúp tiết kiệm chi phí thi công, rút ngắn thời gian thi công công trình. Giải pháp CMS hứa hẹn sẽ tạo ra một bước đột phá mới cho công nghệ cọc xi măng đất với chi phí tổng thể thấp nhưng mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý móng và cải tạo nền đất yếu cho các công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng, nhà cao tầng.

COMBINATION MIXING SLURRY SYSTEM (CMS)
CÔNG NGHỆ MỚI, NHỎ GỌN MANG LẠI HIỆU QUẢ CAO CHO ỨNG DỤNG CỌC XI MĂNG ĐẤT – LẦN ĐẦU TIÊN CÓ MẶT TẠI VIỆT NAM.

Cọc xi măng đất được hiểu một cách đơn giản là sự kết hợp của Đất và Chất kết dính (Xi măng, Vôi, Tro bay,..) thông qua một thiết bị thi công để làm đồng nhất hai thành phần này, tạo thành một Cọc gồm Đất – Chất kết dính trong lòng đất. Chất kết dính được sử dụng phổ biến nhất hiện nay chính là Xi măng. Về tên gọi, cọc xi măng đất có các tên phổ biến bằng Tiếng Anh: Cement Deep Mixing (CDM), Deep Mixing Method (DMM), Deep Soil Mixing (DSM), Deep Soil Cement Mixing (DSCM), Dry Jet Mixing (DJM); bằng Tiếng Việt thì có tên gọi là Cọc xi măng đất hoặc là Cột xi măng đất.
Công nghệ cọc xi măng đất được sử dụng khá rộng rãi trong xử lý nền móng các công trình xây dựng như móng đường, móng nhà, móng các bồn bể chứa, ..và làm các hạng mục như tường chắn bảo vệ hố đào, tường chống thấm.

1. Lịch sử:
Nhật Bản là nước đi đầu trong việc nghiên cứu, ứng dụng và phát triển công nghệ này. Bắt đầu từ năm 1967, Viện Nghiên cứu Cảng và Công trình Biển (PHRI) thuộc Bộ giao thông Nhật Bản đã bắt đầu nghiên cứu và thí nghiệm dùng vôi bột để xử lý đất yếu cho các công trình cảng. Đến 1974, PHRI báo cáo phương pháp Deep Lime Mixing (DLM) được ứng dụng đại trà tại Nhật Bản, dự án đầu tiên áp dụng để cải tạo lớp sét mềm tại Chiba dùng máy Mark IV. Công nghệ này tiếp tục được ứng dụng và phát triển rộng rãi trên toàn quốc và Đông Nam Á từ năm 1974. Đến năm 1977, một nhóm gồm 48 công ty xây dựng của Nhật đã thiết lập Hiệp hội Cement Deep Mixing (CDM) nhằm hợp tác giữa các nhà sản xuất với các Viện nghiên cứu phát triển công nghệ này hơn nữa. Đến đầu những năm 1980, hiệp hội Dry Jet Mixing (DJM) cũng được thành lập, hiện tại có hơn 20 thành viên.
Ở Trung Quốc, công tác nghiên cứu và xem xét ứng dụng Deep Lime Mixing theo khái niệm của Nhật Bản bắt đầu từ năm những năm 1960. Thiết bị khoan sâu dùng trên đất liền xuất hiện năm 1978 và ngay lập tức được sử dụng để xử lý nền các khu công nghiệp ở Thượng Hải và từ đó được ứng dụng rộng rãi.
Tại châu Âu, nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan. Từ những năm 1970 và đến những năm 1980, các công trình nghiên cứu và ứng dụng tập trung chủ yếu vào việc tạo ra vật liệu gia cố, tối ưu hoá hỗn hợp ứng với các loại đất khác nhau.
2. Tiến triển
Tại Việt Nam gia cố bằng phương pháp trộn sâu đã được nghiên cứu và ứng dụng vào những năm đầu thập kỷ 80 tại Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng với sự hỗ trợ của Viện Điạ kỹ thuật Thụy Điển (SGI). Đến 1985, Nghiên cứu này được chấp thuận và ứng dụng vào một số dự án tại Hà Nội và Hải Phòng. Tại Đồng bằng Sông Cửu Long, dự án đầu tiên áp dụng cọc xi măng đất là làm móng Bể chứa cho công trình Kho chứa dầu Hậu Giang vào năm 2001 tại khu công nghiệp Trà Nóc, tổng số mét khoan 50.000m bằng công nghệ trộn khô. Đến năm 2006, công nghệ trộn ướt được áp dụng vào công trình sân bay Cần Thơ và công trình Nhiệt điện Ô Môn. Công trình nhà cao tầng đầu tiên dùng cọc xi măng đất làm tường vay và móng cọc thay cho cọc nhồi là Chung cư 60 Nguyễn Thiện Thuật vào năm 2004. Đến nay, Cọc xi măng đất thật sự phát triển và bùng nổ tại thị trường Việt Nam như là một giải pháp tối ưu cho công tác xử lý nền đất yếu.
Hiện nay ở Việt Nam phổ biến là công nghệ Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing) đã được minh chứng cho chất lượng và ưu việt hơn hẳn so với Công nghệ trộn khô (Dry Mixing) đang dần dần bị loại bỏ.
– Trộn khô là quá trình phun trộn xi măng khô với đất có hoặc không có chất phụ gia.
– Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có hoặc không có chất phụ gia.
Mỗi phương pháp trộn (khô hoặc ướt) có thiết bị dây chuyền thi công kỹ thuật, thi công phun (bơm) trộn khác nhau.
Trong mỗi phương pháp trộn lại chia thành nhiều loại công nghệ khác nhau, phổ biến nhất tại Việt Nam trong thời gian vừa qua là công nghệ Khoan cơ khí Tenocolumn của Nhật Bản đã chiếm lĩnh thị trường và loại bỏ các thế hệ máy thi công thô sơ của Trung Quốc. Thời điểm hiện nay, đỉnh cao và tương lai của phương pháp trộn ướt đó chính là công nghệ trộn sâu kết hợp với phun vữa áp lực trung bình Combination mixing slurry system (viết tắt: CMS).
CMS là một trong những phương pháp thi công cọc xi măng đất theo công nghệ MITS (Middle Injection Total System), đó là phương pháp cải tạo nền đất yếu bằng việc sử dụng kết hợp hai hệ thống: phun vữa với áp lực trung bình và lưỡi cắt đặc biệt, được gắn trên một máy đào cải tiến. Đến nay tại Việt Nam, công ty cổ phần Liên kết Công nghệ Xây dựng (TELICO) là đơn vị đầu tiên đưa công nghệ này vào thực tiễn, Âu tàu Rạch Chanh – Long An là dự án được đầu tiên sử dụng công nghệ này để gia cố nền đất yếu bảo vệ hai bên bờ âu tàu. Dự án thứ hai là Nâng cấp bãi cảng PTSC – Vũng Tàu từ hoạt tải 5 tấn/m2 lên 35 tấn/m2, phục vụ cho các loại cẩu lớn trọng tải 1000T hoạt động và di chuyển.

3. Đặc điểm công nghệ và Ưu điểm vượt trội của hệ thống CMS:
Hệ thống CMS được thiết kế với kích thước nhỏ gọn, linh hoạt với khối lượng chỉ 25 tấn được gắn trên thân một máy đào làm máy cơ sở trong khi đó các thiết bị cũ với khối lượng từ 80 tấn-135 tấn. Điều này giúp cho máy CMS thật sự linh hoạt hơn rất nhiều so với công nghệ Tenocolumn trong các điều kiện thi công phức tạp.

Một thiết kế đặc biệt và ưu việt nữa của CMS đó chính là việc kết hợp phương pháp khuấy và phun vữa dưới áp lực trung bình (từ 50 bar – 200 bar), cùng với lưỡi cắt được thiết kế đặc biệt cho phép làm tơi đất hiệu quả hơn. Lúc này nhiệm vụ trộn đều, cắt đất nhờ vào hệ thống tia cao áp và tránh hiện tượng “cùng xoay” (co-rotation) của hỗn hợp đất xi măng giúp cho cọc đều hơn và có cường độ cao hơn.
Công nghệ CMS mang lại hàng loạt ưu điểm vượt trội so với công nghệ khoan cơ học (Tenocolumn) truyền thống:
– Tại sao xử lý nền đất yếu lại dùng các thiết bị nặng hàng trăm tấn để thi công ? Câu hỏi này được giải quyết triệt để khi áp dụng CMS vào thi công, với thiết bị nhỏ gọn chỉ 25 tấn dễ dàng thi công trên mặt bằng chật hẹp, khu vực đất yếu hoặc dễ sạt lở.
-Thi công được tại các địa hình phức tạp, không cùng cao độ: vươn cần khoan thi công ở các vị trí cao hơn và thấp hơn.
Chính nhờ hai yếu tố này đã giúp cho Nhà thầu thi công giảm đáng kể chi phí làm biện pháp thi công cho công trình.

– Máy nhỏ – Thi công cọc lớn: Thi công cọc có đường kính từ D500 mm lên đến D1600 mm bằng thiết bị nhỏ gọn hơn rất nhiều so với công nghệ Tenocolumn.

– Cho chất lượng cọc cao hơn so với các phương pháp thông thường nên tiết kiệm được vật liệu sử dụng.
– Dễ dàng vận chuyển, lắp đặt thiết bị, giảm chi phí vận chuyển.

– Rút ngắn thời gian thi công công trình.

– Có thể thi công tại các địa hình ngập nước.

Miền áp dụng của công nghệ CMS cũng khá rộng, thích hợp cho đất sét dính có SPT < 11, cát pha sét có SPT <15. Chiều sâu khoan từ 15-23 m. CMS có khả năng ứng dụng hiệu quả làm tường hào chống thấm cho đê đập, gia cố đất xung quanh đường hầm, ổn định tường chắn, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố nền đường, mố cầu dẫn, làm móng cho các bồn bể chứa…cho các vùng đất yếu, ven sông, hồ, kênh rạch ngập nước như khu vực TP.Hồ Chí Minh và các tỉnh ở đồng bằng sông Cửu Long.

Với những ưu điểm nổi bật trên, miền áp dụng đa dạng cùng với mức giá thành hợp lý tương đương với công nghệ Tenocolumn có thể nói rằng CMS là giải pháp tối ưu giúp tiết kiệm chi phí thi công, rút ngắn thời gian thi công công trình. Giải pháp CMS hứa hẹn sẽ tạo ra một bước đột phá mới cho công nghệ cọc xi măng đất với chi phí tổng thể thấp nhưng mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý móng và cải tạo nền đất yếu cho các công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng, nhà cao tầng.