Nghiên cứu áp dụng công nghệ cọc micropile trong tăng cường sửa chữa công trình cầu ở thành phố hồ chí minh luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình giao thông đô thị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN XUÂN THỊNH NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CỌC MICROPILE TRONG TĂNG CƯỜNG SỬA CHỮA CƠNG TRÌNH CẦU Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN XUÂN THỊNH NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CỌC MICROPILE TRONG TĂNG CƯỜNG SỬA CHỮA CƠNG TRÌNH CẦU Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 8580205 Chun sâu: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng thị NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Đức Thị Thu Định TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Thịnh ii LỜI CÁM ƠN Tác giả xin trân trọng cám ơn thầy cô Phân hiệu Đại học Giao thơng vận tải Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt q thầy thuộc mơn Cơng trình giao thông thành phố, đào tạo, truyền đạt tri thức cho tác giả có tảng kiến thức, kỹ thuật thực luận văn hôm Tác giả xin trân trọng cám ơn Cô: TS.Nguyễn Đức Thị Thu Định thời gian thực luận văn tận tâm hướng dẫn, truyền đạt, bảo, động viên cho tác giả hồn thành luận văn khoa học Tác giả xin trân trọng cám ơn thầy, cô đồng nghiệp phòng Đào tạo Đại học Sau đại học đóng góp ý kiến cho việc soạn thảo tài liệu Hướng dẫn trình bày Luận văn thạc sĩ Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Thịnh iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài II Mục tiêu nghiên cứu đề tài III Đối tượng nghiên cứu IV Phạm vi nghiên cứu V Phương pháp nghiên cứu VI Kết cấu luận văn: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan điều kiện kinh tế - xã hội, giao thơng Thành phố Hồ Chí Minh 1.2 Thực trạng cơng trình cầu cũ, cần đề xuất nâng cấp, gia cường địa bàn TP HCM 1.3 Tổng quan cơng nghệ thi cơng sửa chữa cơng trình cầu giới 13 1.4 Đánh giá giải pháp cơng nghệ thi cơng sửa chữa cơng trình cầu áp dụng Việt Nam 16 1.5 Giới thiệu tổng quan công nghệ cọc Micropile gia cường hệ móng cơng trình cầu 23 Kết luận chương 26 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, TRÌNH BÀY TRÌNH TỰ CƠNG NGHỆ, ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG CỦA LOẠI CỌC MICROPILE 27 2.1 Giới thiệu công nghệ cọc Micropile 27 2.2 Trình tự thi cơng biện pháp thi cơng cọc Micropile 28 2.2.1 Định vị cọc, đưa thiết bị khoan vào vị trí 29 2.2.2 Khoan tạo lỗ lắp đặt ống vách: 29 2.2.3 Lắp đặt ống vách: 30 2.2.4 Khoan tạo lỗ đến cao độ thiết kế: 31 2.2.5 Hạ hệ thống ống thép 31 2.2.6 Thả cần khoan: 32 2.2.7 Tiến hành bơm rữa bên ống dung dịch khoan sạch: 32 2.2.8 Tiến hành bơm vữa lần 1, bơm vữa lấp đầy bên ống thép 32 2.2.9 Tiến hành bơm vữa vào lòng đất (bơm vữa lần 2) 34 2.3 Tính tốn sức chịu tải cọc Micropile theo tiêu chuẩn FHWA Micropile Design and Construction (2005) 36 2.3.1 Bước - Đánh giá yêu cầu dự án xem xét tính khả thi cọc Micropile: 38 iv 2.3.2 Bước - Xem xét, đánh giá thông tin có sẵn số liệu địa chất cơng trình: 39 2.3.3 Bước - Xác định tất tổ hợp tải trọng: 41 2.3.4 Bước - Thiết kế sơ cọc Micropile: 42 2.3.5 Bước - Tính tốn sức chịu tải đoạn chiều dài ống vách cọc Micropile 44 2.3.6 Bước – Thiết kế kết cấu đoạn chiều dài không ống vách: 49 2.3.7 Bước - Kiểm toán lại thiết kế 50 2.3.8 Bước - Tính tốn sức chịu tải theo đất cọc Micropile: 50 2.3.9 Bước – Dự tính độ lún nhóm cọc 58 2.3.10 Bước 10 – Thiết kế liên kết với bệ đỉnh cọc 65 2.3.11 Bước 11 – Xây dựng chương trình thử tải 65 2.3.12 Bước 12 – Thiết lập vẽ Chỉ dẫn kỹ thuật 65 2.4 Đánh giá, thiết kế cọc Micropile theo Tiêu chuẩn Thiết kế Cầu đường TCVN 11823:2017 66 Kết luận chương 2: 66 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, SO SÁNH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA CỌC MICROPILE VỚI CỌC KHOAN NHỒI 67 3.1 Ưu điểm mà công nghệ cọc Micropile mang lại 67 3.2 Phương pháp đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật cọc Micropile 68 3.2.1 Đánh giá theo tiêu chí kỹ thuật 68 3.2.2 Đánh giá theo điều kiện địa chất: 69 3.2.3 Đánh giá theo điều kiện môi trường: 69 3.2.4 Đánh giá theo khả tương thích với móng cũ: 70 3.2.5 Những giới hạn cọc Micropile: 70 3.2.6 Tính kinh tế cọc Micropile: 71 3.3 Các số liệu phục vụ đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật cọc Micropile 72 3.4 Phân tích, so sánh đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật cọc Micropile với cọc khoan nhồi đường kính 72 Kết luận chương 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 Kết luận 77 Kiến nghị 77 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cầu Bông trước năm 1975 Hình 1.2: Diện mạo Cầu ngày Hình 1.3: Cầu Mống có tơ lưu thơng Hình 1.4: Cầu Mống ngày Hình 1.5: Cầu Thị Nghè Hình 1.6: Cầu Thị Nghè 10 Hình 1.7: Cầu Bình Lợi năm đầu 1990 10 Hình 1.8: Cầu Bình Lợi 11 Hình 1.9: Cây cầu nhiều nét cổ kính vốn có 11 Hình 1.10: Cầu chữ Y năm xưa 12 Hình 1.11: Cầu chữ Y góp phần thuận lợi cho việc phát triển kinh tế 13 Hình 1.12: Cơng nghệ gia cường kết cấu Dự ứng lực ngồi 14 Hình 1.13: Công nghệ gia cường bê tông phun (shotcrete) 15 Hình 1.14: Cơng nghệ gia cường Vải sợi Cacbon 15 Hình 1.15: Cơng nghệ gia cường dầm bê tơng phun (shotcrete) 17 Hình 1.16: Công nghệ gia cường Bê tông phun kết cấu thép (Shotcrete) 17 Hình 1.17: Cơng nghệ gia cường Vải sợi Cacbon 18 Hình 1.18: Cơng nghệ gia cường DUL ngồi 19 Hình 1.19: Công nghệ Grouting (Phun vữa) 19 Hình 1.20: Thi cơng Jet Grouting chống thấm cho cơng trình 20 Hình 1.21: Cơng nghệ thi cơng Neo đất 21 Hình 1.22: Thi công Neo đất 22 Hình 1.23: Cơng nghệ gia tải cầu Micropile kết hợp hệ khung kích dẹt 22 Hình 1.24: Thi cơng cọc Micropile cầu 24 Hình 1.25: Tia vữa dạng rãnh hình thành dọc thân cọc Micropile sau phun 25 Hình 2.1: Thiết bị khoan thi công Micropile 29 Hình 2.2: Thiết bị khoan hạ ống vách 30 Hình 2.3: Thi cơng khoan tạo lỗ cọc Micropile 31 Hình 2.4: Cơng tác hạ ống thép Micropile 32 Hình 2.5: Mặt cắt cọc Micropile điển hình 36 Hình 2.6: Ví dụ cọc Micropile chi tiết 45 Hình 2.7: Trích dẫn Bảng 5.3 – FHWA Micropile Design & Construction 51 Hình 2.8: Hiệu ứng nhóm cọc Micropile đất dính với bệ tiếp xúc đất 54 vi Hình 2.9: Mơ tả lựa chọn thông số qo , q1 , qp cọc Micropile 56 Hình 2.10: Mơ tả thơng số tính tốn lực nhổ nhóm cọc Micropile đất dính 57 Hình 2.11: Mơ tả thơng số tính tốn lực nhổ nhóm cọc đất khơng dính 58 Hình 2.12: Mơ tả móng tương đương điều kiện địa chất đồng 59 Hình 2.13: Mơ tả móng tương đương móng cọc micropile đặt lớp đất tốt có lớp đất yếu phân bố phía 60 Hình 2.14: Chỉ số khả chịu lực theo SPT sửa đổi Hough, 1959 63 Hình 3.1: Ứng dụng cọc Micropile thể FHWA 67 Hình 3.2: Thi cơng cọc Micropile điều kiện hạn hẹp 68 Hình 3.3: Thi cơng cọc Micropile làm chống thấm ăn mịn 69 Hình 3.4: Gia cường hệ móng cầu cọc Micropile 73 Hình 3.5: Cơng nghệ kích chuyển tải trọng kích dẹt 73 Hình 3.6: Sức kháng cọc Micropile trích từ phụ lục tính tốn 76 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thành phần cấp phối vữa cọc Micropile (1m3) 33 Bảng 2.2: Bảng hướng dẫn xác định số điểm khảo sát chiều sâu khảo sát 40 Bảng 2.3: Hệ số hiệu cọc Micropile đất dính 53 Bảng 3.1: Bảng số liệu so sánh giá trị Sức chịu tải Chuyển vị cọc tính tốn thiết kế thí nghiệm thử tải trường 74 Bảng 3.2: Bảng số liệu phân bố lớp đất trị số SPT 75 -1- MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài Thành phố Hồ Chí Minh khu thị phát triển sôi động, lâu đời qua nhiều thời kỳ, địa bàn thành phố, tồn nhiều công trình cầu cũ xây dựng từ kỷ trước, hư hỏng, xuống cấp trầm trọng trải qua nhiều lần nâng cấp, sửa chữa,… Các cơng trình cầu ngày gánh lưng dịng phương tiện qua lại đơng đúc tuyến giao thông huyết mạch đô thị, cầu nối quan trọng Quận 4, Quận 7, Quận với khu vực trung tâm Các cơng trình cầu cũ địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh chủ yếu xây dựng từ kỷ 20, với thiết kế, công nghệ xây dựng vật liệu lỗi thời Trải qua gần kỷ khai thác sử dụng, với điều kiện tải trọng mật độ phương tiện ngày gia tăng chóng mặt Thành phố Hồ Chí Minh, cơng trình dần cho thấy xuống cấp đáp ứng Điển cơng trình cầu Cầu Chữ Y (quận 5, quận 8), Cầu Nhị Thiên Đường (quận 8)… Trước u cầu để tìm hướng giải khó khăn đó, việc sửa chữa, nâng cấp cơng trình cầu hữu lại mở hướng giải khác bên cạnh phương án xây dựng cầu vốn nhiều thời gian xây dựng chi phí giải phóng mặt Là thực cần thiết để tìm hiểu, đánh giá ứng dụng công nghệ gia cường cầu tiên tiến cho việc tăng cường sửa chữa cơng trình cầu khu vực thành phố Hồ Chí Minh, có cơng nghệ gia cường sức chịu tải cho hệ móng cầu cơnng nghệ cọc đường kính nhỏ phun vữa – Micropile! II Mục tiêu nghiên cứu đề tài Mục tiêu chung: Mục tiêu nghiên cứu đánh giá ứng dụng công nghê thi công cọc phun vữa - Micropile việc gia cường hệ móng cầu So sánh ưu loại cọc Micropile với loại cọc khoan đường kính nhỏ điều kiện thi công đặc biệt gia cường kết cấu cầu cũ điều kiện thi công hạn hẹp III Đối tượng nghiên cứu Kết cấu móng cơng trình cầu cũ, hư hỏng, xuống cấp Kết cấu móng cơng trình cầu bị cố Kết cấu móng cơng trình cần gia tải - 65 - 2.3.10 Bước 10 – Thiết kế liên kết với bệ đỉnh cọc Trừ cọc micropile sử dụng để hỗ trợ tải trọng, nắp cọc (bản mã đầu cọc) cần thiết để trải tải trọng mô men lật ngược cho tất micropile nhóm Mũ cọc bê tơng cốt thép thiết kế theo Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn AASHTO cho Cầu đường cao tốc Thiết kế kết cấu mũ cọc bê tông cốt thép không đề cập luận văn 2.3.11 Bước 11 – Xây dựng chương trình thử tải Mục 7.6 Tiêu chuẩn FHWA – Micropile Design & Construction cung cấp thông tin cụ thể đánh giá thực phần việc phát triển chương trình thử tải Điều quan trọng phạm vi chương trình thử tải phải phù hợp với hệ số an toàn chọn cường độ vữa/ liên kết mặt đất sử dụng để đánh giá sức chịu tải đất Trong phần trước, yêu cầu tối thiểu để xác minh kiểm tra chứng mô tả phù hợp với hệ số an toàn 2.0 Đối với thử nghiệm tải, tải thử nghiệm tối đa không vượt 80 phần trăm khả chịu tải cực hạn cọc Micropile Năng lực chịu tải cuối đưa công thức: Pult  compression  0.85 f c' grout  Agrout  f y  ca sin g  Aca sin g  f y bar  Abar  Pult tension   f y ca sin g  Aca sin g  f y bar  Abar  (2.3.11.1) (2.3.11.2) Đối với số thiết kế, cọc thử nghiệm xác minh yêu cầu vỏ cọc cốt thép lớn so với cọc micropiles đại trà Kết micropile cứng xác nhận đầy đủ cường độ liên kết vữa – đất cho cọc micropiles đại trà, không cung cấp ứng xử chuyển vị đại diện Các chuyển vị đo cho micropiles kiểm tra chứng cần phải dựa vào để đưa ước tính tốt chuyển vị cuối 2.3.12 Bước 12 – Thiết lập vẽ Chỉ dẫn kỹ thuật Khi thiết kế hoàn thiện, vẽ thông số chuẩn bị quy trình sử dụng để xác minh sức chịu tải cọc micropile (ví dụ: thí nghiệm thử tải) - 66 - 2.4 Đánh giá, thiết kế cọc Micropile theo Tiêu chuẩn Thiết kế Cầu đường TCVN 11823:2017 Hướng dẫn thiết kế, đánh giá cọc Micropile cập nhật trình bày cụ thể “Phần 9: Cọc Siêu nhỏ - Chương 10: Nền Móng – TCVN 11823:2017 Tiêu chuẩn Thiết kế Cầu đường bộ” ban hành năm 2017 Qua trình nghiên cứu so sánh việc đánh giá, hướng dẫn thiết kế cọc Micropile hai tiêu chuẩn TCVN 11823:2017 Tiêu chuẩn Thiết kế Cầu đường (Việt Nam) FHWA Micropile Design and Construction 2005 (Hoa Kỳ), tác giả rút nhận xét sau:  Hướng dẫn thiết kế đánh giá cọc Micropile theo tiêu chuẩn FHWA Micropile Design and Construction 2005 (Hoa Kỳ) phù hợp với TCVN 11823:2017 Tiêu chuẩn Thiết kế Cầu đường (Việt Nam)  Trong TCVN 11823:2017 Tiêu chuẩn Thiết kế Cầu đường (Việt Nam) bổ sung thêm công nghệ Micropile loại E loại cọc thi công cách khoan với phun dòng vữa liên tục qua thép rỗng Việc bơm vữa làm phẳng rãnh khoan để vữa xâm nhập vào đất giữ ổn định thành lỗ khoan Thơng thường vữa bơm ban đầu có tỉ lệ nước - xi măng cao sau thay vữa có cấu trúc vữa sệt q trình khoan gần hồn thành  Sức kháng liên kết vữa – đất  bond thông số quan trọng tính tốn sức chịu tải cọc Micropile trình bày hai tiêu chuẩn có khác biệt, chênh lệch chấp nhận tham khảo, thiết kế tính tốn Kết luận chương 2: Việc đánh giá, thiết kế cọc Micropile chủ yếu dựa theo hướng dẫn tiêu chuẩn FHWA – Micropile Design & Construction Các nội dung phân loại, ứng dụng thiết kế chi tiết trình bày rõ ràng, cụ thể tiêu chuẩn Với khả ứng dụng rộng rãi đơn giản triển khai thi công, nhiên cần có thêm thời gian điệu kiện để công nghệ ứng dụng thiết kế, sửa chữa cơng trình cầu đường, dân dụng, thuỷ lợi Việt Nam - 67 - CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, SO SÁNH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA CỌC MICROPILE VỚI CỌC KHOAN NHỒI 3.1 Ưu điểm mà công nghệ cọc Micropile mang lại Cọc Micropile có lợi cụ thể so với hệ thống hỗ trợ thơng thường Nhìn chung, khả thi theo điều kiện cụ thể dự án sau: • Dự án bị hạn chế không gian thi công nằm vùng sâu vùng xa; • Hệ thống móng gia cường hỗ trợ cần thiết phải gần với cấu trúc có; • Điều kiện mặt đất khoan khó khăn (ví dụ: khu vực karstic, lấp đầy khơng kiểm sốt được, đá cuội); • Đóng cọc dẫn đến hóa lỏng đất; • Độ rung tiếng ồn cần giảm thiểu; • Vật liệu hư hỏng nguy hiểm bị ô nhiễm tạo q trình xây dựng; • Tương tác hệ thống móng hỗ trợ với cấu trúc có bắt buộc Giới hạn thơng tin chi phí cho micropiles trình bày phần Hình 3.1: Ứng dụng cọc Micropile thể FHWA - 68 - 3.2 Phương pháp đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật cọc Micropile 3.2.1 Đánh giá theo tiêu chí kỹ thuật Thiết bị khoan vữa sử dụng để lắp đặt micropile tương đối nhỏ huy động khu vực hạn chế cấm xâm nhập thiết bị lắp đặt cọc thơng thường Hình 3.2 cho thấy Micropile cài đặt điều kiện khoảng không thấp, minh họa khả động thiết bị Hình 3.2: Thi cơng cọc Micropile điều kiện hạn hẹp Micropile lắp đặt gần với tường móng có, với điều kiện có khơng gian phía cho khu vực làm việc an toàn đầu khoan micropile xiên để cung cấp không gian Việc lắp đặt micropile không bị ảnh hưởng đường dây điện không vật cản khác hệ thống lắp đặt cọc thơng thường Các thiết bị huy động lên sườn dốc địa điểm xa Ngồi ra, quy trình khoan phun vữa liên quan đến lắp đặt micropile không gây thiệt hại cho cấu trúc có liền kề ảnh hưởng đến điều kiện mặt đất liền kề sử dụng quy trình khoan vữa phù hợp - 69 - 3.2.2 Đánh giá theo điều kiện địa chất: Micropiles lắp đặt khu vực có điều kiện địa chất đặc biệt khó khăn, thay đổi khơng thể đốn trước mặt đất với đá cuội đá cuội, lấp đầy tiện ích chơn lấp mảnh vụn linh tinh, ống kính bất thường vật liệu yếu Đất sét mềm, cát chạy nước ngầm cao khơng có lợi cho hệ thống trục khoan thông thường gây tác động tối thiểu đến việc lắp đặt micropile Micropiles thường sử dụng thành tạo đá vôi karstic 3.2.3 Đánh giá theo điều kiện môi trường: Micropiles đánh giá có q trình thi cơng nguy hiểm ô nhiễm so với cọc khoan nhồi Do đường kính nhỏ chúng, kết khoan bị hỏng so với cọc khoan thông thường Ngồi ra, nước thải xả kiểm sốt dễ dàng bề mặt đất thông qua việc chứa sử dụng hố lót bề mặt Các phụ gia đặc biệt bao gồm thiết kế hỗn hợp vữa để giảm tránh hư hỏng từ mơi trường axit ăn mịn Ví dụ, hệ cọc micropile xây dựng từ việc lắp đặt micropiles chồng lên (secant) liền kề với tường màng bê tơng có nhà để xe lòng đất Barcelona, Tây Ban Nha (Bachy, 1992) Bức tường xuống cấp mặt vật lý áp lực nước ngầm cao (tức là, diện clorua sunfat giá trị pH thấp đến 1.7) có nguồn gốc từ nhà máy phẫu thuật đối xứng liền kề (Hình 3-3) Khơng có dấu vết axit phát mẫu tường ngang thu thập sau xây dựng gia cố micropile Hình 3.3: Thi công cọc Micropile làm chống thấm ăn mịn - 70 - Micropiles thi cơng khu vực nhạy cảm với môi trường, bao gồm khu vực có hệ thống dễ vỡ Thiết bị lắp đặt không lớn nặng thiết bị khoan cọc khoan trục thơng thường sử dụng khu vực đầm lầy khu vực khác đất bề mặt mềm ướt với tác động tối thiểu đến môi trường Thiết bị khoan cầm tay thường sử dụng khu vực hạn chế truy cập Việc lắp đặt micropile gây tiếng ồn độ rung so với kỹ thuật đóng cọc thơng thường, đặc biệt cọc điều khiển Rung động từ việc đóng cọc truyền vào đất truyền qua đất đến cấu trúc lân cận Việc sử dụng micropiles môi trường đô thị cũ khu vực cơng nghiệp / sản xuất ngăn ngừa thiệt hại tiềm tàng cấu trúc thiết bị nhạy cảm liền kề Micropiles lắp đặt khu vực có tầng chứa nước bị nhiễm, vượt qua tầng tầng chịu lực Không giống cọc điều khiển tạo ống dẫn thẳng đứng để di chuyển gây nhiễm, micropiles lắp đặt theo cách ngăn chặn nhiễm bẩn tầng ngậm nước thấp 3.2.4 Đánh giá theo khả tương thích với móng cũ: Micropiles thêm vào bệ cọc có, loại bỏ cần thiết phải tăng kích thước móng Với phương pháp này, khả chống nén, căng thẳng lực cản bổ sung liên quan đến tải trọng kết cấu tăng chống lại cách hiệu Thơng thường tiện ích cấu trúc liền kề hạn chế khả mở rộng bệ cọc có, loại bỏ hệ thống đóng cọc truyền thống Với phương pháp này, phân tích thiết kế cần xem xét độ cứng tương đối micropiles cọc có để ước tính tải trọng riêng lẻ 3.2.5 Những giới hạn cọc Micropile: Micropiles dọc bị hạn chế lực bên hiệu chi phí Tuy nhiên, khả micropiles cài đặt độ nghiêng, giúp tăng cường đáng kể lực bên chúng Do tỷ lệ độ mảnh cao (chiều dài / đường kính) chúng, micropiles khơng chấp nhận ứng dụng cải tạo địa chấn thơng thường khu vực xảy hóa lỏng lo ngại việc vênh hỗ trợ bên - 71 - Việc sử dụng micropiles để ổn định độ dốc tiếp tục tăng Tuy nhiên, khuyến nghị liệu hiệu suất thu thập dự án kinh nghiệm quy trình thiết kế chi tiết tiếp tục phát triển 3.2.6 Tính kinh tế cọc Micropile: Chi phí micropiles thường vượt q hệ thống cọc đóng thơng thường Hiệu chi phí micropiles phụ thuộc vào nhiều yếu tố Điều quan trọng phải đánh giá chi phí sử dụng micropiles dựa yếu tố vật lý, môi trường điều kiện đất mô tả Ví dụ: Đối với cơng trường với đất mềm, sạch, đồng không bị hạn chế tiếp cận, micropiles khơng phải giải pháp cạnh tranh Tuy nhiên, cho việc tối ưu biện pháp gia cố móng trụ cầu hữu, khu công nghiệp dân cư cũ bị hạn chế nặng nề diện tích, micropiles cung cấp giải pháp hiệu chi phí Cần thận trọng để xác định rõ ràng chi phí cuối thực giải pháp dựa micropiles Phân tích chi phí nên dựa tất chi phí liên quan cho tồn dự án khơng đơn vị chi phí hệ thống đóng cọc Cũng hệ thống cọc khác, có ích xem xét chi phí micropile tính theo giá tiền đơn vị sức chịu tải dọc trục đánh giá móng sâu thay Chi phí micropile liên kết với: • Mua lại quyền; • Thoả thuận quyền; • Phân bổ tiện ích; • Các yêu cầu đào, che chắn san lấp; • Chân đế xây dựng; • Xử lý vật liệu nguy hiểm; • Chống thấm nước; • Kiểm sốt xói mịn; • Điều kiện thi cơng chật hẹp; • Cải tạo mặt đất; • Ảnh hưởng đến cơng trình thi cơng cơng trình lân cận • Biện pháp thi cơng • Công nghệ kết hợp (truyền tải) • Biện pháp hỗ trợ, phụ trợ • Giải pháp chống nhổ - 72 - 3.3 Các số liệu phục vụ đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật cọc Micropile Trong phạm vi thực đề tài, tác giả tham khảo số liệu thiết kế, kết thí nghiệm thử tải cọc chi phí cho hạng mục cọc Micropile Dự án Nâng cấp, mở rộng Cầu chữ Y, Quận – Quận 8, TP.HCM Các số liệu thí nghiệm kết xử lý số liệu tính tốn, đánh giá tổng hợp lại theo sau: - Đường kính cọc: D200 mm - Chiều dài cọc: L= 25m, L=32m - Chiều dài lõi thép (mô đun 3m) Lt= 24m - Chiều dày ống thép - 12 mm - Đường kính ống vách: D300 mmm - Chiều dài đoạn ống vách: Lcasing = 2m - Sức chịu tải thiết kế: - - 3.4 + Cọc 25m: 410 kN – 41 Tấn + Cọc 32m: 620 kN – 62 Tấn Thể tích vữa phun phụt: + Lần 1: 31,8 lít / 1m dài cọc + Lần 2: 31,04 lít / 1m dài cọc + Lần 1: < 1Mpa + Lần 2: – 12 Mpa Áp lực bơm: - Không gian thi công: H >= 2m - Thời gian thi công (1 cọc): - ngày/ cọc - Chi phí xây dựng: ~ 6.000.000 VNĐ /m - Thí nghiệm thử tải cọc đại trà: 200% – chuyển vị trung bình 15,225 mm - Thí nghiệm thử tải kiểm chứng: 160% - chuyển vị trung bình - Thí nghiệm thử tải phá huỷ: 324% - phá huỷ vị trí nối ống thép 9,707 mm Phân tích, so sánh đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật cọc Micropile với cọc khoan nhồi đường kính Phân tích, so sánh đánh giá sức chịu tải thiết kế cọc Micropile với số liệu thí nghiệm thử tải cọc Dự án: Nâng cấp, mở rộng Cầu chữ Y, Quận – Quận 8, Tp Hồ Chí Minh, so sánh hiệu kinh tế kỹ thuật giải pháp thi công cọc Micropile với cọc Khoan nhồi đường kính D200 Trong thời gian thực đề tài, tác giả nghiên cứu, tổng hợp so sánh đánh giá kết sau: - 73 -  So sánh Sức chịu tải chuyển vị tính tốn với kết thí nghiệm cọc Dự án: - Dự án sử dụng 100 cọc Micropile tăng cường, kết hợp cơng nghệ kích truyền tải kích dẹt (flat jack) để gia tải cho kết cấu móng cầu xây dựng từ năm 1938 Hình 3.4: Gia cường hệ móng cầu cọc Micropile - Theo đó, vị trí trụ bố trí 10 cọc Micrpile, chiều dài 25m, D200mm, sức chịu tải thiết kế 41 tấn/ cọc, sau thi công kết hợp hệ kích chuyển tải 15 tấn/ vị trí, vị trí kích / trụ để nâng tải kết cấu cầu từ lên 18 Hình 3.5: Cơng nghệ kích chuyển tải trọng kích dẹt - 74 - Bảng 3.1: Bảng số liệu so sánh giá trị Sức chịu tải Chuyển vị cọc tính tốn thiết kế thí nghiệm thử tải trường Tính tốn thiết kế STT Trụ Sức chịu tải SCTtk (tấn) Chuyển vị tính tốn  tt (mm) 2C 30.6 6 10 3C 4C 5C 6C 7C 8C 2B 3B 4B 30.6 30.6 30.6 30.6 30.6 30.6 30.6 30.6 30.6 Thử tải thực nghiệm Sức chịu tải SCTtn (tấn) Chuyển vị đo  tn (mm) 0.75 DL - 30.75 2.85 1.60 DL – 65.6 10.34 0.75 DL - 30.75 2.89 1.60 DL – 65.6 9.86 0.75 DL - 30.75 3.26 1.60 DL – 65.6 9.98 0.75 DL - 30.75 2.82 1.60 DL – 65.6 10.60 0.75 DL - 30.75 2.86 1.60 DL – 65.6 9.49 0.75 DL - 30.75 2.95 1.60 DL – 65.6 9.69 0.75 DL - 30.75 2.65 1.60 DL – 65.6 9.38 0.75 DL - 30.75 2.60 1.60 DL – 65.6 10.23 0.75 DL - 30.75 2.43 1.60 DL – 65.6 7.94 0.75 DL - 30.75 2.26 1.60 DL – 65.6 9.56 6 6 6 6 - Các giá trị thiết kế thực nghiệm cung cấp từ Phụ lục đính kèm - 75 - - Đánh giá tất cọc đạt sức chịu tải thiết kế theo quy trình thử tải tiêu chuẩn FHWA- Micropile Design & Construction, giá trị chuyển vị cọc sau thí nghiệm trung bình đạt 45,95% giá trị tính tốn thiết kế (2,757mm / 6mm); - Thí nghiệm sức chịu tải cực hạn (thí nghiệm phá huỷ cọc) ghi nhận đạt 3,2 lần lực thiết kế, chuyển vị cọc đạt theo quy trình, cọc bị phá hoại vật liệu – phá huỷ mối nối ren đoạn ống thép thân cọc  So sánh Sức chịu tải cọc Micropile Cọc khoan nhồi đường kính (D200) - Tính tốn sức chịu tải theo đất Cọc khoan nhồi thông qua số SPT thông địa chất, kỹ thuật đồng với cọc Micropile: Bảng 3.2: Bảng số liệu phân bố lớp đất trị số SPT Chiều dày (m) 15 30 51 Lớp đất Đất đắp Sét dày – sét cát Cát mịn Cát mịn Đất sét cát tựa Ứng suất tới hạn pl* (Mpa) 0.5 0.9 1.25 1.4 1.6 N SPT N 11 19 32 Ma sát hông qs (kPa) (*) 65 120 120 140 - Tính sức chịu tải đất theo cơng thức Viện Kiến trúc Nhật Bản (1988) – TCVN 10304:2014 sau: Rc ,u  qb Ab  u   f c ,i lc ,i  f s ,i ls ,i  Trong đó: (3.4.1) qb = 150 * Np = 150 * 11 = 1650kPa =1.65Mpa (Mũi cọc đặt đất rời) Ab   D2    0.22  0.0314m2 u   D    0.2  0.628m cu ,1  6.25  N c ,1  6.25   56.25kPa  0.05625Mpa f c ,1   p f L cu ,1  1*1*0.05625  0.05625Mpa f s ,2  10 N s ,2  10  11  36.36 kPa =0.03636Mpa lc ,1  12m ; ls ,2  15m u   f c ,i lc ,i  f s ,i ls ,i   u  ( f c ,1  f s ,2ls ,2 )  0.628  (0.05625*12  0.03636*15) - 76 - - Xét hệ số, ta sức chịu tải cọc khoan với điều kiện tương đương:   Rc ,u   c   cq qb Ab  u   cf  f c ,i lc ,i  f s ,i ls ,i     Rc ,u  0.8  0.9 1.65  0.0314  0.628  0.9  (0.05625 12  0.03636  15)   58.92tons - So sánh với sức chịu tải thiết kế cọc Micropile cung cấp phụ lục tính tốn đính kèm: Tổng sức kháng cọc: 1451 kN = 145.1 Tải trọng giới hạn ULS (Factor safety = 2.5): 580 kN = 58 Tải trọng làm việc SLS (1.5*SLS=ULS): 385 kN = 38.5 Hình 3.6: Sức kháng cọc Micropile trích từ phụ lục tính tốn  Khi không xét đến hệ số, sức kháng nén thân cọc Micropile vượt trội so với cọc khoan nhồi (Micropile: 145.1 – Cọc khoan nhồi: 76.64 tấn)  Khi xét đến hệ số an toàn, sức kháng nén hai loại cọc gần tương đương (Micropile: 58 – Cọc khoan nhồi 58.92 tấn)  Trong khai thác, sức chịu tải cọc Micropile bổ sung hệ số an toàn 1.5 lần, xem đảm bảo cho chất lượng trình thi cơng, điều kiện địa chất bất lợi, an tồn cho hạng mục sửa chữa nâng cấp… Bên cạnh cọc Micropile cịn mang nhiều tính ưu việt mà cọc khoan nhồi khơng có đươc như:  Khả thi công điều kiện hạn chế không gian tĩnh không  Khả chống cắt tốt nhờ lõi ống thép cường độ cao  Khả chống nhổ tốt  Khả tương thích phụ trợ cho kết cấu móng cũ, gia cường kết cấu  Đổi ngược lại, so với loại cọc khác cọc Micropile có vài bất lợi như:  Qui trình thi cơng, biện pháp kỹ thuật phức tạp, khó kiểm sốt  Máy móc thiết bị đồng bộ, kỹ thuật cao  Công nghệ chưa cập nhật, phổ biến rộng rãi  Giá thành cao - 77 - Kết luận chương Công nghệ cọc Micropile áp dụng hướng mảng sửa chữa nâng cấp cơng trình, ngày cải tiến, nâng cấp trình tự cơng nghệ, thiết bị, vật liệu để áp dụng trường hợp khó khăn thi cơng Bên cạch ưu việt mang lại, cọc Micropile có giá thành cao so sánh với công nghệ khác, cần xem xét kỹ lưỡng tiêu chí kinh tế - kỹ thuật tiện lợi để áp dụng cách phù hợp Trong tương lai phát triển ngành công nghệ - kỹ thuật, việc cải tiến công nghệ, thiết bị, vật liệu giúp giảm giá thành cọc Micropile, trở nên ưu việt với công nghệ phun vữa phát triển Jet Grouting, Xi măng đất, neo đất dự ứng lực,… KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài tổng hợp, phân tích ưu nhược điểm giải pháp thiết kế thi công công nghệ cọc Micropile Đánh giá khả ứng dụng so sánh loại cọc với loại cọc khác cung đường kính tương đương Cọc khoan nhồi; Đã biên soạn Dự thảo dẫn kỹ thuật thiết kế, thi cơng kiểm sốt chất lượng cọc Micropile, dẫn xây dựng sở tham khảo tài liệu Paul J Sabatini, FHWA NHI-05039, 2005 tài liệu liên quan, đồng thời xem xét lựa chọn yêu cầu vật liệu, quy định máy móc thi cơng, biện pháp kiểm sốt chất lượng phù hợp với điều kiện cơng trình giao thơng thị Việt Nam; tài liệu dẫn hiệu chủ đầu tư, nhà thầu trình thi công cọc Micropile thời gian tới Kiến nghị Đề tài có nhiều hướng mở để nghiên cứu, phát triển như: Vật liệu vữa bơm, Công nghệ, thiết bị phun phụt, Cơng nghệ kích truyền tải sang kết cấu mới… tiềm mang lại lợi ích kinh tế, kỹ thuật khoa học tương lai Công nghệ mang nhiều ưu việt hạn chế ứng dụng, kiến nghị để mở để tài, thảo luận, ứng dụng thiết kế nhiều trường hợp địa chất, cơng trình Việt Nam với cơng trình giao thơng khu vực thị, từ cải tiến hồn thiện cơng nghệ Cọc Micropile ưu việt - 78 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Tiêu chuẩn TCVN 11823:2017 “Tiêu chuẩn Thiết kế Cầu đường bộ” Tiêu chuẩn TCXDVN 205:1997 “Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế” Tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 “Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc” Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: “Nghiên cứu ứng dụng cọc tiết diện nhỏ Micropile cơng trình giao thơng Việt Nam” – TS Đỗ Hữu Thắng; GS Nguyễn Viết Trung, Giáo trình cầu BTCT, NXB Giao thơng vận tải, 2008; Tiếng Anh FHWA Micropile Design and Constructions 2005; ASSHTO LRFD 2012 “Bridge Design Specification”; Paul J.Sabatini, FHWA NHI-05-039, 2005; BS 8081:1989 Ground Anchorages; - 79 - PHỤ LỤC