Phân tích sức chịu tải ma sát xung quanh cọc khoan nhồi thi công giữ thành vách bằng dung dịch bentonite và polymer

LÊ TRỌNG NGHĨA Trang 3 Sau khoảng thời gian học tập và nghiên cứu, em đã hoàn thành được luận văn thạc sĩ với đề tài “Phân tích sức chịu tải ma sát xung quanh cọc khoan nhồi thi công g

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

-

TRẦN HOÀNG NGỌC KHANH

PHÂN TÍCH SỨC CHỊU TẢI MA SÁT

XUNG QUANH CỌC KHOAN NHỒI THI CÔNG

GIỮ THÀNH VÁCH BẰNG DUNG DỊCH

BENTONITE VÀ POLYMER

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Đồng Nai, năm 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

-

TRẦN HOÀNG NGỌC KHANH

PHÂN TÍCH SỨC CHỊU TẢI MA SÁT

XUNG QUANH CỌC KHOAN NHỒI THI CÔNG

GIỮ THÀNH VÁCH BẰNG DUNG DỊCH

BENTONITE VÀ POLYMER

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng

Mã số: 8580201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS LÊ TRỌNG NGHĨA

Đồng Nai, năm 2023

Sau khoảng thời gian học tập và nghiên cứu, em đã hoàn thành được luận văn thạc sĩ với đề tài “Phân tích sức chịu tải ma sát xung quanh cọc khoan nhồi thi công giữ thành vách bằng dung dịch bentonite và polymer” Nhân đây em xin được chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Cô, bạn bè, gia đình đã truyền đạt kiến thức, ủng hộ, giúp đỡ em trong suốt thời gian qua

Em xin cảm ơn thầy TS Lê Trọng Nghĩa đã dìu dắt, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn Nhờ có sự định hướng và chỉ bảo tận tình của Thầy, em

đã có thể nghiên cứu, phân tích và giải quyết vấn đề một cách khoa học, đúng đắn hơn Từ đó, em đã hoàn thành luận văn một cách tốt nhất có thể

Em xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, khoa sau Đại học Trường Đại học Lạc Hồng đã tạo điều kiện cho chúng em được học tập, hoàn thành khóa luận một cách thuận lợi Xin cảm ơn quý Thầy Cô giáo tại trường cũng như quý Thầy khoa

Kỹ Thuật Xây Dựng đã dạy dỗ, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian qua

Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn bên cạnh động viên, cổ vũ và giúp đỡ em trong quá trình học tập cũng như hoàn thành bài luận văn này

Tác giả

Trần Hoàng Ngọc Khanh

Em xin cam đoan luận văn về đề tài “Phân tích sức chịu tải ma sát xung quanh

cọc khoan nhồi thi công giữ thành vách bằng dung dịch bentonite và polymer” là

công trình nghiên cứu cá nhân của em

Luận văn này được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy TS Lê

Trọng Nghĩa Các số liệu và kết quả nghiên cứu là do em tự tìm hiểu, phân tích một

cách khách quan, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và chưa được công bố dưới bất

kỳ hình thức nào

Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sự không trung thực trong bài

luận văn này

Tác giả

Trần Hoàng Ngọc Khanh

Trên phương diện nghiên cứu về dung dịch trong thi công cọc khoan nhồi, luận văn nghiên cứu về đặc điểm, tính chất cơ lý, tác dụng của hai dung dịch phổ biến hiện nay trong thi công cọc khoan nhồi là bentonite và polymer

Việc đánh giá độ ổn định và biến dạng trong việc sử dụng dung dịch để làm ổn định hố đào chủ yếu dựa trên cơ sở lý thuyết đàn hồi Trên cơ sở này, cần đánh giá

2 giá trị bị ảnh hưởng khi sử dụng dung dịch để thi công cọc khoan nhồi như: chuyển vị của vách hố khoan dọc theo chiều sâu hố khoan trên cơ sở giá trị áp lực ngang của dung dịch và thành đất; tải trọng sử dụng của cọc khi thi công có sử dụng dung dịch

Để đánh giá khả năng giữ ổn định thành vách hố khoan khi thi công cọc khoan nhồi sử dụng dung dịch, luận văn dùng 2 cơ sở để phân tích tính ổn định thành vách bao gồm: cấp phối dung dịch được sử dụng; giá trị áp lực ngang của đất và dung dịch lên thành hố khoan

Để so sánh việc sử dụng cấp phối dung dịch ảnh hưởng đến thi công cọc khoan nhồi như thế nào, luận văn xem xét việc sử dụng cấp phối từng loại dung dịch trong quá trình thi công cọc khoan nhồi tại dự án “Công trình Techtronic Tools Item – Gói thầu thi công cọc” Để đánh giá khả năng chịu tải của cọc, luận văn sử dụng dữ liệu được lấy ở dự án Thương mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp ở Qui Nhơn sử dụng dung dịch bentonite và dữ liệu ở dự án Khu dân cư Hoàng Nam, Lô F – Akari Hoàng Nam sử dụng dung dịch polymer

Trên cơ sở đó phân tích, đánh giá ảnh hưởng của dung dịch trong quá trình thi công, tác dụng giữ thành cũng như khả ảnh hưởng đến sức chịu tải đến cọc khoan nhồi của hai dung dịch Từ đó chọn lựa dung dịch tốt nhất theo điều kiện địa chất công trình khi thi công cọc khoan nhồi

Tác giả

Trần Hoàng Ngọc Khanh

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ VAI TRÒ CỦA DUNG DỊCH KHOAN LÊN THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI 3

1.1 GIỚI THIỆU VỀ DUNG DỊCH KHOAN 3

1.1.1 Giới thiệu về bentonite trong thi công cọc khoan nhồi 4

1.1.2 Giới thiệu về polymer trong thi công cọc khoan nhồi 7

1.2 TÁC DỤNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN ĐẾN THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI 10

1.3 NHẬN XÉT 11

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN ĐẾN CỌC KHOAN NHỒI 13

2.1 TÁC ĐỘNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN ĐẾN CHUYỂN VỊ HỐ

KHOAN 13

2.2 TÁC ĐỘNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI 15

2.2.1 Thành phần ma sát bên đơn vị 15

2.2.2 Sức chịu tải của cọc 20

2.3 KẾT LUẬN 27

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN BENTONITE VÀ POLYMER TRONG THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI NHẰM CHỌN LỰA HỢP LÝ DUNG DỊCH THEO ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH……… 28

3.1 DỮ LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ PHÂN TÍCH TÁC DỤNG DUNG DỊCH KHOAN TRONG THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI 28

3.1.1 Công trình Techtronic Tools Item – Gói thầu thi công cọc 28

3.1.3 Công trình Khu dân cư Hoàng Nam, Lô F – Akari Hoàng Nam 34

3.2 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN LÊN KHẢ NĂNG GIỮ ỔN ĐỊNH THÀNH VÁCH 35

3.2.1 So sánh cấp phối sử dụng: 35

3.2.2 Phân tích chuyển vị thành hố khoan 42

3.3 ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO DUNG DỊCH 45

3.3.1 Cọc khoan nhồi sử dụng dung dịch Bentonite 46

3.3.2 Cọc khoan nhồi sử dụng dung dịch Polymer 56

3.3.3 So sánh và đánh giá kết quả thí nghiệm nén tĩnh của cọc sử dụng bentonite và polymer 66

3.4 KẾT LUẬN 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

KẾT LUẬN 74

KIẾN NGHỊ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO

STT Ký hiệu chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ

4 TMDV và KSCC Thương mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp

Bảng 1.1: Chỉ tiêu cơ lý của dung dịch bentonite 4

Bảng 1.2: Chỉ tiêu cơ lý của dung dịch polymer 8

Bảng 2.1: Phương pháp thiết kế dựa trên kết qủa CPT 15

Bảng 2.2: Phương pháp phân tích thiết kế 16

Bảng 2.3: Hệ số K1 theo loại đất rời 22

Bảng 2.4: Thời gian theo dõi chuyển vị và ghi chép số liệu ………24

Bảng 3.1: Thông tin cọc thử dự án TTI 31

Bảng 3.2: Thông tin cọc thử dự án Thương mại dịch vụ và Khách sạn Cao cấp 34

Bảng 3.3: Thông tin cọc thử dự án Akari 35

Bảng 3.4: Kết quả cấp phối polymer trước khi thi công cọc thử TP2C-01 36

Bảng 3.5: Kết quả cấp phối bentonite trước khi thi công cọc thử TP2A-02 38

Bảng 3.6: Kết quả cấp phối polymer trộn bentonite trước khi thi công cọc thử TP2B-03 40

Bảng 3.7: Giá trị áp lực ngang tại hố khoan TP2C-01 theo độ sâu 42

Bảng 3.8: Giá trị áp lực ngang tại hố khoan TP2A-02 theo độ sâu 43

Bảng 3.9: Giá trị áp lực ngang tại hố khoan TP2B-03 theo độ sâu 44

Bảng 3.10: Thống kê số lượng và vị trí đầu đo biến dạng thân cọc TP01 dự án Thương mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp 48

Bảng 3.11: Kết quả số đo biến dạng cọc TP01 dự án Thương mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp 50

Bảng 3.12: Kết quả ma sát thành đơn vị dọc theo thân cọc TP01 51

Bảng 3.13: Phân bố tải trọng theo chiều sâu cọc TP01 54

Bảng 3.14: Thống kê số lượng và vị trí đầu đo biến dạng thân cọc TP-A-2 dự án Akari 58

Bảng 3.15: Kết quả số đo biến dạng cọc TP-A-2 dự án Akari 60

Bảng 3.16: Kết quả ma sát thành đơn vị dọc theo thân cọc TP-A-2 61

Bảng 3.17: Phân bố tải trọng theo chiều sâu cọc TP-A-2 64

66

Bảng 3.19: So sánh ma sát bên đơn vị của 2 cọc khoan nhồi ở vị trí 13m - 15m 70

Bảng 3.20: So sánh ma sát bên đơn vị của 2 cọc khoan nhồi ở vị trí 36m - 38m 71

Bảng 3.21: So sánh ma sát bên đơn vị của 2 cọc khoan nhồi ở vị trí 51m - 62m 72

Hình 1.1: Kiểm tra dung dịch khoan bằng thí nghiệm 5

Hình 1.2: Quy trình thi công cọc khi sử dụng bentonite 6

Hình 1.3: Cấu trúc phân tử Polymer 7

Hình 1.4: Quy trình thi công cọc khi sử dụng polymer 9

Hình 1.5: Cơ chế giữ ổn định hố đào của dung dịch 11

Hình 2.1: Lắp đặt sensor trong thí nghiệm biến dạng thân cọc 18

Hình 2.2: Quan hệ ma sát đơn vị và tải trọng thí nghiệm 19

Hình 2.3: Tải trọng phân bố theo chiều sâu 20

Hình 2.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm nén tĩnh có hệ cọc xoắn neo đối trọng 23

Hình 2.5: Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị trong thí nghiệm nén tĩnh 25

Hình 2.6: Biểu đồ quan hệ chuyển vị – thời gian trong thí nghiệm nén tĩnh 26

Hình 2.7: Biểu đồ quan hệ tải trọng – thời gian trong thí nghiệm nén tĩnh 26

Hình 2.8: Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị – thời gian trong thí nghiệm nén tĩnh 27

Hình 3.1: Hình trụ hố khoan đặc trưng dự án Techtronic Tools Item 30

Hình 3.2: Hình trụ hố khoan đặc trưng ở dự án Thương mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp 33

Hình 3.3: Kết quả Koden khi sử dụng dung dịch Polymer (P1) dự án TTI 37

Hình 3.4: Kết quả Koden khi sử dụng dung dịch Bentonite (B1) dự án TTI 39

Hình 3.5: Kết quả Koden sau khoan khi sử dụng cấp phối dung dịch (PB1) dự án TTI 40

Hình 3.6: Biểu đồ áp lực ngang theo chiều sâu hố khoan TP2C-01 43

Hình 3.7: Biểu đồ áp lực ngang theo chiều sâu hố khoan TP2A-02 44

Hình 3.8: Biểu đồ áp lực ngang theo chiều sâu hố khoan TP2B-03 45

Hình 3.9: Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún cọc TP01 dự án Thương mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp 46

Hình 3.10: Biểu đồ quan hệ tải độ lún – thời gian cọc TP01 dự án Thương mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp 47

Hình 3.11: Biểu đồ quan hệ tải tải trọng – thời gian cọc TP01 dự án Thương mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp 47

mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp 48

Hình 3.13: Ma sát đơn vị theo cấp tải cọc TP01 dự án Thương mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp 52

Hình 3.14: Ma sát đơn vị theo chiều sâu cọc TP01 dự án Thương mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp 53

Hình 3.15: Phân bố tải trọng theo chiều sâu – Chu kỳ 1 cọc TP01 dự án Thương mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp 55

Hình 3.16: Phân bố tải trọng theo chiều sâu – Chu kỳ 2 cọc TP01 dự án Thương mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp 55

Hình 3.17: Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún cọc TP-A-2 dự án Akari 56

Hình 3.18: Biểu đồ quan hệ độ lún - thời gian cọc TP-A-2 dự án Akari 57

Hình 3.19: Biểu đồ quan hệ tải trọng – thời gian cọc TP-A-2 dự án Akari 57

Hình 3.20: Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún - thời gian cọc TP-A-2 dự án Akari 58 Hình 3.21: Ma sát đơn vị theo cấp tải cọc TP-A-2 dự án Akari 62

Hình 3.22: Ma sát đơn vị theo chiều sâu cọc TP-A-2 dự án Akari 63

Hình 3.23: Phân bố tải trọng theo chiều sâu – Chu kỳ 1 cọc TP-A-2 dự án Akari 65

Hình 3.24: Phân bố tải trọng theo chiều sâu – Chu kỳ 2 cọc TP-A-2 dự án Akari 65

MỞ ĐẦU

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Địa chất khu vực thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và khu Đồng bằng sông Cửu Long nói chung đa phần là đất yếu với chiều dày lớn Do vậy, việc sử dụng cọc trong thi công các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp hay cầu đường rất phổ biến Đặc biệt, với những công trình có tải trọng lớn, cọc khoan nhồi bê tông cốt thép là một trong những phương pháp hiệu quả, được sử dụng rộng rãi để đảm bảo khả năng chịu tải của nền móng công trình Hiện nay, ước tính hàng năm có khoảng 50 ÷ 70 nghìn mét dài cọc khoan nhồi có đường kính 0,8 ÷ 2,5 m được thực hiện, với chi phí khoảng 1300 ÷ 1400 tỷ đồng

Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép thường được thiết kế mang tải trọng lớn nên sử dụng chúng trong xây dựng luôn là vấn đề được quan tâm đặc biệt Việc thiết kế và thi công cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đòi hỏi nhiều kỹ thuật và tính toán phức tạp Từ việc chọn chiều dài cọc, đường kính cọc, cốt thép thân cọc trong tính toán đến thiết bị, năng lực của đơn vị thi công Một trong số đó, dung dịch khoan cũng được lựa chọn một cách kỹ lưỡng nhằm mang lại tính hiệu quả nhất trong thi công Dung dịch khoan trong cọc khoan nhồi ảnh hưởng lớn đến thi công, từ việc giữ thành hố khoan, giảm ma sát cho gàu khoan đến việc tăng tải trọng cho cọc cũng được nghiên cứu kỹ lưỡng trong từng điều kiện địa chất khác nhau Do đó, việc phân tích, đánh giá tác dụng của dung dịch khoan trong thi công cọc khoan nhồi nhằm chọn lựa hợp lý dung dịch là việc hết sức cần thiết Hai dung dịch khoan được

sử dụng phổ biến hiện nay cho cọc khoan nhồi là bentonite và polymer (thuật ngữ dung dịch khoan để chỉ hai loại dung dịch khoan phổ biến này) Chúng có những ảnh hưởng khác nhau đến thi công cọc khoan nhồi Luận văn phân tích tác dụng của dung dịch khoan bentonite và polymer trong thi công cọc khoan nhồi nhằm chọn lựa hợp lý dung dịch theo điều kiện địa chất công trình

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Luận văn nghiên cứu tác dụng của hai dung dịch khoan trong thi công cọc khoan nhồi theo cấu tạo địa chất Trên cơ sở đó lựa chọn dung dịch khoan phù hợp nhằm mang lại hiệu quả tốt nhất trong thi công cọc khoan nhồi

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Đề tài được nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm với các phương pháp: tính toán theo giải tích, phân tích và so sánh dữ liệu thí nghiệm hiện trường

Phương pháp tính toán theo giải tích: Tính toán áp lực ngang và đánh giá ổn định của hố khoan trên cơ sở lý thuyết đàn hồi

Phương pháp phân tích và so sánh dữ liệu thí nghiệm hiện trường: Nghiên cứu công trình cụ thể phụ thuộc vào các kết quả thí nghiệm Koden kiểm tra độ thẳng đứng hố khoan, thí nghiệm nén tĩnh, thí nghiệm đo độ biến dạng cọc và thí nghiệm

đo độ giãn cọc đạt được sau quá trình thi công cọc thử để đánh giá sức chịu tải cọc

Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép được thiết kế với tải trọng lớn và được sử dụng phổ biến hiện nay nên việc nghiên cứu, cải tiến để tăng sức chịu tải hay rút ngắn thời gian thi công, nâng cao hiệu quả công việc có ý nghĩa rất lớn Bentonite

và polymer được dùng phổ biến nhất hiện nay trong cọc khoan nhồi bê tông cốt thép và có những tác dụng khác nhau cũng như quy cách thi công khác nhau

Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng cọc khoan nhồi sử dụng polymer có sức chịu tải cao hơn hay rút ngắn thời gian thi công hơn so với sử dụng bentonite Tuy nhiên, việc sử dụng polymer chỉ ra cọc được tăng sức chịu tải chỉ mới ở giai đoạn nghiên cứu và bentonite cũng có nhiều ưu thế trong từng điều kiện địa chất khác nhau Do

đó, việc chọn dung dịch khoan khi thi công cọc khoan nhồi là quan trọng và giúp giảm thiểu rủi ro thi công, giảm thời gian thi công

TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu áp dụng cho thiết kế và thi công cọc khoan nhồi Với những nơi có cấu tạo địa chất phức tạp, việc lựa chọn dung dịch khoan đóng vai trò quan trọng Dung dịch khoan được lựa chọn là bentonite, polymer hay phối hợp cả hai theo một tỉ lệ nhất định để phù hợp với cấu tạo địa chất Việc này ảnh hưởng đến tiến độ, an toàn, chất lượng khi thi công cọc khoan nhồi, hay cả vấn đề hiệu quả kinh tế cũng được xem xét trên phương diện quản lý xây dựng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ VAI TRÒ CỦA DUNG

DỊCH KHOAN LÊN THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

1.1 GIỚI THIỆU VỀ DUNG DỊCH KHOAN

Trong thi công cọc khoan nhồi thì việc sử dụng dung dịch hỗ trợ khoan là một điều không thể thiếu Nhiệm vụ của dung dịch giống như thay thế phần đất được đào ra Dung dịch có khả năng tạo màng keo (tỉ lệ keo > 95%) phủ lên bề mặt thành

hố khoan nên có tác dụng cách nước giữa thành hố khoan và đất xung quanh, đồng thời giữ ổn định thành hố khoan Ngoài ra, dung dịch còn làm giảm ma sát giữa gàu khoan và đất khiến cho việc thi công trở nên dễ dàng hơn và tránh hư hại các thiết

bị thi công

Hai dung dịch được sử dụng phổ biến hiện nay là bentonite và polymer Tùy theo điều kiện địa chất, thuỷ văn, nước ngầm, thiết bị khoan để chọn phương pháp giữ thành hố khoan và dung dịch khoan thích hợp

Trước đây, dung dịch bentonite được sử dụng phổ biến Ngày nay, dung dịch polymer cũng được đưa vào sử dụng trong thi công cọc khoan nhồi bê tông cốt thép trong nhiều trường hợp Cũng có nhiều công trình sử dụng hỗn hợp 2 loại dung dịch trên cho phần thi công hố khoan, ví dụ như công trình cầu Cần Thơ ở hạng mục cọc khoan nhồi cũng sử dụng hỗn hợp 2 loại dung dịch trên theo một tỷ lệ nhất định

Nhờ việc có tỉ trọng thấp hơn tỉ trọng của bê tông (tỉ trọng của dung dịch từ 1,05 đến 1,15) do đó khi đổ bê tông thì dung dịch được đẩy nổi lên trên Dung dịch

có độ nhớt cao kết hợp với màng keo có thể ngăn được nước từ các khe ngầm Dung dịch sau khi thi công sẽ được thu hồi, sàng lọc và pha trộn đầy đủ các chỉ tiêu

cơ lý để sử dụng cho lần thi công sau

Trong khi thi công hố khoan cũng cần phải lưu ý đến mực dung dịch được giữ trong thành hố khoan Cao độ của dung dịch khoan được tính theo nguyên lý cân bằng áp lực ngang giữa cột dung dịch trong hố khoan và áp lực của đất nền và nước quanh vách hố khoan Khi khoan trong địa tầng dễ sụt lở, áp lực cột dung dịch phải luôn lớn hơn áp lực ngang của đất và nước bên ngoài Khi mực nước ngầm lên cao (lên đến mặt đất) cho phép tăng tỉ trọng dung dịch bằng các chất có tỷ trọng cao như barit, cát magnetic,… (Võ Phán, 2011)

1.1.1 Giới thiệu về bentonite trong thi công cọc khoan nhồi

Dung dịch bentonite đã được sử dụng phổ biến trong thi công cọc khoan nhồi cũng như thi công các hố đào sâu từ trước đến nay

Bentonite là loại sét khoáng có tính trương nở và có độ nhớt cao chủ yếu được hình thành bởi sét montmorillonite Đặc trưng của bentonite là sự len lỏi các hạt sét vào lỗ rỗng của đất xung quanh, trương nở lấp kín lỗ rỗng, hình thành lớp màng bùn bảo vệ bề mặt vách hố khoan tạo nên tính ổn định cho thành hố Hiệu quả của việc

sử dụng phương pháp bentonite là việc ngăn ngừa sự lắng mùn qua thời gian của đáy hố công trình Bentonite khi sử dụng trong hố khoan phải đảm bảo cao trình dung dịch lớn hơn cao trình mực nước ngầm nhằm tạo áp lực cho dung dịch bentonite ngấm vào thành xung quanh hố khoan cũng như tạo áp lực cân bằng thành

hố khoan

Bentonite tập kết tại dự án ở dạng bột và được bảo quản trong điều kiện khô ráo, sau đó được trộn bằng máy trộn tốc độ vòng quay cao, chứa trong các silo và chờ trương nở từ 5 - 6 tiếng mới được đưa vào sử dụng trong thi công cọc khoan nhồi

Dung dịch sau khi thi công có thể tái sử dụng bằng cách thu hồi về, sàng lọc cát và trộn thêm một lượng bentonite bột nhất định để đảm bảo được chất lượng Chỉ tiêu cơ lý của bentonite trong thi công cọc khoan nhồi được thể hiện ở bảng dưới đây

Bảng 1.1: Chỉ tiêu cơ lý của dung dịch bentonite

Tên chỉ tiêu Chỉ tiêu tính năng Phương pháp kiểm tra 1.Khối lượng riêng Từ 1,05g/cm3 đến 1,15g/cm3 Tỷ trọng kế hoặc Bomê kế

6.Độ dày áo sét Từ 1mm đến 3mm sau

Việc kiểm tra, nghiệm thu dung trọng, độ nhớt, hàm lượng cát và độ pH phải được kiểm tra cho từng cọc Trước khi đổ bê tông nếu kiểm tra mẫu dung dịch tại

độ sâu khoảng 0,5m từ đáy lên có khối lượng riêng vượt quá 1,25g/cm³, hàm lượng cát lớn hơn 8%, độ nhớt quá 45s thì phải có biện pháp thổi rửa đáy lỗ khoan để đảm bảo chất lượng cọc Quy trình thi công cọc khoan nhồi sử dụng dung dịch bentonite được thể hiện trong hình 1.2

Trộn dung dich khoan

Kiểm tra dung dich (PH, tỉ trọng,

độ nhớt, hàm lượng cát Loại

Định vị cọc Định vị máy khoan Lắp đặt casing Kiểm tra casing

Thổi rửa đáy lần 2

Kiểm tra chiều sâu và dung dịch Bentonite

Đổ bê tông

Rút Casing Lấp cát đầu cọc

Kiểm tra

Nhập thép, ống siêu âm, ống khoan lõi, ống phụt vữa (nếu

có)

Loại

Trả hàng

Đạt Loại

Hình 1.2: Quy trình thi công cọc khi sử dụng bentonite

(Nguồn: Tác giả)

1.1.2 Giới thiệu về polymer trong thi công cọc khoan nhồi

Ban đầu, dung dịch polymer được dùng trong công tác khoan thăm dò trong ngành dầu khí Sau đó, polymer hiện nay cũng được sử dụng nhiều trong thi công cọc khoan nhồi do nhiều đặc tính tốt trong thi công như rút ngắn được thời gian thi công, công nghệ thi công đơn giản Tuy nhiên, polymer cũng có một vài khuyết điểm trong khi sử dụng so với bentonite như tỷ trọng thấp hơn dẫn đến khả năng giữ thành hố đào bị giảm một phần, nhất là khi thi công qua tầng đất cát trạng thái rời

Hình 1.3: Cấu trúc phân tử polymer

(Nguồn: https://vi.wikipedia.org/wiki/Polymer) Polymer có cấu trúc phân tử dạng sợi, lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích

cơ bản Polymer được sử dụng cho cọc khoan nhồi có dạng bột trắng, độ tinh khiết

> 90%, độ pH từ 7 - 8 (có thể sử dụng thêm phụ gia Soda để tăng pH nếu cần), thời

gian đánh tan < 60 phút (Carlos Lam và cộng sự, 2014) Còn ở dạng dung dịch, cũng giống như bentonite, polymer cũng có các chỉ tiêu cơ lý sau:

Bảng 1.2: Chỉ tiêu cơ lý của dung dịch polymer

Tên chỉ tiêu Chỉ tiêu tính năng Phương pháp kiểm tra 1.Khối lượng riêng Từ 1,01g/cm3 đến 1,05g/cm3 Tỷ trọng kế hoặc Bomê kế

Để duy trì tính kiềm trong dung dịch polymer ta sử dụng Soda pha lẫn với dung dịch với tỷ lệ từ 0,7 đến 1,2kg/m3 sao cho pH đạt từ 8 đến 12 Mục đích của việc duy trì tính kiềm này là để khử tính axit trong nước ngầm, tạo môi trường trung hòa với bê tông khi đổ

Trộn dung dich khoan

Kiểm tra dung dich (PH, tỉ trọng,

độ nhớt, hàm lượng cát Loại

Định vị cọc Định vị máy khoan Lắp đặt casing Kiểm tra casing

Khoan cọc

Kiểm tra chiều sâu

Chờ lắng

Vét lắng bằng gàu vét và kiểm tra chiều sâu

Hạ lồng thép

Lắp ống tremie

Kiểm tra chiêu sâu và test Polymer Thổi rửa lần 1

Đổ bê tông

Rút Casing Lấp cát đầu cọc

Kiểm tra

Nhập thép, ống siêu âm, ống khoan lõi, ống phụt vữa (nếu

có)

Loại

Trả hàng

Đạt Loại

Đạt

Hình 1.4: Quy trình thi công cọc khi sử dụng polymer

(Nguồn: Tác giả) Đối với các hố khoan sử dụng polymer, thời gian thi công được rút ngắn khoảng 30% do việc sử dụng polymer khiến các hố khoan không phải thổi rửa nhiều lần Nhờ đặc tính không giữ các hạt đất, cát trong dung dịch polymer khiến các hạt đất, cát được lắng nhanh hơn trong hố khoan, công việc còn lại là chờ các hạt đất được lắng lại, sử dụng gàu khoan vét sạch mùn khoan tại đáy hố khoan thì các công tác khác sẽ được tiến hành bình thường

1.2 TÁC DỤNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN ĐẾN THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

• Giữ ổn định thành vách hố khoan

Công dụng quan trọng nhất của dung dịch khoan được biết đến là giữ ổn định thành vách hố khoan Cơ chế để dung dịch giữ ổn định thành vách hố khoan dựa trên nguyên lý cân bằng áp lực ngang tại vách của hố khoan Cho đến nay, việc đánh giá ổn định và biến dạng trong các bài toán công trình ngầm chủ yếu dựa trên

cơ sở lý thuyết đàn hồi Đặc biệt để đánh giá ứng xử tác động của dung dịch lên thành hố khoan khi không có phần mềm chuyên dụng để tính toán Việc phân tích, đánh giá ổn định thành vách hố khoan được dựa trên các yếu tố như áp lực ngang lên thành hố khoan, chuyển vị ngang lên thành hố khoan (Carlos Lam và cộng sự, 2015)

Cơ chế lý tính giữ ổn định thành vách hố khoan của dung dịch cũng đến từ các tác động cơ lý của dung dịch đến thành đất:

- Đối với bentonite, với thành phần chính là sét montmorillonite và có tính trương nở cao Khi được đưa xuống thành hố khoan, các hạt sét montmorillonite thẩm thấu vào bên trong lớp địa tầng cận hố khoan, trương nở để ngăn chặn sự sạt

lở của các hạt đất tự nhiên xung quanh thành hố khoan Điều này đặc biệt quan trọng trong các lớp đất rời như cát, cát pha sét, cát pha bùn có độ chặt kém Dung dịch bentonite có tỷ trọng cao hơn so với nước và khi thi công, mực nước dung dịch luôn được giữ cao hơn so với mực nước ngầm nên tránh được việc nước ngầm xâm nhập vào hố khoan, tránh việc mất nước ngầm và xói mòn các hạt đất tại vị trí mạch nước

- Đối với polymer, với thành phần chính là các sợi polymer tổng hợp Khi được trộn thành dung dịch và đưa xuống thành hố đào, hố khoan, các sợi polymer kết lại tạo thành một lớp màng giữa dung dịch và vách hố khoan, chính lớp màng này ngăn chặn việc các hạt đất rớt vào thành hố khoan gây lắng đất cũng như sạt thành hố khoan Lớp màng polymer cùng với tỷ trọng dung dịch cao hơn nước ngăn nước ngầm chảy vào hố khoan (Stephan A Jefferis and Carlos Lam, 2013)

Hình 1.5: Cơ chế giữ ổn định hố đào của dung dịch

(Nguồn: Tác giả)

• Giảm ma sát mũi khoan

Dung dịch trong hố khoan luôn ở trạng thái đầy giúp cho việc ma sát của gàu khoan và mặt đất được giảm đáng kể, bảo vệ tính an toàn của gàu khoan khi thi công ở những tầng đất cứng hay đặc biệt là lớp đá

1.3 NHẬN XÉT

Tổng thể, dung dịch khoan được sử dụng phổ biến từ xưa đến nay là dung dịch bentonite Dung dịch polymer được biết đến sau này khi được sử dụng để khoan thăm dò dầu khí, sau đó được áp dụng cho việc giữ ổn định thành vách hố đào khi thi công cọc hay tường vây Hiện nay trong tiêu chuẩn xây dựng “9395:2012: Cọc khoan nhồi – thi công và nghiệm thu” có nhắc đến việc sử dụng dung dịch trong thi công cọc khoan nhồi Tuy nhiên, dung dịch được nhắc đến chủ yếu là bentonite với các chỉ tiêu cơ lý được xác định, còn các chỉ tiêu chất lượng của dung dịch polymer vẫn chưa được đề cập chi tiết Việc áp dụng ngoài thực tiễn chủ yếu qua kinh nghiệm sử dụng và một phần áp dụng theo tiêu chuẩn API (America Petrolium Institude) của Hoa Kỳ (American Petroleum Institute Standard, 2010)

Một số dự án cho thấy việc sử dụng dung dịch polymer có khả năng rút ngắn thời gian thi công so với dung dịch bentonite từ 25 - 30% Nguyên nhân là do việc

sử dụng polymer khi thi công làm giảm thời gian thổi rửa hố khoan sau khi khoan Công đoạn này tốn khá nhiều thời gian khi sử dụng bentonite, nhất là với những cọc

có đường kính lớn do bentonite có đặc tính ngậm cát, việc thổi rửa đảm bảo độ sạch của hố khoan

Đối với các cấu tạo địa chất như cát chảy, cát rời, sạn sỏi kích thước lớn hoặc các loại địa chất đặc biệt như đá vôi, hang karst, ưu tiên sử dụng bentonite với lý do: các hạt sét montmorillonite có tính trương nở dễ dàng len lỏi vào các lỗ rỗng của lớp đất, bịt kín các lỗ rỗng, ngăn ngừa việc thất thoát dung dịch vào trong đất cũng như giữ vững thành hố khoan

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA

DUNG DỊCH KHOAN ĐẾN CỌC KHOAN NHỒI

Cho đến nay, việc đánh giá ổn định và biến dạng trong việc sử dụng dung dịch

để làm ổn định hố đào (hố khoan) chủ yếu dựa trên cơ sở lý thuyết đàn hồi, đặc biệt

để đánh giá ứng xử của vật liệu khi không có điều kiện về thời gian hay không có phần mềm chuyên dụng để tính toán

Trên cơ sở lý thuyết đàn hồi, cần đánh giá 2 giá trị bị ảnh hưởng khi sử dụng dung dịch để thi công cọc khoan nhồi:

+ Chuyển vị của vách hố khoan dọc theo chiều sâu hố khoan trên cơ sở giá trị áp lực ngang của dung dịch và thành đất

+ Tải trọng sử dụng của cọc khi thi công có sử dụng dung dịch Sức chịu tải của cọc khi thi công cọc có sử dụng dung dịch chủ yếu ảnh hưởng đến sức chịu tải cực hạn do ma sát bên tại vị trí tiếp giáp giữa hố khoan và thành đất Ma sát bên đơn vị được đánh giá thông qua các giá trị tính toán và kết quả thí nghiệm hiện trường

2.1 TÁC ĐỘNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN ĐẾN CHUYỂN VỊ HỐ KHOAN

Đối với áp lực ngang của đất tại vị trí tính toán được tính theo công thức sau:

Ở đây  - dung trọng của đất tại vị trí tính toán

H - chiều sâu tính toán tính từ mặt đất tự nhiên

Khuynh hướng 2: Hệ số K chọn theo áp lực ngang của đất ở trạng thái tĩnh Ko, khi nền cố kết bình thường hệ số này được Jaky thống kê từ các thí nghiệm thực hiện trên các loại đất và đề nghị xác định theo biểu thức:

1 sin

o

K = −  (2.3) Trong trường hợp nền đất cố kết trước, hệ số áp lực ngang được chọn để tính toán theo Jaky có dạng:

(1 sin )

Với: OCR – hệ số cố kết trước

Ta có vùng biến dạng dẻo r của mặt đất xung quanh hố khoan được xác định e



=+

2.2 TÁC ĐỘNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI

2.2.1 Thành phần ma sát bên đơn vị

2.2.1.1 Một số nghiên cứu về thành phần ma sát bên của cọc

Nhìn chung, các nghiên cứu về tính toán thành phần ma sát bên đơn vị của cọc chủ yếu theo hai phương pháp:

- Phương pháp thiết kế dựa trên kết quả CPT (thí nghiệm xuyên tĩnh) theo bảng 2.1

- Phương pháp phân tích thiết kế theo bảng 2.2

Bảng 2.1: Phương pháp thiết kế dựa trên kết qủa CPT

Schmertmann (1975)

fs = K.fscSét: (0,25  K  1,25) Cát: (0,25  K  1,25)

European (1979)

(DeRuiter and Beringen, 1979)

Sét: fs = .cu = 0,05..qc

 = 1 (đất sét NC),  = 0,5 (đất sét OC) Cát: fs = min (fsc, qc/300)

Tumay & Fakhroo (1981) fs = Kfsc

K = 0,5 + 9,5e-90fs (fs tính theo MPa)

Eslami-Fellenius (1997)

(Phương pháp E-F)

fs = Cs.qE (qE = qt – u2)

Cs = 0,004 - 0,008 phụ thuộc vào loại đất

Prince and Wardle (1982) fs = .fsc ( = 0,53 cho cọc đóng)

Aoki and De Alencar (1975)

(Nguồn: Theo nhiều người)

Bảng 2.2: Phương pháp phân tích thiết kế

Burland (1973) fs = (K.tan).’v

(Nguồn: Theo Burland và Fellenius)

Theo kết quả nghiên cứu, sự phân bố ma sát theo độ sâu được tính theo các phương pháp khác nhau Cần lưu ý rằng, các kết quả khác biệt đáng kể do phương pháp tính khác biệt chứ không phải là sự khác biệt trong tính chất của đất ở các lớp

2.2.1.2 Ma sát bên đơn vị từ thí nghiệm đo biến dạng thân cọc

Phương pháp thí nghiệm đo biến dạng cọc được áp dụng nhằm xác định các giá trị biến dạng và chuyển vị của bê tông và cốt thép dọc theo chiều dài cọc, đưa ra các số liệu liên tục về sự làm việc của cọc dưới tác dụng của lực nén dọc trục tác dụng tại đỉnh cọc Từ các số liệu trên, ta tính toán được ma sát bên đơn vị

Nguyên lý thí nghiệm của phương pháp này là sử dụng các đầu đo chuyên dụng để xác định giá trị biến dạng trong khối bê tông Đầu đo được gắn sẵn trong cọc trước khi đổ bê tông Dưới tác dụng của tải trọng dọc trục cọc và các đầu đo cùng bị biến dạng dọc theo chiều dài nhờ vào lực dính giữa bê tông và đầu đo Các đầu đo được cấu tạo để có thể xác định được các thay đổi trong bê tông và cốt thép

và chuyển về máy chủ nhờ cáp tín hiệu Dựa vào các công thức quan hệ giữa ứng suất và biến dạng có thể dễ dàng xác định được nội lực phát sinh trong cọc tại các vị trí đầu đo

➢ Quy trình ghi số liệu của thí nghiệm đo biến dạng

- Kiểm tra nghiệm thu thiết bị, máy móc trước khi lắp đặt

- Kiểm tra vị trí lắp đặt và tín hiệu đầu đo trước khi hạ lồng thép

- Kiểm tra số đọc của đầu đo sau khi đổ bê tông 3 ngày

- Kiểm tra số đọc đầu đo trước khi thí nghiệm

- Trong quá trình gia tải và giảm tải, các số đọc biến dạng được ghi lại cho mỗi cấp tăng tải và giảm tải theo khoảng thời gian 10 phút một lần bởi bộ đọc tự động

➢ Trình tự thí nghiệm của thí nghiệm đo biến dạng cọc bao gồm:

- Lắp đặt đầu đo: Các đầu đo được cố định vào thép chủ (hình 2.1) Việc cố định cáp sẽ được thực hiện song song với công tác hạ lồng thép Vị trí và số lượng các đầu đo được xác định dựa vào chiều dài cọc Cáp phải được bó gọn gàng và phải được bảo vệ cẩn thận trong quá trình thi công bê tông

Hình 2.1: Lắp đặt sensor trong thí nghiệm biến dạng thân cọc

(Nguồn: http://adcomconsult.blogspot.com/2016/06/do-bien-dang-than-coc.html)

- Tiến hành thí nghiệm: Thí nghiệm được tiến hành ngoài công trường cùng công tác nén tĩnh theo các bước sau:

+ Kết nối thiết bị ghi số liệu với các đầu đo để sẵn trong cọc

+ Kiểm tra tình trạng cáp tín hiệu và đầu đo

+ Khai báo các số liệu đầu vào trước khi thí nghiệm

+ Gia tải và ghi lại số liệu về biến dạng trong lúc tăng và giảm tải bằng bộ đọc tự động

Kết quả thí nghiệm được xử lý trong phòng Từ các số liệu về biến dạng thu thập tại hiện trường có thể xác định được các giá trị nội lực xuất hiện trong cọc ứng với từng cấp tải tại các vị trí đặt đầu đo Sơ bộ mô tả được phân bố ma sát bên dọc theo chiều sâu cọc dựa vào các phương trình cân bằng lực

➢ Phương pháp tính toán:

Lực kháng dọc trục tại mỗi vị trí phân bố tải trọng được tính theo công thức:

1 , 1

E - mô đun đàn hồi cọc

εi - chuyển vị tại vị trí i

Phân bố ứng suất đáy cọc được tính theo công thức:

b

P b A

Với Pb : Lực tính tại vị trí đầu đo đáy cọc, A là tiết diện cọc

Trên cơ sở số liệu tính toán các vị trí dọc theo thân cọc, ta đánh giá và phân tích thành phần ma sát bên đơn vị trong sức kháng ma sát thành của cọc theo tải trọng cũng như theo chiều sâu (Hình 2.2), từ đó thể hiện tải trọng phân bố dọc theo thân cọc (Hình 2.3)

Hình 2.2: Quan hệ ma sát đơn vị và tải trọng thí nghiệm

(Nguồn: TCXD 9393 : 2012)

Hình 2.3: Tải trọng phân bố theo chiều sâu

(Nguồn: TCVN 9393 : 2012)

2.2.2 Sức chịu tải của cọc

2.2.2.1 Sức chịu tải của cọc theo tính toán

Theo “TCXD 195:1997 – Nhà cao tầng, thiết kế cọc khoan nhồi” thì sức chịu tải của cọc được tính dựa trên kết quả thí nghiệm mẫu đất trong phòng hoặc từ kết quả khảo sát bằng thiết bị thí nghiệm hiện trường

Sức chịu tải của cọc bao gồm 2 thành phần: ma sát bên và sức chống dưới mũi cọc:

Qs - Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên

Qp - Sức chịu tải cực hạn do mũi cọc

fs - Ma sát bên đơn vị giữa cọc và đất

qp - Cường độ chịu tải cực hạn của đất dưới mũi cọc

As - Diện tích của mặt bên cọc

Ap - Diện tích mũi cọc

Sức chịu tải cho phép của cọc được tính theo công thức:

p s

a

Q Q

Q

u a

Q Q FS

Trong đất cát:

Trong đó:

fs = 0,018N (kG/cm2) cho cọc trong cát không sử dụng bentonite khi khoan

fs = 0,03N + 0,1 (kG/cm2) cho cọc trong cát có sử dụng bentonite khi khoan

Bảng 2.3: Hệ số K1 theo loại đất rời

Loại đất K1 Trị giới hạn của qc (kG/cm2)

2.2.2.2 Sức chịu tải của cọc từ thí nghiệm nén tĩnh

Thí nghiệm nén tĩnh được thực hiện nhằm kiểm tra sức chịu tải của cọc Thí nghiệm này được thực hiện bằng tải trọng dọc trục sao cho cọc lún thêm vào nền đất Theo phương pháp này, tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thực hiện bằng hệ thống kích, bơm thủy lực và đối trọng Với những cọc có tải trọng lớn (> 1000 tấn),

hệ đối trọng còn có thể có thêm hệ cọc xoắn với sức chịu nhổ tùy theo yêu cầu đối trọng Thông thường, đối trọng không nhỏ hơn 120% tải trọng thí nghiệm (Bùi Trường Sơn, Phạm Cao Huyên, 2011)

Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được đo bằng đồng hồ đo áp lực lắp sẵn trong

hệ thống thủy lực Đồng hồ áp lực nên được hiệu chỉnh đồng bộ cùng với kích và hệ thống thủy lực với độ chính xác đến 5% Chuyển vị đầu cọc được đo bằng 2 đến 4 chuyển vị kế có độ chính xác đến 0,01 mm Máy thủy chuẩn dùng để đo kiểm tra dịch chuyển, chuyển vị của gối kê, dàn chất tải, hệ thống neo, dầm chuẩn gá lắp chuyển vị kế, độ vồng của dầm chính và chuyển vị đầu cọc

Thời gian nghỉ từ khi kết thúc thi công cọc đến khi thực hiện thí nghiệm được quy định tối thiểu 21 ngày đối với cọc nhồi và 7 ngày đối với cọc đóng hoặc

ép Kích phải đặt trực tiếp trên tấm đệm đầu cọc, chính tâm so với tim cọc Khi

dùng nhiều kích thì phải bố trí các kích sao cho tải trọng được truyền dọc trục, chính tâm lên đầu cọc Hệ phản lực phải lắp đặt theo nguyên tắc cân bằng, đối xứng qua trục dọc, bảo đảm truyền tải trọng dọc trục, chính tâm lên đầu cọc Khi lắp dựng xong, đầu cọc không bị nén trước khi thí nghiệm Dụng cụ kẹp đầu cọc được bắt chặt vào thân cọc, cách đầu cọc khoảng 0,5 lần đường kính hoặc chiều rộng của tiết diện cọc Các dầm chuẩn được đặt song song hai bên cọc thí nghiệm, các trụ đỡ dầm chuẩn được chôn chặt xuống đất Chuyển vị kế được lắp đối xứng hai bên đầu cọc và được gắn ổn định lên các dầm chuẩn

Hình 2.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm nén tĩnh có hệ cọc xoắn neo đối trọng

(Nguồn: Tác giả)

Trước khi thí nghiệm chính thức, tiến hành gia tải trước nhằm kiểm tra hoạt động của thiết bị thí nghiệm và tạo tiếp xúc tốt giữa thiết bị và đầu cọc Gia tải trước được tiến hành bằng cách tác dụng lên đầu cọc khoảng 5% tải trọng thiết kế sau đó giảm tải về 0, theo dõi hoạt động của thiết bị thí nghiệm Thời gian gia tải và thời gian giữ tải ở cấp 0 khoảng 10 phút

Thí nghiệm được thực hiện theo quy trình gia tải và giảm tải từng cấp, tính bằng phần trăm (%) của tải trọng thiết kế Cấp tải mới chỉ được tăng hoặc giảm khi chuyển vị hoặc độ phục hồi đầu cọc đạt ổn định quy ước hoặc đủ thời gian quy định

Tải trọng thí nghiệm lớn nhất do thiết kế quy định, thường được lấy bằng 250% đến 300% tải trọng thiết kế đối với cọc thăm dò và bằng 150% đến 200% tải trọng thiết kế đối với cọc thí nghiệm kiểm tra

Quy trình gia tải tiêu chuẩn được thực hiện như sau:

- Gia tải từng cấp đến tải trọng thí nghiệm lớn nhất theo dự kiến, mỗi cấp gia tải không lớn hơn 25% tải trọng thiết kế Cấp tải mới chỉ được tăng khi tốc chuyển

vị đầu cọc đạt ổn định (không quá 0,25mm/giờ đối với cọc chống vào đất hòn lớn, đất cát, đất sét từ dẻo đến cứng; không quá 0,1mm/giờ đối với cọc ma sát trong đất sét dẻo mềm đến dẻo chảy) nhưng không quá 2 giờ

- Sau khi kết thúc gia tải, nếu cọc không bị phá hoại thì tiến hành giảm tải về

0, mỗi cấp giảm tải bằng hai lần cấp gia tải và thời gian giữ tải mỗi cấp là 30 phút, riêng cấp tải 0 có thể lâu hơn nhưng không quá 6 giờ

Các giá trị thời gian, tải trọng và chuyển vị đầu cọc cần phải đo đạc và ghi chép ngay sau khi tăng hoặc giảm tải và theo khoảng thời gian như quy định ở Bảng 2.4

Bảng 2.4: Thời gian theo dõi chuyển vị và ghi chép số liệu

Cấp tải trọng Thời gian theo dõi và đọc số liệu

Cấp gia tải

Không quá 10 phút một lần cho 30 phút đầu;

Không quá 15 phút cho một lần 30 phút sau đó;

Không quá 1 giờ một lần cho 10 giờ tiếp theo;

Không quá 2 giờ một lần cho các giờ tiếp theo

Cấp gia tải lại và cấp

giảm tải

Không quá 10 phút một lần cho 30 phút đầu;

Không quá 15 phút một lần cho 30 phút sau đó;

Không quá 1 giờ một lần cho các giờ tiếp theo

(Nguồn: TCVN 9393:2012, 2012) Theo dõi và xử lý một số trường hợp có thể xảy ra trong quá trình gia tải:

- Trị số cấp gia tải có thể được gia tăng ở các cấp đầu nếu xét thấy cọc chuyển

vị không đáng kể hoặc được giảm khi gia tải gần đến tải trọng phá hoại để xác định chính xác tải trọng phá hoại

- Trường hợp cọc có dấu hiệu bị phá hoại dưới cấp tải trọng lớn nhất theo dự kiến thì có thể giảm về cấp tải trọng trước đó và giữ tải như quy định

- Trường hợp ở cấp tải trọng lớn nhất theo dự kiến mà cọc chưa bị phá hoại, nếu thiết kế yêu cầu xác định tải trọng phá hoại và điều kiện gia tải cho phép thì có thể tiếp tục gia tải, mỗi cấp tải nên lấy bằng 10% tải trọng thiết kế và thời gian gia tải giữa các cấp là 5 phút để xác định tải trọng phá hoại

Tiến hành vẽ biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị, chuyển vị – thời gian, tải trọng – thời gian, tải trọng – chuyển vị – thời gian của từng cấp tải để theo dõi diễn biến quá trình thí nghiệm

Hình 2.5: Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị trong thí nghiệm nén tĩnh

(Nguồn: TCVN 9393:2012, 2012)

Hình 2.6: Biểu đồ quan hệ chuyển vị – thời gian trong thí nghiệm nén tĩnh

(Nguồn: TCVN 9393:2012, 2012)

Hình 2.7: Biểu đồ quan hệ tải trọng – thời gian trong thí nghiệm nén tĩnh

(Nguồn: TCVN 9393:2012, 2012)

Hình 2.8: Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị –

thời gian trong thí nghiệm nén tĩnh

(Nguồn: TCVN 9393:2012, 2012)

2.3 KẾT LUẬN

Cơ sở lý thuyết để xét đến ảnh hưởng của dung dịch tới thi công cọc khoan nhồi dựa vào 2 thành phần chính là áp lực ngang của đất và ma sát thành đơn vị Trên cơ sở kết quả có được từ các nguồn khác nhau như tính toán giải tích, thí nghiệm thực tế tại hiện trường, ta so sánh kết quả có được để phân tích đánh giá ảnh hưởng của dung dịch khoan đến cọc khoan nhồi trong thời gian thi công cũng như

về vấn đề thiết kể của cọc khoan nhồi, cụ thể ở đây là sức chịu tải của cọc

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN BENTONITE VÀ POLYMER TRONG THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI NHẰM CHỌN LỰA HỢP LÝ DUNG DỊCH THEO ĐIỀU KIỆN

ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

3.1 DỮ LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ PHÂN TÍCH TÁC DỤNG DUNG DỊCH KHOAN TRONG THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

3.1.1 Công trình Techtronic Tools Item – Gói thầu thi công cọc

Địa điểm dự án: Lô 1-14,5 khu Công Nghệ Cao, Thành phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh

Cấu tạo địa chất của dự án được tổng hợp theo hồ sơ khảo sát được tóm tắt như sau:

Mực nước ngầm ngay tại cao độ mặt đất tự nhiên

- Lớp F: Cát pha, màu xám nâu, rời Lớp này là cát san lấp có bề dày 1,5m;

trọng lượng riêng  = 18,5 kN/m3

- Lớp 1: Lớp hữu cơ đàn hồi, màu xám đen, trạng thái mềm, bề dày trung

bình lớp đất 2,5m; trọng lượng riêng  = 14,5 kN/m3; góc ma sát trong

 = 2o04’ lực dính c = 12 kN/m2

- Lớp 2A: Sét, màu xám trắng, xám vàng, trạng thái dẻo cứng, bề dày trung

bình lớp đất 2m; trọng lượng riêng  = 19,2 kN/m3; góc ma sát trong  = 14o41’ lực dính c = 30,5 kN/m2

- Lớp 2: Sét pha lẫn sỏi sạn laterit, màu nâu đỏ, màu xám xanh, trạng thái

cứng tới rất cứng, bề dày trung bình lớp đất 4,5m; trọng lượng riêng  = 19,5 kN/m3; góc ma sát trong  = 16o45’ lực dính c = 37,4 kN/m2

- Lớp 4A: Sét dẻo – Sét thịt xen với lớp cát mỏng, màu xám nâu, trạng thái

từ dẻo mềm tới dẻo cứng, bề dày trung bình lớp đất 5,5m; trọng lượng riêng  = 18,1 kN/m3; góc ma sát trong  = 9o49’ lực dính c = 19,3 kN/m2

- Lớp 4C: Cát pha sét xen kẹp một lớp sét mỏng, màu xám xanh, xám vàng,

bề dày trung bình lớp đất 9,5m; trọng lượng riêng  = 19,8 kN/m3; góc ma sát trong

= 22o37’ lực dính c = 13 kN/m2