Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích đánh giá khả năng ổn định của nền đất yếu gia cường bằng cọc vật liệu rời

Tên đề tài: “PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẤT YẾU GIA CƯỜNG BẰNG CỌC VẬT LIỆU RỜI” Tóm tắt: Xử lý nền bằng cọc đá là một trong các phương pháp tối ưu được chọn lựa tron

- -

NGUYỄN PHI GIA

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẤT YẾU

GIA CƯỜNG BẰNG CỌC VẬT LIỆU RỜI

CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ SỐ: 60 58 02 11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2017

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 PGS TS LÊ BÁ VINH 2 TS ĐỖ THANH HẢI 3 GS TSKH NGUYỄN VĂN THƠ 4 PGS TS VÕ PHÁN

5 PGS TS TÔ VĂN LẬN

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KT XÂY DỰNG

PGS TS LÊ BÁ VINH PGS TS NGUYỄN MINH TÂM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐộc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I TÊN ĐỀ TÀI

“PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẤT YẾU GIA CƯỜNG BẰNG CỌC VẬT LIỆU RỜI”

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

- Mô phỏng, phân tích ứng xử nền được xử lý bằng cọc vật liệu rời dưới tác dụng tải trọng lớn theo sơ đồ tính 3D

- Thiết lập nội dung tính toán, chương trình tính toán đánh giá khả năng ổn định và độ lún của nền được xử lý bằng cọc vật liệu rời

- Phân tích so sánh kết quả tính toán với dữ liệu quan trắc thực tế

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 16/01/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/06/2017 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Để hoàn thành được chương trình cao học và thực hiện luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh

Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Địa cơ nền móng đã tận tâm truyền đạt kiến thức cho tôi suốt thời gian học tập tại trường

Quan trọng nhất, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Thầy Bùi Trường Sơn đã

dành nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn tận tình, truyền đạt nhiều kiến thức, động viên tôi nghiên cứu, giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành luận văn này

Tôi cũng chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh, các Thầy Cô ở phòng Đào tạo sau đại học đã giúp đỡ để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học

Lời cảm ơn cuối cùng xin dành cho gia đình tôi, những người thân yêu đã khuyến khích, động viên tạo điều kiện và là nguồn động lực để cho tôi học tập, cảm ơn những bạn bè cùng lớp đã cùng tôi phấn đấu, chia sẻ kiến thức, tài liệu học tập và thực hiện luận văn này

TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2017

Học viên

Nguyễn Phi Gia

Tên đề tài:

“PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẤT YẾU GIA CƯỜNG BẰNG CỌC VẬT LIỆU RỜI”

Tóm tắt:

Xử lý nền bằng cọc đá là một trong các phương pháp tối ưu được chọn lựa

trong trường hợp tải trọng lớn, diện gia tải rộng và địa chất xen kẹp các lớp mềm yếu Do công trình bể chứa nhạy cảm với độ lún lệch nên việc tính toán thiết kế được thực hiện căn cứ dữ liệu khảo sát tại từng vị trí riêng biệt Việc tính toán phân tích trong luận văn được thực hiện kết hợp với việc thiết lập các chương trình hỗ trợ trên cơ sở phương pháp Priebe để đánh giá khả năng chịu tải và độ lún sau khi xử lý Các kết quả tính toán cho thấy chẳng những sức chịu tải của nền gia tăng đáng kể mà sự chênh lệch sức chịu tải được tính theo dữ liệu khảo sát tại các vị trí riêng biệt cũng giảm theo Độ lún và lún lệch trên đường chu vi bể chứa giảm đáng kể, phù hợp với tiêu chí thiết kế Kết quả nghiên cứu có thể xem là tài liệu tham khảo thực tế trong các phương pháp xử lý nền dưới tác dụng của tải trọng lớn, diện gia tải rộng trong điều kiện cấu tạo địa chất phức tạp

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Học viên

Nguyễn Phi Gia

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC VẬT LIỆU RỜI, ĐẶC ĐIỂM THI CÔNG VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG 4

Tổng quan về cọc vật liệu rời (cọc đá) 4

Ứng dụng cọc vật liệu rời trong gia cố nền 5

Công nghệ thi công cọc vật liệu rời 9

1.3.1 Tổng quan kỹ thuật đầm rung sâu 9

1.3.2 Đất nền phù hợp để gia cố bằng cọc vật liệu rời 10

1.3.3 Các thiết bị đầm rung và phụ trợ cho công tác thi công cọc 11

1.3.4 Các phương pháp thi công cọc vật liệu rời 14

Phương pháp Vibro Replacement (Wet Method) 14

Phương pháp Vibro Displacement (Dry Method) 15

Phương pháp khoan có ống bao (Borehole Method) 18

Phương pháp thi công dưới nước 19

1.3.5 Quản lý chất lượng thi công và thí nghiệm hiện trường 20

Quản lý chất lượng 20

Thí nghiệm hiện trường 22

Ưu khuyết điểm sử dụng 23

2.2.1 Cơ chế phá hoại của cọc đơn 32

2.2.2 Cơ chế phá hoại của nhóm cọc 33

Khả năng chịu tải tới hạn 34

2.3.1 Khả năng chịu tải tới hạn cho cọc đơn 34

Theo cơ chế phá hoại phình ngang 34

Theo cơ chế trượt tổng thể 35

Theo cơ chế chọc thủng 37

2.3.2 Khả năng chịu tải tới hạn cho nhóm cọc 37

Đánh giá khả năng biến dạng của nền đất được xử lý bằng cọc vật liệu rời 382.4.1 Phương pháp thiết kế 38

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH NỀN ĐẤT ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG CỌC VẬT LIỆU RỜI DƯỚI TÁC DỤNG TẢI

TRỌNG LỚN TRÊN DIỆN RỘNG 57

Phân tích ứng xử nền đất được xử lý bằng cọc vật liệu rời bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation 57

3.1.1 Giới thiệu điều kiện địa chất và mô hình mô phỏng 57

3.1.2 Sự phân bố ứng suất lên nền được xử lý bằng cọc vật liệu rời và khả năng ổn định 59

Phân tích tính toán gia cố nền bằng cọc đá dưới tác dụng của tải trọng lớn 63

3.2.1 Tổng quan bể chứa 151–TK–008 63

3.2.2 Cấu tạo địa chất khu vực bể chứa 151–TK–008 thuộc dự án lọc dầu Nghi Sơn 64

3.2.3 Nhiệm vụ thiết kế 68

3.2.4 Đánh giá khả năng chịu tải của nền sau khi xử lý bằng cọc đá 69

3.2.5 Dự báo độ lún của nền sau khi gia cố 74

3.2.6 Phân tích so sánh khả năng chịu tải của nền trước và sau gia cố theo các phương pháp 77

3.2.7 Phân tích giá trị độ lún, độ lún lệch theo giới hạn yêu cầu 79

Phân tích so sánh kết quả tính toán và quan trắc 82

Phụ lục B: Tính toán khả năng chịu tải nền tương đương theo địa chất tại 30 điểm CPTu trước và sau gia cố cọc vật liệu rời (bể chứa 151–TK–008) 96Phụ lục C: Tính toán độ lún móng sau gia cố bằng cọc vật liệu rời tại 30 điểm CPTu (bể chứa 151–TK–008) 101Phụ lục D: Kết quả quan trắc độ lún giai đoạn thử tải bể 151–TK–008 106

Hình 1.5 Vị trí và chiều dài đường cao tốc Shah Alam, Malaysia 8

Hình 1.6 Mặt cắt ngang nền được xử lý bằng cọc vật liệu rời dưới nền đường cao tốc Shah Alam, Malaysia 8

Hình 1.7 Đường tàu hỏa tại Berlin Đức xây dựng 1996 với tốc độ 250 km/h 9

Hình 1.8 Biểu đồ chọn lựa phương án đầm rung với thành phần hạt đất 10

Hình 1.9 Chi tiết và nguyên lý làm việc của máy đầm rung 11

Hình 1.10 Máy đầm rung 13

Hình 1.11 Thứ tự thi công cọc vật liệu rời phương pháp ướt 14

Hình 1.12 Thi công cọc vật liệu rời bằng phương pháp ướt tại công trường 15

Hình 1.13 Thứ tự thi công cọc vật liệu rời phương pháp dry–top–feed 16

Hình 1.14 Thi công cọc vật liệu rời phương pháp dry–top–feed 16

Hình 1.15 Thứ tự thi công cọc vật liệu rời phương pháp dry–bottom–feed 17

Hình 1.16 Thi công cọc vật liệu rời phương pháp dry–bottom–feed 18

Hình 1.17 Phương pháp khoan có ống bao 19

Hình 1.18 Sơ đồ thi công cọc vật liệu rời dưới nước 19

Hình 1.19 Thi công cọc vật liệu rời dưới nước bến cảng Patras, Hy Lạp 20

Hình 1.20 Thiết bị kiểm tra chất lượng thi công cọc tự động 21

Hình 1.21 Bản in từ thiết bị đo hiện trường 21

Hình 1.22 Thí nghiệm thử tĩnh tải 22

Hình 2.1 Lưới bố trí và đường kính có hiệu tương đương 25

Hình 2.2 Mô hình hóa cọc vật liệu rời (Bachus và Barksdale, 1989) 26

Hình 2.3 Sự phân bố ứng suất lên cọc vật liệu rời 27

Hình 2.4 Quan hệ giữa hệ số tập trung ứng suất và tỷ số ứng suất theo Bachus và Barkdale (1983) 28

Hình 2.5 Quan hệ giữa hệ số tập trung ứng suất, tỷ số module và tỷ diện tích thay thế theo Bachus và Barkdale (1983) 29

Hình 2.6 Quan hệ giữa hệ số tập trung ứng suất và tỷ số module theo Han và Ye (2001) 29

Hình 2.7 Quan hệ giữa hệ số tập trung ứng suất và tỷ số L/D theo Bachus và Barkdale (1983) 30

Hình 2.8 Quan hệ giữa hệ số tập trung ứng suất và tỷ số s/d và Es/Ec theo Ambily và Gandhi (2007) 30

Hình 2.9 Cơ chế phá hoại của cọc vật liệu rời đơn 32

Hình 2.10 Cơ chế phá hoại khác nhau khi loại tải tác dụng khác nhau 33

Hình 2.11 Cơ chế phá hoại của nhóm cọc vật liệu rời 33

Hình 2.12 Hệ số Fc và Fq theo Vesic 35

Hình 2.13 Cơ chế phá hoại cắt cọc ngắn theo Vitkar 1978 36

Hình 2.14 Giá trị Nc theo s và D/B 36

Hình 2.15 Xác định giá trị N , Nq theo s và D/B 36

Hình 2.16 Sơ đồ phân tích sự làm việc của nhóm cọc 38

Hình 2.17 Phương pháp Greenwood ban đầu (1970) 39

Hình 2.18 So sánh phương pháp Greenwood và phương pháp cân bằng 39

Hình 2.19 Mô hình tính toán theo phương pháp tường vật liệu rời của Van Impe và De Beer (1983) 42

Hình 2.20 Hệ số m theo Van Impe và De Beer (1983) 43

Hình 2.21 Hệ số α theo Van Impe và De Beer (1983) 43

Hình 2.22 Quan hệ ứng suất – biến dạng của phần tử đơn vị 44

Hình 2.23 Lộ trình ứng suất của phần tử đơn vị khi gia tải 44

Hình 2.24 So sánh giữa lý thuyết đàn hồi và quan trắc hiện trường theo Greenwood và Kirsch (1984) 45

Hình 2.25 Hiệu ứng độ cứng của cọc – so sánh các phương pháp khác nhau theo Charles và Watts (2002) 45

Hình 2.26 Tính toán phân bố ứng suất trong nền gia cố 46

Hình 2.27 Dòng thấm bên trong khối trụ cọc vật liệu rời 47

Hình 2.28 Độ cố kết theo phương đứng (Uz) 48

Hình 2.29 Độ cố kết theo phương ngang (Ur) 48

Hình 2.30 Phân bố trụ đá điển hình 49

Hình 2.31 Biểu đồ tính toán hệ số gia cố theo Priebe 50

Hình 2.32 Biểu đồ tính toán Δ(A/Ac) khi xem xét tính nén lún của cọc đá 51

Hình 2.33 Hệ số ảnh hưởng độ sâu fd 52

Hình 2.34 Giới hạn hệ số ảnh hưởng độ sâu fd 52

Hình 2.35 Tỷ lệ phân tải cọc vật liệu rời 53

Hình 2.36 Phương pháp sức chống cắt trung bình 54

Hình 3.1 Sơ đồ bố trí cọc đá 57

Hình 3.2 Mô hình tính toán Plaxis 3D Foudation 59

Hình 3.3 Độ lún của nền theo mô hình Plaxis 3D Foudation 60

Hình 3.4 Mặt cắt phân bố độ lún của nền dưới móng 60

Hình 3.5 Phân bố ứng suất trên nền gia cố theo mô hình Plaxis 3D Foudation 61

Hình 3.6 Mặt cắt phân bố ứng suất qua hàng cọc vật liệu rời 61

Hình 3.7 Biểu đồ phân bố ứng suất qua hàng cọc vật liệu rời ở đầu cọc 61

Hình 3.8 Biểu đồ phân bố ứng suất qua hàng cọc vật liệu rời độ sâu 1,35m 62

Hình 3.9 Ứng suất cắt tương đối của nền theo mô hình Plaxis 3D Foudation 62

Hình 3.10 Ứng suất cắt tương đối của nền tại mặt ngang đáy móng 62

Hình 3.11 Toàn cảnh dự án lọc dầu Nghi Sơn, Thanh Hóa 63

Hình 3.12 Mặt bằng công trường dự án lọc dầu Nghi Sơn 64

Hình 3.13 Bố trí các hố khoan và thí nghiệm CPTu 64

Hình 3.14 Biểu đồ sức kháng xuyên theo độ sâu tại tâm và chu vi bể chứa 66

Hình 3.15 Biểu đồ phân bố N theo độ sâu từ các hố khoan bố trí tại tâm và chu vi bể chứa 67

Hình 3.16 Vị trí điểm xuyên tĩnh CPTu–08–26 dưới bể chứa 69

Hình 3.17 Biểu đồ thể hiện sức chịu tải nền theo địa chất tại các vị trí theo tiêu chuẩn TCVN 9362-2012 78

Hình 3.18 Biểu đồ thể hiện độ lún chu vi bể chứa theo API 653 79

Hình 3.19 Biểu đồ phân bố độ lún trên chu vi bể chứa 81

Hình 3.20 Biểu đồ phân bố độ lún lệch ngoài mặt phẳng trên chu vi bể chứa 81

Hình 3.21 Sơ đồ bố trí cọc đá và mặt cắt bể chứa 151–TK–008 82

Hình 3.22 Biểu đồ quan trắc lún theo chu vi 84

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Hệ số tập trung ứng suất ở một số công trình thực tế 28

Bảng 2.2: Thông số thiết kế cọc vật liệu rời của các nhà thầu 31

Bảng 3.1: Đặc trưng cơ lý trung bình các lớp đất 58

Bảng 3.2: Tổng hợp sức kháng xuyên các lớp đất 65

Bảng 3.3: Độ lún và lún lệch giới hạn theo yêu cầu thiết kế 68

Bảng 3.4: Thông số đất nền tại vị trí thí nghiệm CPTu-08-26 69

Bảng 3.5: Thông số của nền tương đương sau gia cố theo phương pháp Priebe 73

Bảng 3.6: Độ lún nền tương đương sau khi gia cố tại điểm CPTu–08–26 75

Bảng 3.7: Sức chịu tải của nền theo địa chất tại các vị trí trước và sau gia cố 77

Bảng 3.8: Tổng hợp sức chịu tải của nền theo địa chất ở vị trí yếu nhất 78

Bảng 3.9: Độ lún của nền sau gia cố tại các vị trí 80

Bảng 3.10: Tổng hợp kết quả độ lún và lún lệch của bể chứa 82

Bảng 3.11: Tổng hợp kết quả quan trắc bể khi chứa nước 83

MỞ ĐẦU Đặt vấn đề nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Khi xây dựng các công trình có mặt bằng rộng lớn trên đất yếu, việc tính toán thiết kế nền là vô cùng quan trọng Thiết kế nền luôn tận dụng mức cao nhất khả năng chịu lực của đất nền tự nhiên, nhưng khi đất nền tự nhiên không còn đủ khả năng gánh chịu tải trọng công trình, các biện pháp gia cố sẽ được sử dụng để tăng cường khả năng chịu lực của đất nền và giảm lún

Gia cố nền nhằm thay đổi tính chất cơ học và vật lí của đất yếu bằng các biện pháp cải tạo để có thể đảm bảo khả năng ổn định tổng thể của nền Các tác động cơ học như gia tải trước kết hợp bấc thấm hay giếng cát làm cho đất nền lún trước, thay thế đất bằng vật liệu rời làm cho tính chất của khối đất cải thiện hay tác động hóa học như trộn đất với xi măng, vôi,

Vai trò của việc cải tạo nền gồm: - Tăng khả năng chịu tải của nền đất - Giảm biến dạng, tăng tốc độ cố kết nền đất, giảm độ lún và lún lệch - Giảm độ nhạy, hạn chế khả năng hóa lỏng

- Tăng sức chống cắt của đất và gia tăng khả năng ổn định tổng thể của nền Phương pháp sử dụng cọc vật liệu rời để xử lý nền đất yếu đã được nghiên cứu, ứng dụng thành công nhiều nơi trên thế giới Cọc vật liệu rời cắm vào trong đất thay thế một phần đất yếu, giúp phân bố lại ứng suất nên tăng khả năng chịu tải của nền và giảm lún Ngoài ra, cọc vật liệu rời còn có thể được xem như là một hệ thống thoát nước thẳng đứng, giảm chiều dài đường thấm nên giúp rút ngắn thời gian cố kết Do đó, đất nền nhanh đạt độ lún ổn định sau khi đưa vào sử dụng

Với sự phát triển khoa học kỹ thuật và công nghệ, việc thi công cọc vật liệu rời ngày càng trở nên thuận lợi, thời gian thi công được rút ngắn đáng kể Trên thế giới có nhiều phương pháp thi công như: phương pháp rung thay thế (Vibro–Replacement) còn gọi là phương pháp ướt (Wet Method), phương pháp rung lèn chặt (Vibro–

Displacement) còn gọi là phương pháp khô (Dry Method) Tùy vào cấu tạo, thành phần hạt của từng lớp đất cần xử lý, phương pháp thi công phù hợp sẽ được chọn lựa Công nghệ cọc vật liệu rời còn khá mới mẻ tại Việt Nam, nên việc nghiên cứu ứng dụng cọc vật liệu rời phù hợp cho những công trình ở Việt Nam có tính thực tiễn cần thiết Giá trị sự gia tăng khả năng chịu tải và mức độ giảm lún dưới tác dụng của tải trọng công trình lên nền được xử lý bằng cọc vật liệu rời là các số liệu tham khảo có ý nghĩa thiết thực trong việc phân tích và chọn lựa phương pháp xử lý nền hợp lý Ở đây, giá trị khả năng chịu lực của nền sau khi cải tạo được tăng lên đáng kể đủ để

chịu tác dụng của tải trọng lớn và trên diện rộng

Mục đích và nhiệm vụ của đề tài

Nghiên cứu phân tích lý thuyết tính toán cọc vật liệu rời trong gia cố ổn định nền móng công trình

Phân tích độ ổn định, biến dạng, sự phân bố ứng suất trong nền được gia cố bằng cọc vật liệu rời

Áp dụng tính toán và kiểm tra chất lượng công trình thực tế Kết quả được so sánh với kết quả quan trắc

Đánh giá ứng xử ứng suất – biến dạng của nền được xử lý bằng cọc vật liệu rời còn được thực hiện bằng cách mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 3D

Từ đó phân tích, nhận xét và kết luận về việc ứng dụng cọc vật liệu rời trong xử lý gia cố nền áp dụng cho Việt Nam, đặc biệt đối với trường hợp tải trọng lớn và trên diện rộng

Phương pháp nghiên cứu

- Tổng hợp và phân tích kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm liên quan đến phương pháp cọc vật liệu rời Nghiên cứu các ứng dụng thực tế của phương pháp này cho các công trình thực cụ thể thông qua các kết quả nghiên cứu đã có

- Phân tích ổn định bằng phần mềm Plaxis 3D - So sánh kết quả tính toán và quan trắc hiện trường

- Thiết lập biểu đồ quan hệ tương quan giữa các kết quả thu được từ tính toán, quan trắc Từ đó để có được đánh giá và kiến nghị kết quả đạt được

Các hạn chế của đề tài

Do giới hạn về số phần tử có thể phát sinh nên việc mô phỏng được thực hiện với số lượng cọc hạn chế với diện gia tải hình chữ nhật nên bài toán mô phỏng chưa thể hiện hoàn toàn ứng xử thực tế nền được xử lý dưới móng bồn chứa hình tròn

Ngoài ra, trong thực tế thi công, chiều dài cọc đá có thể được chọn lựa khác nhau tùy theo cấu tạo địa chất thay đổi trong phạm vi rộng Trong luận văn, để thuận tiện cho việc phân tích, chiều dài cọc mô phỏng được xem là như nhau

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC VẬT LIỆU RỜI, ĐẶC ĐIỂM THI CÔNG VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG

Tổng quan về cọc vật liệu rời (cọc đá)

Cọc vật liệu rời xuất phát từ cọc đá ba lát, là loại cọc được cấu tạo bằng đá rời đặt trong đất, tham gia cùng đất nền đỡ tải trọng công trình Cọc vật liệu rời đóng vai trò quan trọng trong giải quyết những bài toán địa kỹ thuật trong xây dựng công trình trên nền đất yếu, là một trong những giải pháp gia cố xử lý nền đất yếu hữu hiệu và kinh tế [1] Giải pháp cọc vật liệu rời xuất hiện vào năm 1930 và phát triển mạnh mẽ từ năm 1950 ở Mỹ, Canada và Châu Âu

Trong thi công cọc vật liệu rời, thông thường vật liệu thay thế khoảng 15 – 35% thể tích đất yếu Cọc có đường kính từ 0,3 – 1,2m tùy thuộc vào công nghệ và thiết bị của nhà thầu xây dựng Khả năng chịu tải của cọc có thể đạt đến 20 – 50 tấn tùy theo chiều dài và đường kính thiết kế của cọc Sự hiện diện của cọc tạo thành một vật liệu hỗn hợp có tính nén lún nhỏ hơn và sức chống cắt cao hơn đất nền chưa gia cố Dưới tác dụng của tải trọng công trình trên bề mặt, cọc và nền đất cùng lún xuống Cọc có độ cứng lớn hơn đất nền dẫn đến sự tập trung ứng suất trên đầu cọc

Gia cố nền bằng cọc vật liệu rời phù hợp cho những loại đất sét yếu có sức kháng cắt từ 15 – 50 kPa Chiều sâu cắm cọc hiệu quả nhất là từ 6 – 10m Khi ứng dụng cọc vật liệu rời cho gia cố nền, cần đặc biệt quan tâm đến cấu tạo địa chất khu vực Với đất yếu có độ nhạy lớn và nền đất chứa lớp bùn, lớp nguồn gốc hữu cơ (có bề dày lớn hơn 1 – 2 lần đường kính cọc) thì khả năng sử dụng phương pháp rung và thay thế có thể không hiệu quả

Một trong những ứng dụng tốt nhất của cọc vật liệu rời là tăng khả năng ổn định cho những khu vực chịu tải trọng lớn trên diện rộng (như là đất đắp đường, bể chứa,…) Trong một số trường hợp cụ thể, cọc vật liệu rời được sử dụng có thể kinh tế hơn các phương pháp truyền thống khác Nền được gia cố có thể giảm lún xuống còn khoảng 30 – 50% so với nền khi chưa được gia cố [6]

Việc thi công công nghệ cọc vật liệu rời trong xử lý gia cố nền đất yếu có thể hoàn toàn sử dụng cho cả những hố đào sâu bằng phương pháp thay thế hay đầm chặt Hiện nay, các phương pháp thi công được sử dụng phổ yếu trên thế giới là phương pháp rung thay thế Vibro–Replacement (Wet Method), phương pháp rung lèn chặt Vibro–Displacement (Dry Method), phương pháp đầm rung Vibro–Compaction

Ứng dụng cọc vật liệu rời trong gia cố nền

Kỹ thuật dùng cọc vật liệu rời để xử lý gia cố nền đất yếu đã được áp dụng hiệu quả trong việc xử lý bài toán về ổn định mái dốc cho đường đắp, đê đập và cho cả mái dốc tự nhiên, tăng sức chịu tải cho nền đất, giảm lún và lún lệch, giảm khả năng hóa lỏng của các loại đất xốp và cát, tăng độ cố kết và giảm thời gian lún Cho đến năm 1982, ở Mỹ đã có 21 dự án sử dụng cọc vật liệu rời Ở Châu Âu, 40 công trình gia cố đoạn dẫn vào cầu ở Anh và nhiều công trình ở Pháp cũng đã sử dụng hiệu quả giải pháp cọc vật liệu rời Ngày nay, các nước châu Á cũng đang ứng dụng rộng rãi phương pháp này [6]

Một số công trình gia cố bằng công nghệ cọc vật liệu rời:

Putrajaya – Boulevard Package, Malaysia (1998 –1999): Một dự án đắp đất làm

đại lộ ở Putrajaya có chiều cao đắp đất lên đến 18m Chiều dày lớp đất yếu bên dưới từ 8 – 12m có khả năng gây trượt, mất ổn định cho khối đất đắp bên trên Phương án cọc vật liệu rời được chọn lựa sử dụng bởi giá thành rẻ hơn và thân thiện môi trường hơn các phương án xử lý gia cố nền khác

Hình 1.1 Mặt cắt ngang khu vực xử lý bằng cọc đá tại dự án đắp đất làm đại lộ ở

Putrajaya, Malaysia

Petronas Kedah ở Gurun, Malaysia (1997): Dự án nhà máy sản xuất phân bón

xây dựng một đường ray đặc biệt ở độ cao từ 6 – 8m so với mặt đất tự nhiên Nền đất bên dưới là lớp đất sét yếu dày đến 9m có thể gây mất ổn định cho công trình Phương án cọc đá được sử dụng với đường kính cọc D = 1m, tổng chiều dài cọc được sử dụng lên đến trên hơn 18000m

Hình 1.2 Mặt cắt ngang khu vực xử lý bằng cọc đá tại dự án Petronas Kedah ở

Gurun, Malaysia Hazira LNG Terminal, India (2002): dự án làm nền móng cho 2 bể chứa dầu

đường kính 84m và cao khoảng 35m Cọc vật liệu rời được sử dụng có đường kính cọc D = 1000mm, sâu 16m Tổng chiều dài cọc vật liệu rời sử dụng lên đến 45000m

Hình 1.3 Bồn dầu có sức chứa mỗi bồn 16000m3 trên nền được xử lý bằng cọc đá ở

Ấn Độ Kemira Chemicals, Thụy Điển: cọc vật liệu rời được ứng dụng gia cố móng nền

cho dự án gồm 7 kho dầu cao 18m, đường kính hơn 20m Cọc vật liệu rời được sử dụng có đường kính cọc D = 600mm, bố trí lưới ô vuông 1,7 x 1,7m; chiều sâu cắm cọc 5,5m, cấp phối hạt vật liệu 4 – 25mm

Hình 1.4 Mặt cắt và mặt bằng nền được xử lý bằng cọc đá dưới bồn chứa dầu ở

Helsingborg, Thụy Điển

Shah Alam Expressway–Package A & B, Malaysia (1994 –1997): dự án đường

cao tốc có chiều cao đất đắp 10m Dự án sử dụng cọc vật liệu rời có đường kính cọc

D = 1 – 1,2m ; chiều sâu cắm cọc 8 – 26m

Hình 1.5 Vị trí và chiều dài đường cao tốc Shah Alam, Malaysia

Hình 1.6 Mặt cắt ngang nền được xử lý bằng cọc vật liệu rời dưới nền đường cao

tốc Shah Alam, Malaysia

Dự án đường tàu hỏa tại Berlin Đức: cọc vật liệu được sử dụng để gia cố nền cho dự án

Hình 1.7 Đường tàu hỏa tại Berlin Đức xây dựng 1996 với tốc độ 250 km/h

Cọc vật liệu rời đã đang được ứng dụng xử lý gia cố nền cho nhiều loại công trình khác nhau như đất đắp, đường cao tốc, đường ray tàu hỏa, đường băng sân bay, mố cầu, bể chứa hay nhà kho Tuy nhiên, nhìn chung nó được sử dụng rộng hơn trong việc xây dựng các công trình bồn chứa, nhà kho và những công trình đất đắp

Ngoài việc sử dụng cọc vật liệu rời bằng đá, sỏi, vật liệu cát hạt thô cũng được sử dụng Ở Nhật Bản, cọc cát được sử dụng khá phổ biến trong thiết kế xử lý gia cố nền

Công nghệ thi công cọc vật liệu rời 1.3.1 Tổng quan kỹ thuật đầm rung sâu

Kỹ thuật đầm rung sâu là một giải pháp linh hoạt trong việc cải tạo đất nền yếu có sức chịu tải kém Ban đầu kỹ thuật đầm vật liệu rời là cát và sỏi Ngày nay, với những phát triển trong nghiên cứu đã có thể sử dụng nhiều loại hạt khác nhau làm vật liệu

Máy đầm rung được dùng cho ba kỹ thuật đầm rung riêng biệt khác nhau về cả bản chất gia cố và cơ cấu truyền tải Kỹ thuật đầm rung (Vibro-Compaction) đầm đất rời có thành phần hạt mịn không đáng kể bằng cách sắp xếp lại hạt chặt hơn Kỹ thuật rung thay thế (Vibro-Replacement) tạo một cột chịu lực làm bằng cuội sỏi hoặc đá trong đất dính và trong đất rời có thành phần hạt mịn cao Kỹ thuật thứ ba tạo ra những phần tử kết cấu móng (như cọc) trong nền đất nhằm cho phép nền đất chịu tải trọng lớn hơn và an toàn trên nền đất yếu [7]

Giới hạn áp dụng cho kỹ thuật đầm rung sâu như Hình 1.8

Hình 1.8 Biểu đồ chọn lựa phương án đầm rung với thành phần hạt đất

Với tất cả các kỹ thuật, quá trình thi công bắt đầu bằng sự thâm nhập của máy rung đến độ sâu cần cải tạo của nền đất Sau đó, máy rung được rút lên theo đúng yêu cầu kỹ thuật để đầm đất, thi công cọc vật liệu rời hoặc những phần tử kết cấu móng

1.3.2 Đất nền phù hợp để gia cố bằng cọc vật liệu rời

Cọc vật liệu rời được ứng dụng rộng rãi do tính chất “mềm dẻo” và linh động của nó Cọc đá đã được ứng dụng để gia cố cho cát bột rời, đất sét mềm, đất bụi rất mềm, đất sét từ chất thải của mỏ, bùn sét và than bùn

Cát bột rời: Cát rời và bột thường dễ bị hóa lỏng khi xảy ra chấn động Điều này

ảnh hưởng đáng kể đến kết cấu công trình đặc biệt là công trình bể chứa như là bồn khí hóa lỏng và các trạm hóa chất Những loại đất này có thể được làm chặt bằng cọc đá để ngăn ngừa nền bị hóa lỏng

Đất sét mềm (bùn sét): Bùn sét thường có sức chịu tải và độ ổn định thấp do sức

Cọc đá có thể sử dụng để gia cố những loại đất này để chịu tải trọng của những khối đắp cao

Đất sét yếu ven biển: Đất sét ven biển là trầm tích tự nhiên thường thấy ở những

vùng ven biển Loại đất này có nhược điểm về sức chịu tải, độ ổn định và cố kết lâu dài bởi vì chúng có sức chống cắt rất thấp (6 – 12 kPa), độ nhạy cao, tính thấm thấp và tính dẻo cao Cọc đá có thể sử dụng để tăng sức chịu tải, giảm thời gian cố kết

1.3.3 Các thiết bị đầm rung và phụ trợ cho công tác thi công cọc

Các thiết bị được phát triển để thi công cọc vật liệu rời bao gồm 4 loại cơ bản sau: - Máy đầm rung và ống nối với hệ thống phun tia nước hay khí nén

- Cẩu hay máy chuyên dùng để treo đầm và các ống nối - Hệ thống chuyển đá dùng trong rung thay thế

- Các dụng cụ giám sát quản lý chất lượng Trong các loại thiết bị trên thì thiết bị chính là máy đầm rung, nguyên tắc làm việc của máy đầm được mô tả như Hình 1.9

Hình 1.9 Chi tiết và nguyên lý làm việc của máy đầm rung

Năng lượng vận hành của đầm là mô tơ chạy điện hay là mô tơ thủy lực được sử dụng máy phát để cấp điện Mô tơ này mang một khối lượng lệch tâm, công suất của

có thể đạt 300 kW Tốc độ quay của mô tơ khi dùng nguồn điện phụ thuộc vào tần số dòng điện và phân cực đơn cực hay lưỡng cực của mô tơ Mô tơ quay 1500 hay 3000 vòng/phút khi dòng điện có tần số 50 Hz, quay 1800 hay 3600 vòng/phút khi dòng điện có tần số tương ứng là 60 Hz Tốc độ quay có thể giảm 5% khi máy đầm vận hành trong lòng đất

Trong quá trình mô tơ quay, khối nặng lệch tâm sẽ tạo nên xung động theo phương ngang Xung động ngang này truyền vào đất thông qua vỏ đầm Tùy thuộc vào từng loại máy đầm khác nhau mà xung động này có thể tạo ra lực đầm có cường độ từ

Gia tốc đạt 50 lần gia tốc trọng trường tại đỉnh máy đầm Các giá trị thông số máy đầm còn phụ thuộc phức tạp vào các yếu tố khác như cách vận hành, loại đất gia cố, Các thông số cho trên đối với trường hợp máy đầm được treo tự do, không bị cản trở rung

Tùy thuộc vào trường hợp cụ thể mà kỹ sư thiết kế có thể chọn loại máy đầm cho phù hợp và kinh tế nhất Theo kinh nghiệm thi công, khi đầm cát và sỏi, tần số hiệu quả nhất của máy đầm là từ 20 – 30 Hz (Wehr, 2005) Khi đầm cát trên diện rộng, có thể chọn loại đầm lớn (700 kN) để giảm số điểm đầm Ngược lại, khi thi công cọc đá trong đất yếu thì ta phải chọn loại đầm nhỏ tránh làm ảnh hưởng nhiều đến đất nền tự nhiên Ngoài ra, Fellin thông qua việc phân tích các thông số thực tế khi đầm đã kết luận: khi sử dụng một lực đầm không đổi, hiệu quả đầm sẽ tăng cũng như tần số rung sẽ giảm; khi lực đầm tăng thì diện ảnh hưởng của đầm cũng tăng [7]

Hình 1.10 Máy đầm rung

Chiều sâu gia cố sẽ quyết định tổng chiều dài của máy đầm và ống nối Từ đó sẽ ảnh hưởng đến thiết bị treo cần sử dụng Mục đích của việc sử dụng máy bánh xích chuyên dùng (vibrocat) để treo cẩu là để bảo đảm cọc luôn luôn thẳng đứng trong quá trình thi công Hơn nữa, máy chuyên dùng còn có tác dụng tạo lực nén ban đầu trong quá trình xuyên và đầm

Để tăng hiệu quả của hệ thống đầm, có thể treo nhiều máy đầm trên cẩu để đồng thời thi công nhiều điểm cùng lúc Dự án Seabird ở Ấn Độ đã sử dụng 4 máy đầm treo cùng lúc (Keller, 2002)

1.3.4 Các phương pháp thi công cọc vật liệu rời

Phương pháp Vibro Replacement (Wet Method)

Phương pháp ướt (Wet Method) được phát minh ở Đức vào đầu những năm 1960, Nó được lắp đặt thi công nhanh hơn và cần ít thiết bị tinh vi hơn phương pháp khô (Dry Method), tuy nhiên yêu cầu nhiều kinh nghiệm thi công hơn Phương pháp này tỏ ra khả thi cho các loại đất sét dính có hệ số thấm nhỏ hoặc đất hạt mịn bão hòa

Với phương pháp này, một số vấn đề cần được quan tâm như nguồn cung cấp nước (sử dụng khá nhiều nước), mương thoát nước, gây bẩn công trường thi công,…

Hình 1.11 Thứ tự thi công cọc vật liệu rời phương pháp ướt

Các bước thi công cọc vật liệu rời theo phương pháp ướt: - Đầu dò thâm nhập vào trong nền đất tạo lỗ khoan nhờ lực rung và tia áp lực

nước đến chiều sâu yêu cầu Dung dịch bùn đất do nước và đất nền tạo nên giúp ổn định vách lỗ, tránh sập vách

- Vật liệu được đưa tới miệng hố bằng xe xúc và cho phép rơi tự do xuống lỗ - Máy đầm được rút lên từ từ, vật liệu được lấp vào khoảng trống tại mũi đầm,

sau đó máy đầm được đưa xuống đầm chặt phần đá vừa được lấp Lúc này máy đầm sẽ ép đá tỏa tròn và đồng thời đầm chặt đá

- Quá trình này được lặp lại nhiều lần theo sự dịch chuyển lên xuống của máy đầm cho đến khi toàn bộ chiều dài cọc đá được đầm chặt và cọc được hoàn thiện

Đây là phương pháp được công ty GNK Keller sử dụng rộng khắp Châu Âu Đặc biệt, biện pháp thi công này phù hợp cho khu vực đất yếu và có mực nước ngầm cao

Hình 1.12 Thi công cọc vật liệu rời bằng phương pháp ướt tại công trường Phương pháp Vibro Displacement (Dry Method)

Phương pháp khô (Dry Method) được phát minh ở Đức vào đầu những năm 1970 Đây là phương pháp đầm rung tạo cọc vật liệu rời, trong quá trình tạo lỗ khoan cọc vật liệu rời không có sự tham gia của tia nước áp lực cao, mà mũi khoan xuyên thâm nhập vào trong đất nhờ rung động cùng với trọng lượng bản thân máy đầm có kết hợp với phun khí áp lực cao hỗ trợ Có hai phương pháp đầm rung khô là “dry–top–feed” và “dry– bottom– feed”

Dry–top–feed: Cọc vật liệu rời xây dựng theo phương pháp này cũng giống như

phương pháp ướt, ngoại trừ khí được sử dụng như tia áp lực nước Tuy nhiên, phương pháp này chỉ được áp dụng cho loại đất có khả năng tự duy trì ổn định hố khoan trong

quá trình thi công Phương pháp này thích hợp cho đất sét có sức kháng cắt không

cố Khi thi công, vật liệu rời được tập kết bên cạnh vị trí tạo lỗ cọc vật liệu rời Máy đầm xuyên vào trong đất đến chiều sâu thiết kế, máy đầm rung từ từ rút lên đồng thời vật liệu được nạp vào trong lỗ khoan Trong lúc rút cần xuyên lên từng khoảng 0,5m, khí nén được nạp từ bên dưới bù lại áp lực cần khoan được rút lên để ổn định thành vách được ổn định đến khi hoàn thành cọc vật liệu rời

Hình 1.13 Thứ tự thi công cọc vật liệu rời phương pháp dry–top–feed

Hình 1.14 Thi công cọc vật liệu rời phương pháp dry–top–feed

Dry–bottom–feed: Phương pháp này nhìn chung được sử dụng cho loại đất sét

mềm yếu hoặc đất hạt mịn yếu có sức kháng cắt không thoát nước từ 15 – 30 kPa, mực nước ngầm cao, hố khoan không thể tự ổn định Áp lực khí tạo ra trong lỗ khoan không lớn hơn 275 kPa đến 415 kPa để ngăn việc phá hoại thành hố của lớp sét yếu và cột vật liệu rời Bởi vì phương pháp này áp dụng cho đất yếu hơn nên đường kính

cọc thường lớn hơn so với phương pháp Dry–top–feed

Hình 1.15 Thứ tự thi công cọc vật liệu rời phương pháp dry–bottom–feed

Quá trình thi công được mô tả như sau: - Ban đầu đá sẽ nạp đầy vào trong ống vách, máy đầm bắt đầu xuyên vào

đất nền - Khi máy đầm đạt đến chiều sâu thiết kế, sẽ được rút lên từng khoảng 0,5m

(tùy thuộc vào đất nền), lúc đó áp lực khí nén sẽ đẩy đá ra khỏi ống vách và lấp vào lỗ trống mà đầm tạo ra

- Máy đầm tiếp tục ép xuống vào lớp đá vừa lấp, đầm và ép đá vào trong đất nền Quá trình thi công cọc liên tục cho đến khi đá trong ống vách hết đi, sau đó đá lại tiếp tục nạp vào trong ống vách

- Quá trình thi công lặp lại cho đến khi cọc hoàn thành

Hình 1.16 Thi công cọc vật liệu rời phương pháp dry–bottom–feed

Trong phương pháp khô, nước áp lực không cần sử dụng trong suốt quá trình thi công như phương pháp ướt, vì thế giảm thiểu được nhu cầu sử dụng nước và thải bùn, công trường thi công sạch sẽ Phương pháp này có ưu thế khi không có nguồn nước gần nơi thi công hay công trường chật hẹp

Phương pháp khoan có ống bao (Borehole Method)

Trong phương pháp này, cọc được xây dựng bằng việc đầm nện vật liệu rời trong các lỗ khoan trước, theo từng giai đoạn, bằng quả nặng từ 15 – 20 kN rơi từ độ cao 1,0 – 1,5m xuống Phương pháp này có thể thay thế phương pháp nén chặt bằng rung động và có giá thành thấp hơn Tuy nhiên, tác dụng phá hoại và tái tạo lại đất sau đầm ảnh hưởng rất lớn với các loại đất nhạy Phương pháp này có lợi cho các nước đang phát triển vì chỉ sử dụng các thiết bị địa phương, trong khi các phương pháp khác đòi hỏi thiết bị đặc biệt và người được đào tạo chuyên biệt

Hình 1.17 Phương pháp khoan có ống bao Phương pháp thi công dưới nước

Phương pháp này tương tự như phương pháp khô sử dụng cẩu treo Phương pháp này sử dụng xà lan hoặc cầu phao để làm mặt bằng thi công cho cẩu Hệ thống định vị toàn cầu sẽ xác định chính xác điểm thi công Máy đầm xuyên xuống đến chiều sâu thiết kế dưới đáy nhờ lực rung của máy đầm và khí nén Đá được nạp vào đầm nhờ máy đào cần dài hoặc những loại máy móc khác

Hình 1.18 Sơ đồ thi công cọc vật liệu rời dưới nước

Cọc vật liệu rời được sử dụng để làm nền móng cho đê chắn sóng và bờ kè bến cảng ở Patras (Hy Lạp) Ngoài ra, nó còn có tác dụng như là hệ thống thoát nước thẳng đứng trong quá trình thi công và tăng sức kháng cắt của đất nền dưới tải trọng động đất Cọc có đường kính 1m được bố trí theo lưới 2,7 –3,3m, chiều sâu cắm đến 20m trong đất yếu Độ sâu nước ở khu vực xử lý có vị trí lên đến 32m

Hình 1.19 Thi công cọc vật liệu rời dưới nước bến cảng Patras, Hy Lạp

1.3.5 Quản lý chất lượng thi công và thí nghiệm hiện trường

Quản lý chất lượng

Phải lập quy trình giám sát và quan trắc để quản lý chất lượng phù hợp Công tác giám sát quá trình gia cố nền phải được thực hiện bởi những người có bằng cấp và kinh nghiệm phù hợp Công nghệ cọc đá được quan trắc bằng các thiết bị đo điện tử hiện đại nhằm đảm bảo và giám sát liên tục chất lượng thi công

Kế hoạch giám sát gia cố nền tại công trường bao gồm: - Những thông số cần kiểm soát được liệt kê trong quy trình thi công - Điều kiện công trường và những điểm quan trọng trong thiết kế - Những chướng ngại vật dưới nền đất gây cản trở hay khó khăn cho thi

công - Chất lượng, nguồn gốc, loại và cấp phối vật liệu Các thiết bị đo được sử dụng để đo, lưu và in ra các thông số kỹ thuật cho từng

cọc để giúp các kỹ sư quản lý chất lượng và khối lượng thực hiện

Bộ thiết bị đo bao gồm: - Màn hình hiển thị trong cabin điều khiển - Bộ điều khiển trung tâm và bộ lưu dữ liệu - Máy in tại cabin điều khiển để in ra trực tiếp trong quá trình thi công

Hình 1.20 Thiết bị kiểm tra chất lượng thi công cọc tự động

Trong suốt quá trình thi công, các thông số kỹ thuật của cọc đá được tự động ghi lại Các giá trị như thời gian, độ sâu, tốc độ xuyên, tốc độ nâng cần, lực ép và cường độ đầm được ghi lại theo dạng biểu đồ và được in ra Ngoài ra, việc kiểm tra mức độ đầm chặt của cọc cũng được thực hiện dựa vào mức độ tiêu thụ năng lượng của máy đầm rung tại từng thời điểm trong quá trình thi công

Hình 1.21 Bản in từ thiết bị đo hiện trường

Thí nghiệm hiện trường

Mục đích chính của công tác thí nghiệm là để đánh giá công tác gia cố Với trụ đá, những thí nghiệm bổ sung được thực hiện cho mục đích kiểm soát chất lượng Có thể thực hiện một hoặc nhiều phương pháp thí nghiệm hiện trường để kiểm tra chất lượng của cọc đá như:

Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT và CPTu), thí nghiệm xuyên động DPT, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT tại tim cọc: nhằm xác định độ đầm chặt của cọc đá

Thí nghiệm thử tĩnh tải: được thực hiện nhằm xác định khả năng chịu tải của nền

và module tổng biến dạng của nền sau khi được xử lý

Các quan trắc hiện trường: tùy từng ứng dụng cụ thể, người ta có thể bố trí các

thiết bị quan trắc khác nhau nhằm kiểm tra độ cố kết của đất sau xử lý (quan trắc áp lực nước lỗ rỗng thặng dư), đo chuyển vị ngang (inclinometer)…[11]

Hình 1.22 Thí nghiệm thử tĩnh tải

Ưu khuyết điểm sử dụng 1.4.1 Ưu điểm

Cọc vật liệu rời có tác dụng tăng cường khả năng chịu tải, đồng thời giảm lún của nền đất cho nhiều loại công trình, kết cấu khác nhau Công tác gia cố nền cho phép nhà thầu sử dụng phương pháp móng nông, do đó có thể tiết kiệm chi phí xây dựng đáng kể

Quá trình thi công tương đối nhanh ngay cả với khối lượng đất nền cần được gia cố lớn, từ đó rút ngắn được tiến độ, giảm thiểu chi phí

Cọc vật liệu rời cũng đồng thời là hệ thống thoát nước theo phương đứng là phương án đáng quan tâm khi yêu cầu thời gian cố kết của đất nền công trình ngắn

Công nghệ thi công đầm rung sâu thân thiện với môi trường, sử dụng nguồn vật liệu có thể tìm được tại địa phương Thêm vào đó chỉ một lượng đất nhỏ được bóc tách ra khỏi công trình

1.4.2 Khuyết điểm

Cọc vật liệu rời hầu như không thích hợp cho loại đất có trạng thái chảy với sức kháng cắt quá nhỏ Trong trường hợp đất nền bề mặt quá cứng cũng gây khó khăn cho quá trình xuyên ban đầu của đầm

Trong quá trình thi công, lực rung động có thể ảnh hưởng hư hại đến các công trình lân cận

Hiện nay công nghệ thi công cọc vật liệu rời tại thị trường Việt Nam cũng gặp nhiều khó khăn Việc làm chủ công nghệ do các công ty nước ngoài thực hiện, thiết kế và thi công theo tiêu chuẩn nước ngoài

Nhận xét chương

Cọc vật liệu rời là một giải pháp xử lý gia cố nền đất yếu, được sử dụng từ rất sớm và rộng rãi ở các nước phát triển Tại Việt Nam, gần đây, một vài dự án đã sử dụng công nghệ cọc đá để gia cố nền đất yếu, nhưng chủ yếu được thực hiện bởi các

nhà thầu nước ngoài chuyên nghiệp Quá trình thi công và các thông số kỹ thuật được ghi nhận và kiểm soát tự động cho phép quản lý chất lượng thi công chặt chẽ Cọc đá thường được chọn lựa sử dụng để gia cố nền đất yếu khi diện gia tải lớn và nền có yêu cầu khả năng chịu tải lớn sau khi xử lý