Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ứng dụng công nghệ phụt vữa thành cọc (Shaftgrouting) làm tăng sức chịu tải cọc khoan nhồi

UNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA THÀNH TRONG VIỆC GIA TANGSỨC CHIU TAI COC KHOAN NHỎIIMPROVING BORED PILE CAPACITY BY SHAFTGROUTING TOM TATViệc gia tang sức chịu tải thành bên của coc thông q

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa —- DHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS TS Võ Phán 2-5 sec:

Cán bộ chấm nhận Xét Ï : - + k + E2 E#ESESEEEEeESEsEeEeErereeseesCán bộ chấm nhận Xét 2 : - - - - k+sE5EEE2E SE ESESESEEESEEEEESESEvereerkesLuận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp HCM

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

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HOI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Ty do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : HÀ VĨNH PHÚC MSHV_ : 13091307

Ngày, tháng, năm sinh : 06/07/1984 Nơi sinh : Quảng Nam

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm Mãsô : 60580204

TÊN ĐÈ TAI:ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA THÀNH CỌC (SHAFT GROUTING)TRONG VIỆC GIA TANG SỨC CHIU TAI CUA COC NHỎI

NHIỆM VỤ VA NỘI DUNG :PHAN MỞ DAU

CHUONG 1 : Tổng quan về công nghệ phụt vữa thành cọcCHƯƠNG 2: cơ sở lý thuyết xác định sức chịu tải của cọc đồ tại chỗ duoc xử lý bằng

phương pháp phun vữa thành cọc

CHƯƠNG 3 : Phân tích đánh giá hiệu quả của biện pháp phun vữa dọc thành cọc nhăm gia

tăng sức chịu tai của coc.

CHƯƠNG 4: So sánh, phân tích kết quả thí nghiệm thử tải giữa cọc có phụt vữa thành và

cọc bình thường tại khu vực quận 7- Tp Hô Chí Minh

DỰ KIÊN KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊTÀI LIỆU THAM KHẢO

Ill NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:V CÁN BỘ HƯỚNG DAN: PGS TS VO PHÁN

Tp HCM, ngay thang năm 20

CAN BỘ HUONG DÂN | CHU NHIEM BỘ MON TRUONG KHOA

KY THUAT XAY DUNG

PGS.TS VO PHAN PGS.TS NGUYEN MINH TAM

Tôi cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã chân tình động viên hỗ trợ tôi trongsuốt quá trình học tập.

Tp Hồ Chí Minh ngày tháng năm 2016

Học viên

Hà Vĩnh Phúc

UNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA THÀNH TRONG VIỆC GIA TANG

SỨC CHIU TAI COC KHOAN NHỎIIMPROVING BORED PILE CAPACITY BY SHAFTGROUTING

TOM TATViệc gia tang sức chịu tải thành bên của coc thông qua công tac phun vữa ap lực caovào vùng đất xung quanh cọc làm thay đổi các chỉ tiêu co lý một cách đáng kể Tuynhiên, việc nghiên cứu tính chất của đất sau khi phun vữa còn nhiều hạn chế dẫn đếnviệc tính toán và mô phỏng còn thiếu tính chính xác Luận văn sử dụng các kết quảthí nghiệm tai cọc khoan nhồi băng hộp Ocell có được tại khu vực Tp Hồ Chí Minhđể so sánh, đánh giá sự cải thiện sức kháng hông đơn vị của cọc có phụt vữa, đồngthời đưa ra các hệ số cải thiện thực tế cho từng loại đất trong khu vực Tp H6 ChíMinh góp phân trong việc thiết kế sức chịu tải cọc khoan nhỏi có phụt vữa

ABSTRACT:

Improving bored pile capacity by high pressure grouting injection into surrounding

soil changes soil properties significantly However, the study about soil properties

after grout injection still have a lot of limitation This thesis uses the data from the

Ocell load test for bored pile in Ho Chi Minh city to evaluate, analyse and compare

the enhancement between grouting and nongrouting bored pile to get the

enhancement factor for each typical type of soil in Ho Chi Minh City This research

also contributes to bored pile with shaft grouting capacity analysis later on, gives

more convenience to desing engineer.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

- Luan văn nay la dé tai nghiên cứu thực su của tác gia, được thực hiện dướisự hướng dẫn khoa học của thầy PGS.TS Võ Phán

- - Tất cả số liệu, kết quả tính toán, phân tích trong luận văn là hoàn toàn trungthực Tội cam đoan chịu mọi trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Tp Hồ Chí Minh ngày tháng năm 2016

Học viên

Hà Vĩnh Phúc

I Tính cấp thiết của dé tài: - St n3 TT E1 11E1E1 1E E111 01T TE TH go l

2 Mục tiêu nghiÊn CỨU - 2 E1 2221111122221 111 111552111111 55011111110 111kg nh kg l

3 Phương pháp tiếp cận và mục tiêu nghiên cứu của dé tải: 5 cccccccszezxssez l

A Tính khoa học và thực tiễn của đề tait.c.ccccccccccccccccccccecssccscsececseecsesecsevavscecseescsecacseceeee 25 Hạn chế ch 11111 111111111111 2111111 1 1111111111111 111g 2

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE CÔNG NGHE PHUT VÀ ĐÁNH GIÁHIỆU QUA CUA CÔNG TÁC PHỤT VỮA THÀNH CỌC - 3

1.1 _ Công nghệ thi công cọc đồ tại chỗ được phun vữa thành cọc 31.2 Quy trình phun vữa áp LUC CaO ccSS ng ngư 81.3 Đánh giá hiệu qua trong việc gia tăng sức chịu tai của cọc bang côngngheé phut vita than 100 - 6 ((54 9

cm — 14

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET XÁC ĐỊNH SỨC CHIU TAI CUACOC DO TẠI CHO DUOC XU LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN VỮA

2.1 Xác định kha năng chịu tải của cọc theo độ bên vật liệu 162.2 _ Xác định sức chịu tải doc trục theo đất nền 5-22 cssssssz 162.3 Phuong pháp tính sức chịu tải cua cọc cho các cọc thí nghiệm tạiBangkok kết hợp với kết quả thí nghiệm cọc - ¿c6 + +x+x+x+xeeeeeescse 21

2.4 Các kết quả thực nghiệm khác -¿- - - +x+k+E£E+EeEeEsrerererees 252.5 Nhận Xét L.csCh HT 1111011111111 111111111 tk 30

CHUONG 3: SO SANH, PHAN TÍCH KET QUÁ THÍ NGHIỆM THUTAI GIỮA COC CO PHỤT VỮA THÀNH VA COC BÌNH THƯỜNG TẠIKHU VUC QUAN 7- TP HO CHÍ MINH - << 5 5s ssssesesssesee 31

3.1 Giới thiệu phương pháp thí nghiệm coc bang phương pháp60 1 oỶỎũỈũẮẮÍỒÍII 31

3.2 Coc thí nghiệm tai Dự ánThe Everich II- Quận 7 — Hồ Chí Minh 373.3 So sánh sức kháng hông đơn vị tối da của cọc nhôi có phụt vữa vàkhông có phut vữa công trình Springlight City — Quận ] - -<- 59

KET LUẬN, KIEN NGHI - 5-5-5 < 5 S5 sseS ssEseseeeeeeersesrsesee 66

I KẾ( luận: S 1.1 n1 1n 11T T TH TH kg 662 Kiến nahi cecccccccecccscscscsesesesececsvscsvscecscevevsvevssesevevevsvsvsusesavevavevsvavsvsnsesevevevevsvsee 66

PHAN PHU LUCA SO LIEU KET QUA THI NGHIEM OCELL COC KHOAN NHOI DU

AN THE EVERICH 2- QUAN 7B SO LIEU KET QUA THÍ NGHIEM OCELL COC KHOAN NHOI DỰ

AN SPRING LIGHT CITY - QUAN 1

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Ông phun vita được lắp vào bên ngoài lông thépHình 1.2: Bo trí các van “Manchester” dọc theo ống phun vữaHình 1.3: Chi tiết van “Manchettes” và packer

Hình 1.4: Thiết bị trộn và bơm vitaHình 1.5: Tải trọng và chuyển vị dau cọc cho cọc có phut vita trong dat sét ở giai đoạn giatải ban đầu và gia tải lại

Hình 1.6: Tải trọng và chuyển vị đầu cọc cho cọc có phụt vữa trong đất cát ở giai đoạn giatải ban đầu và gia tải lại

Hình 1.7: Mẫu khoan lỗi vita bê mặt cọcHình 1.8: Bê mặt cọc tại vung có phut vita thành

Hình 1.9: Minh họa bê mặt coc tai vùng có phut vita thành

Hình 2.1: Biéu đồ xác định hệ số aHình 2.2.: Thí nghiệm nén 3 trục cho cho mẫu đất cát phụt vita và không phut vita

Hình 2.3.: Quan hệ giữa hàm lượng xi măng với lực cắt của đất phụt vữa

Hình 2.4: Mối quan hệ giữa sức kháng hông và cường độ kháng cắt không thoát nượctrung bình của lớp đất sét cho cọc không có và có phụt vữa thành

Hình 2.5: Mối quan hệ giữa sức kháng hông và chỉ số SPT của lớp đất sét cho cọc không

Hình 2.11: Sức kháng ma sát được huy động trên cọc khoan nhôi đồ tại chỗ trong trườnghợp đất sét, có và không có phut vita

Hình 3.1: Minh họa các cách bó trí hộp O-cell.Hình 3.2: Sơ đồ lắp đặt hộp kích và các thiết bị đo đạcHình 3.3: Bộ thu nhận số liệu thí nghiệm Ocell

Hình 3.4: Đường cong quan hệ chuyển vị và tải trọng hộp OCellHình 3.5: Đường cong quan hệ tải trọng và chuyển vị đầu cọc, có xét đến độ nén do đànhồi của cọc

Hình 3.6: Mặt bằng công trình và vị trí cọc thí nghiệmHình 3.7: Chí số SPT cho cọc C3 va C1 phán bố theo độ sâuHình 3.8: So đồ bố trí thiết bi do ung suất cho 2 cọc thi nghiệm CTN-C1 và CTN-C3

Hình 3.9: Huy động sức khang hông don vị doc than cọc bên dưới hộp Ocell trong quatrình gia tải cọc CTN-Cl (Không phut vita)

Hình 3.10: Quan hệ giữa chuyển vi và tải trọng đầu cọc của cọc CTN-C1 (Không phut

Hình 3.16: Tương quan giữa sức khang hông don vị của coc C*3 & C3 trong trường hop

mô phỏng và thực tế khi gia tải ~1WL

Hình 3.17: Tương quan giữa sức khang hông don vị của cọc C*3 & C3 trong trường hop

mô phỏng và thực tế khi gia tải 2WL

Hình 3.18: Tương quan giữa sức khang hông don vị của cọc C*3 & C3 trong trường hop

mô phỏng và thực tế ở cấp tải lớn nhất theo thí nghiệm

Hình 3.19: Minh hoa cọc C*3& C3 su dụng dé so sánhHình 3.20 Tương quan % thay đổi của đoạn phut vữa và đoạn không phut vữa

Hình 3.21: Mặt cắt địa chất, Chi số SPT và sức chong cat don vi của Coc TP 1 (không phut

vita) và cọc TP2 (Có phut vita)

Hình 3.22: Sức khang hông don vi doc thân coc bên trên và bên dưới hộp Ocell- Ocell —

cọc TP] được nén đến tải trong 66.8MN

Hình 3.23: Sức khang hông don vi doc thân cọc bên trên va bên dưới hộp Ocell- Ocell —

cọc TP2 được nén đến tải trong 107.2 MN

DANH MỤC CAC BANGBang 1.1: Số lượng ống phut vữa và đường kính cọcBang 2.1: Thông tin cọc, dự an KCRC, Hongkok

Bang 3.1: Thông số dia chất coc C3Bang 3.2: Thông số địa chất coc C1Bang 3.3: Tinh toán sức chịu tai coc Cl

Bang 3.4: Tinh toán sức chịu tai cọc C3

Bang 3.5: So sảnh sức khang hông don vị bên dưới hộp Ocell giữa coc Cl- không

phut vita và coc C3- có phut vữa

Bang 3.6: Tương quan giữa độ lún thực té và kết quả mô phỏng bằng phan mémplaxis

Bang 3.7: Tổng hợp độ lún của cọc C3 trong các trường hopBảng 3.8: Bảng tổng hợp giá trị sức kháng hông đơn vị dọc thành cọc C3 ở cáccấp tải khác nhau

Bảng 3.9: Bảng tổng hợp giá trị sức kháng hông đơn vị dọc thành cọc C3 ở cáccấp tải khác nhau

Bang 3.10: Giả tri lực do được và sức khang hông do được của cọc TP-2 (Có phut

MỘT SỐ KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂNReu (KN)

Re,utan) (KN)Reavy (KN)

Rea (KN)

R, (KN/m?)R (KNim?)

Qs (KN)Op (KN)

dy (KN/m’)

U (m)

Ap (m’)As(m*)

Ran (KN/m))f; (KN/m’)

thứ “i” trên thành coc

lim)L„¡ (m)loi (mM)h(m)

Ø, (KN/m)

Yunsat (KN/m*)Ysat (KN/m?*)

: Chiều dai đường coc năm trong lớp đất thứ “i: Chiéu dài đoạn cọc nằm trong lớp dat rời thứ “i: Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dinh thứ “i: Sức chịu tải cực hạn cua coc

: Sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nên: Sức chịu tai cho phép cua cọc theo vat liệu

Sức chịu tai cho phép cua coc

: Cuong độ cho phép cua Bê téng coc

: Mác thiết kế của bê tông cọc: Suc kháng hông cua cọc

: Suc kháng mi cua coc

: Cuong độ sức kháng mii dưới miti coc

: Dung trọng bão hoa

c(KN /m?)Ca(KN /m*)

C, (KN/m?)

@ ()Pal)K

E, (KN/m*)

K(m/s)

a

Nptrén mili coc.

Ns.

Nui0

FS

: Luc dinh don vị

: Luc dính giữa dat và coc: Luc dính không thoát nước

: Góc ma sát trong

: Góc ma sát giữa đất và cọc: Hệ số áp lực ngang

: Mudule biến dạng: Hệ số thấm

: Hệ số dính: Chỉ số SPT trung bình trong khoảng 4d phía dưới và 1d phía

: Chỉ số SPT trung bình của lớp dat rời thứ “i” trên thành coc

: Chỉ số SPT trong đất dính: Hệ số Poison

- Hệ số tin cậy

MỞ ĐẦU1 Tính cấp thiết của đề tài:

Do xu hướng ngày càng xuất hiện các công trình cao tang, các công trình có tải trọng lớndẫn đến việc thiết kế nền móng yêu cầu các cọc có sức chịu tải lớn hơn Trong một chừngmực nào đó thì đường kính của cọc có giới hạn và đi kèm các rủi ro cao khi phát triểncọc có đường kính lớn Các công nghệ tăng sức chịu tải đất nền của cọc theo đất nền đãđược ứng dụng, trong đó công nghệ phụt vữa thành cọc trong những năm gần đây đãchứng minh sự cải thiện đáng ké sức chịu tải theo đất nền của cọc dẫn đến giảm đáng kểsố lượng và đường kính cọc, đồng thời rút ngắn thời gian thi công cũng như giảm thiểuchi phí thi công nền móng một cách đáng kể Do đó cần có các nghiên cứu cụ thé về cọccó phut vữa thành dé ứng dung rộng rãi hon trong thiết kế và thi công cọc khoan nhicũng như cọc barrette trong tương lai.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Các mục tiêu chính của dé tai bao gom:

- _ Nghiên cứu tong quan về công nghệ phun vữa thành cọc (Shaft Grouting)- _ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán sức chịu tải cọc khoan nhi và các hệ số

tương quan trong việc tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi cho cọc có phun

Bên cạnh đó, dé tài cũng sử dụng số liệu địa chất và kết quả thí nghiệm thực tế có đượccông trình the Everich 2- Quận 7 & Springlight City- Quận 1- Tp Hồ Chí Minh kết hợpvới việc mô phỏng ứng xử của cọc bằng phần mém Plaxis 2D 8.5 để so sánh hiệu quảcải thiện, ứng xử của cọc có phụt vữa thành tại khu vực nay và dé xuất hệ số tương quangiữa cọc có phụt vữa thành va cọc thông thường nhằm phục vụ công tác thiết kế cọc cóphụt vữa tại khu vực sau này tại khu vực Hồ Chí Minh.

4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài:Đê tài nghiên cứu đánh giá được tương quan sức chịu tải ma sát thành giữa cọc thông

thường và cọc có phụt vữa cho nhiêu loại đât, cung câp các kiên thức cơ bản về trình tự,

công nghệ thi công cũng như hệ sô điêu chỉnh trong việc thiệt kê đôi với các cọc áp dụng

công nghệ phụt vữa thành cọc

Việc nghiên cứu về công nghệ phụt vữa thành giúp người thiệt kê có thêm sự lựa chon

trong việc tăng cường sức chịu tải cua cọc đồ tại cho, thiệt kê được các cọc có sức chịu

tải lớn hơn dân đền giảm sô lượng cọc, đài coc đông thời giảm chi phi và thời gian thi

công.

5 Hạn chế:Chưa nghiên cứu đền thành phan và hàm lượng vữa pha trộn tôi ưu cho từng trường hopđất cụ thé.

Chưa nghiên cứu sự thay đổi tinh chất cơ lý của vùng đất nên lân cận dọc thành cọctrong phạm vi phun vữa.

Chưa nghiên cứu sự tương quan giữa áp lực phun vữa phù hợp cho từng loại đất và hiệuquả có được theo từng cấp áp lực.

Đề tài chỉ dựa trên số lượng có hạn các thí nghiệm có được để phân tích nên tính tongquát còn han chế Các cọc được phân tích trên cùng dự án nhưng không hoàn toàn giéngnhau về chiều sâu, đường kính, cũng như địa chất xung quanh nên phải kết hợp với việcmô phỏng và giả định để có kết quả so sánh.

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ PHUT VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUACỦA CÔNG TÁC PHỤT VỮA THÀNH CỌC

1.1 Công nghệ thi công cọc đồ tại chỗ được phun vữa thành cọcĐề tăng cường công tác kiểm soát việc phụt vữa vào bề mặt thành cọc, các ống phụt vữađược lắp theo chu vi của cọc từ cao độ mặt đất cho đến đáy của vùng được phụt vữa.Trong vùng phụt vữa, các van “Manchettes” được gia công trên các ống phụt vữa Mộtđầu phụt vữa có gắn các van chặn bên trên và bên dưới vi trí van “Manchettes” sẽ đượcđưa vào ông phut vữa, vì vậy có thé cô lập từng van “Manchettes” riêng biệt và tiễn hànhbơm vữa một cách có kiểm soát thông qua các van “Manchettes” ra bề mặt ngoài của

CỌC

1.1.1 Thành phần vữaThanh phan vữa cho công tác phụt vữa cũng có nhiều cấp phối khác nhau O đây xin giớithiệu cấp phối thường dùng của nhà thầu Bauer với thành phần chình bao gồm Xi măngPortland thông thường và các phụ gia trộn với nước để đạt được các thông số như yêucâu.

Cấp phối đề xuất như sau:e 100 kg xi măng

1.1.2 Thiết bị thi công1.1.2.1 Ông phun vữa:Các ống phun vữa (TAM) là các ống thép đen có đường kính danh định là 60mm, day2mm Các ông nay được gia công để chế tạo các van “Manchettes” để phun vữa.

Quá trình gia công bao gồm việc khoan 04 lỗ đường kính 8mm cách nhau 1m dọc theoống phun vữa và bọc mảng cao su bên ngoài tại vị trí các lỗ.

Ông phun vữa được gia công lỗ tại vùng cần phụt vữa theo yêu cau, hai đầu ống phunvữa sé được nôi với nhau băng ông nôi đê thuận tiện cho việc hàn nồi tại chỗ

Ông phun vữa được lắp vào trong cọc khoan nhỏi với lồng thép bang cách nối các ốngvới nhau băng các ông nói (Coupler) và hàn lại với nhau Độ thăng phải được kiểm tracho các ống được hạn tại chỗ Các ốc kẹp chữ “U” thường được sử dụng để định vị cácống phut vữa vào bên ngoài lồng thép khi nó hạ vào hỗ khoan.

Các ông sẽ được bô trí đêu quanh lông thép của cọc Các điêm phụt vữa sẽ năm cáchnhau Im theo phương thăng đứng cho vùng phut vữa.

Thông thường, số lượng ống được bố trí như sauBảng 1.1: Số lượng ống phụt vữa và đường kính cọc

Đường kính cọc Số lượng ông Khoảng cách lý(mm) phụt vữa thuyết (m)

Ngay sau khi hoàn thiện công tác bê tông và rút ống vách tạm, độ sâu của ống phun vữaphải được kiểm tra lại băng thước Nếu phát hiện có vật liệu khác trong ống phải đượcthôi sạch cho đến khi đạt đúng độ sâu của ống

Hình 1.1: Ông phun vữa được lắp vào bên ngoài lông thép

Hình 1.2: Bồ trí các van “Manchester” dọc theo ông phun vữa

/

Cac vong cao su séche cai 16 khoan doctheo ống phụt vữa vangăn không cho vữachảy ngược lại vàoống

Hình 1.3: Chi tiết van “Manchettes” và packer1.1.2.2 Packer:

Vita được cấp đến vị trí các van “Manchettes” thông qua ống HDPE có đường kính trongkhoảng 1.27cm Đầu phun vữa bao gồm 1 packer cau tạo bởi 2 van có khả năng trươngphông để giữ áp suất trong quá trình bom vữa Một ống áp suất cao đường kính nhỏ đượcgăn bên cạnh ống cấp vữa với mục đích làm trương phông van chặn thông qua bơm tay.Công tác bơm vữa thường được thực hiện với áp lực từ 25 đến 55 bars Van chặn thôngthường được bơm căng phông lên đến áp lực khoảng 60 bars trước khi tiễn hành bơm

vừa.

Packer sẽ có đường kính trước khi bơm căng nhỏ hơn đường kính của ông bom vữa Nếucác packer này bị vướng, nó có thể thay băng packer nhỏ hơn Tuy nhiên, loại packernhỏ sẽ áp lực căng phông nhỏ hơn dẫn đến sẽ phải phun vữa với áp lực nhỏ hơn.

1.1.2.3 Thiết bị trộn vữaThiet bị trộn sẽ phải là thiết bị trộn vữa toc độ cao có gan với bơm tuân hoàn- Bauer

BMI00 hoặc tương đương.

Vita thông thường sẽ được trộn từ 500 đến 700 lít cho mỗi mẻ trộn và các thành phan sẽđược thêm vào dựa theo trọng lượng khô Lượng nước sẽ được kiểm soát từ thùng đãkiểm tra khối lượng trước đó hoặc từ bơm có kiểm chuẩn.

1.1.2.4 Thiết bị bơmBơm sẽ dùng để bom từ máy trộn dé Packer thông qua bom Bauer KP60 hoặc thiết bitương đương.

Bơm KP60 là loại bơm thủy lực song động với áp suất tối đa là 100 bars Bom nay đượcgăn với máy đếm nhịp đếm số lượng nhịp được tạo ra và từ đó có thể biết được khốilượng vữa đã bơm (Mỗi nhịp tương đương khoảng 3 lít) Bơm cũng được găn với đồnghô áp suat đề kiêm tra áp suât bơm

Ngoài ra còn có sử dung bơm tay T-50K hoặc tương đương dé làm căng phông van chặn2 dau cua packer.

1.2 Quy trình phun vữa áp lực cao

1.2.1 Thông các van “Manchettes”

Khi ống phun vữa được hạ và đồ bê tông cùng với cọc nhỏi, cần thiết phải làm thôngvùng bê tông giữa ống phụt vữa và thành cọc trước khi bê tông đạt được cường độ quácứng Dé thực hiện quá trình này, các packer được hạ xuống đến đáy của ống phun vữavà rút lên cách khoảng 1m từ đáy lên cho đến hết vùng phụt vữa.

Tại môi vi trí các van “Manchettes”, 2 dau của packer sẽ được bơm căng lên và chặn 2

dau, nước sé được bơm vao vi trí các van “Manchettes” đề tạo ra đường di chuyên xuyên

qua bê tông cho vữa bơm sau này.

Công tác phut vữa phải được tiễn hành sau khi bê tông đã hình thành cường độ nhưngkhông được quá cứng.

Trong thực tế, công tác thông các van “Manchettes” hiệu quả nhất khoảng 12h sau khibê tông đạt cường độ Sau khi thông các van “Manchettes”, các ng phut vữa sẽ đượckiểm tra lại chiều sâu và vệ sinh nếu cần thiết Các nắp tạm sẽ được dùng để bảo vệ ốngphụt vữa.

1.2.2 Công tác phụt vữa

Sau một khoảng thời gian xác định trước sau công tác thông van “Manchettes”, công tácphụt vữa có thể tiễn hành Các nắp tạm sẽ được mở và kiểm tra lại chiều sâu của ốngphụt vữa Một lượng vữa yêu cầu sẽ được bơm qua van “Manchettes” và đến bề mặt tiếpxúc của cọc và đất Các packer sẽ được xả căng và di chuyển đến vị trí phụt vữa kế tiếp.Luong vữa yêu cầu được bơm khoảng 35 lit/m2 của bề mặt cọc Công tác phụt vữa sẽđược dừng khi mà lượng vữa yêu cầu đạt được hoặc đạt áp lực tối đa là 60 bars.

Nếu lượng vữa phụt tại bat kỳ van “Manchettes” nào không đạt yêu cầu do đã đạt đến áplực tối đa hoặc ống bị hư hỏng làm cản trở việc di chuyển packer hoặc phụt vữa, côngtác phụt vữa sẽ được bù tại vi trí van “Manchettes” kê tiệp.

1.3 Đánh giá hiệu quả trong việc gia tăng sức chịu tải của coc bằng công nghệ phụtvữa thân.

Trong khi không lý do gì đặc biệt để cho rằng răng ma sát do ma sát của cọc có phụt vữathành cọc trong đất cát sẽ giảm theo thời gian nhưng với đất sét thì có phân ít tự tin hơncho cọc có phụt vữa Vì vậy các cọc thí nghiệm tại Bangkok được thực hiện thí nghiệmlại cho coc đã thí nghiệm trước đó khoảng | năm và rút ra các kết quả như sau.

1.3.1 Hiệu qua của tinh ồn định của cọc có phụt vữa trong đất sét.Kết quả thí nghiệm lại sau lần thí nghiệm dau được thé hiện ở hình minh họa đưới, théhiện được biểu dé giữa giá trị lực và chuyển vị đầu cọc Một lần nữa, cọc được gia tảilại như được thực hiện lại một chu kỳ khác của thí nghiệm ban đầu Vấn đề gap phải cholần thí nghiệm đầu với khả năng chịu tải của phan mũi coc do vi tri của mũi cọc đượcđặt ngay phía trên lớp đất sét và rất khó khăn để vệ sinh đáy mũi cọc Bằng chứng chonhững van dé nay lặp lại trong thí nghiệm thử lại đã được chỉ ra bằng sức kháng mũikhông được huy động Tuy nhiên, nó được kết luận rằng thí nghiệm thử lại đã chứng tỏkhông có sự mắt mát khả năng chịu tải kể từ thí nghiệm ban đầu của cọc.

Tải trọng đầu cọc (KN)

ahe

Bsn =

Bà ca

E=

oOion©

1.3.2 Kha năng 6n định lâu dai của cọc có phụt vữa thành coc trong dat cát.Các kết quả đã chứng tỏ rằng việc thí nghiệm lại sau 1.5 năm sau khi lần đầu thí nghiệmcủa cọc được thé hiện trong hình minh họa bên dưới thể hiện mối tương quan giữa lựcvà chuyển vị đầu cọc Cọc được gia tải như là thực hiện lại chu kỳ gia tải khác của thínghiệm ban đầu Một khi vượt qua giá trị lực lớn nhất của lần trước phản ánh việc giatăng sự huy động sức chịu tải ở mũi

Tái trọng dau cọc (KN)

oe ^ ° a 3 a ổ

a " | ¬S |

| “A | I |N i i] Nơi

1.3.3 Co chế của việc gia tăng kha năng chịu tai của cọc có phụt vữaTheo quan sát thực tẾ tại Bangkok cho đất sét pha cát thì khối lượng vữa được phụt dọctheo thành cọc vào vùng đất xung quanh tương đương với độ dày khoảng 25 mm xungquanh chu vi thành coc ở vùng phut vữa Điều này tương đương với việc tăng 3% bémặt và sẽ không là đáng kế trong việc gia tăng sức chịu tải của coc Cơ chế gia tăng sứcchịu tai của cọc bằng phương pháp phụt vữa đã được tổng quát theo Stocker vaTroughton &Stocker như sau:

o_ Bê tông ở chu vi của cọc bị nứt và day ra vào vùng đất xung quanh tạo thành cơ chếgiang vào dat.

o Việc gia tang áp lực thành bên do việc gia tăng mật độ của đất vào vùng dat tươngtác xung quanh đã bị mềm trong quá trình thi công

o_ Trong đất dạng hạt, việc xi măng hóa các phân tử đất trong vùng tương tác có thể xảyra do việc thâm nhập của vữa vảo trong các lỗ rỗng của đất.

o Các lỗ rỗng, các khoang, các vết nứt có thé được lap day bởi vữa dé gia tăng sự tiếpxúc của cọc và đất

o Việc phun vữa tạo ra mảng nữa cứng xung quanh thành cọc với các điểm tập trungtại khu vực gần lỗ phun vữa, tuy nhiên đường di chuyển của vữa có thể nhất một khivữa đã ra đến bề mặt của cọc là theo đường có sức kháng thấp nhất, đó chính là theodi thang lên theo bề mặt ngoài của cọc lên đến mặt đất Điều này đã được quan sátkhi lượng vữa dư thừa được sử dụng ở Hong Kong và Bangkok.

Hình 1.7: Mẫu khoan lõi vita bê mặt cọcMột mẫu tương tự được thực hiện ờ Hong Kong như được thay ở hình minh hoa dưới,cho thay vữa lan rộng lên đến mặt đất cao hơn vùng phụt vữa 25m, dọc theo thành cọc.

Hình 1.9: Minh họa bé mặt cọc tai vung có phut vữa thành 13

o Vùng cọc được đảo bởi gầu cạp trong vùng đá granit phong hóa có chỉ số SPT thấphơn 200 cho sức kháng thành cao hơn 50% so với gau “Hydrofraise” mặc du sự giảmkhác nhau của giá trị N có thé lớn hơn 200 Coc Barrette được dao bang gau“Hydrofrais” và ap dụng công nghệ phut vữa thành coc sau đó thì lại thê hiện tốt hơnnhiều so với cọc bang gau cạp đặc biệt cho vat liệu có chi số SPT nhỏ hơn 100 Mộtcơ chế có thé là bề mặt càng bị phá hủy do quá trình dao thì càng tăng cường độnhám bề mặt của cọc Một cơ chế khác là sự sự hiện diện cao của hàm lượng vita ximang cao, sau khi xa nước trong quá trình bơm, phá hủy các lớp bánh bentonite taibề mặt của cọc do đó gia tăng ma sát Cả hai cơ chế này đều kiên định với sự quansát rằng áp suất của vữa không phải là 1 nhân tố đóng vai trò lớn cho nền móng trongđất trầm tích, đất sét và cát hoặc trong đá phong hóa với đường cong thành phan hattừ sét cho đến cát hạt thô.

o Trong trường hợp cọc được phun vữa thành bên, áp suất của việc bơm vữa làm giatăng ứng suất theo phương ngang và sức kháng cat của đất xung quanh thành cọcBên cạnh đó , việc gia tăng sức kháng cắt của đất, Mô dun kháng cắt cũng gia tăngtheo Dẫn đến khi có lực tác dung, bién dang truot cua đất sẽ nhỏ hon Vi vậy, trongtrường hợp cọc đạt đến tải trọng giới hạn, ứng suất cắt đọc thành cọc được phun vữasẽ rất lớn Trong phạm vi bán kính ảnh hưởng rm, ứng suất cắt của cọc có phun vữalớn hơn nhiều so với cọc thông thường đỗ tại chỗ, nhưng biến dang trượt lại nhỏ hondo mo đun kháng cắt lớn hơn tại cùng bán kính Do đó, hệ số ảnh hưởng nhóm cọccó thể được giảm lại (Ví dụ: nhỏ hơn 3d thông thường).

1.4 Nhận xét

Công nghệ thi công phụt vữa thành cọc đòi hỏi công nghệ và thiết bị riêng biệt Các trìnhtự phải được tuân thủ một cach chặt chẽ để đảm bảo chất lượng và tính khả thi của từngcông tác, tránh các rủi ro như không thể thông được van “Manchester” do tiễn hành trễkhi bê tông đã trở nên quá cứng hoặc không thé bơm đủ lượng vữa cần thiết theo yêucau

Hiệu quả cải thiện sức chịu tải của cọc có phụt vữa thành là không bị suy giảm theo thời

gian.

Cơ chế ảnh hưởng của vữa vào vùng đất xung quanh tùy thuộc nhiều vảo loại đất xungquanh cọc, áp lực phun vữa làm thay đối tính chất đất rời xung quanh cọc và tạo rahệ thống giằng chéo vao đất, tăng cường sức kháng cắt và modul chống truot cho vùngđất xung quanh cọc, dẫn tới giảm đáng ké độ lún, tăng sức chịu tải đồng thời giảm hệ sốnhóm cọc

Đât càng tơi xôp do quá trình đào hoặc đât càng có hệ sô rông càng cao thì vữa càng

thâm nhập sâu và hiệu quả cải thiện càng lớn tuy nhiên đường di chuyên cơ bản của vữa

theo quan sát là đường dọc theo thành cọc.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET XÁC ĐỊNH SUC CHIU TAI CUA COC ĐỎTẠI CHO DUOC XU LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN VỮA THÀNH COC

2.1 Xác định khả năng chịu tải của cọc theo độ bên vật liệu

Công thức chung xác định sức chịu tải cực hạn Rewany tính (AN) của cọc theo đất nền

Reu=QpAp + ud fili (2.2)Cac cach xác định cường độ sức kháng cua dat dưới mũi coc q› va cường độ sức khang

N, = tg’ (45 + S: em 99 )

Nà = (N, — 1).cotgø ;Ny, = 2(N, + 1).tgø2.2.1.2 Thành phần chịu tải do ma sát xung quanh thành cọc Q,

Cường độ kháng cắt đơn vi fi trong lớp đất rời có thé tính được thông qua công thứcfi, = Cy + K,.ơy tan@„ (2.4)

Với cọc khoan nhéi K, = K, = 1— sin øCường độ kháng cắt đơn vị f trong lớp đất dính có thể tính được thông qua công thứcfi =a.C, (2.5)

a: phu thudc vao dac diém lop dat nam trén lop dinh, loai coc va phuong phap ha coc,cô kết của đất trong quá trình thi công và phương pháp xác định cụ Khi không day đủnhững thông tin này céthé tra œ trên biểu đồ Hình 3.1 (theo Phụ luc A của tiêu chuẩnAS 2159 -1978).

Đối với cọc có phụt vữa, Cường độ của đất được phụt vữa tùy thuộc vào tinh chất củavữa được sử dụng (hàm lượng nước/ xi măng, loại xi măng ) nhưng cũng còn tùy thuộcvào các yếu tô khác Trong đó phải kế đến như loại đất, độ chặt, thành phan cỡ hạt Việc phun vữa vào đất không làm thay đổi cấu trúc của đất, vữa xâm nhập vào vị trí cáclỗ rỗng tăng cường cả cường độ và độ cứng Dat càng có hệ số rỗng cảng cao, vữa càngdễ xâm nhập thì sự cải thiện sau khi phun vữa càng đáng kể Vài thực nghiệm đã đượcthí nghiệm được thí nghiệm bởi Danno (2004) chứng tỏ rằng đất sau khi phụt vữa cơ bảnvẫn là có tính chất ma sát và cường độ tuân theo mô hình Morh Coulonb.

Đối với đất cát, việc xâm nhập của xi măng tạo ra vật liệu có cường độ nhờ vào lực dínhcủa xi măng và do góc nội ma sát của chính loại đất đó, dẫn đến lực dính của đất sau khiphun vữa tăng lên (dao động từ 100 đến 500 KN/m? theo các thí nghiệm trong phòngthực hiện bởi Danno 2004) và góc ma sát hầu như thay đôi không đáng kể Lực dính cóquan hệ gan tuyến tính với hàm lượng xi măng trong khi góc ma sát trong gia tăng khôngđáng kể nếu so sánh với lực dính Theo thí nghiệm mà Cloghh et.al.1981) có được khiđem mẫu đất đã phụt vữa đem nén không nở hông thì mẫu bị nén, lực dính do xi măngbị phá vỡ ở biến dạng nhỏ, trong khi đó, thành phần góc ma sát trong được huy động ởbiến dạng lớn.

Đối với đất sét pha, xi măng đóng vai trò trong việc gia tăng cường độ đất Thậm chí cảkhi liên kết do xi mang bị vỡ, sức khang cắt có được từ xi măng vẫn ton tại Lực khángcắt không giảm khi gia tăng áp suất nén không nở hông Vai trò của xi măng không chỉtăng lực dính mà còn tăng góc ma sát.

Đối với các vật liệu có góc ma sát lớn, xi măng đóng vai trò rất quan trọng trong việc giatăng cường độ Các phân tử hạt lớn khóa khá chặc với với nhau, vì thế tạo nên tỷ lệ giảnnở lớn trong quá trình chịu cắt và dẫn đến giá trị cường độ cao hơn Xi măng đóng vàitrong tăng cường lực dính đồng thời tăng góc ma sát trong Việc gia tăng lượng vữa trongđất hạt thô tăng cường lực dính và góc ma sát ở lực nén nhỏ.

80o|— Tỷ trong cát 14.5 KN/m3 | Ty trọng cát: 14.5 KN/m3aq Hàm lượng nước ban dau: 10% a Ham lượng nước ban dau: 10%

= Ứng suất nén: 100 KN/m2 £ Ứng suất nén: 100 KN/m2

= > g 7 = — ond

a Š 500

v% 600} Thời gian bao dưỡng = v8 Thời gian bão dưỡng

o“ A Tngày 2 R 4 T ngày |1y f O 28 ngày 1 a oO Stag

400 ¬

250 ¬

200 sal 4

0 h | 0 L i L | 1 |h 5 5 20 0 5 10 15 20 25

Ham kiểng See (%) L Ham lượng Cement (%})

Hình 2.3.: Quan hệ giữa hàm lượng xi măng với luc cat của dat phut vữa [10]

2.2.2 Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyêntiêu chuẩn SPT

2.2.2.1 Công thức cua Meyerhof

Đối với trường hợp nên dat rời Meyerhof (1976) kiến nghị công thức xác định cường độsức kháng của đất dưới mũi cọc qp và cường độ sức kháng của đất ở trên thành cọc fjtrực tiếp từ kết quả xuyên tiêu chuẩn như sau:

qb=KkI Np (2.6)

fi = ko Nsi (2.7)

2.2.2.2 Công thức của viện kiến trúc Nhat ban (1988)Sức chiu tai của cọc được xác định theo công thức

Re„=qp X Ap t+UL (fei X lại + fei X ls i) (2.8)

Sei =XKy fi Cui (2.10)Trong do

œ„: Hệ sô điêu chỉnh, với cọc nhôi «,=1

fi: Hệ sô điêu chỉnh, với cọc khoan nhôi f,=1

Khi không có số liệu sức kháng cắt không thoát nước Cụ xác định trên các thiết bị thínghiệm cắt đất trực tiếp hay thí nghiệm nén ba trục có thể xác định từ thí nghiệm nén

một trục nở ngang tự do (Cu=qu /2), hoặc từ chỉ số SPT trong đất dính Cụ¡ = 6.25N,;.tính băng KN/m?

Chu thích:

Đối với đất cát, nếu trị số N,>350 thì chỉ lấy N,=50, nếu trị số Nsi lớn hơn 50 thì lấyNs, i=50

Đối với nên đá và it bị nén nhw sỏi cuội ở trạng thải chối, tri số N;p>100 có thể lấy

qu=20000 KN/m2 cho trường hợp cọc đóng Đối với cọc khoan nhôi thì sức kháng mũiphụ thuộc vào chat lượng thi céng coc, nếu có biện pháp tin cậy làm sạch mi cọc và

bơm vữa xi măng gia cường đất dưới mũi cọc thì lấy gid trị qv như trường hợp cọc đóng2.3 Phương pháp tính sức chịu tải của cọc cho các cọc thí nghiệm tai Bangkok kết

hợp với kết quả thí nghiệm cọcĐề phục vụ cho hệ thống đường trên cao và tàu điện tại Bangkok yêu cầu phải thi công

16000 cọc đường kính lón, đồ tại chỗ trong đất cát và sét Do số lượng lớn cọc cần phảithi công như vậy cho dự án, một số lượng cọc thử được thi công để kiểm tra các phươngpháp thi công khác nhau để tối ưu hóa các kỹ thuật thi công khác nhau từ đó cho biệnpháp thi công tối ưu hóa nhất Kết quả cho thấy những cọc có phụt vữa thành cọc có sựcải thiện đáng ké sức chịu tải

Tiêu chuẩn cho công tác bơm vữa với tỷ lệ trộn Nước/ xi măng=0.45 và cường độ tốithiểu là 25N/mm? được áp dụng.

2.3.1 Kết quả thí nghiệm cọc thử2.3.1.1 Đối với lớp đất sét

Hình minh hoa (2.4) cung cấp tong quan kết quả sức kháng thành coc so với ứng suấtcắt không thoát nước trung bình của lớp sét cho cọc tròn và cọc có phụt vữa Sức khánghông trung bình cho cọc trơn vào khoảng 30 đến 150 KN/m? trong khi cọc có phụt vữathé hiện giá trị cải thiện trong khoảng 150 đến 320 KN/m’.

Sức khang cắt không thoát nước (KN/m2)

Hình 2.4: Mỗi quan hệ giữa sức kháng hông và cường độ kháng cat không thoát nượctrung bình của lớp đất sét cho cọc không có và có phut vữa thành

Mối quan hệ giữa giá trị sức kháng hông và chỉ số SPT được thé hiện ở hình (2.5)

350

[_] Coc không phut vữa m

300 |

a m Coc có phụt vữa= z0 -

wa ~bọ 200 0 XIN.

= =

‹© on

ON 150 | —————T s O Si Fs

——NW:3-|—————†++-——]——-Ay tee { | “ng

c 1988 —~ oo TT se

0 kL:0 10 20 30 40 50

Gia tri SPT

Hình 2.5: Môi quan hệ giữa sức kháng hông và chỉ số SPT của lớp đất sét cho cockhông có và có phut vita thành

2.3.1.2 Đối với đất cátHình minh họa (2.6) thể hiện kết quả tương quan giữa sức kháng hông và ứng suất thăngđứng có hiệu của lớp cát cho cọc không phụt vữa và cọc có phụt vữa Giá trị sức khánghông cho cọc không phụt vữa từ khoảng 65KN/m? đến 170KN/m? trong khi đó với cọccó phụt vữa thi giá trị này vào khoảng 150 KN/m2 đến 300KN/nở.

350 : :L—l Coc không phụt vữa

ề Coc có phut vữa thành [2so kPa—_ h 250 | Ì| - -— Í|mif['-' ''† - kim L6 Án sale tegSj : B 0.55 m

500

250 300 350 400 450 500 550 600 650 700Ứng suất có hiệu theo phương đứng (KN/m2)

Hình 2.6: Mối quan hệ giữa sức kháng hông và ứng suất có hiệu theo phương đứngtrong đất cát cho cọc không có và có phụt vữa thành

Hình minh họa (2.7) thé hiện mối quan hệ giữa sức kháng hông so với chỉ số SPT Chocả cọc không phụt vữa và cọc có phụt vữa, sức kháng hông xuất hiện độc lập với chỉ sốSPT vượt qua khoảng 27 đến 60

r1 Coc không phụt vữa

Chỉ số SPT

Hình 2.8: Mối quan hệ giữa sức kháng hông và chỉ số SPT trong đất cát cho cọckhông có và có phut vita thành

2.3.2 Công thức Sức chịu tải do ma sát áp dụng cho công trình tại Bangkok:

2.3.2.1 Kha năng chịu tải do ma sát trong đất sétSự đánh giá khả năng chịu tải do ma sát trong đất sét đã được thiết lập dựa trên cách tiếpcận ứng suất tổng như sau:

fi=a x Cụ (2.11)

Giá trị thiết kế của sức kháng cắt do ma sát thoát nước Cụ được ước lượng bang mốitương quan với chỉ số SPT của phương pháp xuyên tiêu chuẩn, được đề xuất bởi Stroudvà được xác nhận cho loại đất 6 Bangkok sau 1 chương trình nghiên cứu có phạm virộng

Cu= 5NHệ số dính a=0.5 áp dung cho giá trị cận dưới của thiết kế đối với dữ liệu phân bố củacọc bình thường Giá trị hệ số o=1 cung cấp giá trị cận dưới của thiết kế đối với dữ liệuphân bố của cọc có phụt vữa thân Gia tri a=1 có thể được hiểu là toàn bộ sức kháng cắtcủa đất được huy động khi công nghệ phụt vữa thành cọc được áp dụng Điều này đồngnhât với sức kháng nho của bau neo có phụt vữa va cọc nhỏ có phut vữa

2.3.2.2 Sức kháng của cọc trong đất cátViệc đánh giá sức kháng của cọc trong đất cát đã được thiết lập dựa trên cách tiếp cậnvề ứng suất có hiệu như sau:

fi= B 0’) (Phương pháp B- Bruland -1973) (2.12)

B=K: tan Ø„Giá trị của hệ số áp lực đất K; dựa trên loại đất, lịch sử ứng suất của đất và phương phápthi công coc Giá tri sức kháng cắt & tùy thuộc vào loại đất và đặc tính của bề mặt cọc.Xét giá tri sức kháng thành cho coc do ma sát thường và coc có phụt vữa thành cọc trongđất cát xuất hiện tương đối độc lập với ứng suất có hiệu theo phương thăng đứng năm từkhoảng 300 đến 600 KN/m2 mặc dù từ giá trị B=0.55 có thể kẻ đường thang tương ứngvới vài giá trị (o’ y< 450 KN/m?) cho cọc có phut vữa thành coc Đối với những cọc bìnhthường, giá tri sức kháng thành vào khoảng 120KN/m? Đối với những cọc có phụt vữa

thành coc , giá trị sức kháng thành vào khoảng 260KN/m*

2.4 Các kết qua thực nghiệm khácMột báo cáo khác cũng được thực hiện dựa trên kết quả thí nghiệm các cọc thí nghiệmtại dự án KCRC được mô tả bởi Littkechild với các thông số cọc và điều kiện địa chấtđược thê hiện như sau: