Những ví dụ mở đầu CÁC SỰ CỐ THƯỜNG XẢY RA CHO CỌC KHOAN NHỒI CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA SỰ CỐ CHO CỌC KHOAN NHỒI CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ THƯỜNG XẢY RA CHO CỌC KHOAN NHỒI GIẢI PHÁP GIỮ ỔN ĐỊNH THÀNH VÁCH HỐ KHOAN CỌC KHOAN NHỒI BẰNG DUNG DỊCH BENTONITE CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI ĐẤT THƯỜNG GÂY RA SỰ CỐ CHO CỌC KHOAN NHỒI VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN
CHƯƠNG IV CÁC SỰ CỐ KỸ THUẬT THƯỜNG GẶP VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRONG THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI (Tài liệu PGS TS Nguyễn Viết Trung) 4.1 VÍ DỤ MỞ ĐẦU: Xuất phát từ đặc điểm công nghệ thi công cọc khoan nhồi khoan tạo lỗ trước đất giữ ổn định vách hố khoan ống vách, dung dịch bentonite, v.v… sau tiến hành đúc cộc theo phương pháp đổ bê tông dung dịch bentonite Cho nên, kinh nghiệm thi công thiết kế thường gặp nhiều cố xảy trình thi công dẫn đến việc ảnh hưởng chất lượng khai thác công trình cố kỹ thuật thường khó phát mắt thường Khái niệm cố tượng khác thường xảy dự tính đơn vị thiết kế đơn vị thi công, dẫn đến hậu làm hư hỏng cọc, giảm khả chịu tải cọc, v.v… Mức độ hư hỏng nhỏ đến lớn sửa chửa mà phải thay cọc khác Vì vậy, công trình gặp cố gây hậu nghiêm trọng như: làm tăng giá thành kéo dài thời gian thi công, phải huỷ bỏ phương án thi công cọc khoan nhồi mà phải thay giải pháp móng cọc khác tốn không kinh tế Do vậy, việc nghiên cứu, thu thập cố thường xảy cho cọc khoan nhồi, qua tìm nguyên nhân gây cố đưa giải pháp sử lý thích hợp cho cố cu thể Đối tượng nghiên cứu : trường đất, công nghệ khoan tạo lỗ đổ bê tông Đối với công trình xây dưng có sử dụng cọc khoan nhồi vùng đồng sông Cửu Long thường gặp số cố trình thi công Rõ điển hình cố cọc khoan nhồi công trình sau: Cọc khoan nhồi đường kính d=1000mm, dài 37m nhà làm việc 10 tầng Tổng Công Ty XDCT Giao thông bị cố: khối lượng bê tông đổ thực tế lớn nhiều so với khối lượng bê tông tính toán theo kích thước lỗ khoan; Cọc khoan nhồi đường kính=800mm, dài 44m Nhà máy xi măng Cần Thơ, bị cố: khối lượng bê tông đổ thực tế lớn nhiều so với khối lượng bê tông tính toán theo kích thước lỗ khoan; Ỏ cầu Bình Điền, cố là: không hạ hết chiều dài lồng thép theo thiết kế, sau định cho rút lồng thép lên để thổi rửa lại, lại không rút lên Mặc dù trước hạ lồng thép có công đoạn thổi rửa kiểm tra chiều sâu lỗ khoan Nguyên nhân chủ yếu đất vách hố khoan bị sụp lở nhiều trình hạ lồng thép làm trồi lên đột ngột đáy hố khoan chôn vùi đoạn lồng thép thời gian chờ định xử lý, lồng thép rút lên không Cầu MT cọc số trụ tháp bờ Bắc cố: bê tông bị phân tầng độ sâu -80m lớp bê tông lớp đất sét mùn khoan lẫn bentonite Nguyên nhân chủ yếu xảy lúc mưa bão, cung cấp bê tông không liên tục dẫn đến khối lượng bê tông đổ trước đố bị đông cứng Sau nhà thầu tiếp tục cho đổ bê tông vào tạo nên không liên tục hay không đồng khối bê tông thân cọc 4.2 NHỮNG HƯ HỎNG DO CÁC SỰ CỐ TRÊN GÂY RA 4.2.1 Những hư hỏng mũi cọc Những hư hỏng mũi cọc thường hay xảy bùn khoan lắng đọng đáy hố khoan đất mũi bị xáo động bị dẻo nhão bentonite hấp thụ Hư hỏng nghiêm trọng cọc thiết kế làm việc có tham gia chịu lực sức kháng mũi cọc, cọc có mở rộng chân đưa tới giảm cường độ nội bê tông mũi cọc hoạc giảm khả chịu lực độ lún nghiêm trọng gây Những hư hỏng là: Bê ông mũi cọc xốp (sũng nước lẫn nhiều mùn khoan )làm giảm chất lượng bê tông mũi cọc, sữa chữa cách phun vữa xi măng Giảm sức kháng cọc tiếp xúc mũi cọc với đất chịu lực bị gián tiếp lớp mùn lắng đọng đáy lỗ khoan, thay đổi thành phần đất mũi coc (bị dẻo nhão bentonite hấp thụ vào) 4.2.2 Những hư hỏng thân cọc Những hư hỏng thân cọc chủ yếu tính không liên tục thân cọc như: Thân cọc phình dạng rễ (làm khối lượng bê tông đúc cọc tăng nhiều so với khối lượng bê tông tính toán theo lý thuyết) cố sập thành vách lỗ khoan, từ biến lớp đất yếu tác dụng đẩy bê tông tươi; Thân cọc bị co thắt lại (làm khối lượng bê tông đúc cọc giảm nhiều so với khối lượng bê tông tính toán theo lý thuyết ) đẩy ngang đất; Có hang hốc, rỗ tổ ong thân cọc (làm giảm khả chịu tải cọc theo vật liệu ) lưu thông nước ngầm làm trôi cục bêtông tươi, bêtông không đủ độ sụt cần thiết; Bê tông thân cọc bị đứt đoạn thấu kính đất nằm ngang lẫn bùn đất, lẫn vữa bentonite thân cọc có cố sập thành vách lúc đổ bê tông, nhấc ống đổ bê tông lên cao; Thân cọc tiếp xúc gián tiếp với đất vách bới lớp áo sét nhão nhớt Các lõi khoan khoan siêu âm thấy có hư hoảng Những hư hỏng bê tông cọc khoan nhồi là: lẫn bùn đất, lẫn dung dịch bentonite (bê tông có màu vàng nhạt), tất bị đứt gãy khoan lấy lõi 4.2.3 Những hư hỏng phần đầu cọc Bê tông đầu cọc bị xốp bọt tạp chất, xi măng nhẹ lên mặt bê tông 4.3 CÁC SỰ CỐ THƯỜNG XẢY RA CHO CỌC KHOAN NHỒI Qua nghiên cứu công trình xây dựng vùng đồng sông Cửu Long với hỗ trộ thiết bị kiểm tra thiết bị có nước, tổng kết cố yếu sau: 4.3.1 Trong công đoạn khoan tạo lỗ Trong công đoạn thường xảy cố kỹ thuật sau: • Vị trí hố khoan bị vướng phải vật cản cọc thép, dầm thép hình, cọc bê tông cốt thép hay cấu kiên cứng v.v…nằm sâu lòng đất gây nhiều khó khăn cho việc khoan tạo lỗ trục vớt vật cản • Không hạ ống chống đến cao đọ yêu cầu khoan không xuống; gặp đá mồ côi vật cản khácv v… • Sập thành vách lỗ khoan: phát qua việc đo kiểm tra đường kính lỗ khoan; trồi lên đột ngột đáy lỗ khoan; khối lượng đổ đầy cọc thực tế lớn nhiều so với tính toán lý thuyết (theo kích thước cọc ),v.v… • Dung dichụ bentonite đông tụ nhanh nhiều xuống đáy lỗ khoan: phát qua việc đo kiểm tra bề dày lớp bùn lắng đọng đáy lỗ khoan, từ việc kiểm tra chất lượng dung dịch (dung dịch bentonite hoá nước) v.v… • Lớp màng áo sét bám quanh vách hố khoan dày: phát qua việc thử tải tĩnh (sức chịu tải ma sát hông thấp),v.v… 4.3.2 Trong cấu tạo, gia công hạ lồng thép Trong công đoạn thường xảy có sau: • Không hạ lồng cốt thép lỗ khoan, (do lồng thép bị biến dạng, uốn cong trình cẩu lồng thép) • Ống vách bị lún (do treo lồng thép nặng lên ống vách ) • Lồng thep bị ngập đất 4.3.3 Trong công đoạn đổ bêtông đúc cọc Trong công đoạn thường xảy cố sau: • Tắc nghẽn bêtông ống • Mực bêtông bị hạ xuống rút ống vách lên • Hoặc rút ống vách làm kéo theo khối bêtông phần cọc ống vách bị lồng thép kéo lên theo, tạo vòng rỗng bêtông • Bêtông thân cọc bị phan tầng, rỗ có vật lạ (như : thấu kính bùn, đất, vữa bentonite, v.v…), phát qua việc đo chất lượng cọc (siêu âm, khoan lấy mẫu,v.v…) 4.4 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA SỰ CỐ CHO CỌC KHOAN NHỒI 4.4.1 Trong công đoạn tạo lỗ 4.4.1.1 Sự cố không hạ ống chống đến cao độ yêu cầu khoan không xuống Nguyên nhân gây cố nêu mục 2.4.2.1 Gặp cố dùng loại gầu khoan thích hợp để phá vật cản tiếp tục hạ tiếp, dùng thiết bị khoan cắt, trục vớt vật cản lên Đối với trường hợp đặc biệt trục vớt vật cản lên phải dịch chuyển vị trí cọc khoan nhồi thay phương án cọc khoan nhồi laọi móng cọc khác 4.4.1.2 Sự cố sập thành vách hố khoan Sự cố sập thành vách hố khoan nguyên nhân sau: a Khi khoan gặp tầng đất yếu, lại ống vách Tầng đất yếu có: Môđun biến dạng E0 < 50 kG/cm2, góc ma sát ϕ0 < 10°, hệ số nén a > 0,05cm2/kg, độ sệt B > 0,75, sức kháng xuyên mũi qc ≤ 4kG/cm2, số xuyên tiêu chuẩn đất N ≤ Qua kinh nghiệm thi công cọc khoan nhồi đồng Sông Cửu Long cho thấy với đặc điểm tầng đất yếu nêu trạng thái dẻo chảy đến chảy.Vì vậy, khoan tạo lỗ dễ gây tượng sập thành vách ống vách có dùng dung dịch bentonite để giữ ổn định Do vậy, trình khoan cần kiểm tra lại địa chất để đối chiếu với số liệu thí nghiệm, để có giải pháp xử lý kịp thời, chẳng hạn điều chỉnh lại ống vách b Các tiêu kỹ thuật dung dịch bentonite không thích hợp với địa tầng cần khoan Do loại đất có tính chất lý hoá khác nhau, khác thành phần loại dung dịch bentonite Cần thường xuyên kiểm tra điều chỉnh tiêu kỹ thuật dung dịch (khối lượng riêng,độ nhớt, hàm lượng cát, tỷ lệ chất keo, lượng nước, lực cắt tĩnh, tính ổn định trị số pH) cho phù hợp với quy định chúng có ảnh hưởng lớn đến việc giữ ổn định lỗ khoan c Áp lực thuỷ động tầng cát, cát pha sét lớn Khi khoan gặp tầng cát có chứa nước ngầm với áp lực lớn, nước ngầm có áp chảy vào hố khoan mang theo đất cát vách hố khoan (hiện tượng cát chảy ) làm cho hố khoan tầng rộng ra, kéo theo tầng phía bị sụp Nếu gặp cố nên đưa ống vách qua tầng này, dùng biện pháp hạ mực nước ngầm trước khoan Hoặc, d Do chọn kỹ thuật, thiết bị khoan không phù hợp với đất Do tốc độ khoan nhanh vữa bentonite chưa kịp hấp thụ vào thành vách, việc nâng hạ gầu khoan nhanh gây hiệu ứng Pitông dẫn đến sập thành vách lỗ khoan Để tránh sập vách cần phải chọn loại khoan thích hợp với thao tác khoan nhẹ nhàng, tránh động tác đột ngột, e) Do hạ lồng thép va vào thành vách lỗ khoan Khi hạ lồng thép nhanh va vào thành vách hố khoan dẫn đến sập vách lỗ khoan Do cần phải hạ lồng thép nhẹ nhàng tâm hố khoan để tránh sập vách, f) Do thời gian giãn kéo dài khâu khoan tạo lỗ đổ bê tông gây cố sập vách lỗ khoan 4.4.1.3 Sự cố dung dịch bentonite đông tụ nhanh nhiều xuống đáy lỗ khoan: Sự cố kỹ thuật việc chọn dung dịch bentonite không phù hợp với điều kiện đất nền, chẳng hạn như: (1) Nếu dung dịch bentonite chứa nhiều khoáng chất sét kaolinit dung dịch đông tụ mạnh (2) Nếu độ pH 100cm Trong : δt : chiều dày ống vách b Chiều dài ống vách: Nơi có mặt nước: công trình cầu, cảng chọn chiều dài ống vách dựa vào yêu cầu sau: + Cao độ miệng ống vách cao mực nước thi công (MNTC) la 2m + Cao độ đáy ống vách nằm tầng đất dính có góc ma sát ϕ ≥ 10°, độ sệt B ≤ 0,75 sức kháng xuyên mũi qc ≥ 4kg/cm2 Với chiều dày ngàm tầng cho ống không bị lún chiều dài ống tính theo công thức: L0v = Ln + L0 + 2m Trong đó: L0v: Chiều dài ống nhỏ ống vách (m); L0 : Chiều cao tính từ MNTC đến đáy sông (m); Ln : Chiều dài ngàm ống vách (m), sơ chọn Ln thông qua việc chọn cao độ đáy ống vách ngàm vào tầng chịu lực không thấm nước từ 0,5 ÷ 2m: Sau chọn L0v, ta kiểm tra điều kiện lún ống: Pgiữ = Pdn + uΣlifi ≥ ηP0v = Pgây lún Trong đó: η : hệ số an toàn, η = 1,5 P0v, Pdn : Trọng lượng lực đẩy ống vách, T; u = π x Dn : Chu vi tiết diện ngang ống vách, m; Dn : Đường kính ống vách, m; li : Chiều dài lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt hông ống vách, m; fi : Sức chống tính toán lớp đất thứ i lên mặt hông ống, T/m2 Nơi có nước ngầm: móng cọc khoan nhồi cạn Có thể chọn chiều dài ống vách dựa vào yêu cầu sau: + Cao độ đỉnh ống vách cao mặt đất thi công (MĐTC) 0,5m cao mực nước ngầm tối thiểu 2m + Cao độ đáy ống vách nằm cách MĐTC từ ÷ 4m nơi đất tốt để tránh sạt lở miệng hố khoan thiết bị phương tiện lại gần hố khoan không cho bùn đất rơi vào hố khoan + Cao độ đáy ống vách nằm tầng đất có góc ma sát ϕ ≥ 10°, độ sệt B ≤ 0,75 sức kháng xuyên mũi qc ≥ 4kG / cm2 Với chiều dày ngàm tầng cho ống không bị lún Tính toán chiều dài ống vách tương tự 4.5.2 Nhận xét Giữ ổn định vách hố khoan ống vách giải pháp đáng tin cậy nay, chi phí lại cao Do đó, sử dụng trường hợp thật cần thiết, kết hợp ống vách dung dịch bentonite để giữ ổn định vách lỗ khoan 4.6 GIẢI PHÁP GIỮ ỔN ĐỊNH THÀNH VÁCH HỐ KHOAN CỌC KHOAN NHỒI BẰNG DUNG DỊCH BENTONITE Dung dịch bentonite gồm có sét, nước số chất phụ gia, dùng để giữ ổn định cho vách hố khoan ống vách kết hợp với ống vách 4.6.1 Thành phần kháng vật dung dịch bentonite Đặc tính quan trọng dung dịch bentonite thành phần ba nhóm khoáng vật sét gồm: Montmorillonite (Al2O3.4SiO2.nH2O) ; Ilit (Al2O3.lSiO3.lH2O) ; Kaolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O) 4.6.2 Các đặc điểm khoáng sét trình bày sau: Đặc điểm loại khoáng sét Khoáng sét Chiều dày hạt sét Tổng diện tích mặt Hoạt tính mặt (Ao, Amstron) (m2/g) (kG / cm2) Montmorillonite 10 ÷ 50 800 1,5 ÷ 7,2 Ilit 50 ÷ 500 80 0,9 100 ÷ 1000 10 0,4 Kaolinit Qua bảng trên, nhận thấy khả đông tụ dung dịch bentonite phụ thuộc vào chiều dày hạt sét, chiều dày hạt sét lớn khả đông tụ mạnh, kaolinit đông tụ mạnh nhất, Ilit Montmorillonite Như dung dịch bentonite có chứa nhiều khoáng sét kaolinit khả đông tụ mạnh 4.6.2 Các đặc điểm dung dịch bentonite ảnh hưởng đến ổn định cho cọc khoan nhồi Với thành phần nêu trên, nên dung dịch bentonite có đặc điểm bật sau: - Dung trọng dung dịch bentonite γben > 1g / cm3 Dung trọng dung dịch bentonite thay đổi từ γben = 1,02 ÷ 1,5g / cm3 tuỳ thuộc vào hàm lượng bentonite có dung dịch từ (6 ÷ 14), tạo áp lực lớn áp lực thuỷ tĩnh nước ngầm hố khoan, dùng để giữ ổn định vách lỗ khoan Tuỳ loại đất mực nước ngầm mà chọn ben thích hợp, chọn không phù hợp ( γben < γben yêu cầu ) gây cố sập vách lỗ khoan - Tính huyền phù độ nhớt: Tính huyền phù phản ứng vật lý hoạt khoáng sét mang điện tích dấu đẩy môi trường nước (lượng bentonite, khoảng ÷ 14) Nhờ tính huyền phù mà hạt đất vách lở nằm lơ lửng dung dịch, tránh tượng lắng đọng bùn đất đáy hố khoan Độ nhớt cho phép dung dịch 18 ÷ 45s Nếu độ nhớt giảm xảy tượng bùn đất lắng đọng đáy hố khoan vách hố khoan bị sạt lở tính…………không đủ khả liên kết giữ hạt đất rời lại, ngược lại độ nhớt tăng tượng lắng đọng bùn đất giảm chiều dày lớp màng áo sét tăng (4mm) làm thành vách hố khoan dễ sạt lở giảm ma sát hông; vữa bentonite bám dính cốt thép nhiều làm giảm khả dính bám cốt thép bê tông - Tính chất xúc biến: Thể qua khả đông kết nhanh để yên hoà tan nhanh có tác động học, đặc trưng ứng suất cắt tĩnh sau để yên, xác định lực kế tĩnh Tính chất nhằm giúp cho thành vách ổn định thuận tiện trình khoan - Lượng nước: Trị số lượng nước cho phép 10 ÷ 25 cm3 sau 30 phút Nếu lớn thay đổi tính chất dung dịch (độ nhớt tăng) tạo lớp áo sét dày > 4mm hố khoan dễ bị bong làm thành vách lỗ dễ bị sập lở làm giảm ma sát thành cọc - đất vách - Tính ổn định (độ phân tầng): Độ phân tầng cho phép nhỏ ÷ 8% sau 24 Nếu lớn làm thay đổi tính chất dung dịch (γben giảm-làm sập vách lỗ khoan) xảy tượng đông tụ dung dịch bentonite xuống đáy hố khoan - Độ pH dung dịch bentonite: Độ pH đặc trưng cho tính axit hay bazơ dung dịch khoan, có ảnh hưởng lớn đến chất lượng dung dịch, tham gia, tác động đến phản ứng hoá học Độ pH cho phép từ ÷ Khi độ pH = 10 bắt đầu thể ảnh hưởng ximăng Nếu độ pH >11 tính nhớt nước tăng lên.Như vậy, dung dịch không đảm bảo yêu cầu Độ pH < hay nước từ lợ đến mặn khả đông tụ (phân huỷ) dung dịch khoan xảy Tóm lại : Nếu đặc điểm như: (γben, độ nhớt, độ pH không đạt yêu cầu gây cố cho cọc khoan nhồi như: sập vách lỗ khoan, giảm ma sát hông, giảm khả dính bám cốt thép – bêtông có lắng đọng (đông tụ) bùn đất – bentonite đáy lỗ khoan 4.6.3 Các giải pháp sử lý vấn đề ổn định Tuỳ theo phương pháp thi công, loại địa tầng mực nước ngầm, mà ta nên chọn (γben, độ nhớt, độ pH tiêu tính khác dung dịch bentonite) theo phụ lục d - Tiêu chuẩn TCXD 206 : 1998 Dung trọng γben chọn theo điều kiện cân ổn định vách hố khoan sau: Phương trình cân điểm vách lỗ khoan: Σ áp lực đẩy = Σ áp lực giữ Σ áp lực đẩy bao gồm: áp lực tĩnh mực nước ngầm (γw.zn), áp lực chủ động đất (σx ) Σ áp lực giữ bao gồm: áp lực tĩnh cột bentonite (γb.zb), lực kháng cắt cấu trúc lớp áo sét (τs) σx + γw.zn = γb.zb + τs Hay: =>γb = (4.1) σ x + γ z n − τ s (4.2) zb Trong đó: γb, zb: dung trọng chiều cao cột vữa bentonite; γw, zn: dung trọng chiều cao mực nước ngầm; ϕ Với: ξ = v/(1-v); σz = ka.γ.z; ka = tg (45°- ); ϕ v.γ z.tg (45 − ) σx = ξ.σz = ξ.ka.γ.z = 1− v (4.3) v: hệ số poisson; γ, ϕ, z: dung trọng, góc ma sát chiều cao cột đất; τs = γdn zb tgϕ’ + c’ = (γ - 1) zb tgϕ’ + c’ (4.4) Với : γ, γdn, ϕ’, c’ : dung trọng tự nhiên, đẩy nổi, góc ma sát lực dính lớp áo sét Đối với đất vách đất cát: c’, ϕ’ áo sét tính đổi từ giá trị cu, ϕ đất cát ban đầu sau: + c’ lấy giá trị trung bình lực dính ban đầu (cu) lực dính (s) đất hấp phụ bentonite: c’ = (cs + cu) / (4.5) Thông thường cs = 2cu => c’ = 1,5cu (4.6) ϕ’ lấy góc ma sát đất sét (ϕd), hoặc: ϕ’ = ϕ - 30 +3D; (theo Bolton 1984) (4.7) D : độ chặt tương đối cát Đối với đất vách đất sét: độ ẩm tăng lên nên c’, ϕ’ áo sét nhỏ giá trị cu, ϕ đất sét ban đầu, lực dính lớp áo sét nhỏ xem (cs = 0) c’, ϕ’ xác định sau: c’ tính theo công thức sau: c’ = α.cu.rd (4.8) α : Hệ số chiết giảm lực dính, lấy 0.55 cu : Lực dính không thoát nước ban đầu đất rd : Hệ số chiết giảm phụ thuộc vào chiều sâu cọc ϕ’ : Có thể lấy góc ma sát đất sét (ϕd), : ϕ’ = ϕ - 3° (4.9) Đối với cố bùn đất – bentonite lắng đọng đáy hố khoan (do khoáng vật sét, độ nhớt, độ pH…): Khoáng vật sét bentonite: cần kiểm tra chất lượng nên chọn có nhiều khoáng vật montmorilonit để tránh tượng đông tụ vữa bentonite Độ nhớt thích hợp: phụ thuộc vào phương pháp thi công, loại địa tầng mực nước ngầm Nó nghiên cứu từ lý thuyết đến thực tiễn tổng kết bảng – 19 Nếu độ nhớt giảm thêm ÷ 2% bentonite 0,05 ÷ 2% chất phụ gia (CMC, loại bột xử lý hóa học chất thải công nghiệp giấy mà có, gồm carthyl, cellulose, số chất khác có gốc Na, Mg…, Na2CO3,…) để tăng độ nhớt dung dịch bentonite Nếu độ PH < bị trung hoà nước ngầm làm cho dung dịch bị đông tụ thi nên cho thêm vào dung dịch bentonite hoá chất điều giải(Hcl,…) tăng độ Ph lên khoảng – Trị số độ nhớt thích hợp dung dịch P.pháp Độ sử thích hợp Biện pháp 500- Khi 700cc, s nhớt thấp Cát mịn 23-27 Thêm tuần Cát trung-to 28-35 2% 0.05-0.1 hoàn Cuội sỏi 37-45 bentonite chất giảm Cát mịn 24-28 0.05- nước, PP Cát trung-to 32-40 2% tĩnh Cuội sỏi 45-55 phụ Tình hình địa chất dụng công trình Tầng đất nhớt dung độ Khi độ nhớt cao dịch PP Nước Khi điều ngầm kiện công trình 1- Thêm chất thêm gia nước CMC bình PP Cát mịn 23-35 Thêm 1% Thêm 0.1- thường tuân Cát trung-to 33-40 bentonite hoàn Cuội sỏi 55-65 đồng thời giảm 23-35 thêm nước, 37-45 o.1=0.2% thêm nước 70-80 chất Nước ngầm nhiều Cát mịn PP tĩnh Cát trung-to Cuội sỏi 0.2 chất phụ không gia khác thích hợp Đối với cố giảm ma sát hông: độ nhớt giảm làm cho lớp áo sét trở nên nhão nhớt dẫn đến giảm ma sát dính cọc-đất, cần có biện pháp tăng độ nhớt dung dịch nêu Đối với cố giảm đín bám cột thép bêtông: dộ nhớt tăng làm vữa bentonite dính bám vào cột thép, cần có biện pháp làm giảm độ nhớt dung dịch thêm nước vào dung dịch 4.7 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI ĐẤT THƯỜNG GÂY RA SỰ CỐ CHO CỌC KHOAN NHỒI VÀ BIỆN PHÁP SỬ LÝ 4.7.1Tính hấp thụ keo đất Hấp phụ biểu rõ rệt khả đặc biệt hạt sét Sự hấp phụ chia làm loại sau: 4.7.1.1 Hấp phụ học Là khả giữ lại hạt lơ lững nước (dd bentonite) thấm qua đất Loại hấp phụ đặc trưng cho đất cát, phụ thuộc vào độ rỗng, tỷ lệ cấp phối hạt cấu trúc đất thể khả giữ lại hạt hoà lẫn dung dịch dung dịch thấm qua 4.7.1.2 Hấp phụ lý học Hấp phụ lý hoch hay khả hút lý học đất, đặc trưng khả hút vật chất xung quanh bề mặt tự mặt tiếp xúc hạt dung dịch bentonite hình thành màng hấp phụ tạo sức căng bè mặt ảnh hưởng đáng kể dến độ ổn định đất vách hố khoan 4.7.1.3 Hấp phụ hoá học Là khả giữ lại bè mặt hạt đất chất hoà tan dạng kết tủa không tan tan phản ứng hoá học xảy dung dịch đất tạo muối tan môi trường axit từ chất ban đầu : Ca 2+ , SO 2− , Fe 3+ , PO 3− Các phản ứng hoá học sau : Na SO + CaCl → CaSO + NaCl Al 3+ + PO43− → AlPO4 Fe 3+ + PO43− → FePO4 3Ca 2+ + PO43− → Ca ( PO4 ) 4.7.1.4 Hấp phụ lý hoá học (hấp phụ trao đổi) Tính chất thể qua phản ứng lý-hoá học gữi keo đất ion dung dịch dất Đất trao đổi cation bị hút đế bề mặt hạt nhỏ từ trước (như Ca 2+ , Mg 2+ , Na + ,v.v…) lấy cation dung dịch xếp với sở tương quan đương lượng dẫn đến thay đổi rõ rệt tính chất lý đất tuỳ thuộc vào thành phần vật chất có dung dịch đất PH càn lớn hấp phụ mạnh 4.7.1.5 Hấp phụ sinh học Là hấp phụ làm cho đất (thổ nhưỡng)giàu chất tích luỹ trình hoạt động sống vi sinh vật Nó yếu tố quan tro ngj trình tạo tahnhf thổ nhưỡng có ảnh hưởng lớn đến tính chất đất Tóm lại: Các loại hấp phụ không xảy riêng lẻ loại , mà chúng xảy lúc.Độ PH lớn độ hấp phụ mạnh Trong đất cát chủ yếu xảy hấp phụ học lý học.Trong đất sét mềm hấp phụ lý học lý hoá học chủ yếu, tạo thành lớp áo sét tương đối mỏng,còn đất sét cứng chủ yếu trình trao đổi ion chổ tiếp giáp gữi vữa bentonite đất vách, tạo thành lớp màng áo sét mỏng 4.7.2 Các đặc điểm loại đất sét yếu thường gây cố cho cọc khoan nhồi giải pháp sử lý Đặc dểm địa chát vùng đồng nước ta đặc biệt đồng sông Cửu Long xuất lớp đất yếu dạng bùn sét với chiều dày từ 15 đến 30m, hoạt động thi công đào hố khoan hạ cọc khoan nhồi đèu phải xuyên qua đất nêu trên.Nếu đất đào tồn cation có khả hấp phụ trao đổi cation yếu (tức cation có hoá trị nhỏ, nồng độ thấp độ PH thấp bán kính hyđra hoá lớn) khả lắng động bùn đất xuống đáy hồ khoan cao Nếu đất đáo có nhiều chất CaCl2 , Na2CO3 khả động tụ bentonite mạnh xuống đáy hồ khoantheo phản ứng sau H+ Hạt sét Al 3+ + Na CO3 + H O Na + hạt sét Na + +Al(OH)3 +2CO2 Na + Na + Nếu đất có nhiều khoáng sét Kaolinite làm tăng khoáng dung dịch bentonite dẫn đến đông tụ nhiều bentonite xuống đáy lỗ khoan.Trường hợp đất có nhiều khoáng sét Montmorillonite làm tính dung dịch thay đổi độ nhớt tăng cao bè dày bentonite bám quanh cốt thép (nhất thép gân) lớn Ñ Các giải pháp sử lý cố: • Giải pháp để khắc phục tượng lắng động bùn đất khả hấp phụ trao đổi cation yếu, thêm vào dung dịch khoan hoá chất có cation hoá trị cao nồng cao tăng độ PH, vv… • Giải pháp để khắc phục tượng đông tụ bentonite đất có nhiều CaCl2 NaCO3 thêm vào dung dịch khoan hoá chất để trung hoà chất • Giải pháp để khắc phục tượng đông tụ bentonite đất có nhiều khoáng sét kaolinite, sau thời khoan thay dung dịch bentonite • Giải pháp để khắc phục tượng bentonite bám quanh cốt thép dày đất có nhiều khoáng sét Montmorillonite (độ nhớt tăng), thêm nước vào dung dịch bentonite để giảm độ nhớt 4.7.3 Nghiên cứu đặc điểm loại đất cát thường xảy cố cho cọc khoan nhồi giải pháp sử lý Lấy ví dụ xét phân bố tầng địa chất vùng đồng Sông Cửu Long thường nhận thấy tầng đất cát có mặt hầu hết vùng, nằm bên tầng đất yếu xen lẫn với tầng đất sét, xuất trạng thái từ chặt đến xốp rời, với tên gọi hình thành hạt cát to đến cát bụi 4.7.3.1 Đặc điểm loại đất cát thường gây cố cho cọc khoan nhồi - Đặc điểm chung loại đất cát là: thành phần dạng hạt cấp phối, hạt rời rạc không liên quan với nhau, độ rỗng tương đối lớn thường tầng cát có chứa nước ngầm đến nước áp lực - Do thành vách đào tầng cát thường sạt lở (không ổn định ) tầng cát có nước ngầm có áp, sẻ xuất hiện tượng cát chảy - Đối với tầng cát rời xốp dễ gây cố cho cọc khoan nhồi như: thành vách hố khoan bị sạt lở thân cọc bị phình có dạng rễ Ảnh hưởng tượng cát chảy Do dòng bùn cát chảy vào hố khoan tác dụng lực thuỷ dộng đặc biệt nước có áp làm vách hố khoan bị sạt lở rộng làm sập tầng đất khác bên trên.Để có đề giải pháp sử lý thích hợp ta cần điểm qua quy luật, điều kiện phát sinh tượng cát chảy Điều kiện phát sinh tượng cát chảy Hiện tượng cát chảy xảy : đất đất cát, cát pha bụi (lực kết dính nhỏ) lỗ rỗng chứa đầy nước nước có áp Nguyên nhân cát chảy áp lực thuỷ động dòng nước ngầm truyền vào hạt đất khoan lỗ Do tính tính thấm nước yếu cát chảy nên áp lực thuỷ động gây áp lực thấm vào hạt cát làm cho hạt cát di chuyển theo hướng giảm gradien thấm.I>V>Popov xác định rằng: Trị số Gradien thấm làm cho cát chuyển sang trạng thái chảy, tính theo công thức: Igh=( γ − 1)(1 − n) ) Trong đó: Y0: trọng lượng hạt đất n: Độ rỗng đất Khi áp lực thuỷ động hay vựot dung trọng đẩy hạt đát, làm cho đất chuyển sang trạng thái lơ lững di chuyên Ο = I dn γ n = γ dn ; I dn = γ dn / γ Trong : Ο : Áp lực thuỷ động Ydn : dung trọng đẩy Yn : tỷ trọng nước Khi yn = Idn= ydn , Idn lớn Igh cát chảy bắt đầu xảy Đất cát chuyển sang trạng thái chảy liên kết kiến trúc.Các hạt chuyển sang trạng thái lơ lững 4.7.3.2 Các giải pháp xủ lý cố Trường hợp tầng đất cát có tượng cát chảy nên sử dụng ống vách để giữ ổn định thành vách lỗ khoan Trường hợp tầng đất cát có mạch nước ngầm có áp sử dụng dung dịch bentonite để giữ ổn định thành vách lỗ khoan, với lý sau (1)Dung trọng dung dịch bentonite > 1g/cm3 tạo áp lực lớn áp lực mực nước ngầm nên giảm tác nhân gây sập vách lỗ khoan (2) Dưới áp lực dung dịch bentonite thâm nhập vào thành vách cát hố lỗ khoan tạo thành lớp áo sét, xảy trình hấp phụ lý đất cát bentonite Các hạt cát rời rạc lớp áo sét liên kết lại với tác nhân ximăng hoá – keo bentonite Lớp áo sét có độ bền (lực dinh c`) tăng từ 2-3 lần lớp đất cát ban đầu, làm tăng tính ổn định thành vách lỗ khoan Các đặc điểm nước đất ảnh hưởng đến ổn định thành vách hỗ khoan cọc khoan nhồi giải pháp sử lý : Nước ngầm dạng nước tự có tỷ trọng 1g/cm3 Việc xác định tính chất vật lý ,thành phần hoá học động thái nước có quan hệ đến tính phù hợp việc lựa chọn giải pháp giữ ổn định thành vách hố khoan đánh giá khả ăn mòn hoá học nước bêtông cốt thép Tuỳ theo điều kiện nằm tầng nước đất chia động thái nước đất làm loại sau(nước thượng tầng nước ngầm) Nước thượng tầng: nằm tầng đất xốp rời tầng vỏ trái đất lượng nước thượng tầng nước mưa, nước ngưng tụ hay lũ lụt giữ lại tíh luỹ bề mặt lớp đất đá cách nước thấm nước yếu, bề dày tầng nước từ 1-2m với diện phân bố hạn chế mang tính tức thời Do vậy, khoan đất khu vực có nước thượng tầng, nước chảy vào hố khoan nước nhiểm bẩn nước sinh hoạt nước thải công nghiệp, gây ăn mòn, cốt thép betong cọc sau -Nước ngầm: nước nằm tầng nước thượng tầng, kết thúc tầng tầng đất đá không thấm nước Nghiên cứu giải pháp xử lý cố • Theo phân tích trên, độ pH để xúc tiến phản ứng trao đổi xảy thường lớn vậy, độ pH đất vách hay nước ngầm hố khoan thấp pH vữa bentonite trước đưa xuốg hó khoan cao(thường pH>0), sau cho pH vữa khoan trình khoan (đã bị trung hoà với pH đất vách) lớn • Nếu nước ngầm có tính ăn mòn betong cốt thép (có chứa acide cleride, acide sulfate độ pH thấp ) nước ngầm chui vào bêtong gây trương nở nhanh chóng cêmnt, từ gây nứt cục hay nứt lên tục betong.Do cần phải thiết kế lớp betong bảo vệ bọc lớp betong chịu lực, thường lớp dày khoảng 10cm Macs betong chịu lực thường tăng lên cấp Như vậy, cọc có đường kính 100cm, mác 300, có xét đến tính ăn mòn đườn kính cọc yêu cầu 120cm, mác 400 • Trường hợp hố khoan qua tầng đất có chức thượng tầng có áp cao giải pháp tốt dùng ống vách để gữi vách lỗ khoan, đảm bảo vữa khoan không bị nhiễm bẩn không giảm tính Còn nước ngầm không áp dùng dung dịch bentonite đẻ gữi ổn định thành vách lỗ khoan cần phải chọn tính dung dịch bentonite cho phù hợp với tính chất lý hoá nước ngầm nêu 4.8 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN Loại cọc khoan nhồi, ưu điểm nêu chương 1, tồn số nhược điểm thể qua cố trình bày trên.Các cố phức tạp khó khắc phục sữa chữa, dẫn tới chi phí cao, không sữa mà phải thay cọc Do đó, cách tốt nên dự phòng cố xảy hiểu rõ nguyên nhân biện pháp phòng ngừa Có thể nhận xét rằng: thi công cọc khoan nhồi thường gặp nhiều cố có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến nó, mà kinh nghiệm thiết kế thi công nước ta chưa nhiều chưa quan tâm mức đến ảnh hưởng yếu tố đó, thường gặp phải cố Các yếu tố là: điều kiện địa chất thuỷ văn công trình (đất yếu, cát, sét, nước đất, vv…Trong khảo sát xét tính chất cơ, lý mà chưa quan tâm đến tính chất hoá đất, hoá nước, tượng cát chảy đất sụp vv…), dung dịch bentonite(chưa xét mối tương tác thật đầy đủ môi trường đất nên ), vv…