Bài viết đưa ra một số sự cố thường gặp và giải pháp khắc phục nhằm nâng cao chất lượng của công trình khi sử dụng phương án cọc ly tâm ứng suất trước.
NGHIÊN CỨU CÁC SỰ CỐ THƯỜNG GẶP VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC KHI THI CÔNG CỌC LY TÂM ỨNG SUẤT TRƯỚC Trần Thị Phương Lan Khoa Xây Dựng Email: lanttp@dhhp.edu.vn Ngày nhận bài: 19/3/2019 Ngày PB đánh giá: 19/4/2019 Ngày duyệt đăng: 29/4/2019 TĨM TẮT: Cọc bê tơng ly tâm ứng suất trước cọc chế tạo với bê tông mác cao từ 60Mpa đến 85 Mpa nhà máy, với dây chuyền công nghệ cao Mặc dù thiết kế, tính tốn cơng tác chuẩn bị thi công kỹ lưỡng, cố thi công xảy nguyên nhân chủ quan khách quan Trên sở thực tế thi công, báo đưa số cố thường gặp giải pháp khắc phục nhằm nâng cao chất lượng cơng trình sử dụng phương án cọc ly tâm ứng suất trước Từ khóa: Cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước, nứt dọc, gãy ngang thân, chối giả, mặt bích, sức chịu tải, nghiêng lệch, phá hoại A STUDY ON THE FREQUENTLY-PROBLEMED PROBLEMS AND SOLUTIONS TO REMOVE WHEN APPLICATION OF PRIORITY REPARATIONS ABSTRACT: The prestressed centrifugal concrete pile is a pile made of high grade concrete from 60Mpa to 85 Mpa in a factory, with a high technology line Although designed, calculated and carefully prepared, the construction problems can still occur due to subjective and objective reasons Based on the actual construction, the article presents some common problems and solutions to improve the quality of the project when using prestressed centrifugal pile plan Keywords: Pre-stressed centrifugal concrete pipe piles, longitudinal cracks, horizontal fractures, rejection of false, flanges, load-bearing capacity, tilting deviation, sabotage ĐẶT VẤN ĐỀ Với điều kiện thực tế xây dựng đại đa số cơng trình sử dụng phương án cọc bê tông cho xử lý đất cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước Bằng ứng dụng công nghệ đại vào thi công cọc bê tông ly tâm ứng suất trước 68 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG đạt hiệu cao cọc bê tông thông thường với ưu điểm vượt trội Ưu điểm: - Cọc sản xuất nhà máy quy trình khép kín nên chất lượng cọc ổn định, dễ kiểm sốt thi cơng đảm bảo chất lượng - Do bê tông ứng suất trước nên cọc bê tông ly tâm ứng suất trước khơng bị biến dạng, bị nứt q trình vận chuyển, lắp dựng sử dụng - Do bê tông ứng suất trước, kết hợp với quay ly tâm làm cho bê tông cọc đặc chịu tải trọng cao, không nứt, tăng khả chống thấm, chống ăn mòn cốt thép, ăn mòn sulphate giai đoạn khai thác cơng trình - Do sử dụng bê tông thép cường độ cao nên giảm tiết diện bê tông cốt thép dẫn đến trọng lượng cọc giảm thuận lợi cho việc vận chuyển, thi công lên hiệu kinh tế cao cọc thông thường - Cọc có chiều dài lớn cọc bê tơng cốt thép thường nên có mối nối - Sức chịu tải theo đất tăng do: Với tiết diện cọc tròn có diện tích ma sát nhiều cọc vng tăng khả chịu tải - Do cọc có hình dạng tròn nên cọc có khả chịu tải - Theo Terzaghi tính tốn sức kháng mũi cọc Sức kháng mũi cọc tròn tăng so với cọc vng tăng hệ số từ 0,4 lên 0,6 - Việc sử dụng bê tơng cường độ cao làm giảm kích thước ngang cấu kiện, giảm trọng lượng cấu kiện, làm tăng hiệu kinh tế, kỹ thuật - Có độ cứng lớn có độ võng biến dạng bé Nhược điểm: - Khả chịu cắt cọc tương đối - Khả chịu tải trọng đập - Cọc nên ứng dụng địa điểm có điều kiện địa chất tương đối ổn định mềm đóng ép trực tiếp được, vùng có lớp đá phong hóa cát chặt phải dùng biện pháp khoan dẫn - Kinh phí đầu tư nhà máy lớn Tuy nhiên thực tế thi công cọc ống BTCT ƯST diễn nước ta gặp phải số bất ổn, nhiều nguyên nhân từ phía đơn vị tư vấn khảo sát, tư vấn thiết kế, nhà thầu lực tay nghề tổ thợ… làm cho kết cấu cơng trình làm việc khơng mong muốn người thiết kế, tình trạng cọc bị gãy, nứt dọc, vỡ đầu, nghiêng lệch mặt bằng, liên kết không tốt với kết cấu bên trên, cọc ép đến độ sâu thiết kế mà áp lực chưa đạt, cọc chưa ép đến độ sâu thiết kế mà áp lực đạt… Bài báo đề cập chi tiết đến vấn đề trên, sâu vào phân tích nguyên nhân, từ đề xuất giải pháp nhằm khắc phục cố xảy q trình thi công NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Các cố thường gặp thi công cọc ly tâm ứng suất trước 2.1.1 Cọc bị nứt dọc theo thân Trong q trình ép cọc, thấy có tượng cọc bị nứt dọc theo thân cọc, khe nứt rộng lực ép tăng dần, nước bên trào theo khe nứt búa nện vào đầu cọc TẠP CHÍ KHOA HỌC, Số 34, tháng 05 năm 2019 69 Hình1: Vết nứt dọc (nhìn bên ngồi bên lòng cọc) (Nguồn: Cơng trình xây dựng 654656 Huỳnh Tấn Phát-TP HCM) 2.1.2 Cọc bị vỡ đầu trình ép cọc Hiện tượng thường gặp phổ biến, sau cọc ép sâu vào nền, mức độ vỡ từ nhẹ (chỉ bị vỡ phần bê tơng đầu cọc) đến nặng (tồn đầu cọc vỡ nát, chí bung vòng thép đầu cọc) Hình 3: Cọc bị gẫy ngang thân ép (Nguồn: Khu nhà - văn phòng - dịch vụ Goldmark City) 2.1.4 Cọc gặp vật cản - Đang ép cọc xuống bình thường, chưa đạt độ sâu thiết kế nhiên xuống chậm hẳn lại không xuống - Cọc bị dịch chuyển hành trình ép Hình :Cọc bị vỡ đầu sau đóng ép (Nguồn: Cơng trình xây dựng 654656 Huỳnh Tấn Phát-TP HCM) - Ép cọc vào tầng đá nghiêng, mũi cọc bị chạy nghiêng Có thể gãy cọc cọc bị nghiêng chệch gãy 2.1.5 Hiện tượng chối giả 2.1.3 Cọc bị nghiêng lệch mức cho phép q trình đóng cọc Cọc chưa đạt tới độ sâu thiết kế (thường cao) mà lực ép cọc đạt lực ép thiết kế chí vượt lực thiết kế Trường hợp thường xảy cọc tổ hợp từ nhiều phân đoạn q trình đóng, giai đoạn cuối q trình đóng cọc lệch nhiều, tọa độ đầu cọc mặt độ nghiêng trục cọc làm cọc gẫy ngang thân hình vẽ Sự cố thường xảy với vùng địa chất mà mũi cọc chống vào lớp cát chặt chặt vừa có số SPT thường từ 24 búa chở lên độ sâu lớn ≥ 30, lớp phía đất yếu, sau thi công cọc xong xây dựng cơng trình lên quan trắc thấy lún 70 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG 2.1.6 Cọc bị phá hoại vượt khả chịu tải Cọc chịu mômen lớn gây nên tượng gẫy cọc chịu lực dọc lớn gây nên lún cơng trình giai đoạn sử dụng Sự cố thường xảy với vùng địa chất sét cứng với mật độ ép cọc dày tải trọng đóng ép cao đóng ép xong cọc kiểm tra thấy bình thường, sau đóng ép lượng cọc lớn khác xuống cọc thấy bị nứt gãy thân cọc phần mối nối thân cọc 2.2 Nguyên nhân giải pháp khắc phục 2.2.1 Cọc bị nứt dọc theo thân - Nguyên nhân: Hiện tượng thường gặp cọc có mũi hở, thân cọc chìm nước q trình thi cơng nước rò rỉ vào lòng cọc mối nối khơng đủ kín Trường hợp cho thấy cốt đai xoắn cấu tạo cọc không đủ khả chịu tác động ngàm kẹp Robot lực kẹp cọc cao trình sản xuất ván khn cọc khơng kín khít lên quay ly tâm cọc bị nước xi măng tạo thành khe rỗng không chịu lực lên ép bị phá hoại - Giải pháp: + Trong trình sản xuất phải kiểm tra độ hở ván khuôn hở phải dùng đệm thêm vào ván khn cho kín tránh cho cọc bị nước xi măng + Điều chỉnh lực kẹp cọc cho phù hợp với loại cọc (trên Robots ép cọc đền có van điều chỉnh lưu lượng dầu van điều chỉnh áp lực dầu cho phận máy) thử thử lại vài lần thấy tiến hành ép cọc + Theo 22TCN 289-02 – điều 7.6.9 có nêu “Để giảm áp lực thủy động bên cọc ống,cần hút nước khỏi lòng cọc bơm sâu phương pháp khác Cho phép sử dụng phương pháp giảm áp lực thủy động cách truyền khí nén vào phần cột nước lòng cọc ống, có áp lực 0,6 đến 0,8MPa Tuy nhiên, thực biện pháp khó khăn đóng cọc Tác giả kiến nghị giải pháp sau: Thay mũi cọc hở mũi cọc kín để nước khơng thể vào lòng cọc q trình đóng cọc (giải pháp phải can thiệp vào thiết kế, cần tính tốn kiểm tra lại chiều dài cọc thiết kế sức chịu tải cọc theo đất nền), đồng thời kiểm tra độ kín nước mối nối cọc Trong trường hợp sử dụng mũi cọc hở, theo kinh nghiệm nên bố trí lỗ thân cọc với đường kính tối thiểu 30mm để giảm áp lực thủy dộng lòng cọc đồng thời bố trí máy bơm hút nước lòng cọc đóng hạ cọc Bên cạnh lưu ý biện pháp thi cơng chất lượng vật liệu chế tạo cọc thành phần bê tơng, đường kính sợi thép căng, số lượng sợi thép căng, lực căng, v.v, quy trình dưỡng hộ cọc cần phải quan tâm kiểm soát Sau dựng cọc xuống (nhưng chưa đóng) tiến hành lấp đầy lòng cọc (bằng vật liệu thích hợp) để không cho nước chiếm chỗ Giải pháp phù hợp với điều 7.4.8 7.4.9 22TCN 289-02 [4] TẠP CHÍ KHOA HỌC, Số 34, tháng 05 năm 2019 71 Tăng khả chịu lực cốt đai (tăng đường kính cốt đai tăng dày bước đai,…) trường hợp vòng thép bị tách khỏi phần be tơng q trình thi cơng khai thác 2.2.2 Cọc bị vỡ đầu trình ép cọc - Nguyên nhân: Vỡ đầu cọc đóng tượng phổ biến cọc ống BTCT ƯST mà tất loại cọc BTCT, nhiên qua phân tích từ thực tế cấu tạo cọc giải pháp thi công hạ cọc, nhận thấy cọc ống BTCT ƯST có số đặc điểm riêng nên dễ bị vỡ đầu hơn, bê tơng cốt thép chúng có cường độ cao so với cọc BTCT thông thường nhiều: + Bề dày khơng lớn so với đường kính ngồi, đường kính ngồi cọc lớn kết cấu cọc thuộc loại mỏng (tham khảo bảng 1) Đường kính ngồi lớn ma sát hơng sức kháng mũi lớn, dẫn đến sức chịu tải cọc theo đất lớn + Do trình ép cọc dùng cọc dẫn ép dẫn cọc xuống đất người vận hành cẩu thả không chỉnh hai mặt đầu cọc dẫn cọc ép tiếp xúc hết vào làm cho cọc chịu lực không gây vỡ đầu cọc + Đầu cọc khơng có cấu tạo đặc biệt để chịu ứng suất phát sinh lực ép bị lệch tâm ngồi vòng thép quanh miệng cọc Tuy nhiên vòng thép có chiều cao (theo phương trục cọc) không lớn (khoảng 150-200mm) so với phạm vi ảnh hưởng lực xung kích nên hiệu khơng cao Mặt khác thiếu chi tiết neo để liên kết vòng thép vào phần bê tơng cọc nên nhiều 72 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHỊNG Hình 4: Vòng thép đầu cọc chưa có chi tiết liên kết vào bê tơng đầu cọc (Nguồn: Cơng trình xây dựng 654-656 Huỳnh Tấn Phát-TP HCM) + Cấu tạo mũi cọc điển hình nhà sản xuất cọc ống chưa thật hợp lý làm loại mũi (hình 2.4), khơng thấy khuyến cáo nên dùng cho trường hợp nào, dễ dẫn đến việc đơn vị thiết kế nghĩ mũi cọc thích hợp cho trường hợp địa chất Theo TCXD 205:1998 “Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế” – điều 3.3.3 loại mũi nên dùng đất sét đồng Thực tế cho thấy mũi cọc loại làm cho việc ép cọc khó khăn mũi loại nhọn nhiều đầu cọc dễ bị lệch khỏi phương hạ cọc (đây nguyên nhân dễ dẫn đến lệch cọc sau đóng đến độ sâu thiết kế), cọc khó xuống độ chối nhỏ, lực ép lớn dễ gây vỡ đầu cọc Hình 5: Chi tiết mũi cọc loại nhà sản xuất thực tế chế tạo (Nguồn: Cọc bê tơng ly tâm Phan Vũ)[5] Hình 6: Mũi cọc ống loại nhọn (Nguồn: Cọc bê tông ly tâm Phan Vũ)[5] - Giải pháp: Ta cần thực việc sau: 2.2.3 Cọc bị nghiêng lệch mức cho phép q trình đóng cọc + Chỉ nên dùng lực ép vừa đủ khoảng 70% theo sức chịu tải vật liệu cọc để hạ cọc, không lựa chọn cọc có đường kính nhỏ mà ép sâu dẫn đến độ mảnh lớn (đường kính cọc lớn độ mảnh thành cọc lớn) - Nguyên nhân: Những nguyên nhân chủ quan gây nghiêng lệch cọc đúc cọc mũi cọc bị lệch, trục cọc bị cong, mặt phẳng đầu cọc khơng vng góc trục cọc,… gặp phổ biến cọc đúc công trường gặp cọc ống BTCT ƯST đúc nhà máy điều kiện chuẩn Trừ việc đóng cọc mái đất nghiêng nguyên nhân khách quan gây nghiêng lệch loại cọc (không thể khắc phục) thực tế cọc ống BTCT ƯST bị nghiêng lệch chủ yếu dùng mũi cọc loại công tác nối cọc thực không chuẩn (nối cọc giá búa dễ gây lệch trục nối mặt bằng), phân đoạn cọc ngắn cọc có nhiều mối nối, khả lệch khỏi trục cọc nhiều + Khi dùng cọc dẫn để ép cọc xuống âm mặt đất phải chỉnh cho mặt cọc dẫn mặt cọc ép phải khít tiếp xúc hết vào tránh ép lệch cọc + Cấu tạo lại đầu cọc cho hợp lý việc chịu tải xung lực, đảm bảo bê tơng thép (thép cốt, thép hình) thành khối thống nhất, khó bị tách rời (như thêm râu thép neo vành thép vào bê tông) + Sử dụng đệm đầu cọc thích hợp (khơng q cứng không mềm) + Cấu tạo mũi cọc loại nhọn thay cho loại - Giải pháp: + Khi chọn cấu tạo mũi cọc khơng lý đặc biệt nên dùng mũi cọc loại nhọn, mặt kỹ thuật nhọn TẠP CHÍ KHOA HỌC, Số 34, tháng 05 năm 2019 73 tốt (tuy nhiên chi phí lớn) + Chiều dài đoạn cọc chọn lớn tốt Điều giúp rút ngắn thời gian hạ cọc, tăng độ tin cậy khả chịu lực theo vật liệu cọc + Khi cọc bị xiên, hàn nối đoạn đệm thêm mặt bích để giảm độ xiên phải ép xiên theo đoạn trước không cố lắn cho cọc thẳng ép làm cọc bị gẫy ngang thân 2.2.4 Cọc gặp vật cản - Nguyên Nhân: Có thể cọc gặp vật cản đá mồ cơi, hay lớp đá mỏng, vật cản khác q trình san lấp mặt khơng loại bỏ - Giải pháp: - Giải pháp: Ngừng ép, nhổ cọc lên phá vật cản cách ép cọc dẫn ống thép đầu nhọn, khoan dẫn nổ mìn để vật cản Sau tiếp tục ép cọc tới đạt u cầu Thực tế có nhiều cách để kiểm tra cọc đạt yêu cầu mà đề nghị dừng ép, ép cố vỡ cọc, tim, tốn cọc bù, tốn thời gian chờ 2.2.5 Hiện tượng chối giả - Nguyên Nhân: + Do ép cọc nhanh, đất xung quanh cọc bị lèn ép chặt gây nên ma sát lớn cọc đất 74 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG + Hoặc địa chất cơng trình có xen lẫn lớp cát chặt, lớp sét Laterit… Nói chung sức kháng mũi lớn + Do mũi cọc chớm chạm vào lớp cát chưa ngàm vào lớp cát chặt, trình cọc khác làm đất bị chiếm thể tích khơng kịp nước lỗ rỗng đẩy cọc chồi - Giải pháp: + Tạm ngừng ép ngày để đất xung quanh cọc nở lại tiếp tục ép + Trong thực tế có tượng bó đất, đất sau bị xáo động quanh thân giãn nở lại gần trạng thái cũ, thời gian chờ lâu chờ tốt Trường hợp lớp cứng cát, lực ép cao nghỉ chừng 30 – 60 phút sau ép tiếp + Khi ép cọc đến lực ép quy định trước đạt chiều sâu thiết kế phải ép làm lại lần lần giữ tải lực quy định khoảng phút để mũi cọc ngàm sâu vào lớp đất cứng Hiện máy Robot ép cọc đơn vị thi công thường không giữ tải máy thiết kế khơng có hệ thống ngắt van cấp dầu thủy lực để giữ tải người thợ vận hành không rõ nguyên lý hoạt động bơm cung cấp dầu áp lực Với kinh nghiệm tác giả đưa biện pháp khắc phục nhược điểm ép cọc đến lực ép cần thiết điều chỉnh van áp lực cấp cho áp lực vừa đủ với lực cần ép, ép cọc đến lực ép máy khơng thể lên áp lực thêm dừng lại nên giữ lực theo thời gian cần thiết [1] hiện có loại phân theo khả chịu lực nén dọc trục lực chịu uốn cọc) [2] + Lựa chọn thợ hàn có tay nghề cao loại cọc thiết kế mối hàn có mã nối thêm bên ngồi hình [2] Hình 7: Hình ảnh van điều chỉnh áp lực ép cọc máy Robot ép cọc (Nguồn: Cọc bê tông ly tâm Phan Vũ)[5] 2.2.6 Cọc bị phá hoại vượt khả chịu tải Hình 8: Hàn nối cọc có táp - Nguyên nhân: + Do cọc đóng ép với tải trọng lớn sâu, mật độ cọc dày nên đóng cọc xuống làm đất xơ nén cọc đóng trước làm gãy thân cọc bung mối hàn đứt thép, điểm đứt thường tiếp giáp với bích cọc + Do lựa trọn chủng loại cọc chưa đủ cứng để kháng dồn đất + Do tay nghề công nhân hàn cọc chưa tốt cẩu thả công tác hàn nối cọc Hình 9: Hàn nối cọc khơng có táp (Nguồn: Cơng trình xây dựng triền tàu Nhà máy X46/QCHQ[2]) KẾT LUẬN + Không tập trung máy ép cọc nhiều ép cọc nhanh phần vùng ép cọc làm dồn đất dẫn đến xô gãy cọc, tập trung nhiều máy ép làm khu vực chịu thêm nhiều tải trọng tự nén đất xuống tạo áp lực dồn đất sang vùng đất ép cọc, đất bị phá vỡ chảy dẻo [2] Cọc ống BTCT ƯST ngày sử dụng rộng rãi nhiều loại cơng trình Việc hiểu rõ nguyên nhân gây nên cố liên quan đến cấu kiện cọc, đặc biệt giai đoạn thi cơng giúp phòng tránh cách hiệu tượng Các biện pháp phòng tránh mà tác giả đề xuất số nhiều giải pháp hợp lý áp dụng, xuất phát từ nghiên cứu lý thuyết từ thực tiễn thi công, kết hợp hai + Lựa chọn chủng loại cọc đủ cứng để kháng lại lực dồn đất gây (Cọc ly tâm Qua nghiên cứu lý thuyết thực tế sản xuất thi công cọc bê tông ly tâm ứng - Giải pháp: TẠP CHÍ KHOA HỌC, Số 34, tháng 05 năm 2019 75 suất tác giả báo đưa vấn đề sau: - Nêu lên tượng xuất xảy cố thường gặp thực tế sản xuất thi công cọc bê tông ly tâm ứng suất trước - Phân tích nguyên nhân cố - Đề xuất giải pháp khắc phục phòng ngừa cố thực tế thi công TÀI LIỆU THAM KHẢO Khúc Văn Ngân (2015), Nghiên cứu giải pháp thi công cho cọc ống ly tâm ứng suất trước Robots ép cọc, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Liên danh Cienco1, Trung Chính, Hồng Hà, Dự án đầu tư xây dựng hạ tầng kỹ thuật khu đô thị bắc sơng Cấm, Thành phố Hải Phòng TCXD 205:1998 – Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế, Việt Nam 22TCN 289-02 – Qui trình kỹ thuật thi cơng nghiệm thu cơng trình bến cảng, Việt Nam Thông số kỹ thuật sản phẩm Công ty CP Đầu tư Phan Vũ, Việt Nam (2009) 76 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG ... trên, sâu vào phân tích nguyên nhân, từ đề xuất giải pháp nhằm khắc phục cố xảy q trình thi công NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Các cố thường gặp thi công cọc ly tâm ứng suất trước 2.1.1 Cọc bị nứt... lên tượng xuất xảy cố thường gặp thực tế sản xuất thi công cọc bê tông ly tâm ứng suất trước - Phân tích nguyên nhân cố - Đề xuất giải pháp khắc phục phòng ngừa cố thực tế thi công TÀI LIỆU THAM... kháng lại lực dồn đất gây (Cọc ly tâm Qua nghiên cứu lý thuyết thực tế sản xuất thi công cọc bê tông ly tâm ứng - Giải pháp: TẠP CHÍ KHOA HỌC, Số 34, tháng 05 năm 2019 75 suất tác giả báo đưa vấn