Ứng dụng công nghệ phụt vữa thành trong việc gia tăng sức chịu tải cọc khoan nhồi

Đề tài nghiên cứu thêm sự thay đối tính chất cơ lý của đất sau phụt vữa, sử dụng các kết quả thí nghiệm tải cọc khoan nhồi bằng hộp Ocell có được tại khu vực Tp. Hồ Chí Minh kết hợp với phần mềm Plaxis để so sánh, đánh giá sự cải thiện sức kháng hông đơn vị của cọc có phụt vữa, đồng thời đưa ra các hệ số cải thiện thực tế cho vài loại đất.

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA THÀNH TRONG VIỆC GIA TĂNG SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI PGS TS Võ Phán, KS Hà Vĩnh Phúc Trường Đại học Bách Khoa –TP HCM TÓM TẮT Việc gia tăng sức chịu tải thành bên cọc thông qua công tác phun vữa áp lực cao vào vùng đất xung quanh cọc làm thay đổi tiêu lý cách đáng kể Tuy nhiên, việc nghiên cứu tính chất đất sau phun vữa nhiều hạn chế dẫn đến việc tính tốn mơ cịn thiếu tính xác Đề tài nghiên cứu thêm thay đối tính chất lý đất sau vữa, sử dụng kết thí nghiệm tải cọc khoan nhồi hộp Ocell có khu vực Tp Hồ Chí Minh kết hợp với phần mềm Plaxis để so sánh, đánh giá cải thiện sức kháng hông đơn vị cọc có vữa, đồng thời đưa hệ số cải thiện thực tế cho vài loại đất 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 report researches the changing physical properties of soil after grouting, uses the data from the Ocell load test for bored pile in Ho Chi Minh city and result from Plaxis 2D to evaluate, analyze and compare the enhancement between grouting and nongrouting bored pile to get the enhancement factor for several typical types of soil ĐẶT VẤN ĐỀ Do xu hướng ngày xuất cơng trình cao tầng, cơng trình có tải trọng lớn dẫn đến việc thiết kế móng yêu cầu cọc có sức chịu tải lớn Trong chừng mực đường kính cọc có giới hạn kèm rủi ro cao phát triển cọc có đường kính lớn Các cơng nghệ tăng sức chịu tải đất cọc theo đất ứng dụng, cơng nghệ vữa thành cọc năm gần chứng minh cải thiện đáng kể sức chịu tải theo đất cọc dẫn đến giảm đáng kể số lượng đường kính cọc, đồng thời rút ngắn thời gian thi cơng giảm thiểu chi phí thi cơng móng cách đáng kể Do cần có nghiên cứu cụ thể cọc có vữa thành để ứng dụng rộng rãi thiết kế thi công cọc khoan nhồi cọc barrette tương lai PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Sử dụng cơng thức lý thuyết có sẵn Sử dụng kết thực nghiệm có để đánh giá thay đổi tính chất đất sau vữa 406 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 Sử dụng phương pháp mô phần mềm Plaxis kết hợp kết thí nghiệm thử tải để đánh giá cải thiện sức chịu tải đất sau vữa TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHỤT VỮA Các ống vữa lắp theo chu vi cọc từ cao độ mặt đất đáy vùng vữa Trong vùng vữa, van “Manchettes” gia công ống vữa Một đầu vữa có gắn van chặn bên bên vị trí van “Manchettes” đưa vào ống vữa, lập van “Manchettes” riêng biệt tiến hành bơm vữa cách có kiểm sốt thơng qua van “Manchettes” bề mặt cọc Cấp phối đề xuất sau: • 100 kg xi măng • 50 lít nước • lít phụ gia Sikament Bảng Số lượng ống vữa đường kính cọc Đường kính cọc (mm) 1.000 1.200 1.350 1.800 2.000 2.500 Số lượng ống vữa 4 Khoảng cách lý thuyết (m) 0,79 0,94 0,85 0,94 0,90 0,98 3.1 Quy trình phun vữa áp lực cao 3.1.1 Thông van “Manchettes” Khi ống phun vữa hạ đổ bê tông với cọc nhồi, cần thiết phải làm thông vùng bê tông ống vữa thành cọc trước bê tông đạt cường độ cứng Trong thực tế, công tác thông van “Manchettes” hiệu khoảng 12h sau bê tông đạt cường độ 3.1.2 Công tác vữa Sau khoảng thời gian xác định trước sau công tác thơng van “Manchettes”, cơng tác vữa tiến hành Các nắp tạm mở kiểm tra lại chiều sâu ống vữa Một lượng vữa yêu cầu bơm qua van “Manchettes” đến bề mặt tiếp xúc cọc đất Các packer xả căng di chuyển đến vị trí vữa Lượng vữa yêu cầu bơm khoảng 35 lít/m2 bề mặt cọc Cơng tác vữa dừng mà lượng vữa yêu cầu đạt đạt áp lực tối đa 60 bars 3.2 Hiệu ổn định sau vữa Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy sức chịu tải cọc sau vữa không suy giảm theo thời gian VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 407 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 Hình Quan hệ tải trọng chuyển vị đầu cọc cho cọc có vữa đất sét giai đoạn gia tải ban đầu gia tải lại [4] Hình Quan hệ tải trọng chuyển vị đầu cọc cho cọc có vữa đất cát giai đoạn gia tải ban đầu gia tải lại [4] 3.3 Cơ chế việc gia tăng khả chịu tải cọc có vữa Cơ chế gia tăng sức chịu tải cọc phương pháp vữa tổng quát theo Stocker Troughton & Stocker sau: - Bê tông chu vi cọc bị nứt đẩy vào vùng đất xung quanh tạo thành chế giằng vào đất, lấp đầy khoảng trống vùng đất xung quanh - Việc gia tăng áp lực thành bên việc gia tăng mật độ đất vào vùng đất tương tác xung quanh bị mềm q trình thi cơng - Trong đất dạng hạt, việc xi măng hóa phân tử đất vùng tương tác xảy việc thâm nhập vữa vào lỗ rỗng đất - Việc phun vữa tạo màng cứng xung quanh thành cọc với điểm tập trung khu vực gần lỗ phun vữa, nhiên đường di chuyển vữa vữa đến bề mặt cọc theo đường có sức kháng thấp nhất, theo thẳng lên theo bề mặt cọc lên đến mặt đất - Áp suất việc bơm vữa làm gia tăng ứng suất theo phương ngang sức kháng cắt đất xung quanh thành cọc Bên cạnh đó, việc gia tăng sức kháng cắt đất, mô đun kháng cắt gia tăng theo Dẫn đến có lực tác dụng, biến dạng trượt đất nhỏ Vì vậy, trường hợp cọc đạt đến tải trọng giới hạn, ứng suất cắt dọc thành cọc phun vữa lớn Trong phạm vi bán kính ảnh hưởng, ứng suất cắt cọc có phun vữa lớn nhiều so với cọc thông thường đỗ chỗ, biến dạng trượt lại nhỏ mô đun kháng cắt lớn bán kính Do đó, hệ số ảnh hưởng nhóm cọc giảm lại 408 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHEÄ 2016 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐỔ TẠI CHỖ ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN VỮA THÀNH CỌC 4.1 Phương pháp tính sức chịu tải theo tiêu lý đất Vùng đất sau phun vữa có tính chất tn theo mơ hình MohrColumb Cơng thức tính kháng đơn vị dọc thân cọc áp dụng cơng thức tính sức kháng đơn vị thơng thường (1) Đối với cọc có vữa, cường độ đất vữa tùy thuộc vào tính chất vữa sử dụng (hàm lượng nước/ xi măng, loại xi măng…) tùy thuộc vào yếu tố khác Trong phải kể đến loại đất, độ chặt, thành phần cỡ hạt Đất rỗng, vữa dễ xâm nhập, cải thiện tăng Các thí nghiệm cho thấy, đất sau vữa, lực dính cải thiện đáng kể, nhiên đối góc ma sát khơng thay đổi nhiều Sự cải thiện góc ma sát xuất đất sét pha cát hạt lớn Cần tiến hành thí nghiệm cho loại đất cụ thể để xác định xác lực dính góc ma sát sau vữa C=0,0 kN/m2, φ= 390 Av.R.D = 73% C=172 kN/m2, φ= 400 Av.R.D = 59% Hình Thí nghiệm nén trục cho mẫu đất cát vữa khơng vữa [8] 4.2 Phương pháp tính sức chịu tải theo thực nghiệm 4.2.1 Đối với đất sét Sức kháng hơng tính sau: fi=α x Cu (2) Trong Cu= 5N (N: Chỉ số SPT); Hệ số dính α=0.5, ứng với cọc thơng thường; α=1, ứng với cọc vữa 4.2.2 Đối với đất cát fi= β σ’v (Phương pháp β- Bruland -1973); VIEÄN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM (3) 409 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 β=Ks tan Giá trị hệ số áp lực đất Ks dựa loại đất, lịch sử ứng suất đất phương pháp thi cơng cọc Đối với cọc bình thường, giá trị sức kháng thành vào khoảng 120 KN/m2 Đối với cọc có vữa thành cọc, giá trị sức kháng thành vào khoảng 260 KN/m2 Các kết thực nghiệm khác cho thấy sức kháng hông cọc phun vữa cao gấp đến lần so với cọc không vữa Đặc biệt vùng cát hạt lớn có lẫn sỏi, giá trị sức kháng hơng tăng đáng kể, đạt đến 400 KN/m2 SO SÁNH, PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THỬ TẢI GIỮA CỌC CÓ PHỤT VỮA THÀNH VÀ CỌC BÌNH THƯỜNG TẠI KHU VỰC TP HỒ CHÍ MINH Tại khu vực quận 7, Tp Hồ Chí Minh, nhà thầu Bauer thi cơng CTN-C3 (D2000-84.5m- có vữa thành cọc - Chiều dài đoạn vữa 20.0 từ mũi cọc lên) cọc thí nghiệm CTN-C1 (D2000-80m-khơng vữa) Kết so sánh sức kháng hông trung bình đo cọc vữa CTN-C3 (-77,85 m đến -64,35 m) không vữa CTN-C1 (-77,30 m đến -64,35 m) thể bảng Bảng So sánh sức khánh hơng trung bình đo CTN-C1 CTN-C3 CTN-C1 (Khơng CTN-C3 (Có vữa) vữa) Vùng xét Địa chất Sức Kháng hông đơn vị Sức kháng hông đơn vị TB Sức kháng hông đơn vị Sức kháng hông đơn vị TB 257 KN/m2 Hộp Ocell đến thiết bị đo dạng lớp Thiết bị đo biến dạng lớp đến lớp Cát 204 KN/m2 262 KN/m2 chặt 217 KN/m2 2 147 KN/m Thiết bị đo biến dạng lớp đến lớp 84,7 KN/m 144 KN/m Thiết bị đo biến dạng lớp đến lớp 138 KN/m2 - Giá trị sức hông tối đa gia tăng rõ rệt cọc có phun vữa thành, so sánh cọc độ sâu, loại đất ta nhận thấy giá trị lớn khoảng tăng 47% (~ 1,47 lần) cịn phát triển lớn sức kháng hơng Cọc C1 đạt đến giá trị tối đa cọc C3 tiếp tục tăng lên tiếp tục gia tải 5.1 Mô phần mềm Plaxis so sánh với kết thí nghiệm có Tiến hành mơ cọc C1 khơng vữa so sánh với kết thí nghiệm trường cho độ lún sức chịu tải tương đương, tiếp tục mơ cọc C*3 có đường kính, độ sâu khơng vữa so sánh với kết cọc C3 có vữa ta có kết sau: 410 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 Bảng Tổng hợp ứng suất dọc thân cọc cọc có vữa C3 cọc khơng vữa mơ hình C*3 Cấp tải Giá trị Ứng suất tiếp bên hộp Ocell Ứng suất tiếp bên hộp Ocell tải (Đoạn không vữa cọc C3 (Đoạn vữa cọc C3 không (MN) C*3) vữa C*3) ∼0,5WL  9,88 ∼1WL  22,6 ∼1,5WL  32,16 ∼2WL  41,7 ∼2,5WL  53,34 Max   62,7 Cọc C*3 Cọc C3 % thay đổi -27% 14,30 10,5 30,93 25,6 -17% -15% 43,45 36,8 -11% 54,78 48,8 67,07 62,36 -7% 71,85 73,4 2% Cọc C*3 37,13 72,60 Cọc C3 54,6 106,8 98,46 128,88 169,89 201,22 147,0 186,2 233,1 268,1 % thay đổi 47% 47% 49% 44% 37% 33% Nhận xét: Trong cọc có đoạn vữa đoạn cịn lại khơng vữa sức kháng hơng đơn vị cọc C3 vùng vữa huy động nhanh so với đoạn không vữa giai đoạn đầu việc gia tải, điều làm tăng tính an tồn cho vùng khơng vữa (Sức kháng đơn vị nhỏ cọc thông thường chịu cấp tải), tải tăng dần hiệu đoạn vữa giảm sức kháng hơng đơn vị phần khơng có vữa tăng dần giống cọc bình thường Hình Sự thay đổi sức kháng hơng đoạn có vữa khơng vữa Bảng Tổng hợp độ lún cọc C3 & C*3 trường hợp Độ lún (mm) Cấp tải Tải trọng (KN) Khơng vữa (C*3) Có vữa (C3) % thay đổi ~1WL ~2,5WL Max test 22.600 53.340 62.700 23,05 52 64 16,9 39.4 46 -27% -24% -28% VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 411 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 Độ lún cọc cải thiện đáng kể cọc có vữa 5.2 Kết thí nghiệm cơng trình Springlight City Phân tích huy động sức kháng hông đơn vị cọc TP1- D2000-89m (không vữa TP2-D2200- 93m (Có vữa thành) Hình Sức kháng hông đơn vị dọc thành cọc bên bên hộp Ocell- Ocell – cọc TP1 nén đến tải trọng 66,8 MN Hình Sức kháng hơng đơn vị dọc thành cọc bên bên hộp Ocell- Ocell – cọc TP2 nén đến tải trọng 107,2 MN Nhận thấy cọc TP1, sức kháng hông huy động nhỏ nhiều so với cọc vữa TP2 đến giá trị phá hoại Bảng So sánh sức kháng hông đơn vị đo giá trị nén lớn chu kỳ Vùng xét TP1 Thiết bị đo đến (-14,25 đến -32,58) Thiết bị đo đến (-32,58 đến -57,77) Thiết bị đo đến 11 (-57,77 đến -83 m) 412 TP2 Thiết bị đo đến (-14,25 đến -31,72) Thiết bị đo đến (-31,72 đến -61,24) Thiết bị đo đến 12 (-61,24 đến -82,87) Loại đất Sức kháng hông TB (KN/m2) TP1 TP2 Hệ số Cát mịn, Sét pha cát Sét & Cát hạt mịn, 104,40 122,21 17% Cát lẫn sỏi 140,96 504,39 258% 3,59 4,99 39% VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2016 Từ kết thí nghiệm, nhận thấy hầu hết vùng đất cải thiện sức kháng hông cách đáng kể địa chất cát pha sét sét pha cát Sự cải thiện cịn tăng lên tiếp tục gia tải cọc TP2 Ở phần mũi cọc ứng với địa chất cát lẫn sỏi, độ rỗng lớn dẫn đến sức cải thiện đạt đến 200% KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận • Công nghệ vữa thành cọc chứng minh qua thí nghiệm giới Việt Nam mang lại cải thiện đáng kể việc gia tăng sức chịu tải cọc, giảm chiều sâu rủi ro thi công cọc, sức kháng hông gia tăng từ 50% (1,5 lần) địa chất cát pha, sét pha đến 200% (3 lần) địa chất cát pha sỏi Các nghiên cứu đánh giá khác giới cho thấy hàm lượng cát yêu cầu tối thiểu để việc vữa thành phát huy tác dụng tối thiểu lớn 10% • Độ lún cọc giảm cấp tải ngược lại sức chịu tải cọc tăng lên xét độ lún (Độ lún giảm khoảng 30% (1,3 lần), sức chịu tải cọc tăng lên xấp xỉ 27% (1,37 lần) tương tứng với chiều dài vữa khoảng 25% tổng chiều dài cọc địa chất đất cát pha sét cơng trình The Everich 2- Quận 7) 6.2 Kiến nghị • Việc áp dụng vữa thành cọc phải tiến hành quy trình sát chặt chẽ để đảm bảo khâu thực quy trình đảm bảo mặt chất lượng, phát trường hợp bị nghẹt van vữa kẹt packer để có biện pháp phun bù vị trí lân cận nhằm đảm bảo khả chịu tải cọc • Thiết kế cọc với giả định tăng cường sức chịu tải hông sau vữa phải kiểm chứng việc thi công cọc thử để đảm bảo tính xác cho loại đất khu vực DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Châu Ngọc Ẩn: Nền móng, NXB Đại học quốc gia, 2011 Nguyễn Hữu Đẩu, Phan Hiệp: Phương pháp Obsterberg đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi, Nhà xuất xây dựng 2004 TCXD 10304: 2014 Móng cọc, tiêu chuẩn thiết kế B.D Little Child, G.D PlumBridge, M.W Fee, Ove Arup& Partner International: Shaft Grouted pile in Sand and clay in Bangkok K.K.S Ho, K.S Li: Geotechnical Engineering: Meeting Society's Needs ,Volume Miller M., Potts V., Skinner H.: Improvingthe capacity of bored piles by shaft grouting Santhosh Kumar: A study on the engineering behavior of grouted loose sandy soils Reuben H Karol:Chemical Grouting And Soil Stabilization, Revised And Expanded Người phản biện: GS TSKH Nguyễn Văn Thơ VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIEÀN NAM 413 ... đoạn gia tải ban đầu gia tải lại [4] Hình Quan hệ tải trọng chuyển vị đầu cọc cho cọc có vữa đất cát giai đoạn gia tải ban đầu gia tải lại [4] 3.3 Cơ chế việc gia tăng khả chịu tải cọc có vữa. .. thiểu để việc vữa thành phát huy tác dụng tối thiểu lớn 10% • Độ lún cọc giảm cấp tải ngược lại sức chịu tải cọc tăng lên xét độ lún (Độ lún giảm khoảng 30% (1,3 lần), sức chịu tải cọc tăng lên... mặt cọc lên đến mặt đất - Áp suất việc bơm vữa làm gia tăng ứng suất theo phương ngang sức kháng cắt đất xung quanh thành cọc Bên cạnh đó, việc gia tăng sức kháng cắt đất, mô đun kháng cắt gia tăng