Ứng dụng công nghệ phụt vữa thành trong việc gia tăng sức kháng ma sát đơn vị của cọc barrette trong nền đất cát

Đề tài nghiên cứu sự gia tăng sức kháng đơn vị trong đoạn cọc phụt và không phụt vữa từ kết quả thử tải cọc barrette bằng hộp Ocell trong nền đất cát tại khu vực quận 1, TP HCM kết hợp với chương trình phần mềm plaxis để so sánh, phân tích, đánh giá sự cải thiện sức kháng đơn vị trong đoạn cọc phụt vữa.

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA THÀNH TRONG VIỆC GIA TĂNG SỨC KHÁNG MA SÁT ĐƠN VỊ CỦA CỌC BARRETTE TRONG NỀN ĐẤT CÁT USING SHAFT GROUTING INJECTION TECHNOLOGY IN THE INCREASE OF UNIT RESISTANCE FOR BARRETTE PILE IN THE SAND SOIL PGS TS Võ Phán, KS Nguyễn Thành Long Trường Đại học Bách khoa ĐHQG -TP.HCM TÓM TẮT Việc gia tăng sức kháng đơn vị xung quanh thân cọc thông qua công tác phun vữa áp lực cao xuống vào đất xung quanh cọc, bó chặt cọc lại làm thay đổi tiêu lý đất cách đáng kể Tuy nhiên, việc nghiên cứu tính chất đất sau phun vữa cịn nhiều hạn chế nên việc tính tốn mơ cịn thiếu xác Đề tài nghiên cứu gia tăng sức kháng đơn vị đoạn cọc không vữa từ kết thử tải cọc barrette hộp Ocell đất cát khu vực quận 1, TP HCM kết hợp với chương trình phần mềm plaxis để so sánh, phân tích, đánh giá cải thiện sức kháng đơn vị đoạn cọc vữa ABSTRACT Increasing the unit resistance around the shaft pile is through hight pressure grouting injection into surrounding soil around shaft pile However, the study about soil properties after grouted injection still have a lot of limitation the subject has researched the increase of unit resistance of grouted and non-grouted piles segment, use data from the Ocell load test for barrette pile of the sand soil in District 1, Ho Chi Minh City and result from plaxis 2D to evaluate, compare and analyze the improving of the unit resistance for the non-grouted piles segment ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần ngày xuất nhiều cơng trình cao tầng thường đô thị thành phố lớn, cơng trình có tải trọng lớn nên u cầu cọc phải có sức chịu tải lớn cần có công nghệ để làm gia tăng sức chịu tải cọc Trong cơng nghệ vữa thành năm gần chứng minh cải thiện đáng kể sức chịu tải đất cọc cách đáng kể Do cần nghiên cứu cụ thể cọc có vữa thành để ứng dụng rộng rãi thiết kế thi công cọc barrette cọc khoan nhồi tương lai PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Sử dụng kết thí nghiệm trường có để đánh giá thay đổi tính chất đất sau vữa 380 VIEÄN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 Sử dụng phương pháp mô phần mềm plaxis kết hợp với kết thí nghiệm thử tải để đánh giá sức kháng đơn vị sau phun vữa Tổng hợp sở lý thuyết tính tốn sức chịu tải cọc TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA Ống vữa có đường kính 60 mm gắn vào xung quanh chu vi khung thép suốt chiều dài thân cọc, đoạn cọc vữa ống vữa phải đục lỗ vữa thoát trình Mặt khác, đầu ống vữa phải bịt nắp kín lại cơng tác vữa thành đảm bảo chất lượng Sau đổ bê tông cọc khoảng ngày, lúc bê tông bảo vệ cọc cịn mềm nên cơng việc vữa thành thực Đầu tiên làm nứt lớp bê tơng bảo vệ cọc với nước có áp lực cao xuyên qua ống phụt, nước chảy theo vết nứt lớp bê tông bảo vệ cọc chảy lan thành cọc làm xói lỡ cát xung quanh đoạn phụt, sau vữa hỗn hợp xi măng bơm với áp lực cao xuống đất xung quanh thành cọc, bó chặt cọc lại làm sức kháng đơn vị xung quanh cọc gia tăng, hỗn hợp vữa xi măng với tỷ lệ 1:2, khối lượng vào cọc TP1 12 m3 TP2 m3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4.1 Tính tốn sức kháng theo phương pháp giải tích a Theo tiêu lý đất Công thức: n Rc ,u = γ c (γ c ,q qb Ab + u.∑ γ c , f f i li ) (1) i =1 γc: hệ số điều kiện làm việc cọc, lấy γc = γcq: hệ số điều kiện làm việc đất mũi cọc, lấy γcq = 0,9 cho trường hợp dùng phương pháp đổ bê tông nước γcf: hệ số điều kiện làm việc đất thân cọc, phụ thuộc vào phương pháp tạo lỗ điều kiện đổ bê tông b Theo tiêu cường độ đất - Đất dính: Cường độ sức kháng cắt khơng nước dọc thân cọc lớp đất thứ “i” xác định theo phương pháp α f i = α × cu ,i (2) Với α xác định theo hình G1, trang 81, TCVN 10304-2014 Đất rời: Sức kháng cắt trung bình dọc thân cọc lớp đất thứ “i” xác định theo phương pháp β ' fi = ki σ v , z tan δ i VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM (3) (3) 381 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 ' σ v , z : ứng pháp hiệu theo phương đứng trung bình lớp đất thứ “i” c Theo viện kiến trúc Nhật Bản SPT Chỉ số SPT xác định theo công thức Viện kiến trúc Nhật Bản: Tại mục G.3.2 TCVN 10304-2014) Trong đó: qb : Cường độ sức kháng đất mũi cọc Ab : Diện tích tiết diện ngang cọc u : Chu vi tiết diện ngang thân cọc f c,i , f s ,i : Cường độ sức kháng đất rời đất dính thứ i thân cọc Đối với đất cát (đất rời): lc,i , ls ,i : chiều dài đoạn cọc nằm đất rời đất dính thứ i thân cọc N c ,i : số SPT trung bình lớp đất rời thứ “i” Đối với đất dính (đất sét): f c ,i = α p ,i f L cu ,i : Cường độ sức kháng thân cọc nằm lớp đất dính thứ “i” α p ,i : Hệ số điều chỉnh cho cọc đóng, phụ thuộc vào sức kháng cắt khơng nước Cu trị số trung bình ứng suất có hiệu thẳng đứng σ v' , (xác định theo biểu đồ hình G.2a TCVN 10304-2014) f L : Hệ số điều chỉnh theo độ mãnh h/d với f L = (cho cọc nhồi) Cu ,i : Cường độ sức kháng cắt khơng nước lớp đất dính thứ “i”: Cu ,i = 6.25Nc,i : N c ,i : Là số SPT trung bình lớp đất dính thứ “i” f s ,i = 10 N s ,i : Cường độ sức kháng thân cọc nằm lớp đất rời thứ ”i” 4.2 Theo phương pháp mô (phương pháp phần tử hữu hạn) a Mơ hình Mohr- Coulomb Mơ hình Mohr Coulomb mơ hình đàn hồi lý tưởng dẻo phá hoại (còn gọi Đàn dẻo), mặt dẻo mặt phá hoại, mơ hình phá hoại dựa tiêu chuẩn MohrCoulomb với biểu thức τ = σ tan ϕ + c Nếu xét toán giai đoạn tức thời (tức giai đoạn xây dựng cơng trình) biểu thức sức kháng cắt khơng nước 382 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 cu = τ = σ tan ϕu + cu (4) Mơ hình Mohr Coulomb thể (Hình 1) bên Hình Quan hệ ứng suất biến dạng mơ hình Mohr Coulomb Nếu xét khơng gian mơ hình Mohr Coulomb có mặt hình bên Hình Mơ hình Mohr Coulomb khơng gian b Mơ hình Hardening-Soil Mơ hình Hardening soil mơ hình tăng bền, mơ hình Hardening soil phá hoại dựa Mohr - Coulomb sau đạt đến trạng thái dẻo tái bền trở lại nên gọi mơ hình tăng bền Hình Mơ hình Hardening soil Nếu xét hệ trục khơng gian, mơ hình Hardening Soil giống với mơ hình Mohr - Coulomb, có mặt có phương trình, đình có mặt dẻo hình thành từ mơđul cố kết E0ed VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 383 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 Hình Mơ hình Hardening soil hệ trục khơng gian ỨNG DỤNG TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CƠNG TRÌNH THỰC TẾ 5.1 Giới thiệu cơng trình Cơng trình Eximbank với chiều cao xây dựng 40 tầng (xắp xỉ 163 m), với tầng hầm, diện tích xây dựng 3518 m2, xây dựng Quận 1, TP HCM Cơng trình thiết kế cọc barrette với tiết diện (0,8x2,8) m, tải trọng thiết kế 15MN cho cọc 5.2 Mặt cắt đặc trưng lý lớp đất vị trí xây dựng Hình Mặt cắt ngang địa chất cơng trình cơng trình xây dựng 384 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 Ghi chú: Sét lẫn dăm sạn Trạng thái dẻo mềm Bùn sét trạng thái chảy Á sét lẫn sỏi sạn Trạng thái dẻo chảy Cát mịn lẫn bột sét Trạng thái rời Cát mịn lẫn trung đến bột Trạng thái chặt vừa Sét trạng thái cứng Á sét trạng thái cứng Cát mịn đến trung lẫn bột, sét, sỏi sạn, trạng thái chặt đến chặt Hình Mặt cắt ngang địa chất cơng trình cơng trình xây dựng Lớp T: Sét lẫn dăm sạn, trạng thái dẻo mềm, chiều dày lớp đất H = 1,8 m Lớp 1: Bùn sét, trạng thái chảy, chiều dày H = 2,1 m Lớp 2: Á sét lẫn sỏi sạn, trạng thái dẻo chảy, chiều dày H = 3,3 m Lớp 3A: Cát mịn lẫn bột sét, trạng thái rời, chiều dày H = 5,3 m Lớp 3B: Cát mịn đến trung lẫn bột, trạng thái chặt vừa, chiều dày H = 28,1 m Lớp 4: Sét trạng thái cứng, chiều dày H = 7,7 m Lớp 5: Á sét trạng thái cứng, chiều dày H = 1,9 m Lớp 6: Cát mịn đến trung lẫn bột, sét, sỏi sạn, trạng thái chặt đến chặt, chiều dày H = 38,35 m VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 385 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHEÄ 2017 - 2018 386 Bảng Các tiêu lý lớp đất Lớp T Đất đắp: Sét lẫn dăm sạn,trạng thái dẻo mềm LỚP Bùn sét, trạng thái chảy Type HS Undrained HS UnDrained HS Undrained HS Drained γunsat (kN/m3) 18,83 14,33 18,43 γsat (kN/m3) 18,92 15,61 19,25 ky (m/day) 8.043E-05 kx (m/day) 17.29E-05 386 8.643E-06 17.29E-06 LỚP LỚP 3A LỚP 3B Á sét lẫn sỏi Cát mịn Cát mịn đến sạn, trạng lẫn bột, trung lẫn bột, thái dẻo chảy sét, trạng sét, sỏi thái rời nhỏ, trạng thái chặt vừa LỚP 4+5 Sét, trạng thái cứng+á sét trạng thái cứng LỚP Cát mịn đến trung lẫn bột, sét, sỏi sạn, trạng thái chặt đến chặt HS Drained HS Undrained HS Drained 18,31 19,125 20,385 19,92 19,18 19,809 20,645 20,622 3.077E-04 8.643E-05 8.643E-07 8.643E-05 1.071E-04 8.6 43E-05 3.362E-04 17.286E-05 16.81E-04 15.385E-04 17.286E-05 43.215E-07 17.286E-05 2.142E-04 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM Cọc Vữa Linear Linear elastic elastic Nonporous Nonporous 25 18,6 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM Lớp đất TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 15000 4000 11250 14000 38000 78750 130000 ref Eoed (kN/m2) 15000 4000 11250 14000 38000 78750 130000 Eurref (kN/m2) 45000 12000 33750 42000 114000 236250 390000 100 100 100 100 100 100 100 0,85 0,5 0,5 0,75 0,6 0,3 0,3 0,3 0,25 0,25 0,3 0,25 18,8 10 16,3 4,2 175,.85 4,8 4,2 4,8 φ (o) 4,8 7,3 31 32,08 38,18 ψ (o) 0 0 2,08 8,18 0,85 07 0,7 0,85 0,85 085 0,85 p ref (kN/m2) m ν ur 0,75 c (kN/m2) Rinter 387 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 387 31GPa 31000000 150000 0,2 0,25 1,0 1,0 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM E50ref (kN/m2) TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 5.3 Kết tính tốn theo mơ thực nghiệm trường a Theo kết thí nghiệm Hình Biểu đồ quan hệ sức kháng chuyển vị từ kết thử tải Nhận xét: Trong đoạn cọc vữa sức kháng đơn vị huy đông giá trị lớn quan sát từ cao độ (GL3-Ocell) 396 (kN/m2) đoạn cọc không vữa huy động giá trị lớn quan sát từ cao độ (GL4-GL5) 215 (kN/m2) Kết luận: Sức kháng đơn vị đoạn cọc vữa tăng lên 1,8 lần (84,2%) so với đoạn cọc không vữa lớp đất cát b Theo kết mô Nhận xét: Sức kháng đơn vị đoạn cọc vữa huy động lớn với giá trị 225 (kN/m2)được quan sát từ cao độ (GL3-Ocell) Sức kháng đơn vị qua đoạn cọc không vữa quan sát từ cao độ (GL4-GL5) giá trị lớn 132 (kN/m2) Kết luận: Đoạn cọc vữa gia tăng gấp 1,7 lần so với đoạn cọc khơng vữa 388 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 Hình Biểu đồ quan hệ sức kháng chuyển vị theo kết mô KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Sức kháng đơn vị trường hợp thí nghiệm trường đoạn cọc vữa có giá trị tăng lên gấp 1,8 lần (84,2%) so với đoạn cọc không vữa, cịn trường hợp mơ giá trị tăng lên gấp 1,7 lần (70,5%) đất cát 6.2 Kiến nghị - Nếu tính tốn theo phương pháp phần tử hữu hạn cho giá trị sức kháng đơn vị nhỏ hơn, an tồn so với thí nghiệm - Khi thiết kế cọc vữa có giả định cường độ sức kháng hông đơn vị sau vữa nên thí nghiệm cọc thử để kiểm chứng lại, nhằm để đảm bảo tính xác cho loại đất khu vực TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Phán, Hồng Thế Thao: Phân tích tính tốn móng cọc, NXB Đại học quốc gia TP HCM, 2010 [2] Võ Phán, Đỗ Thanh Hải, Phan Lưu Minh Phượng: Các phương pháp khảo sát trường thí nghiệm đất phòng, NXB Đại học quốc gia TP HCM, 2014 [3] Vũ Cơng Ngữ: Móng cọc phân tích thiết kế, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2014 [4] Nguyễn Hữu Đẩu, Phan Hiệp: Phương pháp Osterberg, đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi-Barrette VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 389 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 [5] SHAMSHER PRAKASH-HARID.SHARMA: Móng cọc thực tế xây dựng, NXB XÂY DỰNG HÀ NỘI, 2011 [6] Trần Nguyễn Hoàng Hùng: Cơng nghệ xói trộn vữa cao áp, NXB Đại học quốc gia TP HCM, 2016 [7] Report on Barrtte load testing TP2- Eximbank Tower, Ho Chi Minh City, Viet Nam138131-2, 29 September 2013 [8] Jorj O Osterberg.The Osterberg load test method for bored and driven piles the first ten years, Northwestern University Phản biện: GS TSKH Nguyễn Văn Thơ 390 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM ... (GL4-GL5) 215 (kN/m2) Kết luận: Sức kháng đơn vị đoạn cọc vữa tăng lên 1,8 lần (84,2%) so với đoạn cọc không vữa lớp đất cát b Theo kết mô Nhận xét: Sức kháng đơn vị đoạn cọc vữa huy động lớn với giá... sức kháng chuyển vị từ kết thử tải Nhận xét: Trong đoạn cọc vữa sức kháng đơn vị huy đông giá trị lớn quan sát từ cao độ (GL3-Ocell) 396 (kN/m2) đoạn cọc không vữa huy động giá trị lớn quan sát. .. quan sát từ cao độ (GL3-Ocell) Sức kháng đơn vị qua đoạn cọc không vữa quan sát từ cao độ (GL4-GL5) giá trị lớn 132 (kN/m2) Kết luận: Đoạn cọc vữa gia tăng gấp 1,7 lần so với đoạn cọc khơng vữa