Bài viết phân tích trụ đất gia cố bằng chất kết dính theo phương pháp PF, phân tích khả năng chịu tải trụ đất gia cố PF với đất nền một số khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả nghiên cứu cho thấy trụ đất gia cố bằng chất kết dính thu nhỏ phần dưới chân phương pháp PF khai thác tối đa khả năng mang tải trực tiếp dưới móng công trình qui mô không quá lớn phân bố đều.
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG MANG TẢI DỌC TRỤC TRỤ ĐẤT GIA CỐ BẰNG CHẤT KẾT DÍNH THU NHỎ ĐƯỜNG KÍNH PHẦN DƯỚI CHÂN PF TRONG ĐIỀU KIỆN NỀN ĐẤT KHÁC NHAU Ở VIỆT NAM PHẠM THU TRANG*, NGUYỄN ĐỨC MẠNH* Analysis of bearing capacity of Point Foundation (PF) column in different ground condition in Vietnam Abstract: Grounds improved by an innovated CDM (Cement Deep Mixing) method, named as Point Foundation method (PF), has been recently introduced and implemented by EXT Co Ltd from S Korea in 2012 [2,7] The PF column typically has three sections: the bigger head, the transitional cone, and the smaller tail The larger head section of PF columns provides a better reinforced stiffness in the naturally weaker layers near surface Thus, proper designed dimensions of the columns would provide better stiffness profile with depth, resulting in larger bearing capacity and saving adhesive material or cement [7] This paper presents the results of numerical analyses to determine the bearing capacity of PF column at locations with different geotechical conditions in the Mekong Delta Results from numerical analysis: from the case indicates that by using the same amount of soil-cement mixed volumes, bearing capacity from a footing on PF columns can increase up to 1,5-1,8 times compared with that from the same footing on CDM columns; the case, tail of PF column are placed on well-drained ground (sand, sandy clay) bearing capacity increases significantly; and the bearing capacity of PF column does not change significantly (from 1-7%, about 3% on average) when the tail is at a certain depth placed in the soil layer with average bearing capacity or better soil Keyword: Point foudation method, bearing capacity, numerical analyses MỞ ĐẦU * Trụ đất gia cố chất kết dính xi măng kết hợp phụ gia Bindearth (BD5000 hay BD6000), thu nhỏ đƣờng kính phần dƣới chân có tên gọi Point Foundation Method (PF method – phƣơng pháp PF), đƣợc công ty EXT giới thiệu lần đầu năm 2012 Hàn Quốc * Khoa Cơng trình, trường đại học Giao thơng vận tải Email: nguyenducmanh@utc.edu.vn pttrang@utc.edu.vn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 [2,6,7,9] Về chất, trụ đất gia cố PF trụ đất gia cố xi măng gồm phần, to dƣới nhỏ đoạn chuyển tiếp dạng phễu, gia cố đất yếu tới độ sâu 40m, với công trình có tải trọng tới 300 - 400kN/m2 [6,7,9] Việc thu nhỏ đƣờng kính phần chân trụ PF khơng giảm lƣợng chất kết dính gia cố, mà hết nhờ mở rộng đƣờng kính phần cho phép tối ƣu chịu tải tác dụng trực tiếp từ công trình, đặc biệt với cơng trình tải trọng 45 phân bố (nền đƣờng đắp đất yếu) hay cơng trình móng nơng tải trọng khơng q lớn [2,6,7,9] Kể từ lần giới thiệu thị trƣờng (2012), trụ đất gia cố PF đƣợc áp dụng rộng rãi với 150 dự án xây dựng cơng trình đất yếu bến bãi, nhà cơng nghiệp, hay móng nơng cơng trình giao thơng Hàn Quốc Tại Việt Nam, giải pháp công nghệ mẻ, từ 2019 bắt đầu đƣợc áp dụng cho vài cơng trình thực tế Ninh Bình Vĩnh Phúc Và đến nay, ngồi cơng bố Nguyễn Ngọc Anh nnk (2019) hay Nguyễn Tiến Dũng nnk (2019) [2,5], thông tin nghiên cứu liên quan trụ đất gia cố PF cịn hạn chế Việc phân tích làm việc chúng mơ hình số khả chịu tải trụ PF điều kiện đất thực tế Việt Nam, làm sở lựa chọn áp dụng hiệu giải pháp công nghệ Hơn thế, để luận chứng với giải pháp khác nhƣ trụ đất xi măng, cọc đất xi măng phức hợp, trụ bê tơng rỗng đƣờng kính lớn đỗ chỗ (PCC) phục vụ xây dựng cơng trình đất yếu, đặc biệt khu vực đồng sông Cửu Long TRỤ ĐẤT GIA CỐ BẰNG CHẤT KẾT DÍNH THEO PHƢƠNG PHÁP PF Về mặt cấu tạo, trụ đất gia cố xi măng kết hợp phụ gia Bindearth thu nhỏ chân (PF method – trụ đất gia cố PF) gồm 03 phần [2,6,7,9]: Trên (đầu trụ gia cố - Head) đƣờng kính lớn (Dh=1– 2m) thƣờng sâu (dài) Lh=2D-3D; đoạn cuối (phần bên dƣới - Tail) đƣờng kính đƣợc thu nhỏ (Dt= 0,3 – 1m) độ sâu (Lt) phụ thuộc địa tầng đất gia cố (đặt đất tốt qua lớp đất yếu); đoạn chuyển tiếp (nối phần đầu bên dƣới trụ) có dạng hình phễu dài Lc (Hình 1, 2) BT dáy móng L? p d?m m?t Ð?u tr? - Dh: - 2m - Sâu: 2Dh - 3Dh Ph?n chân tr? - Dh: 0,3 - 1m - Sâu: Theo d?a ch?t Hình Sơ đồ cấu tạo ví dụ thi công trụ đất gia cố PF [6,7,9] 46 Gia tăng ứng suất () Lớp CT Đầu Lớp mặt gia cố P Đầu trụ Hiệu ứng vòm Chịu tải tốt, bố trí phạm vị có tải trọng lớn Lớp chịu tải Độ sâu (z) Với cơng trình tải trọng phân bố nhƣ đắp đƣờng, công trình xây dựng bố trí móng nơng dạng băng, bè hay trụ, tải trọng tác dụng xuống đất giảm dần theo chiều sâu Càng gần mặt đáy móng, giá trị tải trọng tác dụng xuống đất lớn Giải pháp công nghệ trụ đất gia cố PF đƣợc phát triển với cấu tạo tăng đƣờng kính trụ phần đầu để tăng khảng chịu tải bố trí khoảng độ sâu có tải trọng tác dụng cao, giảm đƣờng kính phần dƣới chân nới bố trí phạm vi chịu tải trọng nhỏ đất để trì kiểm sốt độ lún (Hình 3) [2,5,6,7] Chân trụ Ngăn giữ lún kiểm sốt, bố trí phạm vị có tải trọng nhỏ Lớp chịu tải Phản lực Lớp chịu tải Hình Nguyên lý ứng xử hệ trụ đất PF (PF Method) móng nơng [6,7] Với cấu tạo đƣơng kính thay đổi nhƣ trụ PF sử dụng gia cố đất yếu dƣới tải trọng phân ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 bố đều, tận dụng tối đa khả chịu tải lớp đất tốt gần mặt đất, tối ƣu chịu tải giảm độ lún so với trụ đất gia cố xi măng đƣờng kính khơng đổi Kết nghiên cứu Nguyễn Ngọc Anh nnk (2019) [3] cho thấy, so sánh với trụ đất gia cố xi măng thi cơng trộn ƣớt khí CDM thơng thƣờng chịu tải trọng móng nơng, độ lún móng chịu tải cơng trình trụ đất gia cố PF giảm tới 10% so với trụ đất gia cố xi măng CDM Kết phân tích mơ hình số Nguyễn Tiến Dũng nnk (2019) [5] rằng, trụ đất gia cố PF có phân bố độ cứng theo chiều sâu phù hợp trụ đất gia cố xi măng CDM thông thƣờng, dẫn đến giá trị độ lún nhỏ với hai trƣờng hợp mơ hình vật liệu đất đàn hồi dẻo đàn hồi lý tƣởng Với móng nơng lựa chọn cơng trình thực tế để khảo sát, độ lún từ mặt đất đất yếu đƣợc gia cố trụ đất PF nhỏ 0,9 lần so với trƣờng hợp đƣợc gia cố trụ đất gia cố xi măng CDM [14] Hình Kết khảo sát truyền tải trọng dọc trụ PF mô hình thực [8] Trên mơ hình thực nghiệm tỷ lệ thật, trụ đất gia cố PF sâu L=10,5m với đầu đoạn chuyển tiếp dài 2,5m (Lh+Lc=2,5m), đƣờng kính đầu (Dh=1,4m) đƣờng kính phần chân thu nhỏ ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Dt=0,5m, kết nghiên cứu truyền tải dọc trụ PF giá trị tải nén tĩnh thí nghiệm 75 – 600kN (Jo Myeong Su, Park Chan Wook, 2018) (Hình 4) [8] rõ suy giảm tải dọc thân trụ theo độ sâu đƣợc ghi nhận tất vị trí bố trí cảm biến Giá trị ứng suất trụ khác độ sâu khác có giá trị khác phụ thuộc tải trọng tác dụng giảm theo độ sâu nhung có tới 72% ~ 95% sức kháng chúng phạm vi độ sâu 2,5m (Hình 4) [5] Về ngun tắc, việc thi cơng trụ đất gia cố PF tƣơng tự nhƣ gia cố đất xi măng cơng nghệ trộn ƣớt khí CDM Điểm khác cấu hình trục nhƣ cánh trộn tính linh hoạt để thích ứng với máy sở khác tùy thuộc vào độ sâu đƣợc gia cố (Hình 5) [6,7] Thông thƣờng, độ sâu đƣợc gia cố nhỏ 15 m máy xúc thƣờng dùng làm máy sở Đối với độ sâu lớn hơn, cần có máy khoan mạnh hơn, thƣờng đƣợc sử dụng phƣơng pháp trụ đất gia cố xi măng CDM Cụ thể, trục trộn chất kết dính bao gồm ba phần đƣợc lắp ráp gồm đầu (Head), phần chân (Tail) mũi khoan (Bit) Chiều dài lƣỡi cắt đất (cánh trộn) cho phần chân (tạo phần chân trụ gia cố PF) khơng đổi, phần đầu cánh trộn thay đổi dạng hình nón cụt (tạo phần chuyển tiếp trụ gia cố PF) Vữa đƣợc bơm thơng qua số vịi phun vị trí mũi trục đƣợc điều khiển toàn trình trộn theo khối lƣợng đƣợc thiết kế nhƣ đảm bảo điều kiện đồng hỗn hợp trụ gia cố Theo [5,6,7,8] trụ đất gia cố PF tƣơng tự nhƣ công nghệ đất gia cố xi măng trộn ƣớt thi cơng khí CDM, phù hợp áp dụng để gia cố đất yếu làm đƣờng, tòa nhà công nghiệp, kho chứa, bến bãi đặc biệt sử dụng làm dƣới móng nơng cho kết cấu cơng trình giao thơng nhẹ hay tịa nhà thấp tầng với áp lực tối đa khơng 300 400 kPa 47 (a) Thiết bị thi công trụ PF nông Thiết bị thi công trụ PF trung bình - sâu (b) (c) (d) Khuấy xuống bơm vữa Lên xuống lần Khuấy bơm vữa rút lên (e) Trục cánh trộn đầu Trục cánh trộn chân (PF-S) gia cố nông (