3.1. DỮ LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ PHÂN TÍCH TÁC DỤNG DUNG DỊCH KHOAN
3.1.2. Cơng trình Thương mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp
Địa điểm dự án: Số 1 Ngô Mây, đường Nguyễn Văn Cừ, thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định
Cấu tạo địa chất của khu vực lấy theo Hố khoan 1 (HK1) như sau: Lớp 1: Lớp phủ, đất, đá, cát, sạn, xà bần… dày 1 m.
Lớp 2: Cát thô vừa, màu vạng nhạt, trạng thái chặt vừa – chặt, bề dày 11,5 m. Lớp 3: Sét pha, màu xám xanh, trạng thái dẻo chảy, bề dày 2,5 m.
Lớp 7: Sét pha lẫn sạn, màu xám vàng, xám xanh, trạng thái nửa cứng, bề dày 3,8 m. Lớp 9: Cát thô, màu xám vàng, xám xanh, trạng thái chặt, bề dày 7,9 m.
Lớp 10: Sét, màu xám xanh, đơi chỗ lẫn vỏ sị, ốc, trạng thái cứng, bề dày 12 m. Lớp 11: Cát thô, màu xám xanh, trạng thái chặt, bề dày 12 m.
Lớp 13: Sét pha lẫn dăm sạn, màu đỏ nâu, nửa cứng, bề dày 5,7 m.
Lớp 14: Sét lẫn dăm sạn, màu đỏ nâu, nửa cứng, cuối lớp gặp lớp cuội (RQD=40%), bề dày 8,3 m.
Lớp 15: Sét pha lẫn dăm sạn, màu xám xanh, xám vàng, nửa cứng, bề dày 3,5 m. Hình trụ hố khoan được thể hiện tại hình 3.2.
Hình 3-2: Hình trụ hố khoan đặc trưng ở dự án Thương mại dịch vụ và Khách sạn cao cấp
Dự án sử dụng cọc khoan nhồi có đường kính từ 1200 đến 1500 mm, chiều sâu 69,9 m. Dung dịch được dùng khi thi công là dung dịch Bentonite.
Bảng 3-2: Thông tin cọc thử dự án Thương mại dịch vụ và Khách sạn Cao cấp
Tên cọc TP1
Đường kính cọc, mm 1200
Chiều dài cọc, m 69,9
Sức chịu tải thiết kế của cọc, T 1300
Tải trọng thí nghiệm, T Tải trọng thiết kế x 200% = 2600
3.1.3. Cơng trình Khu dân cư Hồng Nam, Lơ F – Akari Hoàng Nam.
Dự án Khu dân cư Hồng Nam, Lơ F – Akari Hồng Nam gọi tắt là dự án Akari tọa lạc tại Phường An Lạc, Quận Bình Tân, Thành phố Hồ Chí Minh
Cấu tạo địa chất của khu vực lấy theo Hố khoan BH07 như sau: Lớp 1: Đất san lấp, bề dày 3,4m.
Lớp 2: Sét, trạng thái dẻo chảy màu xám xanh, xám đem, bề dày trung bình 23,1 m. Lớp 3: Sét, trạng thái dẻo xen kẹp các lớp cát mỏng, màu xám xanh, xám đen, bề dày trung bình 8,9 m.
Lớp 6: Cát pha, màu vàng, xám trắng, nâu đỏ phớt hồng, bề dày trung bình 31 m. Lớp 7: Sét, trạng thái dẻo cứng, màu nâu đỏ, xám vàng, xám trắng, bề dày trung bình 18,6 m.
Mực nước ngầm -1m so với mặt đất.
Dự án sử dụng cọc khoan nhồi có đường kính từ 800 đến 1200mm, chiều sâu 46 đến 73 m. Dung dịch được dùng khi thi công là dung dịch polymer.
Bảng 3-3: Thông tin cọc thử dự án Akari
Tên cọc TP-A-2
Loại cọc Cọc khoan nhồi
Đường kính cọc, mm 1200
Chiều dài cọc, m 73
Sức chịu tải thiết kế của cọc, T 1529,6
3.2. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN LÊN KHẢ NĂNG GIỮ ỔN ĐỊNH THÀNH VÁCH GIỮ ỔN ĐỊNH THÀNH VÁCH
Để đánh giá khả năng giữ ổn định thành vách hố khoan khi thi công cọc khoan nhồi sử dụng dung dịch, 2 cơ sở để phân tích tính ổn định thành vách bao gồm:
- Cấp phối dung dịch được sử dụng.
- Giá trị áp lực ngang của đất và dung dịch lên thành hố khoan. 3.2.1. So sánh cấp phối sử dụng
Để so sánh việc sử dụng cấp phối dung dịch ảnh hưởng đến thi công cọc khoan nhồi như thế nào, xem xét việc sử dụng cấp phối từng loại dung dịch trong q trình thi cơng cọc khoan nhồi tại dự án “Cơng trình Techtronic Tools Item – Gói thầu thi cơng cọc”. Trong trường hợp này, việc tính tốn đánh giá và phân tích chủ yếu trong giai đoạn thi cơng khoan, đào. Trong q trình khoan cọc, dung dịch được sử dụng để giữ ổn định thành hố đào khi mực nước dung dịch được giữ ngang mặt đất tự nhiên.
Với cấu tạo địa chất gồm nhiều lớp đất có bề dày nhỏ, cùng với lớp cát pha sét 4C dày 9,5 m, lớp cát pha bùn 5 dày 18 m, xen giữa lớp 5 – cát pha bùn là lớp thấu kính L5 dày 2 m với cấu tạo là cát pha sét. Các lớp cát có bề dày lớn và có độ chặt từ vừa tới chặt cũng dễ gây ra tình trạng sạt thành hố khoan.
Dự án lựa chọn các cấp phối trong q trình thi cơng cọc thử để quyết định dung dịch sử dụng trong q trình thi cơng cọc đại trà. Ba cấp phối được sử dụng là :
Dung dịch Polymer (P1)
Dung dịch Bentonite (B1)
Dung dịch Polymer trộn Bentonite (PB)
Sử dụng các loại cấp phối dung dịch cho ra được kết quả tương đối khác nhau trong giai đoạn thi công cọc thử. Việc này tạo cơ sở cho việc lựa chọn dung dịch thi công cọc đại trà nhằm tạo ra hiệu quả tốt nhất trong q trình thi cơng.
Cọc thử sử dụng dung dịch khoan polymer (P1) có tên TP2C-01, đường kính D800, chiều sâu 33,5 m. Dung dịch Polymer ban đầu được lựa chọn với cấp phối P1 (1 kg Polymer + 5 kg Soda)/1 m3 nước trộn đều và được sục bằng máy nén khí đưa ra được kết quả dưới bảng 3-4:
STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết quả thí nghiệm Yêu cầu kỹ thuật
1 Khối lượng riêng g/cm3 1,01 1,01÷1,05
2 Độ nhớt (Phễu 1500/946ml)
giây 56 40÷85
3 Độ pH - 9,0 8÷12
Dung dịch polymer trộn đều, đưa xuống thành hố khoan, q trình thi cơng cọc thử hạn chế polymer hồi về bể lắng nên polymer trong quá trình thi cơng cọc thử hầu như là polymer có tính chất cơ lý ban đầu. Tuy nhiên với cấp phối trên, khi thi công thành xảy ra hiện tượng sạt thành hố khoan, bằng chứng với kết quả thí nghiệm Koden hố khoan (hình 3.3) và hiện trạng lắng mùn khoan dưới đáy hố khoan với bề dày lớn (2,8m) sau khi khoan và sau khi hạ lồng (2,3m). Việc này xảy ra ảnh hưởng lớn đến chất lượng cọc cũng như khó khăn trong q trình thi cơng. Thứ nhất, nó ảnh hưởng đến việc hạ lồng thép khi thi công, khiến cho việc thổi rửa hố khoan tốn thời gian nhiều hơn. Thứ hai, về chất lượng cọc, nó khiến cho sức chịu tải mũi cọc bị yếu đi nguyên nhân là hình thành một lớp mùn nhỏ tại chân cọc, lớp mùn này ở trạng thái rời khi bị lắng xuống đất, tạo nên hiện tượng “ngón chân mềm” theo thuật ngữ chun mơn của một số bài báo khoa học đã nói trước đây.
Hình 3-3: Kết quả Koden khi sử dụng dung dịch Polymer (P1) dự án TTI
Cọc thử sử dụng dung dịch khoan bentonite (B1) có tên TP2A-02, đường kính D800, chiều sâu 33,5 m. Dung dịch Bentonite được sử dụng thi công cọc thử với cấp phối 40 kg Bentonite/1m3 nước. Đối với Bentonie không cần trộn thêm Soda vì bản thân Bentonite trộn trong nước đã tạo tính kiềm cho dung dịch khoan.
Bảng 3-5: Kết quả cấp phối bentonite trước khi thi cơng cọc thử TP2A-02
STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết quả thí nghiệm Yêu cầu kỹ thuật
1 Khối lượng riêng g/cm3 1,05 1,05÷1,15
2 Độ nhớt (Phễu 1500/946ml)
giây 32 18÷45
Dung dịch Bentonite được trộn bằng máy đảo Bentonite, sau khi trộn đều, chờ 2 tiếng để có thể sử dụng. Phần Bentonite hồi về được lọc cát thơng qua máy sàng cát sau đó được trữ trong các silo dung dịch và tái sử dụng cho lần tiếp theo. Đối với cọc sử dụng dung dịch Bentonite cho kết quả Koden tốt, không bị sạt và chỉ lắng nhẹ sau quá trình hạ lồng thép (kết quả đo độ lắng sau hạ lồng thép là 0,4 m).
Hình 3-4: Kết quả Koden khi sử dụng dung dịch Bentonite (B1) dự án TTI
Cọc thử sử dụng dung dịch khoan polymer trộn bentonite (PD) có tên TP2B-03, đường kính D800, chiều sâu 33,5 m. Với việc sử dụng dung dịch Polymer cho kết quả không tốt, dung dịch Bentonite cho kết quả tốt tuy nhiên công tác thi công tốn khá nhiều công đoạn và thời gian. Việc sử dụng dung dịch trộn theo tỷ lệ của 2 loại trên đã được suy nghĩ và thực hiện. Cấp phối sử dụng được dùng cho lần đầu tiên theo kinh
nghiệm là (1kg Polymer + 5kg Soda + 5kg Bentonite)/1m3 nước. Dung dịch được trộn đều bằng máy nén khí và đưa và sử dụng.
Bảng 3-6: Kết quả cấp phối polymer trộn bentonite trước khi thi công cọc thử TP2B- 03
STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết quả thí nghiệm Yêu cầu kỹ thuật
1 Khối lượng riêng g/cm3 1,01 1,01÷1,05
2 Độ nhớt (Phễu 1500/946ml)
giây 58 40÷85
3 Độ pH - 9 8÷12
Kết quả thu được từ hiện trường, cấp phối trên được trộn lần đầu cho kết quả tốt khi kết quả Koden cũng như độ lắng đạt được sau khi khoan cải thiện đáng kể.
Dựa trên các kết quả thu được từ thí nghiệm koden xác định hình dạng hố khoan, có thể giải thích và đưa ra được các nhận xét như sau:
Với địa chất có lớp cát với bề dày lớn, việc sử dụng Bentonite cho hiệu quả tốt hơn so với dung dịch Polymer. Bên cạnh đó, Bentonite với thành phần là phụ gia của dung dịch cũng mang lại hiệu quả tốt. Việc này có thể được giải thích bằng cơ chế hoạt động của dung dịch Bentonite, các hạt montmorillonite len lỏi vào trong tầng cát rời, trương nở và giữ vững thành dung dịch.
Việc sử dụng Bentonite tốn nhiều công đoạn cho việc sàng lọc và tái sử dụng dung dịch. Thời gian thi công cũng nhiều hơn so với sử dụng dụng dịch Polymer. Do đó, việc sử dụng dung dịch Polymer với phụ gia là Bentonite cũng có thể được xem xét khi thi cơng trong tầng đất cát với mục đích đơn giản hóa việc thi công và giảm thời gian thi công.
Kết quả Koden ở các Hình 3-3, 3-4, 3-5 cho phép đánh giá chất lượng thành hố khoan trong q trình thi cơng cọc khoan nhồi. Có thể thấy rằng khi sử dụng Polymer, độ ổn định của thành hố khoan giảm đáng kể. Ở khu vực có các lớp đất mềm yếu, thành hố khoan khó giữ được độ phẳng mà có thể bị sạt lở (ở độ sâu xấp xỉ 5 m và 15 m trong các lớp dẻo mềm-mềm). Khả năng ổn định của thành hố khoan được cái thiện đáng kể khi sử dụng dung dịch Bentonite (Hình 3-4). Như đã tổng hợp và trình bày, việc sử dụng Polymer cho phép rút ngắn thời gian thi cơng nên có thể mang lại hiệu quả về mặt chi phí. Tuy nhiên, nếu khả năng giữ ổn định thành vách hố khoan nói riêng và mức độ an tồn trong thi cơng cọc khoan nhồi nói chung khơng được đảm bảo thì việc sử dụng dung dịch polymer này không được cho phép.
Dung dịch Polymer trộn Bentonite được đề xuất thử nghiệm để phân tích, đánh giá khả năng sử dụng cho dự án này. Kết quả ở Hình 3-5 cho thấy việc thử nghiệm dung dịch trộn khá thành cơng. Ngồi việc rút ngắn thời gian thi công, chất lượng thành hố khoan từ kết quả koden được đảm bảo. Hiện tượng sạt lở cục bộ hầu như được loại trừ.
Như vậy, dung dịch Polymer khơng phù hợp khi nền có các lớp đất mềm yếu, có thể gây sạt lở thành hố khoan ở các lớp đất có trị số N<6. Việc sử dụng dung
dịch trộn hỗn hợp Polymer và Bentonite giúp cải thiện khả năng sạt lở thành hố khoan, rút ngắn tiến độ thi công (so với chỉ sử dụng dung dịch Bentonite). 3.2.2. Phân tích chuyển vị thành hố khoan
a. Tính tốn áp lực ngang tại thành hố khoan
Dựa vào cơ sở lý thuyết tính tốn áp lực ngang của đất được trình bày tại chương 2, ta tính tốn áp lực ngang của đất theo độ sâu tại hố khoan và áp lực ngang của dung dịch trong hố khoan. So sánh và đánh giá khả năng giữ thành của dung dịch theo giá trị áp lực ngang thu được.
Bảng 3-7: Giá trị áp lực ngang tại hố khoan TP2C-01 theo độ sâu
Bảng tính áp lực ngang của đất hố khoan TP2C-01
STT Lớp đất Chiều dày (m) Chiều sâu (m) Gama (kN/m3) Lực dính (kN/m2) Góc ma sát trong Hệ số K Áp lực đất (kN/m2) Áp lực dung dịch (kN/m2) 1 Lớp F 1,5 1,5 18,5 31°46' 0,47 6,04 14,85 2 Lớp 1 2,5 4 14,5 12 2°04' 0,96 -0,43 39,59 3 Lớp 2A 2 6 19,2 30,5 14°41' 0,75 -21,05 59,39 4 Lớp 2 4,5 10,5 19,5 37,4 16°45' 0,71 -2,50 103,93 5 Lớp 4A 5,5 16 18,1 19,3 9°49' 0,83 72,43 158,37 6 Lớp 4C 9,5 25,5 19,8 13 22°37' 0,62 116,72 252,40 7 Lớp 5 8 33,5 20,1 5,1 31°46' 0,47 136,75 331,58
Hình 3-6: Biểu đồ áp lực ngang theo chiều sâu hố khoan TP2C-01
Bảng 3-8: Giá trị áp lực ngang tại hố khoan TP2A-02 theo độ sâu
Bảng tính áp lực ngang của đất hố khoan TP2A-02
STT Lớp đất Chiều dày (m) Chiều sâu (m) Gama (KN/m3) Lực dính (KN/m2) Góc ma sát trong Hệ số K Áp lực đất (KN/m2) Áp lực dung dịch (KN/m2) 1 Lớp F 1,5 1,5 18,5 31°46' 0,47 6,04 15,44 2 Lớp 1 2,5 4 14,5 12 2°04' 0,96 -0,43 41,16 3 Lớp 2A 2 6 19,2 30,5 14°41' 0,75 -21,05 61,74 4 Lớp 2 4,5 10,5 19,5 37,4 16°45' 0,71 -2,50 108,05 5 Lớp 4A 5,5 16 18,1 19,3 9°49' 0,83 72,43 164,64 6 Lớp 4C 9,5 25,5 19,8 13 22°37' 0,62 116,72 262,40 7 Lớp 5 8 33,5 20,1 5,1 31°46' 0,47 136,75 344,72 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -100 0 100 200 300 400 Chi ều s âu hố khoa n (m ) Áp lực ngang (KN/m2)
Biểu đồ áp lực ngang theo chiều sâu của hố khoan TP2C-01
Áp lực ngang của đất Áp lực ngang của dung dịch
Hình 3-7: Biểu đồ áp lực ngang theo chiều sâu hố khoan TP2A-02
Bảng 3-9: Giá trị áp lực ngang tại hố khoan TP2B-03 theo độ sâu
Bảng tính áp lực ngang của đất hố khoan TP2B-03
STT Lớp đất Chiều dày (m) Chiều sâu (m) Gama (KN/m3) Lực dính (KN/m2) Góc ma sát trong Hệ số K Áp lực đất (KN/m2) Áp lực dung dịch (KN/m2) 1 Lớp F 1,5 1,5 18,5 31°46' 0,47 6,04 14,85 2 Lớp 1 2,5 4 14,5 12 2°04' 0,96 -0,43 39,59 3 Lớp 2A 2 6 19,2 30,5 14°41' 0,75 -21,05 59,39 4 Lớp 2 4,5 10,5 19,5 37,4 16°45' 0,71 -2,50 103,93 5 Lớp 4A 5,5 16 18,1 19,3 9°49' 0,83 72,43 158,37 6 Lớp 4C 9,5 25,5 19,8 13 22°37' 0,62 116,72 252,40 7 Lớp 5 8 33,5 20,1 5,1 31°46' 0,47 136,75 331,58 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -100 0 100 200 300 400 Chi ều s âu hố khoa n (m ) Áp lực ngang (KN/m2)
Biểu đồ áp lực ngang theo chiều sâu của hố khoan TP2A-02
Áp lực ngang của đất Áp lực ngang của dung dịch
Hình 3-8: Biểu đồ áp lực ngang theo chiều sâu hố khoan TP2B-03
Từ các thơng số được tính tốn trong bảng số liệu, ta thấy rằng áp lực dung dịch theo độ sâu đều lớn hơn áp lực ngang của đất dọc theo chiều sâu của hố khoan. Việc này làm cho thành hố khoan ổn định, không xảy ra hiện tượng trượt, sạt dọc theo chiều sâu hố khoan. Áp lực dung dịch theo độ sâu của các loại dung dịch khác nhau cũng thay đổi không đáng kể do tỉ trong dung dịch chỉ thay đổi trong khoảng nhỏ từ 1,01 đến 1,05. Một vài giá trị áp lực ngang của đất có giá trị âm do thành phần áp lực ngang gây trượt đất nhỏ hơn thành phần kháng trượt tính từ lực dính của đất.
3.3. ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO DUNG DỊCH
Yếu tố quan trọng cuối cùng trong thi công cọc khoan nhồi là khả năng chịu tải của cọc. Việc sử dụng các dung dịch khoan khác nhau để giữ ổn định thành hố khoan có thể ảnh hưởng đến ma sát thành giữa cọc và đất. Điều này ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cọc. Do khơng có dữ liệu về thí nghiệm nén tĩnh và thí nghiệm do biến