PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN CHệễNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT YẾU VEN SÔNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
CHệễNG 7 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THỰC TẾ CỌC KHOAN NHỒI
7.1 Nghiên cứu ứng dụng về thi công cọc khoan nhồi
Ở đây sẽ trình bày nghiên cứu ứng dụng các biện pháp xử lý hư hỏng trong thi công cọc khoan nhồi. Do điều kiện thực nghiệm ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long chưa có. Vì vậy đề tài lấy đối tượng nghiên cứu ứng dụng là việc xử lý hư hỏng cọc khoan nhồi dưới cầu Thanh trì bắc qua sông Hồng ở Phía bắc.
Cọc khoan nhồi ở cầu Thanh Trì sau khi thi công xong phát hiện các cọc có hiện tượng bê tông không đồng nhất, phần lớn xuất hiện ở đáy cọc. Căn cứ vào kết quả khoan lấy lõi, có sự nghi ngờ rằng việc vệ sinh đáy cọc không tốt trước khi đổ bê tông là nguyên nhân gây ra hiện tượng không đồng nhất của cọc.
Có 2 biện pháp để xử lý. Một là thi công thêm cọc và bệ cọc. Biện pháp còn lại là bơm vữa vào phần không đồng nhất của cọc. Trong biện pháp bơm vữa còn chia ra ba cách khác nhau. Cách thứ nhất là bơm vữa bằng sử dụng 2 ống sonic.
Cách thứ hai là khoan lấy lõi từ trên cọc đến phần bê tông không đồng nhất và vữa sẽ được bơm vào lỗ khoan lõi này. Cách thứ ba là bơm vữa áp lực cao cải thiện phần đất bao quanh cọc.
7.1.1 Sửa chữa hư hỏng ở mũi cọc bằng cách bơm vữa dùng ống sonic đối với các cọc có bê tông không đồng nhất :
a. Mô tả khái quát:
Phun vữa chân cọc được xem là biện pháp hữu hiệu bù bê tông cọc nhằm khôi phục và đảm bảo khả năng chịu lực của cọc bị hỏng chân cọc dưới 1m theo kết quả thí nghiệm siêu âm. Nếu việc làm sạch và rửa chân cọc có thể được tiến hành bằng cách dùng các ống siêu âm trước khi phun thì công việc phun vữa tin
132
cậy nhiều hơn. Trường hợp sửa chữa này dùng 4 ống siêu âm đặt sẵn. Cọc có đường kính thiết kế 1.5m.
b. Các cọc mục tiêu
Các cọc được sửa chữa theo phương pháp này là các cọc có chân cọc bị hỏng dưới 1 m được phân thành 2 loại theo hình dạng chân cọc nghi ngờ. Cọc có một số khu vực siêu âm có bê tông tốt nằm trong đoạn cọc bị hỏng phân thành loại B1. Loại B1 được xem là loại có 1 phần bê tông khá tốt và phần đó tự lên tầng chịu lực. Loại cọc mà không có phần nào của chân cọc tới tầng chịu lực được phân thành loại B2.
133
c. Sơ đồ phun vữa
Hình 7.1: Sơ đồ kế hoạch phun vữa
☻Bắ t Đầ u
Xói rửa châ n cọc bằng áp lực n−ớc từ ống thứ nhất (bất kỳ ống nào)
Xác nhận sự chảy n−ớc và o các ống
Phải tiế n hành rửa cho ba ống khác
Tiế n hành phun vữ a từ ống thứ nhất
Tiế n hành phun vữ a từ ống thứ nhất (Tỷ lệ V÷ a/Xim¨ng - W/C=100%)
Đạt khối l−ợng tối đ a (1.0m3) hoặ c áp lực
(20kg/cm2)
Thay đ ổ i tỷ lệ hỗn hợp thà nh W/C=55%
Đạt khối l−ợng tối đ a (2.0m3) hoặ c áp lực
(40kg/cm2)
Thay đ ổ i tỷ lệ hỗn hợp thà nh W/C=40%
Đạt áp lực tối đ a (50kg/cm2)
Tiế p tục phun từ 3 ống khác (W/C=40% cho
đến 50kg/cm2)
Khoan lõi đ ể quan sát sự thay đ ổ i và tiế n hà nh SPT
Thử nghiệ m né n tĩ nh đ ể xác nhận tí nh hữ u hiệ u
áp dụng cho các cọc loại B khác
Đ−ợc
Đ−ợc
Đ−ợc
Không
Không
Không
Chỉ đ ối v ới cọc thử nghiệ m (P18R-4)
134
d. Giải thích từng bước công việc Trình tự phun vữa như sau:
(1) Mở đáy ống siêu âm
Làm thủng nắp đáy của tất cả ống siêu âm bằng việc dùng thanh thép treo và được cần cẩu thả xuống.
(2) Rửa chân cọc bằng nước áp lực cao
Bộ nối với ống phun vữa phải được hàn vào đỉnh ống siêu âm. Sau khi nối ống phun vữa phải được rửa bằng nước áp lực cao. Vòi nước có thể được lắp vào đáy ống xả và phun nhiều nước để xói đất lên. Nước sẽ được bơm liên tục cho đến khi xả ra nước trong. Sau đó ống phun sẽ được chuyển sang ống tiếp theo. Phải bơm và làm sạch cho đến khi xong tất cả các oáng.
(3) Phun vữa
Sau khi làm sạch xong, vòi phun sẽ được nối với một trong các ống siêu âm và công tác phun được bắt đầu. Vào thời điểm này van ở đỉnh ống siêu âm khác sẽ mở ra.
Ban đầu sẽ tiến hành phun vữa với nước và xác nhận việc xả từ ống đối diện. Sau khi xác nhận việc xả nước, phun vữa lỏng(tỷ lệ N/X =1) sẽ đựoc phun thay nước cho đến khi đạt áp lực phun 20kg/cm2. Trong trường hợp khối lượng phun đạt tới 1m3 thì dừng phun.
Sau đó giống như cách này, vữa xi măng sẽ được điều chỉnh đặc hơn (N/X=0.55). Nếu vữa bắt đầu xả ra từ các ống khác thì đóng đỉnh ống xả lại và tiếp tục phun vữa áp lực cao.
Khi áp lực phaun vữa đạt 40kg/cm2 hoặc khối lượng tối đa đạt 2m3 thì dừng phun vữa theo tỷ lệ hỗn hợp này.
135
Sau đó chuyển sang vữa với tỷ lệ N/X = 0.4và tiếp tục phun cho đến khi áp lực phun đạt 50kg/cm2 và đỉnh ống phun sẽ đóng lại và chuyển sang ống tiếp theo. Ống được xem là nối tốt với ống phun được chọn là ống tieáp theo.
Phun vữa từ ống thứ 2 sẽ bắt đầu theo tỷ lệ hỗn hợp thiết kế N/X=0.4 và van tại ống phun vữa đầu tiên sẽ đóng lại trong khi hai ống khác sẽ mở ra khi phun vữa. Tiếp tục phun cho đến khi áp lực đạt áp lực tối đa cho phép.
Tiếp tục phun theo cách này cho đến khi phun xong cho tất cả các ống.
(4) Bảo dưỡng
Đỉnh ống siêu âm phải được đóng kín tối thiểu là 24 giờ không được đụng chạm vào và phải chờ vữa xi măng đông kết.
(5) Kiểm tra hiệu quả của việc sửa chữa
Sau khi bảo dưỡng xong khoảng 3 ngày sẽ tiến hành khoan lõi và thử SPT tại chân cọc để kiểm tra.
e. Tỷ lệ hỗn hợp vữa xi măng
Bảng 7.1- Tỷ lệ hỗn hợp vữa xi măng điển hình như sau:
Vật liệu N/X Xi măng Phụ gia Nước
1 760kg Khoâng yeâu caàu 760kg
0.55 1146kg Khoâng yeâu caàu 630kg
Khối lượng cho 1m3 vữa
(kg) 0.4 1383kg Khoâng yeâu caàu 553kg
Tuy nhiên, vì vật liệu trong phần cọc có phần hỏng chủ yếu là cát mịn ngay cả việc đã rửa sạch. Chuẩn bị vữa theo tỷ lệ nước : xi măng cao để nó có khả năng thấm nhập nhanh vào khoảng trống giữa các hạt cát. Tỷ lệ nước / xi măng ban đầu phải là 1 sau đó giảm dần xuống 0.4.
Nên trộn vữa cẩn thận trước khi phun vữa.
f. Thieát bò
136
Một bộ thiết bị phun vữa hoàn chỉnh như hình vẽ 5.10 Và bao gồm các thành phaàn sau ủaõy:
- Máy trộn vữa công suất từ 150lít đến 200 lít - Bơm vữa công suất 50kg/cm2 đến 60kg/cm2 - Vòi phun, van và các bộ nối.
Hệ thống phun vữa phải được trang bị lưới lọc để tránh tắc vữa. Trong trường hợp không có bể chữa vữa giữa máy bơm và máy trộn thì đỉnh lỗ xả của máy trộn phải luôn luôn chìm trong vữa cho đến khi mẻ phun vữa cuối cùng. Phải chắc chắn không để không khí thâm nhập vào vữa.
v÷a XE TRéN P
C ọc Khoan Nhồi
èng Phun Mở từng van một
để làm sạch
Đ áy đuợ c mở Bé nèi
èng Phun
để phun vữa
Đ óng tất cả các van
Đ áy đuợ c mở C ọc Khoan Nhồi Bé nèi
P
XE TRéN v÷a
Mở Đ óng
GIA I Đ Oạ N Là M Sạ CH GIA I Đ Oạ N PH UN VữA
Hình 7.2-Sơ đồ thiết bị phun vữa xử lý phần bê tông không đồng nhất ở mũi cọc g. Aùp lực phun vữa cho phép
Aùp lực phun vữa tối đa sẽ áp dụng sẽ bằng 50-70% áp lực tạo ra bởi vật liệu phủ lên và ma sát của nó. Ví dụ: cột bê tông cột bê tông cọc là 50m thì áp lực phun tối đa là:
Aùp lực phun tối đa: Pmax = (50m x 2.5t/m3 +1.5 x3.14 x 7.5t/m2 x 50)/1.77m2 = 107kg/cm2
137
Aùp lực phun cho phép = 80% của Pmax = 85kg/cm2
Để tham khảo áp lực phun vữa tối đa, bảng áp lực phun tối đa được trình bày như sau:
Bảng 7.2- Aùp lực phun tối đa
Chiều dài cọc (m) 35 40 45 50 55
Aùp lực tối đa (kg/cm2)
60 68 77 85 94
7.1.2- Sửa chữa hư hỏng ở mũi cọc bằng biện pháp bơm vữa áp lực cao xử lý cột đất xung quanh cọc đối với các cọc có bê tông không đồng nhất, chiều dài hư hỏng lớn ):
a. Tổng quát
Biện pháp này mô tả quy trình phương pháp bơm vữa áp lực cao (Columm Jet Grouting- CJG). Biện pháp này được áp dụng đối với các phần không đồng nhất của cọc.
b. Vật liệu và cấp phối (1) Danh mục vật liệu
Bảng 7.3 Tên vật liệu Mô tả Nhà sản xuất Mục đích sử dụng
Xi măng PC40 Bút Sơn (việt Nam) Vữa lấp
Phụ gia Mighty 150 KAO (Nhật Bản) Vữa lấp
Bentonit API 100 (Vieọt Nam) Khoan
(2) Cấp phối vật liệu
Bảng 7.4- Cấp phối cho 1 m3 vữa
Xi maêng 760kg
Phuù gia 12kg
Nước 750kg
138
c. Thieát bò
Bảng 7.5- Danh mục thiết bị
TT Tên thiết bị Model Năng lực Số lượng
1 Máy khoan MEGALO L38-150 11kw 1
2 Máy phun vữa CJG-150k 30kw 1
3 Bơm áp lực cao SG-75 55kw 1
4 Bơm vữa SG-30 22kw 1
5 Bôm beâ toâng MG-15 11kw 1
6 Tuỷ ủieọn KGR333 2kw 1
7 Máy trộn vữa MM1000 19kw 1
8 Máy khuấy 2m3 6kw 1
9 Máy nén khí DENYO.DIS-765US 1.27MPA 1
10 Bôm chìm 2 inch 2kw 2
11 Máy làm sạch bằng tia nước
3.7kw 1
12 Bơm cát 4 inch 11kw 2
13 Oáng vách D142mm, L=2m 110
14 Oáng ba đường
bôm
D90mm, L= 3m 40
15 Oáng dẫn áp lực cao
19mm, L=20m 8
16 Oáng dẫn áp lực cao
32mm, L=20m 10
17 Vòi khí 25mm, L=20m 8
18 Phụ tùng thay thế 1 bộ
139
19 Dụng cụ 1 bộ
20 Cẩu bánh lốp 25tấn 1
21 Bể nước 20m3 1
22 Máy phát điện 350KVA 1
d.Phạm vi xử lý
(a) xác định độ cao của phần bê tông cọc không đồng nhất tính từ cao độ đập đầu cọc trong thí nghiệm siêu âm.
(b) Kiểm tra phần chân cọc từ thực tế từ nhật ký thi công khoan cọc nhồi (c) Đáy của phần đất được cải thiện sẽ thấp hơn chân cọc thực tế 0.5m
(d) Đỉnh của phần được cải thiện sẽ cao hơn đỉnh của phần không đồng nhất từ 1 m đến 1,25m
(e) Phần đỉnh được cải thiện sẽ được điều chỉnh tùy theo bước vận hành của máy CJG trong phạm vi được mô tả ơ trên
Các cọc hư hỏng có phạm vi hư hỏng bê tông không đồng nhất ở phần mũi cọc có chiều dài 2.7m, 3.5m và 7.0m. Các khu vực được xử lý của mỗi cọc được đề xuất trong các bản vẽ kèm theo.
140
V ử ừa x im a ờn g
K h í n e ùn A Ùp lử ùc c a o
N ử ụ ực
V ử ừa x im a ờn g K h í n e ùn N ử ụ ực a ựp lử ùc c a o
C h i T ie át O Án g
O Án g b a l o ã Φ9 0
V ử ừa X i m a ờn g B u ứn
K h í n e ùn 7 k g f / c m 2 N ử ụ ực a ựp l ử ùc c a o
4 0 0 k g f / c m 2 H o á k h o a n d a ãn
Φ1 4 0 m m
H ỡ n h V e ừ M i n h H o a ù B ụ m A Ùp L ử ùc C a o
Hình 7.3- Bơm áp lực cao và chi tiết ống 3 đường bơm
141
e. Trình tự thi công (a) Chuaồn bũ
Chuẩn bị các hố chứa bùn trong khi khoan. Tổng thể tích để chứa bùn sẽ lớn hơn tổng thể tích được thay thế bởi lượng vữa xi măng. Nếu không chuẩn bị được hố chứa bùn, sàn công tác cần đặt lên cao cho máy móc làm việc.
(b) Khoan
Sau khi xác định được ví trí trọng tâm lỗ khoan, lắp máy khoan theo chiều ngang. Việc khoan sẽ tiến hành đến độ sâu thấp hơn 60cm đáy của phần cần cải thiện. Độ thẳng đứng của hố khoan được kiểm tra bằng máy sau khi khoan để hạ được ống bơm đến vị trí cần thiết.
(c) Thử nghiệm bơm áp lực cao
Oáng ba đường bơm sẽ được lắp đặt từ đáy hố khoan. Oáng vách tạm thời sẽ được kéo lên cho đến khi cao hơn phần được cải thiện. Việc thử nghiệm bơm áp lực khí nén, nước áp lực cao và vữa xi măng sẽ được thực hiện.
(d) Bơm vữa áp lực cao
Nếu kết quả thử nghiệm bơm vữa áp lực cao đạt yêu cầu, việc bơm vữa áp lực cao sẽ đựơc tiến hành. Oáng bơm được nâng lên 2,5cm trong 30 giây. Tốc độ quay của ống bơm sẽ được kiểm soát ở mức 5 đến 6 vòng một phút một cách nghiêm ngặt để đạt được mức độ thay thế đất nhất định và bán kính thiết kế của khu vực được cải thiện.
(e) dỡ bỏ ống bơm và hoàn thành
khi cao độ của tia nước phun đạt đỉnh của phần được cải thiện. Dừng phun vữa và quay ống, sau đó tháo bỏ từ từ. Trong khi dỡ bỏ ống bơm, vữa xi măng sẽ được xả ra liên tục để lấp đầy hố khoan và ngăn chặn tác động tới đất tự nhiên.
142
phạm vi xử lý đất quanh cọc 3 Tr−íc khi phun v÷a
khoan sâu qua đáy
đoạn cần xử lý 60cm Nền đất tự nhiên
Khu vực cần xử lý
4 Sau khi phun v÷a N©ng vá èng Phun vữa thử Tiến hành phun vữa
60
0 v÷a xi m¨ng
400 phun nuớc và khí 1 khoan
Nền đất tự nhiên
2 Cắt đất
Hình 7.4- Phun vữa xử lý đất xung quanh mũi cọc
143
1 khoan 2 Phun thử
3 Phun V÷a
( Xoay và nâng hạ ống) 4 Tháo rời ống
Hình 7.5 - Các bước phun vữa xử lý đất xung quanh mũi cọc f. thẩm định kết quả xử lý
(a) Thớ nghieọm PDA
Thí nghiệm PDA sẽ được tiến hành để khẳng định hiệu quả của phương pháp phun vữa áp lực cao.
(b) Thí nghiệm tải trọng tĩnh
Thí nghiệm tải trọng tĩnh cũng sẽ được tiến hành để xác định hiệu quả của phương pháp xử lý.
(c) khoan lõi và thí nghiệm SPT.
Khoan lõi và thí nghiệm SPT được tiến hành để xác định phạm vi đã được xử lý và xác định cường độ . Lõi khoan sẽ được kiểm tra cường độ nén bằng thí nghiệm nén trong trường hợp lõi có thể thực hiện được. Cường độ cũng được kiể tra baống thớ nghieọm SPT.
144
7.1.3-Sửa chữa hư hỏng ở thân cọc có bê tông không đồng nhất bằng biện pháp phun vữa qua lỗ khoan bê tông:
a. Nguyên nhân và vị trí hư hỏng
Từ kết quả siêu âm cho thấy một số cọc có bê tông không đồng nhất ở thân cọc.
Nguyên nhân được nhận định là do ống tremie bị tắc và do nhấc ống lên trong khi đổ bê tông. Đoạn bê tông không đồng nhất nằm ở cao độ 8 đến 10 m, 18m, 20m và 25m dưới ví trí cắt đầu cọc. Biện pháp phu vữa xử lý phần bê tông không đồng nhất là biện pháp hữu hiệu nhất.
b. Sơ đồ quá trình xử lý
qui trình sửa chữa theo sơ đồ sau:
Hình 7.6- Sơ đồ quá trình xử lý thân cọc bị hỏng
Bắt Đầu
Khoan lõi đểû lấy mẫu và nén maãu
Đủ cường độ
Tiến hành phun vữa
Thớ nghieọm sieõu aõm
Tiến hành bước tiếp theo của coõng vieọc
Khoâng
Có
Không sửa chữa
145
c. Trình tự xử lý:
(a) Khoan
Việc khoan lỗ sẽ được tiến hành đến độ sâu vùng cần sửa chữa của cọc khoan nhồi. Lõi mẫu khoan sẽ được lưu lại để kiểm tra cường độ. Vị trí chính xác cần xử lý sẽ được quyết định thông qua thí nghiệm nén mẫu và qua quan sát.
(b) Phun vữa
sau khi khoan xong, ống phun sẽ được đưa vào lỗ khoan. Vít nở cơ học (mechanical parker) sẽ được sẽ được sử dụng và lắp ở vị trí phía trên khu vực cần xử lý để duy trì áp lực phun vữa.
Ban đầu sẽ bơm bằng nước để kiểm tra hiệu quả bơm. Sau đó tiến hành bơm vữa xi măng-nước với hàm lượng nước nhiều (loãng). Tiếp đó hàm lượng vữa xi măng được tăng lên đậm đặc dần dần cho đến khi đạt thành phần vữa thiết kế hoặc đến khi không bơm được nữa.
Việc phun vữa sẽ kết thúc khi áp lực vữa phun đạt đến áp lực tối đa cho phép (áp lực thủ tĩnh tại vị trí xử lý + 0.5kg/cm2). Khối lượng vữa phun và áp lực phun sẽ được ghi chép lại.
(c) Bảo dưỡng
Tối thiểu cọc được phun vữa sẽ được bảo dưỡng trong 3 ngày.
(d) Kiểm tra lại bằng siêu âm:
sau khi hoàn thành việc xử lý, sẽ tiến hành thí nghiệm siêu âm lại để kiểm tra hiệu quả của vịêc sửa chữa.
a. yêu cầu vật liệu
Thành phần hỗn hợp vữa xi măng điển hình như sau:
Bảng 7.6- Thành phần hỗn hợp vữa xi măng (1m3)
Vật liệu Xi măng Nước Phụ gia Cường độ yêu cầu Cho 1m3 vữa (kg) 1384kg 554kg Không yêu cầu 290kg/cm2
146
Thành phần hỗ hợp có thể được điều chỉnh dựa vào kết quả thử nghiệm Mác xi măng là PC 400 (xi măng Bút sơn) theo TCVN-2682
Vữa cần được trộn kỹ trước khi phun.
d. Thieát bò
Một bộ thiết bị hoàn chỉnh bao gồm:
- Máy trộn vữa loại 150 đến 200 lít - Máy bơm vữa công suất 20kg/cm2 - Vòi , van và ống nối
Hình 7.7-Sơ đồ thiết bị phun vữa xử lý hư hỏng thân cọc
e. Áp lực phun cho phép
Aùp lực phun tối đa cho phép có thể tính toán căn cứ vào áp lực thủ tĩnh tại vị trí bê tông không đồng nhất cần xử lý. Aùp lực phun sẽ duy trì không lớn hơn áp lực
vít nở cơ học phần không đồng nhất
èng v÷a
bơm trộn
v÷a v÷a
147
thuỷ tĩnh + 0.5kg/cm2. Tổng hợp áp lực phun tại các cọc hư hỏng phụ thuộc vị trí xử lý như bảng sau.
Bảng 7.7- Aùp lực phun
Mực nước sông Cao độ cắt đầu cọc Vị trí phun tính từ cao độ cắt đầu cọc (m)
Aùp lực phun tối đa (kg/cm2)
11.0 2.7 18.0 3.4 20.0 3.6
+2m -9.279m
25.0 3.9