Hiệu quả việc xối rửa đáy và bơm vữa PDF. In Email

HIỆU QUẢ CỦA XÓI RỬA ĐÁY VÀ BƠM VỮA ĐỐI VỚI SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TẠI CÔNG TRÌNH EVER FORTUNE PLAZA, HÀ NỘI

Tsay Shing-Liang - Ever Fortune Industrial Co. Ltd., Taiwan

Trịnh Việt Cường - Viện KHCN Xây dựng

ABSTRACT: The bearing capacity of bored piles can be largely reduced if the bottom of borehole is not cleaned properly before concreting. According to the experience in some countries, bottom treatment by cleaning and grouting is an efficient method for improving pile bearing capacity. This paper deals with the results from application of this technique for 2 piles at the construction site of Hanoi Ever Fortune Plaza. The load bearing capacity of treated piles is increased by 50¸100% in comparison with the bearing capacity of  untreated piles in the same soil conditions.    

1. MỞ ĐẦU  

So với một số loại cọc khác, cọc khoan nhồi có nhiều ưu điểm về mặt kỹ  thuật, đặc biệt khi xây dựng công trình có tải trọng lớn trong khu vực đô thị. Tuy vậy thực tế cho thấy khả năng phát sinh khuyết tật trên thân cọc và dưới mũi cọc do hạn chế của công nghệ thi công. Kết quả khoan kiểm tra mũi cọc ở nhiều công trình xây dựng cho thấy một tỷ lệ khá cao các cọc được kiểm tra có lớp mùn lắng dưới mũi cọc với bề dày vượt quá mức cho phép dẫn tới giảm sức chịu tải ở mũi cọc.  Có thể coi lớp mùn này là một dạng khuyết tật của cọc nếu bề dày của lớp này vượt quá 5-10 cm.

Để khắc phục nhược điểm trên, ngoài biện pháp cải tiến nâng cao hiệu quả của công việc thổi rửa đáy hố khoan, một số công nghệ xử lý mũi cọc sau khi đã đổ bê tông đã được nghiên cứu và áp dụng ở Đức, Nhật, Đài Loan, Trung Quốc, v.v. Hiệu quả của phương pháp xử lý đối với sức chịu tải rất cao. Kinh nghiệm áp dụng phương pháp xói mũi cọc và bơm vữa ở Đài Loan cho thấy trường hợp mũi cọc tựa vào đất cứng như đá hoặc cuội sỏi thì sức chịu tải của cọc có thể tăng gấp đôi. Đây được coi là một phương pháp cho hiệu quả kinh tế - kỹ thuật rất cao, đã được áp dụng rộng rãi ở Đài Loan.

Báo cáo này trình bày kết quả bước đầu áp dụng công nghệ này sử dụng thiết bị sẵn có ở Việt Nam tại công trình Ever Fortune Plaza, Hà nội.    

2. ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG TRÌNH

Thiết kế xây dựng một khách sạn trên khu đất 83B Lý Thường Kiệt dược thực hiện từ  đầu những năm 90 của thế kỷ trước. Năm 1996 toàn bộ số lượng cọc khoan nhồi cho móng của công trình (theo thiết kế được lựa chọn ở thời điểm đó) đã được thi công. Tuy vậy sau khi hoàn thành phần cọc, dự án không được triển khai tiếp nên cho tới nay khu đất này vẫn được để trống. Sau khi tiếp quản dự án, Ever Fortune Industrial Ltd (Đài Loan) dự kiến xây dựng một toà nhà cao tầng theo thiết kế mới. Công tác thiết kế công trình do công ty tư vấn Architype thực hiện. Phương án kiến trúc mới có nhiều thay đổi so với thiết kế trước kia nên kết cấu của công trình cũng thay đổi theo, vì vậy cần thi công thêm một số cọc. Tư vấn thiết kế đã kiến nghị tiến hành thi công và thí nghiệm nén tĩnh 2 cây cọc đường kính 1.2 m được xử lý bằng biện pháp xói và bơm vữa để làm cơ sở cho thiết kế nền móng công trình. 

3.       ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT 

Công tác khảo sát địa chất đã được thực hiện với 7 hố khoan. Trụ địa chất điển hình tại khu vực xây dựng được thể hiện trong bảng 1.

 

 

 

Bảng 1. Cấu tạo địa tầng tại khu vực xây dựng

Số hiệu lớp 

Mô tả

Độ sâu và bề dày (m)

SPT

Nóc lớp

Đáy lớp

Bề dày

1

Đất lấp

0

2.0

2.0

-

2

Bùn sét

2.0

4.2

2.2

2

3

Sét dẻo cứng

4.2

7.2

3.0

7

4

Sét pha nửa cứng

7.2

14.8

7.6

9¸15

5

Cát hạt mịn

14.8

17.0

2.2

9

6

Cát hạt trung

17.0

27.0

10.0

19¸28

7

Cát hạt thô, chặt

27.0

34.5

7.5

37

8

Cuội sỏi

>34.5

-

-

>100

Kết quả khảo sát địa chất công trình cho thấy lớp cuội sỏi (8) là lớp đất tốt nhất đã gặp trong phạm vi khảo sát. Theo thiết kế cho phương án cũ cọc khoan nhồi đường kính 1.0 m được hạ đến độ sâu 40 m, do đó chiều dài cọc nằm trong lớp cuội sỏi khoảng 5.5 m. Trong phương án thiết kế mới hai cây cọc thí nghiệm được thi công đến độ sâu 41.8 m và 45.4 m, với chiều dài nằm trong lớp cuội sỏi khoảng 7.3 ¸ 10.9 m.

4. CÁC CÂY CỌC THÍ NGHIỆM

4.1. Cấu tạo cọc

Chương trình thí nghiệm cọc được thực hiện với mục đích thu thập nhiều thông tin về sức chịu tải của cọc. Ngoài chuyển vị và lực dọc trục tại đầu cọc, các đại lượng trên được quan trắc tại 3 độ sâu khác (xem bảng 2) trong suốt quá trình thí nghiệm bằng các đầu đo chuyên dùng. Độ sâu đặt các đầu đo được xác định theo độ sâu đặt móng và theo điều kiện đất nền: Độ sâu 10 m tương ứng với đáy đài cọc, độ sâu 17 m ứng với vị trí chuyển tiếp sang lớp cát thô và các độ sâu 39 và 45 m nằm gần mũi cọc. Với cách bố trí như trên từ kết quả thí nghiệm có thể xác định một cách tương đối chi tiết các thành phần sức chịu tải của cọc như sau:

-       Quan hệ tải trọng - độ lún tại 4 độ sâu: đầu cọc, đáy móng, nóc lớp cát và mũi cọc;

-       Ma sát bên trung bình trong lớp sét và lớp cát.

Các thông số về các cọc thí nghiệm được trình bày trong bảng 2, sơ đồ bố trí các đầu đo được trình bày trên hình 1.

Bảng 2. Thông tin về cọc thí nghiệm

Thông số

Cọc thí nghiệm

TCP-1

TCP-2

Đường kính cọc (m)

1.2

1.2

Chiều dài cọc (m)

41.8

45.4

Độ sâu đặt đầu đo lực và chuyển vị (m)

0; 10; 17; 45

0; 10; 17; 39

Ngày đổ bê tông cọc

29/5/2003

31/5/2003

Ngày đổ bơm vữa xử lý mũi cọc

21/6/2003

19/6/2003

Ngày kết thúc thí nghiệm nén tĩnh

23/7/2003

1/8/2003

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hình 1. Sơ đồ bố trí đầu đo biến dạng và chuyển vị

4.2. Qui trình thi công cọc 

Các cây cọc thí nghiệm được thi công bằng thiết bị khoan gầu và đổ bê tông trong dung dịch khoan. Toàn bộ quá trình khoan và đổ bê tông được tiến hành thuận lợi, không xảy ra sự cố kỹ thuật có thể gây ảnh hưởng bất lợi đến chất lượng cây cọc. Việc khoan kiểm tra mũi cọc đã được thực hiện để kiểm tra tình trạng ngay dưới mũi cọc. Mẫu bê tông và đất dưới mũi cọc thu được lấy lên khi khoan tạo lỗ để xử lý mũi cọc cho thấy bê tông cọc có chất lượng tốt kể cả ở phần tiếp giáp giữa cọc và đất. Tuy vậy ngay dưới mũi cọc tồn tại một lớp mùn khoan với thành phần chủ yếu là cát hạt mịn đến hạt trung lẫn bentonite, bề dày lớp này tới 30 cm. Mẫu khoan lấy từ 2 cọc được thể hiện trên hình 2.

 

Cọc TCP-1

Cọc TCP-2

Hình 2. Mẫu khoan kiểm tra mũi cọc

4.3. Xử lý mũi cọc 

Sau khi bê tông cọc đạt khoảng 50% cường độ thiết kế, công tác xử lý mũi cọc được tiến hành. Qui trình thi công xử lý bao gồm các điểm chính sau đây:

-                 Khoan 2 lỗ từ đáy 2 ống đặt sẵn trong cọc, qua lớp bê tông dưới đáy và xuyên vào lớp đất dưới mũi cọc;

-                 Xói bằng tia nước áp lực cao 250¸300  (hình 3a);

-                 Thổi rửa đáy bằng cách bơm nước áp lực 50  qua một lỗ khoan trong khi lỗ kia được sử dụng để thoát nước (hình 3b);

-                 Tiến hành bơm vữa với áp lực 50  qua lỗ khoan (hình 3c) và giữ áp lực để vữa xi măng xâm nhập sâu vào lớp cuội sỏi dứơi mũi cọc (hình 3d). 

-                 Tiến hành bơm vữa với áp lực 50  qua lỗ khoan (hình 3c) và giữ áp lực để vữa xi măng xâm nhập sâu vào lớp cuội sỏi dứơi mũi cọc (hình 3d). 

5. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH

Nén tĩnh cọc được thực hiện bằng biện pháp chất tải. Cấp tải trọng cao nhất đã đạt tới bằng 2500 T và cấp này cả hai cây cọc chưa đạt tới sức chịu tải giới hạn. Quan hệ tải trọng - độ lún của cây cọc TCP-1 (dài 41.6 m) được thể hiện trên hình 4. Kết quả quan trắc lực dọc trục cọc được thể hiện trên hình 5, cho thấy ở cấp tải trọng lớn nhất thành phần sức chịu tải dưới mũi cọc chiếm 40% sức chịu tải tổng cộng. Cũng có thể thấy ma sát bên cọc đã được huy động gần hết khi tải trọng ở đầu cọc đạt 1500 tấn.

a) Khoan tạo lỗ, xói bằng tia nước áp lực cao

b) Thổi rửa đáy bằng nước áp lực 50   

c) Bơm vữa áp lực         50  

d) Giữ áp lực để vữa xâm nhập vào đất

Hình 3. Trình tự thực hiện xói và bơm vữa mũi cọc

 

 

Hình 4. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún

của cọc TCP-1

Hình 5. Phân bố tải dọc trục cọc TCP-1 ở một số cấp gia tải

6. NHẬN XÉT VỀ HIỆU QUẢ CỦA BIỆN PHÁP XỬ LÝ

So với các cọc có cùng đường kính và có chiều dài tương đương ở khu vực Hà nội, tải trọng đã đạt tới khi thí nghiệm 2 cây cọc TCP-1 và TCP-2 (được xử lý mũi) cao gấp khoảng 1.7 lần. Tải trọng thí nghiệm hai cây cọc xấp xỉ giá trị đạt được khi nén tĩnh một số cọc barrette tiết diện 1.2x2.8 m trong điều kiện đất nền tương tự.

Để đánh giá một cách cụ thể hơn hiệu quả của việc xử lý mũi cọc có thể so sánh với kết quả thí nghiệm một số cây cọc ở cùng hiện trường nhưng không được xử lý. Trước khi thực hiện thí nghiệm  nén tĩnh 2 cây cọc đường kính 1.2 m nêu trên, Viện KHCN Xây dựng đã thực hiện thí nghiệm nén tĩnh 5 cây cọc khác có đường kính 1.0 m, dài 40 m thuộc móng của dự án cũ (đã được thay thế bởi dự án hiện nay). Các cây cọc nêu trên đều được thi công theo phương pháp thông thường nên mũi cọc không được xử lý sau khi đổ bê tông. Với mục đích so sánh, kết quả thí nghiệm cho cọc đường kính 1.2 m được qui đổi sang cọc đường kính 1.0 m trên cơ sở các giá trị của ma sát bên và lực ở mũi cọc ứng với mỗi cấp tải xác định theo thí nghiệm đo lực dọc thân cọc như đã mô tả ở phần trên. Kết quả chuyển đổi được thể hiện trên hình 6 cùng với biểu đồ nén tĩnh 3 cây cọc đường kính 1.0 m  tại hiện trường này. Trong trường hợp này có thể thấy hiệu quả của phương pháp xử lý mũi cọc là rất rõ, thể hiện trên 2 khía cạnh: Độ lún của cọc giảm và sức chịu tải giới hạn tăng lên.  Sơ bộ có thể thấy sau khi được xử lý sức chịu tải của cọc tăng khoảng 1.5 lần.

Hình 6. So sánh cây cọc chuyển đổi với kết quả thí nghiệm 3 cây cọc

    f1000 mm không được xử lý mũi tại cùng hiện trường

 

7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết quả áp dụng biện pháp xử lý mũi cọc bằng phương pháp xói và bơm vữa cho 2 cây cọc khoan nhồi tại công trình xây dựng Ever Fortune Plaza bước đầu cho thấy:

-               Công nghệ nêu trên tương đối đơn giản, có thể sử dụng thiết bị hiện có trong nước để xử lý cho cọc;

-               Áp dụng cho cọc khoan nhồi hạ đến lớp cuội sỏi trong điều kiện đất nền ở Hà Nội, sức chịu tải của cọc sau khi được xử lý có thể tăng thêm 50%¸100%.

Vì phương pháp xử lý mũi cọc có chi phí thấp trong khi hiệu quả kỹ thuật rất cao, việc tiếp nhận chuyển giao công nghệ và áp dụng trong thi công cọc khoan nhồi ở Việt Nam nên được khuyến khích.

 

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.      Viện KHCN Xây dựng - Báo cáo kết quả thí nghiệm cọc tại công trình EVER FORTUNE PLAZA - Hà Nội, 2003.

2.      Ever Fortune Industrial Co. Ltd. - Qui trình thi công xói rửa và và bơm  vữa xử lý mũi cọc – 2003.