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.
Trang 1380 VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
ỨNG DỤNG CƠNG 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
TĨM TẮT
Việc gia tăng sức kháng đơn vị xung quanh thân cọc là thơng qua cơng tác phun vữa
áp lực cao xuống vào nền đất xung quanh cọc, bĩ chặt cọc lại làm thay đổi chỉ tiêu
cơ lý của đất một cách đáng kể Tuy nhiên, việc nghiên cứu tính chất của đất sau khi phun vữa cịn nhiều hạn chế nên việc tính tốn và mơ phỏng cịn thiếu chính xác Đề tài nghiên cứu sự gia tăng sức kháng đơn vị trong đoạn cọc phụt và khơng 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
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
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây ngày càng xuất hiện nhiều cơng trình cao tầng thường
là những đơ thị của thành phố lớn, cơng trình cĩ tải trọng lớn nên yêu cầu cọc phải cĩ sức chịu tải lớn và cần cĩ cơng nghệ mới để làm gia tăng sức chịu tải của cọc Trong đĩ cơng nghệ phụt vữa thành trong những năm gần đây đã chứng minh sự cải thiện đáng kể sức chịu tải đất nền của cọc một cách đáng kể Do đĩ cần nghiên cứu cụ thể về cọc cĩ phụt vữa thành để ứng dụng rộng rãi hơn trong thiết kế và thi cơng cọc barrette cũng như cọc khoan nhồi trong tương lai
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sử dụng kết quả thí nghiệm hiện trường cĩ được để đánh giá sự thay đổi tính chất của đất sau khi phụt vữa
Trang 2Sử dụng phương pháp mô phỏng bằng phần mềm plaxis kết hợp với kết quả thí
nghiệm thử tải để đánh giá sức kháng đơn vị sau khi phun vữa
Tổng hợp cơ sở lý thuyết tính toán sức chịu tải của cọc
3 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA
Ống phụt vữa có đường kính 60 mm được gắn vào xung quanh của chu vi khung
thép đi suốt chiều dài thân cọc, trong đoạn cọc phụt vữa thì ống phụt vữa phải được đục
lỗ để cho vữa thoát ra trong quá trình phụt Mặt khác, một đầu ống phụt vữa phải bịt nắp
kín lại để cho công tác phụt vữa thành đảm bảo chất lượng
Sau khi đổ bê tông cọc khoảng 5 ngày, lúc này bê tông bảo vệ cọc còn mềm nên
công việc phụt vữa thành được thực hiện Đầu tiên là làm nứt lớp bê tông bảo vệ cọc với
nước có áp lực cao đi xuyên qua các ống phụt, khi đó nước chảy theo vết nứt của lớp bê
tông bảo vệ cọc chảy lan ra thành cọc làm xói lỡ cát xung quanh đoạn phụt, sau đó vữa
hỗn hợp xi măng bơm với áp lực cao đi xuống dưới nền 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 phụt vào cọc TP1 là 12 m3 và TP2 là 6 m3
4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
4.1 Tính toán sức kháng theo phương pháp giải tích
a Theo chỉ tiêu cơ lý đất nền
Công thức:
1
n
i
=
(1)
γc: hệ số điều kiện làm việc của cọc, lấy γc = 1
γcq: hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, lấy γcq = 0,9 cho trường hợp dùng phương pháp đổ bê tông dưới nước
γcf: hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc, phụ thuộc vào phương pháp tạo lỗ và điều kiện đổ bê tông
b Theo chỉ tiêu cường độ đất nền
- Đất dính: Cường độ sức kháng cắt không thoát nước dọc thân cọc trong lớp đất
thứ “i” xác định theo phương pháp α
,
f =α×c
(2)
Với α được xác định theo hình G1, trang 81, TCVN 10304-2014
- Đất rời: Sức kháng cắt trung bình dọc thân cọc trong lớp đất thứ “i” được xác
định theo phương pháp β
'
v z
Trang 3382 VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
'
,
v z
σ : là ứng pháp hiệu quả theo phương đứng trung bình trong lớp đất thứ “i”
c Theo viện kiến trúc Nhật Bản SPT
Chỉ số SPT được xác định theo cơng thức Viện kiến trúc Nhật Bản: Tại mục G.3.2
TCVN 10304-2014)
Trong đĩ:
:
b
q Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc
:
b
A Diện tích tiết diện ngang của cọc
:
u Chu vi tiết diện ngang thân cọc
,, , :
f f Cường độ sức kháng của đất rời và đất dính thứ i trên thân cọc
Đối với đất cát (đất rời):
,, , :
c i s i
l l chiều dài đoạn cọc nằm trong đất rời và đất dính thứ i trên thân cọc
, :
c i
N là chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời thứ “i”
Đối với đất dính (đất sét):
, , , :
f =α f c Cường độ sức kháng trên thân cọc nằm trong lớp đất dính thứ “i”
, :
p i
α Hệ số điều chỉnh cho cọc đĩng, phụ thuộc vào sức kháng cắt khơng thốt nướcC uvà trị số trung bình ứng suất cĩ hiệu thẳng đứng σv' , (xác định theo biểu
đồ trên hình G.2a TCVN 10304-2014)
:
L
f Hệ số điều chỉnh theo độ mãnh h/d với f = L 1(cho cọc nhồi)
, :
u i
C Cường độ sức kháng cắt khơng thốt nước trong lớp đất dính thứ “i”:
, 6.25 , :
C = N
, :
c i
N Là chỉ số SPT trung bình trong lớp đất dính thứ “i”
, ,
10
: 3
s i
s i
N
f = Cường độ sức kháng trên thân cọc nằm trong lớp đất rời thứ ”i”
4.2 Theo phương pháp mơ phỏng (phương pháp phần tử hữu hạn)
a Mơ hình Mohr- Coulomb
Mơ hình Mohr Coulomb là mơ hình đàn hồi lý tưởng nhưng dẻo phá hoại (cịn gọi là
Đàn dẻo), mặt dẻo là mặt phá hoại, mơ hình phá hoại dựa trên tiêu chuẩn Mohr- Coulomb với biểu thức τ =σ tanϕ+c Nếu xét bài tốn trong giai đoạn tức thời (tức là tại giai đoạn xây dựng cơng trình) thì biểu thức chính là sức kháng cắt khơng thốt nước
Trang 4c =τ =σ ϕ +c (4)
Mô hình Mohr Coulomb được thể hiện như (Hình 1) như ở bên dưới
Hình 1 Quan hệ ứng suất và biến dạng của mô hình Mohr Coulomb
Nếu xét trong không gian thì mô hình Mohr Coulomb có 6 mặt như hình bên dưới
Hình 2 Mô hình Mohr Coulomb trong không gian
b Mô hình Hardening-Soil
Mô hình Hardening soil là mô hình tăng bền, mô hình Hardening soil phá hoại
cũng dựa trên Mohr - Coulomb nhưng sau khi đạt đến trạng thái dẻo thì tái bền trở
lại nên gọi là mô hình tăng bền
Hình 3 Mô hình Hardening soil
Nếu xét hệ trục trong không gian, mô hình Hardening Soil cũng giống với mô
hình Mohr - Coulomb, cũng có 6 mặt và có 6 phương trình, nhưng tại đình có mặt dẻo
hình thành từ môđul cố kết E0ed
Trang 5
384 VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
Hình 4 Mơ hình Hardening soil trong hệ trục khơng gian
5 ỨNG DỤNG TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CƠNG TRÌNH THỰC TẾ
5.1 Giới thiệu về cơng trình
Cơng trình Eximbank với chiều cao được xây dựng là 40 tầng (xắp xỉ 163 m), với
5 tầng hầm, diện tích xây dựng là 3518 m2, được xây dựng tại Quận 1, TP HCM Cơng trình được thiết kế là cọc barrette với tiết diện (0,8x2,8) m, tải trọng thiết kế là 15MN
cho mỗi cọc
5.2 Mặt cắt và đặc trưng cơ lý của các lớp đất tại vị trí xây dựng
Hình 5 Mặt cắt ngang địa chất cơng trình tại cơng trình xây dựng
Trang 6Hình 6 Mặt cắt ngang địa chất công trình tại công 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 ít sỏi sạn, trạng thái dẻo chảy, chiều dày H = 3,3 m
Lớp 3A: Cát mịn lẫn bột ít 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, ít sét, ít sỏi sạn, trạng thái chặt đến rất chặt, chiều dày H = 38,35 m
Sét lẫn dăm sạn Trạng thái dẻo mềm Bùn sét trạng thái chảy
Á sét lẫn ít sỏi sạn Trạng thái dẻo chảy
Cát mịn lẫn bột ít 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, ít sét, ít sỏi sạn, trạng thái chặt đến rất chặt
Ghi chú:
Trang 7386 VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
Bảng 1 Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền
Lớp đất Lớp T
Đất đắp:
Sét lẫn dăm sạn,trạng thái
dẻo mềm
LỚP 1
Bùn sét, trạng thái chảy
LỚP 2
Á sét lẫn sỏi sạn, trạng thái dẻo chảy
LỚP 3A
Cát mịn lẫn bột, ít sét, trạng thái rời
LỚP 3B
Cát mịn đến trung lẫn bột,
ít sét, ít sỏi nhỏ, trạng thái chặt vừa
LỚP 4+5
Sét, trạng thái cứng+á sét trạng thái cứng
LỚP 6
Cát mịn đến trung lẫn bột,
ít sét, ít sỏi sạn, trạng thái chặt đến rất chặt
Cọc Vữa phụt
Undrained
HS UnDrained
HS Undrained
HS Drained
HS Drained
HS Undrained
HS Drained
Linear elastic Nonporous
Linear elastic Nonporous
ky (m/day) 8.043E-05 8.643E-06 8.6 43E-05 3.362E-04 3.077E-04 8.643E-05 8.643E-07
8.643E-05 1.071E-04
kx (m/day) 17.29E-05 17.29E-06 17.286E-05 16.81E-04 15.385E-04 17.286E-05 43.215E-07
17.286E-05 2.142E-04
Trang 8ref
E (kN/m2)
31000000
150000
ref
oed
ref
ur
ref
m
ur
ν
c (kN/m2)
4,8 4,2 4,8
Rinter
Trang 9
388 VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
5.3 Kết quả tính tốn theo mơ phỏng và thực nghiệm hiện trường
a Theo kết quả thí nghiệm
Hình 7 Biểu đồ quan hệ sức kháng và chuyển vị từ kết quả thử tải
Nhận xét:
Trong đoạn cọc phụt vữa sức kháng đơn vị đã huy đơng được giá trị lớn nhất quan sát từ cao độ (GL3-Ocell) là 396 (kN/m2) và trong đoạn cọc khơng phụt vữa đã huy động được giá trị lớn nhất được quan sát từ cao độ (GL4-GL5) là 215 (kN/m2)
Kết luận:
Sức kháng đơn vị của đoạn cọc phụt vữa được tăng lên 1,8 lần (84,2%) so với đoạn cọc khơng phụt vữa trong lớp đất cát
b Theo kết quả mơ phỏng
Nhận xét:
Sức kháng đơn vị trong đoạn cọc phụt vữa được huy động lớn nhất với giá trị là
225 (kN/m2)được quan sát từ cao độ (GL3-Ocell) Sức kháng đơn vị qua đoạn cọc khơng phụt vữa được quan sát từ cao độ (GL4-GL5) được giá trị lớn nhất bằng 132 (kN/m2)
Kết luận:
Đoạn cọc phụt vữa gia tăng gấp 1,7 lần so với đoạn cọc khơng phụt vữa
Trang 10
Hình 8 Biểu đồ quan hệ sức kháng và chuyển vị theo kết quả mô phỏng
6 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ
6.1 Kết luận
Sức kháng đơn vị của trường hợp thí nghiệm hiện trường trong đoạn cọc phụt vữa
có giá trị tăng lên gấp 1,8 lần (84,2%) so với đoạn cọc không phụt vữa, còn trong trường hợp mô phỏng giá trị tăng lên gấp 1,7 lần (70,5%) trong nền đất cát
6.2 Kiến nghị
- Nếu tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn thì sẽ cho giá trị sức kháng đơn vị nhỏ hơn, an toàn hơn so với thí nghiệm
- Khi thiết kế cọc phụt vữa nếu có giả định cường độ sức kháng hông đơn vị sau khi phụt vữa thì nên thí nghiệm cọc thử để kiểm chứng lại, nhằm để đảm bảo tính chính xác cho từng loại đất trong khu vực
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Võ Phán, Hoàng Thế Thao: Phân tích và tính toán 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 hiện trường và thí nghiệm đất trong phòng, NXB Đại học quốc gia TP HCM, 2014
[3] Vũ Công Ngữ: Móng cọc phân tích và thiết kế, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2014 [4] Nguyễn Hữu Đẩu, Phan Hiệp: Phương pháp Osterberg, đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi-Barrette
Trang 11390 VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM
[5] SHAMSHER PRAKASH-HARID.SHARMA: Mĩng cọc trong thực tế xây dựng, NXB XÂY DỰNG HÀ NỘI, 2011
[6] Trần Nguyễn Hồng Hùng: Cơng nghệ xĩi 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 Nam-138131-2, 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
