Nghiên cứu ứng dụng cọc khoan nhồi mở rộng đáy dưới công trình cấu lớn trên nến đất yếu ở đồng bằng sông cửu long

HCM, ngày tháng năm 2004 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Đoàn Quốc Tuấn Phái: nam Chuyên ngành: Cầu, Tuynen và các công trình xây dựng khác trên đường ôtô và đường sắt M

Chuyên ngành : Cầu, Tuynen và các công trình xây dựng khác trên

đường ô tô và đường sắt

Mã số ngành : 2.15.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trướ c hết em xin châ n thà nh cả m ơn quí Thầ y Cô đã tận tình truyề n đạt cho

em nhữ ng kiế n thứ c quí bá u trong suố t khó a học

Xin châ n thà nh bày tỏ lòng biết ơn sâ u sắc đế n thầy Giá o Sư Tiế n Sĩ Khoa Học LÊ BÁ LƯƠNG và Thầ y Tiến Sĩ LÊ BÁ VINH đã hướ ng dẫn và giúp đỡ em rấ t tận tình trong suố t quá trình thực hiệ n và hoà n thà nh luậ n văn nà y

Xin tỏ lòng biế t ơn đế n lãnh đạo và tập thể các thầy cô Phòng Đà o Tạo Sau Đại Học Trườ ng Đại Học Bá ch Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi thuậ n lợi trong suố t khó a học tại trườ ng

Xin châ n thà nh cả m ơn bạn bè và đồng nghiệ p đã tạo mọi điều kiệ n thuậ n lợi và hỗ trợ tô i trong quá trình thực hiện luậ n văn này

Con xin châ n thà nh bà y tỏ lòng biế t ơn sâ u sắc đến cha mẹ, nhữ ng ngườ i thân đã không ngại khó khăn vất vả để tạo mọi điề u kiện thuậ n lợi cho con được ăn học và trưở ng thà nh như ngà y hôm nay

Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 thá ng 10 năm 2004

Đ0À N QUỐ C TUẤ N

Tp HCM, ngày tháng năm 2004

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Đoàn Quốc Tuấn Phái: nam

Chuyên ngành: Cầu, Tuynen và các công

trình xây dựng khác trên đường ôtô và đường sắt Mã số học viên: CAUĐ 13.036

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY DƯỚI CÔNG TRÌNH CẦU LỚN TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1.NHIỆM VỤ: Nghiên cứu ứng dụng cọc khoan nhồi mở rộng đáy dưới công trình cầu lớn

trên nền đất yếu ở Đồng Bằng Sông Cửu Long

2.NỘI DUNG:

PHẦN I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Chương 1 : Nghiên cứu tổng quan về cọc khoan nhồi mở rộng đáy

PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN

Chương 2 : Nghiên cứu về đất yếu ở Đồng Bằng Sông Cửu Long có liên quan đến đề tài Chương 3 : Nghiên cứu giải pháp cấu tạo và thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy

Chương 4 : Nghiên cứu giải pháp hợp lý tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi mở rộng đáy

Chương 5 : Nghiên cứu phương pháp đánh giá chất lượng cọc khoan nhồi

Chương 6 : Nghiên cứu ứng dụng cọc khoan nhồi mở rộng đáy cho một công trình cụ thể và

so sánh hiệu quả kinh tế- kỹ thuật giữa cọc mở rộng đáy và cọc thẳng cùng đường kính

PHẦN III : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Chương 7 : Các nhận xét, kết luận và kiến nghị

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 CHỦ NHIỆM NGÀNH CN BỘ MÔN

QL CHUYÊN NGÀNH

GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG TS LÊ BÁ VINH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày tháng năm 2004

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học 1 : GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2 : TS LÊ BÁ VINH

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ………… tháng ……… năm 2004

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Do nhu cầu phát triển của nền kinh tế nước ta trong thời kỳ đổi mới đã tạo đà cho ngành xây dựng cơ bản phát triển mạnh Hàng loạt các đường cao tốc, các trung tâm kinh tế thương mại mọc lên với qui mô ngày càng lớn và hiện đại Do đó, việc lựa chọn và thiết kế phương án móng hợp lý nó có ý nghĩa rất quan trọng không chỉ giải quyết những vấn đề về kỹ thuật mà còn có ý nghĩa rất lớn về mặt xã hội

Một trong những giải pháp móng sử dụng có hiệu quả đó là việc ứng dụng móng cọc khoan nhồi và đặc biệt là móng cọc khoan nhồi mở rộng đáy Do điều kiện địa chất ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long có chiều dày lớp đất yếu khá lớn nên việc ứng dụng móng cọc khoan nhồi mở rộng đáy nhằm tăng cường khả năng chịu tải ở mũi cọc là rất có ý nghĩa, và có thể nói đó là giải pháp móng hợp lý cho cầu lớn khi thi công trong điều kiện này

Do đó, việc ứng dụng cọc khoan nhồi mở rộng đáy được thực hiện, nó có ý nghĩa rất to lớn về mặt khoa học và thực tiễn

Phương pháp tính toán, cấu tạo cọc và giải pháp thi công cũng như phương pháp kiểm tra chất lượng cọc đã được quan tâm nghiên cứu Đồng thời những yếu tố ảnh hưởng gây nên khuyết tật cho cọc trong quá trình thi công được phân tích đánh giá và các giải pháp hợp lý phòng ngừa và khắc phục sự cố khuyết tật thân cọc cũng được đề cập trong luận văn này

ABSTRACT

Thanks to the development of our country’s economics, the capital contructions has strongly developed A number of highways and trading centers has grown on a great scale The choice and design of the foundation play an important part, which not only solves the technical problems but also very meaningful for the society

One of the effective solutions of foundation, especially the enlarged bottom bored piles Due to the geological condition, Mekong River Delta is a place of a weak stratum of large thickness Therefore, the application of enlarged – bottom piles to strengthen the bearing capacity of the pile bases is very meaningful and is suitable foundation solution for the big bridges

Thus, the study and application of enlarged bottom of bored piles have been carried out practically and scientifically

The calculating and constructing methods as well as the testing of piles quality have been taken into account Besides, the factors affecting the constructing that cause the faults of bored piles have been analyzed and assessed Also, some preventive measures and suitable solution to overcome these obstacles have been mentioned in my thesis

MỤC LỤC

PHẦN I : TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1 : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY

I Tổng quan về Tình hình nghiên cứu, sử dụng cọc khoan nhồi và cọc khoan

nhồi mở rộng đáy hiện nay 4

I.1 Các nghiên cứu trên thế giới về cọc khoan nhồi, cọc khoan nhồi mở rộng đáy và thiết bị 4

I.2 Các công trình ứng dụng cọc khoan nhồi và cọc khoan nhồi mở rộng đáy ở nước ngoài và ở Việt Nam hiện nay 6

I.2.1 Ở nước ngoài: 6

I.2.2 Tại Việt Nam 7

II Những vấn đề tồn tại liên quan đến chất lượng cọc khoan nhồi 8

II.1 Một số công trình điển hình gặp sự cố ở cọc khoan nhồi 9

II.2 Một số hư hỏng và khuyết tật điển hình .11

II.3 Phân tích các sự cố xảy ra trong quá trình thi công cọc khoan nhồi 13

II.3.1 Sự cố trong quá trình khoan và nguyên nhân gây ra: 13

II.3.2 Sự cố trong cấu tạo, gia công và hạ lồng thép 14

II.3.3 Sự cố trong quá trình đổ bê tông 14

II.3.4 Sự cố khi rút ống vách .16

III Các vấn đề liên quan đến tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi mở rộng đáy 16

IV Nhận xét và kết luận 17

PHẦN II : NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN

CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG

CỬU LONG CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI

I Cấu trúc địa chất 18

I.1 Mặt bằng địa tầng 18

I.1.1 Tầng bồi tích trẻ hay gọi là trầm tích Haloxen: 18

I.1.2 Tầng bồi tích cổ hay trầm tích Pleitoxen: 19

I.2 Phân bố đất yếu ở Đồng Bằng Sông Cửu Long 19

I.2.1 Khu vực I : 21

I.2.2 Khu vực II : 21

I.2.3 Khu vực III : 22

I.2.4 Khu vựv IV : 23

I.2.5 Khu vực V 24

I.3 Mặt cắt dọc địa chất công trình tiêu biểu 25

I.4 Các đặc trưng cơ lý của đất nền tại công trình tiêu biểu 25

I.4.1 Cơ sở lý thuyết để thống kê các chỉ tiêu cơ lý của đất 25

I.4.2 Thực hiện thống kê số liệu địa chất công trình cụ thể: 27

II Nhận Xét Về Nghiên Cứu Đi Sâu Và Phát Triển : 27

CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẤU TẠO VÀ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY

I Cấu tạo cọc khoan nhồi mở rỘng đáy 30

I.1 Các dạng cọc khoan nhồi mở rộng đáy 30

I.2 Cấu tạo điển hình cọc khoan nhồi mở rộng đáy dạng hình chuông 31

I.2.1 Cấu tạo lồng cốt thép : 31

I.2.2 Lắp đặt ống thăm dò để kiểm tra chất lượng cọc: 34

I.2.3 Yêu cầu chất lượng bê tông: 34

I.2.4 Xây dựng công thức tính toán xác định kích thước cọc khoan nhồi mở rộng đáy dựa trên cơ sở lý thuyết tạo vòm .35

I.2.5 Cấu tạo và bố trí cọc trong móng: 42

I.2.6 Nhận xét và kiến nghị: 43

II Giải pháp thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy 44

II.1 Sơ lược lịch sử phát triển các phướng pháp thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy .44

II.1.1 Phương pháp Chicago(1892) : 44

II.1.2 Phương pháp Gow: 44

II.1.3 Phương pháp móng sâu Kida (1930): 44

II.1.4 Phương pháp thi công cọc có đường kính lớn(London-1966): 45

II.1.5 Phương pháp thi công móng sâu đào bằng máy theo kiểu “Kitanaga” (1971): 45

II.1.6 Phương pháp thi công ở Đức (1972) 46

II.2 Thiết bị thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy .46

II.2.1 Giới thiệu chung: 46

II.2.2 Thiết bị thi công phần cọc thẳng 49

II.2.3 Thiết bị khoan mở rộng đáy 52

II.2.4 Các thiết bị hỗ trợ 57

II.3 Công nghệ thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy .60

II.3.1 Điều kiện lựa chọn phương pháp thi công 60

II.3.2 Các phương pháp thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy 60

II.3.3 Công nghệ thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy 65

III các sự cố thường gặp trong quá trình thi công và giải pháp khắc phục .73

III.1 Giai đoạn khoan tạo lỗ 73

III.1.1 Oáng vách: 73

III.1.2 Vữa bentonite: 74

III.1.3 Thiết bị và tốc độ khoan 75

III.1.4 Oån định và làm sạch hố khoan 75

III.2 Trong giai đoạn cấu tạo, gia công và hạ lồng thép 76

III.3 Giai đoạn đổ bê tông cọc .77

IV Các khuyết tật thường gặp ở cọc khoan nhồi và giải pháp khắc phục 78

IV.1 Các khuyết tật thường gặp và nguyên nhân gây ra chúng: 78

IV.2 Một số giải pháp khắc phục sửa chữa khuyết tật của cọc khoan nhồi 79

IV.2.1 Vữa 80

IV.2.2 Aùp lực bơm và khối lượng vữa bơm 81

IV.2.3 Thi công bơm vữa 82

V Nhận Xét Về Nghiên Cứu Đi Sâu Và Phát Triển 84

CHƯƠNG 4 : NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HỢP LÝ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY

I Dự tính khả năng chịu tải dọc trục của cọc khoan nhồi 88

I.1 Dự tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền 88

I.1.1 Tổng quan về phương pháp tính toán 88

I.1.2 Dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn Việt Nam 93

I.1.3 Dự tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo tiêu chuẩn nước ngoài 99

I.1.4 Dự tính sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm đất tại hiện trường 106

I.1.5 Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo kết quả thí nghiệm kiểm chứng tại hiện trường : 114

I.2 Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu : TCXD 195 :1997 115

II Các yếu tố ảnh đến sức chịu tải của cọc khoan nhồi mở rộng đáy 116

II.1 Aûnh hưởng do hình dạng đầu cọc mở rộng 116

II.2 Aûnh hưởng do quá trình thi công 117

II.2.1 Aûnh hưởng do thời gian thi công và sự gia tăng độ ẩm của đất vách xung quanh cọc 117

II.2.2 Aûnh hưởng do sự tơi xốp của đất và sự trầm tích của cặn lắng tại đáy hố mở rộng .117

II.3 Aûnh hưởng do hiện tượng ma sát âm 118

III Tính toán độ lún của cọc khoan nhồi mở rộng đáy 120

IV Nhận xét về nghiên cứu đi sâu và phát triển 121

CHƯƠNG 5 : NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỌC KHOAN NHỒI

I Các phương pháp đánh giá độ nguyên vẹn của cọc 124

I.1 Phương pháp kiểm tra 125

I.1.1 Phương pháp siêu âm truyền qua 125

I.1.2 Phương pháp truyền tia gamma 128

I.1.3 Phương pháp thử động biến dạng nhỏ (PIT) 131

I.1.4 Phương pháp khoan lấy lõi 132

I.1.5 Camera vô tuyến thu nhỏ: 133

I.2 Chỉ dẫn đặt ống 134

I.2.1 Dạng ống và đường kính ống 135

I.2.2 Nối ống 135

I.2.3 Nút 135

I.2.4 Định vị ống thép vào lồng cốt thép 136

I.2.5 Chiều dài ống chôn sâu 136

I.2.6 Bố trí các ống đặt sẵn 136

I.3 Tổ chức thực hiện kiểm tra 137

I.3.1 Đặt vấn đề: 137

I.3.2 Các tiêu chuẩn xác định của công tác kiểm tra 138

I.3.3 Kiến nghị đối với việc quyết định kiểm tra cọc đã thi công 139

II Các phương pháp đánh giá khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi .140

II.1 Phương pháp nén tĩnh truyền thống 141

II.1.1 Nguyên lý của phương pháp 141

II.1.2 Sơ đồ thiết bị thí nghiệm 141

II.1.3 Qui trình thí nghiệm (phương pháp thử duy trì chậm) 142

II.1.4 Ưu điểm và khuyết điểm của phương pháp 143

II.1.5 Một số công trình thực tế: 143

II.2 Phương pháp thử tải bằng hộp tải trọng OSTERBERG 144

II.2.1 Nguyên lý của phương pháp 144

II.2.2 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo 145

II.2.3 Xây dựng biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị đầu cọc 146

II.2.4 Ưu điểm và khuyết điểm của phương pháp 148

II.3 Phương pháp thử động biến dạng lớn (PDA) 148

II.3.1 Nguyên lý của phương pháp 148

II.3.2 Ưu khuyết điểm của phương pháp 149

II.3.3 Một số công trình thực tế: 149

III Nhận Xét Về Nghiên Cứu Đi Sâu Và Phát Triển 150

1 Đối với nhóm các phương pháp kiểm tra độ nguyên vẹn của cọc: 150

2 Nhóm các phương pháp đánh giá sức chịu tải cọc khoan nhồi: 151

CHƯƠNG 6 :NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY CHO MỘT CÔNG TRÌNH CỤ THỂ VÀ

SO SÁNH HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT GIỮA CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY VÀ CỌC

THẲNG CÓ CÙNG ĐƯỜNG KÍNH

I Ưùng Dụng Tính Toán Thực Tế: 153

I.1 Điều kiện bài toán 153

I.1.1 Điều kiện địa hình và vị trí địa lý 153

I.1.2 Điều kiện thủy văn 153

I.1.3 Điều kiện địa chất: 154

I.1.4 Qui mô cầu : 158

I.1.5 Tải trọng tác dụng tại tại đáy bệ móng trụ chính T4: 158

I.2 Yêu cầu thiết kế móng trụ T4: 158

I.2.1 Chọn kích thước cọc: 158

I.2.2 Chọn vật liệu cấu tạo cọc 159

I.2.3 Dự tính sức chịu tải của cọc 159

I.2.4 Thiết kế móng : 165

II So sánh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật giữa cọc mở rộng đáy và cọc thẳng có cùng đường kính 167

PHẦN III : CÁC NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CHƯƠNG 7 : CÁC NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Các Nhận Xét Và Kết Luận 169

II Các Vấn Đề Cần Nghiên Cứu Tiếp Theo 176

PHẦN I NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

PHẦN II NGHIÊN CỨU

ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN

PHẦN III CÁC NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

PHAÀN PHUÏ LUÏC

PHỤ LỤC 5.1:

KẾT QUẢ NÉN TĨNH MỘT SỐ CÔNG TRÌNH THỰC TẾ

PHỤ LỤC 5.2:

KẾT QUẢ THỬ PDA MỘT SỐ CÔNG TRÌNH THỰC TẾ

PHỤ LỤC 6:

KẾT QUẢ TÍNH TOÁN MÓNG CỌC CẦU KHÁNH AN

PHẦN A

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU

PHẦN B

1 TÀI LIỆU THAM KHẢO

2 LÝ LỊCH HỌC VIÊN

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Những năm gần nay, tốc độ đầu tư và xây dựng cơ sở hạ tầng của nước ta diễn

ra rất nhanh Số vốn đầu tư (theo số liệu tổng kết) đã chiếm 40 đến 45% ngân sách của Nhà nước Điều đó nói lên sự quan tâm của Nhà nứơc đối với ngành xây dựng

cơ bản, đồng thời cũng đề ra trách nhiệm nặng nề đối với những người làm công tác thiết kế và thi công xây dựng các loại công trình nói chung và xây dựng cầu đường nói riêng

Một trong những khâu quan trọng, đồng thời cũng là sự vướng mắc khó khăn trong công tác thiết kế và thi công là việc chọn biện pháp xử lý nền móng các loại công trình trên các vùng đất yếu ở Đồng Bằng Sông Cửu Long Với ngành Cầu đường, các công trình chịu tải trọng lớn được xây dựng trên những vùng có đất yếu có chiều dày lớn thì việc nghiên cứu các giải pháp này càng có ý nghĩa

Những lớp đất yếu mà chúng ta thường gặp ở Đồng Bằng Sông Cửu Long là các loại đất cát nhỏ cát bụi ở trạng thái bão hoà nước hoặc các dạng bùn nhão,v.v…Chiều dày lớp đất yếu thay đổi tuỳ theo vùng địa lý, chỗ ít nhất cũng 10 – 20m, chỗ nhiều nhất là 35 – 40m

Đặc điểm chung của các loại đất yếu này là sức chịu tải thấp và biến dạng lớn dưới tác dụng của tải trọng công trình, dễ gây trượt, phình trồi và lún nứt cho các công trình đặt trực tiếp lên lớp đất này mà không xử lý

Đối với các công trình xây dựng trên nền đất yếu, đặc biệt là các công trình cầu lớn, sự lựa chọn giải pháp móng cho công trình là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong việc thiết kế, thi công và sự khai thác sau này của công trình Thông thường từ trước đến nay, với nền đất yếu, giải pháp móng của công trình cầu là móng cọc như cocï đóng, cọc ép, cọc ống,v.v…Nhưng những năm gần đây, do sự phát triển mạnh của việc tính toán thiết kế và công nghệ thi công cọc, loại cọc có đường kính lớn thi công theo phương pháp khoan nhồi được áp dụng rộng rãi ở

Tuy nhiên như chúng ta đã biết, sức chịu tải của cọc khoan nhồi bao gồm hai thành phần : sức kháng hông và sức kháng mũi, nhưng với điều kiện địa chất ở Đồng Bằng Sông Cửu Long là chiều dày lớp đất yếu lớn nên thành phần sức kháng hông không phát huy được nhiều do đó để tăng khả năng chịu tải của cọc thì chúng

ta cần phải phát huy tối đa sức kháng mũi của cọc khoan nhồi Để phát huy tối đa sức kháng mũi cọc khoan nhồi thì một trong những phương pháp hữu hiệu nhất là mở rộng đáy cọc Vấn đề đặt ra ở đây là phải nghiên cứu hình dạng, phương pháp thi công đáy mở rộng cho phù hợp với điều kiện địa chất Đồng Bằng Sông Cửu Long cũng như phù hợp với điều kiện trang thiết bị thi công ở Việt Nam hiện nay và đây cũng chính là mục đích của đề tài này

Bên cạnh đó, những sự cố trong quá trình thi công là không tránh khỏi, chính vì vậy việc kiểm tra đánh giá chất lượng cọc có vai trò rất quan trọng Hiện nay chúng ta có rất nhiều phương pháp kiểm định, đánh giá chất lượng cọc khoan nhồi, tuy nhiên mỗi phương pháp đều có những ưu khuyết điểm riêng Do đó, việc tìm ra phương pháp kiểm tra chất lượng cọc tối ưu ứng với điều kiện địa chất ở Đồng Bằng Sông Cửu Long nhằm nâng cao mức độ tin cậy của công tác kiểm định sẽ giúp cho người thiết kế có đủ cơ sở đề xuất những phương án hợp lý và hiệu quả

II XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Từ những vấn đề nêu trên tác giả đề ra những nhiệm vụ cần nghiên cứu của đề tài như sau:

1 Nghiên cứu tổng quan về cọc khoan nhồi và cọc khoan nhồi mở rộng đáy

2 Nghiên cứu đặc tính của lớp đất yếu và lớp đất chịu lực chính ở Đồng Bằng Sông Cửu Long

3 Thiết lập công thức xác định góc mở rộng đáy và đường kính giới hạn của phần đáy mở rộng phù hợp với điều kiện địa chất ở Đồng Bằng Sông Cửu Long

4 Xác định phương pháp hợp lý tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi mở rộng đáy ứng với điều kiện địa chất ở Đồng Bằng Sông Cửu Long

5 Nghiên cứu giải pháp thi công cọc khoan nhồi có đáy mở rộng trong điều kiện địa chất ở Đồng Bằng Sông Cửu Long và phương pháp khắc phục các vấn đề liên quan ảnh hưởng đến chất lượng cọc khoan nhồi

6 Nghiên cứu các phương pháp đánh giá chất lượng cọc khoan nhồi hiện nay để tìm ra phương pháp đánh giá chất lượng cọc hợp lý cho nền đất yếu ở Đồng Bằng Sông Cửu Long

7 So sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật giữa cọc khoan nhồi mở rộng đáy và cọc thẳng có cùng đường kính

- D.MOHAN, (1969) : Thiết kế và xây dựng qui trình công nghệ thi công cọc khoan nhồi mở rộng nhiều tầng Nghiên cứu này lần đầu tiên đề cập đến ứng xử của cọc với hai tầng mở rộng trở lên, và sau đó so sánh khả năng chịu tải giữa cọc thẳng và cọc mở rộng nhiều tầng Các kết luận rút ra đã khẳng định về khả năng kinh tế của cọc mở rộng đáy và mở rộng nhiều tầng đối với móng nặng và móng nhẹ, khả năng thay thế đối với loại cọc có đường kính lớn, tìm ra khoảng cách hợp lý giữa các khoảng mở rộng

- CAI DEZHUANG, (1972) : dựa vào cọc mở rộng đáy tác giả thiết kế một loại cọc mới với tên gọi cọc ép về nhiều hướng Cọc này được mở rộng đáy tương tự như loại cọc mở rộng đáy thông thường, ngoài ra trên thân cọc được thi công nhiều phần nhô ra như các mấu bám vào đất, phân bố đều theo chu vi cọc Tác giả tìm ra công thức tính áp lực đầu cọc, đồng thời làm những thí nghiệm và rút ra những kết luận sau : khả năng chịu lực của cọc tăng lên ít nhất 3 lần, nếu cùng một khả năng chịu tải thì tiết kiệm vật liệu làm cọc được 30% thậm chí còn hơn thế, độ lún nhỏ hơn so với cọc bình thường, chịu lực nhổ tốt và là một loại cọc chịu động đất tốt Tác giả tìm ra được khoảng cách hợp lý giữa các đoạn mở rộng và số phần nhô ra tốt nhất trên mỗi đoạn mở rộng

- SLIWINSKI Z.J , (1979) : Nghiên cứu những điều kiện ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của cọc khoan nhồi mở rộng đáy Tác giả đã chỉ ra rằng khả năng chịu lực của cọc rất nhạy cảm với các thông số làm việc của thiết bị và thi công Mục đích của nghiên cứu này là chỉ ra những điều kiện mà lực đầu cọc có thể bị ảnh hưởng xấu do quá trình đào và do cả công nghệ thi công như phương pháp dùng ống bao hay mùn khoan bentonite Sau khi nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp thi công, tác giả đã đưa ra những biện pháp đề phòng để đảm bảo sự chịu lực của cọc

- NORIYUKI AKINO, (1986) : Trình bày tính toán ổn định vách tường chắn trên nguyên lý cân bằng giới hạn Tác giả đã thành lập các phương trình cân bằng, dùng phương pháp phần tử hữu hạn để giải và tìm ra hệ số thích hợp giữa chiều cao và chiều rộng tường chắn (barret) Các tính toán này đã được kiểm chứng với hàng loạt thí nghiệm ở hiện trường và một số kết luận cho thấy sự chính xác trong tính toán lý thuyết của tác giả

- SLIWINSKI Z.J., MICE và FLEMING, : Đã nghiên cứu những hư hỏng thường gặp trong thực tế : cột bê tông bị gẫy, bê tông không điền đầy toàn bộ tiết diện, các vật lạ hoặc đất bị bọc trong bê tông, lớp đất chịu lực ở đáy cọc và thành bên bị xáo trộn và gây ra sập, lồng cốt thép bị xô lệch, kích thước hố khoan không chính xác Hầu hết các hư hỏng chỉ được phát hiện sau khi cọc đã hoàn thành nên vấn đề khắc phục rất khó khăn Do vậy việc tuân thủ các chế độ làm việc, qui trình thi công để tránh hư hỏng đã được tác giả đề nghị sau khi liệt kê các nguyên nhân chính gây ra các hư hỏng cho cọc khoan nhồi Tác giả cũng đưa ra các biện pháp trong việc sử dụng thiết bị, ứng dụng các phương pháp đo mới để kiểm tra phòng ngừa và khắc phục các hư hỏng của cọc khoan nhồi

- TAMIO TAMANO, (1991), : Tác giả tổng kết các phương pháp tính ổn định vách hố khoan mà nhiều nhà nghiên cứu đã đưa ra trước đây và đưa ra phương pháp tính toán của mình Các phương trình cân bằng được giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn Sau đó tác giả đã làm rất nhiều thí nghiệm ở

trường và tìm ra hệ số an toàn cho kích thước của barrette được thi công trong dung dịch bùn khoan

- MORI H., (1992) : Tác giả đã tổng kết lịch sử phát triển của công nghệ và thiết bị khoan cọc nhồi mở rộng đáy trên thế giới, ưu nhược điểm của các phương pháp thi công này Tác giả còn so sánh khả năng chịu lực và kinh tế giữa cọc thẳng và mở rộng đáy Tác giả còn nêu ra lý do vì sao phương pháp khoan mở rộng đáy cọc khoan nhồi được ứng dụng khá muộn ở Nhật Bản Tác giả còn trình bày tất cả những phương pháp và thiết bị khoan mở rộng đáy cọc khoan nhồi có tại Nhật Sau đó trình bày hệ thống TFP vừa được phát triển gần đó, và giới thiệu qui trình điều khiển, kiểm tra bằng màn hình quá trình mở rộng đáy

- TRẦN THỊ HỒNG, (2001) : Tác giả nghiên cứu khảo sát các ứng xử của đất xung quanh hố đào mở rộng cho trường hợp đáy mở rộng dạng chuông và dạng vòm Trên cơ sở kết quả thu được tác giả đã xác định được góc mở giới hạn hợp lý, dạng đáy mở rộng hợp lý, đồng thời tác giả tiến hành thí nghiệm trên mô hình cọc thẳng và cọc mở rộng đáy nhằm mục đích khẳng định tính ưu việt của loại cọc khoan nhồi mở rộng đáy về cả khả năng chịu lực lẫn tính kinh tế Ngoài ra tác giả còn thiết lập được mối quan hệ giữa công suất máy đào và đường kính đáy mở rộng

I.2 Các công trình ứng dụng cọc khoan nhồi và cọc khoan nhồi mở rộng đáy

ở nước ngoài và ở Việt Nam hiện nay

I.2.1 Ở nước ngoài:

Cọc khoan nhồi được ứng dụng nhiều vào những năm 1980 đến nay:

- Tại Singapore cũng đã sử dụng cọc khoan nhồi cho nhiều công trình, theo thống kê riêng trong năm 1988 ở công trình xe điện ngầm MRT đã sử dụng 200.000m cọc khoan nhồi

- Ở Trung Quốc:

ƒ Trung tâm mậu dịch quốc tế Thẩm Quyến (53 tầng) sử dụng cọc khoan nhồi có đường kính thân cọc d=1.4 – 3m, đường kính đáy mở rộng D=2.1-4.5m

ƒ Thư viện Bắc Kinh sử dụng cọc có: d=1.0, D=1.6m

ƒ Trung tâm truyền hình Bắc Kinh sử dụng cọc có : d=0.8m, D=1.2-2.2m

ƒ Kinh thành Đại Hạ Thẩm Quyến sử dụng cọc d=1.4-2.8m, D=3.1-4.5m

- Ngoài ra cọc Barrette (một loại cọc khoan nhồi có tiết diện bất kì) cũng đã được ứng dụng nhiều trong công trình Như tại Anh, trung tâm năng lượng Sizewell (1978) sử dụng cọc Barrette dày 0.8m sâu 55m và dài 2160m hoặc tại Pháp, cửa hầm Manche cọc sâu 61.5m dài 482m…

I.2.2 Tại Việt Nam

- Cầu Mỹ Thuận (Vĩnh long): dùng cọc khoan nhồi D=2.5m L=55-100m

- Cầu Rạch Miễu: dùng cọc khoan nhồi D=1.5 – 2.0m

- Cầu Thủ Bộ (Long An) : dùng cọc khoan nhồi D=1.5m L=40m

- Cầu Mỹ Thanh (Sóc Trăng): dùng cọc khoan nhồi D=1.5m L=54m

- Cầu Bạc Liêu 3 : dùng cọc khoan nhồi D=1.5m L=66m

- Cầu Kênh Tẻ (TP.HCM) : dùng cọc khoan nhồi D=1.5m L=55m

- Cầu Ông Lãnh (TP.HCM) : dùng cọc khoan nhồi D=1.5m L=48m

Nhìn chung cocï khoan nhồi hiện nay được sử dụng rất rộng rãi và phổ biến dưới các công trình lớn trong và ngoài nước Tuy nhiên do những điều kiện khách quan, loại cọc khoan nhồi mở rộng đáy chưa được quan tâm đầu tư và ứng dụng tại Việt Nam

II NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI LIÊN QUAN ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỌC

KHOAN NHỒI

Trong những năm gần đây, cọc khoan nhồi đã được phát triển rất mạnh ở nhiều nước vì thế công nghệ và thiết bị thi công cọc khoan nhồi ngày càng được phát triển hoàn thiện: với những tổ hợp thiết bị, công nghệ thi công đồng bộ có thể thi công các cọc khoan nhồi với đường kính lớn, có khả năng mang tải đến vài nghìn tấn Tuy vậy, bên cạnh những thành quả đạt được vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề liên quan làm ảnh hưởng đến chất lượng của cọc Trong đó phải nói đến vấn đề tính toán, lựa chọn giải pháp thi công hợp lý là vấn đề quan trọng cần được xem xét, đặc biệt trong điều kiện và trình độ thi công ở nước ta hiện nay

II.1 Một số công trình điển hình gặp sự cố ở cọc khoan nhồi

- Cọc khoan nhồi đường kính d=1m, l=37m của văn phòng tổng công ty 6 (cao 10 tầng) bị sự cố: trong quá trình đỗ bê tông, bê tông bị chảy vào các hang hốc (do cát chảy) của hố khoan dẫn đến khối lượng bê tông tăng lên rất lớn (hình 1.1)

Hình 1.1 : sơ đồ mô tả sự cố cọc khoan nhồi tại công trình văn phòng cienco 6

- Cọc khoan nhồi đường kính d=0.8m, l= 44m của nhà cement Cần Thơ bị sự cố: bê tông thân cọc phình ra do sập vách hố khoan hoặc do sự biến dạng của đất yếu dưới áp lực của bê ông khi bơm (hình 1.2)

Hình 1.2 : sơ đồ mô tả sự cố cọc khoan nhồi tại công trình nhà máy nghiền

ximăng cần thơ

- Cọc khoan nhồi đường kính d=1m, l=40m của khách sạn Amara 12 tầng, số

331 Lê Văn Sỹ, Q3, TP.HCM bị sự cố: sập ống vách, bùn lắng đọng nhiều

ở đáy hố khoan và chất lượng lượng bê tông kém

- Cọc khoan nhồi d=1.5m, l=55m ở cầu Kênh Tẻ gặp sự cố: thất thoát rất nhiều bê tông trong quá trình đổ bê tông

- Gần đây nhất là cầu Thanh Trì gặp sự cố nghiêm trọng là 81 cọc có hiện tượng bê tông không đồng nhất hoặc thiếu bê tông ở chiều dài 1 ÷ 5m dưới mũi cọc Sự cố xảy ra là do quá trình thi công không giữ được ổn định thành vách, dẫn đến việc sập vách ở khu vực mũi cọc Năng lực thiết bị và phương pháp công nghệ của nhà thầu liên doanh Obayashi-Sumitomo (Nhật Bản) chưa phù hợp với điều kiện địa tầng ở khu vực (do nhà thầu chưa hiểu rõ về cấu tạo địa tầng của khu vực, đặc biệt là ở bờ nam có cấu tạo địa tầng cát sỏi nhỏ dày tới 40 ÷50m và có khả năng ở độ sâu mũi cọc có mạch nước ngầm mạnh thổi mất dung dịch bentonite)

II.2 Một số hư hỏng và khuyết tật điển hình

C¸c h− háng vµ khuyÕ t tËt th−êng gỈ p ë cäc khoan nhåi rÊt ® a d¹ng vµ do nhiỊ u nguyªn nh© n kh¸c nhau nh− tr× nh bµ y trong b¶ng 1:

B¶ng 3 : Mét sè h − háng vµ khuyÕ t tËt trong cäc khoan nhåi

Mơc Lo¹i h −

háng

Nguyªn nh© n cã thĨ

Thư b»ng siªu © m hoỈ c kiĨ m tra b» ng ph−¬ ng ph¸p biÕ n d¹ng nhá PIT, MIM

KiĨ m tra b»ng siªu

© m hoỈ c gamma trong c¸c èng ch«n s½ n hoỈ c c¸c lç khoan n» m ngoµ i lång thÐ p

Phèi h îp kiÓ m tra chÊt l−îng b» ng quan s¸t v íi kiÓ m tra b» ng siªu © m hoÆ c gamma trong c¸c èng qua

dµ y

b» ng quan s¸t kÕ t h îp b» ng siªu © m hoÆ c gamma trong c¸c èng hoÆ c lç khoan n»m ngoµ i lång cèt thÐ p

h îp v íi môc 3

§o cÈn thËn khèi l−îng bª t«ng vµ kÕ t

h îp v íi môc 2

II.3 phân tích các sự cố xảy ra trong quá trình thi công cọc khoan nhồi

II.3.1 Sự cố trong quá trình khoan và nguyên nhân gây ra:

- Sập thành vách lỗ khoan: nguyên nhân có thể là do khi khoan vào tầng đất rời hoặc đất yếu có các chỉ tiêu như sau: modul biến dạng Es < 50 KG/cm2, góc ma sát trong ϕ < 10o, CPT nhỏ hơn 2.5 KG/cm2, trị số SPT nhỏ hơn

4 thì dưới áp lực của nước thì đất sẽ sạt lỡ vào hố khoan dẫn đến phá sụp đỗ hố khoan

- Mức Bentonite trong lỗ khoan hạ thấp hơn cao độ yêu cầu : do khi khoan gặp tầng cuội sỏi, hang động Castơ hay tầng đá nứt vữa bentonite sẽ chảy vào đó rất nhiều làm mức vữa trong lỗ khoan hạ thấp xuống đột ngột làm mất cân bằng áp lực của phần tử đất vách dẫn đến sập vách lỗ khoan

- Cát hoặc bùn lắng đọng dưới mũi cọc (hình 1.3) điều này là do:

ƒ Cát chảy vào hố khoan do áp lực của nước ngầm

ƒ Độ PH của bentonite thấp có thể hình thành các thấu kính bùn

ở ở đáy hố khoan

ƒ Tính dẻo và tỷ trọng của Bentonite thấp

ƒ Tỷ lệ khoáng Kaolinite trong bentonite cao

Hình 1.3 : Mũi cọc lẫn mùn

II.3.2 Sự cố trong cấu tạo, gia công và hạ lồng thép

- Không hạ được lồng thép vào lỗ khoan: do lồng thép bị biến dạng ( uốn cong trong quá trình cẩu lắp lồng thép

- Oáng vách bị lún do treo lồng thép quá nặng

II.3.3 Sự cố trong quá trình đổ bê tông

- Thân cọc phình ra (hình 1.3), điều này là do :

ƒ Sập vách khi đổ bê tông

ƒ Có các hang hốc lớn trong hố khoan

ƒ Thành đất yếu nên dưới áp lực của bê tông bơm vào dẫn đến phình vách hố khoan

ƒ Tắc nghẻn bê tông trong ống đỗ do bơm bê tông chậm

Hình 1.4 :Bê tông thân cọc phình ra

- Bê tông bị đứt gẫy (hình 1.6), lẫn bentonite hoặc lẫn đất (hình 1.5), các vấn đề này là do:

ƒ Bê tông bơm không đúng yêu cầu (cung cấp bê tông chậm, kém chất lương)

ƒ Do áp lực của nước ngầm lảm cho sạt lỡ hay sập ống vách khi dỡ ống vách

Hình 1.5 : Bê tông cọc bị đứt gẫy do lẫn bùn khoan

Hình 1.6 : Đứt gẫy trong bê tông cọc

II.3.4 Sự cố khi rút ống vách

- Mực bê tông bị hạ xuống khi rút ống vách lên do có các hang hốc bên ngoài ống vách nên bê tông sẽ chạy vào lấp đày các hang này và do đó thân cọc sẽ bị phình ra tại các vị trí này

- Khi kéo ống vách cả khối bê tông và phần dưới của ống vách cũng bị lồng thép kéo lên theo (hình 1.7)

Hình 1.7 : Khuyết tật do công nghệ đỗ bê tông và rút ống vách không phù hợp

III CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY

- Trong quan điểm thiết kế hiện nay thì sức mang tải cực hạn của cọc chỉ đạt được khi bắt đầu xuất hiện phá hoại cắt tại bề mặt tiếp giáp giữa đất và cọc cũng như dưới mũi cọc Điều này làm cho việc sử dụng các công thức tính toán hiện nay là chưa hợp lý với các cọc có kích thước lớn, cũng như cọc mở rộng đáy Bởi vì các số liệu thí nghiệm thực tế cho thấy rằng sức kháng mũi cực hạn của cọc chỉ được huy động khi độ lún mũi cọc đã đạt đến giá trị khá lớn (s/D  100%)

- Sự ảnh hưởng của phương pháp thi công (do sự hấp thụ của dung dịch bentonite vào đất nền xung quanh cọc, sự tơi xốp và xáo động của đất xung quanh đáy hố khoan, v.v …) vẫn chưa được quan tâm xem xét cụ thể Do đó,

việc tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo các tiêu chuẩn hiện nay thường cho kết quả lớn hơn thực tế rất nhiều

- Hiện nay TCXD của Việt Nam vẫn chưa có hướng dẫn rõ ràng về cách xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi mở rộng đáy

IV NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN

Từ những phân tích trên cho thấy mặc dù hiện nay cọc khoan nhồi đã được sử dụng rất rộng rãi trong nước cũng như ở nước ngoài, thiết bị và công nghệ thi công đã có những bước phát triển nhất định, tuy nhiên vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu bổ sung và khắc phục như :

- Nghiên cứu giải pháp thi công cọc khoan nhồi và phương pháp khắc phục các vấn đề liên quan đến chất lượng cọc khoan nhồi đặc biệt là cọc khoan nhồi mở rộng đáy trong điều kiện địa chất ở Đồng Bằng Sông Cửu Long cũng như điều kiện về thiết bị thi công cọc khoan nhồi ở nước ta hiện nay

- Nghiên cứu phương pháp hợp lý tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi mở rộng đáy phù hợp với điều kiện địa chất ở Đồng Bằng Sông Cửu Long