Tải bản đầy đủ

CÔNG NGHỆ bơm vữa SAU xử lý đáy cọc KHOAN NHỒI

CÔNG NGHỆ BƠM VỮA SAU XỬ LÝ ĐÁY CỌC KHOAN NHỒI
Treatment of Drilled Shaft BASE by Post-Grouting Technique
ThS. Đỗ Hữu Trí
TS. Bùi Đức Chính
KS. Nguyễn Thái Khanh
KS. Nguyễn Đức Toản
Tóm tắt: Hiện nay móng cọc khoan nhồi được sử dụng như một giải pháp tất yếu cho các công trình
cầu khẩu độ lớn ở nước ta. Để nâng cao sức chịu tải cọc, ngoài việc tăng độ sâu chôn cọc và đường
kính cọc thì một hướng nghiên cứu đang được quan tâm là thực hiện xử lý đáy cọc sau khi đổ bê
tông. Trong [1], các tác giả đã giới thiệu Công nghệ mở rộng làm sạch và bơm vữa để xử lý đáy cọc
khoan nhồi. Trong bài này trình bày công nghệ bơm vữa sau để xử lý đáy. Công nghệ mà Viện Khoa
học và Công nghệ GTVT nghiên cứu là thực hiện bơm vữa áp lực xuống đáy cọc sau khi đổ bê tông
nhằm làm chặt đất tại chỗ cũng như bất cứ thứ vụn nào còn sót lại trong quá trình khoan. Nguyên lý
của công nghệ là gia tải trước cho nền đất bên dưới đáy cọc để huy động sức chịu tải đáy cọc trong
phạm vi giới hạn lún cho phép. Những kết quả nghiên cứu cho thấy rằng đây là một công nghệ chủ
động xử lý đáy cọc rất hiệu quả và phù hợp với trình độ công nghệ trong nước.
Abstract: Drilled shafts foundations are used as an indispensable solution for long span bridges in
Vietnam. In order to increase the bearing capacity, aside from the increasing of the pile length and
diameter, an interested way now is treatment of pile bases after concrete placement. In [1], the
authors presented the Bottom Cleaning and Grouting of Pile technique. This paper introduces the
Post-Grouting techniques. The technique developed by ITST involves the injection of high pressure

grout beneath the shaft tip which both densifies the in-situ soil and compresses any debris left by
the drilling process. The principle of the techniques is preloading the soil below the tip to realize end
bearing capacities within the service displacement limits. The study results show that this is an
effective pile bases treatment technique and appropriate with the domestic technologies.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Khả năng chịu lực dọc trục theo đất nền của cọc khoan nhồi là tổng của sức chịu tải đáy cọc và sức
chịu tải thành bên của cọc. Thông thường, thành phần sức chịu lực đáy cọc chỉ được huy động ở một
mức độ rất thấp. Theo một số nghiên cứu thực nghiệm thì sức chịu tải cọc thành cọc khoan nhồi có
thể đạt giá trị lớn nhất tại độ lún khoảng 0,5-1% đường kính D trong khi đó sức chịu tải đáy cọc
khoan nhồi chỉ được huy động hoàn toàn khi đạt độ lún từ 10-15% D [3]. Độ lún này thường lớn hơn
rất nhiều so với độ lún giới hạn khai thác cho phép. Nguyên nhân là do trong quá trình thi công đất
nền vùng đáy cọc thường bị xáo trộn nên cần một độ lún lớn để huy động sức chịu tải đáy cọc. Ngoài
ra việc để lại một lượng mùn lắng dày dưới đáy cọc cùng góp phần dẫn đến hiện tượng này.
Do đó, trong thiết kế người ta phải giảm đáng kể sức chịu tải đáy cọc, thậm chí là bỏ qua hoàn toàn
nếu đáy lỗ cọc không được làm sạch và thiếu kiểm tra trong quá trình thi công. Đây là một sự lãng
phí rất lớn vì theo các nghiên cứu của AASHTO [3] thì sức chịu tải đáy cọc cực hạn có thể gấp đến
hàng chục lần thành phần sức chịu tải thành bên.
Nhận thức được vấn đề trên, từ những năm 1960, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu nhằm huy
động nhiều hơn nữa thành phần sức chịu tải đáy cọc bằng việc sử dụng công nghệ bơm vữa áp lực
cao xuống dưới đáy cọc (Post-Grouting). Năm 1975, Gouvenot và Gabiax đã công bố kết quả một
chương trình thí nghiệm trong đó việc bơm vữa sau cho các cọc đường kính lớn đã đem lại khả năng
chịu lực tới hạn lớn hơn 3 lần trong các đất cát và sét. Nhờ đó, công nghệ bơm vữa sau đã trở thành
một quá trình thi công thông thường ở nhiều nơi trên thế giới [3]. Nguyên lý của công nghệ là gia tải
trước cho nền đất bên dưới đáy cọc để huy động sức chịu tải đáy cọc trong phạm vi giới hạn lún cho
phép.
Nhiều chương trình nghiên cứu đã được tiến hành trên các mô hình và kích thước thật nhằm hoàn
thiện công nghệ thi công cũng phương pháp tính toán thiết kế trong các loại đất nền. Cho đến nay,
đây là công nghệ chủ động xử lý đáy cọc và nâng cao sức chịu tải của cọc khoan nhồi rất có hiệu
quả.
Ở Việt Nam, công nghệ này đã được áp dụng ở cầu Mỹ Thuận năm 1998. Tuy nhiên, việc thực hiện
công nghệ do các Tư vấn nước ngoài đảm nhiệm và ở thời điểm đó chúng ta hầu như không tiếp cận
được công nghệ này. Do đó vấn đề đặt ra của nhóm nghiên cứu ở đây là : nắm vững quy trình công
nghệ, chế tạo các thiết bị phục vụ công nghệ phù hợp với điều kiện trong nước để có thể chuyển
giao cho các đơn vị thi công.
2. NHỮNG NỘI DUNG CHÍNH CỦA CÔNG NGHỆ POST-GROUTING
2.1. Nghiên cứu lựa chọn các bước công nghệ xử lý
Công nghệ này bao gồm những bước chính :
2.1.1. Thi công cọc khoan nhồi
·Thi công lỗ cọc khoan nhồi theo các phương pháp truyền thống;
·Trong quá trình lắp đặt lồng cốt thép chú ý cần lắp đặt hệ thống đường ống dẫn vữa và cơ cấu phụt



vữa đáy cọc;
·Đổ bê tông cọc khoan nhồi.
2.1.2. Bơm vữa đáy cọc
Bơm vữa áp lực cao xuống đáy cọc sau khi bê tông cọc đã phát triển cường độ đủ để chịu được áp
lực bơm vữa. Quá trình bơm vữa sau (post-grouting) bao gồm hai công đoạn chính:
·Sau khi bê tông cọc đã được bảo dưỡng, tiến hành lắp các thiết bị vào đầu các ống bơm vữa áp lực
cao.
·Bơm vữa áp lực cao xuống bên dưới đáy cọc nhằm làm chặt đất nền xung quanh và nén chặt mọi
vụn đất để lại bởi quá trình khoan cọc. Quá trình bơm vữa sẽ được dừng lại khi đạt các chỉ tiêu sau
đây:
‐áp suất: Đạt đến áp lực thiết kế khi bơm thể tích vữa tối thiểu theo tính toán xuống đáy cọc. Giá trị
áp lực thiết kế được tính toán trước cho từng cọc tùy từng trường hợp cụ thể, dựa vào khả năng chịu
tải của nền đất tại đáy cọc và sức chịu tải ma sát thân cọc.
‐Độ trồi: Khả năng chịu được áp lực vữa thiết kế mà không bị đẩy lên quá nhiều là một dấu hiệu của
sức chịu tải thân cọc tốt.
‐Thể tích: Thể tích vữa tối thiểu dự kiến được tính bằng thể tích đất bị chiếm chỗ bởi cọc khoan nhồi
khi nó đạt được độ lún tính toán.
2.2. Kỹ thuật bơm vữa
Có thể chia các kỹ thuật bơm vữa tiêu chuẩn thành hai loại cơ bản: bơm vữa thấm nhập và bơm vữa
đầm nén. Để tăng hiệu quả bơm vữa, thường kết hợp cả hai kỹ thuật này, đầu tiên là bơm vữa thấm
nhập và sau đó là bơm vữa đầm nén.
2.2.1. Bơm vữa thấm nhập
Bơm vữa thấm nhập sử dụng hỗn hợp vữa lỏng có độ linh động cao bên trong nền đất, và do đó vữa
di chuyển qua các lỗ rỗng mà không tạo ra sự đầm nén hay làm chặt nào đáng kể cho đất xung
quanh. Theo cách này có thể huy động được một vùng chịu tải rất lớn của đất đã được cải thiện bên
dưới mũi cọc.
2.2.2. Bơm vữa đầm nén
Trái lại với bơm vữa thấm nhập, bơm vữa đầm nén sử dụng một khối vữa kiểu xi măng điển hình,
đặc, nhớt, đồng nhất được thiết kế để duy trì gắn kết với nhau trong nền đất. Nói chung sẽ có một
mặt tiếp xúc rõ ràng giữa vật liệu đất và vữa. Sau khi bơm vữa đầm nén, đất tại chỗ được cố kết hóa
và làm chặt bởi sự mở rộng ra của bầu vữa.
2.2.3. Bơm vữa theo giai đoạn
Trong đất rời, vữa bơm có thể thấm nhập và thoát đi xa đáy cọc, đóng góp ít vào sự tăng sức chịu tải
đáy. Để kiểm soát hiện tượng trên thường phải dùng đến kỹ thuật bơm vữa theo giai đoạn. Với bơm
vữa theo giai đoạn, giai đoạn đầu tiên của bơm vữa là nhằm tạo ra và tích lũy một ít cường độ trước
khi tiến hành giai đoạn bơm vữa tiếp theo. Theo cách này, các đường thoát mà vữa có thể chảy qua
trong giai đoạn bơm đầu tiên sẽ được lấp lại bởi vữa đã ninh kết khi giai đoạn bơm tiếp theo được
tiến hành. Thủ tục này được lặp lại nhiều lần đến khi nền đất bên dưới mũi cọc cuối cùng có thể chịu
được áp lực vữa, và như thế là đạt được yêu cầu huy động sức chịu tải của đất.
2.3. Thiết bị phục vụ công tác bơm vữa
Các thiết bị phụ vụ công tác bơm vữa có thể chia thành 3 nhóm : các thiết bị trộn, bơm vữa; các cơ
cấu phun vữa lắp đặt sẵn trong cọc và các thiết bị kiểm tra.
2.3.1. Các thiết bị trộn bơm vữa
-Máy bơm vữa có áp lực từ 70 đến140 kg/cm2;
-Máy nén khí ;
-Máy bơm nước;
-Máy trộn vữa dung tích tối thiểu 175 lít, có tốc độ quay thích hợp.
2.3.2. Các thiết bị kiểm tra
-Đồng hồ đo áp lực và thể tích vữa;
-Thiết bị đo để theo dõi độ trồi đỉnh cọc.
2.3.3. Cơ cấu phun vữa lắp đặt sẵn trong cọc
Cơ cấu phun vữa bao gồm các ống dẫn vữa thẳng đứng và cơ cấu phụt vữa đáy cọc.
-ống dẫn vữa thẳng đứng để dẫn vữa từ thiết bị bơm xuống cơ cấu phụt vữa ở đáy cọc. ống này
thường được làm bằng vữa polyêtylen mật độ cao HDPE đường kính ngoài 20 mm hoặc ống
polyvinylclorua PVC đường kính 25 mm (tối đa 50 mm), đủ dài gấp 3 lần chiều dài lồng cốt thép và
dư thêm 5 m cho mỗi cọc khoan nhồi;
-Cơ cấu phụt vữa đáy cọc gồm có hai loại là cơ cấu dạng ống lồng (sleeve-port) và cơ cấu dạng kích
dẹt (flat-jack).
-Cơ cấu dạng ống lồng có một vài biến thể, nhưng chủ yếu là một hệ thống ống thép đơn giản đặt
ngang qua đáy cọc được khoan các lỗ dọc theo chiều dài của nó tại mặt đáy và nối với các ống bơm
vữa đến đỉnh cọc. Các ống này được bọc trong một màng cao su tại chỗ các lỗ khoan để chống làm
tắc ống do quá trình đổ bê tông cọc (hình 1). Thiết kế cơ cấu phun vữa kiểu ống lồng có cấu tạo đơn
giản và rất thích hợp với kỹ thuật bơm vữa theo giai đoạn. Tuy nhiên, với cơ cấu dạng ống lồng, áp
lực vữa không được tác dụng đều trên toàn bộ tiết diện và do đó khó có thể ước lượng được sự phân
bố vữa xuống đáy cọc. Hơn nữa, khi cao độ đáy cọc thấp hơn nhiều so với thiết kế vì một nguyên


nhân nào đó thì khó có thể phá bỏ được lớp bê tông bọc quanh ống trong khi bơm vữa.
-Cơ cấu dạng kiểu kích dẹt thường bao gồm một bản thép tròn gắn với các ống bơm vữa dọc. Bản
thép này được bọc bởi một màng cao su không thấm nước ở phía dưới và một vành thép ở phía trên
(hình 2). Màng chống thấm đảm bảo áp lực vữa được dàn đều trên toàn bộ tiết diện và ngăn không
cho vữa đi xa. Cơ cấu này khá phức tạp và chỉ phù hợp với bơm vữa nén ép.
[Only registered and activated users can see links]
2.4. Tính sức chịu tải cọc khoan nhồi xử lý đáy theo công nghệ Post-Grouting
Tính toán các thành phần sức chịu tải cọc khoan nhồi theo các công thức của Tiêu chuẩn thiết kế cầu
22TCN 272-01. Với một cọc khoan nhồi thi công theo công nghệ Post-Grouting, có đường kính và
chiều dài đã cho, trình tự tính toán sức chịu tải dọc trục gồm các bước sau :
Bước 1:Tính toán sức chịu tải đơn vị của đáy cọc trong trường hợp không bơm vữa, q(%đường kính),
trong đó phải chỉ rõ ở độ lún nào thì giá trị đó được huy động hoàn toàn.
Bước 2:Với đường kính cọc đã cho, tính toán sức chịu tải cực hạn thành bên, Sult, đối với toàn bộ
chiều sâu chôn cọc.
Bước 3:Xác định độ lún khai thác lớn nhất cho phép dưới dạng tỷ lệ phần trăm của đường kính cọc.
Bước 4:Chia sức chịu tải cực hạn thành cọc cho diện tích mặt cắt ngang cọc để xác định áp lực lớn
nhất có thể chịu được bằng việc phun vữa.
(1)
Bước 5:Tính chỉ số áp lực vữa phun như là tỷ số áp lực phun vữa lớn nhất và sức chịu tải đơn vị đáy
cọc đơn vị khi không bơm vữa.
(2)
Bước 6:Xác định bội số sức chịu tải đáy cọc theo chỉ số áp lực vữa phun bằng công thức dưới đây với
các giá trị thích hợp (m và b) lấy tuỳ theo điều kiện đất đáy cọc, độ lún thiết kế và độ lún cho phép
(các thông số này phải được xác định qua thực nghiệm). Độ lún thiết kế lấy ở Bước 1, độ lún cho
phép trong Bước3.
(3)
Bước 7:Xác định sức chịu tải đáy cọc đơn vị khi có bơm vữa bằng tích của Bội số chịu tải đáy cọc và
sức chịu tải đáy cọc đơn vị khi không bơm vữa.
(4)
Bước 8:Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi bơm vữa sau với sức chịu tải đơn vị đáy cọc được
tính ở Bước 7.
2.5. Phạm vi áp dụng công nghệ
Kỹ thuật này áp dụng có hiệu quả nhất cho đất cát rời đến chặt vừa. Ngoài ra nó còn áp dụng khá
hiệu quả cho nhiều loại đất khác như sét, cát, phù sa và đá vôi (clay, sand, silt, limestone).
Đối với các cọc khoan nhồi ngàm vào tầng đá (rock-socketed shafts) nhất là đá vôi nứt nẻ, cũng có
khả năng áp dụng kỹ thuật này.
3. KẾT LUẬN
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, nhu cầu xây dựng công trình GTVT và xây dựng các
toà nhà cao tầng ở nước ta ngày càng tăng. Việc áp dụng các công nghệ mới, trong đó có công nghệ
xử đáy cọc khoan nhồi là một xu thế tất yếu đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp xây
dựng.
Công nghệ mở rộng xử lý đáy cọc khoan nhồi bằng việc bơm vữa sau đã được nghiên cứu và áp dụng
rất phổ biến ở rất nhiều nước trên thế giới. Những kết quả nghiên cứu cho thấy đây là công nghệ xứ
lý đáy cọc rất có hiệu quả. Yêu cầu về các thiết bị thi công khá đơn giản, hoàn toàn có thể chế tạo
trong nước. Quy trình thi công cũng như kiểm soát chất lượng không quá phức tạp. Vấn đề cần tiếp
tục là phải tiến hành các thực nghiệm để lượng hoá được mức tăng sức chịu tải của đáy cọc nhờ việc
phun vữa ứng với các loại đất cũng như áp lực bơm cụ thể nhằm hoàn thiện phương pháp tính toán
sức chịu tải của cọc xử lý đáy theo công nghệ này.
Nguồn:[Only registered and activated users can see links] ([Only registered and activated users can
see links])
Tham khảo tiêu chuẩn thi công cọc khoan nhồi tại đây:


Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu cọc khoan nhồi ([Only registered and activated users can see
links])



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×