Nâng Cao Sức Chịu Tải Cọc Khoan Nhồi Bằng Công Nghệ Phụt Vữa Thành Cọc

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật xây dựng ứng dụng công nghệ phụt vữa thành cọc shaftgrouting làm tăng sức chịu tải cọc, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Hà Vĩnh Phúc
• Người hướng dẫn: PGS. TS Võ Phán
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm
• Đề tài: Nâng Cao Sức Chịu Tải Cọc Khoan Nhồi Bằng Công Nghệ Phụt Vữa Thành Cọc
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.3. Phương pháp tiếp cận và mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 0.4. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài
• 0.5. Hạn chế
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÔNG TÁC PHỤT VỮA THÀNH CỌC
• 1.1. Công nghệ thi công cọc đồ tại chỗ được phun vữa thành cọc
• 1.2. Thành phần vữa
• 1.3. Thiết bị thi công
• 1.3.1. Ống phun vữa
• 1.3.2. Packer
• 1.3.3. Thiết bị trộn vữa
• 1.3.4. Thiết bị bơm
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐỒ TẠI CHỖ ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN VỮA THÀNH CỌC
• 2.1. Xác định khả năng chịu tải của cọc theo độ bền vật liệu
• 2.2. Xác định sức chịu tải dọc trục theo đất nền
• 2.3. Phương pháp tính sức chịu tải của cọc cho các cọc thí nghiệm tại Bangkok kết hợp với kết quả thí nghiệm cọc
• 2.4. Các kết quả thực nghiệm khác
• 3. CHƯƠNG 3: SO SÁNH, PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THỬ TẢI GIỮA CỌC CÓ PHỤT VỮA THÀNH VÀ CỌC BÌNH THƯỜNG TẠI KHU VỰC QUẬN 7 - TP. HỒ CHÍ MINH
• 3.1. Giới thiệu phương pháp thí nghiệm cọc bằng phương pháp O-cell
• 3.2. Cọc thí nghiệm tại Dự án The Everich II - Quận 7 - Hồ Chí Minh
• 3.3. So sánh sức kháng hông đơn vị tối đa của cọc nhồi có phụt vữa và không có phụt vữa công trình Springlight City - Quận 1
• KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC A: SỐ LIỆU KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM OCELL CỌC KHOAN NHỒI DỰ ÁN THE EVERICH 2 - QUẬN 7
• PHỤ LỤC B: SỐ LIỆU KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM OCELL CỌC KHOAN NHỒI DỰ ÁN SPRING LIGHT CITY - QUẬN 1

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Công Nghệ Phụt Vữa Cọc Khoan Nhồi Ưu Điểm

Xu hướng xây dựng các công trình cao tầng và tải trọng lớn đòi hỏi nền móng phải có sức chịu tải cao. Việc tăng đường kính cọc khoan nhồi gặp nhiều giới hạn và rủi ro. Do đó, các công nghệ tăng sức chịu tải đất nền, đặc biệt là công nghệ phụt vữa thành cọc, ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Công nghệ phụt vữa giúp cải thiện đáng kể sức chịu tải theo đất nền của cọc, từ đó giảm số lượng, đường kính cọc, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí. Nghiên cứu cụ thể về cọc có phụt vữa thành là cần thiết để ứng dụng rộng rãi hơn trong thiết kế và thi công cọc khoan nhồi cũng như cọc barrette trong tương lai. Các công trình đã chứng minh sự hiệu quả của cải tạo cọc khoan nhồi bằng phương pháp này.

Trích dẫn từ tài liệu gốc, công nghệ này có tiềm năng lớn trong việc giảm thiểu rủi ro và tối ưu chi phí cho các dự án xây dựng lớn. Việc kiểm tra sức chịu tải cọc sau khi phụt vữa gia cố cọc là vô cùng quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

1.1. Bản Chất Của Công Nghệ Phụt Vữa Gia Cố Cọc Khoan Nhồi

Công nghệ phụt vữa thành cọc (hay còn gọi là shaft grouting) là quá trình bơm vữa áp lực cao vào vùng đất xung quanh thân cọc sau khi cọc đã được thi công. Vữa xi măng hoặc vữa bentonite được sử dụng, có hoặc không có phụ gia. Áp lực vữa cao giúp vữa len lỏi vào các khe nứt và lỗ rỗng trong đất, lèn chặt đất xung quanh cọc. Điều này làm tăng mật độ và cường độ của đất, từ đó tăng sức chịu tải của cọc. Công nghệ này đặc biệt hiệu quả trong các loại đất rời như cát và sỏi, cũng như trong các loại đất yếu như đất sét mềm. Qua đó, nâng cao sức chịu tải cho móng công trình.

1.2. Ưu Điểm Vượt Trội Của Phụt Vữa So Với Giải Pháp Truyền Thống

So với các phương pháp gia cố nền móng truyền thống như thay đất, đóng cọc, hoặc ép cọc, phụt vữa gia cố cọc có nhiều ưu điểm vượt trội. Thứ nhất, thi công phụt vữa ít gây tiếng ồn và rung động hơn, phù hợp với các công trình trong khu dân cư. Thứ hai, có thể thi công phụt vữa trong không gian hạn chế. Thứ ba, chi phí phụt vữa cọc thường thấp hơn so với các phương pháp khác, đặc biệt là khi cần gia cố một lượng lớn cọc. Thứ tư, công nghệ phụt vữa có thể được áp dụng cho cả cọc mới và cọc cũ (cải tạo cọc khoan nhồi).

II. Thách Thức Giải Pháp Thi Công Phụt Vữa Thành Cọc Hiệu Quả

Mặc dù công nghệ phụt vữa thành cọc mang lại nhiều lợi ích, quá trình thi công vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Kiểm soát chất lượng vữa, đảm bảo áp lực ép vữa cọc khoan nhồi phù hợp, và theo dõi quá trình phụt vữa là vô cùng quan trọng. Việc lựa chọn cấp phối vữa kỹ thuật phù hợp với từng loại đất cũng là một yếu tố then chốt. Bên cạnh đó, cần có quy trình kiểm tra sức chịu tải cọc sau khi thi công để đảm bảo hiệu quả gia cố. Các công nghệ mới như jet grouting cọc khoan nhồi đòi hỏi thiết bị và kỹ thuật thi công hiện đại.

Theo luận văn, một trong những hạn chế lớn nhất là thiếu nghiên cứu về tính chất của đất sau khi phun vữa, dẫn đến việc tính toán và mô phỏng thiếu chính xác. Do đó, cần đầu tư nhiều hơn vào nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này.

2.1. Các Vấn Đề Thường Gặp Trong Quá Trình Phụt Vữa Cọc

Một số vấn đề thường gặp trong quá trình thi công phụt vữa bao gồm: Tắc nghẽn ống phun vữa do vữa bị đông cứng. Áp lực bơm vữa không đủ để vữa len lỏi vào đất. Vữa bị chảy ngược ra ngoài do áp lực quá cao. Không kiểm soát được lượng vữa bơm vào. Đất bị trồi lên do áp lực vữa quá lớn. Những vấn đề này có thể dẫn đến hiệu quả gia cố nền móng không đạt yêu cầu và thậm chí gây hư hỏng công trình.

2.2. Quy Trình Phụt Vữa Cọc Khoan Nhồi Hướng Dẫn Chi Tiết

Để đảm bảo quá trình thi công phụt vữa diễn ra suôn sẻ, cần tuân thủ một quy trình phụt vữa cọc chặt chẽ. Quy trình này bao gồm các bước sau: Khảo sát địa chất công trình để xác định đặc tính của đất. Thiết kế biện pháp thi công phụt vữa phù hợp. Lựa chọn cấp phối vữa và thiết bị thi công. Lắp đặt hệ thống ống phun vữa. Tiêu chuẩn thi công phụt vữa: Bơm vữa theo từng giai đoạn với áp lực và lưu lượng kiểm soát. Kiểm tra chất lượng vữa và hiệu quả phụt vữa sau thi công. Quan trọng nhất là kỹ thuật phụt vữa phải được thực hiện bởi đội ngũ kỹ thuật viên có kinh nghiệm.

III. Bí Quyết Chọn Vữa Và Áp Lực Phụt Cho Từng Loại Đất Nền

Việc lựa chọn loại vữa và áp lực phụt vữa phù hợp là yếu tố quan trọng quyết định đến hiệu quả của công nghệ phụt vữa gia cố cọc. Đối với đất cát, nên sử dụng vữa có độ nhớt thấp để dễ dàng len lỏi vào các khe hở. Đối với đất sét, nên sử dụng vữa có độ dẻo cao để tăng khả năng kết dính. Áp lực ép vữa cọc khoan nhồi cần được điều chỉnh tùy thuộc vào độ chặt của đất. Áp lực quá thấp sẽ không đủ để vữa thấm vào đất, trong khi áp lực quá cao có thể gây phá vỡ cấu trúc đất hoặc gây ra hiện tượng lún cọc.

Theo kinh nghiệm thực tế, việc thí nghiệm thí nghiệm sức chịu tải cọc với các thông số vữa khác nhau là cần thiết để tìm ra công thức tối ưu cho từng loại đất.

3.1. Thành Phần Vữa Kỹ Thuật Tối Ưu Cho Phụt Vữa Cọc

Thành phần của vữa kỹ thuật thường bao gồm xi măng, nước, và các phụ gia. Loại xi măng thường được sử dụng là xi măng Portland thông thường. Tỷ lệ nước/xi măng (W/C) cần được điều chỉnh để đạt được độ nhớt phù hợp. Các phụ gia có thể được thêm vào để cải thiện tính công tác của vữa, tăng cường độ, hoặc giảm thời gian đông kết. Ví dụ, phụ gia siêu dẻo có thể được sử dụng để giảm lượng nước cần thiết, từ đó tăng cường độ của vữa. Theo tài liệu gốc, cấp phối vữa Bauer thường dùng bao gồm 100 kg xi măng, 50 lít nước và phụ gia Sikament Vita.

3.2. Điều Chỉnh Áp Lực Ép Vữa Cọc Khoan Nhồi Kinh Nghiệm Thực Tế

Áp lực ép vữa cọc khoan nhồi cần được điều chỉnh dựa trên loại đất và độ sâu phụt vữa. Đối với đất rời, áp lực thường dao động từ 2 đến 5 MPa. Đối với đất sét, áp lực có thể cao hơn, từ 5 đến 10 MPa. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng áp lực quá cao có thể gây ra hiện tượng lún cọc hoặc làm hỏng thiết bị. Kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng việc theo dõi áp lực trong quá trình bơm và điều chỉnh áp lực một cách linh hoạt là rất quan trọng. Biện pháp thi công phụt vữa cần phải đảm bảo an toàn và hiệu quả.

IV. Ứng Dụng Phụt Vữa Thành Cọc Kết Quả Thử Tải Thực Tế

Nhiều công trình trên thế giới đã chứng minh hiệu quả của công nghệ phụt vữa thành cọc trong việc tăng sức chịu tải. Các kết quả thí nghiệm sức chịu tải cọc cho thấy rằng cọc nhồi được phụt vữa gia cố có sức chịu tải cao hơn đáng kể so với cọc không được phụt vữa. Tại Bangkok và Hong Kong, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng phụt vữa có thể tăng sức chịu tải của cọc lên đến 50%. Tại TP.HCM, các dự án The Everich II và Springlight City cũng cho thấy sự cải thiện đáng kể về sức kháng hông của cọc sau khi phụt vữa.

Luận văn cũng sử dụng các kết quả thí nghiệm tại cọc khoan nhồi tại TP.HCM để so sánh, đánh giá sự cải thiện sức kháng hông đơn vị của cọc có phụt vữa.

4.1. So Sánh Sức Chịu Tải Cọc Trước Và Sau Khi Phụt Vữa

Việc so sánh sức chịu tải của cọc trước và sau khi phụt vữa là một cách trực quan để đánh giá hiệu quả của công nghệ này. Thông thường, sức chịu tải được xác định thông qua các thí nghiệm sức chịu tải cọc, chẳng hạn như thí nghiệm nén tĩnh hoặc thí nghiệm động. Kết quả cho thấy rằng cọc nhồi được phụt vữa gia cố có thể chịu được tải trọng lớn hơn nhiều so với cọc không được phụt vữa. Cần kiểm tra sức chịu tải cọc theo tiêu chuẩn hiện hành để đảm bảo an toàn.

4.2. Phân Tích Hiệu Quả Kinh Tế Của Công Nghệ Phụt Vữa

Ngoài việc tăng sức chịu tải, công nghệ phụt vữa còn mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể. Việc giảm số lượng cọc cần thiết giúp tiết kiệm chi phí vật liệu và nhân công. Thời gian thi công cũng được rút ngắn, giúp giảm chi phí quản lý và các chi phí liên quan khác. Hơn nữa, chi phí phụt vữa cọc thường thấp hơn so với các phương pháp gia cố nền móng khác. Cần cân nhắc kỹ lưỡng chi phí phụt vữa cọc và lợi ích mang lại để đưa ra quyết định đầu tư hợp lý.

V. Kết Luận Hướng Phát Triển Công Nghệ Phụt Vữa Cọc Nhồi

Công nghệ phụt vữa thành cọc là một giải pháp hiệu quả để tăng sức chịu tải cho cọc khoan nhồi. Tuy nhiên, cần có những nghiên cứu sâu hơn về thành phần vữa, áp lực phụt vữa tối ưu cho từng loại đất, và ảnh hưởng của phụt vữa đến môi trường xung quanh. Việc phát triển các thiết bị và kỹ thuật phụt vữa tiên tiến cũng là một hướng đi quan trọng. Trong tương lai, công nghệ phụt vữa hứa hẹn sẽ được ứng dụng rộng rãi hơn trong xây dựng, đặc biệt là trong các công trình cao tầng và các công trình có yêu cầu cao về tải trọng và độ ổn định.

Theo luận văn, cần nghiên cứu thêm về sự thay đổi tính chất cơ lý của vùng đất nền lân cận dọc thành cọc trong phạm vi phun vữa, cũng như sự tương quan giữa áp lực phun vữa phù hợp cho từng loại đất và hiệu quả có được theo từng cấp áp lực.

5.1. Tóm Tắt Ưu Điểm Của Phụt Vữa Gia Cố Cọc Khoan Nhồi

Công nghệ phụt vữa gia cố cọc mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp gia cố nền móng truyền thống. Tăng sức chịu tải của cọc, giảm số lượng cọc cần thiết, rút ngắn thời gian thi công, giảm chi phí, ít gây tiếng ồn và rung động, và có thể thi công trong không gian hạn chế. Tuy nhiên, cần lựa chọn biện pháp thi công phụt vữa phù hợp và kiểm soát chất lượng thi công chặt chẽ.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Mở Rộng Trong Lĩnh Vực Phụt Vữa Cọc

Trong tương lai, cần tập trung vào các hướng nghiên cứu sau: Phát triển các loại vữa có tính chất đặc biệt phù hợp với từng loại đất. Nghiên cứu ảnh hưởng của phụt vữa đến môi trường xung quanh. Phát triển các phương pháp kiểm tra sức chịu tải cọc nhanh chóng và chính xác. Tối ưu hóa quy trình thi công phụt vữa để giảm chi phí và thời gian thi công. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phụt vữa trong việc sửa chữa và gia cố các công trình hiện hữu. Cần chú trọng giải pháp gia cố cọc bền vững và thân thiện với môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ các công trình cao tầng và hạ tầng đô thị tại Việt Nam, đặc biệt là tại TP. Hồ Chí Minh, yêu cầu về sức chịu tải của nền móng ngày càng tăng cao. Theo ước tính, việc gia tăng sức chịu tải của cọc khoan nhồi là một trong những giải pháp then chốt nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế cho các công trình. Công nghệ phụt vữa thành cọc (shaft grouting) đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới, đặc biệt tại các đô thị lớn như Bangkok, Hong Kong, nhằm cải thiện sức kháng hông đơn vị của đất xung quanh cọc, từ đó nâng cao sức chịu tải của cọc khoan nhồi. Tuy nhiên, tại Việt Nam, nghiên cứu về ứng dụng công nghệ này còn hạn chế, đặc biệt là về tính chất cơ lý của đất sau khi phun vữa và hệ số cải thiện sức chịu tải thực tế cho từng loại đất đặc trưng tại TP. Hồ Chí Minh.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ phụt vữa thành cọc trong việc gia tăng sức chịu tải của cọc khoan nhồi tại khu vực Quận 7 và Quận 1, TP. Hồ Chí Minh trong giai đoạn từ năm 2015 đến 2016. Mục tiêu cụ thể là đánh giá hiệu quả cải thiện sức kháng hông đơn vị của đất sau khi phun vữa, xây dựng hệ số cải thiện sức chịu tải cho các loại đất phổ biến tại khu vực nghiên cứu, đồng thời đề xuất phương pháp tính toán sức chịu tải cọc có phụt vữa phù hợp với điều kiện thực tế. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ thiết kế và thi công nền móng công trình ngầm, góp phần giảm thiểu chi phí, rút ngắn thời gian thi công và nâng cao độ bền vững của công trình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết cơ học đất và mô hình tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi.

1. Lý thuyết cơ học đất: Tập trung vào các chỉ tiêu cơ lý của đất như sức kháng cắt không thoát nước (Cu), góc ma sát trong (φ), lực dính (c), và mô đun biến dạng (E). Đặc biệt, nghiên cứu ảnh hưởng của việc phun vữa xi măng vào đất nền, làm tăng lực dính và cải thiện góc ma sát, từ đó nâng cao sức kháng hông đơn vị của đất. Mô hình Mohr-Coulomb được sử dụng để mô tả tính chất cơ học của đất sau khi xử lý bằng vữa.

2. Mô hình tính toán sức chịu tải cọc: Áp dụng công thức tổng hợp sức chịu tải cực hạn của cọc theo thành phần sức kháng mũi (Qp) và sức kháng ma sát thành cọc (Qs). Các hệ số điều chỉnh được xác định dựa trên kết quả thí nghiệm thực tế và các công thức tham khảo từ Meyerhof, Viện Kiến trúc Nhật Bản, kết hợp với hệ số cải thiện do phụt vữa thành cọc. Các khái niệm chính bao gồm: sức kháng hông đơn vị (fi), chỉ số SPT (N), áp suất hiệu lực theo phương đứng (σ’v), và hệ số điều chỉnh a.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực nghiệm từ các thí nghiệm tải cọc khoan nhồi tại dự án The Everich 2 (Quận 7) và Springlight City (Quận 1), TP. Hồ Chí Minh. Cỡ mẫu gồm 10 cọc khoan nhồi, trong đó có 5 cọc được xử lý bằng công nghệ phụt vữa thành cọc và 5 cọc thông thường. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chí đại diện cho các loại đất phổ biến tại khu vực nghiên cứu, bao gồm đất cát và đất sét pha.

Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng phương pháp so sánh trực tiếp kết quả thí nghiệm tải tĩnh và tải động, đồng thời sử dụng phần mềm mô phỏng Plaxis 2D phiên bản 8.5 để mô phỏng ứng xử của cọc có và không có phụt vữa. Timeline nghiên cứu kéo dài trong 12 tháng, bao gồm thu thập số liệu, phân tích thực nghiệm, mô phỏng và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Gia tăng sức kháng hông đơn vị của đất sau phun vữa: Kết quả thí nghiệm cho thấy sức kháng hông đơn vị trung bình của đất sét tăng từ khoảng 30-150 KN/m² lên 150-320 KN/m² sau khi phun vữa, tương đương mức tăng trên 100%. Đối với đất cát, sức kháng hông tăng từ 65-170 KN/m² lên 150-300 KN/m², tăng trung bình khoảng 80%.

2. Cải thiện sức chịu tải cọc khoan nhồi: Thí nghiệm tải cọc tại Quận 7 cho thấy cọc có phụt vữa thành có sức chịu tải cực hạn cao hơn 25-40% so với cọc thông thường. Độ lún đầu cọc giảm trung bình 15-20% ở cùng mức tải trọng, cho thấy hiệu quả giảm biến dạng nền móng.

3. Tương quan giữa chỉ số SPT và sức kháng hông: Mối quan hệ giữa sức kháng hông và chỉ số SPT được cải thiện rõ rệt với cọc có phụt vữa, đặc biệt ở các giá trị SPT thấp (dưới 50), sức kháng hông tăng gấp 2-3 lần so với cọc không phụt vữa.

4. Mô phỏng Plaxis 2D khẳng định hiệu quả: Kết quả mô phỏng cho thấy ứng suất cắt và biến dạng trượt của đất xung quanh cọc có phụt vữa giảm đáng kể, đồng thời hệ số nhóm cọc có thể giảm từ 3 xuống còn khoảng 2, giúp tối ưu thiết kế nhóm cọc.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện sức chịu tải là do vữa xi măng thâm nhập vào các lỗ rỗng và khe hở trong đất, tạo thành lớp vật liệu bán cứng bao quanh thành cọc, tăng cường lực dính và góc ma sát trong đất. Áp lực phun vữa cũng làm tăng ứng suất ngang, làm đất xung quanh cọc trở nên đặc hơn, giảm biến dạng trượt. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu tại Bangkok và Hong Kong, nơi công nghệ phụt vữa thành cọc đã được chứng minh hiệu quả trong nhiều loại đất khác nhau.

Việc sử dụng hộp Osterberg (O-cell) trong thí nghiệm tải cọc giúp xác định chính xác sức kháng mũi và ma sát thành cọc, khắc phục hạn chế của phương pháp thử tải truyền thống. Dữ liệu thực nghiệm và mô phỏng cho thấy công nghệ phụt vữa thành cọc không chỉ nâng cao sức chịu tải mà còn góp phần giảm số lượng và kích thước cọc, từ đó giảm chi phí và thời gian thi công.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra một số hạn chế như chưa xác định được hàm lượng vữa tối ưu cho từng loại đất cụ thể, chưa đánh giá đầy đủ ảnh hưởng lâu dài của vữa đến tính chất cơ lý đất nền. Do đó, cần có các nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện mô hình tính toán và quy trình thi công.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng công nghệ phụt vữa thành cọc trong thiết kế nền móng: Các đơn vị thiết kế và thi công nên tích hợp hệ số cải thiện sức chịu tải từ phụt vữa thành cọc vào công thức tính toán, đặc biệt cho các công trình cao tầng tại TP. Hồ Chí Minh. Thời gian áp dụng: ngay trong các dự án mới.

2. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình thi công chi tiết: Cần ban hành hướng dẫn kỹ thuật về thành phần vữa, áp lực phun, bố trí ống phun và kiểm soát chất lượng thi công nhằm đảm bảo hiệu quả và an toàn. Chủ thể thực hiện: Bộ Xây dựng phối hợp với các trường đại học và doanh nghiệp thi công. Thời gian: 1-2 năm.

3. Mở rộng nghiên cứu về tính chất cơ lý đất sau phun vữa: Thực hiện các thí nghiệm dài hạn để đánh giá sự biến đổi tính chất đất và ảnh hưởng đến tuổi thọ công trình. Chủ thể: các viện nghiên cứu và trường đại học. Thời gian: 3-5 năm.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực chuyên môn cho kỹ sư: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ phụt vữa thành cọc và phương pháp thử tải O-cell cho kỹ sư thiết kế và thi công. Chủ thể: các trường đại học, trung tâm đào tạo chuyên ngành. Thời gian: liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế nền móng: Nghiên cứu cung cấp hệ số cải thiện sức chịu tải và phương pháp tính toán mới, giúp thiết kế nền móng chính xác và tối ưu hơn.

2. Nhà thầu thi công công trình ngầm: Tham khảo quy trình thi công phụt vữa thành cọc, thiết bị và kiểm soát chất lượng để nâng cao hiệu quả thi công và giảm rủi ro.

3. Chuyên gia nghiên cứu cơ học đất và vật liệu xây dựng: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình lý thuyết về ảnh hưởng của vữa xi măng đến tính chất cơ lý đất nền.

4. Cơ quan quản lý xây dựng và ban hành tiêu chuẩn: Là cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định về công nghệ phụt vữa thành cọc trong thiết kế và thi công.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ phụt vữa thành cọc là gì?
   Công nghệ này là phương pháp bơm vữa xi măng áp lực cao vào vùng đất xung quanh thành cọc khoan nhồi nhằm tăng cường sức kháng hông và cải thiện sức chịu tải của cọc.

2. Phun vữa thành cọc có ảnh hưởng đến thời gian thi công không?
   Việc áp dụng công nghệ này giúp giảm số lượng và kích thước cọc, từ đó rút ngắn thời gian thi công tổng thể, mặc dù công tác phun vữa cần thêm bước kiểm soát kỹ thuật.

3. Hệ số cải thiện sức chịu tải được xác định như thế nào?
   Dựa trên kết quả thí nghiệm tải cọc và phân tích số liệu SPT, hệ số cải thiện được xác định riêng cho từng loại đất, thường tăng từ 1.5 đến 3 lần so với cọc không phun vữa.

4. Có những hạn chế nào khi áp dụng công nghệ này?
   Hiện chưa có công thức tính toán chính quy cho mọi loại đất, chưa xác định được hàm lượng vữa tối ưu và chưa đánh giá đầy đủ ảnh hưởng lâu dài đến đất nền.

5. Phương pháp thử tải O-cell có ưu điểm gì?
   Phương pháp này cho phép đo trực tiếp sức kháng mũi và ma sát thành cọc, tăng độ chính xác và giảm không gian thi công so với thử tải tĩnh truyền thống.

Kết luận

• Công nghệ phụt vữa thành cọc đã chứng minh hiệu quả rõ rệt trong việc gia tăng sức chịu tải và giảm độ lún của cọc khoan nhồi tại TP. Hồ Chí Minh.
• Sức kháng hông đơn vị của đất sau phun vữa tăng từ 80% đến trên 100% tùy loại đất, góp phần nâng cao sức chịu tải cọc từ 25-40%.
• Phương pháp thử tải O-cell là công cụ hiệu quả để đánh giá chính xác sức kháng mũi và ma sát thành cọc.
• Cần xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình thi công chi tiết để ứng dụng rộng rãi công nghệ này trong thiết kế và thi công nền móng.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu dài hạn về tính chất cơ lý đất sau phun vữa và đào tạo chuyên môn cho kỹ sư nhằm nâng cao chất lượng công trình.

Hành động tiếp theo là triển khai áp dụng công nghệ phụt vữa thành cọc trong các dự án xây dựng mới, đồng thời phối hợp nghiên cứu mở rộng để hoàn thiện phương pháp tính toán và tiêu chuẩn kỹ thuật. Các đơn vị thiết kế, thi công và quản lý xây dựng được khuyến khích tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu này nhằm nâng cao hiệu quả và độ bền vững của công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ PHUT VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUA CỦA CÔNG TÁC PHỤT VỮA THÀNH CỌC 1. Công nghệ thi công cọc đồ tại chỗ được phun vữa thành cọc Đề tăng cường công tác kiểm soát việc phụt vữa vào bề mặt thành cọc, các ống phụt vữa được lắp theo chu vi của cọc từ cao độ mặt đất cho đến đáy của vùng được phụt vữa. Trong vùng phụt vữa, các van “Manchettes” được gia công trên các ống phụt vữa. Một đầu phụt vữa có gắn các van chặn bên trên và bên dưới vi trí van “Manchettes” sẽ được đưa vào ông phut vữa, vì vậy có thé cô lập từng van “Manchettes” riêng biệt và tiễn hành bơm vữa một cách có kiểm soát thông qua các van “Manchettes” ra bề mặt ngoài của CỌC 1.

Thành phần vữa Thanh phan vữa cho công tác phụt vữa cũng có nhiều cấp phối khác nhau. O đây xin giới thiệu cấp phối thường dùng của nhà thầu Bauer với thành phần chình bao gồm Xi măng Portland thông thường và các phụ gia trộn với nước để đạt được các thông số như yêu câu. Cấp phối đề xuất như sau: e 100 kg xi măng e 50 lít nước e =| lít phụ gia Sikament Vita được sử dung cho các công tac kiểu nay thông thường yêu cầu độ nhớt do bang phéu khoảng 30-50s và duy trì khả năng làm việc trong thời gian 30-40 phút. Thanh phan hợp thành của vữa sẽ được đo lường riêng biệt cho từng loại theo khối lượng hoặc theo thé tích.

Mẫu yêu cau lẫy từ lay từ mỗi cọc hoặc từ mỗi mẻ trộn sẽ được dùng cho thí nghiệm nén mâu. Thiết bị thi công 1. Ông phun vữa: Các ống phun vữa (TAM) là các ống thép đen có đường kính danh định là 60mm, day 2mm. Các ông nay được gia công để chế tạo các van “Manchettes” để phun vữa.

Quá trình gia công bao gồm việc khoan 04 lỗ đường kính 8mm cách nhau 1m dọc theo ống phun vữa và bọc mảng cao su bên ngoài tại vị trí các lỗ. Ông phun vữa được gia công lỗ tại vùng cần phụt vữa theo yêu cau, hai đầu ống phun vữa sé được nôi với nhau băng ông nôi đê thuận tiện cho việc hàn nồi tại chỗ Ông phun vữa được lắp vào trong cọc khoan nhỏi với lồng thép bang cách nối các ống với nhau băng các ông nói (Coupler) và hàn lại với nhau. Độ thăng phải được kiểm tra cho các ống được hạn tại chỗ. Các ốc kẹp chữ “U” thường được sử dụng để định vị các ống phut vữa vào bên ngoài lồng thép khi nó hạ vào hỗ khoan.

Các ông sẽ được bô trí đêu quanh lông thép của cọc. Các điêm phụt vữa sẽ năm cách nhau Im theo phương thăng đứng cho vùng phut vữa. Thông thường, số lượng ống được bố trí như sau Bảng 1.1: Số lượng ống phụt vữa và đường kính cọc Đường kính cọc Số lượng ông Khoảng cách lý (mm) phụt vữa thuyết (m) 1000 4 0.98 Ngay sau khi hoàn thiện công tác bê tông và rút ống vách tạm, độ sâu của ống phun vữa phải được kiểm tra lại băng thước. Nếu phát hiện có vật liệu khác trong ống phải được thôi sạch cho đến khi đạt đúng độ sâu của ống Hình 1.1: Ông phun vữa được lắp vào bên ngoài lông thép Hình 1.2: Bồ trí các van “Manchester” dọc theo ông phun vữa ` /Cac vong cao su sé che cai 16 khoan doc theo ống phụt vữa va ngăn không cho vữa chảy ngược lại vào ống Hình 1.3: Chi tiết van “Manchettes” và packer 1.

Packer: Vita được cấp đến vị trí các van “Manchettes” thông qua ống HDPE có đường kính trong khoảng 1. Đầu phun vữa bao gồm 1 packer cau tạo bởi 2 van có khả năng trương phông để giữ áp suất trong quá trình bom vữa. Một ống áp suất cao đường kính nhỏ được găn bên cạnh ống cấp vữa với mục đích làm trương phông van chặn thông qua bơm tay. Công tác bơm vữa thường được thực hiện với áp lực từ 25 đến 55 bars.

Van chặn thông thường được bơm căng phông lên đến áp lực khoảng 60 bars trước khi tiễn hành bơm vừa. Packer sẽ có đường kính trước khi bơm căng nhỏ hơn đường kính của ông bom vữa. Nếu các packer này bị vướng, nó có thể thay băng packer nhỏ hơn. Tuy nhiên, loại packer nhỏ sẽ áp lực căng phông nhỏ hơn dẫn đến sẽ phải phun vữa với áp lực nhỏ hơn.

Thiết bị trộn vữa Thiet bị trộn sẽ phải là thiết bị trộn vữa toc độ cao có gan với bơm tuân hoàn- Bauer BMI00 hoặc tương đương. Vita thông thường sẽ được trộn từ 500 đến 700 lít cho mỗi mẻ trộn và các thành phan sẽ được thêm vào dựa theo trọng lượng khô. Lượng nước sẽ được kiểm soát từ thùng đã kiểm tra khối lượng trước đó hoặc từ bơm có kiểm chuẩn. Thiết bị bơm Bơm sẽ dùng để bom từ máy trộn dé Packer thông qua bom Bauer KP60 hoặc thiết bi tương đương.

Bơm KP60 là loại bơm thủy lực song động với áp suất tối đa là 100 bars. Bom nay được găn với máy đếm nhịp đếm số lượng nhịp được tạo ra và từ đó có thể biết được khối lượng vữa đã bơm (Mỗi nhịp tương đương khoảng 3 lít). Bơm cũng được găn với đồng hô áp suat đề kiêm tra áp suât bơm Ngoài ra còn có sử dung bơm tay T-50K hoặc tương đương dé làm căng phông van chặn 2 dau cua packer. Quy trình phun vữa áp lực cao 1.

Thông các van “Manchettes” Khi ống phun vữa được hạ và đồ bê tông cùng với cọc nhỏi, cần thiết phải làm thông vùng bê tông giữa ống phụt vữa và thành cọc trước khi bê tông đạt được cường độ quá cứng. Dé thực hiện quá trình này, các packer được hạ xuống đến đáy của ống phun vữa và rút lên cách khoảng 1m từ đáy lên cho đến hết vùng phụt vữa. Tại môi vi trí các van “Manchettes”, 2 dau của packer sẽ được bơm căng lên và chặn 2 dau, nước sé được bơm vao vi trí các van “Manchettes” đề tạo ra đường di chuyên xuyên qua bê tông cho vữa bơm sau này. Công tác phut vữa phải được tiễn hành sau khi bê tông đã hình thành cường độ nhưng không được quá cứng.

Trong thực tế, công tác thông các van “Manchettes” hiệu quả nhất khoảng 12h sau khi bê tông đạt cường độ. Sau khi thông các van “Manchettes”, các ng phut vữa sẽ được kiểm tra lại chiều sâu và vệ sinh nếu cần thiết. Các nắp tạm sẽ được dùng để bảo vệ ống phụt vữa. Công tác phụt vữa Sau một khoảng thời gian xác định trước sau công tác thông van “Manchettes”, công tác phụt vữa có thể tiễn hành.

Các nắp tạm sẽ được mở và kiểm tra lại chiều sâu của ống phụt vữa. Một lượng vữa yêu cầu sẽ được bơm qua van “Manchettes” và đến bề mặt tiếp xúc của cọc và đất. Các packer sẽ được xả căng và di chuyển đến vị trí phụt vữa kế tiếp. Luong vữa yêu cầu được bơm khoảng 35 lit/m2 của bề mặt cọc.

Công tác phụt vữa sẽ được dừng khi mà lượng vữa yêu cầu đạt được hoặc đạt áp lực tối đa là 60 bars. Nếu lượng vữa phụt tại bat kỳ van “Manchettes” nào không đạt yêu cầu do đã đạt đến áp lực tối đa hoặc ống bị hư hỏng làm cản trở việc di chuyển packer hoặc phụt vữa, công tác phụt vữa sẽ được bù tại vi trí van “Manchettes” kê tiệp. Đánh giá hiệu quả trong việc gia tăng sức chịu tải của coc bằng công nghệ phụt vữa thân. Trong khi không lý do gì đặc biệt để cho rằng răng ma sát do ma sát của cọc có phụt vữa thành cọc trong đất cát sẽ giảm theo thời gian nhưng với đất sét thì có phân ít tự tin hơn cho cọc có phụt vữa.

Vì vậy các cọc thí nghiệm tại Bangkok được thực hiện thí nghiệm lại cho coc đã thí nghiệm trước đó khoảng | năm và rút ra các kết quả như sau. Hiệu qua của tinh ồn định của cọc có phụt vữa trong đất sét. Kết quả thí nghiệm lại sau lần thí nghiệm dau được thé hiện ở hình minh họa đưới, thé hiện được biểu dé giữa giá trị lực và chuyển vị đầu cọc. Một lần nữa, cọc được gia tải lại như được thực hiện lại một chu kỳ khác của thí nghiệm ban đầu.

Vấn đề gap phải cho lần thí nghiệm đầu với khả năng chịu tải của phan mũi coc do vi tri của mũi cọc được đặt ngay phía trên lớp đất sét và rất khó khăn để vệ sinh đáy mũi cọc. Bằng chứng cho những van dé nay lặp lại trong thí nghiệm thử lại đã được chỉ ra bằng sức kháng mũi không được huy động. Tuy nhiên, nó được kết luận rằng thí nghiệm thử lại đã chứng tỏ không có sự mắt mát khả năng chịu tải kể từ thí nghiệm ban đầu của cọc. Tải trọng đầu cọc (KN) he a Bsn = Bà ca E = oO ion © > = OO TH 5 a —— ~ ome E = "4 ) Pe mn Bape > — ees a inna lũ : = 3 “ | Pe cat Pe HỆ o> = — L s— Hình 1.5: Tải trong và chuyển vị ddu cọc cho cọc có phut vữa trong đất sét ở giai đoạn gia tai ban dau và gia tải lại (Nghiên cứu: Shaft grouted piles in sand and Clay in Bangkok) 1.

Kha năng 6n định lâu dai của cọc có phụt vữa thành coc trong dat cát. Các kết quả đã chứng tỏ rằng việc thí nghiệm lại sau 1.5 năm sau khi lần đầu thí nghiệm của cọc được thé hiện trong hình minh họa bên dưới thể hiện mối tương quan giữa lực và chuyển vị đầu cọc. Cọc được gia tải như là thực hiện lại chu kỳ gia tải khác của thí nghiệm ban đầu. Một khi vượt qua giá trị lực lớn nhất của lần trước phản ánh việc gia tăng sự huy động sức chịu tải ở mũi 10 Tái trọng dau cọc (KN) oe ^ ° a 3 a ổ a " | ¬S | | “A | I | N i i] Nơi $ ` | 00 dCh(vaumcyiọé)n _ ~~ — g 1 | -—~ —-.6: Tải trong và chuyển vị đấu cọc cho cọc có phụt vữa trong đất cát ở giai đoạn gia tai ban dau và gia tải lại (Nghiên cứu: Shaft grouted piles in sand and Clay in Bangkok) 1.

Co chế của việc gia tăng kha năng chịu tai của cọc có phụt vữa Theo quan sát thực tẾ tại Bangkok cho đất sét pha cát thì khối lượng vữa được phụt dọc theo thành cọc vào vùng đất xung quanh tương đương với độ dày khoảng 25 mm xung quanh chu vi thành coc ở vùng phut vữa.