MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, cùng với sự phát triển của xã hôi, các dự án nhà cao tầng với quy mô lớn tại Việt Nam ngày càng nhiều, càng đòi hỏi tải trọng đặt lên móng công trình ngày càng cao. Bản thân sự ra đời của công nghệ cọc nói chung và cọc khoan nhồi, barrette nói riêng đã giải quyết được phần nào tính cấp thiết của yêu cầu thực tế. Tuy nhiên, việc tăng cường khả năng chịu tải cọc khoan nhồi, barrette bằng cách tăng số lượng cọc, tăng chiều sâu và kích thước cọc đang bộc lộ một số hạn chế do công nghệ thi công hiện tại, mặt bằng, chi phí,… tác động.
Cùng với đó, bản thân quá trình thi công cọc khoan nhồi, barrette cũng tìm ẩn nhiều vấn đề có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cọc được hình thành như sạt lở, sập thành hố đào, bùn lắng ứ đọng ở thân và đáy hố đào cọc, … Và công nghệ tăng sức chịu tải cọc bằng phương pháp phun vữa áp lực cao dọc thành cọc (Shaft Grouting) đã giúp xử lý đáng kể những vấn đề trên cũng như góp phần gia cường khả năng chịu tải của cọc, giải quyết được phần nào tính cấp thiết hiện nay. Mặc dù hiện nay cũng đã có nhiều những nghiên cứu, nhưng việc đánh giá hiệu quả sử dụng công nghệ này vẫn còn nhiều hạn chế và cũng chưa có tiêu chuẩn thi công cụ thể nào được ban hành cho lý thuyết tính toán và thi công cọc phụt vữa thành cọc (Shaft Grouting). Đặt biệt là việc đánh giá tổng quan chất lượng cọc, cũng như đánh giá sự gia tăng sức chịu tải của cọc có phụt vữa và không có sử dụng phụt vữa; đánh giá hiệu quả phụt vữa trong đất cát hay đất sét mang lại hiệu quả cao hơn; phương pháp nào để mô phỏng ứng xử của cọc phụt vữa trong tính toán. Với những đặc điểm và yêu cầu nêu trên, đề tài “Phân tích và đánh giá chất lượng cọc đổ tại chỗ bằng công nghệ phụt vữa thành cọc (Shaft Grouting) tại Quận 2, Tp.
Hồ Chí Minh” sẽ thu thập và tổng hợp lại những kết quả nghiên cứu, triển khai. Đồng thời sẽ tiến hành phân tích và đánh giá hiệu quả của công nghệ này cho 1 dự án cụ thể ở điều kiện địa chất Quận 2 để mang lại cho người đọc cái nhìn chi tiết hơn về công nghệ và từng bước áp dụng vào thực tế thi công. Mục tiêu của đề tài Mục tiêu chính của Đề tài bao gồm: - Đánh giá tổng quan hiệu quả phụt vữa cho cọc khoan nhồi được phụt vữa và cọc không được phụt vữa tại khu vực Quận 2, Tp. Hồ Chí Minh.
- Nghiên cứu tính toán các giá trị tương quan giữa cọc phụt vữa và cọc không phụt vữa. - Nghiên cứu phân tích hiệu quả phụt vữa cho từng loại địa chất tại khu vực khảo sát. - Mô hình hóa tính toán cho cọc khoan nhồi ứng dụng công nghệ phụt vữa thân cọc (Shaft Grouting) và đề xuất các hệ số tương quan để áp dụng trong tính toán. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập các tài liệu và nghiên cứu lý thuyết: Tiêu chuẩn thiết kế trong và ngoài nước, tài liệu, báo cáo khoa học, giáo trình hướng dẫn tính toán thiết kế cọc phụt vữa thành cọc (Shaft Grouting).
- Tổng hợp và phân tích các kết quả thí nghiệm nén tĩnh cho cọc phụt vữa và cọc không phụt vữa tại thực tế công trình. - Tính toán theo phương pháp giải tích. - Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (phần mềm Plaxis 3D) để mô phỏng tính toán và đối chiếu, so sánh với các kết quả thu được. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài - Tính khoa học: Từ quá trình phân tích và tổng hợp dữ liệu cho công nghệ thi công phụt vữa thành cọc theo đề tài nghiên cứu, có thể đề xuất các hệ số tương quan, phương pháp tính toán, mô phỏng và đánh giá chất lượng cọc thông qua việc gia tăng sức chịu tải của cọc.
- Tính thực tiễn: Kết quả nghiên cứu từ bài luận văn có thể giúp cho các kỹ sư xây dựng như một tài liệu tham khảo cho các công trình có địa chất tương tự khu vực Quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh. Giới hạn phạm vi nghiên cứu - Từ những nghiên cứu tổng quan, tác giả chọn vấn đề nghiên cứu là phân tích và đánh giá chất lượng (sức chịu tải) của cọc phụt vữa thành cọc (Shaft Grouting) làm hướng nghiên cứu của Luận văn. Trong điều kiện thời gian quy định, học viên chưa đề cập được toàn diện các vấn đề về thiết kế, công nghệ thi công… mà chỉ tập trung vào phân tích số liệu tính toán, thí nghiệm và hiệu quả mang lại của công nghệ này cho một công trình thực tế tại Quận 2, Tp. Hồ Chí Minh.
- Luận văn sẽ tổng hợp các kết quả tính toán và đối chiếu với kết quả thí nghiệm thực tế để để đưa ra những đánh giá, nhận định về hiệu quả của công nghệ phụt vữa thành cọc (Shaft Grouting) và khả năng áp dụng trong tương lai. 3 Luận văn thạc sĩ TỔNG QUAN VỀ CỌC ĐỔ TẠI CHỖ BẰNG CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA THÀNH CỌC (SHAFT GROUTING) Giới thiệu về công nghệ cọc đổ tại chỗ bằng công nghệ phụt vữa thành cọc (Shaft Grouting) 1.1 Khái niệm cọc đổ tại chỗ (cọc khoan nhồi, cọc barrette) Trong số các phương án cọc cho kết cấu móng công trình, bao gồm cọc chế tạo sẵn và cọc nhồi hay còn gọi là cọc đổ tại chỗ đã có lịch sử hình thành từ lâu và là một trong những giải pháp nền móng không thể thiếu cho công trình xây dựng. Tuy nhiên, với cọc đổ tại chỗ nói chung và cọc khoan nhồi, cọc barret nói riêng đã và đang là một trong những giải pháp tối ưu cho kết cấu công trình cao tầng, chịu tải trọng lớn hiện nay. Phương pháp thi công cơ bản của cọc khoan nhồi, cọc barrette là phương pháp khoan tạo lỗ trước trong đất, sau đó tiến hành lắp đặt lồng thép và đổ bê tông để lấp đầy lỗ khoan.
Việc tạo lỗ thường được thực hiện bằng máy khoan, gàu ngạm hoặc các phương pháp đào khác nhau tùy theo từng loại và hình dáng cọc. Ưu điểm của cọc khoan nhồi, cọc barret: - Sử dụng được cho mọi loại địa tầng khác nhau. - Sức chịu tải lớn. - Độ lún nhỏ do mũi cọc được hạ vào lớp đất có tính nén rất nhỏ.
- Không gây tiếng ồn và tác động đến công trình lân cận, phù hợp xây dựng trong điều kiện xây chen tại các đô thị. - Rút bớt được công đoạn đúc cọc, do đó không cần các khâu xây dựng bãi đúc, lắp dựng ván khuôn. - Cho phép kiểm tra trực tiếp các lớp đất lấy mẫu từ các lớp đất đào lên, có thể đánh giá chính xác điều kiện đất nền. Nhược điểm của cọc khoan nhồi, cọc barrette: - Sản phẩm trong quá trình thi công đều nằm sâu trong lòng đất khó kiểm soát chất lượng bê tông cọc.
4 Luận văn thạc sĩ - Cọc đổ tại chỗ, nên dễ xảy ra các khuyết tật ảnh hưởng tới chất lượng cọc như: Hiện tượng co thắt, hẹp cục bộ thành cọc hoặc thay đổi kích thước tiết diện khi cọc xuyên qua các lớp đất khác nhau. Bê tông xung quanh thành cọc bị rửa trôi gây ra rỗ mặt thành cọc. Lỗ khoan nghiêng lệch, sụt vách lỗ khoan. Bê tông đổ thành cọc không đồng nhất và phân tầng.2 Khái niệm vữa phụt và chế tạo vữa phụt Vữa phụt là một chất lưu, chủ yếu ở trạng thái lỏng và tùy từng trường hợp chứa một phần trạng thái khí phù hợp dạng vi bọt.
Dù có thành phần nào, vữa cũng phải đáp ứng một số thuộc tính bản chất sau: - Trong quá trình phụt, chúng là một chất lưu, nhưng sau một thời gian ngắn (từ vài đến vài ba chục ngày) chúng phải chuyển một phần lớn hoặc hoàn toàn về trạng thái rắn kết hợp với phần tử của môi trường hoặc của chính chúng (bằng quá trình đông kết hoặc gắn kết). - Khi ổn định ở trạng thái rắn, chúng có độ bền vĩnh cữu theo kết cấu công trình và không gây ô nhiễm môi trường bằng tác nhân độc hại từ bản thân. Vữa phụt nhìn chung có thể phân chia ra các loại gồm hỗn hợp (suspension), huyền phù (emulsion) và hợp chất (solution). Vữa hỗn hợp cấu thành bởi các hạt rắn cỡ nhỏ lơ lửng trong dung môi lỏng.
Thuộc loại này gồm có các vữa cement, tức là hỗn hợp cement với nước; vữa đất- cement tạo thành từ hỗn hợp đất và cement với nước, và vữa Bentonite gồm hỗn hợp Bentonite trong nước.Vữa cement được sử dụng rộng rãi và thường là hỗn hợp nước với cement theo tỷ lệ từ 10:1 đến 2:1. Vữa huyền phù tạo bởi các giọt keo lỏng phân tán trong dung môi nước; huyền phù bitum thuộc vào loại vữa này. Các loại vữa khác cũng luôn cần có mức độ huyền phù nhất định để đảm bảo độ keo-nhớt của dung dịch trong quá trình phụt và tính năng bơm của thiết bị. 5 Luận văn thạc sĩ Vữa hợp chất gồm hợp phần các phân tử cùng loại với hai hay nhiều phần tố; vữa hóa học như hợp chất silicat natri hay nhựa keo acrylic là ví dụ về loại vữa này.
Chúng thường là lỏng ở trạng thái ban đầu và có thể được bơm vào đất rồi sau khi thấm đến khu vực cần thiết trong khối đất thì định hình quánh lại và cô đặc theo thời gian. Các tính chất chung của vữa phụt Loại vữa nào cũng cần có những tính chất phù hợp mục đích và công nghệ thực hiện bao gồm: - Tạo hiệu quả phụt tối ưu sau khi đông kết hoặc gắn kết ổn định. - Có tính chất phù hợp của chất lưu về độ nhớt và độ phụt để xâm nhập hiệu quả nhất vào môi trường cần phụt, ổn định thông số trong suốt quá trình phụt. - Giảm thiểu tối đa tác hại đến thiết bị phụt về tính mài mòn - Đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn về môi trường và sức khỏe cho người tiếp xúc.
Để đáp ứng các tính chất này, một số chỉ tiêu chính của vữa phụt cần tính đến gồm: Độ phụt (Groutability): thể hiện khả năng của vữa vận động đến được nơi cần phụt trong khối đất. Độ ổn định (Stability): là khả năng của vữa duy trì được trạng thái lỏng mà không bị phân tách ra các thành phần riêng. Độ lắng (Setting time): là thời gian cho đến lúc vữa lắng thành các khối cement hoặc keo riêng biệt. Độ bền (Permanence): cho thấy khả năng của vữa chống lại sự dời chuyển khỏi phần lỗ rỗng đất theo thời gian.