Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành xây dựng tại Việt Nam, đặc biệt là tại các đô thị lớn như TP. Hồ Chí Minh, việc nâng cao sức chịu tải của móng cọc trở thành một yêu cầu cấp thiết nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế cho các công trình cao tầng. Theo báo cáo khảo sát thực tế tại khu vực Quận 2, TP. Hồ Chí Minh, công nghệ phụt vữa thân cọc Barrette đã được ứng dụng nhằm cải thiện sức kháng thành cọc, góp phần tăng khả năng chịu tải của móng trong điều kiện địa chất phức tạp. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích và đánh giá hiệu quả của phương pháp phụt vữa thân cọc Barrette dựa trên kết quả thí nghiệm nén tĩnh, đồng thời xây dựng mô hình mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn để so sánh và đánh giá sự gia tăng sức chịu tải và ma sát thành cọc.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hai cọc thử Barrette tại công trình Khu cao ốc Thương mại - Văn phòng - Dịch vụ Khu đô thị mới Thủ Thiêm, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh, với chiều dài cọc khoảng 62m và kích thước tiết diện 0,8m x 2,8m. Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2018, sử dụng dữ liệu thí nghiệm nén tĩnh và mô phỏng số bằng phần mềm Plaxis 3D. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc áp dụng công nghệ phụt vữa thân cọc nhằm tăng sức chịu tải, giảm chi phí 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 các lý thuyết và tiêu chuẩn kỹ thuật sau:

  • Tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 về móng cọc, cung cấp công thức tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc dựa trên cường độ sức kháng đất dưới mũi cọc và ma sát đơn vị trên thân cọc.
  • Lý thuyết thí nghiệm nén tĩnh cọc, sử dụng tải trọng tĩnh ép lên đầu cọc để xác định quan hệ tải trọng - chuyển vị, từ đó đánh giá sức chịu tải giới hạn của cọc.
  • Công thức thực nghiệm của công ty Bachy Soletanche Việt Nam, được áp dụng để tính toán lực ma sát đơn vị trên thân cọc Barrette có và không có phụt vữa thân, dựa trên số liệu thực tế và các tham số địa chất.
  • Mô hình phần tử hữu hạn (Phần mềm Plaxis 3D), dùng để mô phỏng ứng xử của cọc và đất nền, phân tích ngược để xác định thông số đất tin cậy và mô phỏng hiệu quả của công nghệ phụt vữa thân cọc.

Các khái niệm chính bao gồm: sức chịu tải cọc, ma sát đơn vị thân cọc, phụt vữa thân cọc (shaft grouting), mô phỏng phần tử hữu hạn, và các chỉ số địa chất như cường độ đất không thoát nước, chỉ số SPT.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ thí nghiệm nén tĩnh trên hai cọc thử Barrette TP2 (không phụt vữa) và TP3 (có phụt vữa) tại công trình Khu đô thị mới Thủ Thiêm, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh. Cỡ mẫu gồm 2 cọc thử với chiều dài 62m, kích thước tiết diện 0,8m x 2,8m. Dữ liệu thí nghiệm bao gồm tải trọng, chuyển vị đầu cọc, biến dạng thân cọc đo bằng 36-40 thiết bị strain gauges đặt tại 10 cao độ khác nhau.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Tính toán sức chịu tải và lực ma sát đơn vị trên thân cọc theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 và công thức thực nghiệm.
  • Phân tích ngược bằng mô hình phần tử hữu hạn sử dụng Plaxis 3D để xác định thông số đất phù hợp với kết quả thí nghiệm.
  • Mô phỏng và so sánh hiệu quả của cọc có và không có phụt vữa thân, điều chỉnh hệ số Rinter tại lớp đất có vữa phụt để phù hợp với thực tế.
  • Thời gian nghiên cứu từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2018, bao gồm thu thập số liệu, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Gia tăng lực ma sát đơn vị trên thân cọc có phụt vữa: Dữ liệu thí nghiệm cho thấy lực ma sát đơn vị tăng 12% trong đất sét và 20% trong đất cát tại các vị trí có phụt vữa so với đoạn không phụt vữa thân. Cụ thể, tại vị trí SG7-SG8 và SG8-SG10, lực ma sát đơn vị của cọc TP3 (có phụt vữa) vượt trội so với cọc TP2 (không phụt vữa).

  2. Tăng sức chịu tải cọc phụt vữa: Thí nghiệm nén tĩnh cho thấy sức chịu tải của cọc TP3 tăng khoảng 27,5% so với cọc TP2 không phụt vữa, đặc biệt trên đoạn dài 9m phụt vữa ở độ sâu 50-59m.

  3. Mô phỏng phần tử hữu hạn phù hợp với thực tế: Khi mô phỏng bằng Plaxis 3D, việc tăng hệ số Rinter lên 1,5 lần tại lớp đất có vữa phụt giúp kết quả mô phỏng gần sát với kết quả thí nghiệm thực tế, chứng tỏ mô hình có độ tin cậy cao.

  4. Công thức thực nghiệm của Bachy Soletanche Việt Nam phù hợp với cọc không phụt vữa: So sánh kết quả tính toán theo công thức thực nghiệm và thí nghiệm cho thấy công thức này cho kết quả gần đúng nhất với thực tế đối với cọc không phụt vữa thân.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân gia tăng sức chịu tải và ma sát thành cọc khi áp dụng công nghệ phụt vữa thân là do lớp vữa tạo thành bao bọc và kết dính đất xung quanh thân cọc, làm tăng diện tích tiếp xúc và cải thiện tính liên kết đất-cọc. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế và trong nước về hiệu quả của công nghệ shaft grouting trong việc nâng cao sức chịu tải cọc Barrette.

So với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã cung cấp số liệu thực nghiệm cụ thể và mô hình mô phỏng chi tiết cho khu vực Quận 2, TP. Hồ Chí Minh, góp phần làm rõ ảnh hưởng của phụt vữa thân cọc trong điều kiện địa chất đặc thù. Việc điều chỉnh hệ số Rinter trong mô phỏng cũng là điểm mới giúp mô hình phản ánh chính xác hơn thực tế thi công.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị đầu cọc, biểu đồ lực ma sát đơn vị theo độ sâu, và bảng so sánh kết quả thí nghiệm với mô phỏng, giúp minh họa rõ ràng sự khác biệt giữa cọc có và không có phụt vữa thân.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng công nghệ phụt vữa thân cọc trong thiết kế móng cọc Barrette nhằm tăng sức chịu tải và giảm chi phí thi công, đặc biệt cho các công trình cao tầng tại khu vực có địa chất yếu như Quận 2, TP. Hồ Chí Minh. Thời gian thực hiện: ngay trong các dự án xây dựng mới.

  2. Sử dụng mô hình phần tử hữu hạn Plaxis 3D kết hợp điều chỉnh hệ số Rinter để mô phỏng và dự báo hiệu quả công nghệ phụt vữa thân cọc, giúp tối ưu thiết kế và kiểm soát chất lượng thi công. Chủ thể thực hiện: các đơn vị tư vấn thiết kế và giám sát thi công.

  3. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình thi công phụt vữa thân cọc dựa trên kết quả nghiên cứu và thực tiễn thi công, nhằm chuẩn hóa công nghệ và nâng cao hiệu quả ứng dụng tại Việt Nam. Thời gian đề xuất: trong vòng 2 năm tới, phối hợp giữa các viện nghiên cứu và cơ quan quản lý nhà nước.

  4. Mở rộng nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố như hàm lượng vữa, áp lực phun, tốc độ phun đến hiệu quả tăng sức chịu tải cọc, nhằm hoàn thiện công nghệ và nâng cao tính ứng dụng rộng rãi. Chủ thể thực hiện: các trường đại học, viện nghiên cứu chuyên ngành xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế móng cọc và tư vấn xây dựng: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và công cụ mô phỏng giúp thiết kế móng cọc Barrette hiệu quả hơn, đặc biệt khi áp dụng công nghệ phụt vữa thân.

  2. Nhà thầu thi công móng cọc: Tham khảo quy trình thi công, yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả thực tế của công nghệ phụt vữa thân cọc để nâng cao chất lượng và tiết kiệm chi phí thi công.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng: Luận văn cung cấp dữ liệu thực nghiệm, mô hình lý thuyết và phương pháp phân tích hiện đại, hỗ trợ nghiên cứu sâu hơn về công nghệ móng cọc.

  4. Cơ quan quản lý và ban hành tiêu chuẩn xây dựng: Tham khảo để xây dựng hoặc cập nhật tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến công nghệ phụt vữa thân cọc, góp phần hoàn thiện khung pháp lý cho ngành xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp phụt vữa thân cọc Barrette là gì?
    Phương pháp này là kỹ thuật bơm vữa vào thân cọc sau khi đổ bê tông để tạo lớp vữa bao quanh, giúp cô kết đất xung quanh, tăng ma sát thành cọc và sức chịu tải tổng thể của móng.

  2. Hiệu quả tăng sức chịu tải của cọc phụt vữa so với cọc thường là bao nhiêu?
    Theo kết quả thí nghiệm tại Quận 2, sức chịu tải của cọc có phụt vữa thân tăng khoảng 27,5% so với cọc không phụt vữa, đặc biệt trên đoạn dài 9m có phụt vữa.

  3. Phần mềm Plaxis 3D được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Plaxis 3D được dùng để mô phỏng ứng xử của cọc và đất nền, phân tích ngược để xác định thông số đất tin cậy và mô phỏng hiệu quả của công nghệ phụt vữa thân, giúp so sánh với kết quả thí nghiệm thực tế.

  4. Có tiêu chuẩn nào hướng dẫn thiết kế và thi công phụt vữa thân cọc tại Việt Nam không?
    Hiện tại chưa có tiêu chuẩn ngành chính thức cho công nghệ này tại Việt Nam, do đó nghiên cứu này góp phần cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn trong tương lai.

  5. Yếu tố nào ảnh hưởng đến hiệu quả của công nghệ phụt vữa thân cọc?
    Các yếu tố như hàm lượng vữa, áp lực và tốc độ phun vữa, đặc điểm địa chất khu vực, và quy trình thi công đều ảnh hưởng đến hiệu quả tăng sức chịu tải của cọc phụt vữa.

Kết luận

  • Công nghệ phụt vữa thân cọc Barrette giúp tăng lực ma sát đơn vị trên thân cọc từ 12% đến 20% tùy loại đất, góp phần nâng cao sức chịu tải móng.
  • Thí nghiệm nén tĩnh và mô phỏng phần tử hữu hạn cho thấy sức chịu tải cọc có phụt vữa tăng khoảng 27,5% so với cọc không phụt vữa.
  • Mô hình Plaxis 3D với điều chỉnh hệ số Rinter phù hợp phản ánh chính xác thực tế thi công và thí nghiệm.
  • Công thức thực nghiệm của Bachy Soletanche Việt Nam phù hợp để tính toán sức chịu tải cọc không phụt vữa thân.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật và ứng dụng rộng rãi công nghệ phụt vữa thân cọc tại Việt Nam, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả công trình xây dựng.

Tiếp theo, cần triển khai xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật, mở rộng nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng và áp dụng công nghệ trong các dự án thực tế. Đề nghị các đơn vị thiết kế, thi công và quản lý xây dựng phối hợp nghiên cứu và ứng dụng để nâng cao hiệu quả công trình.