TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
380 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA THÀNH TRONG VIỆC GIA
TĂNG SỨC KHÁNG MA SÁT ĐƠN VỊ CỦA CỌC BARRETTE TRONG
NỀN ĐẤT CÁT
USING SHAFT GROUTING INJECTION TECHNOLOGY IN THE INCREASE
OF UNIT RESISTANCE FOR BARRETTE PILE IN THE SAND SOIL.
PGS. TS. Võ Phán, KS. Nguyễn Thành Long
Trường Đại học Bách khoa ĐHQG -TP.HCM
TÓM TẮT
Việc gia tăng sức kháng đơn vị xung quanh thân cọc là thông qua công tác phun vữa
áp lực cao xuống vào nền đất xung quanh cọc, bó chặt cọc lại làm thay đổi chỉ tiêu
cơ lý của đất một cách đáng kể. Tuy nhiên, việc nghiên cứu tính chất của đất sau khi
phun vữa còn nhiều hạn chế nên việc tính toán và mô phỏng còn thiếu chính xác. Đề
tài nghiên cứu sự gia tăng sức kháng đơn vị trong đoạn cọc phụt và không phụt vữa
từ kết quả thử tải cọc barrette bằng hộp Ocell trong nền đất cát tại khu vực quận 1,
TP HCM kết hợp với chương trình phần mềm plaxis để so sánh, phân tích, đánh giá
sự cải thiện sức kháng đơn vị trong đoạn cọc phụt vữa.
ABSTRACT
Increasing the unit resistance around the shaft pile is through hight pressure
grouting injection into surrounding soil around shaft pile .However, the study about
soil properties after grouted injection still have a lot of limitation. the subject has
researched the increase of unit resistance of grouted and non-grouted piles segment,
use data from the Ocell load test for barrette pile of the sand soil in District 1, Ho
Chi Minh City and result from plaxis 2D to evaluate, compare and analyze the
improving of the unit resistance for the non-grouted piles segment.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây ngày càng xuất hiện nhiều công trình cao tầng thường
là những đô thị của thành phố lớn, công trình có tải trọng lớn nên yêu cầu cọc phải có
sức chịu tải lớn và cần có công nghệ mới để làm gia tăng sức chịu tải của cọc. Trong đó
công nghệ phụt vữa thành trong những năm gần đây đã chứng minh sự cải thiện đáng kể
sức chịu tải đất nền của cọc một cách đáng kể. Do đó cần nghiên cứu cụ thể về cọc có
phụt vữa thành để ứng dụng rộng rãi hơn trong thiết kế và thi công cọc barrette cũng
như cọc khoan nhồi trong tương lai.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sử dụng kết quả thí nghiệm hiện trường có được để đánh giá sự thay đổi tính chất
của đất sau khi phụt vữa.
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 381
Sử dụng phương pháp mô phỏng bằng phần mềm plaxis kết hợp với kết quả thí
nghiệm thử tải để đánh giá sức kháng đơn vị sau khi phun vữa.
Tổng hợp cơ sở lý thuyết tính toán sức chịu tải của cọc.
3. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ PHỤT VỮA
Ống phụt vữa có đường kính 60 mm được gắn vào xung quanh của chu vi khung
thép đi suốt chiều dài thân cọc, trong đoạn cọc phụt vữa thì ống phụt vữa phải được đục
lỗ để cho vữa thoát ra trong quá trình phụt. Mặt khác, một đầu ống phụt vữa phải bịt nắp
kín lại để cho công tác phụt vữa thành đảm bảo chất lượng.
Sau khi đổ bê tông cọc khoảng 5 ngày, lúc này bê tông bảo vệ cọc còn mềm nên
công việc phụt vữa thành được thực hiện. Đầu tiên là làm nứt lớp bê tông bảo vệ cọc với
nước có áp lực cao đi xuyên qua các ống phụt, khi đó nước chảy theo vết nứt của lớp bê
tông bảo vệ cọc chảy lan ra thành cọc làm xói lỡ cát xung quanh đoạn phụt, sau đó vữa
hỗn hợp xi măng bơm với áp lực cao đi xuống dưới nền đất xung quanh thành cọc, bó
chặt cọc lại làm sức kháng đơn vị xung quanh cọc gia tăng, hỗn hợp vữa xi măng với tỷ
lệ 1:2, khối lượng phụt vào cọc TP1 là 12 m3 và TP2 là 6 m3.
4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
4.1. Tính toán sức kháng theo phương pháp giải tích
a. Theo chỉ tiêu cơ lý đất nền
Công thức:
, , ,
1
( . . . . )
n
c u c c q b b c f i i
i
R q A u f l
γ γ γ
=
= + ∑
(1)
γc: hệ số điều kiện làm việc của cọc, lấy γc = 1.
γcq: hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, lấy γcq = 0,9 cho trường
hợp dùng phương pháp đổ bê tông dưới nước.
γcf: hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc, phụ thuộc vào phương pháp
tạo lỗ và điều kiện đổ bê tông.
b. Theo chỉ tiêu cường độ đất nền
- Đất dính: Cường độ sức kháng cắt không thoát nước dọc thân cọc trong lớp đất
thứ “i” xác định theo phương pháp α
,
i u i
f c
α
= ×
(2)
Với
được xác định theo hình G1, trang 81, TCVN 10304-2014.
-
Đất rời: Sức kháng cắt trung bình dọc thân cọc trong lớp đất thứ “i” được xác
định theo phương pháp
β
.
'
,
tan (3)
v z
i i i
f k
σ δ
=
(3)
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
382 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
'
,
v z
σ
: là ứng pháp hiệu quả theo phương đứng trung bình trong lớp đất thứ “i”.
c. Theo viện kiến trúc Nhật Bản SPT
Chỉ số SPT được xác định theo công thức Viện kiến trúc Nhật Bản: Tại mục G.3.2
TCVN 10304-2014).
Trong đó:
:
b
q
Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc.
:
b
A
Diện tích tiết diện ngang của cọc
:
u
Chu vi tiết diện ngang thân cọc.
, ,
, :
c i s i
f f
Cường độ sức kháng của đất rời và đất dính thứ i trên thân cọc.
Đối với đất cát (đất rời):
, ,
, :
c i s i
l l
chiều dài đoạn cọc nằm trong đất rời và đất dính thứ i trên thân cọc.
,
:
c i
N
là chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời thứ “i”.
Đối với đất dính (đất sét):
, , ,
. . :
c i p i L u i
f f c
α
=
Cường độ sức kháng trên thân cọc nằm trong lớp đất dính thứ “i”.
,
:
p i
α
Hệ số điều chỉnh cho cọc đóng, phụ thuộc vào sức kháng cắt không thoát
nước
u
C
và trị số trung bình ứng suất có hiệu thẳng đứng
'
v
σ
, (xác định theo biểu
đồ trên hình G.2a TCVN 10304-2014).
:
L
f
Hệ số điều chỉnh theo độ mãnh h/d với
1
L
f
=
(cho cọc nhồi).
,
:
u i
C
Cường độ sức kháng cắt không thoát nước trong lớp đất dính thứ “i”:
, ,
6.25 :
u i c i
C N
=
,
:
c i
N
Là chỉ số SPT trung bình trong lớp đất dính thứ “i”.
,
,
10
:
3
s i
s i
N
f=Cường độ sức kháng trên thân cọc nằm trong lớp đất rời thứ ”i”
4.2. Theo phương pháp mô phỏng (phương pháp phần tử hữu hạn)
a. Mô hình Mohr- Coulomb
Mô hình Mohr Coulomb là mô hình đàn hồi lý tưởng nhưng dẻo phá hoại (còn gọi là
Đàn dẻo), mặt dẻo là mặt phá hoại, mô hình phá hoại dựa trên tiêu chuẩn Mohr-
Coulomb với biểu thức
tan
c
τ σ ϕ
= +
. Nếu xét bài toán trong giai đoạn tức thời (tức là
tại giai đoạn xây dựng công trình) thì biểu thức chính là sức kháng cắt không thoát nước.
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 383
tan
u u u
c c
τ σ ϕ
= = +
.
(4)
Mô hình Mohr Coulomb được thể hiện như (Hình 1) như ở bên dưới.
Hình 1. Quan hệ ứng suất và biến dạng của mô hình Mohr Coulomb
Nếu xét trong không gian thì mô hình Mohr Coulomb có 6 mặt như hình bên dưới.
Hình 2. Mô hình Mohr Coulomb trong không gian
b. Mô hình Hardening-Soil
Mô hình Hardening soil là mô hình tăng bền, mô hình Hardening soil phá hoại
cũng dựa trên Mohr - Coulomb nhưng sau khi đạt đến trạng thái dẻo thì tái bền trở
lại nên gọi là mô hình tăng bền.
Hình 3. Mô hình Hardening soil
Nếu xét hệ trục trong không gian, mô hình Hardening Soil cũng giống với mô
hình Mohr - Coulomb, cũng có 6 mặt và có 6 phương trình, nhưng tại đình có mặt dẻo
hình thành từ môđul cố kết E0ed.
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
384 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
Hình 4. Mô hình Hardening soil trong hệ trục không gian.
5. ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CÔNG TRÌNH THỰC TẾ
5.1. Giới thiệu về công trình
Công trình Eximbank với chiều cao được xây dựng là 40 tầng (xắp xỉ 163 m), với
5 tầng hầm, diện tích xây dựng là 3518 m2, được xây dựng tại Quận 1, TP HCM. Công
trình được thiết kế là cọc barrette với tiết diện (0,8x2,8) m, tải trọng thiết kế là 15MN
cho mỗi cọc.
5.2. Mặt cắt và đặc trưng cơ lý của các lớp đất tại vị trí xây dựng
Hình 5. Mặt cắt ngang địa chất công trình tại công trình xây dựng