Phân tích giải pháp xử lý nền móng nhà cao tầng bằng cọc xi măng đất

TỔNG QUAN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN MÓNG NHÀ CAO TẦNG BẰNG CỌC XI MĂNG ðẤT

Tổng quan về nền móng công trình nhà cao tầng

1.1.1 Khái niệm về nhà cao tầng : ðịnh nghĩa nhà cao tầng theo Uỷ ban Nhà cao tầng Quốc tế:

Nhà cao tầng được xác định bởi chiều cao của nó, ảnh hưởng đến các điều kiện thiết kế, thi công và sử dụng khác biệt so với nhà ở thông thường Theo chiều cao và số tầng, Uỷ ban Nhà cao tầng Quốc tế phân loại nhà cao tầng thành 4 loại khác nhau.

- Nhà cao tầng loại 1: từ 9 ủến 16 tầng (cao nhất 50m)

- Nhà cao tầng loại 4: từ 40 tầng trở lên (gọi là nhà siêu cao tầng)

Các quốc gia có quy định khác nhau về độ cao khởi đầu của nhà cao tầng Tiêu chuẩn này được thiết lập dựa trên yêu cầu phòng cháy, và thông tin chi tiết được trình bày trong bảng 1.1.

Bảng 1.1 - ðộ cao khởi ủầu nhà cao tầng của một số nước

Tờn nước ðộ cao khởi ủầu

Trung Quốc Nhà ở 10 tầng và 10 tầng trở lên, kiến trúc khác ≥ 28m

Liên Xô (cũ) Nhà ở 10 tầng và 10 tầng trở lên, kiến trúc khác 7 tầng

Pháp Nhà ở > 50m, kiến trúc khác > 28m

Tây ðức ≥ 22m (từ mặt nền nhà)

Bỉ 25m (từ mặt ủất ngoài nhà)

1.1.2 Các loại móng nhà cao tầng [1], [4]:

Nền múng cú thể ủược phõn loại dựa theo ủộ sõu mà tải trọng cụng trỡnh truyền qua ủất nền

Múng nụng là loại múng cú tỷ số giữa ủộ sõu chụn múng D và bề rộng của móng B nhỏ hơn hoặc bằng 2, D/B ≤ 2

Múng sõu là loại múng cú tỷ số giữa ủộ sõu chụn múng D và bề rộng của móng B lớn hơn hoặc bằng 2, D/B ≥ 2

Công trình trên truyền tải trọng xuống móng qua cột bê tông có cường độ chịu nén cao, trong khi khả năng chịu tải của đất nền thường nhỏ hơn vài trăm lần Móng đóng vai trò là vật liệu giao tiếp giữa hai loại vật liệu có sự chênh lệch cường độ lớn, do đó, cần phải truyền tải trọng xuống nền sao cho ứng suất không vượt quá khả năng chịu tải của đất nền Móng có xu hướng truyền tải trọng theo phương ngang ở chu vi, trong khi móng sâu lại truyền tải trọng theo phương vuông góc với diện tích xung quanh.

Múng bố là loại múng nụng ủỡ nhiều cột theo hai phương hoặc ủỡ toàn bộ cột của cụng trỡnh, được sử dụng cho các công trình xây dựng trên lớp đất có khả năng chịu tải trung bình đến tốt hoặc công trình có tải trọng cột lớn Phương án múng bố sẽ hiệu quả khi tải trọng ứng phân bố áp lực lên nền tương đối đều Dựa trên cấu tạo, múng bố có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau.

- Múng bố dạng bản cú chiều dày ủều (hỡnh 1a)

- Móng bè có tăng cường chiều dày về phía trên hoặc phía dưới bản móng ở chân cột (hình 1b)

Móng bè có sườn (dầm) được thiết kế với sườn chạy theo cả hai phương, nằm ở phía trên hoặc dưới bản móng, trong khi cột được đặt tại vị trí giao nhau của hai dầm.

- Móng bè dạng hộp với sườn cứng theo hai phương làm tường của tầng hầm (hình

Hình 1.1 Các loại móng bè 1.1.2.2 Móng cọc:

Múng cọc là một trong những loại múng ủược phổ biến nhất hiện nay, có nhiệm vụ truyền tải trọng từ công trình xuống các lớp đất bên dưới và xung quanh cọc, giúp giảm biến dạng lún và lún không đều Với nhiều phương pháp thi công như cọc bê tông, cọc nhồi, cọc khoan nhồi, múng cọc có thể được áp dụng cho các công trình có điều kiện địa chất và địa hình phức tạp, đặc biệt là trong trường hợp nền đất yếu hoặc công trình trên sông.

Cỏc bộ phận chớnh của múng cọc: gồm hai bộ phận chớnh là cọc và ủài cọc

Cọc là kết cấu có chiều dài lớn so với bề rộng, được thi công tại chỗ để truyền tải trọng công trình xuống các tầng đất sâu hơn, nhằm đảm bảo công trình trên mặt đất đáp ứng các yêu cầu của trạng thái giới hạn quy định (TCXD 205:1998).

- đài cọc là kết cấu dùng ựể liên kết các cọc lại với nhau và phân bố tải trọng của công trình lên các cọc

Lớp đất cứng hoặc đá Đất yếu

Hình 1.2 Móng cọc 1.1.2.3 Móng bè trên cọc:

Nhiều công trình cao tầng quốc tế áp dụng giải pháp móng bè cọc, chủ yếu sử dụng cọc nhồi và cọc barrette Cách bố trí cọc thường dựa trên nguyên tắc trọng tâm của nhóm cọc trùng hoặc gần với trọng tâm tải trọng công trình Giải pháp này mang lại ưu điểm là tải trọng được phân bố hợp lý hơn, cải thiện tính làm việc tổng thể của nhóm cọc.

Khi ủài cứng, các cọc ở biên sẽ chịu tải lớn hơn hoặc nhỏ hơn cọc ở giữa tùy thuộc vào tải trọng Khoảng cách giữa các cọc nên lớn hơn 3d để giảm bớt hiệu ứng nhúm cọc; nếu đạt 6d thì xem như không có hiệu ứng nhúm Móng bố cọc được áp dụng trong trường hợp đất yếu rất dày, với bố trí cọc theo chiều dài hoặc băng cọc không đều Cần bố trí cọc trên toàn bộ diện tích xây dựng để đảm bảo mang tải trọng của công trình, đồng thời tăng độ cứng tổng thể của nền móng, giúp công trình hoạt động ổn định và lâu dài.

Móng bè cọc bao gồm hai phần chính: bè và các cọc Bè có chức năng phân phối tải trọng từ chân kết cấu xuống các cọc và truyền một phần tải trọng xuống đất nền tại vị trí tiếp xúc Bè có thể được thiết kế dưới dạng bản phẳng hoặc bản dầm để tăng độ cứng chống uốn Chiều dày tối thiểu của bè được xác định dựa trên khả năng chịu lực, đặc biệt là khi bị tác động bởi lực tập trung tại chân cột, chân vách hoặc do phản lực từ cọc Để điều chỉnh độ khụn, bè có thể được thiết kế với chiều dày thay đổi.

Cọc có nhiệm vụ truyền tải trọng xuống nền đất thông qua sức kháng mũi và vào nền đất xung quanh thông qua sức kháng bên Việc bố trí cọc có thể được thực hiện theo nhóm hoặc riêng lẻ, tùy thuộc vào mục đích của người thiết kế, nhằm điều chỉnh lực phân bố, giảm áp lực lên nền ở vị trí bố trí hoặc giảm nội lực trong bè.

Giới thiệu chung về cọc xi măng ủất

1.2.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng trên thế giới :

Gia cố nền bằng phương pháp trộn khử đã được phát triển lần đầu tại châu Âu, đặc biệt là Thụy Điển vào những năm 1970 Từ đó đến nay, công nghệ này đã tiến bộ mạnh mẽ, cho ra đời các thiết bị hiện đại hơn, giúp tạo ra các cọc xi măng chất lượng cao với nhiều loại chất gia cố khác nhau, phù hợp với từng loại đất Công nghệ này đã được cải tiến thông qua nghiên cứu các ứng dụng kỹ thuật hiện đại, cho phép gia cố nhiều loại đất yếu và xử lý nền đất yếu có chiều dày lớn Đặc biệt, tại Nhật Bản vào năm 2001, khối lượng thi công đạt 150 triệu mét dài.

Tại nhiều quốc gia trên thế giới, công nghệ cọc xi măng ứng dụng trong gia cố nền đất yếu cho các dự án đường bộ, đường sắt đã đạt được nhiều thành công Phương pháp này chủ yếu nhằm ngăn chặn, giảm lún cũng như tăng hệ số an toàn cho các công trình nền đường, đường sắt cao, nền móng các công trình hạ tầng, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao.

Trong lĩnh vực nghiờn cứu cú những cụng trỡnh ủược cụng bố trờn thế giới tiờu biểu như :

- “State of the Art in Deep Mixing Technology”, paper series in J.Ground Improvement, Porpaha et al, 1998 – 2002

- Broms, “Design of lime, lime/cement and cement columns”, hội thảo Deep mixing method về ủỏnh giỏ ổn ủịnh của ủất, Stockholm, 1999

- “Deep Mixing Method Manual”, Japan, 2001

- “Design Guide For Soft Soil Stabilisation”, EU Euro soilstab Project Tiêu chuẩn thi công trộn sâu, “CEN,TC288 WG10”, 1997

Và nhiều bỏo cỏo khoa học cũng như nhiều bài bỏo ủược ủăng trờn cỏc tạp chớ khoa học trên thế giới

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng trong nước : đã có nhiều tài liệu trong nươc ựề cập ựến vấn ựề này Các tài liệu chủ yếu là sỏch giỏo khoa và bài giảng Bờn cạnh ủú cũng cú nhiều luận văn thạc sỹ và tiến sỹ ủề cập ủến vấn ủề này ở những khớa cạnh khỏc nhau nhưng chưa ủầy ủủ và thống nhất ðặc biệt chúng ta vừa ban hành tiêu chuẩn về thiết kế, thi công và nghiệm thu cọc ủất trộn xi măng, tuy nhiờn chưa ủầy ủủ và chi tiết Núi chung ủõy là một vấn ủề tương ủối mới mẻ ở nước ta mà trong thời gian sắp tới cũn phải nghiờn cứu thêm Ở Việt Nam, cụng nghệ ủất gia cố xi măng ủó bắt ủầu ủược nghiờn cứu từ năm

Từ năm 1980 đến nay, Bộ Xây dựng và Bộ Giao thông Vận tải đã ứng dụng thành công nhiều công trình như tổng kho xăng dầu Nhà Bè, tổng kho xăng dầu Hậu Giang (Trà Nóc-Cần Thơ), và cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) Những công trình này chứng tỏ rằng công nghệ cột bê tông đã được áp dụng hiệu quả, góp phần giải quyết tình trạng lún kéo dài và đảm bảo ổn định cho các công trình tại khu vực này.

Túm tắt về phương phỏp cọc xi măng ủất

Cọc trộn dưới sâu là phương pháp gia cố nền đất yếu mới, sử dụng xi măng làm chất kết dính Quá trình này diễn ra thông qua việc khoan xoắn và bơm vữa vào đất, nhằm trộn lẫn chất kết dính với đất yếu, tạo ra phản ứng hóa học - vật lý giúp tăng cường độ bền của đất Nhiệt phát sinh từ quá trình ninh kết hỗn hợp xi măng sẽ hút một phần nước xung quanh và làm bốc hơi một phần khác, từ đó cải thiện tính chất cơ học của đất xung quanh cọc Chiều sâu gia cố phụ thuộc vào khả năng của thiết bị, và phương pháp này có khả năng giải quyết nhiều vấn đề so với các giải pháp truyền thống hiện nay.

- Nõng cao sức chịu tải của ủất nền

- Thỳc ủẩy nhanh quỏ trỡnh cố kết, rỳt ngắn thời gian thi cụng

- Khụng sinh ra ủất thải (giảm hoặc khụng cần gia tải)

- Xỏc ủịnh chớnh xỏc lượng chất gia cố ủược trộn trong cọc ủất xi măng

- Khụng gõy phỏ hoại và làm mất ổn ủịnh kết cấu của ủất

- Khụng gõy chấn ủộng ủến cỏc cụng trỡnh lõn cận

- Tớnh thấm của cọc sau gia cố cao hơn nhiều so với ủất chưa gia cố (khoảng

400 – 500 lần) và cọc ủược xem như thoỏt nước thẳng ủứng

- Phạm vi ứng dụng ủa dạng : ổn ủịnh mỏi dốc, hố ủào, …

Việc sử dụng chất gia cố trong cọc xi măng giúp cải thiện đáng kể khả năng đàn hồi và sức chống cắt của nền đất, từ đó nâng cao sức chịu tải của nền Sức chịu tải này có thể thay đổi tùy thuộc vào số lượng và chất lượng chất gia cố được sử dụng, cũng như cách phân bố của các cọc trong nền, bao gồm đường kính, khoảng cách giữa các tâm cọc và chiều dài của cọc.

Cọc ủất gia cố xi măng không chỉ chịu tải tốt mà còn đóng vai trò như cột thoát nước thẳng đứng, giúp tăng cường khả năng thấm nước của nền đất Điều này cho phép cọc hoạt động như bấc thấm, từ đó đẩy nhanh quá trình cố kết của nền đất.

Hỡnh 1.3 Thiết bị thi cụng cọc xi măng ủất

Phương pháp thi công

Phương pháp gia cố nền bằng công nghệ trộn sâu cột xi măng (Cement Deep Mixing - CDM) là giải pháp hiệu quả để cải tạo đất yếu, bao gồm đất sét dẻo, bùn sệt, đất lẫn hữu cơ, đất lẫn bùn và bùn chảy Quá trình trộn hỗn hợp xi măng giúp tăng cường độ, độ chặt và khả năng đàn hồi của đất gia cố Cường độ của đất được cải thiện ngay sau khi gia cố và tiếp tục phát triển theo thời gian.

Phương phỏp thi cụng cột ủất gia cố xi măng cú thể ủược chia ra làm 2 loại : phương pháp trộn khô và phương pháp trộn ướt

Phương pháp trộn sâu gia cố nền đất yếu bằng cọc xi măng phù hợp hơn với loại tải trọng phân bố đều so với tải trọng tập trung lớn Trong quy trình này, bột xi măng được khô nộn bơm vào đất dưới sâu qua một ống có lỗ phun, sau đó được nhào trộn cơ học bằng các cánh quay Quá trình này thực chất là khoan phun xi măng và trộn với đất để tạo ra các cột đất gia cố xi măng có cường độ lớn hơn, giúp tổ hợp nền và cọc làm việc hiệu quả hơn, từ đó cải thiện rõ rệt sức chịu tải của nền.

Nguyên lý của phương pháp phun khử rất đơn giản, dựa trên việc sử dụng một bộ thiết bị tương tự như máy khoan có cánh ruột gà Quá trình này diễn ra qua hai pha: pha hạ mũi khoan để tạo ra một lỗ sâu trong đất, đồng thời làm tơi đất, và pha rút mũi khoan lên, phun chất gia cố bằng khớp nối ở đầu mũi khoan để trộn đều hoặc ngược lại.

Sau 2 pha hỡnh thành một cọc ủất ủó gia cố nhờ ủất yếu ủó ủược trộn ủều với chất gia cố, lỳc này nền ủất yếu sẽ làm việc như một nền hỗn hợp ủược tạo thành bởi hỗn hợp ủất tại chỗ và chất gia cố

Hỡnh 1.4 Sơ ủồ thi cụng cọc XMð theo phương phỏp khụ

Hình 1.5 Trình tự thi công cọc XMð theo phương pháp khô

Chất gia cố được bơm xuống từ mặt đất dưới áp suất 20MPa thông qua một vũi phun xoay, kết hợp với vữa và đất trong quá trình trộn Tỷ lệ nước – xi măng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cường độ của hỗn hợp Phương pháp này cho phép điều chỉnh độ cứng của cọc đất theo độ sâu, tùy thuộc vào biến đổi độ bền cắt của đất nền.

Nguyên lý của phương pháp trộn ướt là sử dụng thiết bị chuyên dụng, bao gồm máy khoan xoay kết hợp với mũi trộn có ba tầng Quá trình này diễn ra qua hai hành trình: hạ mũi khoan để phun hỗn hợp chất gia cố và trộn đều hỗn hợp nước xi măng trong đất yếu, đồng thời làm tơi đất Sau đó, trong hành trình rút mũi khoan lên, hỗn hợp chất gia cố được phun bổ sung, giúp trộn đều và hình thành một cột vữa đất được gia cố Kết quả là đất yếu được trộn đều với hỗn hợp vữa xi măng nước, tạo ra sự gia cố hiệu quả.

Xi măng ủất ủược tạo ra bằng ba cỏch, trong đó cụng nghệ ủơn pha là một phương pháp hiệu quả Vữa được phun ra với vận tốc 100m/s, vừa cắt ủất vừa trộn vữa, tạo ra cột ủất-ximăng ủồng ủều với ủộ cứng cao và hạn chế ủất trào ngược Cấu tạo ủầu khoan bao gồm một hoặc nhiều lỗ phun vữa, có thể bố trí ngang hàng hoặc lệch hàng, tùy thuộc vào ủộ lệch gúc ủều nhau Phương pháp này thích hợp cho các cột ủất có đường kính vừa và nhỏ từ 0,5 đến 0,8 m.

Công nghệ hai pha là hệ thống phun vữa kết hợp vữa với không khí, trong đó hỗn hợp vữa xi măng được bơm ở áp suất cao và tốc độ 100m/s, được hỗ trợ bởi một tia không khí nóng bao bọc quanh vũi phun Tia không khí giúp giảm ma sát, cho phép vữa xâm nhập sâu vào đất, tạo ra cột vữa-ximăng có đường kính lớn Tuy nhiên, việc sử dụng không khí cũng làm giảm độ cứng của cột so với phương pháp phun vữa một pha do hiện tượng trào ngược Cấu tạo đầu khoan bao gồm một hoặc nhiều lỗ phun để phun vữa và không khí, với khe phun không khí nằm bao quanh lỗ phun vữa Công nghệ hai pha có khả năng tạo ra các cọc với đường kính lớn hơn, có thể đạt tới 1,2-1,5 m.

Hình 1.7: Công nghệ hai pha c) Công nghệ ba pha (hình 1.8): Quá trình phụt có cả vữa, không khí và nước

Khác với phương pháp phụt ủơn pha và phụt hai pha, phụt ba pha sử dụng nước được bơm dưới áp suất cao kết hợp với dung dịch khoáng xung quanh vũi nước Vữa được bơm qua một vũi riêng biệt nằm dưới vũi khoáng và vũi nước để lấp đầy khoảng trống của khoáng Phương pháp này hoàn toàn thay thế đất, và đất bị thay thế sẽ trào ngược lên mặt đất để thu gom và xử lý Cấu tạo đầu khoan bao gồm một hoặc nhiều lỗ phụt nước và khoáng đồng thời, cùng với một hoặc nhiều lỗ riêng nằm thấp hơn để phun vữa Mỗi cặp lỗ phụt nước và vữa được bố trí đối xứng qua trục của đầu khoan, với các cặp lỗ được sắp xếp lệch góc với nhau Cọc xi măng được tạo ra bằng công nghệ này có thể đạt đường kính lớn tới 3m.

Hình 1.8: Công nghệ ba pha

Hình 1.9 Trình tự thi công cọc XMð phương pháp ướt

Ứng dụng cọc xi măng gia cố nền móng

1.5.1 Bố trớ cọc xi măng ủất gia cố nền múng :

Với mục ủớch gia cố nền múng cỏc cọc xi măng ủất ủược bố trớ thành 2 dạng cơ bản :

Dạng cọc chịu lực là loại bố trí thường được áp dụng trong các công trình có tải trọng lớn, với hai phương chiều chính Cọc trong bố trí này chủ yếu chịu nén, được sử dụng cho các công trình như gia cố đường, bến cảng và nhà thấp tầng Có hai kiểu bố trí chính là kiểu hình chữ nhật và kiểu tam giác.

Hỡnh 1.10 Bố trớ cọc xi măng ủất theo kiểu hỡnh chữ nhật và tam giỏc ủều

Dạng khung là phương pháp bố trí thường được sử dụng cho các diện tích gia cố lớn, nhưng không phù hợp để tăng khả năng chống lực cắt ngang trên phạm vi hẹp Theo Gullin và Wiktrom (1997), kiểu bố trí này hoạt động như một tấm chắn, ngăn cản sự dịch chuyển bên của các vùng đất không ổn định Khi gia cố các lớp đất yếu, chúng chỉ bị nén xuống mà không bị dịch chuyển ngang, từ đó nâng cao hiệu quả gia cố.

Hình 1.11 Bố trí cọc xi măng kiểu khung

1.5.2 Các phương pháp tính toán gia cố nền :

Hiện nay, vấn đề tính sức chịu tải và biến dạng của nền đất gia cố bằng cột xi măng đất vẫn đang gây tranh luận Có ba quan điểm chính xoay quanh vấn đề này.

- Quan ủiểm cột gia cố xi măng làm việc như cọc (tớnh toỏn như múng cọc)

- Quan ủiểm xem cột và ủất cựng làm việc ủồng thời (tớnh toỏn như ủối với nền thiên nhiên)

Một số nhà khoa học đề xuất rằng việc tính toán sức chịu tải nên thực hiện theo phương pháp của cọc, trong khi đó biến dạng cần được tính toán dựa trên nền.

Các quan điểm hiện tại chưa hoàn toàn thống nhất do bản chất phức tạp của vấn đề, và số lượng nghiên cứu lý thuyết cũng như thực nghiệm về vấn đề này còn hạn chế.

Nhận xét

1.6.1 Mỗi phương ỏn múng ủều cú những ưu nhược ủiểm nhất ủịnh Do ủú, căn cứ vào ủiều kiện ủịa chất cụ thể, mặt bằng thi cụng ủể lựa chọn phương ỏn móng thích hợp nhất ðối với khu vực nghiên cứu (quận Tân Bình) có thể sử dụng múng bố cho nhà cao tầng Tuy nhiờn, lớp ủất ủặt múng cú hệ số nộn lỳn lớn nờn phải cú biện phỏp gia cố ủể kiểm soỏt biến dạng lỳn của cụng trỡnh

1.6.2 Cọc xi măng ủất với những ưu ủiểm: ủơn giản, thi cụng nhanh, khụng sinh ra chất thải, không sử dụng hóa chất, là 1 giải pháp cho việc gia cố nền móng nhà cao tầng ðể việc ứng dụng giải phỏp này ủạt hiệu quả cao cần phải tiến hành cỏc nghiờn cứu thực nghiệm ủể kiểm chứng và hoàn thiện cụng nghệ thi cụng

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN MÓNG

NHÀ CAO TẦNG BẰNG CỌC XI MĂNG ðẤT

Nguyờn lý tớnh toỏn cọc xi măng ủất

Theo nguyên lý này, các cọc được xem như cọc cứng chịu tải trọng của công trình Phương pháp thi công cho phép chất gia cố được đưa vào bằng khớ nộn, tuy nhiên việc kiểm tra chất lượng cọc gặp nhiều khó khăn.

- Nguyên lý cọc nửa cứng :

Trong nguyên lý này, các cọc gia cố tương tác với phần đất chưa được gia cố giữa các cọc, tạo thành một khối đồng nhất Biến dạng của cọc và đất xung quanh được xem như bằng nhau, cùng chịu biến dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình Cọc không hoạt động như cọc chống mà chỉ được coi là cọc treo.

⇒ ε dat = ε col Trong ủú : εdat : Biến dạng của phần ủất chưa gia cố (nằm giữa cỏc cọc) ε col : Biến dạng bản thân cọc gia cố

Phương phỏp tớnh toỏn cho cọc xi măng ủất

2.2.1 Khả năng chịu tải của cọc theo ủất nền [7]:

Khả năng chịu tải của cọc xi măng ủất được xác định bởi sức kháng cắt của đất yếu xung quanh và sức kháng của vật liệu cọc xi măng ủất Việc hiểu rõ những yếu tố này là cần thiết để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của công trình.

Loại phỏ hoại ủầu phụ thuộc vào sức cản do ma sát bề mặt của cọc và sức chịu ở chân cọc xi măng Bên cạnh đó, loại phỏ hoại cũng phụ thuộc vào sức kháng cắt của vật liệu cọc xi măng.

Khả năng chịu tải giới hạn ngắn hạn của cọc ủơn trong ủất yếu khi ủất phỏ hoại tính theo biểu thức sau :

Trong ủú : d : ủường kớnh của cọc

Hcot : chiều dài của cọc

Cu : ủộ bền cắt khụng thúat nước trung bỡnh của ủất bao quanh ủược xỏc ủịnh bằng thí nghiệm ngoài trời như thí nghiệm cắt cánh và xuyên côn

Giả thiết sức cản do ma sát ngoài của cọc bê tông không thoát nước là ủộ bền khụng, với sức chịu ở chân cọc tương ứng là 9C u Kinh nghiệm thi công cọc bê tông cho thấy hiệu quả của phương pháp này.

+ Khi Cu < 30kPa : sức cản do ma sỏt mặt ngoài của cọc ủơn tương ứng với ủộ bền cắt khụng thoỏt nước của ủất sột yếu bao quanh cọc

Khi Cu ≥ 30kPa, độ bền cắt giảm ủi 0,5.Cu đối với các cọc chịu tải lớn, nên đặt mũi cọc vào lớp đất cứng có sức chịu tải cao Phần lớn tải trọng tác dụng sẽ được truyền vào lớp đất bên dưới mũi cọc, tuy nhiên, sức chịu tải ở mũi cọc không thể vượt qua cường độ chịu nén của bản thân cọc.

2.2.2 Khả năng chịu tải của cọc theo vật liệu [7]:

Khả năng chịu tải giới hạn ngắn hạn do cọc bị phỏ hoại ở ủộ sõu z ủược tớnh theo biểu thức sau :

Qgh,cot = Acot(3,5Ccot + 3σn) (2.2) Trong ủú :

Ccot : lực dính kết của vật liệu cọc σn : ỏp lực ngang tỏc ủộng lện cọc tại mặt cắt giới hạn

Giả thiết gúc ma sỏt trong của ủất là 30 0 Hệ số 3 tương ứng với hệ số ỏp lực bị ủộng Kp khi ϕ gh,cot = 30 0

Giả thiết rằng σn = σp + 5Cu, trong đó σp là áp lực tổng của các lớp phủ bên trên, và Cu là độ bền cắt không thoát nước của đất sét không ổn định bao quanh được xác định từ thí nghiệm cắt tại hiện trường Công thức này được áp dụng khi thiết kế, nhằm tính toán áp lực tổng của các lớp phủ bên trên, vì áp lực đất bị ảnh hưởng khi có chuyển vị ngang lớn.

Hỡnh 2.1 ðường sức chống cắt giả ủịnh của cọc xi măng ủất

Do hiện tượng ró, độ bền giới hạn lâu dài của cọc thấp hơn độ bền ngắn hạn Độ bền rão của cọc Q rao,cot chiếm từ 65% đến 85% của Q gh,cot Giả thiết quan hệ biến dạng và tải trọng là tuyến tính cho tới khi xảy ra hiện tượng ró, từ đó có thể dựng quan hệ này để tính toán sự phân bố tải trọng và mô đun co của vật liệu cọc tương ứng với độ dốc của đường quan hệ Khi vượt qua độ bền rão, tải trọng của cọc được xem là hằng số Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng được trình bày trong hình 2.2.

Theo Sweroad (1992) thì khả năng chịu tải của cọc theo vật liệu như sau :

Qgh,cot = Acot(2 Ccot + 3σ h ) (2.3) Trong ủú :

C cot : sức chống cắt khụng thoỏt nước của cọc xi măng ủất σ h : áp lực tổng theo phương ngang tác dụng ở tiết diện nguy hiểm

Khi cọc xi măng chịu tải trọng dài hạn, sức chống cắt của cọc xi măng ủất C sẽ nhỏ hơn sức chống cắt trong điều kiện ngắn hạn Điều này cho thấy sự khác biệt giữa khả năng chịu tải trong các khoảng thời gian khác nhau và cần được xem xét kỹ lưỡng trong thiết kế và thi công.

Khả năng chịu tải trọng dài hạn của cọc xi măng ủất :

A : tiết diện ngang của cọc xi măng ủất

S : khoảng cách giữa các cọc trong lưới ô vuông

Khi thiết kế cọc xi măng ủất phải khống chế ứng suất trong cọc nhỏ hơn ứng suất rão của cọc

Theo Sweroad, σ cot cú thể ủược tớnh như sau :

Trong ủú : q : ỏp lực ủỏy múng a : diện tớch tương ủối của cọc (

BL a= NxA cot tỷ số của diện tích tòan bộ cọc

(NxAcot) và diện tớch nền xử lý bằng cọc xi măng ủất (BL)

Edat, Ecot : mo ủun nộn của ủất bao quanh và của vật liệu cọc

2.2.3 Khả năng chịu tải giới hạn của nhúm cọc xi măng ủất :

Khả năng chịu tải của nhúm cọc xi măng ủất phụ thuộc vào độ bền cắt của ủất chưa xử lý giữa các cọc và độ bền cắt của vật liệu làm cọc Cơ chế phá hoại của nhúm có hai dạng: một là sự phá hoại quyết định bởi khả năng chịu của khối đối với các cọc xi măng ủất, và hai là khả năng chịu tải cục bộ ở rãnh công trình khi các cọc xi măng ủất đặt xa nhau.

2.2.3.1 Khả năng chịu tải trọng giới hạn theo cơ chế phá hoại khối :

Sức chống cắt dọc theo mặt phẳng cắt qua toàn bộ khối sẽ quyết định khả năng chịu tải và giới hạn chịu tải của nhúm cọc.

Qgh,nhom = 2CuH(B + L) + (6 ÷ 9)C u BL (2.5) trong ủú :

B, L, H : chiều rộng, chiều dài, chiều cao của nhóm cọc

Hệ số 6 dùng cho móng chữ nhật khi chiều dài lớn hơn chiều rộng nhiều

Hệ số 9 dùng cho móng hình vuông

Trong thiết kế, không nên sử dụng khả năng chịu tải giới hạn, vì việc này yêu cầu phải huy động sức chịu tải lớn nhất, dẫn đến biến dạng lớn, khoảng 5 – 10% bề rộng vùng chịu tải.

Khả năng chịu tải trọng giới hạn theo cơ chế phá hoại cục bộ ở khối cột phụ thuộc vào độ bền cắt trung bình của vật liệu dọc theo bề mặt phá hoại Độ bền cắt trung bình có thể được tính toán khi xem xét ổn định mỏi dốc Từ đó, khả năng chịu tải giới hạn liên quan đến phá hoại cục bộ được xác định theo một biểu thức cụ thể.

5 l xC b q gh = tb + (2.6) trong ủú : b,l : chiều rộng và chiều dài vùng chịu tải cục bộ

Độ bền cắt trung bình dọc theo bề mặt phỏng hoại giả định ảnh hưởng bởi diện tích tương đối của cọc và độ bền cắt của vật liệu cọc Khi thiết kế, cần tính toán với hệ số an toàn là 2,5 để đảm bảo tính ổn định của vũng.

Hình 2.4 Phá hoại cục bộ

2.2.4 Biến dạng của cọc xi măng ủất trong nền cụng trỡnh :

Kitazume và các cộng sự (2000) đã thực hiện một loạt thí nghiệm ly tâm và phân tích FEM trên các mẫu cọc xi măng chịu tải trọng ứng và ngang Các kết luận chính được đưa ra từ nghiên cứu này bao gồm những hiểu biết quan trọng về khả năng chịu tải và hành vi của cọc xi măng dưới tác động của các lực khác nhau.

Cọc xi măng có thể bị hư hỏng khi xảy ra hiện tượng lún, nghiêng và sụp đổ do chịu tác động của tải trọng và độ bền của đất Việc hiểu rõ các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo sự an toàn và hiệu quả trong xây dựng.

Trong trường hợp cọc xi măng bị ủứt hoặc bị phỏ hoại do uốn, mức độ hư hỏng phụ thuộc vào điều kiện tải và vị trí của chúng trong nền đất.

Theo Kivelo (1998) và Broms (1999) các dạng phá hoại của cọc xi măng do tải trọng ủứng và ngang trong nền ủược minh họa như sau :

Ứng suất dọc trục và khả năng chịu uốn của cọc xi măng ủất

2.3.1 Momen uốn của cọc xi măng ủất :

Trong trường hợp biến dạng nhỏ, phương trỡnh ủộ vừng x của dầm chịu uốn theo trục y như sau:

M: mô men uốn trên mặt cắt ngang x : ủộ vừng của trục y

J: mụ men quỏn tớnh của mặt cắt ngang ủi qua trục trung hũa

E: mụ ủun ủàn hồi của vật liệu h h h h h h

Hình 2.7 ðồ thị tính theo phương pháp sai phân hữu hạn Chuyển phương trình (2.19) về dạng sai phân, ta có:

Trong ủú: x i-1 , x i và x i+1 là chuyển vị ở các vị trí i-1 , i và i+1 h: khoảng cách bằng nhau giữa các vị trí

Với cỏc ủiều kiện biờn và biến dạng ủó biết, phương trỡnh sai phõn (2.20) dựng ủể tỡm mụ men uốn trong bài toỏn biến dạng phẳng

2.3.2 Ứng suất dọc trục và khả năng chịu uốn của cọc : Ứng suất phõn bố trờn tiết diện ngang cọc xi măng ủất do lực dọc và momen uốn ủược thể hiện trờn hỡnh 2.8 Sự phỏ hoại cú thể xảy ra do 2 trường hợp: a) phỏ hoại nộn xảy ra do ứng suất nộn trong tiết diện ngang ủạt tới cường ủộ nộn nở hụng của vật liệu cọc, b) phỏ hoại uốn xảy ra khi ứng suất uốn vượt quỏ ủộ bền uốn của cọc.

Hình 2.8 Ứng suất phân bố trên tiết diện ngang của cọc DCM ðiều kiện xảy ra phá hoại nén (Case et al, 1999) col u col u col col q

Mu : khả năng chịu uốn của cọc

Q col : lực dọc tỏc ủộng lờn cột

Acol : tiết diện ngang của cọc

Icol : momen quán tính của cọc

B = W : bề rộng của cọc vuông, trường hợp cọc tròn B = D σ b,col : ủộ bền uốn của vật liệu cọc xi măng ủất col col a A

=Q σ : ứng suất dọc trục trung bình của cọc

Khi momen uốn tác động lên cọc khoan lớn, cọc có thể bị hư hại do uốn trong điều kiện phá hoại sau khi đạt đến giới hạn cho phép (Case et al, 1999).

M = I σ +σ (2.24) col col col u col col col b A q Q A

2.3.3 ðộ bền uốn của ủất ủó xử lý :

Một phương pháp phổ biến để thu thập độ bền uốn σ b,col của vật liệu cọc xi măng là thực hiện thí nghiệm uốn trên các mẫu hình chữ nhật Mối quan hệ giữa độ bền uốn và cường độ nén nở hụng của mẫu đã được nghiên cứu bởi một số chuyên gia, bao gồm Terashi et al (1980), Kivelo (1988) và Kitazume et al (2000).

Năm 1980, một loạt thí nghiệm về độ bền uốn của vật liệu Kawsaki khi trộn với bụi hoặc xi măng Portland đã được trình bày Kết quả cho thấy tỷ lệ giữa độ bền uốn của vật liệu xử lý và cường độ nén nở hụng của vật liệu xử lý dao động trong khoảng từ 0,1 đến 0,6.

Dựa trên các kết quả thí nghiệm uốn và nén không hạn chế, Kitazume et al (2000) nhận thấy rằng độ bền uốn tăng tuyến tính theo độ tăng của qu Mối quan hệ này có thể được biểu diễn bằng một phương trình cụ thể.

Độ bền uốn của các mẫu vật liệu được xử lý phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm hàm lượng chất gia cố, các đặc trưng của chất gia cố, điều kiện trộn, thời gian trộn, và điều kiện tải trọng như ứng suất nén và tốc độ biến dạng.

Nhận xét và kết luận

2.4.1 ðối với công trình nhà cao tầng, tải trọng chủ yếu tập trung tại các chân cột ðể trỏnh hiện tượng lỳn cục bộ và phõn bố tải trọng xuống nền tương ủối ủồng ủều, ủề nghị chọn múng bố cú chiều dày hợp lý

2.4.2 Việc tớnh toỏn ủộ lỳn cụng trỡnh dựa trờn giả thiết cọc xi măng ủất làm việc theo nguyên lý cọc nửa cứng Cọc gia cố xi măng tương tác và cùng làm việc với nền ủất tự nhiờn chưa gia cố xung quanh, nền ủất sau khi gia cố là nền hỗn hợp 2.4.3 ðể ủảm bảo cụng trỡnh ủỏp ứng cỏc yờu cầu tớnh toỏn theo cơ sở lý thuyết ủề ra, tỏc giả sẽ tiến hành phõn tớch và ủưa ra những nhận ủịnh về số liệu thớ nghiệm trong phòng và những thực nghiệm tại hiện trường.

NGHIÊN CỨU KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỌC XI MĂNG ðẤT TRONG PHÒNG VÀ HIỆN TRƯỜNG

Mục ủớch nghiờn cứu

- Tiến hành thớ nghiệm trong phũng ủối với mẫu ủất gia cố ủể xỏc ủịnh hàm lượng chất kết dính xi măng tối ưu

Thông qua việc thi công cọc thử tại hiện trường, chúng tôi đã thu thập số liệu để xác định giá trị tiêu chuẩn của E 50 và q u, cũng như các chỉ tiêu cơ lý của đất sau gia cố ở tuổi 28 ngày, nhằm đảm bảo các trị số được đưa vào tính toán là chính xác.

- đánh giá sự biến ựộng của mẫu ựất trước và sau khi gia cố.

Cơ sở nguyờn lý của phương phỏp cọc ủất gia cố xi măng

Phản ứng cơ bản trong việc gia cố ủất xi măng bắt đầu khi xi măng được trộn với ủất, tạo ra một liên kết cứng giữa các thành phần hạt Quá trình này dẫn đến một loạt phản ứng hóa học, giúp ủất dần dần rắn lại Các phản ứng chính trong quá trình này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc vững chắc của khối gia cố.

Phản ứng thủy giải và thủy hóa của xi măng chủ yếu liên quan đến các chất như CaO và SiO2, được hình thành từ các khoáng vật như tricalcium silicat (C3S), tricalcium aluminat (C3A), dicalcium silicat (C2S) và tetracalcium alumino ferrite (C4AlFe) Khi xi măng tiếp xúc với nước, các khoáng vật trên bề mặt sẽ nhanh chóng phản ứng, tạo ra các hợp chất như hydroxid calci, silicat calci ngậm nước và aluminat calci ngậm nước.

Xi măng + nước = CSH – gel + Hydroxid Calci

Hạt ủất sột có tác dụng quan trọng trong việc tương tác với các chất thủy hóa của xi măng Sau khi các chất này được hình thành, chúng sẽ trực tiếp kết rắn và tiếp tục phản ứng với các hạt ủất sột xung quanh, góp phần nâng cao độ bền và tính chất của vật liệu xây dựng.

Hydroxyd calci trong chất thủy hóa xi măng có khả năng hấp thụ cacbonic từ nước và không khí, dẫn đến phản ứng cacbonat hóa Quá trình này tạo ra cacbonat calci, một hợp chất không tan trong nước, góp phần vào sự ổn định và bền vững của vật liệu xây dựng.

Quá trình thủy hóa của xi măng diễn ra nhanh chóng, dẫn đến việc cường độ của cọc bê tông tăng lên đáng kể chỉ sau vài tuần Trong quá trình này, hydroxid canxi được hình thành và có phản ứng với các hạt bê tông, góp phần tăng cường độ nhưng phản ứng này diễn ra chậm và kéo dài trong vài năm Do đó, sự gia tăng cường độ của xi măng trong bê tông diễn ra chậm hơn so với giai đoạn đầu.

Việc kiểm chứng các đặc trưng về cường độ của cọc xi măng sẽ được thực hiện thông qua kết quả thí nghiệm tại hiện trường trong quá trình thi công.

Thí nghiệm trong phòng

Mục tiêu của thí nghiệm trong phòng là xác định các đặc trưng cường độ của đất tự nhiên sau khi trộn với xi măng, nhằm phục vụ cho công tác tính toán thiết kế công trình Dựa vào thí nghiệm trong phòng, chúng tôi xác định hàm lượng chất gia cố hợp lý Một số mẫu thí nghiệm được chuẩn bị với các hàm lượng xi măng khác nhau để xác định thành phần chất gia cố.

Kết quả thí nghiệm mẫu sau 28 ngày sẽ được sử dụng trong tính toán thiết kế, đảm bảo tính toán lún và ổn định Các tuổi thí nghiệm 14 và 28 ngày sẽ được so sánh với kết quả thí nghiệm hiện trường.

3.3.1.1 Mụ tả ủất tự nhiờn : ðất ủể trộn với chất gia cố là ủất ủược lấy tại hiện trường bằng cỏch lấy mẫu nguyờn trạng và ủược giữ nguyờn ở trạng thỏi tự nhiờn.Cọc xi măng xuyờn qua lớp ủất số 2 là cỏt hạt trung với cỏc chỉ tiờu cơ lý tại bảng 3.1

Bảng 3.1 Cỏc chỉ tiờu cơ lý của lớp ủất tự nhiờn + Thành phần cấp hạt (%)

- Sét + ðộ ẩm thiên nhiên W(%) + Dung trọng

-Tự nhiên γ W (kN/m 3 ) -Khô γ d (kN/m 3 ) -ðẩy nổi γ ’ (kN/m 3 ) + Tỷ trọng GS

+ ðộ bão hòa S (%) + ðộ rỗng n (%) + Hệ số rỗng e + Chỉ tiờu cường ủộ

Xi măng PCB 40 – Nghi Sơn có các chỉ tiêu cơ bản sau :

Bảng 3.2 Các tiêu chuẩn cơ bản của xi măng Nghi Sơn

Tiêu chuẩn TCVN Nghi Sơn PCB40

+ Cường ủộ chịu nộn (N/mm 2 )

+ ðộ mịn (% trên sàng 0,08 mm) Max 12 1

3.3.1.3 Trộn, ủỳc mẫu và bảo dưỡng :

- ðất gia cố ủược lấy tại hiện trường

Trộn ủất với chất gia cố được thực hiện bằng cách sử dụng ba hàm lượng xi măng khác nhau là 200 kg, 300 kg và 400 kg cho mỗi mét khối ủất tự nhiên Sau đó, các mẫu ủất được thử nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM D2166 và AASHTO T208 để xác định mô đun biến dạng E50 và cường độ nén dọc trục qu của mẫu ủất gia cố Mỗi hàm lượng chất kết dính sẽ được kiểm tra ở các độ tuổi khác nhau là 7, 14 và 28 ngày, với việc trộn đều mẫu ủất ở độ ẩm tự nhiên.

- Bảo quản và chuẩn bị mẫu theo ủiều kiện ứng với thực tế tại hiện trường

Sau khi ủ ưa vào khuôn ủyc mẫu, yêu cầu thời gian từ khi bắt đầu trộn bột với chất gia cố đến khi ủ xong mẫu không quá 30 phút để tiến hành các thí nghiệm nóng.

01 trục nở hông và thí nghiệm cắt trực tiếp

3.3.2 Thớ nghiệm nộn 01 trục nở hụng tự do mẫu ủất gia cố :

Phương pháp này được sử dụng để xác định sức kháng nén của mẫu hình trụ có chiều cao gấp đôi đường kính Áp lực dọc trục là lực duy nhất tác động lên mẫu cho đến khi mẫu bị phá hủy trong thời gian ngắn, nhằm đảm bảo nước không thể vào hoặc ra khỏi mẫu.

Mẫu ủất được bảo dưỡng và thí nghiệm để xác định áp lực dọc trục lớn nhất sau 7, 14 và 28 ngày tuổi Để thực hiện, mẫu ủất đầu tiên được cắt bằng dao vũng, gọt phẳng hai mặt, sau đó đặt dưới máy nén Điều chỉnh máy nén để tiếp xúc với mặt mẫu và ghi lại số liệu ban đầu trên đồng hồ đo biến dạng và đồng hồ đo áp lực Sau khi gia tải, tiếp tục ghi nhận số liệu cho đến khi mẫu ủất bị phá hoại, lúc này kim đồng hồ đo áp lực dừng lại và giảm dần giá trị Quy trình này được lặp lại cho các mẫu thứ hai và thứ ba.

Cường ủộ khỏng nộn của mẫu ủất gia cố ủược tớnh theo cụng thức : q u = P/A (3.1) Trong ủú : qu : cường ủộ khỏng nộn của mẫu ủất gia cố xi măng (kN/m 2 )

P : tải trọng phá hoại (kN)

A : diện tích chịu nén của mẫu (m 2 )

Từ biểu ủồ trờn, ta xỏc ủịnh ủược : ỏp lực dọc trục lớn nhất qu, ỏp lực dọc trục q50, biến dạng tương ủối e50, mụ ủun biến dạng E50

Các số liệu tính toán từ các mẫu thử nghiệm sẽ được điều chỉnh theo trị số tính toán theo quy trình 22TCN-262-2000 của Bộ Giao thông vận tải Tiêu chuẩn này áp dụng cho thiết kế nền móng trên đất yếu, dựa trên quy định xác suất thống kê để xác định trị số tính toán: δ ±.

~tb ± : trị số trung bình số học của các số liệu thí nghiệm δ : ủộ lệch bỡnh phương trung bỡnh

Ai : trị số của chỉ tiêu mỗi lần thí nghiệm

A tb : trị số trung bình số học của các số liệu thí nghiệm n : số mẫu ủất làm thớ nghiệm

Hình 3.1 Thiết bị nén 01 trục nở hông tự do

Bảng 3.3 Kết quả thớ nghiệm xỏc ủịnh trị số tớnh toỏn qu và E50 sau 7 ngày tuổi của mẫu ủất gia cố xi măng:

Thớ nghiệm nộn 1 trục nở hụng tự do xi măng ủất – 7 ngày tuổi

Số liệu thí nghiệm Giá trị TB ðộ lệch Giá trị tính toán

Hàm lượng ủất gia cố 200 kg xi măng/m 3 ủất qu 501 465 430 465 29 436

Hàm lượng ủất gia cố 300 kg xi măng/m 3 ủất qu 1004 1076 1112 1064 44.9 1019.1

Biểu ủồ 3.1 Biểu ủồ quan hệ giữa qu và hàm lượng xi măng

Biểu đồ quan hệ giữa cường độ kháng nén và các hàm lượng xi măng từ kết quả nén 1 trục cho thấy rằng mẫu bê tông sau khi được trộn xi măng có cường độ kháng nén tăng lên đáng kể Sau 28 ngày, cường độ này tăng từ 1,6 đến 2 lần so với 7 ngày tuổi Điều này cho thấy rằng hàm lượng xi măng càng cao thì cường độ kháng nén càng tăng.

Biểu ủồ 3.2 Biểu ủồ quan hệ giữa E50 và hàm lượng xi măng

Biểu đồ quan hệ giữa mô đun đàn hồi E50 và hàm lượng xi măng cho thấy rằng mẫu thử sau khi trộn xi măng có mô đun đàn hồi E50 tăng lên rất nhiều, với mức tăng từ 3,5 đến 6 lần sau 28 ngày so với 7 ngày tuổi Sự gia tăng hàm lượng xi măng dẫn đến mô đun đàn hồi tăng nhanh, đặc biệt là ở tuổi 28 ngày.

So sỏnh 2 biểu ủồ từ kết quả thớ nghiệm nộn 1 trục nở hụng thỡ ứng suất nộn dọc trục qu với mụ ủun ủàn hồi E50 sau 28 ngày là E50 = (250 ∼ 350) q u

Thí nghiệm khoan, nén mẫu hiện trường

Khoan lấy mẫu cọc xi măng ủất là phương pháp quan trọng để kiểm tra tính liên kết và cường độ chịu tải của cọc sau khi thi công Đơn vị thi công thực hiện khoan lấy mẫu bằng máy khoan xoay XJ – 100 của Trung Quốc, sử dụng nước để bơm rửa nhằm làm mát lưỡi khoan mà không làm ướt mẫu.

Khoan bằng ống mẫu lồng là phương pháp trong đó ống ngoài xoay còn ống trong không xoay Nước chỉ có thể tuần hoàn bên ngoài ống lấy mẫu, giúp đảm bảo mẫu được lấy ra một cách nguyên dạng và khô ráo.

Mẫu ủược đã được bảo quản và thí nghiệm sau 14 và 28 ngày bởi Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Dịch vụ và Phát triển Kỹ thuật Tôn Thủy Hoàng.

Hỡnh 3.2 Mỏy khoan lấy mẫu cọc xi măng ủất

Bảng 3.6 Kết quả thớ nghiệm xỏc ủịnh trị số qu và E50 sau 14 ngày tuổi của mẫu ủất gia cố xi măng [12]: ðộ sâu lấy mẫu ðường kính mẫu

Tên cọc Ký hiệu mẫu m mm mm (kN/m 2 ) (kN/m 2 )

Bảng 3.7 Kết quả thớ nghiệm xỏc ủịnh trị số qu và E50 sau 28 ngày tuổi của mẫu ủất gia cố xi măng [12] ðộ sâu lấy mẫu ðường kính mẫu

Tên cọc Ký hiệu mẫu m mm mm (kN/m 2 ) (kN/m 2 )

Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ chịu nén của các mẫu không ủ được đều và có xu hướng tăng khi độ sâu tăng Điều này có thể giải thích là do mẫu được trộn trong môi trường có áp lực tác dụng, làm tăng sự tiếp xúc giữa hạt vật liệu và xi măng, dẫn đến cường độ chịu nén của hỗn hợp xi măng cao hơn.

Biểu ủồ 3.3 Biểu ủồ nộn kiểm tra qu của cọc

Thớ nghiệm hiện trường nộn tĩnh cọc ủơn

Thí nghiệm nén tĩnh cọc nhằm xác định biến dạng của cọc và nền, đồng thời đánh giá sự làm việc tương tác giữa nền và cọc được gia cố.

Tiến hành thí nghiệm cọc bằng tải trọng tĩnh dọc trục nhằm xác định khả năng chịu tải của cọc thông qua mối quan hệ giữa độ lún và tải trọng trong quá trình thí nghiệm Quá trình này được thực hiện theo phương pháp gia tải tĩnh từng cấp trên cọc theo phương dọc trục Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được tạo ra bằng kích thủy lực với dàn đỡ trọng Hệ dàn đỡ trọng phải đủ lớn để có thể chịu được các giá trị tải trọng thí nghiệm tác dụng lên đầu cọc một cách an toàn theo yêu cầu của thiết kế Dàn đỡ tải có trọng lượng bằng 1,2 lần tải trọng lớn nhất dự kiến tác dụng lên đầu cọc Các số đo độ lún của đầu cọc phải được ghi trong các khoảng thời gian hợp lý cho từng cấp tải tác dụng Các cấp tải sau chỉ được áp dụng khi độ lún đầu cọc tại cấp áp lực trước đó ổn định hoặc được xem là ổn định Độ lún đầu cọc được đo bằng các đồng hồ đo chính xác tới 0.01mm và phải được đặt trên hệ giá ổn định không thay đổi vị trí trong quá trình thí nghiệm.

Hỡnh 3.3 ðồng hồ ủo chuyển vị trong thớ nghiệm nộn tĩnh

- Thiết bị tạo áp bao gồm các kích thủy lực với sức nâng ≥ 80 tấn

Dàn chất tải được cấu thành từ các dầm thép I600 và tải trọng là các cục bê tông có trọng lượng từ 3-5 tấn Các dầm thép gia cường này được đặt cẩn thận trên hai gối tựa song song, cách đều cột thí nghiệm khoảng 1,5m so với tâm cọc Toàn bộ sàn chất tải và tải trọng được đặt trên dầm chính, trong khi dầm chính trực tiếp nhận tải trọng do kích tạo ra, truyền lên hệ tải trọng và phản lực lại đầu cọc.

Dụng cụ ủo chuyển vị là thiết bị chính xác bao gồm 04 ủồng hồ ủặt, cho phép đo đạc chuyển vị lên đến 50mm với độ chính xác cao tới 0.01mm Thiết bị này được thiết kế để sử dụng trong các ứng dụng cần theo dõi sự dịch chuyển của các cấu trúc, đảm bảo độ tin cậy và hiệu quả trong quá trình đo lường.

3.5.2.1 Chuẩn bị ủầu cọc đào lộ ựầu cọc: kắch thước hố ựào thắ nghiệm 1,2 m x 1,2m ðầu cọc thớ nghiệm ủược làm phẳng, bờn trờn ủầu cọc rải lớp cỏt ủệm dày 3 – 5 cm Dựng ni vụ ủể kiểm tra ủộ bằng phẳng

3.5.2.2 Lắp ủặt kớch thủy lực

Trước khi lắp đặt kích thủy lực, cần chuẩn bị tấm đệm đầu cọc và xác định tâm cọc thử nghiệm Tấm đệm đầu cọc được làm bằng thép, có đường kính 70cm Khi lắp đặt, tâm của tấm đệm phải trùng với tâm cọc Kích thủy lực sẽ được lắp vào tâm của tấm đệm.

3.5.2.3 Lắp ủặt hệ thống quan trắc chuyển vị ðặt dầm chuẩn vuụng gúc với hệ dàn chất tải, neo cỏc neo vào trong ủất cỏch tim cọc ớt nhất 1,5m Gắn chặt dầm chuẩn vào cỏc neo và lắp ủặt ủồng hồ ðể ủề phũng biến dạng lỳn của ủầu cột lớn hơn 50mm, sử dụng cỏc tấm kớnh mỏng 20x20x5 mm ủệm lút ở chõn ủồng hồ hoặc thay ủổi số ủọc ban ủầu sau khi kết thỳc chu kỳ gia tải về áp lực bằng 0

- Tải thí nghiệm lớn nhất

Tải thí nghiệm lớn nhất được thiết kế theo quy định, với mức tải bằng 1,4 lần tải trọng thiết kế Trước khi thực hiện thí nghiệm, cần tiến hành gia tải trước để kiểm tra hoạt động của thiết bị và đảm bảo sự tiếp xúc tốt với đầu cọc, với mức gia tải trước là 5% tải trọng thiết kế.

- Quy trình gia tải cho công trình :

Thí nghiệm được tiến hành theo quy trình gia tải và giảm tải từng cấp, tính bằng phần trăm (%) tải trọng thiết kế Cấp tải chỉ được tăng hoặc giảm khi có chuyển vị (ủộ lỳn) hoặc phục hồi đầu cọc đạt ổn định theo quy định hoặc sau thời gian quy định Quy trình thí nghiệm thực hiện theo hai chu kỳ.

Trong chu kỳ 1, tải trọng được gia tải lên đến 100% tải trọng thiết kế (Ptk), với mỗi cấp gia tải tăng thêm 10% Ptk Thời gian lưu tải ở mỗi cấp là 1 giờ, sau đó giảm tải về 0 với mỗi cấp giảm tải là 20% Ptk và thời gian lưu tải trong giai đoạn này là 30 phút.

Trong chu kỳ 2, gia tải sẽ được thực hiện đến 100% tải trọng thí nghiệm (Ptn), với mỗi cấp gia tải tăng 10% Ptn Thời gian lưu tải ở mỗi cấp là 1 giờ, sau đó sẽ giảm tải về 0, với mỗi cấp giảm tải là 20% Ptn và thời gian lưu tải là 30 phút.

Quy trình ủ cọc là quá trình theo dõi sự lún của cọc ngay sau khi tác dụng tải trọng lên đầu cọc Việc này cần được thực hiện theo các khoảng thời gian xác định để đảm bảo theo dõi sự lún của cọc một cách chính xác theo thời gian.

Hỡnh 3.4 Thớ nghiệm nộn tĩnh cọc xi măng ủất 3.5.2.4 Kết quả thí nghiệm [11]:

Bảng 3.8 Bảng số liệu thí nghiệm nén tĩnh dọc trục cọc CDM

Tải trọng TN ðộ lỳn ủầu cọc (mm) STT Thời gian TN % Tải trọng 1 2 3 4

31 0h30’ 0 0 2,15 1,03 0,99 1,79 1,49 ðỒ THỊ TẢI TRỌNG VÀ CHUYỂN VỊ

Biểu ủồ 3.4 Biểu ủồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị

BIỂU ðỒ THỜI GIAN VÀ CHUYỂN VỊ

Biểu ủồ 3.5 Biểu ủồ quan hệ giữa chuyển vị và thời gian

BIỂU ðỒ THỜI GIAN VÀ TẢI TRỌNG

Biểu ủồ 3.6 Biểu ủồ quan hệ giữa thời gian và tải trọng

Nhận xét và kết luận

3.6.1 Kết quả thớ nghiệm trong phũng cho thấy cỏc chỉ tiờu của mẫu ủất sau khi gia cố bằng xi măng như cường ủộ khỏng nộn qu, mụ ủun ủàn hồi E50 tăng theo hàm lượng xi măng và theo thời gian Cỏc giỏ trị trờn ủó phản ỏnh ủỳng với quy luật phỏt triển về cường ủộ theo thời gian Việc lựa chọn hàm lượng xi măng gia cố hợp lý tựy thuộc vào yờu cầu kỹ thuật và tớnh hiệu quả kinh tế mà cụng trỡnh ủem lại 3.6.2 ðất gia cố có hàm lượng hạt sét nhỏ và hàm lượng hạt cát lớn nên cường ủộ khỏng nộn của vật liệu gia cố lớn

3.6.3 Cường ủộ khỏng nộn của mẫu lấy ở hiện trường là phự hợp với kết quả thớ nghiệm nộn trong phũng Cường ủộ khỏng nộn của cỏc mẫu khụng ủồng ủều và và cú xu hướng càng xuống sõu cường ủộ qu càng tăng

3.6.4 Kết quả thớ nghiệm nộn tĩnh chứng tỏ cọc xi măng ủất bảo ủảm khả năng chịu tải, chuyển vị cọc là 2,53mm.

ỨNG DỤNG CỌC XI MĂNG ðẤT XỬ LÝ NỀN MÓNG CĂN HỘ CAO CẤP WASECO PLAZA, TÂN BÌNH

Định dạng
Số trang	92
Dung lượng	2,35 MB