CÔNG NGHỆ CỌC XI MĂNG ĐẤT CÓ CỐT CỨNG

Hiện nay chúng ta đã và đang nghiên cứu ứng dụng các loại cọc sau đây để làm móng cho nhà cao tầng, cầu đường, xử lý đất yếu, nền móng công trình, sạt lỡ mái dốc, tường vây thi công hầm… như sau:

- Cọc đóng BTCT 30 x 30, 40 x 40 cm, cọc tròn ly tâm DUL Ø 300 ÷ Ø 700

- Cọc ép 15 x 15 cm – 40 x 40 cm

- Cọc khoan nhồi đường kính 80 cm đến 250 cm

- Cọc xi măng đất Ø 600mm đến 1200mm

- Cọc bê tông ly tâm DUL Ø 600 ÷ Ø 800mm thi công bằng công nghệ khoan trong hoặc khoan ngoài

Tuy nhiên do điều kiện địa hình, đất nền và các công trình hiện hữu các giải pháp trên đất có những ưu nhược điểm nhất định như: Công nghệ đòi hỏi thời gian dài, chi phí cao, ảnh hưởng các công trình lân cận, chất lượng thấp, tạo tiếng ồn, rung động, vệ sinh môi trường, vận chuyển đất thừa…, hoặc đối với những cọc có tải trọng lớn , đòi hỏi thiết bị chuyên dùng, đối trọng lớn và nặng. cọc xi măng đất có nhiều ưu điểm nhưng có cường độ và sức chịu tải đứng và ngang thấp hơn so với cọc thông thường. Nhằm khắc phục các nhược điểm trên “ Cọc xi măng đất có cốt cứng” được kiến nghị sử dụng.

I . ĐỊNH NGHĨA VÀ KHÁI NIỆM VỀ CỌC XI MĂNG ĐẤT CÓ CỐT CỨNG

Là loại cọc được cấu tạo từ cọc xi măng đất và được đặt bên trong cọc xi măng đất 1 loại cọc khác (thường là sử dụng bằng cọc ống thép hoặc cọc bê tông ly tâm dự ứng lực). Sử dụng vữa xi măng bơm với áp lực thấp 30 – 50 kg/m² , có thể kết hợp với tro bay, phụ gia để thi công cọc xi măng đất sau đó đặt cốt cứng vào chính tâm cọc xi măng đất để thi công (hoặc cùng lúc vừa thi công cọc xi măng đất vừa đặt cốt cứng vào giữa cọc xi măng đất)

Đầu cọc xi măng đất có thể được mở rộng hoặc phun hàm lượng xi măng nhiều hơn để tăng cường độ.

1. Sức chịu tải cao và chi phí hiệu quả:

Do cọc này là tổ hợp của cọc ống thép (hoặc cọc PHC) và cọc xi măng đất, cọc hoàn thiện có đường kính hơn cọc ống thép (hoặc cọc PHC) từ 200 ÷ 400 mm, có sức chịu tải cao hơn theo phương đứng và phương ngang, theo đó số cọc có thể giảm xuống góp phần giảm chi phí xây dựng công trình. Cọc này rất thích hợp với những nơi có cơ tầng địa chất bên trên là bùn sét yếu dày từ 10 – 25m tại TP. Hồ Chí Minh và Tây Nam Bộ.

2. Độ tin cậy kết cấu cao:

Đây là phương pháp cọc đạt được sức chịu tải cao cả thành phần ma sát xung quanh cọc và thành phần mũi cọc. Bỏi vì nếu đất không bị mềm hóa khi thi công nên khả năng chịu ma sát lớn, có khả năng chống động đất tốt và kháng lại cá biến dạng lớn bởi động đất, do sức chịu tải cao, số cọc bố trí giảm, kết cấu móng cũng sẽ giảm.

3. Góp phần giảm tác động môi trường

- Góp phần giảm lượng đất thừa: Vữa xi măng bị nén trực tiếp vào trong nền đất và bản thân tổ hợp cọc, do đó tổng lượng đất thừa giảm đến mức tối thiểu.

- Giảm tiếng ồn và rung động: Thi công xây dựng với tiếng ồn và rung động thấp bởi vì trong phương pháp này cọc ống thép (hoặc cọc PHC) được nhấn vào nền đất trước khi cọc xi măng đất (CDM) đông cứng.

II. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG

- Cọc được thi công đối với cọc ống thép từ đường kính Ø 300 mm ÷ Ø 1200 mm, cọc bê tông PHC từ Ø 300 ÷Ø 800 mm, sức chịu tải của cọc từ 150 tấn/cọc đến 1000 tấn/cọc.

- Thay thế các loại cọc hiện hữu, bảo vệ hố đào sâu, chống thấm, phòng chống trượt lỡ mái dốc

- Cọc chịu tải cho nhà cao tầng, mố trụ cầu.

- Nền móng cho công trình cầu tàu, bể chứa

- Chống hiện tượng đẩy trồi hố đào, giảm rung động xây dựng công trình trong vùng đông dân cư.

- Nền móng cho đập chứa nước, thân đê, nền đê.

- Làm bờ kè sông, kè biển.

III. CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC XI MĂNG ĐẤT CÓ CỐT CỨNG

1. Thiết bị thi công :

- Máy khoan cơ sở có tải trọng từ 80 ÷ 120 tấn

- Đầu khoan điện hoặc thủy lực khoảng 100 mã lực

- Cần cẩu phụ trợ khoảng 50 tấn.

- Các thiết bị phụ trợ: Trạm trộn vữa, máy bơm vữa, xe đào, máy điện, cần mũi khoan…

2. Công nghệ thi công:

Gồm hai phương pháp chính :

• Phương pháp 1: Thi công đặt cốt cứng sau khi thi công cọc xi măng đất chưa đông cứng

• Phương pháp 2: Thi công cọc xi măng đất cùng lúc với đặt cốt cứng.

IV. THIẾT KẾ CỌC XI MĂNG ĐẤT CÓ CỐT CỨNG

- Tính toán thiết kế như đối với cọc thông thường.

- Tính độ lún cọc tương tự như cọc thông thường

- Có kể đến sự tăng kích thước cọc ( tăng ma sát, lực nhổ, kháng mũi cọc, …)

- Trong trường hợp xử lý chống thấm cần xác định hệ số thấm của đất, của cọc lưu lượng nước trên xi măng.

- Trong trường hợp sử dụng để bảo vệ hố đào, kè sông, kè biển, bảo vệ trượt ta luy mái dốc phải tính đến lực ngang.

- Sức chịu tải của cọc được tính theo công thức tham khảo sau:

Sức chịu tải dài hạn R_a= (1/3){α . N . A_DC + (Σ τ_s . L_S + Σ τ_C . L_C) U_c}

Trong đó:

R_a: Sức chịu tải cho phép dài hạn

α : Hệ số sức chịu tải của cọc lấy bằng 15

N : trị số SPT lớp đất mũi cọc

A_DC: Diện tích mũi cọc (Π D²/4)

D : Đường kính mũi cọc xi măng đất

τ_s_:Cuờng độ ma sát hông lớp cát = N_S(t/m²)

τ_{C :}Cuờng độ ma sát hông lớp sét = N_C(t/m²) hoặc C (t/m²)

U_c: Chu vi của cọc ( Π .Dc) (m)

N_S, N_C : Giá trị SPT của lớp cát và lớp sét tạo vị trí tính ma sát

L_S, L_{C :}Chiều dài của các lớp cát và lớp sét

Người thiết kế có thể tiến hành dự tính sức chịu tải của cọc (chỉ số SPT, CPT, nén ngang, cắt cánh…) và thí nghiệm trong phòng, ngoài ra sử dụng phương pháp nén tĩnh hoặc PDA để kiểm tra sức làm việc và sức chịu tải của cọc.

V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

- Nên ứng dụng cọc xi măng đất có cốt cứng rộng rãi trong thực tế ưu điểm cọc loại này là ưu việt hơn so với cọc thông thương đang được áp dung thay thế các cọc khoan nhồi ở thi trường Nhật Bản, Hàn Quốc, Singapo.

- Là công nghệ thích hợp cho các loại công trình và các loại đất, thích hợp cho việc xử lý đất yếu.

- Phát triển mạnh cho hạng mục kè sông, kè biển và làm tường vây thi công hầm vì khả năng giữ nước, chống thấm rất tốt.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1) Design Manual For Excavation support Using Deep Mixing Technology – Texax – A&M University.

2) An Introduction to the Deep Soil Mixing Methods as Used on geotechnical Application – US Department of Transportion Federal Higway Admimistration.

3) TC XDVN 385:2006 Gia cố nền bằng trụ xi măng đất

4) Jis A702 – Tiêu chuẩn cọc vữa Nhật Bản - Hiệp hội đường Ô tô Nhật Bản

5) Cọc xi măng đất – GSTS Nguyễn Việt Trung

6) Gantetsu-pile- Nhật Bản.