Hướng nâng cao chất lượng cọc khoan nhồi

Hướng nâng cao chất lượng cọc
khoan nhồi


ở nước ta





Trong hơn mười năm qua, công nghệ
cọc khoan nhồi đã được áp dụng mạnh mẽ trong xây dựng công trình ở nước ta.
Hiện nay, ước tính hàng năm chúng ta thực hiện khoảng 50 ¸ 70 nghìn mét dài cọc
khoan nhồi có đường kính 0,8 ¸ 2,5m, với chi phí khoảng 300 ¸ 400 tỷ đồng. Vì
vậy việc tìm ra các biện pháp kinh tế - kỹ thuật để sử dụng móng cọc khoan nhồi
có hiệu quả hơn là một vấn đề cần thiết không những chỉ đối với các nhà nghiên
cứu mà còn đối với cả các nhà thiết kế, nhà thầu, tư vấn giám sát. Bài viết đề
cập đến một số hướng công nghệ nhằm nâng cao chất lượng xây dựng móng cọc khoan
nhồi ở nước ta trong thời gian tới.


Vài nét về việc ứng dụng
công nghệ cọc khoan nhồi ở nước ta.


· Công nghệ khoan: Hiện nay các
nhà thầu ở nước ta đủ khả năng đạt đến độ sâu khoan 100m và đường kính khoan
2,5m. Đây cũng là phạm vi tối đa xét về tính kinh tế của cọc khoan nhồi. Các
nhà thầu có đủ phương tiện để hạ ống vách đường kính 2,5m có chiều dài đến 40 ¸
50m vào trong nền đất sét có độ chặt trung bình. Công nghệ khoan khô hay trong
dung dịch cắt qua các tầng đất khác nhau đã trở thành bình thường đối với các
nhà thầu. Độ sâu cần thiết chôn mũi cọc vào đá được thực hiện không có gì khó
khăn.


· Công nghệ đổ bê tông: Các nhà
thầu đã đủ phương tiện, thiết bị để đổ bê tông mác cao, có các phụ gia yêu cầu,
tốc độ đổ đảm bảo tiến độ trong các điều kiện thi công khác nhau.


· Công nghệ đánh giá chất lượng:
Chúng ta đã có các công nghệ: Gamma để đánh giá độ đồng nhất, siêu âm để đánh
giá chất lượng, thử động biến dạng nhỏ để đánh giá độ nguyên vẹn và thử động
biến dạng lớn để đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi. ở nước ta, việc thử
tải bằng hộp Osterberg và công nghệ bơm vữa sau (post - grouting) để nâng cao
sức chịu tải cho cọc dài, công nghệ siêu âm để quan trắc hình học lỗ khoan sau
khi đào, công nghệ thử tải cọc có gắn thiết bị đã được áp dụng, nhưng còn do
nhà thầu nước ngoài thực hiện.


· Đánh giá sức chịu tải: Việc
đánh giá này thường dựa vào các chỉ dẫn thiết kế, trong đó mặc định sức chịu
mũi và ma sát thành bên đạt đến một tỷ lệ nhất định của giá trị giới hạn mà
không xét đến ảnh hưởng của chiều dài thân cọc cũng như tính chất cơ lý của lớp
đất mang tải mũi cọc. Tỷ lệ thí nghiệm đánh giá sức chịu tải của cọc trên hiện
trường rất thấp do bị hạn chế về kinh phí, và chúng ta vẫn chưa mạnh dạn áp
dụng các công nghệ thử tải mới như PDA, Osterberg, Statnamic.


Một số hướng nâng cao chất
lượng cọc khoan nhồi ở nước ta.


Để đáp ứng yêu cầu xây dựng
của đất nước thời gian tới, trong xây dựng móng cọc khoan nhồi cần chú ý các
hướng sau:


1 - Tăng cường các công nghệ đánh
giá chất lượng thi công cọc.


· Siêu âm truyền qua ống: Cần sử
dụng kỹ thuật tomography, tức là dùng 3 - 4 đầu đo đồng thời và xử lý kết quả
thu được theo phần mềm tomography để có được các hình ảnh ba chiều, từ đó dễ
dàng xác định được chính xác hơn vị trí và mức độ khuyết tật của cọc.


· Quan trắc hình học hố khoan sau
khi đào: ở cầu Mỹ Thuận công nghệ này đã được sử dụng và cho kết quả khá tốt,
cần được tăng cường sử dụng.


· Công nghệ thử tải Osterberg: ở
nước ta công nghệ này đã được áp dụng khi xây dựng trụ sở của Viet com bank -
Hà Nội vào năm 1995 và cầu Mỹ Thuận năm 1998, nhưng rất tiếc là sau đó không
được ủng hộ sử dụng tiếp. Phương pháp này cho kết quả tin cậy và giá thành thấp
hơn thử tĩnh truyền thống.


· Công nghệ thử tải tĩnh động
Statnamic: Đây là công nghệ thử tải cọc duy nhất chưa được sử dụng ở nước ta.
Hiện nay công nghệ này được phổ biến khá mạnh ở Mỹ và các nước phát triển khác
do tính kinh tế và khả năng nhanh chóng cho kết quả của nó. Thời gian tới chúng
ta cần áp dụng công nghệ này, đặc biệt là cho các móng công trình thuỷ công.


2 - Phun vữa sau để tăng sức chịu
tải.


Sức chịu tải của cọc khoan
nhồi phụ thuộc vào hai thành phần: Sức chịu mũi và ma sát thành bên. Trong thực
tế hai thành phần này thường không được huy động đồng thời do các nguyên nhân
sau:


- Sự không phù hợp về biến
dạng giữa sức chịu mũi và ma sát bên xét về quan hệ với các yêu cầu chuyển vị.
Thành phần ma sát bên tới hạn đạt được trong các chuyển vị thân cọc tương đối
nhỏ so với các chuyển vị cần thiết để huy động được sức chịu mũi tới hạn. Theo
AASHTO, 1997 thì ma sát thành bên có thể đạt 50% tới hạn ứng với chuyển vị
khoảng 0,2% của đường kính thân cọc (D) và phát huy hoàn toàn trong khoảng 0,5
đến 1,0% D (theo Bruce,1986). Ngược lại, sức chịu mũi đòi hỏi 10 đến 30 lần nhiều
hơn chuyển vị thân cọc để huy động cùng một tỷ lệ phần trăm giá trị tới hạn như
của thành phần ma sát bên. Điều đó có nghĩa là thành phần ma sát bên đạt đến
cường độ tới hạn trước và chuyển sang trạng thái dư trong thời gian sức chịu
mũi được huy động. Ngoài ra yêu cầu chuyển vị tải trọng khai thác thường vượt
xa giá trị mà sức chịu mũi có thể được huy động.


- Vùng mũi cọc thường bị
xáo trộn do các quá trình thi công bình thường. Sự xáo trộn đó có thể xảy ra
bởi chùng ứng xuất đất do đào phần bên trên, dòng thấm nước ngầm do bị giảm áp
lực thuỷ tĩnh hoặc do chuyển động nhanh của các thiết bị đào đất trong quá
trình thi công. Sự xáo trộn đất vùng mũi cọc do các quá trình thi công thông
thường rất khó hoặc gần như không thể loại trừ được. Các chuyển vị cần thiết để
khắc phục sự xáo trộn này và huy động sức chịu mũi thường vượt quá các giới hạn
khai thác cho phép. Trong các trường hợp đất chịu tải yếu, vấn đề này còn phức
tạp hơn nữa.


- Các trình tự và phương
pháp thi công có thể để lại đất vụn hoặc đất mềm ở đáy hố đào. Các yếu tố chính
ảnh hưởng đến là: Nói chung không làm sạch kỹ đáy hố đào, sự phân bố không đều
các mảnh vụn ở đáy đầu tiên làm giảm diện tích truyền tải của thân cọc lên đất,
dung dịch khoan có hàm lượng cát cao, thời gian đặt khung thép và đổ bê tông
quá dài, sự lắng cặn của chính dung dịch khoan tại đáy hố đào. Các yếu tố liên
quan đến thi công cũng còn gây tăng chuyển vị cần để huy động sức chịu mũi so
với khi mũi được làm sạch.


Để khắc phục hiện tượng
trên, ở Châu Âu và Mỹ người ta đã ứng dụng phương pháp phun vữa dưới mũi cọc
sau khi bê tông thân cọc đã đông cứng, hay còn gọi là phun vữa sau. ở nước ta,
tại công trình cầu Mỹ Thuận, nhà thầu CHLB Đức đã sử dụng công nghệ này.


Theo tổng kết của Hội nghị
phát triển thiết kế và công nghệ mới trong móng sâu Geo - Denver 8/2000 ở Mỹ, người ta cho rằng cả ba
loại đất chịu tải ở mũi (đất dính, đất rời và đá nứt nẻ) đều có thể áp dụng công
nghệ trên, nhưng với mức độ hiệu quả khác nhau.


Trong đất cát và bùn: Nói
chung phun vữa sau có hiệu quả rõ rệt làm tăng khả năng chịu tải của mũi cọc.


Trong đất sét: Phun vữa sau trong
đất sét chỉ có hiệu quả tối thiểu đối với sức chịu mũi nhờ việc cố kết có thể
xảy ra trong thời gian đông cứng của vữa. Hiệu quả hơn cả là dùng súng phun vữa
hoặc trộn đất sâu phía dưới mũi cọc.


Trong đá nứt nẻ: Có thể
dùng hiệu quả phun vữa áp lực thấp để lấp kín các khe hở, vết nứt... hoặc trong
đá castơ.


Về kỹ thuật phun vữa, Có thể
chia làm hai loại là phun vữa thấm qua và phun vữa làm chặt. Trên thực tế
thường dùng phối hợp, đầu tiên là thấm qua và sau đó là giai đoạn làm chặt.
Trong đất dính có thể dùng các kỹ thuật đặc biệt như súng phun vữa hoặc trộn
đất sâu phía dưới mũi cọc.


Về trình tự phun vữa: Kiểu ống
măng sét phổ biến nhất là mạng ống đơn giản đi ngang qua đáy và nối lên phía
trên đỉnh cọc. Các ống có lỗ đặt sẵn ở khu vực cần phun và bịt bằng cao su để
ngăn bê tông tươi đi vào trong ống trong quá trình đổ bê tông. Sau đó trong khi
bê tông chưa đông cứng (khoảng 24 đến 48 giờ sau khi đổ bê tông) tiến hành phun
vữa, khi đó bê tông bao quanh ống cao su chưa đủ cứng nên vữa có khả năng đi
qua măng sét...






Mười năm qua có thể xem là
thời kỳ để công nghệ cọc khoan nhồi du nhập vào nước ta và trở thành công cụ
chính để giải quyết những yêu cầu mới trong xây dựng móng công trình. Cho đến
nay có thể đánh giá tóm tắt rằng “các nhà thầu trong nước đã có thể thực hiện
được hầu hết các yêu cầu về móng cọc khoan nhồi như kích thước hình học, chất
lượng bê tông, yêu cầu sức chịu tải...”. Tuy nhiên đó mới là “làm được”, còn để
“làm với giá hợp lý” thì chúng ta cần phải cố gắng nhiều vì giá thành xây dựng
của ta, trong đó có cọc khoan nhồi còn cao hơn nhiều nước.


Hướng chủ yếu trong thời
gian tới là tiếp tục ứng dụng các công nghệ mới để đảm bảo chất lượng vững chắc
hơn và nâng cao sức chịu tải. Đó cũng chính là các biện pháp chủ yếu để giảm
giá thành cọc khoan nhồi