IX-1 ĐÁNH GIÁ CÔNG TÁC KIỂM TRA NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH I. HIỆN TRẠNG CÁC VẤN ĐỀ NỀN VÀ MÓNG CÔNG TRÌNH • Nền và móng các công trình xây dựng, cho đén nay vẫn được xem là hai bộ phận của một công trình xây dựng khó nắm bắt nhất với vô số các vấn đề lý thuyết chưa được giải quyết hoàn chỉnh và cũng vô vàn các vấn đề áp dụng thực tế được tranh cãi chưa có hồi kết thúc. Một cách tổng quát, những vấn đề liên quan đến nền và móng bao gồm: -Nền tự nhiên; -Nền cải tạo; -Móng nông; -Móng sâu và -Hố móng đào sâu. Móng là một đơn vị kết cấu có chức năng truyền tải trọng của công trình xây dựng xuống nền đất và nền là môi trường (hoặc là tự nhiên hoặc là đã được cải tạo phù hợp) có chức năng tiếp nhận tải trọng công trình thông qua móng. Nền và móng là một hệ thống nhất, tương tác với nhau. Vấn đề là ở chỗ, các tương tác này phải là hợp lý để công trình xây dựng được khai thác an toàn, lâu dài, đúng như dự liệu. • Trong 10-15 năm gần đây, các người làm công tác nền móng đã đối mặt với những vấn đề mang tính bước ngoặt về công nghệ nền và móng. Đó là: -Công nghệ nền và móng cho nhà cao tầng. Nhà cao tầng cho thấy cần thiết sử dụng hợp lý về kinh tế và kỹ thuật các loại móng khác nhau, đặc biệt ưu thế cho các loại móng sâu. -Vấn đề san lấp tạo mặt bằng với quy mô lớn (về diện tích và chiều cao đắp), đặc biệt vấn đề san lấp trên nền đất yếu và đào các hố móng sâu trong điều kiện địa chất phức tạp và trong vùng đông dân cư. Vấn đề này yêu cầu giải các bài toán liên quan đến trạng thái ứng suất-biến dạng phức tạp của đất nền (kể cả yếu tố thời gian), mô hình đất và các phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu tính toán nền móng của đất. -Vấn đề xây dựng công trình ngầm đô thị. Trong trường hợp này, đất nền được sử dụng không phải làm nền cho công trình mà là môi trường để xây dựng các công trình đó. Do vậy, trạng thái ứng suất-biến dạng của môi trường địa chất và sự biến đổi của chúng trong quá trình thi công, khai thác sử dụng là yếu tố quyết định cho thành công của dự án. Sự có mặt của công trình xây dựng làm biến đổi trạng thái của môi trường địa chất và tiếp theo không chỉ ảnh hưởng đến ổn định của bản thân công trình xây dựng mà còn ảnh hưởng, làm thay đổi độ ổn định của cả khu vực lân cận trong phạm vi ảnh hưởng của công trình. Tất cả các vấn đề mới nói trên buộc các người làm công tác nền móng phải cập nhất không chỉ kiến thức mà còn cả các công nghệ thi công mới, phương pháp tính mới, đặc biệt ứng dụng công nghệ thông tin giải các bài toán cơ học đất. IX-2 • Đánh giá chất lượng các công trình xây dựng về phương diện nền móng, có thể thấy rằng, các người làm công tác nền móng bên cạnh nhiều thành tựu đã đạt được (cập nhật và ứng dụng nhiều công nghệ nền móng mới như cọc nhồi các loại, các công nghệ gia cố nền tiên tiến như bấc thấm và cọc đất-xi măng, ) còn chưa theo kịp với yêu cầu của thực tế dẫn đến nhiều sự cố nền móng. Một số các vấn đề điạ kỹ thuật nổi cộm hiện nay có thể kể đến như sau: -Lạm dụng móng sâu, đặc biệt cọc khoan nhồi. Điều này làm tăng bất hợp lý chi phí phân móng. -Đánh giá và xác định thấp sức mang tải của cọc do chưa tổng kết kịp thời kinh nghiệm sử dụng móng cọc trong thời gian vừa qua. -Mô hình hoá không chuẩn xác bản chất ứng xử của đất nền trong tương tác với công trình kèm theo sự hiểu biết không thấu đáo nguyên lý cơ bản của các phương pháp nền móng dẫn tới không hiệu quả áp dụng thực tế phương pháp, nghi ngờ và phủ nhận phương pháp. -Tuyệt đối hoá kết quả tính toán dự báo nên không thực hiện các đo đạc kiểm tra. -Kém hiểu biết về bản chất các tính chất của đất và các phương pháp xác định chúng nên các thông số đầu vào được cung cấp không phù hợp với mô hình tính. II. MỘT SỐ CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG TIÊN TIẾN Trong phần này chỉ trình bày một số các giải pháp nền móng hiện đang được sử dụng phổ biến trong thực tế xây dựng ở nước ta và cũng là đề tài được tranh luận nhiều về hiệu năng sử dụng của chúng. 2.1 Các giải pháp gia cố nền Gia cố nền đất yếu là các biện pháp kỹ thuật nhằm thay đổi hoặc thành phần hoặc tính chất của đất theo hướng có thể đáp ứng được với các yêu cầu sử dụng chúng như là nền, môi trường và vật liệu xây dựng các loại công trình khác nhau. Như vậy, mục đích của gia cố nền đất yếu là tạo dựng một điều kiện , trong đó các tính chất địa kỹ thuật của nền đất yếu trở nên thích hợp với các giải pháp móng đơn giản, tránh được sự sử dụng các loại móng cọc tốn kém. Thông thường các kỹ thuật gia cố thường được sử dụng để làm giảm hoặc loại trừ về cơ bản quá trình lún lâu dài theo thời gian và trong một mức độ nào đó làm tăng độ bền của đất nền. Ngoài ra, gia cố nến đất còn sử dụng để làm giảm các nguy cơ gây hư hỏng các công trình xây dựng hiện hữu lân cận công trình dự định xây mới trong quá trình thi công và khai thác chúng. Các phương pháp và công nghệ đi kèm với chúng để gia cố nền đất yếu là đặc biệt đa dạng và phong phú với nhiều cơ chế hoạt động khác nhau và chỉ hiệu quả trong một phạm vi xác định. Tuỳ theo điều kiện đất nền và yêu cầu kỹ thuật của công trình dự định xây dựng, người thiết kế cần lựa chọn các giải pháp gia cố thích hợp và phải theo dõi quan trắc thường xuyên các ứng xử của nền đất đã IX-3 được gia cố dưới tác động của các tải trọng hoạt động của công trình nhằm kịp thời có các tác động điều chỉnh cần thiết đảm bảo hiệu quả cao của phương pháp gia cố đang áp dụng. Trong thực tế xây dựng Việt Nam, các phương pháp gia cố nền đất yếu đã được sử dụng tương đối rộng rãi và đã thu được nhiều thành công. Tuy nhiên cũng không ít các sự cố công trình đã xảy ra và gây thiệt hại không chỉ về mặt kinh tế mà còn ảnh hưởng nhiều đến dư luận xã hội. Các phương pháp gia cố nền đã sử dụng có thể kể là: cọc tre, cọc cát, trụ vật liệu rời, cọc đất - vôi (xi măng), bấc thấm. Phương pháp cọc đất -vôi (xi măng) • Gia cố nền đất yếu bằng cọc đất-ximăng (vôi) là một phơng pháp gia cố sâu, trong đó một cọc được thi công tạo dựng tại chỗ từ hỗn hợp đất trộn lẫn với xinăng hoặc vôi bằng công nghệ thích hợp. • Cọc đất-ximăng ( vôi) có thể thực hiện được các chức năng như sau: -Làm tăng modun biến dạng của đất, ví dụ của đất nằm giữa các cọc từ 1000-1600 đến 2900-3800 kPa và có thể tới 6500 kPa nằm ở khoảng cách 15 cm từ mép cọc. Như vậy, môdun biến dạng của cả nền đất yếu nói chung cũng tăng lân và làm giảm độ lún của công trình. -Làm tăng sức kháng cắt tổng cộng của nền đất yếu với lực dính từ 12-20 kPa lên đến 30-40 kPa và góc ma sát trong từ 13-14 0 đến 17-20 0 . -Làm giảm độ ẩm của đất tới 5%. -Làm tăng nhanh tốc độ cố kết của đất yếu, do cọc đất-ximăng (vôi) cũng hoạt động như một vật thoát nước thăng đứng. • Hiệu quả của quá trình gia cố đất phụ thuộc nhiều vào sự lựa chọn thành phần và hàm lượng của hỗn hợp đất-ximăng (vôi). Đất loại sét được gia cố bằng ximăng cho kết quả khả quan khi hàm lượng hạt sét nhỏ hơn 20%. Các đất hạt rời cho kết quả tốt hơn. Các đất chứa vật liệu hữu cơ cho kết quả gia cố kém nhất. Hàm lượng ximăng thích hợp trong khoảng 6-8 đến 10-12% trọng lượng đất khô. Về nguyên tắc, hàm lượng ximăng phải được chọn lựa sao cho độ bền của bản thân vật liệu cọc không quá lớn so với đất nền để có thể sử dụng đợc mô hình nền đồng nhất tương đương. • Cọc đất ximăng (vôi) thường được sử dụng cho các mục đích sau: -Tường vây cho các hố đào sâu. Cọc đất-ximăng ở đây có tác dụng làm ổn định thành hố đào và trong một số trường hợp chống thấm nước chảy vào hố móng. Trong trường hợp này, cọc thường được bố trí thành hàng quanh hố đào. Số lượng hàng tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng và hiệu quả gia cường. Các cọc thường được thi công can nhiễu với nhau để tăng hiệu quả chống thấm và khả năng giữ thành. -Gia cố nền đất yếu cho móng các công trình dân dụng, công nghiệp, đường đắp Mục đích làm tăng sức mang tải và giảm độ lún của nền đất dưới móng. -Gia cố đất trong các sườn dốc để tăng độ ổn định, chống trượt cho các mái dốc. Mục đích là tăng sức kháng cắt của đất trong thể đất mái dốc. Cọc đất - IX-4 ximăng (vôi) th-Gia cố đất trong các sườn dốc để tăng độ ổn định, chống trượt cho các mái dốc. Mục đích là tăng sức kháng cắt của đất trong thể đất mái dốc. Cọc đất -ximăng (vôi) thường có đường kính 40-80 cm với chiều dài tuỳ theo mục đích gia cố và vào khả năng thiết bị. Chiều dài cọc lớn nhất hiện nay là 20-40 m. • Nguyên tắc tính toán thiết kế - Sức mang tải của cọc đất-ximăng Về nguyên lý, sức mang tải của cọc đất-ximăng cung được xác định như các cọc thông thường, phụ thuộc vào độ bền của vật liệu cọc và đất xung quanh. Theo Bengt Brom, sức mang tải cực hạn của cọc đất-ximăng có thể tinh theo: Q = ( p D H + 2.25 p D 2 ) Cu Trong đó: Q là sức mang tải cực hạn của cọc đất-ximăng; D, H là đường kính và chiều dài của cọc; Cu là sức kháng cắt không thoát nước của đất quanh cọc. Hệ số an toàn đối với cọc đất-ximăng áp dụng để tính toán sức mang tải cho phép thường lấy là 3 khi tính toán đến tính không đồng nhất của cọc có thể phát sinh trong quá trình thi công. Từ giá trị sức mang tải cho phép tính toán được cho 1 cọc, số lựơng cọc cần thiết đối với tải trọng công trình được xác định sơ bộ. Các kết quả tính toán dự báo này sẽ được khẳng định sau khi thu được các kết quả thí nghiệm xác định độ bền, tính biến dạng của bản thân vật liệu cọc và cả hệ đất-cọc. Thông thường hệ đất-cọc được thí nghiệm với phương pháp nén bàn nén phẳng tại hiện trường. - Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc đất-ximăng Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc đất-ximăng được tính toán dự báo với giả thiết rằng cọc và nền cùng đồng thời làm việc và nền đất gia cố được xem là nền đồng nhất với các tính chất cơ học tương đương xuất phát từ tính chất cơ học của bản thân vật liệu cọc và đất nền nguyên thuỷ cũng như nguyên lý bảo toàn ứng suất như đã trình bày ở trên tương tự như sự phân bố ứng súât của trụ vật liệu và đất. Độ lún của móng bao gồm hai thành phần: S = Sdg + Sd Trong đó: S là độ lún tổng cộng của móng dưới tải trọng công trình; Sđg là độ lún của đất nền trong phạm vi độ sâu được gia cố Sđ là độ lún của đất chưa gia cố nằm dưới độ sâu phần đất đã gia cố trong phạm vi hoạt động của tải trọng công trình. Và phương pháp dự tính độ lún được đưa về phương pháp phân tầng lấy tổng như bình thường thấy trong cơ học đất. Tính chất cơ học của nền tương đương được xác định bằng các thí nghiệm hiện trường, thường được xác định bằng thí nghiệm bằng nén phẳng tại hiện trường. •Công nghệ thi công cọc đất-xi măng Cọc đất-xi măng được thi công chế tạo bằng một thiết bị chuyên dụng. Ximăng bơm và trộn vào đất có thể dưới dạng bột khô (phương pháp khô) hoặc dưới dạng vữa có tỷ lệ nước/xi măng khác nhau (phương pháp ướt). IX-5 •Công nghệ kiểm tra chất lượng cọc đất-ximăng Công nghệ kiểm tra chất lượng cọc đất-ximăng gồm hai phần : kiểm tra chất lượng của bản thân vật liệu cọc và chất lượng của hệ đất-cọc. - Công nghệ kiểm tra chất lượng của bản thân vật liệu cọc . Đánh giá chất lượng vật liệu cọc bằng một dụng cụ xuyên cánh chuyên dụng (hình) - Công nghệ đánh giá chất lượng của hệ đất-cọc : bằng phương pháp nén bàn nén phẳng hiện trường. Gia cố nền đất yếu bằng vật thoát nước thẳng đứng • Bản chất của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng vật thoát nước thẳng đứng chính là làm tăng nhanh quá trình cố kết thấm của đất dưới tải trọng bằng cách làm giảm chiều dài đường thấm của nước lỗ rỗng trong đất . Hiệu quả của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng vật thoát nước thẳng đứng được quyết định bởi các yếu tố sau: -Điều kiện địa kỹ thuật. Hiệu quả cao khi đất nền có cấu tạo phân lớp xen kẽ với sự có mặt của lớp, thấu kính tính thấm cao. -Công nghệ thi công. Tránh công nghệ gây phá hoại kết cấu của đất quanh vật thoát nước khi thi công. -Tính kinh tế. So sánh kinh tế giữa các vật thoát nước thẳng đứng tự nhiên hoặc nhân tạo khác nhau và công nghệ đi kèm để chọn lựa. Hiệu quả được đánh giá chủ yếu trên hai mặt: -Tăng nhanh quá trình lún cố kết thấm của đất nền ; -Tăng độ bền (sức kháng cắt không thoát nước Cu) của đất nền ; Dựa vào vật liệu và công nghệ thi công có thể phân biệt các loại vật thoát nước thẳng đứng sau: - Giếng cát: Bắt đầu sử dụng từ những năm 30, thi công đơn giản, khoan tạo lỗ đến chiều sâu thiết kế và lấp đầy bằng cát hạt thô. Đường kính giếng cát 16-50 cm. Giếng cát có nhiều điểm bất thuận lợi: Chất lượng cát phải chọn lựa cẩn trọng để đảm bảo hiệu quả thoát nước; Nguồn vật liệu cát không phải luôn tìm thấy lân cận công trường; Có thể bị đứt đoạn trong qua trình sử dụng do lún nhiều hoặc bị các vật chất khác (bùn, hữu cơ,.) xâm nhập vào làm mất khả năng thoát nước. -Bản thấm bìa các tông: đề nghị sử dụng từ năm 1948 (Kjellman) thay thế giếng cát. Đó là một tầm bìa các tông rộng 10 cm, dày 0.30 cm, tiết diện thoát nước hiệu quả 30 mm 2 và được bảo vệ bằng lớp vỏ bao ngoài. Hiệu quả thoát nước của bản thấm bìa các tông tương đương với giếng cát đường kính 5 cm. Nhược điểm của bản thấm bìa các tông là có thể bị mất liên tục khi độ lún nền lớn. -Bản thấm nhựa bay bấc thấm còn gọi là Geodrain do Viện Địa kỹ thuật Thuỵ Điển đề xuất từ năm 70 (Boran 1973, Terrafigo 1976). Khác với bản thấm bìa các tông, bắc thấm có lõi cứng ở giữa và được bao ngoài bằng vật liệu thấm. Bắc thấm có chiều rộng 10 cm, dày 0.4 cm, tiết diện thấm 220 mm 2 , hiệu quả tương đương giếng cát 18 cm . IX-6 •Ý tưởng sử dụng vật thoát nước thẳng đứng có từ năm 1832 (Moreau), nhưng chỉ đến năm 1930 mới được thực thi tại Mỹ và ngày nay được phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới.Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng vật thoát nước thẳng đứng bắt đầu ứng dụng ở Việt nam từ những năm 80 chủ yếu cho các đoạn đường đắp, đường dẫn lên cầu và san nền tạo mặt bằng cho các công trình dân dụng và công nghiệp. Bên cạnh những thành công , nhiều vấn đè về hiệu quả của phương pháp này khi sử dụng ở nước ta còn nhiều tranh luận. Các tính toán dự báo độ lún và thời gian ổn định lún, tăng nhanh quá trình cố kết còn chưa sát với thực tế trong một số công trình. Một số sự cố công trình nghiệm trọng đã xảy ra liên quan đến sử dụng phương pháp này (Thị Vải, Văn Thánh, Một số đoạn trên quốc lộ 5 và 1, ) • Nguyên tắc tính toán thiết kế Tính toán thiết kế chính là xác định khoảng cách bố trí các vật thoát nước thẳng đứng thoả mãn thời gian và độ cố kết của nền đất xử lý. Thiết kế cũng cần phải chỉ ra giá trị lún theo thời gian của nền đất gia cố. Các tính toán cần dựa trên một số giả thiết như sau: -Đất nền là đồng nhất; -Các thông số đất nền là giữ không thay đổi theo chiều sâu, nước lỗ rỗng không chịu nén; -Quy luật thấm tuân theo Darcy, ngoại trừ giả thiết của Hansbo (1960) theo hàm mũ V=ki n với n=1.5 và Abeliev (1973) về gradien thấm ban đầu V= k(i-i 0 ); -Nước thấm trong vật thoát nước là tự do và không gây tổn thất áp lực; -Thi công không gây các phá hoại kết cấu của đất lân cận vật thoát nước; -Gia tải thực hiện tức thời. • Giả thiết rằng, mỗi một vật thoát nước có đường kính d sẽ phát huy tác dụng thoát nước trong phạm vi hình trụ tròn xoay quanh chúng với đường kính D D = 2 /A p Phương trình cố kết cho bài toán cố kết xuyên tâm sẽ có dạng: t = )1 1 1 ( - - h n U P D D g l a ở đây t là thời gian cố kết; a là hệ số phụ thuộc vào D/d như hình 18, ở đây d là đường kính hoặc đường kính tương đương của vật thoát nước. Trong trường hợp bản thoát nước hoặc bấc thấm, đường kính tương đương quy đổi có thể tính theo công thức: d = 2(b+j)/p , b và j là chiều rộng và bề dày của bấc thấm; l là hệ số tính theo quan hệ l/C v = 0.5-1.0, giá trị nhỏ khi khoảng cách giữa các vật thoát nước là bé (0.9-1.2 m), giá trị cao hơn khi khoảng cách trên là lớn; g n là tỷ trọng của nước; D là đường kính vùng thoát nước như đã nói trên; IX-7 P là áp lực nước lỗ rỗng lấy bằng tải trọng gây cố kết; U h là mức độ cố kết yêu cầu thường là 90-95% · Các bước tính toán như sau: -Lựa chọn loại vật thoát nước thẳng đứng; -Lựa chọn cách bố trí và khoảng cách giữa các vật thoát nước; -Xác định các thông số D, a, l; -Lựa chọn mức độ cố kết cần thiết; -Tính toán thời gian cố kết t. Quá trình trên lặp lại với các khoảng cách khác nhau giữa các vật thoát nước cho tới khi đạt được thời gian cố kết thích hợp. · Tính toán lún theo thời gian -Tính độ lún cuối cùng theo các phương pháp tính thông thường với tải trọng thiết kế và tính chất cơ lý của đất khi chưa xử lý; -Tính toán thời gian cố kết ứng với các mức độ cố kết khác nhau U h ; - Vẽ đồ thị lún theo thời gian. • Quy trình thi công xử lý nền đất yếu bằng vật thoát nước thẳng đứng Các bước tiến hành lần lượt như sau: -Chuẩn bị mặt bằng khu vực cần xử lý; -Thi công lớp đệm cát trên đầu vật thóat nước với mục đích đảm bảo vận hành tốt các thiết bị thi công căm vật thoát nước; -Định vị các vật thoát nước trên mặt bằng; -Lắp đặt các thiết bị quan trắc; -Thi công cắm các vật thoát nước; -Thi công gia tải theo các giai đoạn theo thiết kế; -Đo đạc các thông số cần thiết để đánh giá qua trình xử lý. Ngày nay ngoài phương pháp gia tải cổ điển theo từng giai đoạn bằng cách đắp các loại vật liệu khác nhau trên diện tích xử lý, phương pháp chân không còn được sử dụng rộng rãi. Ưu điểm của phương pháp chân không là không cần quan tâm đến các vấn đè ổn định nền đất yếu, tránh chuyên trở tới và đi một khối lượng lớn vật liệu gia tải, lắp đặt và tháo rỡ thiết bị nhanh chóng và nhẹ nhàng • Các quan trắc địa kỹ thuật theo doĩ quá trình xử lý Do các tính toán thiết kế chỉ mang tính định hướng nên vấn đề theo dõi kết quả nhằm kịp thời thực thi các biện pháp điều chỉnh quá trình xử lý. Các quan trắc bao gồm: -Quan trắc lún: bằng các mốc đo lún đặt trên bề mặt lớp đệm cát và các mốc theo chiều sâu trong khối nền đất gia cố; -Quan trắc chuyển vị ngang bằng các máy đo chuyển vị ngang. Các điểm đo chuyển vị ngang thường bố trí tại biên khu vực gia cường. Khi sử dụng chân không để gia tải, phép đo này có thể không cần thiết; -Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng theo chiều sâu và tại các điểm đặc trưng để nhận biết thời điểm kết thúc cố kết thấm. Đây là chỉ tiêu quan trọng đánh giá hiệu quả của công tác xử lý. IX-8 Ngoài ra khi cần thiết có thể thực hiện các thí nghiệm theo dõi sự tăng độ bền của đất nền ví dụ các thí nghiệm xuyên tĩnh đo áp lực nước lỗ rỗng, cắt quay, 2.2 Các giải pháp móng sâu • Móng cọc được dùng đặc biệt phổ biến ở nước ta với đủ loại hình. Về hình dáng, phổ biến là cọc vuông (kích thước tới 55x55 cm) và gần đây đã đưa vào sử dụng cọc tròn rỗng BTCT ứng suất trước (đường kính ngoài tới 70 cm). Về phương thức hạ cọc có cọc ép, cọc đóng, cọc khoan và cọc nhồi. Cọc nhồi đã được sử dụng rất đại trà, chiều dài thường 40-50m tuỳ theo địa tầng (dài nhất tới 120 m), đường kính quy đổi từ 80-200 cm. Thực tế sử dụng cọc nhồi ở nước ta đã đạt đến công nghệ tiền tiến nhất. Cọc nhồi có các loại sau: -Cọc khoan nhồi: là cọc nhồi mà lỗ cọc được thi công bằng các phương pháp khoan khác nhau như khoan gầu, khoan rửa ngược, ; -Cọc khoan nhồi mở rộng đáy : là cọc khoan nhồi có đường kính đáy cọc được mở rộng lớn hơn đường kính thân cọc. Sức mang tải của cọc này sẽ tăng hơn chừng 5-10% do tăng sức mang tải đằng mũi. -Cọc barret: là cọc nhồi nhưng có tiết diện không tròn với các hình dạng khác nhau như chữ nhật, chữ thập, chữ I, chữ H, và được tạo lỗ bằng gầu ngoặm. Sức mang tải của cọc này có thể tăng lên tới 30% do tăng sức mang tải bên. -Cọc khoan nhồi có xói rửa và bơm vữa xi măng gia cường đáy (CNRBĐ): là cọc khoan nhồi có áp dụng công nghệ rửa sạch đáy (bằng cách xói nước áp lực cao) và bơm vữa xi măng gia cường đáy (cũng với áp lực cao). Đây là bước phát triển gần đây nhất trong công nghệ thi công cọc nhồi nhằm làm tăng đột biến sức mang tải của cọc nhồi (có thể tới 200-300%), cho phép sử dụng tối đa độ bền của vật liệu bê tông cọc. Tại Việt Nam, cọc khoan nhồi mở rộng đáy chưa được áp dụng do thiếu các thiét bị chuyên dùng, cọc barret đã được sử dụng từ cuối những năm 90 và có xu hướng áp dụng nhiều từ đầu những năm 2000, cọc nhồi có xói rửa và bơm vữa xi măng gia cường đáy vừa được đưa vào sử dụng cho công trình đầu tiên vào năm 2004 • Móng cọc, theo các đánh giá khách quan nhất, hiện đang được sử dụng chưa đạt hiệu quả kinh tế cao và chi phí cho phần móng chiếm đáng kể trong tổng mức thi công xây lắp (trong khoảng 30-60%). Những vấn đề sau đây cần được nghiên cứu để có thể tận dụng ưu thế của móng cọc: -Vấn đề dự báo sức mang tải. Các nghiên cứu cho thấy, giá trị dự báo sức mang tải của cọc là rất phân tán (theo các cách dự báo khác nhau). Kinh nghiệm thế giới đã khẳng định, gần với thực tế nhất là giá trị dự báo trên cơ sở kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT). HIện tại chưa có kết luận nào ở nước ta về vấn đề này và thí nghiệm CPT hầu như không được thực hịên. -Vấn đề xác định sức mang tải. Nhiều phương pháp thí nghiệm xác định sức mang tải đã được ứng dụng ở nước ta, nhưng kết quả thí nghiệm không cho phép xác định đúng giá trị sức mang tải. Đánh giá cho rằng sức mang tải của cọc IX-9 hiện nay chỉ được sử dụng hơn phần nửa, trong khu vực ma sát. Quy trình thí nghiệm chưa hợp lý và phải thay đổi theo hướng sao cho xác định được giá trị sức mang tải cực hạn của cọc thiết kế. -Vấn đề mối nối của cọc. Chưa được quan tâm đảm bảo chất lượngcả trong thi công lẫn thiết kế. Mọt số sự cố công trình đã xảy ra liên quan đến mối nối (gãy cọc tại xi măng Thăng Long, Hiệp Phước, Tp HCM). -Vấn đề lựa chọn loại cọc hợp lý cho công trình. Cần thiết một quy trình bắt buộc đẩm bảo thiết kế lựa chọn loại cọc hợp lý (khả thi cho thi công và kinh tế), ví dụ cần thiết nêu ra tối thiểu 3 phương án cọc đẻ lựa chọn. III. SỰ CỐ CÔNG TRÌNH CÓ NGUYÊN NHÂN NỀN MÓNG (SCNM) 3.1 Đặc điểm các SCNM • Về phương thức biểu hiện, SCNM thường được phát hiện thông qua các hư hỏng về kết cấu như hiện tượng nứt tường, sàn và sau đó là các cấu kiện chịu lực khác như dầm, Trong một số trường hợp, SCNM cũng có các biểu hiện rõ ràng trực tiếp hơn bằng sự mất tính liên tục hoặc các chuyển vị lớn trên thân hoặc một vài bộ phận công trình xây dựng như các thể đắp phục vụ san lấp tạo mặt bằng xây dựng, các dạng đường đắp, kè bờ, Tuy nhiên, các hư hỏng này thường có hệ thống và theo một quy luật rõ ràng như vị trí, hướng và phân bố các vết nứt, Sau đó, là hiện tượng lún có giá trị lớn, lún không đều dẫn tới nghiêng, vặn hoặc xoắn công trình xây dựng, làm giảm thiểu đáng kể năng lực làm việc của thiết bị và tiện nghi sinh hoạt. Có trường hợp, SCNM xảy ra không có các hư hỏng kết cấu mà chỉ thấy các biểu hiện về mất các tiện nghi sinh hoạt (các dụng cụ trong nhà cập kênh, xô lăn về một phía, ) Do các biểu hiện của SCNM phức tạp và gián tiếp, nên để phát hiện nguyên nhân đích thực và chọn được phương án xử lý đúng đắn, cần có các khảo sát và phân tích tỷ mỷ không chỉ bản thân công trình sự cố, môi trường địa chất được sử dụng làm móng (môi trường) cho công trình mà còn các công trình và môi trường lân cận. • Về thời điểm phát hiện sự cố, SCNM thường phát hiện trong thời gian vận hành khai thác, đặc biệt ngay sau khi đưa công trình vào hoạt động. SCNM hiếm khi phát hiện ngay trong quá trình thi công. Tại thời điểm phát hiện sự cố, SCNM có thể đang diễn biến với tốc độ hoặc tăng lên hoặc giảm đi, nhưng cũng có thể đã dừng không phát triển thêm. Do vậy, cần thiết các đánh giá khách quan, bản chất để lựa chọn đúng đắn các giải pháp cứu chữa. • Về đặc điểm diễn biến, SCNM thường tiến triển chậm chạp kéo dài theo thời gian cho đến khi công trình mất khả năng sử dụng. Chính do đặc điểm này, SCNM thường được phát hiện muộn mằn, phát sinh tâm lý coi thường và phương án cứu chữa nửa vời, kéo dài, không dứt điểm. Tuy nhiên, trong trường hợp phá hoại về độ bền, SCNM cũng có thể xẩy ra đột ngột, đổ sụp tức thì như sự mất ổn định các bờ dốc của khối đắp san nền, đường giao thông, các kè bờ, • Về hậu quả của sự cố, SCNM thường chỉ làm giảm và dẫn tới mất khả năng khai thác sử dụng công trình như đòi hỏi của thiết kế ban đầu. SCNM hiếm khi gây ra các thiệt hại về người và thực sự nguy hiểm khi mất ổn định về độ bền, đặc biệt khi kèm theo các tai biến tự nhiên khác như bão, động đất, IX-10 • Về các giải pháp cứu chữa SCNM đối với các công trình dân dụng và công nghiệp, triệt để và khả thi nhất là thực thi các giải pháp kỹ thuật để các quá trình địa kỹ thuật (lún, lún không đều, ) gây SCCT hết tác dụng và hiện trạng khai thác sử dụng công trình giữ nguyên như khi bắt đầu cứu chữa. Các giải pháp gia cường kết cấu nhằm tránh nguy cơ phá hỏng công trình do các tác nhân địa kỹ thuật cũng được áp dụng nhưng ít tin cậy và không triệt để. Các giải pháp kỹ thuật nhằm đưa công trình hư hỏng về trạng thái ban đầu như yêu cầu của thiết kế chỉ thực thi trong các điều kiện đặc biệt thuận lợi vì tốn kém và đa số các trường hợp là không thể thực hiện được. Nhìn chung đây là một bài toán kinh tế xã hội, sao cho đạt hiệu quả cao về kinh tế và an ninh xã hội. Trong nhiều trường hợp, đập bỏ và xây mới lại công trình là quyết định khôn ngoan và đạt hiệu quả cao. • Về mặt khoa học, thông qua các SCNM có thể thấy, các người làm thiết kế và thi công thường tuyệt đối hoá các dự báo trên cơ sở các tính toán cơ học đất (ví dụ dự báo tổng độ lún, độ lún theo thời gian, ), chưa nhận thức được rằng, trong các phép tính cơ học đất, các giá trị dự báo chỉ cho khoảng giá trị tương đối, sai số và mức độ tin cậy các dự báo thường không cao phụ thuộc vào nhiều yếu tố rất khó xác định cho phù hợp, đặc biệt là các thông số đầu vào thuộc về tính chất xây dựng của đất nền, mô hình tương tác công trình và nền đất. Độ chính xác của các dự báo, tính phù hợp của các giá trị dự báo với các giá trị thực tế sẽ được nâng cao khi kinh nghiệm thực tế được tích luỹ càng nhiều thông qua các số liệu của các quan trắc lâu dài trên công trình thực. Trong điều kiện nước ta hiện nay, các số liệu quan trắc trên công trình còn hạn chế và công tác quan trắc này còn chưa được coi trọng, các bên tham gia công trình cần nhận thức đúng độ chính xác dự báo và cẩn trọng sử dụng chúng để áp dụng cho phù hợp với hoàn cảnh các giải pháp móng và xử lý nền phục vụ xây dựng. 3.2 Nguyên nhân SCNM Trong một dự án xây dựng, các hoạt động kỹ thuật bao gồm: - Hoạt động khảo sát xây dựng: hoạt động nhận thức nhằm nhận biết các đặc tính của MTĐC. Hoạt động khảo sát hợp lý cho các nhận thức đầy đủ về tính chất của MTĐC. - Hoạt động thiết kế nền móng: hoạt động mô hình hoá tương tác giữa công trình và MTĐC, dự báo sự biến đổi trạng thái của HĐKTXD dưới tác động xây dựng. Hoạt động thiết kế hợp lý đưa công trĩnhây dựng tới trạng thái ổn định và bền vững. - Hoạt động thi công: hoạt động đưa thiết kế thành hiện thực. Hoạt động thi công hợp lý đưa chính xác thiết kế ra thực tế. - Hoạt động khai thác, sử dụng công trình. Tác động hợp lý ở đây là không làm thay đổi về chất và lượng các tương tác trong HĐKTXD, đảm bảo trạng thái của Hệ là cân bằng. Mọi hoạt động kỹ thuật không hợp lý đều có thể dẫn tới SCCT và SCNM. • Nguyên nhân thuộc về công tác khảo sát địa kỹ thuật [...]... đề là ở chỗ không chỉ giám sát thi công sao cho thi công theo đúng thiết kế, mà còn phải tiến hành các quan trắc cần thiết để kiểm chứng các dự báo của thiết kế về các ứng xử của đất nền cũng như của công trình Thông qua đó có thẻ xác định đúng đắn các nguyên nhân sự cố, nếu chúng xảy ra TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Điều tra, đánh giá và nghiên cứu các sự cố công trình có nguyên nhân nền móng Báo cáo tổng kết... • Nguyên nhân thuộc về công tác thi công Thi công chính là các tác động để triển khai thực tế các tương tác mà thiết kế đã xác lập và dự báo Nếu các tác động thi công không mô phỏng đúng như thiết kế đã trù liệu tất nhiên sẽ phát sinh SCNM Các ví dụ SCNM điển hình sau liên quan đến thi công cho thấy rõ điều trên Ga ra ô tô Nhà Chung Để thi công cần đào một hố đào sâu 5-6 m Đất nền tại khu vực xây dựng... công trình cũng bị hư hại biểu hiện bằng xuất hiện các vết nứt và khi đào kiểm tra thấy hầu hết các cọc đều bị nứt tại vị trí liên kết với đài với bề rộng vết nứt phổ biến 2-4 mm Khi hạ bớt cao độ đất đắp đường dẫn xuống còn +15 m (6/99), chuyển vị ngang công trình không còn phát triển nữa Thiết kế đã bỏ qua tải trọng ngang tác dụng lên công trình phát sinh do khối đất đắp đường dẫn phía sau công trình. .. bình Các giải pháp móng và xử lý nền áp dụng ở đây là: - Móng cọc cho các kết cấu có tải trọng lớn và các khung nhà; - Các móng nông đặt trực tiếp trên nền cát san lấp cho các đường ống, cáp điện, sàn nhà và nền các khoang chống tràn của bồn chứa - Xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước cho một số khu vực, chủ yếu là đường giao thông Hiện tượng lún của công trình đặt trên móng nông đã được... đáy hố móng, trong khi thi công kể chiều sâu cọc kể từ cao độ mặt đất tự nhiên Do đó đa số cọc không đạt tới độ sâu thiết kế và bị giảm sức mang tải gây lún cho nhà Như vậy, thi công đã thay đổi mô hình tương tác giữa công trình và nền đất, chuyển cọc làm việc từ cọc vừa ma sát và chống (như thiết kế) sang cọc làm việc chủ yếu theo ma sát Đường đắp dẫn lên cầu Văn Thánh Những sai lầm do thi công cũng... trong dây chuyền sản xuất là nhỏ Tuy vậy, móng máy vẫn bị lún không đều Kiểm toán cho thấy, dưới tác dụng của tải trọng đất đắp, nền đất đắp bị lún nhiều với độ lún cuối cùng cỡ 140 cm và kéo dài nhiều năm tạo nên ma sát âm tác dụng lên thân cọc.Tính toán sơ bộ cho giá trị ma sát âm tác dụng lên cọc chừng 40 Tấn Như vậy, ma sát âm tác dụng lên cọc trong trường hợp này là rất lớn và cọc bị lún do bị chịu... cọc, tốc độ đào quá nhanh và thi công đã đắp thêm đất đào lên bề mặt quanh hố đào làm tăng tải trọng tác dụng lên đất Chất lượng mối nối cũng quan trọng Nếu mối nối tốt, chuyển vị sẽ giảm thiểu Sự cố tương tự cũng xảy ra tại nhiều công trình đào hố móng sâu tại Tp HCM như Dự án Sài Gòn Pearl, nhà máy xử lý nước thải Nam Sài Gòn, Các ví dụ trên cho thấy, các tác động thi công cũng là một nhân tố có thể... này, các đơn vị thi công và tư vấn giám sát đều không kịp thời phát hiện biến động của điều kiện địa chất tại khu vực lên quan để xử lý kịp thời • Nguyên nhân thuộc về khâu thiết kế Các sai sót trong thiết kế dẫn tới các SCNM thường là: - Mô hình hoá không chính xác hoặc không đầy đủ các loại hình tương tác giữa công trình và đất nền; - Dự báo không chính xác quy mô và độ lớn các tương tác trong mô hình... hiện thấy móng của các thiết bị trên dây chuyền bị lún và lún không đều khiến dây chuyền không thể hoạt động được Đo đạc cẩn thận thấy móng máy theo dây chuyền lún nhiều hơn móng trên cột khung nhà 10-15 cm Móng máy là móng cọc dài 23 m tựa trên lớp đất sét dẻo mềm với sức mang tải theo thí nghiệm nén tinh là 60 Tấn và tải trọng do trọng lượng máy trong dây chuyền sản xuất là nhỏ Tuy vậy, móng máy vẫn... tác dụng lên công trình phát sinh do khối đất đắp đường dẫn phía sau công trình gây ra (mô hình hoá không đầy đủ các tương tác) Các tính toán kiểm tra tải trọng ngang tác dụng lên cọc và phân tích chuyển vị ngang của kết cấu dưới tác dụng của khối đắp cho thấy, tải trọng ngang tác dụng lên cọc đã vượt quá 2 lần khả năng chịu tải của cọc Cư xá Thanh Đa, lô IV và VI IX-12 Cư xá Thanh Đa tại bán đảo Thanh . nước; -Thi công gia tải theo các giai đoạn theo thiết kế; -Đo đạc các thông số cần thiết để đánh giá qua trình xử lý. Ngày nay ngoài phương pháp gia tải cổ điển theo từng giai đoạn bằng cách. sau khi hoàn công đóng và thực hiện thành 2 giai đoạn: giai đoạn đầu tới dộ sâu 2 m và giai đoạn sau tới bề mặt cọc. IX-16 Trong quá trình đào của giai đoạn 2 đã phát hiện thấy đất xung quanh. trình; Sđg là độ lún của đất nền trong phạm vi độ sâu được gia cố Sđ là độ lún của đất chưa gia cố nằm dưới độ sâu phần đất đã gia cố trong phạm vi hoạt động của tải trọng công trình. Và