Ứng dụng giải pháp phun vữa áp lực cao dọc thân cọc khoan nhồi để tăng khả năng chịu tải của cọc

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học do chính tôi thực
hiện. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố
trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác
Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn
gốc.
Tôi xin chịu trách nhiệm về công trình nghiên cứu của mình.
Học viên

Lê Xuân Sơn


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy, cô giáo thuộc trường Đại học Công
nghệ TP. HCM đã dành nhiều tâm huyết để giảng dạy và truyền đạt những kiến
thức khoa học, những kinh nghiệm vô cùng quý giá cho chúng tôi trong suốt quá
trình học tập tại trường. Đó là những kiến thức không thể thiếu đã giúp tôi hoàn
thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Võ Phán đã hướng dẫn tận tình trong
suốt thời gian tôi thực hiện luận văn. Thầy đã hướng dẫn từ những hướng đi ban đầu
để hình thành đề tài đến những nội dung chính của đề tài mà tôi đã thực hiện. Một
lần nữa tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến thầy, người đã luôn động viên và nhắc
nhở tôi để giúp tôi thực hiện luận văn tốt nhất.
Mặc dù đã rất cố gắng để thực hiện luận văn, nhưng với khả năng và hiểu biết
hiện tại của tôi chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những sai sót nhất định, xin quý
thầy cô và độc giả bỏ qua và chỉ dẫn tôi trên con đường nâng cao kiến thức của
mình.

Trân trọng kính chào
Lê Xuân Sơn

ABSTRACT

Tilte name:
Application of shaft grouting technology on improving the capacity of bored
piles.
Abstract:
General study of shaft grouting of bored pile technology, its pros and cons and
the practical application in Vietnam.
Study of resource-based theory of bored pile capacity calculating following
TCVN 10304 – 2014. Study of the empirical and semiempirical formulas for
calculating bearing capacity of shaft grouted bored piles.
Study of the effects of shaft grouting technology in Song Da Riverside
Apartment Complex construction, Thu Duc district, Ho Chi Minh city. There are
some methods of calculating and analysis in this thesis, such as:
- Application of theory formulas in calculating bored pile capacity following
TCVN 10304 – 2014.
- Application of finite element method by using Plaxis 3D Foundation.
- Application of the results of axial compression test.
Drawing conclusion and recommendations from analysis.


MỤC LỤC
MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH ẢNH
CHƯƠNG MỞ ĐẦU ...................................................................................................1
I. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................................................................1

II. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .......................................................................................1
III. PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ..............................................................2
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................2
V. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ..............................................................3
VI. CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ..........................................................3

CHƯƠNG 1 : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN VỮA ÁP
LỰC CAO XUNG QUANH THÂN CỌC
Error! Bookmark not defined.
1.1 CÔNG NGHỆ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI .Error! Bookmark not defined.
1.2 CÔNG NGHỆ PHUN VỮA ÁP LỰC CAO DỌC THÂN CỌC ............ Error!
Bookmark not defined.
1.2.1

Lắp đặt thiết bị phun vữa trong lồng thépError! Bookmark not defined.

1.2.2

Công tác phá nước ...................................Error! Bookmark not defined.

1.2.3

Công tác phun vữa áp lực cao thân cọc ...Error! Bookmark not defined.

1.3 ƯU ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ PHUN VỮA ÁP LỰC CAO DỌC THÂN
CỌC Error! Bookmark not defined.
1.4 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TẠI VIỆT NAMError! Bookmark
not defined.

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN
NHỒI PHUN VỮA ÁP LỰC CAO.............................Error! Bookmark not defined.
2.1 TÍNH TOÁN SCT CỌC KHOAN NHỒI THEO TCVN 10304 – 2014 [9]
Error! Bookmark not defined.
2.1.1

SCT theo vật liệu cọc ..............................Error! Bookmark not defined.

2.1.2

Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền ........... Error! Bookmark not

defined.
2.1.3

Sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ đất nền .......... Error! Bookmark not

defined.
2.1.4

Sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) ........ Error!

Bookmark not defined.
2.2 TÍNH TOÁN SCT CỌC KHOAN NHỒI PHUN VỮA ÁP LỰC CAO DỌC
THÂN CỌC .............................................................Error! Bookmark not defined.
2.2.1

Dự đoán khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi được phun vữa áp lực cao

theo thân cọc bằng phương pháp bán kinh nghiệm ........... Error! Bookmark not

defined.
2.2.2

Theo công thức kinh nghiệm của Bachy Soletanche Việt Nam [10]Error!

Bookmark not defined.
2.3 TÍNH TOÁN SCT CỌC KHOAN NHỒI THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
NÉN TĨNH HIỆN TRƯỜNG...................................Error! Bookmark not defined.
2.3.1

Phương pháp của SNIP2.02.03.85 [8] .....Error! Bookmark not defined.

2.3.2

Phương pháp Canadian Foundation Engineering Mauual (1985) [12]
Error! Bookmark not defined.

2.3.3

Phương pháp Davisson [12] ....................Error! Bookmark not defined.

2.4 TÍNH TOÁN SCT CỦA CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU
HẠN (FINITE ELEMENTS METHOD - FEM) .....Error! Bookmark not defined.
2.4.1

Các phương trình biến dạng cơ bản của môi trường liên tục trong phương

pháp phần tử hữu hạn (PTHH) ............................Error! Bookmark not defined.

2.4.2

Rời rạc hóa theo lưới phần tử hữu hạn ....Error! Bookmark not defined.

2.4.3

Phương pháp tính lặp ...............................Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG NGHỆ
PHUN VỮA ÁP LỰC CAO ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI ....... Error!
Bookmark not defined.
3.1 ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ..Error! Bookmark not defined.
3.2 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TP5 THEO TCVN 10304 - 2014

Error! Bookmark not defined.
3.2.1

Sức chịu tải của cọc TP5 theo cường độ vật liệu (TCVN 10304 – 2014;

TCVN 5574 – 2012) ............................................Error! Bookmark not defined.
3.2.2

Sức chịu tải của cọc TP5 theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (TCVN 10304 –

2014) .................................................................Error! Bookmark not defined.
3.2.3

Sức chịu tải của cọc TP5 theo chỉ tiêu cường độ của đất nền (TCVN

10304 – 2014) ......................................................Error! Bookmark not defined.

3.2.4

Sức chịu tải của cọc TP5 theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT

theo TCVN 10304 - 2014 (công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản - AIJ). Error!
Bookmark not defined.
3.3 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TP5 THEO KẾT QUẢ THÍ
NGHIỆM NÉN TĨNH ..............................................Error! Bookmark not defined.
3.4 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TP5 THEO PHƯƠNG PHÁP
PHẦN TỬ HỮU HẠN .............................................Error! Bookmark not defined.
3.4.1

Tính toán cho cọc TP5 (thông số từ thí nghiệm nén 3 trục sơ đồ U-U)
Error! Bookmark not defined.

3.4.2

Tính toán cho cọc TP5 (thông số từ thí nghiệm nén 3 trục sơ đồ C-U)
Error! Bookmark not defined.

3.5 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TP1 THEO KẾT QUẢ THÍ
NGHIỆM NÉN TĨNH ..............................................Error! Bookmark not defined.


3.6 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TP1 THEO PHƯƠNG PHÁP
PHẦN TỬ HỮU HẠN .............................................Error! Bookmark not defined.
3.6.1

Tính toán cho cọc TP1 trường hợp phân tích không phun vữa bằng

phương pháp PTHH .............................................Error! Bookmark not defined.
3.6.2

Tính toán cho cọc TP1 trong trường hợp thực tế (có phun vữa) ..... Error!

Bookmark not defined.
3.6.3

Phân tích ảnh hưởng của thông số chiều dày lớp đất gia cố vữa đến SCT

cọc

.................................................................Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........Error! Bookmark not defined.
4.1 KẾT LUẬN .....................................................Error! Bookmark not defined.
4.2 KIẾN NGHỊ .....................................................Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC


TÓM TẮT
Tên đề tài:
Ứng dụng giải pháp phun vữa áp lực cao dọc thân cọc khoan nhồi để tăng
khả năng chịu tải của cọc.
Tóm tắt:
Nghiên cứu tổng quan về công nghệ phun vữa áp lực cao xung quanh thân cọc
khoan nhồi. Ưu nhược điểm của công nghệ và tình hình ứng dụng công nghệ tại
Việt Nam.

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi theo TCVN
10304 – 2014 và các công thức bán kinh nghiệm, công thức kinh nghiệm dùng để
tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi phun vữa áp lực cao.
Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của công nghệ phun vữa áp lực cao đến sức
chịu tải cọc khoan nhồi với công trình thực tế là: Công trình tổ hợp căn hộ Sông Đà
Riverside, Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh. Các biện pháp dùng để phân tích là:
- Sử dụng công thức tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi của TCVN 10304 –
2014.
- Sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn thông qua phần mềm địa kỹ
thuật chuyên dụng Plaxis 3D Foundation.
- Sử dụng kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trường của các cọc thử thuộc công
trình nghiên cứu.
Từ kết quả tính toán, tiến hành so sánh, phân tích và rút ra các kết luận, kiến
nghị.


MỤC LỤC
MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH ẢNH
CHƯƠNG MỞ ĐẦU ...................................................................................................1
I. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................................................................1
II. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .......................................................................................1
III. PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ..............................................................2
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................2
V. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ..............................................................3
VI. CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ..........................................................3

CHƯƠNG 1 : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN VỮA ÁP
LỰC CAO XUNG QUANH THÂN CỌC
1.1 CÔNG NGHỆ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI .Error! Bookmark not defined.
1.2 CÔNG NGHỆ PHUN VỮA ÁP LỰC CAO DỌC THÂN CỌC ............ Error!
Bookmark not defined.
1.2.1

Lắp đặt thiết bị phun vữa trong lồng thépError! Bookmark not defined.

1.2.2

Công tác phá nước ...................................Error! Bookmark not defined.

1.2.3

Công tác phun vữa áp lực cao thân cọc ...Error! Bookmark not defined.

1.3 ƯU ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ PHUN VỮA ÁP LỰC CAO DỌC THÂN
CỌC ...................................................................... Error! Bookmark not defined.
1.4 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TẠI VIỆT NAMError! Bookmark
not defined.


CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN
NHỒI PHUN VỮA ÁP LỰC CAO.............................Error! Bookmark not defined.
2.1 TÍNH TOÁN SCT CỌC KHOAN NHỒI THEO TCVN 10304 – 2014 Error!
Bookmark not defined.
2.1.1

SCT theo vật liệu cọc ..............................Error! Bookmark not defined.

2.1.2

Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền ........... Error! Bookmark not

defined.
2.1.3

Sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ đất nền .......... Error! Bookmark not

defined.
2.1.4

Sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) ........ Error!

Bookmark not defined.
2.2 TÍNH TOÁN SCT CỌC KHOAN NHỒI PHUN VỮA ÁP LỰC CAO DỌC
THÂN CỌC .............................................................Error! Bookmark not defined.
2.2.1

Dự đoán khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi được phun vữa áp lực cao

theo thân cọc bằng phương pháp bán kinh nghiệm ........... Error! Bookmark not
defined.
2.2.2

Theo công thức kinh nghiệm của Bachy Soletanche Việt Nam ...... Error!

Bookmark not defined.
2.3 TÍNH TOÁN SCT CỌC KHOAN NHỒI THEO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

NÉN TĨNH HIỆN TRƯỜNG...................................Error! Bookmark not defined.
2.3.1

Phương pháp của SNIP2.02.03.85...........Error! Bookmark not defined.

2.3.2

Phương pháp Canadian Foundation Engineering Mauual (1985) ... Error!

Bookmark not defined.
2.3.3

Phương pháp Davisson ............................Error! Bookmark not defined.

2.4 TÍNH TOÁN SCT CỦA CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU
HẠN (FINITE ELEMENTS METHOD - FEM) .....Error! Bookmark not defined.
2.4.1

Các phương trình biến dạng cơ bản của môi trường liên tục trong phương

pháp phần tử hữu hạn (PTHH) ............................Error! Bookmark not defined.


2.4.2

Rời rạc hóa theo lưới phần tử hữu hạn ....Error! Bookmark not defined.

2.4.3

Phương pháp tính lặp ...............................Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG NGHỆ
PHUN VỮA ÁP LỰC CAO ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN NHỒI ....... Error!
Bookmark not defined.
3.1 ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ..Error! Bookmark not defined.
3.2 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TP5 THEO TCVN 10304 - 2014

Error! Bookmark not defined.
3.2.1

Sức chịu tải của cọc TP5 theo cường độ vật liệu (TCVN 10304 – 2014;

TCVN 5574 – 2012) ............................................Error! Bookmark not defined.
3.2.2

Sức chịu tải của cọc TP5 theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (TCVN 10304 –

2014) .................................................................Error! Bookmark not defined.
3.2.3

Sức chịu tải của cọc TP5 theo chỉ tiêu cường độ của đất nền (TCVN

10304 – 2014) ......................................................Error! Bookmark not defined.
3.2.4

Sức chịu tải của cọc TP5 theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT

theo TCVN 10304 - 2014 (công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản - AIJ). Error!
Bookmark not defined.
3.3 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TP5 THEO KẾT QUẢ THÍ

NGHIỆM NÉN TĨNH ..............................................Error! Bookmark not defined.
3.4 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TP5 THEO PHƯƠNG PHÁP
PHẦN TỬ HỮU HẠN .............................................Error! Bookmark not defined.
3.4.1

Tính toán cho cọc TP5 (thông số từ thí nghiệm nén 3 trục sơ đồ U-U)
Error! Bookmark not defined.

3.4.2

Tính toán cho cọc TP5 (thông số từ thí nghiệm nén 3 trục sơ đồ C-U) ..61

3.5 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TP1 THEO KẾT QUẢ THÍ
NGHIỆM NÉN TĨNH ..............................................Error! Bookmark not defined.


3.6 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TP1 THEO PHƯƠNG PHÁP
PHẦN TỬ HỮU HẠN .............................................Error! Bookmark not defined.
3.6.1

Tính toán cho cọc TP1 trường hợp phân tích không phun vữa bằng

phương pháp PTHH .............................................Error! Bookmark not defined.
3.6.2

Tính toán cho cọc TP1 trong trường hợp thực tế (có phun vữa) ..... Error!

Bookmark not defined.
3.6.3

Phân tích ảnh hưởng của thông số chiều dày lớp đất gia cố vữa đến SCT

cọc

.................................................................Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........Error! Bookmark not defined.
4.1 KẾT LUẬN .....................................................Error! Bookmark not defined.
4.2 KIẾN NGHỊ .....................................................Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
AIJ

Tên tiếng nước ngoài
Architectural Institute of
Japan

CD

Consolidated - Drained

CPT

Cone Penetration Test

CU

Consolidated - Undrained

DS

Direct Shear test

ĐCCT
M-C

Viện kiến trúc Nhật Bản
Thí nghiệm nén 3 trục sơ đồ CD
(Cố kết – Thoát nước)
Thí nghiệm xuyên tĩnh (côn)
Thí nghiệm nén 3 trục sơ đồ CU
(Cố kết – Không thoát nước)
Thí nghiệm cắt trực tiếp
Địa chất công trình

Morh - Coulomb

Môđun TBD
OCR

Tên tiếng Việt

Mô hình Morh - Coulomb
Môđun tổng biến dạng

Over Consolidation Ratio

Chỉ số quá cố kết

PTHH

Phần tử hữu hạn

SCT

Sức chịu tải

SPT

Standard Penetration Test

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

TAM

Tube A Manchette

Ống phun vữa
Thí nghiệm nén 3 trục sơ đồ UU

UU

Unconsolidated - Undrained

(Không cố kết – Không thoát

nước)


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG
STT

Ký hiệu

Đơn vị

Tên gọi

1

Rc,u(VL)

kN

Sức chịu tải theo vật liệu

2

Rc,u(ĐN)

kN

Sức chịu tải theo đất nền

3

γcb

Hệ số điều kiện làm việc

4

γ’cb

Hệ số xét đến quá trình đổ bê tông

5

lo

6

αε

Hệ số biến dạng

7

γc

Hệ số làm việc của cọc

8

qp

MPa

Sức kháng đơn vị mũi cọc

9

qs

MPa

Sức kháng đơn vị thân cọc

10

As

mm2

Diện tích bề mặt thân cọc

11

Ap

mm2

Diện tích mũi cọc

12

φqp

Hệ số sức chịu tải đối với sức chịu tải mũi

13

φqs

Hệ số sức chịu tải đối với sức chịu tải thân

14

W

%

Độ ẩm tự nhiên

15

γ

kN/m3

Dung trọng tự nhiên

16

γk

kN/m3

Dung trọng khô

17

γ đn

kN/m3

Dung trọng đẩy nổi

18

∆

Tỷ trọng hạt

19

eo

Hệ số rỗng

20

n

%

Độ rỗng

21

G

%

Độ bão hòa

22

WL

%

Giới hạn chảy

23

WP

%

Giới hạn dẻo

24

IP

%

Chỉ số dẻo

25

IL

26

C

kPa

27

φ

độ

Lực dính
Góc nội ma sát

28

a100-200

kPa-1

Hệ số nén lún

29

E100-200

kPa

Mô đun biến dạng

m

Chiều dài từ đáy đài đến cao độ san nền

Độ sệt


30

Kz

cm/s

Hệ số thấm

31

Cv

cm2/s

Hệ số cố kết

32

Cc

Hệ số

33

Cs

Hệ số

34

pc

kPa

Ứng suất tiền cố kết

35

Cuu

kPa

Lực dính kết theo thí nghiệm sơ đồ UU

36

φuu

độ

Góc nội ma sát theo thí nghiệm sơ đồ UU

37

Ccu

kPa

Lực dính kết theo thí nghiệm sơ đồ CU

38

φcu

độ

Góc nội ma sát theo thí nghiệm sơ đồ CU

39

C’

kPa

Lực dính kết theo thí nghiệm sơ đồ CD

40

φ’

Góc nội ma sát theo thí nghiệm sơ đồ CD

41

q’

độ
kN/m2

42

S

kN/m2

Sức kháng cắt của đất

43

ν

44

Su

45

Ks

46

ca

kN/m2

Lực dính bám giữa cọc và đất

47

φa

độ

Góc ma sát giữa cọc và đất

48

σ’h

kN/m2

Ứng suất pháp tuyến hữu hiệu tại mặt bên cọc

49

α

Hệ số hiệu chỉnh

50



Hệ số tra bảng

51



Hệ số thực nghiệm

52

N’c

Hệ số tra bảng

53

N’q

Hệ số tra bảng

54

N

55

56

57

Áp lực đất nền

Hệ số Poisson
kN/m2

Sức kháng cắt không thoát nước
Hệ số áp lực ngang

lần

Số nhát đập để ống SPT đi được 30cm
Tỷ lệ phần trăm năng lượng hữu ích của thiết bị

Eh

SPT

Ncorr

lần

D

mm

Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp
lực tầng phủ
Chiều rộng hay đường kính cọc


58

Db

mm

Chiều sâu xuyên trong tầng chịu lực

59

q

MPa

Sức kháng điểm giới hạn

60

N

lần

61

Li

mm

62

fsi

MPa

63

asi

mm

64

Ni

65

N2

66

fL

67

Np

lần

68

u

mm

Chu vi tiết diện ngang cọc

69

γunsat

kN/m3

Dung trọng tự nhiên

70

γsat

kN/m3

Dung trọng bão hòa

71

ky

m/day

Hệ số thấm đứng

72

Eref

kN/m2

Môđun biến dạng

73

cref

kN/m2

Lực dính

74

ψ

độ

Góc trương nở

75

Rinter

76

Ux

mm

Chuyển vị theo phương ngang

77

Uy

mm

Chuyển vị theo phương đứng

78

ΔUx

mm

Mức chênh lệch chuyển vị theo phương ngang

79

ΔUy

mm

Mức chênh lệch chuyển vị theo phương đứng

Số đếm SPT trung bình (chưa hiệu chỉnh) dọc
theo thân cọc
Chiều sâu đến điểm giữa khoảng chiều dài tại
điểm xem xét
Sức kháng ma sát đơn vị thành ống cục bộ lấy
từ CPT tại điểm xem xét
Chu vi cọc tại điểm xem xét
Số khoảng giữa mặt đất và điểm cách dưới mặt
đất 8D
Số khoảng giữa điểm cách dưới mặt đất 8D và
mũi cọc
Hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc
đóng
Chỉ số SPT trung bình trong khỏang 1d dưới và
4d trên mũi cọc

Hệ số giảm cường độ


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các công trình tiêu biểu ứng dụng công nghệ móng cọc phun vữa ........ 12

Bảng 3.1: Sức chịu tải mũi cọc TP5 theo chỉ tiêu cơ lý đất nền .............................. 32
Bảng 3.2: Sức chịu tải thân cọc TP5 theo chỉ tiêu cơ lý đất nền ............................. 32
Bảng 3.3: Sức chịu tải thân cọc TP5 theo chỉ tiêu cường độ đất nền (U-U)............ 35
Bảng 3.4: Sức chịu tải thân cọc TP5 theo chỉ tiêu cường độ đất nền (SPT) ............ 36
Bảng 3.5: Sức chịu tải cọc TP5 theo công thức Viện kiến trúc Nhật Bản ............... 37
Bảng 3.6: Các thông số mô hình cọc TP5 (U-U) ..................................................... 48
Bảng 3.7: Bố trí cốt thép dọc trong cọc TP5 ............................................................ 60
Bảng 3.8: Thông số mô đun đàn hồi và hệ số Poisson của cọc TP5 ........................ 61
Bảng 3.9: Hệ số tiếp xúc bề mặt được gợi ý trong phần mềm Plaxis ...................... 61
Bảng 3.10: Các trường hợp tính toán của Rinter ........................................................ 62
Bảng 3.11: Các thông số tính toán trong mô hình cọc TP5 (C-U)........................... 63
Bảng 3.12: Các thông số tính toán trong mô hình cọc TP1 ..................................... 70
Bảng 3.13: Bố trí cốt thép dọc trong cọc TP1 ....................................................... 71
Bảng 3.14: Thông số mô đun đàn hồi và hệ số Poisson của cọc TP1 ................. 71
Bảng 3.15: Các thông số phun vữa của cọc TP1 ................................................. 74
Bảng 3.16: Đặc trưng cơ lý của vật liệu đất cát pha trộn vữa ............................. 74
Bảng 3.17: Các trường hợp phân tích .................................................................... 80
Bảng 3.18: Kết quả tính toán các trường hợp ....................................................... 83
Bảng 4.1: Kết quả tính toán so sánh giữa các trường hợp ................................... 86
Bảng 4.2: Kết quả tính toán so sánh giữa các trường hợp với TN nén tĩnh ....... 87


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Quy trình công nghệ thi công cọc khoan nhồi ......................................... 04
Hình 1.2: Quy trình công nghệ thi công cọc khoan nhồi phun vữa áp lực cao........ 05
Hình 1.3: Ống phun vữa (Tube A Manchette – TAM) ............................................ 06
Hình 1.4: Ống phun vữa được lắp đặt trong lồng cốt thép....................................... 06
Hình 1.5: Hình ảnh mô hình công tác phá vỡ màng cao su (sleeve) và lớp bê tông
bảo vệ bằng tia nước áp lực cao ............................................................................... 07
Hình 1.6: Hình ảnh kiểm tra khả năng hoạt động của ống phun trước khi lắp đặt .. 09

Hình 1.7: Sơ đồ hoạt động của hệ thống SINNUS .................................................. 09
Hình 1.8: Hình ảnh bơm vữa áp lực cao tại thực địa ............................................... 10
Hình 2.1: Quan hệ ứng suất-biến dạng và mặt phá hoại
.................................................................................................................................. 25
Hình 3.1: Biểu đồ xác định hệ số α ......................................................................... 35
Hình 3.2: Biểu đồ kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc TP5 .......................................... 40
Hình 3.3: Thông số ban đầu cho cọc TP5 ................................................................ 42
Hình 3.4: Thông số ban đầu (Dimensions) cho cọc TP5 ......................................... 42
Hình 3.5: Mô hình ban đầu của cọc TP5.................................................................. 43
Hình 3.6: Các mặt phẳng làm việc (Workplanes) trong bài toán cọc A0T .............. 43
Hình 3.7: Mô hình cọc TP5 .................................................................................... ..44
Hình 3.8: Mô hình cọc TP5 trên mặt bằng ............................................................. ..45
Hình 3.9: Kiểu phần tử 15-node wedge trong mô hình bài toán ............................ ..46
Hình 3.10: Các vật liệu sử dụng trong mô hình cọc TP5 ....................................... ..46
Hình 3.11: Các thông số tổng quát của lớp đất 1 ................................................... ..47
Hình 3.12: Các thông số cơ học của lớp đất 1 ....................................................... ..47
Hình 3.13: Các thông số tổng quát của cọc BTCT ................................................ ..50
Hình 3.14: Các thông số cơ học của cọc BTCT ..................................................... ..50
Hình 3.15: Thông số interface của cọc BTCT ....................................................... ..51


Hình 3.16: Sơ đồ phân bố các lớp đất khu vực cọc TP5 và phân tích áp lực nước
tĩnh .......................................................................................................................... ..51
Hình 3.17: Giá trị tải trọng trong mô hình ............................................................. ..52
Hình 3.18: Mô hình 3D các lớp đất sau khi chia lưới phần tử ............................... ..53
Hình 3.19: Hình ảnh các bước tính toán mô phỏng ............................................... ..53
Hình 3.20: Hình ảnh bước tính toán Phase 1 ......................................................... ..54
Hình 3.21: Hình ảnh khai báo việc mô phỏng giai đoạn thi công ......................... ..54
Hình 3.22: Hình ảnh mô phỏng giai đoạn tính Phase 2 ......................................... ..55
Hình 3.23: Hình ảnh bảng Parameters Phase 2 ...................................................... ..55

Hình 3.24: Quá trình tính toán cọc TP5 ................................................................. ..56
Hình 3.25: Một số hình ảnh mô hình sau tính toán ................................................ ..57
Hình 3.26: Biểu đồ quan hệ Uy – N của vị trí đầu cọc TP5 (U-U) ........................ ..57
Hình 3.27: Hình ảnh khai báo Rinter cho lớp đất 01 (bùn sét)................................. ..63
Hình 3.28: Biểu đồ quan hệ Sum-Mstage – Uy cho trường hợp 1 ......................... ..65
Hình 3.29: Biểu đồ quan hệ Sum-Mstage – Uy cho trường hợp 2 ......................... ..66
Hình 3.30: Biểu đồ quan hệ Sum-Mstage – Uy cho trường hợp 3 ......................... ..66
Hình 3.31: Biểu đồ quan hệ Sum-Mstage – Uy cho trường hợp 4 ......................... ..67
Hình 3.32: Biểu đồ kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc TP1 ...................................... ..69
Hình 3.33: Biểu đồ quan hệ Uy – N của vị trí đầu cọc TP1 (không phun vữa) ..... ..72
Hình 3.34: Một số hình ảnh mô hình cọc TP1 (không phun vữa) ......................... ..73
Hình 3.35: Hình ảnh chiều dày lớp vữa xung quanh cọc ....................................... ..74
Hình 3.36: Hình ảnh mô hình hóa lớp đất gia cố vữa ............................................ ..75
Hình 3.37: Hình ảnh khai báo phần cọc được phun vữa ........................................ ..75
Hình 3.38: Hình ảnh lưới phần tử 2D cọc TP1 ...................................................... ..76
Hình 3.39: Hình ảnh mô phỏng 3D cọc TP1.......................................................... ..76
Hình 3.40: Hình ảnh quá trình tính toán cọc TP1 có phun vữa ............................. ..77
Hình 3.41: Biểu đồ quan hệ Uy – N của vị trí đầu cọc ........................................... ..77
Hình 3.42: Chuyển vị thẳng đứng của cọc TP1 ..................................................... ..78
Hình 3.43: Hình ảnh cọc mô hình và vùng biến dạng dẻo ..................................... ..79


Hình 3.44: Biểu đồ quan hệ Uy – N của vị trí đầu cọc TH1 d=5cm ...................... ..80
Hình 3.45: Biểu đồ quan hệ Uy – N của vị trí đầu cọc TH2 d=10cm .................... ..81
Hình 3.46: Biểu đồ quan hệ Uy – N của vị trí đầu cọc TH3 d=15cm .................... ..81
Hình 3.47: Biểu đồ quan hệ Uy – N của vị trí đầu cọc TH5 d=25cm .................... ..82
Hình 3.48: Biểu đồ quan hệ Uy – N của vị trí đầu cọc TH6 d=30cm .................... ..82
Hình 3.49: Biểu đồ SCT các trường hợp phân tích ................................................ ..83
Hình 3.50: Biểu đồ thể hiện mức tăng SCT cọc so với trường hợp trước ............. ..84

1

MỞ ĐẦU
ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

I.

Đối với công nghệ móng cọc, sức chịu tải của cọc bao gồm sức kháng mũi cọc và
sức kháng ma sát dọc thân cọc. Tuy nhiên, với cọc khoan nhồi vốn thường có
đường kính lớn thì: “sức kháng ma sát dọc thân cọc được huy động hoàn toàn gần
như tức thời khi chuyển vị cọc còn rất nhỏ (0,5% - 1%D), trong khi đó sức kháng
mũi chỉ có thể được huy động toàn bộ khi chuyển vị cọc đạt tới 10% - 15%D. Vì
vậy, có một số ý kiến cho rằng có thể bỏ qua sức kháng mũi trong quá trình thiết
kế” [12]. Vì vậy, việc cải thiện sức kháng ma sát dọc thân cọc cho cọc khoan nhồi
đường kính lớn sẽ mang lại hiệu quả cao về cả mặt kỹ thuật lẫn kinh tế.
Công nghệ phun vữa áp lực cao dọc thân cọc (Shaft Grouting) là biện pháp nhằm
tăng cường sức kháng ma sát thân cọc, được nghiên cứu từ thập niên 60, 70 thế kỷ
20 và được đưa vào ứng dụng tại Việt Nam từ năm 2008 (Công trình Vincom TP
HCM – Khu B, công trình Sunrise City – Lô V…). “Công nghệ này giúp gia tăng
đáng kể sức kháng ma sát dọc thân cọc trung bình từ 1,5-3,0 lần so với các cọc
thông thường” [18] và thường được sử dụng với cọc khoan nhồi hoặc cọc barrette.
Tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu tại Việt Nam đề cập đến lĩnh vực này và hiện chúng
ta cũng chưa có tiêu chuẩn hướng dẫn tính toán thiết kế, thi công hoặc nghiệm thu.
Vì vậy, đề tài “Ứng dụng giải pháp phun vữa áp lực cao dọc thân cọc khoan
nhồi để tăng khả năng chịu tải của cọc” được tác giả thực hiện nhằm góp phần
làm sáng tỏ thêm công nghệ nêu trên với kỳ vọng sẽ đóng góp được các giá trị khoa
học hữu ích cho công tác nghiên cứu, ứng dụng công nghệ móng cọc khoan nhồi.
II.

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Các mục tiêu chính của đề tài bao gồm:
-

Nghiên cứu tổng quan về công nghệ phun vữa áp lực cao dọc thân cọc (Shaft
Grouting).

-

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán sức chịu tải (SCT) cọc khoan nhồi thông
thường và cọc khoan nhồi phun vữa áp lực cao thân cọc.


2

-

Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp tính toán kết hợp kết quả thí nghiệm
hiện trường để đánh giá hiệu quả của công nghệ phun vữa áp lực cao dọc thân
cọc.

III.

PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Nội dung của luận văn sẽ xoay quanh công nghệ móng cọc khoan nhồi phun vữa
áp lực cao (sau đây sẽ gọi tắt là cọc phun vữa để phân biệt với cọc khoan nhồi thông
thường không phun vữa).
Phương pháp tính toán, phân tích sử dụng trong đề tài là: theo hướng dẫn của
TCVN 10304; các công thức thực nghiệm, bán thực nghiệm của công ty Bachy
Soletanche (công ty đầu tiên mang ứng dụng cọc phun vữa vào Việt Nam); phương

pháp phần tử hữu hạn (ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation) trong mô phỏng
phân tích.
Công trình thực tế được phân tích trong đề tài là công trình Tổ hợp căn hộ Sông
Đà Riverside (QL 13, Q. Thủ Đức, TP HCM).

IV.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để thực hiện đề tài, luận văn sử dụng tổ hợp các phương pháp như sau:
-

Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu: dùng để tổng hợp các tài liệu khoa
học về công nghệ cọc khoan nhồi phun vữa và các phương pháp tính tóan
sức chịu tải cọc khoan nhồi có và không có phun vữa đang sử dụng tại Việt
Nam và trên thế giới.

-

Phương pháp khảo sát thực địa: thực hiện khảo sát hiện trường dự án, khoan
khảo sát địa chất, thí nghiệm hiện trường kết hợp thí nghiệm trong phòng
nhằm xác định rõ đặc điểm, tính chất của đất nền thuộc khu vực dự án Sông
Đà Riverside cùng với thí nghiệm nén tĩnh để xác định SCT cọc hiện trường.

-

Phương pháp tính tóan, phân tích: tiến hành kết hợp phương án tính tóan
giải tích và phương án tính toán tự động hóa.


3

V.

HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Một số hạn chế của đề tài nghiên cứu là:
-

Số lượng công trình thực tế nghiên cứu có giới hạn, chưa đủ nhiều để có thể
đưa ra các kết luận có tính ứng dụng ở phạm vi rộng.

-

Chưa thể đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố: hàm lượng vữa; tốc
độ, áp lực phun vữa… đến sự cải thiện SCT của cọc.

-

Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn phụ thuộc vào phần mềm Plaxis 3D
Foundation: tác giả không thể kiểm tra, đánh giá nội dung các thuật toán ứng
dụng của phần mềm (khác với việc tính toán SCT theo TCVN 10304, tác giả
có thể kiểm tra được thuật toán trong bảng tính).

VI.

CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Đề tài nghiên cứu được chia thành các phần chính như sau:
-

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN
VỮA ÁP LỰC CAO XUNG QUANH THÂN CỌC.

-

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỌC
KHOAN NHỒI PHUN VỮA ÁP LỰC CAO

-

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG
NGHỆ PHUN VỮA ÁP LỰC CAO ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỌC KHOAN
NHỒI

-

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ


4

CHƯƠNG 1 : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHUN VỮA
ÁP LỰC CAO XUNG QUANH THÂN CỌC

1.1 CÔNG NGHỆ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI
Cọc khoan nhồi là lọai móng sâu được thi công bằng cách đổ bê tông tươi vào
hố khoan sẵn trước đó. So với các lọai cọc khác, cọc khoan nhồi có lịch sử tương
đối mới. Năm 1908 đến 1920, các lỗ khoan cọc nhồi cỡ nhỏ (đường kính 300mm,
sâu 6-12m) được thi công bằng các máy khoan chạy bằng hơi nước. Cuối thập kỷ
40, công nghệ thi công phát triển, người ta có thể mở rộng chân khoan, khoan phá
đá, và biết sử dụng dung dịch betonite để giữ thành. [3]
Quy trình công nghệ thi công cọc khoan nhồi được thể hiện như Hình 1.1.

Hình 1.1. Quy trình công nghệ thi công cọc khoan nhồi.
1) Xác định tim cọc. 2) Tiến hành khoan tạo lỗ giai đọan đầu. 3) Hạ ống vách (2-6m).
4) Bơm dung dịch bentonite. 5) Khoan đến độ sâu thiết kế. 6) Lắp đặt mũi khoan mở rộng
đáy. 7) Tiến hành khoan mở rộng đáy. 8) Đo kiểm tra chiều sâu lỗ khoan. 9) Lắp hạ lồng
thép. 10) Lắp hạ ống tremie (ống phun bê tông tươi). 11) Xử lý cặn hố khoan bằng khí nén.
12) Đổ bê tông. 13) Hòan tất công tác đổ bê tông. 14) Rút ống vách.


5

1.2 CÔNG NGHỆ PHUN VỮA ÁP LỰC CAO DỌC THÂN CỌC
Công nghệ phun vữa áp lực cao dọc thân cọc (Shaft Grouting) là công nghệ
nhằm mục đích gia tăng SCT ma sát dọc thân cọc, được tiến hành như Hình 1.2.
sau: [10]

Hình 1.2. Quy trình công nghệ thi công cọc khoan nhồi phun vữa áp lực cao.
1) Định vị cọc khoan. 2) Tiến hành khoan tạo lỗ. 3) Loại bỏ mùn khoan. 4) Lắp đặt
lồng thép. 5) Đổ bê tông. 6) Phá nước. 7) Phun vữa thân cọc.

Điểm khác biệt của công nghệ cọc phun vữa so với cọc thông thường nằm ở
các bước (4)–lắp đặt thiết bị phun vữa trong lồng thép, (6)–công tác phá nước, (7)–
công tác phun vữa áp lực cao, sẽ được trình bày cụ thể như sau:
1.2.1 Lắp đặt thiết bị phun vữa trong lồng thép
Trong lồng cốt thép cọc khoan nhồi/barrette sẽ được lắp đặt thêm các ống
phun vữa. Ống phun vữa (Tube A Manchette – TAM) là các ống thép đường kính
ngoài từ 49mm-60mm đươc khoan trước các lỗ phun với khoảng cách thông thường
từ 0.5m-1.0m và cách đáy ống từ 0.5m-1.5m. Các lỗ này được bọc ngoài bởi màng
cao su tạo thành các van một chiều (gọi là các sleeve).