Hiệu quả xói rửa đáy và bơm vữa đối với sức chịu tải của cọc tại công trình ever fortune plaza hà nội

Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ hai về
Sự cố và h hỏng công trình Xây dựng

Hiệu quả của xói rửa đáy và bơm vữa đối với sức
chịu tải của cọc tại công trình Ever Fortune
Plaza, hà nội
Tsay Shing-Liang
Ever Fortune Industrial Co. Ltd., Taiwan
Trịnh Việt Cờng
Viện KHCN Xây dựng
ABSTRACT: The bearing capacity of bored piles can be largely reduced if the

bottom of borehole is not cleaned properly before concreting. According to the
experience in some countries, bottom treatment by cleaning and grouting is an
efficient method for improving pile bearing capacity. This paper deals with the
results from application of this technique for 2 piles at the construction site of
Hanoi Ever Fortune Plaza. The load bearing capacity of treated piles is
increased by 50 ữ100% in comparison with the bearing capacity of untreated
piles in the same soil conditions.
1. Mở đầu
So với một số loại cọc khác, cọc khoan nhồi có nhiều u điểm về mặt kỹ thuật, đặc biệt
khi xây dựng công trình có tải trọng lớn trong khu vực đô thị. Tuy vậy thực tế cho thấy
khả năng phát sinh khuyết tật trên thân cọc và dới mũi cọc do hạn chế của công nghệ
thi công. Kết quả khoan kiểm tra mũi cọc ở nhiều công trình xây dựng cho thấy một tỷ
lệ khá cao các cọc đợc kiểm tra có lớp mùn lắng dới mũi cọc với bề dày vợt quá mức
cho phép dẫn tới giảm sức chịu tải ở mũi cọc. Có thể coi lớp mùn này là một dạng
khuyết tật của cọc nếu bề dày của lớp này vợt quá 5-10 cm.
Để khắc phục nhợc điểm trên, ngoài biện pháp cải tiến nâng cao hiệu quả của công
việc thổi rửa đáy hố khoan, một số công nghệ xử lý mũi cọc sau khi đã đổ bê tông đã
đợc nghiên cứu và áp dụng ở Đức, Nhật, Đài Loan, Trung Quốc, v.v. Hiệu quả của phơng pháp xử lý đối với sức chịu tải rất cao. Kinh nghiệm áp dụng phơng pháp xói mũi
cọc và bơm vữa ở Đài Loan cho thấy trờng hợp mũi cọc tựa vào đất cứng nh đá hoặc

cuội sỏi thì sức chịu tải của cọc có thể tăng gấp đôi. Đây đợc coi là một phơng pháp
cho hiệu quả kinh tế - kỹ thuật rất cao, đã đợc áp dụng rộng rãi ở Đài Loan.
Báo cáo này trình bày kết quả bớc đầu áp dụng công nghệ này sử dụng thiết bị sẵn có ở
Việt Nam tại công trình Ever Fortune Plaza, Hà nội.
2. Đặc điểm của công trình
Thiết kế xây dựng một khách sạn trên khu đất 83B Lý Thờng Kiệt dợc thực hiện từ
đầu những năm 90 của thế kỷ trớc. Năm 1996 toàn bộ số lợng cọc khoan nhồi cho
móng của công trình (theo thiết kế đợc lựa chọn ở thời điểm đó) đã đợc thi công. Tuy
vậy sau khi hoàn thành phần cọc, dự án không đợc triển khai tiếp nên cho tới nay khu
đất này vẫn đợc để trống. Sau khi tiếp quản dự án, Ever Fortune Industrial Ltd (Đài


Loan) dự kiến xây dựng một toà nhà cao tầng theo thiết kế mới. Công tác thiết kế công
trình do công ty t vấn Architype thực hiện. Phơng án kiến trúc mới có nhiều thay đổi so
với thiết kế trớc kia nên kết cấu của công trình cũng thay đổi theo, vì vậy cần thi công
thêm một số cọc. T vấn thiết kế đã kiến nghị tiến hành thi công và thí nghiệm nén tĩnh
2 cây cọc đờng kính 1.2 m đợc xử lý bằng biện pháp xói và bơm vữa để làm cơ sở cho
thiết kế nền móng công trình.
3. Điều kiện địa chất
Công tác khảo sát địa chất đã đợc thực hiện với 7 hố khoan. Trụ địa chất điển hình tại
khu vực xây dựng đợc thể hiện trong bảng 1.
Bảng 1. Cấu tạo địa tầng tại khu vực xây dựng
Số
hiệu
lớp
1

Mô tả

Độ sâu và bề dày (m)

SPT

Nóc lớp

Đáy lớp

Bề dày

Đất lấp

0

2.0

2.0

-

2

Bùn sét

2.0

4.2

2.2

2

3

Sét dẻo cứng

4.2

7.2

3.0

7

4

Sét pha nửa cứng

7.2

14.8

7.6

9ữ15

5

Cát hạt mịn

14.8

17.0

2.2

9

6

Cát hạt trung

17.0

27.0

10.0

19ữ28

7

Cát hạt thô, chặt

27.0

34.5

7.5

37

8

Cuội sỏi

>34.5

-

-

>100

Kết quả khảo sát địa chất công trình cho thấy lớp cuội sỏi (8) là lớp đất tốt nhất đã gặp
trong phạm vi khảo sát. Theo thiết kế cho phơng án cũ cọc khoan nhồi đờng kính 1.0 m
đợc hạ đến độ sâu 40 m, do đó chiều dài cọc nằm trong lớp cuội sỏi khoảng 5.5 m.
Trong phơng án thiết kế mới hai cây cọc thí nghiệm đợc thi công đến độ sâu 41.8 m và
45.4 m, với chiều dài nằm trong lớp cuội sỏi khoảng 7.3 ữ 10.9 m.
4. Các cây cọc thí nghiệm
4.1. Cấu tạo cọc
Chơng trình thí nghiệm cọc đợc thực hiện với mục đích thu thập nhiều thông tin về sức
chịu tải của cọc. Ngoài chuyển vị và lực dọc trục tại đầu cọc, các đại lợng trên đợc
quan trắc tại 3 độ sâu khác (xem bảng 2) trong suốt quá trình thí nghiệm bằng các đầu
đo chuyên dùng. Độ sâu đặt các đầu đo đợc xác định theo độ sâu đặt móng và theo
điều kiện đất nền: Độ sâu 10 m tơng ứng với đáy đài cọc, độ sâu 17 m ứng với vị trí
chuyển tiếp sang lớp cát thô và các độ sâu 39 và 45 m nằm gần mũi cọc. Với cách bố
trí nh trên từ kết quả thí nghiệm có thể xác định một cách tơng đối chi tiết các thành
phần sức chịu tải của cọc nh sau:
- Quan hệ tải trọng - độ lún tại 4 độ sâu: đầu cọc, đáy móng, nóc lớp cát và mũi cọc;
- Ma sát bên trung bình trong lớp sét và lớp cát.

Các thông số về các cọc thí nghiệm đợc trình bày trong bảng 2, sơ đồ bố trí các đầu đo
đợc trình bày trên hình 1.
Bảng 2. Thông tin về cọc thí nghiệm
Thông số

Cọc thí nghiệm
TCP-1

TCP-2

Đờng kính cọc (m)

1.2

1.2

Chiều dài cọc (m)

41.8

45.4

0; 10; 17; 45

0; 10; 17; 39

Ngày đổ bê tông cọc

29/5/2003

31/5/2003

Ngày đổ bơm vữa xử lý mũi cọc

21/6/2003

19/6/2003

Ngày kết thúc thí nghiệm nén tĩnh

23/7/2003

1/8/2003

Độ sâu đặt đầu đo lực và chuyển vị (m)

0.0 m
-2.0 m

Đầu đo lực

-10.0 m

A

-17.0 m

A

Đầu đo

A-A

Đầu đo
chuyển vị

Cây cọc

-39.0 m

Hình 1. Sơ đồ bố trí đầu đo biến dạng và chuyển vị
4.2. Qui trình thi công cọc
Các cây cọc thí nghiệm đợc thi công bằng thiết bị khoan gầu và đổ bê tông
trong dung dịch khoan. Toàn bộ quá trình khoan và đổ bê tông đ ợc tiến hành
thuận lợi, không xảy ra sự cố kỹ thuật có thể gây ảnh h ởng bất lợi đến chất lợng
cây cọc. Việc khoan kiểm tra mũi cọc đã đ ợc thực hiện để kiểm tra tình trạng
ngay dới mũi cọc. Mẫu bê tông và đất dới mũi cọc thu đợc lấy lên khi khoan tạo
lỗ để xử lý mũi cọc cho thấy bê tông cọc có chất l ợng tốt kể cả ở phần tiếp giáp


giữa cọc và đất. Tuy vậy ngay dới mũi cọc tồn tại một lớp mùn khoan với thành
phần chủ yếu là cát hạt mịn đến hạt trung lẫn bentonite, bề dày lớp này tới 30
cm. Mẫu khoan lấy từ 2 cọc đợc thể hiện trên hình 2.

Cọc TCP-1

Cọc TCP-2

Hình 2. Mẫu khoan kiểm tra mũi cọc
4.3. Xử lý mũi cọc
Sau khi bê tông cọc đạt khoảng 50% cờng độ thiết kế, công tác xử lý mũi cọc đợc tiến
hành. Qui trình thi công xử lý bao gồm các điểm chính sau đây:
-

Khoan 2 lỗ từ đáy 2 ống đặt sẵn trong cọc, qua lớp bê tông dới đáy và xuyên vào
lớp đất dới mũi cọc;

-

Xói bằng tia nớc áp lực cao 250ữ300 kg / cm 2 (hình 3a);

-

Thổi rửa đáy bằng cách bơm nớc áp lực 50 kg / cm 2 qua một lỗ khoan trong khi
lỗ kia đợc sử dụng để thoát nớc (hình 3b);

-

Tiến hành bơm vữa với áp lực 50 kg / cm 2 qua lỗ khoan (hình 3c) và giữ áp lực để
vữa xi măng xâm nhập sâu vào lớp cuội sỏi dứơi mũi cọc (hình 3d).

-

Tiến hành bơm vữa với áp lực 50 kg / cm 2 qua lỗ khoan (hình 3c) và giữ áp lực để
vữa xi măng xâm nhập sâu vào lớp cuội sỏi dứơi mũi cọc (hình 3d).

5. Kết quả thí nghiệm nén tĩnh
Nén tĩnh cọc đợc thực hiện bằng biện pháp chất tải. Cấp tải trọng cao nhất đã đạt

tới bằng 2500 T và cấp này cả hai cây cọc ch a đạt tới sức chịu tải giới hạn. Quan
hệ tải trọng - độ lún của cây cọc TCP-1 (dài 41.6 m) đ ợc thể hiện trên hình 4.
Kết quả quan trắc lực dọc trục cọc đợc thể hiện trên hình 5, cho thấy ở cấp tải
trọng lớn nhất thành phần sức chịu tải dới mũi cọc chiếm 40% sức chịu tải tổng
cộng. Cũng có thể thấy ma sát bên cọc đã đợc huy động gần hết khi tải trọng ở
đầu cọc đạt 1500 tấn.


a) Khoan tạo lỗ, xói
bằng tia nớc áp lực
cao

b) Thổi rửa đáy bằng nớc áp lực 50 kg / cm 2

c) Bơm vữa áp lực
50 kg / cm 2

d) Giữ áp lực để vữa
xâm nhập vào đất

Hình 3. Trình tự thực hiện xói và bơm vữa mũi cọc

Tải trọng (T)
0

1000

2000

3000

0

Độ lún (mm)

10
20
30
40

Hình 4. Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún
của cọc TCP-1
Hình 5. Phân bố tải dọc trục cọc TCP-1
ở một số cấp gia tải
6. Nhận xét về hiệu quả của biện pháp xử lý
So với các cọc có cùng đờng kính và có chiều dài tơng đơng ở khu vực Hà nội, tải trọng
đã đạt tới khi thí nghiệm 2 cây cọc TCP-1 và TCP-2 (đợc xử lý mũi) cao gấp khoảng
1.7 lần. Tải trọng thí nghiệm hai cây cọc xấp xỉ giá trị đạt đợc khi nén tĩnh một số cọc
barrette tiết diện 1.2x2.8 m trong điều kiện đất nền tơng tự.
Để đánh giá một cách cụ thể hơn hiệu quả của việc xử lý mũi cọc có thể so sánh với
kết quả thí nghiệm một số cây cọc ở cùng hiện trờng nhng không đợc xử lý. Trớc khi
thực hiện thí nghiệm nén tĩnh 2 cây cọc đờng kính 1.2 m nêu trên, Viện KHCN Xây
dựng đã thực hiện thí nghiệm nén tĩnh 5 cây cọc khác có đờng kính 1.0 m, dài 40 m
thuộc móng của dự án cũ (đã đợc thay thế bởi dự án hiện nay). Các cây cọc nêu trên


đều đợc thi công theo phơng pháp thông thờng nên mũi cọc không đợc xử lý sau khi đổ
bê tông. Với mục đích so sánh, kết quả thí nghiệm cho cọc đờng kính 1.2 m đợc qui
đổi sang cọc đờng kính 1.0 m trên cơ sở các giá trị của ma sát bên và lực ở mũi cọc
ứng với mỗi cấp tải xác định theo thí nghiệm đo lực dọc thân cọc nh đã mô tả ở phần

trên. Kết quả chuyển đổi đợc thể hiện trên hình 6 cùng với biểu đồ nén tĩnh 3 cây cọc
đờng kính 1.0 m tại hiện trờng này. Trong trờng hợp này có thể thấy hiệu quả của phơng pháp xử lý mũi cọc là rất rõ, thể hiện trên 2 khía cạnh: Độ lún của cọc giảm và sức
chịu tải giới hạn tăng lên. Sơ bộ có thể thấy sau khi đợc xử lý sức chịu tải của cọc tăng
khoảng 1.5 lần.
Tải trọng (T)
0

500

1000

1500

2000

0

Độ lún (mm)

5
10
15
20
25
30

Cọc B-5a
D-5b
H-6
Chuyển đổi

35

Hình 6. So sánh cây cọc chuyển đổi với kết quả thí nghiệm 3 cây cọc
1000 mm không đợc xử lý mũi tại cùng hiện trờng
7. Kết luận và kiến nghị
Kết quả áp dụng biện pháp xử lý mũi cọc bằng phơng pháp xói và bơm vữa cho 2 cây
cọc khoan nhồi tại công trình xây dựng Ever Fortune Plaza bớc đầu cho thấy:
-

Công nghệ nêu trên tơng đối đơn giản, có thể sử dụng thiết bị hiện có trong nớc để
xử lý cho cọc;

áp dụng cho cọc khoan nhồi hạ đến lớp cuội sỏi trong điều kiện đất nền ở Hà
Nội, sức chịu tải của cọc sau khi đợc xử lý có thể tăng thêm 50%ữ100%.
Vì phơng pháp xử lý mũi cọc có chi phí thấp trong khi hiệu quả kỹ thuật rất cao, việc
tiếp nhận chuyển giao công nghệ và áp dụng trong thi công cọc khoan nhồi ở Việt Nam
nên đợc khuyến khích.
-

Tài liệu tham khảo
1. Viện KHCN Xây dựng - Báo cáo kết quả thí nghiệm cọc tại công trình EVER
FORTUNE PLAZA - Hà Nội, 2003.
2. Ever Fortune Industrial Co. Ltd. - Qui trình thi công xói rửa và và bơm vữa xử lý
mũi cọc 2003.