24/08/2016

Đôi nét về công nghệ cọc bê tông ống đường kính lớn đổ tại chỗ trong gia cố nền đất yếu

Nguyễn Thị Ngân - Giảng viên Khoa XD-KT

1.Đặt vấn đề:
Trong những năm gần đây, quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa diễn ra mạnh mẽ kết hợp với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành xây dựng nước ta đã có những bước phát triển nhanh chóng. Đi cùng với sự phát triển đó, ngành xây dựng cũng đặt ra các yêu cầu cấp thiết, trong đó khắc phục những sự cố công trình do nền đất yếu gây là một vấn đề được quan tâm.
Ở nước ta hiện nay, các giải pháp gia cố nền đất yếu chủ yếu được sử dụng là: Cố kết gia tải trước bằng cát đắp hoặc hút chân không kết hợp với bấc thấm; Trụ xi măng đất; Cọc cát (giếng cát); Cọc bê tông cốt thép dự ứng lực… Tuy nhiên, mỗi giải pháp này đều mang trong nó những mặt ưu, nhược điểm nhất định.
Bài viết này sẽ giới thiệu về một phương pháp gia cố nền đất yếu còn khá mới mẻ tại Việt Nam. Đó là phương pháp cọc bê tông ống đường kính lớn đổ tại chỗ (gọi tắt là cọc PCC). Đây là một phương pháp được nghiên cứu và phát triển bởi Viện nghiên cứu Địa kỹ thuật Hồ Hải, Trung Quốc (các tác giả : Liu, Fei, Ma, và Gao, 2001-2002) và đã được ứng dụng hiệu quả, phổ biến tại quốc gia này. Việc nghiên cứu và áp dụng thành công công nghệ cọc PCC sẽ cung cấp thêm một giải pháp mới trong thi công xử lý nền đất yếu ở nước ta.

2. Nguyên lý làm việc của cọc PCC
Cọc bê tông ống đường kính lớn đổ tại chỗ là cọc được hình thành sau khi thi công hạ ống vách kép xuống nền đất yếu tới độ sâu thiết kế bằng phương pháp rung, đầu ống vách được bố trí nắp bịt bảo vệ ngăn không cho đất xâm nhập vào trong ống vách trong khi hạ. Quá trình đổ bê tông vào thành rỗng để hình thành cọc được tiến hành đồng thời với việc rung và rút ống vách lên. Lực rung của máy hạ cọc có tác dụng đầm chặt bê tông cọc đảm bảo chất lượng cọc đồng thời cũng đầm chặt đất xung quanh cọc.

Hình 1: Kích thước hình học cọc PCC

Hình 2: Đầu cọc PCC sau khi thi công tại hiện trường

Với cọc thông thường, sức chịu tải của cọc được huy động từ sức kháng ma sát các ở các mặt bên. Nhưng với cọc PCC, đặc tính là cọc bê tông ống và có lõi đất bên trong nên khi chịu tải, cả sức kháng ma sát bên trong và bên ngoài thành cọc sẽ được huy động dẫn đến sức chịu tải của cọc lớn. Hơn nữa, khi cọc được hạ đến độ sâu thiết kế, lực ma sát sẽ hình thành giữa đất và cọc, quá trình vừa rung vừa rút ống vách lên của máy làm bê tông được đầm chặt, áp lực bê tông lớn sẽ làm cho bê tông phân phối rộng hơn ra xung quanh, do đó chiều dày thành có thể mở rộng hơn so với thiết kế, lực ma sát thành cũng tăng. Tuy nhiên để đảm bảo an toàn cho thiết kế, trong tính toán thường bỏ qua sức kháng ma sát bên trong lòng cọc.

Hình 3: Mô tả sự hình thành sức kháng ma sát thành cọc

Như vậy, so với cọc đặc có cùng diện tích tiết diện, cọc bê tông ống có lực kháng thành lớn hơn; và khi so với cọc đặc có cùng sức chịu tải thì thể tích bê tông dùng cho cọc rỗng là tiết kiệm hơn rất nhiều.

Hình 4: Sức kháng thành của cọc đặc và cọc rỗng

3.Ưu nhược điểm của phương pháp cọc PCC
Với các nghiên cứu và ứng dụng đã có, bước đầu cho thấy giải pháp thi công xử lý nền bằng cọc PCC có một số ưu điểm và nhược điểm chính như sau:
Về ưu điểm:
-           Sức chịu tải lớn, độ ổn định tổng thể cao;
-           Công nghệ thi công đơn giản;
-           Có thể sử dụng cọc đường kính lớn;
-           Chất lượng cọc cũng như việc kiểm soát chất lượng có độ tin cậy cao;
-           Giá thành cạnh tranh;
-           Thời gian thi công nhanh;
-           Độ lún dư của nền sau xử lý bằng cọc PCC là rất nhỏ.
Về nhược điểm:
-           Với địa chất quá yếu có nhiều bùn sét việc kiểm soát chất lượng cọc là tương đối phức tạp, và lượng bê tông hao hụt sẽ lớn;
-           Trường hợp có lớp cát xen kẹp dày hoặc chướng ngại vật thì việc rung hạ cọc sẽ gặp nhiều khó khăn và phải có giải pháp bổ sung để rung hạ cọc;
-           Chất lượng thi công cọc cho một số loại địa chất phức tạp phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm thi công.

4.Những ứng dụng tại Việt Nam:
Tại Việt Nam, công nghệ cọc PCC gần đây đã được đưa vào áp dụng cho một số công trình, đem lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật nhất định. Tuy nhiên, vẫn tồn tại một số hạn chế do đây là một công nghệ mới, ít nhân lực có kinh nghiệm và chủ yếu là đúc kết rút kinh nghiệm trong quá trình thi công. Một số dự án tại Việt Nam được ứng dụng cọc PCC để xử lý nền đất yếu như:
-           Dự án mở rộng kho chứa nhà máy đạm Cà Mau, nền đất yếu có chiều dày 17-18m, được xử lý bằng cọc PCC có đường kính ngoài 1200mm, chiều dày thành 120mm và chiều dài cọc 22.5m, bê tông cọc mác 250.
-           Tại Hà Nội: Đường vào ga và đường thử tàu của ga đầu Dự án xây dựng tuyến đường sắt đô thị Cát Linh – Hà Đông; cọc PCC để xử lý nền đất yếu ở đây được thiết kế có đường kính 1000mm, chiều dày thành cọc 120mm, chiều dài cọc tùy theo từng khu vực dao động từ 18-22m.