Ứng dụng cọc đá để gia cố nền đất yếu ở Việt Nam

Giới thiệu về cọc đá đầm rung sâu

Công nghệ cọc đá đầm rung sâu có thể xử lý cho cho hầu hết các loại đất nền bất lợi. Ở đây, lực đầm rung sử dụng để đầm chặt cọc làm bằng vật liệu đá dăm và vật liệu được nạp từ đáy (bottom-feed) thông qua ống dẫn là phương pháp thường được áp dụng nhất.
Về nguyên tắc cơ bản, sử dụng đầm rung tạo lỗ tại vị trí cần gia cố, đá được cho xuống đáy của lỗ này. Nhờ lực rung động của máy đầm mà từng đoạn cọc đá được đầm chặt, đường kính cọc lớn hơn đường kính của lỗ tạo ra ban đầu do lực đầm rung. Quá trình này lặp đi lặp lại đến khi toàn bộ cọc đá được thi công xong.
Trình tự thi công cọc đá đầm chặt
Cọc đá cùng với đất nền xung quanh hình thành một khối nền có tính nén lún giảm và sức chống cắt tăng. Thêm vào đó, nếu đất nền là đất rời thì đất nền giữa các cọc đá cũng được đầm chặt thêm, hiệu quả của cọc đá bao gồm: tăng cường khả năng chịu tải của nền; giảm độ lún tổng cộng và độ lún lệch của kết cấu; giảm nguy cơ hóa lỏng nền của cát; gia tăng tốc độ lún cố kết, từ đó rút ngắn thời gian cố kết.
Tính “linh động” của cọc đá cho phép nền sau khi gia cố có thể chịu được tải trọng lớn mà không bị phá hoại cục bộ. Tức là đất nền không bị phá hoại do biến dạng lớn so với các loại vật liệu khác có tính dòn có thể bị phá hoại chỉ với mức độ biến dạng nhỏ. Ngoài chức năng là thành phần chịu lực chính, cọc đá còn có chức năng thoát nước giúp thúc đẩy quá trình cố kết của đất nền xung quanh dẫn đến tăng tính chất cơ lý.
Mức độ gia cố (giảm lún và tăng khả năng chịu tải) do tác dụng của cọc đá phụ thuộc đáng kể vào tính chất của đất nền, đường kính của cọc đá, khoảng cách giữa các cọc. Sơ đồ bố trí lưới cọc và khoảng cách giữa các cọc được xác định căn cứ vào giá trị tải trọng, tính chất của đất nền và yêu cầu kỹ thuật như sức chịu tải, hệ số an toàn, độ lún cho phép. Đường kính của cọc đá thường từ 0,7m đến 1,2m, khoảng cách giữa các cọc từ 1,5m đến 2,5m. Chiều sâu của cọc đá tùy thuộc vào đất nền hiện hữu, chiều sâu điển hình từ 6m đến 20m. Trong một vài trường hợp đặc biệt, khi lớp đất yếu có bề dày lớn thì chiều dài của cọc có thể đến 30m.
Cọc đá đã được ứng dụng rộng rãi để gia cố cho nền cát bột rời, đất sét mềm, đất bụi rất mềm, đất sét từ chất thải của mỏ, bùn sét với sức chống cắt không thoát nước lớn hơn 7kPa và độ sâu không quá 30m.
Vật liệu dùng cho cọc đá đầm rung sâu phải đảm bảo đủ độ cứng và trơ về mặt hoá học để duy trì sự ổn định trong thi công và trong điều kiện làm việc dưới mực nước ngầm. Vật liệu được thí nghiệm đánh giá chất lượng trước khi thi công. Trong quá trình thi công, cần thiết kiểm tra chất lượng vật liệu theo tần suất nhất định.
Bảng yêu cầu kỹ thuật đối với vật liệu sử dụng cho cọc đá
Thí nghiệm
Tiêu chuẩn
Yêu cầu
Tần suất
Độ nén dập
BS 812 : 1992
<30%
2000 tấn
Độ mài mòn
ASTM C131
Max 40% tại 500 vòng/ phút
2000 tấn
Chỉ số thoi dẹt
BS 812 : 1992
< 30%
2000 tấn

Cơ sở tính toán gia cố nền bằng cọc đá

Tính toán khả năng chịu tải và độ lún
Cọc đá đã được nghiên cứu ứng dụng từ những năm 50 của thế kỷ 20. Trải qua hơn 60 năm phát triển, các lý thuyết tính toán đã được nghiên cứu và phát triển bao gồm khả năng chịu tải và biến dạng lún của nền sau khi xử lý.
Trong các phương pháp, phương pháp Priebe được một số nước khuyến nghị sử dụng như là tiêu chuẩn quốc gia trong tính toán thiết kế cọc đá. Priebe đã phát hành ấn bản thiết kế cọc đá đầu tiên vào năm 1976, sau đó có hiệu chỉnh và sửa chữa. Đến năm 1995, chỉ dẫn thiết kế cọc đá chính thức ra đời. Trong đó, Priebe đã cung cấp quy trình thiết kế cùng với những biểu đồ rõ ràng để đánh giá các chỉ tiêu khác nhau bao gồm mức độ giảm lún của nền, sức chịu tải, sức chống cắt, độ lún của móng và khả năng hóa lỏng nền.
Priebe đã đơn giản hóa việc tính toán bằng biểu đồ cho hệ số gia cố no căn cứ vào góc ma sát trong của vật liệu cọc và nghịch đảo của tỷ diện tích thay thế 1/Ar = A/Ac lúc này gọi là tỷ diện tích như trong dưới đây.
Biểu đồ tính toán hệ số gia cố theo Priebe
Tính toán cố kết của nền xử lý bằng cọc đá
Han và Ye (2001) đã trình bày lý thuyết đơn giản để dự báo mức độ cố kết của nền gia cố bằng cọc đá trong việc thay đổi hệ số cố kết C’r và nhân tố thời gian T’r
Như vậy, cơ sở lý thuyết tính toán đủ để đáp ứng cho việc thiết kế gia cố nền móng bằng cọc đá cho các dạng tải trọng khác nhau như móng đơn, móng băng hoặc các cấu kiện có diện gia tải rộng như nền đắp, móng bồn chứa.

Ứng dụng tại Việt Nam

Phương pháp gia cố nện bằng cọc đá được giới thiệu chính thức vào các dự án tai Việt Nam tương đối muộn từ sau năm 2008 cho một số công trình nhà máy công nghiệp cảng biển và hóa lọc dầu: Nhà máy InterFlour, nhà máy Vifon, bãi đóng dàn khoan PTSC, nhà máy hóa lọc dầu Nghi Sơn và đã cho thấy phương án có nhiều ưu điểm trong công tác gia cố nền (thời gian nhanh, giá thành cạnh tranh). Nền sau khi gia cố có thể chịu được tải trọng cao (lên đến 50T/ m2 ở dự án PTSC) và đọ lún dư và lún lệch nhỏ (móng bồn dầu cho dự án hóa lọc dầu Nghi Sơn cho phép lún lệch 13mm/ 10m theo chu vi)
Tại Việt Nam tiêu chuẩn cơ sở cho phương pháp trụ đá đầm chặt đã được viện KHCN- BXD ban hành năm 2015 (TCCS 66:2015/IBST) nhằm bước đầu cung cấp các thông tin cơ bản cho công tác thiết kế thi công và nghiệm thu cho phương pháp này tại Việt Nam.
Trong thời gian sắp tới cần nghiên cứu biên soạn và phát hành TCVN và định mức dự toán cho phương pháp này nằm tạo điều kiện lan tỏa hơn nữa trong công tác gia cố xử lý nền đất yếu tại Việt Nam
Một số hình ảnh ứng dụng cọc đá tại Việt Nam
Thi công cọc đá và thử tải tại PTSC Vũng Tàu
Thi công cọc cho móng bồn dầu đường kính 90m tại nhà máy hóa lọc dầu Nghi Sơn, Thanh Hóa
 PGS.TS. Bùi Trường Sơn, Th.S Lê Hồng Quang

 

SHARE