Application of screw piles in foundation engineering
Hồ Mạnh Hùng
Bentley Systems Singapore, Pte. Ltd., Singapore. E-mail: [email protected]
Cọc vít (Screw pile) ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nền móng do có rất nhiều lợi thế so với cọc đóng truyền thống như thi công dễ dàng, yêu cầu thiết bị thi công ít, gây ra tiếng ồn và rung động bé trong quá trình thi công và rất hiệu quả kinh tế cũng như thân thiện với môi trường (Livneh & El Naggar, 2008; Mohajerani et al., 2016). Ngoài ra, Screw pile được thi công bằng các thiết bị xoay nên làm giảm hư hại tới công trình lân cận (Livneh & El Naggar, 2008).
Cọc vít gồm có thân cọc (shaft) và cánh (helix). Cánh hình xoắn ốc được hàn vào thân cọc, giúp cho quá trình hạ cọc vào nền đất bằng phương pháp xoay cọc (Hình 1). Cọc vít có thể sử dụng nhiều cánh với khoảng cách nhất định để tăng sức chịu tải cho cọc so với cọc chỉ có một cánh.
Một số nghiên cứu dựa trên thí nghiệm đã so sánh giữa cọc thẳng (straight pile) (đường kính cọc – DS) với cọc vít có đường kính cánh (DH) và đường kính thân (shaft, DSS) trong nền cát chặt dưới tác dụng tải đứng dọc trục (Hình 2) (Malik et al., 2017). Cụ thể, hai cọc thẳng có đường kính, DS = 60 mm và DS = 21.7 mm. Cọc vít có đường kính cánh DH = 60 mm, và Dss = 21.7 mm (DH/DSS = 2.8). Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng, tương ứng với chuyển vị tại 10% đường kính cánh cọc (6.0 mm), khả năng chịu tải của cọc vít lớn hơn bốn lần so với cọc thẳng có cùng đường kính thân cọc (DS = DSS = 21.7 mm) (Hình 3). Tuy cọc vít có sức chịu tải kém hơn cọc thẳng có cùng đường kính cánh cọc (DS = DH = 60 mm) khoảng 30 %, nhưng cọc vít sử dụng ít vật liệu hơn nhiều (đường kính DS = 60 mm so với DSS = 21.7 mm). Lưu ý, sức chịu tải cọc chủ yếu do mũi cọc và cọc vít trong thí nghiệm trên sử dụng chiều dày cánh đủ lớn để cánh không biến dạng trong quá trình chịu lực đứng.
Trường hợp chiều dày cánh không đủ lớn hoặc đường kính cánh cọc lớn hơn nhiều so với đường kính thân cọc, cánh bị biến dạng trong quá trình chịu lực nén đứng, sức chịu tải của cọc vít sẽ bị giảm. Kết quả thí nghiệm và phân tích mô hình số đã thể hiện, sức chịu tải của cọc vít sẽ giảm tuyến tính với chuẩn hóa biến dạng uốn (y) của cánh và nửa chiều rộng cánh cọc (DH-HS)/2 (Ho et al., 2021) (Hình 4).
Như vậy, việc sử dụng cọc vít (Screw pile) là rất hiệu quả và có nhiều ưu điểm so với cọc thẳng đặc biệt trong điều kiện hạn chế như ở đô thị cần hạn chế tiếng ồn và rung động trong quá trình thi công, cũng như cần kiểm soát về môi trường. Việc áp dụng cọc vít nên được xem xét trong quá trình thiết kế và áp dụng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Ho, H. M., Malik, A. A., Kuwano, J., & Rashid, H. M. A. (2021). Influence of helix bending deflection on the load transfer mechanism of screw piles in sand: Experimental and numerical investigations. Soils and Foundations, 61(3), 874–885.
Livneh, B., & El Naggar, M. H. (2008). Axial testing and numerical modeling of square shaft helical piles under compressive and tensile loading. Canadian Geotechnical Journal, 45(8), 1142–1155.
Malik, A. A., Kuwano, J., Tachibana, S., & Maejima, T. (2017). End bearing capacity comparison of screw pile with straight pipe pile under similar ground conditions. Acta Geotechnica, 12(2), 415–428.
Mohajerani, A., Bosnjak, D., & Bromwich, D. (2016). Analysis and design methods of screw piles: A review. Soils and Foundations, 56(1), 115–128.
Nippon Steel (2020). NS Eco-Pile. www.nipponsteel.com
