Thổi rửa và bơm phụt vữa gia cường chân cọc khoan nhồi

Chân cọc khoan nhồi luôn luôn bị giảm yếu do tầng đất bị xáo trộn khi khoan đào và lớp mùn khoan lắng đọng lại tại đáy lúc đổ bê tông. Hiện tượng này làm giảm đáng kể sức mang tải của cọc khoan nhồi. Ý tưởng bơm phụt vữa để gia cố chân cọc nhằm tận dụng khả năng mang tải của cọc khoan nhồi đã được thực hiện tại nhiều nơi trên thế giới (Thái Lan, Đài Loan, Trung Quốc…). Tại Bangkok, đáy cọc khoan nhồi nằm trong lớp cát hạt trung hoặc thô độ sâu 50m-70m đã được bơm phụt vữa xi măng gia cường từ những năm 1990 (do hãng Bauer thực hiện) nhưng chỉ với mục đích cải thiện chất lượng chân cọc, tăng mức độ an toàn cho công trình.

Việc bơm vữa gia cường chân cọc khoan nhồi ở Hà Nội đã bắt đầu được triển khai thử từ năm 2002 tại một số công trình nhà cao tầng như Everfortune – 83 Lý Thường Kiệt, chung cư 27 Láng Hạ… và cho thấy hiệu quả cao của công nghệ này. Để tạo cơ sở khoa học và thực tiễn áp dụng đại trà công nghệ trên, một đề tài nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành theo kế hoạch nghiên cứu của Sở Khoa học và Công nghệ Hà Nội từ đầu năm 2004. Đơn vị chủ trì là Trường Đại học Xây Dựng và đơn vị phối hợp là Công ty Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp DELTA. Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu của các tác giả thuộc đề tài nói trên.

Nội dung các nghiên cứu thực nghiệm

Mục đích nghiên cứu chính của đề tài là thông qua các thực nghiệm, xác định tính khả thi kỹ thuật và hiệu quả kinh tế của công nghệ bơm thổi rửa-phụt vữa xi măng đáy cọc khoan nhồi trong vùng Hà Nội.

Các công việc chính của đề tài là:

• Thi công bơm thổi rửa-phụt vữa xi măng đáy cho một số cọc khoan nhồi trong vùng Hà Nội.

• Thí nghiệm xác định sức mang tải của các cọc bơm phụt thử.

• Phân tích hiệu quả kinh tế của công nghệ bơm phụt gia cường đáy cọc.

Công tác thi công bơm thổi rửa-phụt vữa xi măng đáy cọc được tiến hành cho 6 cọc khoan nhồi tại công trình nhà ở cao tầng và văn phòng cho thuê Láng Hạ – Thanh Xuân – Hà Nội. Cọc thử nghiệm có đường kính 1.0-1.2m, dài 50-51m tựa vào tầng cuội sỏi Hà Nội.

Việc thi công bao gồm các công đoạn như sau:

• Thi công cọc khoan nhồi theo công nghệ thông dụng hiện nay. Để phục vụ công tác bơm phụt, đã gắn vào lồng thép ít nhất 2 ống thép D90 bịt kín đáy, đối xứng qua tâm, dọc theo chiều dài cọc, cách cao trình đáy cọc 10-20cm.

• Khoan thủng đáy 2 ống thép D90 đến lớp đất dưới mũi cọc.

• Bơm rửa đáy cọc bằng dòng nước áp lực cao tới 180-200 bar cho tới khi nước phụt lên trong hoàn toàn như nước bơm vào.

• Phụt vữa xi măng gia cường đáy cọc. (Xem hình 2)

Vữa xi măng có tỷ lệ N/XM là 0,55-0,7, độ nhớt 45-70 giây, dung trọng 1.6-1.8g/cm³, cường độ của vữa ở 28 ngày tuổi phải đạt trên 250daN/cm³_. Áp lực bơm tăng từ từ đạt 55-70 bar trong khoảng thời gian 5 phút. Khối lượng vữa bơm xuống đáy cọc là 1600-2700 lít

Bước 1 : Thi công cọc khoan nhồi có đặt sẵn ống thép

Bước 2 : Khoan thủng đáy cọc theo ống đặt sẵn

Bước 3 : Dùng nước áp lực cao thổi sạch mùn khoan đáy cọc

Bước 4 : Bơm vữa xi măng xuống đáy cọc

Bước 5 : Bịt một đầu ống , tiếp tục bơm và giữ áp

Thí nghiệm xác định sức mang tải của cọc

Thí nghiệm này được tiến hành cho cả 6 cọc được bơm phụt và cho 2 cọc không được bơm phụt để đối chiếu so sánh. Thí nghiệm được tiến hành theo đúng quy trình hiện hành TCXD 269:2002. Tải thí nghiệm cho 2 cọc không bơm phụt là 800T (cho cọc D1000mm) và 1200T (cho cọc D1200mm). Tải thí nghiệm cho 6 cọc có bơm phụt là 1400T (cho cọc D1000mm) và 2000T (cho cọc D1200mm). Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc trình bày trong bảng 1 dưới đây.

Bảng 1: Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc

Kết quả thí nghiệm cho thấy, dưới cùng một tải trọng thí nghiệm, độ lún đầu cọc có bơm phụt gia cường đáy giảm đi đáng kể so với cọc không bơm phụt gia cường đáy (xem hình 3) và kết quả là sức chịu tải của cọc có thể lấy tăng lên từ 1,65-1,7 lần so với trước.

Đánh giá hiệu quả kinh tế

Bảng 2 dưới đây sơ bộ cho thấy rằng, phương pháp thổi rửa và bơm phụt vữa đáy cọc khoan nhồi đã làm tăng sức chịu tải của cọc, làm giảm số lượng cọc trên công trình, kéo theo sự giảm kích thước đài cọc, giằng móng… dẫn tới việc có thể giảm chi phí móng cho công trình từ 22 – 25% giá thành, làm giảm suất sức chịu tải của cọc đi 25% (“Suất sức chịu tải” là chi phí cho một tấn sức chịu tải của cọc). Hiệu quả sẽ còn cao hơn khi kể đến nhiều nhân tố khác như rút ngắn thời gian thi công, nhanh chóng đưa công trình vào sử dụng…

Tính toán sơ bộ cho thấy, tại dự án thí nghiệm nếu áp dụng cọc khoan nhồi có bơm rửa và phụt gia cường đáy, kinh phí chi cho phần móng sẽ giảm được chừng 6 tỷ đồng.

Bảng 2: So sánh hiệu quả kinh tế

Kết luận

Việc gia cường chân cọc khoan nhồi trong điều kiện đất nền của Hà Nội bằng phương pháp thổi rửa và bơm phụt vữa xi măng là hoàn toàn khả thi, đem lại hiệu quả kinh tế cao đồng thời tăng mức độ an toàn lâu dài cho công trình.

Trong điều kiện nền đất Hà Nội, áp dụng chặt chẽ công nghệ thổi rửa và bơm phụt vữa xi măng chân cọc có thể tăng sức chịu tải của cọc ít nhất 1,5 lần (so với cọc không áp dụng công nghệ này).

Cần có thêm những nghiên cứu để hoàn thiện quy trình hướng dẫn thiết kế và thi công đồng thời phải sớm được các cơ quan quản lý nhà nước tạo hành lang pháp lý để ứng dụng. Những yếu tố quan trọng nhất trong công nghệ này là tốc độ bơm phụt, độ đậm đặc của vữa thâm nhập và thời gian duy trì. Những đặc trưng này biến đổi theo điều kiện nền đất, chế độ nước ngầm… Công việc này phải được thực hiện bởi đơn vị chuyên nghiệp, có tay nghề và trách nhiệm nghề nghiệp cao.

ThS. Nguyễn Văn Khánh & ThS. Trần Nhật Thành 

Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng

Bài đã đăng trên Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng – số 3/2006