MỘT SỐ Ý KIẾN VỀ CỌC ÉP QUA MỘT HIỆN TRƯỜNG NHỔ CỌC
SOME OPINIONS ABOUT THE jacked PILE THROUGH A PULLING WORK
TS. Nguyễn Anh Dũng, KS. Tạ minh Hoàng
C&E Consultants
ABSTRACT: The first application of the jacked pile in Vietnam was at the underpinning work for La Thanh Hotel in 1983. After that, it is widely used as one piling method for construction inside city. Nowaday, parallely to the bored pile technology, the press piling is accepted as a foundation method for high rise building. During its application, some disadvantages of this method are discovered, but there is still not researches about it. After the pile was installed into the soil, no one knows how is the pile status.SOME OPINIONS ABOUT THE jacked PILE THROUGH A PULLING WORK
TS. Nguyễn Anh Dũng, KS. Tạ minh Hoàng
C&E Consultants
In this papers, the authors desire to show to the colleges what they have been observed through a huge number of press piles which were pulled out in one project. Some opinion based on the points of view of the authors about this foundation method with the intension to upgrade this piling method.
1. MỞ ĐẦU
Cọc ép thuộc loại móng sâu được thi công bằng phương pháp ép. Cọc ép được đưa vào áp dụng ở Việt Nam lần đầu vào năm 1983 với mục đích chống lún cho công trình Khách sạn La Thành. Sau đó do nhu cầu phát triển của việc xây chen, mà khó khăn lớn nhất là tránh được ảnh hưởng đến công trình lân cận khi phải đóng cọc bằng các loại búa Diesel mà cọc ép đã được sử dụng rộng rãi cho các công trình xây mới.
Cho đến nay song song với phương pháp cọc khoan nhồi, cọc ép được chấp nhận như là giải pháp móng cho các công trình trong thành phố kể cả các công trình cao tầng. Trong quá trình áp dụng, người ta đã phát hiện một số vấn đề khiếm khuyết, tuy nhiên nó vẫn chỉ dừng lại ở việc nêu lên hiện tượng mà chưa có những xem xét xác đáng. Sau khi cọc đươc hạ vào lòng đất, thoả mãn những yêu cầu kỹ thuật do thiết kế đề xuất, cọc được coi là hoàn chỉnh. Còn hiện trạng của cây cọc trong lòng đất là như thế nào thì không thể xác định.
Tình cờ, từ kết quả thi công nhổ cọc, nhiều vấn đề về chất lượng cây cọc được bộc lộ. Với báo cáo này tác giả muốn thông báo trao đổi về một kết quả công việc và cũng nêu lên một số nhận xét, đánh giá theo quan điểm của mình về phương pháp cọc ép với mong muốn góp phần khắc phục những khiếm khuyết của nó.
Cọc ép thuộc loại móng sâu được thi công bằng phương pháp ép. Cọc ép được đưa vào áp dụng ở Việt Nam lần đầu vào năm 1983 với mục đích chống lún cho công trình Khách sạn La Thành. Sau đó do nhu cầu phát triển của việc xây chen, mà khó khăn lớn nhất là tránh được ảnh hưởng đến công trình lân cận khi phải đóng cọc bằng các loại búa Diesel mà cọc ép đã được sử dụng rộng rãi cho các công trình xây mới.
Cho đến nay song song với phương pháp cọc khoan nhồi, cọc ép được chấp nhận như là giải pháp móng cho các công trình trong thành phố kể cả các công trình cao tầng. Trong quá trình áp dụng, người ta đã phát hiện một số vấn đề khiếm khuyết, tuy nhiên nó vẫn chỉ dừng lại ở việc nêu lên hiện tượng mà chưa có những xem xét xác đáng. Sau khi cọc đươc hạ vào lòng đất, thoả mãn những yêu cầu kỹ thuật do thiết kế đề xuất, cọc được coi là hoàn chỉnh. Còn hiện trạng của cây cọc trong lòng đất là như thế nào thì không thể xác định.
Tình cờ, từ kết quả thi công nhổ cọc, nhiều vấn đề về chất lượng cây cọc được bộc lộ. Với báo cáo này tác giả muốn thông báo trao đổi về một kết quả công việc và cũng nêu lên một số nhận xét, đánh giá theo quan điểm của mình về phương pháp cọc ép với mong muốn góp phần khắc phục những khiếm khuyết của nó.
2. MỘT SỐ QUY ĐỊNH VỀ THIẾT KẾ VÀ CHẤT LƯỢNG CỌC
2.1 Thiết kế cọc
Cọc được thiết kế như một cấu kiện chịu nén đúng tâm, những yếu tố sau được kể đến với giả thiết:
- Sức chịu tải theo vật liệu và sức chịu tải theo đất nền (với giả thiết cọc làm việc đúng tâm) có kể đến khả năng thi công, lực ép lớn nhất của thiết bị.
- Tác động sinh ra trong quá trình vận chuyển và cẩu lắp.
- Không có quy định riêng cho cọc về cường độ bê tông hay hàm lượng cốt thép tối thiểu.
2.2 Về nghiệm thu công tác thi công cọc
Đã có quy định về nghiệm thu cọc ở các giai đoạn:
- Đúc cọc (vật liệu cọc, kích thước hình học).
- Thi công (thiết bị, chỉnh độ thẳng đứng 1% L, mối nối, thời gian dừng trong lớp đất sét dẻo cứng).
- Điều kiện kết thúc (LMAX, LMIN, PMAX và PMIN)
Nói tóm lại, trong tiêu chuẩn cũng chỉ nêu lên những yêu cầu để đảm bảo chất lượng và biện pháp để đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật này được dựa trên các bảng biểu theo dõi trong quá trình thi công.
2.1 Thiết kế cọc
Cọc được thiết kế như một cấu kiện chịu nén đúng tâm, những yếu tố sau được kể đến với giả thiết:
- Sức chịu tải theo vật liệu và sức chịu tải theo đất nền (với giả thiết cọc làm việc đúng tâm) có kể đến khả năng thi công, lực ép lớn nhất của thiết bị.
- Tác động sinh ra trong quá trình vận chuyển và cẩu lắp.
- Không có quy định riêng cho cọc về cường độ bê tông hay hàm lượng cốt thép tối thiểu.
2.2 Về nghiệm thu công tác thi công cọc
Đã có quy định về nghiệm thu cọc ở các giai đoạn:
- Đúc cọc (vật liệu cọc, kích thước hình học).
- Thi công (thiết bị, chỉnh độ thẳng đứng 1% L, mối nối, thời gian dừng trong lớp đất sét dẻo cứng).
- Điều kiện kết thúc (LMAX, LMIN, PMAX và PMIN)
Nói tóm lại, trong tiêu chuẩn cũng chỉ nêu lên những yêu cầu để đảm bảo chất lượng và biện pháp để đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật này được dựa trên các bảng biểu theo dõi trong quá trình thi công.
3. MỘT SỐ QUAN SÁT VỀ CHẤT LƯỢNG CỌC ÉP TỪ CÁC CỌC ĐƯỢC NHỔ LÊN Ở MỘT SỐ CÔNG TRÌNH
3.1 Giới thiệu chung
3.1.1 Mô tả công trình
Một công trình gồm khối nhà tám tầng và ba tầng được dự kiến xây dựng. Phần móng công trình đã được thi công bằng phương pháp cọc ép, phần thân công trình chưa được xây dựng. Vì lý do chuyển đổi mục đích sử dụng đất, một công trình 27 tầng được thay thế. Giải pháp móng của công trình mới là móng cọc barret đến độ sâu 45m. Để có thể thi công được móng mới, các cọc ép cũ nằm tại vị trí cọc móng mới phải nhổ bỏ. Theo tài liệu khảo sát cọc được nằm trong lớp sét nửa cứng đến cứng.
3.1.2. Thông số thiết kế
Sức chịu tải của một cọc được dự tính là: 35 tấn, lực dừng ép theo yêu cầu là 70 tấn. Cọc có cấu tạo 418 (AII), chiều dài cọc là 12 m gồm 3 cọc, trong đó đoạn mũi có chiều dài là 6m, các đốt còn lại là 4 m và 2 m.
3.2 Kết quả thi công
Tài liệu hoàn công chỉ ghi chép giá trị áp lực dừng ép, giá trị này giao động từ 60-75 tấn. Tại giá trị 70 tấn dàn chất tại bị nâng. Chiều dài ép đạt yêu cầu thiết kế.
3.2.1 Công nghệ nhổ cọc
Quá trình nhổ cọc mô tả trong hình 1, bao gồm các bước:
- Đào xác định đầu cọc.
- Đào đến mối nối.
- Nhấc đoạn cọc trên
- Khoan đoạn dưới.
- Nhấc đoạn cọc dưới.
Với phương pháp thi công kể trên có thể khẳng định rằng quá trình nhổ không thể gây phá hoại cho cọc.
3.3 Kết quả quan sát
Các hiện tượng có tính quy luật sau có thể quan sát được trong quá trình thi công nhổ cọc:
- Cọc nghiêng.
- Mối nối bị phá hỏng, không còn bản hàn nối cọc.
- Cọc bị phá hoại.
Cọc nghiêng là phổ biến cho tất cả các cây cọc. Các quan sát nhận thấy rằng độ nghiêng cuả cọc nhỏ nhất là 5o và có thể đạt giá trị 300. Nhiều trường hợp khi khoan đến độ sâu gần đáy cây cọc thì cắt phải mũi cọc của cây bên cạnh.
Tại các cọc được nhổ lên, rất nhiều trường hợp không còn bản mã hàn mà chỉ còn những vết hàn. Do vậy có thể khẳng định mối nối của các cọc không tham gia làm cho cây cọc là đồng nhất theo thiết kế.
Trong số 137 cây cọc được nhổ lên có 97 cây bị phá hoại (chiếm 70% số cọc được nhổ). Phần bị phá hoại nằm tại phần trên của đốt cọc (đốt mũi có chiều dài 6.00m) hình 2. Kiểu phá hoại là do uốn nén kết hợp. Phần phá hoại bắt đầu khoảng từ 0.5 m kể từ mối nối, tại vị trí các cốt đai.
4. MỘT SỐ Ý KIẾN GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG
4.1. Nguyên nhân làm cọc nghiêng
Có thể thấy rằng cọc bị nghiêng là do những yếu tố sau:
a- Cấu tạo hình học
- Cọc không đối xứng theo chiều dài cọc;
- Mặt ép không vuông góc với trục cọc;
- Thông thường vài cọc được ép với cùng một trạng thái đối tải, ở giá trị dừng ép dàn chất tải bị nghiêng, lúc này tải trọng tác dụng vào cọc bị lệch.
b- Mối nối không đảm bảo chịu các tác động trong quá trình thi công
- Với độ nghiêng ban đầu, sẽ xuất hiện lực ngang tại phần nối, phần yếu sẽ bị phá hoại, các đốt cọc sau có xu hướng tiếp xúc với đốt trước ở một cạnh, từ đó tạo ra độ lệch tâm, và độ nghiêng của cọc cùng tăng sẽ phát triển với lực ép.
4.2. Nguyên nhân làm cọc phá hoại
4.2.1. Cọc làm đúng tâm
Theo sơ đồ làm việc của cọc trong lòng đất được mô tả trong hình 3. Phương trình phân bố ứng suất trong thân cọc được viết:
Trong đó: - P: lực tác dụng ở đầu cọc; - u: chu vi mặt cắt cọc; - Z: chiều sâu xác định ứng suất; -: Ma sát bên của cọc; - E: modul biến dạng của cọc; - A: diện tích tiết diện cọc.
Theo phương trình trên, nếu cọc làm việc đúng tâm ứng suất trong cọc sẽ giảm theo độ sâu, như vậy cọc sẽ bị phá hoại tại phần bên trên trước mà không bị phá hoại trong lòng đất. Trong công trình này, cọc bị phá hoại tại phần sâu trong lòng đất, như vậy có thể loại bỏ khả năng cọc được ép thẳng.
4.2.2. Cọc làm việc lệch tâm (cọc nghiêng)
Khi cọc đã bị nghiêng có những hệ lực sau phát sinh:
a- Xuất hiện moment uốn trong cọc do độ lệch tâm.
Lực này xuất hiện do hai yếu tố: do mối nối bị phá huỷ nên hai đoạn cọc chỉ tiếp xúc tại một cạnh và do cọc bị nghiêng.
b- Xuất hiện áp lực ngang tác dụng vào đất.
Dưới tác dụng của lực lệch tâm cọc sẽ có xu hướng xoay trong lòng đất, áp lực tác dụng xung quanh thân cọc là áp lực bị động (cường độ chịu tải ngang của lòng đất nền). Trong quá trình ép, đất một phía bị ép hình thành phản lực ngăn dịch chuỷên của cọc. Với giá trị lực ngang lớn phần đất này sẽ bị phá hoại làm tăng nội lực trong cọc. Mặt khác đất nền có giá trị biến dạng dư lớn, khi cọc bị nghiêng sẽ taọ ra phần trống giữa cọc và đất làm giảm hay triệt tiêu lực ma sát, nên sự chênh lệch giữa tải trọng ép và nội lực trong cọc theo độ sâu là nhỏ.
Hình 4 mô tả các lực thành phần tác dụng lên đốt cọc cuối. Khi tải trọng ép nhỏ, áp lực ngang do cọc tác dụng nhỏ hơn cường độ chịu tải của đất nền, áp lực ngang của nền cần bằng với tải trọng tác dụng lên cọc.
Tại giai đoạn cuối cuả quá trình ép, tải trọng ép đạt giá trị lớn nhất lúc này áp lực ngang tác dụng vào đất vượt quá sức tải chịu tải của nền đất. Trong bảng 2, giá trị lực ngang (P*sin) tại đầu cọc tỷ lệ thuận với giá trị lực ép.
Trong khi theo cấu tạo của cọc, với mác bê tông cọc là 250, khả năng chịu moment uốn của tiết diện cọc khoảng 2.00 t-m.
Bảng 2. Giá trị lực theo hai phương của cọc
P (tấn)
(độ) P*cos (tấn) P*sin
(tấn) P (tấn)
(độ) P*cos (tấn) P*sin (tấn)
60 5 59.77 5.23 70 5 69.73 6.10
6 59.67 6.27 6 69.62 7.31
7 59.55 7.31 7 69.48 8.53
8 59.42 8.35 8 69.32 9.74
9 59.26 9.38 9 69.14 10.94
10 59.09 10.41 10 68.94 12.15
4.3 Mối nối cọc bằng hàn không đảm bảo
Có thể khẳng định rằng, tại công trình này mối nối cọc không đảm bảo yêu cầu.
Nguyên nhân của mối nối cọc bằng hàn không đảm bảo có liên quan đến giá thành ép cọc. Theo các quan sát thực tế tại các công trình thi công chống lún tại Viện Nhi, để hàn đúng theo thiết kế (cọc 200) thời gian cần thiết là 45 phút cho một mối nối. Đơn vị tính giá cho ép cọc là 1m dài, đơn giá này không kể đến số lượng mối nối. Trên thực tế giá ép cọc là thấp nên đơn vị thi công có xu hướng giảm thời gian thi công để đem lại hiệu quả kinh tế. Điều này dẫn đến hậu quả là mối hàn không đảm bảo.
3.1 Giới thiệu chung
3.1.1 Mô tả công trình
Một công trình gồm khối nhà tám tầng và ba tầng được dự kiến xây dựng. Phần móng công trình đã được thi công bằng phương pháp cọc ép, phần thân công trình chưa được xây dựng. Vì lý do chuyển đổi mục đích sử dụng đất, một công trình 27 tầng được thay thế. Giải pháp móng của công trình mới là móng cọc barret đến độ sâu 45m. Để có thể thi công được móng mới, các cọc ép cũ nằm tại vị trí cọc móng mới phải nhổ bỏ. Theo tài liệu khảo sát cọc được nằm trong lớp sét nửa cứng đến cứng.
3.1.2. Thông số thiết kế
Sức chịu tải của một cọc được dự tính là: 35 tấn, lực dừng ép theo yêu cầu là 70 tấn. Cọc có cấu tạo 418 (AII), chiều dài cọc là 12 m gồm 3 cọc, trong đó đoạn mũi có chiều dài là 6m, các đốt còn lại là 4 m và 2 m.
3.2 Kết quả thi công
Tài liệu hoàn công chỉ ghi chép giá trị áp lực dừng ép, giá trị này giao động từ 60-75 tấn. Tại giá trị 70 tấn dàn chất tại bị nâng. Chiều dài ép đạt yêu cầu thiết kế.
3.2.1 Công nghệ nhổ cọc
Quá trình nhổ cọc mô tả trong hình 1, bao gồm các bước:
- Đào xác định đầu cọc.
- Đào đến mối nối.
- Nhấc đoạn cọc trên
- Khoan đoạn dưới.
- Nhấc đoạn cọc dưới.
Với phương pháp thi công kể trên có thể khẳng định rằng quá trình nhổ không thể gây phá hoại cho cọc.
3.3 Kết quả quan sát
Các hiện tượng có tính quy luật sau có thể quan sát được trong quá trình thi công nhổ cọc:
- Cọc nghiêng.
- Mối nối bị phá hỏng, không còn bản hàn nối cọc.
- Cọc bị phá hoại.
Cọc nghiêng là phổ biến cho tất cả các cây cọc. Các quan sát nhận thấy rằng độ nghiêng cuả cọc nhỏ nhất là 5o và có thể đạt giá trị 300. Nhiều trường hợp khi khoan đến độ sâu gần đáy cây cọc thì cắt phải mũi cọc của cây bên cạnh.
Tại các cọc được nhổ lên, rất nhiều trường hợp không còn bản mã hàn mà chỉ còn những vết hàn. Do vậy có thể khẳng định mối nối của các cọc không tham gia làm cho cây cọc là đồng nhất theo thiết kế.
Trong số 137 cây cọc được nhổ lên có 97 cây bị phá hoại (chiếm 70% số cọc được nhổ). Phần bị phá hoại nằm tại phần trên của đốt cọc (đốt mũi có chiều dài 6.00m) hình 2. Kiểu phá hoại là do uốn nén kết hợp. Phần phá hoại bắt đầu khoảng từ 0.5 m kể từ mối nối, tại vị trí các cốt đai.
4. MỘT SỐ Ý KIẾN GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG
4.1. Nguyên nhân làm cọc nghiêng
Có thể thấy rằng cọc bị nghiêng là do những yếu tố sau:
a- Cấu tạo hình học
- Cọc không đối xứng theo chiều dài cọc;
- Mặt ép không vuông góc với trục cọc;
- Thông thường vài cọc được ép với cùng một trạng thái đối tải, ở giá trị dừng ép dàn chất tải bị nghiêng, lúc này tải trọng tác dụng vào cọc bị lệch.
b- Mối nối không đảm bảo chịu các tác động trong quá trình thi công
- Với độ nghiêng ban đầu, sẽ xuất hiện lực ngang tại phần nối, phần yếu sẽ bị phá hoại, các đốt cọc sau có xu hướng tiếp xúc với đốt trước ở một cạnh, từ đó tạo ra độ lệch tâm, và độ nghiêng của cọc cùng tăng sẽ phát triển với lực ép.
4.2. Nguyên nhân làm cọc phá hoại
4.2.1. Cọc làm đúng tâm
Theo sơ đồ làm việc của cọc trong lòng đất được mô tả trong hình 3. Phương trình phân bố ứng suất trong thân cọc được viết:
Trong đó: - P: lực tác dụng ở đầu cọc; - u: chu vi mặt cắt cọc; - Z: chiều sâu xác định ứng suất; -: Ma sát bên của cọc; - E: modul biến dạng của cọc; - A: diện tích tiết diện cọc.
Theo phương trình trên, nếu cọc làm việc đúng tâm ứng suất trong cọc sẽ giảm theo độ sâu, như vậy cọc sẽ bị phá hoại tại phần bên trên trước mà không bị phá hoại trong lòng đất. Trong công trình này, cọc bị phá hoại tại phần sâu trong lòng đất, như vậy có thể loại bỏ khả năng cọc được ép thẳng.
4.2.2. Cọc làm việc lệch tâm (cọc nghiêng)
Khi cọc đã bị nghiêng có những hệ lực sau phát sinh:
a- Xuất hiện moment uốn trong cọc do độ lệch tâm.
Lực này xuất hiện do hai yếu tố: do mối nối bị phá huỷ nên hai đoạn cọc chỉ tiếp xúc tại một cạnh và do cọc bị nghiêng.
b- Xuất hiện áp lực ngang tác dụng vào đất.
Dưới tác dụng của lực lệch tâm cọc sẽ có xu hướng xoay trong lòng đất, áp lực tác dụng xung quanh thân cọc là áp lực bị động (cường độ chịu tải ngang của lòng đất nền). Trong quá trình ép, đất một phía bị ép hình thành phản lực ngăn dịch chuỷên của cọc. Với giá trị lực ngang lớn phần đất này sẽ bị phá hoại làm tăng nội lực trong cọc. Mặt khác đất nền có giá trị biến dạng dư lớn, khi cọc bị nghiêng sẽ taọ ra phần trống giữa cọc và đất làm giảm hay triệt tiêu lực ma sát, nên sự chênh lệch giữa tải trọng ép và nội lực trong cọc theo độ sâu là nhỏ.
Hình 4 mô tả các lực thành phần tác dụng lên đốt cọc cuối. Khi tải trọng ép nhỏ, áp lực ngang do cọc tác dụng nhỏ hơn cường độ chịu tải của đất nền, áp lực ngang của nền cần bằng với tải trọng tác dụng lên cọc.
Tại giai đoạn cuối cuả quá trình ép, tải trọng ép đạt giá trị lớn nhất lúc này áp lực ngang tác dụng vào đất vượt quá sức tải chịu tải của nền đất. Trong bảng 2, giá trị lực ngang (P*sin) tại đầu cọc tỷ lệ thuận với giá trị lực ép.
Trong khi theo cấu tạo của cọc, với mác bê tông cọc là 250, khả năng chịu moment uốn của tiết diện cọc khoảng 2.00 t-m.
Bảng 2. Giá trị lực theo hai phương của cọc
P (tấn)
(độ) P*cos (tấn) P*sin
(tấn) P (tấn)
(độ) P*cos (tấn) P*sin (tấn)
60 5 59.77 5.23 70 5 69.73 6.10
6 59.67 6.27 6 69.62 7.31
7 59.55 7.31 7 69.48 8.53
8 59.42 8.35 8 69.32 9.74
9 59.26 9.38 9 69.14 10.94
10 59.09 10.41 10 68.94 12.15
4.3 Mối nối cọc bằng hàn không đảm bảo
Có thể khẳng định rằng, tại công trình này mối nối cọc không đảm bảo yêu cầu.
Nguyên nhân của mối nối cọc bằng hàn không đảm bảo có liên quan đến giá thành ép cọc. Theo các quan sát thực tế tại các công trình thi công chống lún tại Viện Nhi, để hàn đúng theo thiết kế (cọc 200) thời gian cần thiết là 45 phút cho một mối nối. Đơn vị tính giá cho ép cọc là 1m dài, đơn giá này không kể đến số lượng mối nối. Trên thực tế giá ép cọc là thấp nên đơn vị thi công có xu hướng giảm thời gian thi công để đem lại hiệu quả kinh tế. Điều này dẫn đến hậu quả là mối hàn không đảm bảo.
5. NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ
5.1 Nhận xét
Qua kết quả thi công nhổ cọc có thể rút ra một số nhận xét sau về chất lượng cọc ép tại công trình xem xét.
a- Độ nghiêng của các cọc lớn nhiều với yêu cầu chất lượng.
b- Mối nối cọc chỉ mang tính định vị trong quá trình thi công.
c- Cọc bị phá hoại ở giai đoạn cuối cùng khi tải trọng ép đạt giá trị lớn nhất.
d- Hiện tựơng cọc bị phá huỷ là do nguyên nhân cọc không đảm bảo được độ thẳng đứng và mối nối cọc không đảm bảo cho cọc là một cấu kiện thống nhất, sự phá hoại cọc theo phản ứng dây chuyền sau:
Cọc nghiêng, mối nối yếu mối nối bị phá huỷ xuất hiện moment uốn đất nền bị phá hoại làm cọc trở thành một con xôn giá trị moment do lệch tâm và cọc nghiêng khả năng chịu uốn, nén của cọc phá hoại.
5.2 Kiến nghị
Qua kinh nghiệm tại công trình nhổ cọc, tuy không phải là điển hình cho tất cả các công trình sử dụng cọc ép, tác giả muốn trình bày một số quan điểm sau:
5.2.1. Về góc độ sử dụng
Hiện nay phương pháp cọc ép được áp dựng cho nhiều loại công trình theo mức độ có thể kể ra là như sau:
- Chống lún;
- Công trình thấp tầng;
- Công trình cao tầng.
Đối với từng loại công trình nên có những quan niệm khác nhau.
a- Đối với công trình chống lún, là công trình đã tồn tại trước đó mà hệ số an toàn của công trình đã phải lớn hơn một (01) nếu không công trình đã bị sụt đổ, vậy việc đưa thêm cọc vào hệ số an toàn sẽ tăng lên. Như vậy trong trường hợp này, cọc ép có ý nghĩa đáng kể, mà sự cố của cọc ép có thể không có hậu quả lớn.
b- Đối với công trình xây mới ít tầng, cũng nên lưu ý đến chất lượng cọc, tuy nhiên hệ số an toàn có thế là thấp hơn so với công trình nhà cao tầng.
c- Đối với công trình nhà xây mới cao tầng một vấn đề xem xét để định hướng cho việc sử dụng cọc ép đó là đối tượng sử dụng cọc ép. Đối tượng sử dụng móng cọc ép ở đây là nhà cao tầng, như vậy chúng phải có sự khác biệt so với nhà thấp tầng. Trong bảng 3 trình bày những sự khác nhau của nhà thấp tầng và cao tầng.
Bảng 3. Một số so sánh giữa nhà thấp tầng và cao tầng
Thông số xem xét Nhà thấp tầng Nhà cao tầng
Sử dụng Tất cả Công trình quan trọng và dùng nhiều cho mục đích kinh doanh
Hệ số sử dụng đất Rất cao
Giá thành công trình Cao hơn rất nhiều
Hậu quả sự cố Lớn
Khi bị nghiêng lún Có thế khắc phục Không thể
Với những so sánh nêu trên có thể nhận thấy rằng các giải pháp kỹ thuật và nền móng của nhà cao tầng nên thiên về an toàn vì nó là một sản phẩm cao cấp mà các sự cố nghiêng lún sẽ gây hậu quả lớn về kinh tế cũng như xã hội và khả năng khác phục là không có.
5.2.2. Về góc độ thiết kế
Móng sâu là loại móng gần như duy nhất được sử dụng cho nhà cao tầng, mà cọc khoan nhồi được xem là giải pháp an toàn nhất. Trong đô thị cọc đóng chưa được chấp nhận, thì giải pháp cọc ép được coi là kinh tế khi so sánh với cọc nhồi. Đối với cọc nhồi một hệ số an toàn rất lớn được áp dụng ví dụ như mác bêtông sử dụng cho cọc nhồi là cường độ tính toán không lớn hơn 0.25 Rn (Rn là mác bêtông) và mác bêtông cũng được quy định không nhỏ hơn 250. Những quy định mang tính pháp quy này cũng nói lên rằng, do tầm quan trọng của công trình và những sai sót không khống chế được chất lượng trong quá trình thi công nên cần có những quy định chi tiết để đảm bảo chất lượng. Như vậy tại sao cọc ép lại không có một ưu đãi tương tự nếu như được sử dụng cho nhà cao tầng.
Đối với công trình xây mới nhiều tầng, hệ số an toàn của công trình hoàn toàn phụ thuộc vào chất lượng cuả từng cây cọc, vì vậy để đảm bảo chất lượng cọc, ngoài những yêu cầu cần thoả mãn cho vật liệu cọc cần có những quy định khác, ví dụ như:
- Cọc cấu thành không nên quá ba đốt. Theo các tiêu chuẩn thiết kế cọc, người ta đã nhấn mạnh, lý thuyết tính toán sức chịu tải cọc chỉ áp dụng cho cọc có không quá hai (02) mối nối. Mặt khác với số ít mối nối tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thi công, kiểm tra được chất lượng mối nối hàn, giảm thời gian chờ do hàn (giảm khả năng phục hồi cường độ của đất).
- Tư vấn thiết kế cần quy định khả năng của thiết bị ép cọc, tài liệu khảo sát cần đủ độ tin cậy để có thể đảm bảo cho quá trình ép không xảy ra sự cố (sự tồn tại của các lớp xen kẹp có cường độ cao).
- Thiết kế kết cấu cọc mới quan tâm chủ yếu đến quá trình làm việc của cọc mà chưa lưu ý đến những tác động trong quá trình thi công. Vì vậy nên xem xét và bổ xung thêm trong công tác thiết kế. Ví dụ như khi thiết kế cột chịu nén đúng tâm, người ta có quy định kể thêm một giá trị moment do độ lệch tâm ngẫu nhiên, giá trị này là như sau:
M = P*e
Trong đó:
P: lực tác dụng lên tâm cọc; e: độ lệch tâm ngẫu nhiên (là giá trị lớn hơn trong hai giá trị 2 cm hay b/25); b: cạnh nhỏ của tiết diện.
Cũng được quan niệm là việc như một cấu kiện chịu nén nhưng cọc phải chịu một giá trị tải trọng bất lợi trong quá trình thi công và dễ bị tổn hại hơn, trong khi cột của công trình luôn luôn làm việc trong điều kiện an toàn.
5.2.3. Về góc độ đảm bảo chất lượng
Nên có những đòi hỏi chặt chẽ hơn về thiết bị thi công, như khả năng của hệ thuỷ lực, độ lớn của đối tải (quan hệ giữa lực ép lớn nhất và trọng lượng chất tải sao cho không gây lực ngang trong quá trình ép). Nên quy định về việc kiểm tra thiết bị tại hiện trường.
Chất lượng vật liệu làm cọc và mối nối cọc cũng cần phải thoả mãn những yêu cầu tối thiểu nhất định.
5.2.4. Những vấn đề khác
Những sự cố của cọc ép tại công trình nêu trên là trầm trọng, tuy nhiên tác giả không có ý định phủ nhận phương pháp thi công này, vì đây là một phương pháp có nhiều ưu điểm cho việc thi công nền móng trong thành phố, mà đề nghị cần có những nghiên cứu bổ xung hoàn thiện cho công nghệ cọc ép. Có thể nêu ra một số ý kiến sau:
- Đánh giá lại hiệu quả của phương pháp cọc ép trên cơ sở các công trình đã xây dựng tại thành phố Hà Nội.
- Xem xét lại yêu cầu thiết kế và nghiệm thu.
- Theo kết quả nhổ cọc tại công trình, có đến 70% số cọc bị phá hoại, vậy tại sao ở các công trình khác có áp dụng cọc ép vẫn ở trạng thái sử dụng bình thường. Trong thiết kế cọc rễ cây, người ta coi cả khối cọc cùng làm việc, vậy ở trường hợp các cọc ép có kích thước nhỏ quan niệm này có phù hợp hay không và các cọc ép bị phá hoại trong nhóm có làm ảnh hưởng đến sức làm việc tổng thể hay không.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. E.J.Badillo,A.R. Rodriguez. Mecanica de Suelos. EDICION REVOLUCIONARIA. La Habana, Cuba, 1967.
2. Lizzi, F. Reticulated root piles to correct landslides . In ASCE Convention, October 1978.
3. S. Thorburn and JF Hutchison, Underpinning. SURVEY UNIVERSITY PRESS Glasgow and London 1985.
4. M.J. Tomlinson. Pile Design and Construction Practice. A Viewpoint Publication, London 1981.
5. A.S West. Piling Practice. Butterworths. London, 1972.
6. Leonardo Zeevaert. Foundation Engineering for Difficult Subsoil Condition. VAN NOTRAND REINHOLD COMPANY. New York, 1982.
5.1 Nhận xét
Qua kết quả thi công nhổ cọc có thể rút ra một số nhận xét sau về chất lượng cọc ép tại công trình xem xét.
a- Độ nghiêng của các cọc lớn nhiều với yêu cầu chất lượng.
b- Mối nối cọc chỉ mang tính định vị trong quá trình thi công.
c- Cọc bị phá hoại ở giai đoạn cuối cùng khi tải trọng ép đạt giá trị lớn nhất.
d- Hiện tựơng cọc bị phá huỷ là do nguyên nhân cọc không đảm bảo được độ thẳng đứng và mối nối cọc không đảm bảo cho cọc là một cấu kiện thống nhất, sự phá hoại cọc theo phản ứng dây chuyền sau:
Cọc nghiêng, mối nối yếu mối nối bị phá huỷ xuất hiện moment uốn đất nền bị phá hoại làm cọc trở thành một con xôn giá trị moment do lệch tâm và cọc nghiêng khả năng chịu uốn, nén của cọc phá hoại.
5.2 Kiến nghị
Qua kinh nghiệm tại công trình nhổ cọc, tuy không phải là điển hình cho tất cả các công trình sử dụng cọc ép, tác giả muốn trình bày một số quan điểm sau:
5.2.1. Về góc độ sử dụng
Hiện nay phương pháp cọc ép được áp dựng cho nhiều loại công trình theo mức độ có thể kể ra là như sau:
- Chống lún;
- Công trình thấp tầng;
- Công trình cao tầng.
Đối với từng loại công trình nên có những quan niệm khác nhau.
a- Đối với công trình chống lún, là công trình đã tồn tại trước đó mà hệ số an toàn của công trình đã phải lớn hơn một (01) nếu không công trình đã bị sụt đổ, vậy việc đưa thêm cọc vào hệ số an toàn sẽ tăng lên. Như vậy trong trường hợp này, cọc ép có ý nghĩa đáng kể, mà sự cố của cọc ép có thể không có hậu quả lớn.
b- Đối với công trình xây mới ít tầng, cũng nên lưu ý đến chất lượng cọc, tuy nhiên hệ số an toàn có thế là thấp hơn so với công trình nhà cao tầng.
c- Đối với công trình nhà xây mới cao tầng một vấn đề xem xét để định hướng cho việc sử dụng cọc ép đó là đối tượng sử dụng cọc ép. Đối tượng sử dụng móng cọc ép ở đây là nhà cao tầng, như vậy chúng phải có sự khác biệt so với nhà thấp tầng. Trong bảng 3 trình bày những sự khác nhau của nhà thấp tầng và cao tầng.
Bảng 3. Một số so sánh giữa nhà thấp tầng và cao tầng
Thông số xem xét Nhà thấp tầng Nhà cao tầng
Sử dụng Tất cả Công trình quan trọng và dùng nhiều cho mục đích kinh doanh
Hệ số sử dụng đất Rất cao
Giá thành công trình Cao hơn rất nhiều
Hậu quả sự cố Lớn
Khi bị nghiêng lún Có thế khắc phục Không thể
Với những so sánh nêu trên có thể nhận thấy rằng các giải pháp kỹ thuật và nền móng của nhà cao tầng nên thiên về an toàn vì nó là một sản phẩm cao cấp mà các sự cố nghiêng lún sẽ gây hậu quả lớn về kinh tế cũng như xã hội và khả năng khác phục là không có.
5.2.2. Về góc độ thiết kế
Móng sâu là loại móng gần như duy nhất được sử dụng cho nhà cao tầng, mà cọc khoan nhồi được xem là giải pháp an toàn nhất. Trong đô thị cọc đóng chưa được chấp nhận, thì giải pháp cọc ép được coi là kinh tế khi so sánh với cọc nhồi. Đối với cọc nhồi một hệ số an toàn rất lớn được áp dụng ví dụ như mác bêtông sử dụng cho cọc nhồi là cường độ tính toán không lớn hơn 0.25 Rn (Rn là mác bêtông) và mác bêtông cũng được quy định không nhỏ hơn 250. Những quy định mang tính pháp quy này cũng nói lên rằng, do tầm quan trọng của công trình và những sai sót không khống chế được chất lượng trong quá trình thi công nên cần có những quy định chi tiết để đảm bảo chất lượng. Như vậy tại sao cọc ép lại không có một ưu đãi tương tự nếu như được sử dụng cho nhà cao tầng.
Đối với công trình xây mới nhiều tầng, hệ số an toàn của công trình hoàn toàn phụ thuộc vào chất lượng cuả từng cây cọc, vì vậy để đảm bảo chất lượng cọc, ngoài những yêu cầu cần thoả mãn cho vật liệu cọc cần có những quy định khác, ví dụ như:
- Cọc cấu thành không nên quá ba đốt. Theo các tiêu chuẩn thiết kế cọc, người ta đã nhấn mạnh, lý thuyết tính toán sức chịu tải cọc chỉ áp dụng cho cọc có không quá hai (02) mối nối. Mặt khác với số ít mối nối tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thi công, kiểm tra được chất lượng mối nối hàn, giảm thời gian chờ do hàn (giảm khả năng phục hồi cường độ của đất).
- Tư vấn thiết kế cần quy định khả năng của thiết bị ép cọc, tài liệu khảo sát cần đủ độ tin cậy để có thể đảm bảo cho quá trình ép không xảy ra sự cố (sự tồn tại của các lớp xen kẹp có cường độ cao).
- Thiết kế kết cấu cọc mới quan tâm chủ yếu đến quá trình làm việc của cọc mà chưa lưu ý đến những tác động trong quá trình thi công. Vì vậy nên xem xét và bổ xung thêm trong công tác thiết kế. Ví dụ như khi thiết kế cột chịu nén đúng tâm, người ta có quy định kể thêm một giá trị moment do độ lệch tâm ngẫu nhiên, giá trị này là như sau:
M = P*e
Trong đó:
P: lực tác dụng lên tâm cọc; e: độ lệch tâm ngẫu nhiên (là giá trị lớn hơn trong hai giá trị 2 cm hay b/25); b: cạnh nhỏ của tiết diện.
Cũng được quan niệm là việc như một cấu kiện chịu nén nhưng cọc phải chịu một giá trị tải trọng bất lợi trong quá trình thi công và dễ bị tổn hại hơn, trong khi cột của công trình luôn luôn làm việc trong điều kiện an toàn.
5.2.3. Về góc độ đảm bảo chất lượng
Nên có những đòi hỏi chặt chẽ hơn về thiết bị thi công, như khả năng của hệ thuỷ lực, độ lớn của đối tải (quan hệ giữa lực ép lớn nhất và trọng lượng chất tải sao cho không gây lực ngang trong quá trình ép). Nên quy định về việc kiểm tra thiết bị tại hiện trường.
Chất lượng vật liệu làm cọc và mối nối cọc cũng cần phải thoả mãn những yêu cầu tối thiểu nhất định.
5.2.4. Những vấn đề khác
Những sự cố của cọc ép tại công trình nêu trên là trầm trọng, tuy nhiên tác giả không có ý định phủ nhận phương pháp thi công này, vì đây là một phương pháp có nhiều ưu điểm cho việc thi công nền móng trong thành phố, mà đề nghị cần có những nghiên cứu bổ xung hoàn thiện cho công nghệ cọc ép. Có thể nêu ra một số ý kiến sau:
- Đánh giá lại hiệu quả của phương pháp cọc ép trên cơ sở các công trình đã xây dựng tại thành phố Hà Nội.
- Xem xét lại yêu cầu thiết kế và nghiệm thu.
- Theo kết quả nhổ cọc tại công trình, có đến 70% số cọc bị phá hoại, vậy tại sao ở các công trình khác có áp dụng cọc ép vẫn ở trạng thái sử dụng bình thường. Trong thiết kế cọc rễ cây, người ta coi cả khối cọc cùng làm việc, vậy ở trường hợp các cọc ép có kích thước nhỏ quan niệm này có phù hợp hay không và các cọc ép bị phá hoại trong nhóm có làm ảnh hưởng đến sức làm việc tổng thể hay không.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. E.J.Badillo,A.R. Rodriguez. Mecanica de Suelos. EDICION REVOLUCIONARIA. La Habana, Cuba, 1967.
2. Lizzi, F. Reticulated root piles to correct landslides . In ASCE Convention, October 1978.
3. S. Thorburn and JF Hutchison, Underpinning. SURVEY UNIVERSITY PRESS Glasgow and London 1985.
4. M.J. Tomlinson. Pile Design and Construction Practice. A Viewpoint Publication, London 1981.
5. A.S West. Piling Practice. Butterworths. London, 1972.
6. Leonardo Zeevaert. Foundation Engineering for Difficult Subsoil Condition. VAN NOTRAND REINHOLD COMPANY. New York, 1982.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét