Giải pháp đề cập đến phương pháp gia cố nền và thi công các cấu kiện cọc hộp bê tông để xử lý các công trình xây dụng trên nền đất yếu cụ thể là các cấu kiện cọc hộp bê tông có cấu tạo rỗng ruột phía trong kết họp với việc bơm chèn vật liệu (đất, cát, sỏi....) và đóng cọc gia cường phía trong lòng cấu kiện có tác dụng tiếp nhận tải trọng từ bên trên truyền vào nền đất thông qua các cấu kiện cọc hộp và cọc bê tông cốt thép nhằm gia tăng sức chịu tải đất nền, gia tăng độ chặt, tăng cường độ chống cắt của đất, đảm bảo an toàn công trình.
Tình trạng kỹ thuật của Giải pháp
Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù họp. Đây là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng của công trình khi xây dựng trên nền đất yếu. Việc xử lý khi xây dựng công trình hên nền đất yếu phụ thuộc vào nhiều điều kiện như: đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất... Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý. Hiện nay, việc xử lý nền đất yếu bằng phương pháp nén trước bằng tải trọng tĩnh bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự định xây dựng để cho nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng. Phương pháp đơn giản, tiết kiệm chi phí nhưng đòi hỏi thời gian chất tải kéo dài, ảnh hưởng đến tiến độ công trình. Một phương pháp khác là phương pháp sử dụng các loại cọc không thấm như cọc tre, cọc cừ tràm, cọc gỗ đóng sâu vào nền đất yếu nhằm gia tăng độ chặt nền đất bộc lộ bất cập do sự giới hạn của chiều dài cọc, nên khả năng áp dụng thực tế cũng bị hạn chế, thường được áp dụng với các công trình dân dụng vừa và nhỏ, không nên sử dụng với chiều rộng đất đắp lớn. Với các công trình quy mô lớn, đòi hỏi sử dụng các loại cọc chống thấm, chống ăn mòn như cọc bê tông cốt thép, cọc xi măng đất thường đòi hỏi công nghệ thi công cao, phức tạp và chi phí đầu tư lớn
Tóm lại các phương pháp xử lý nền đất yếu hiện nay chưa đáp ứng được yêu cầu thiết kế, các phương pháp thi công của nước ngoài đòi hỏi máy móc thi công hiện đại, công nghệ thi công cao, nhân lực tốt đi kèm chi phí đầu tư lớn. Vì vậy, cần có một phương pháp công nghệ mới về gia cố nền và thi công lắp đặt các cấu kiện cọc hộp bê tông có khả năng khắc phục các nhược điểm trên.
Bản chất kỹ thuật của Giải pháp hữu ích.
Mục đích của giải pháp hữu ích là đề xuất phương pháp gia cố nền và thi công cọc hộp bê tông để xử lý các công trình xây dựng trên nền đất yếu, nhằm gia tăng sức chịu tải đất nền, cải thiện một số tính chất cơ lý của đất nền. Cụ thể như sau:
Thiết kế sàn phẩm:
Phân loại sản phẩm: cấu kiện cọc hộp bê tông đa dạng về chủng loại, có thể phân theo các trường hợp chính sau: cọc hộp bê tông đơn bên trong đệm vật liệu, cọc hộp bê tông liên kết lồng vào nhau bên trong đệm vật liệu, cọc hộp bê tông liên kết chồng lên nhau bên trong đệm vật liệu, cọc hộp bê tông bên trong đệm vật liệu kết họp cọc gia cường, cọc hộp bê tông bên trong đệm vật liệu kết hợp phên cừ tràm, cọc hộp bê tông bên trong đệm vật liệu kết họp phên cừ tràm và cọc gia cường... Tùy thuộc vào công năng sử dụng, điều kiện địa hình, địa chất, khí tượng, thủy văn của khu vực dự án sẽ áp dụng cụ < ‘ thể cho từng trường họp.
Thiết kế sản phẩm: Cọc hộp bê tông được đúc thành từng môđun (đốt) đa dạng kích cỡ, hình khối, lắp ghép liên kết với nhau và được chôn ngầm xuống khu vực địa chất yếu kết hợp với việc bơm chèn vật liệu vào bên trong cọc hộp và đóng cọc gia cường phía ừong lòng cấu kiện có tác dụng tiếp nhận tải trọng từ bên trên truyền vào nền đất.
Đăc tính vât liêu:
Sử dụng công nghệ vật liệu bê tông thành mỏng sử dụng cốt sợi thay thế cho cốt thép thông thường. Đối với công trình đòi hỏi cao về khả năng chống xâm thực, ăn mòn trong môi trường nước mặn thì sử dụng sợi polypropylen (PP); sợi polyeste (PES); sợi polyetylen (PE); polime cốt sợi thủy tinh; polime cốt sợi thủy tinh kết hợp sợi polypropylen (PP); polime cốt sợi thủy tinh kết họp sợi polyeste (PES); polime cốt sợi thủy tinh kết hợp sợi polyetylen (PE) hoặc các loại sợi tổng hợp khác thay thế cho cốt thép và dừng xi măng bền sulfat hoặc xi măng pooclăng bổ sung phụ gia cho chất lượng tương đương xi măng bền sunfat dùng trong trong bê tông. Vật liệu cốt sợi không làm gia tăng trọng lượng riêng bê tông, gia tăng khả năng chịu lực của bê tông, giúp giảm co ngót, giảm nứt và chổng thấm tốt, chống chịu ăn mòn hóa học tốt, giúp cho bê tông dễ dàng thích ứng với sự biến động mạnh của nhiệt độ môi trường.
Phương pháp thi công:
Bố trí: các cấu kiện cọc hộp bê tông có thể được thi công thẳng hàng ( các cấu kiện được sắp đặt theo đường thẳng), hoặc lắp đặt so le hoặc theo đường zichzac, theo đường chữ T, chữ L... theo yêu cầu thiết kế và điều kiện địa hình, địa chất, khí tượng, thủy văn của khu vực dự án.
Phương vị: khoảng cách bố trí các cấu kiện cọc hộp bê tông với các công trình xung quanh và khoảng hở giữa các cấu kiện cọc hộp với nhau tùy thuộc vào điều kiện tính toán và điều kiện địa chất thủy hải văn của khu vực khảo sát dự án
Cao trình: lấy theo cốt cao trình được quy định trong các tiêu chuẩn hiện hành.
Biên pháp thi công:
Các cấu kiện được đúc sẵn tại nhà máy vận chuyển ra công trường thi công lắp ghép theo thiết kế được phê duyệt và nghiệm thu theo các quy định, tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Sau quá ừình thi công lắp đặt sẽ tiến hành đo quan trắc lún và kiểm tra tính ổn định của công trình để điều chỉnh phù họp mục đích của dự án. Sử dụng các phương tiện máy móc thi công thuận lợi có sẵn trong nước như: máy đào, xe cẩu, máy xúc, xà lan, ponton... nhân lực thi công : thành lập các tổ thi công ngoài công trường, chủ động được nguồn nhân lực tại chỗ không đòi hỏi quá cao về trình độ chuyên môn.
Các bước thi công bao gồm :
- Bước 1: Chuẩn bị mặt bằng thi công, tập kết vật tư, thiết bị, nhân lực tại chân công trình.
- Bước 2: Định vị tim tuyến trên bình đồ thực địa và cắm mốc cao độ.
- Bước 3: Thi công đóng cọc bê tông cốt thép vào trong lòng cấu kiện cọc hộp bê tông
- Bước 4: Thi công cẩu lắp đặt cấu kiện cọc hộp bê tông vào vị trí hố đào theo cốt
cao trình thiết kế.
- Bước 5: Thi công phên cừ tràm.
- Bước 6: Thi công bơm vật liệu chọn lọc vào trong lòng cấu kiện cọc hộp để gia tăng
độ chặt nền đất.
- Bước 7: Thi công hố móng.
- Bước 8: Thi công đài móng bê tông cốt thép và hoàn thiện công việc xử lý nền đất yếu.
Mô tả vắn tắt các hình vẽ
Các ưu điểm của phương pháp sẽ được thể hiện rõ ràng hơn qua phần mô tả sau đây có dựa vào các hình vẽ, trong đó:
Hình 1 là hình vẽ mặt cắt ngang của cấu kiện cọc hộp bê tông đơn bên trong đệm vật liệu;
Hình 2 là hình vẽ mặt cắt ngang của cấu kiện cọc hộp bê tông liên kết lồng vào nhau bên trong đệm vật liệu;
Hình 3 là hình vẽ mặt cắt ngang của cấu kiện cọc hộp bê tông liên kết chồng lên nhau bên trong đệm vật liệu;
Hình 4 là hình vẽ mặt cắt ngang của cấu kiện cọc hộp bê tông bên trong đệm vật liệu kết hợp cọc gia cường;
Hình 5 là hình vẽ mặt cắt ngang của cấu kiện cọc hộp bê tông bên trong đệm vật liệu kết hợp phên cừ tràm;
Hình 6 là hình vẽ mặt cắt ngang của cấu kiện cọc hộp bê tông bên trong đệm vật liệu kết họp phên cừ tràm và cọc gia cường;
Hình 7 là hình vẽ mặt bằng bố trí các cấu kiện cọc hộp bê tông theo phương án lắp đặt so le nhau;
Hình 8 là hình vẽ mặt bằng bố trí các cấu kiện cọc hộp bê tông theo phương án lắp đặt thẳng hàng nhau;
Hình 9 là hỉnh vẽ bố trí máy móc, phương tiện thi công đóng cọc bê tông cốt thép cho gia cố nền;
Hình 10 là hình vẽ bố trí máy móc, phương tiện thi công cấu kiện cọc hộp bê tông bằng búa rung;
Hình 11 là hình vẽ bố trí máy móc, phương tiện thi công cấu kiện cọc hộp bê tông bằng máy đầm rung;
Hình 12 là hình vẽ bố trí máy móc, phương tiện thi công đào hố móng và gia cố hố móng bằng cừ la sen (larsen);
Hình 13 là hình vẽ bố trí máy móc, phương tiện thi công lắp đặt cấu kiện kè phía trên nền đất yếu đã được gia cố.
Mô tả chi tiết Giải pháp hữu ích.
Như được minh họa trên Hình 1 phương pháp gia cố nền và thi công cọc hộp bê tông đơn bên trong đệm vật liệu (8) bao gồm phía trên nền đất yếu là công trình hoặc sản phẩm (10) cần lắp đặt trên nền đất yếu. Phía dưới nền đất yếu cấu tạo bao gồm một hệ các hộp rỗng đặt dưới đáy sản phẩm (đại diện là cấu kiện kè 10) cần lắp đặt, phía trong hộp được bơm chèn vật liệu địa phương hoặc vật liệu chọn lọc( cát, đá, sỏi...). Phần tiếp giáp giữa cấu kiện kè và cấu kiện cọc hộp là lóp vật liệu lót đáy kè. Kích thước của cấu kiện cọc hộp bê tông phụ thuộc vào yêu cầu chống lún và ổn định công trình.
Như được minh họa trên Hỉnh 2 phương pháp gia cố nền và thi công cọc hộp bê tông liên kết lồng vào nhau bao gồm các cấu kiện cọc hộp (2) phía trong và cấu kiện cọc hộp (1) ngoài được đặt lồng vào nhau, cọc hộp (2) phía trong được thiết kế các lỗ trên phần thân hộp có tác dụng thông áp, giảm áp lực nước lỗ rỗng. Bên trong các cấu kiện cọc hộp được bơm chèn vật liệu, số lượng, kích thước cấu kiện cọc hộp tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế và công năng sử dụng.
Như được minh họa trên Hình 3 phương pháp gia cố nền và thi công cọc hộp bê tông liên kết chồng lên nhau bên trong đệm vật liệu cấu tạo từ các cọc hộp rỗng đặt chồng lên nhau theo phương thẳng đứng để tăng chiều sâu cọc hộp. Các hộp được liên kết với nhau bằng mối nối âm dương, bên trong các cọc hộp được bơm chèn vật liệu (8). Số lượng các hộp đặt chồng lên nhau phụ thuộc vào tính toán và biện pháp thi công.
Như được minh họa trên Hình 4 phương pháp gia cố nền và thi công cọc hộp bê tông bên trong đệm vật liệu (8) kết họp cọc bê tông cốt thép (5) để gia cường, cấu tạo từ các cọc hộp rỗng phía trong được bơm chèn vật liệu kết họp sử dụng cọc bê tông cốt thép (BTCT) đóng sâu vào nền đất nhằm tăng cường khả năng chịu tải. Kích thước và chiều dài cọc theo yêu cầu tính toán.
Như được minh họa trên Hình 5 phương pháp gia cố nền và thi công cọc hộp bê tông bên trong đệm vật liệu (8) kết hợp phên cừ tràm (7) cấu tạo bao gồm các hộp rỗng đặt trong đất nền, phần phía trên hai bên cọc hộp sử dụng các cây cừ tràm đan khít lại để tăng cường chịu lực. Hộp và phên cừ tràm được liên kết bởi các cây cừ tràm xuyên qua các lỗ chờ bố trí sẵn trên thành hộp. Các cây cừ tràm liên kết được táp và nối dài để tăng chiều dài và tăng độ cứng.
Như được minh họa trên Hình 6 phương pháp gia cố nền và thi công cọc hộp bê tông bên trong đệm vật liệu (8) kết hợp phên cừ tràm (7) và cọc gia cường (5) bao gồm các bước thực hiện tương tự đã biết được trình bày ở trên, điểm khác biệt cơ bản là các cọc hộp (1) rỗng phía trong được bơm chèn vật liệu (8) kết họp cừ tràm (7) và được bổ sung thêm cọc gia cường (5) để gia cố nền.
Như được minh họa trên Hình 7 là hình vẽ mặt bằng bố trí các cấu kiện cọc hộp bê tông theo phương án lắp đặt so le nhau trong đó khoảng cách từ cấu kiện thứ nhất đến cấu kiện thứ hai cách nhau một khoảng L và khoảng cách từ tim cọc bê tông cốt thép thứ nhất đến tim cọc bê tông cốt thép thứ hai cách nhau một khoảng 1. Khoảng cách L và 1 này do tính toàn thiết kế quyết định dựa trên điều kiện địa hình, địa chất, khí tượng, thủy văn của khu vực dự án.
Như được minh họa trên Hình 8 là hình vẽ mặt bằng bố trí các cấu kiện cọc hộp bê tông theo phương án lắp đặt thẳng hàng với nhau trong đó khoảng cách từ cấu kiện thứ nhất đến cấu kiện thứ hai cách nhau một khoảng L và khoảng cách từ tim cọc bê tông cốt thép thứ nhất đến tim cọc bê tông cốt thép thứ hai cách nhau một khoảng 1. Khoảng cách L và 1 này do tính toàn thiết kế quyết định dựa trên điều kiện địa hình, địa chất, khí tượng, thủy văn của khu vực dự án.
Như được minh họa trên Hình 9 là hình vẽ bố trí máy móc, phương tiện thi công đóng cọc bê tông cốt thép cho gia cố nền trong đó các máy móc, vật tư, nhân lực được tập kết tại công trường trong giai đoạn chuẩn bị thi công. Sau khi đảm bảo đầy đủ các yêu cầu về thiết kế và an toàn lao động, xà lan chuyên chở máy đóng cọc đến vị trí tuyến định sẵn và bắt đầu thi công đóng cọc.
Như được minh họa trên Hình 10 là hình vẽ bố trí máy móc, phương tiện thi công cấu kiện cọc hộp bê tông bằng búa rung (4). Sau khi thi công đóng cọc bê tông cốt thép xong, cấu kiện cọc hộp bê tông được chuyên chở đến vị trí lắp đặt, phía đầu trên của cấu kiện cọc hộp được bố trí bộ phận mũ chụp (3), đây là bộ phận truyền tải từ búa rung (4) thông qua cọc nối sẽ được dàn đều lực lên mặt trên của cấu kiện cọc hộp, giúp cấu kiện cọc hộp cắm sâu vào nền đất tự nhiên.
Như được minh họa trên Hình 11 là hình vẽ bố trí máy móc, phương tiện thi công cấu kiện cọc hộp bê tông bằng máy đầm rung trong đó phương pháp thi công tương tự đã trình bày ở Hình 10 tuy nhiên bộ phận búa rung (4) được thay thế bằng máy đầm rung (6) điều khiển bằng biến tần và tùy thuộc vào cấp tải trọng có thể gia cố thêm tải bằng máy đào.
Như được minh họa trên Hình 12 là hình vẽ bố trí máy móc, phương tiện thi công đào hố móng và gia cố hố móng bằng cừ larsen (9) trong đó hố móng sẽ được thi công bằng máy đào chuyên dụng hoặc thủ công bằng sức người; tiếp tục thi công đóng cừ larsen (9) và khung giằng chống đỡ sạt lở, sụt lún hố móng đã đào. Triển khai bơm hút nước ngầm, bùn đất giữ khô hố móng để thi công lớp bê tông lót và đài móng bê tông cốt thép.
Như được minh họa trên Hình 13 là hình vẽ thi công lắp đặt cấu kiện kè phía trên nền đất yếu đã được gia cố. Sau khi hố móng đã ổn định, tiến hành lắp đặt cấu kiện kè hoặc xây dựng các công trình trên nền móng đã được gia cố theo các quy chuẩn, tiêu chuẩn hiện hành.
Các bước thực hiện phương pháp bao gồm:
Bước thứ nhất điều tra khảo sát thiết kế đia chất, thủy văn: thực hiện khảo sát, thu thập, tính toán các số liệu về địa hình, địa chất, thủy văn làm dữ liệu phục vụ cho bước thiết kế.
Bước thứ hai thiết kế: theo định hình sản phẩm và đưa vào bố trí ngoài thực địa theo tính toán khảo sát về mặt địa hình, địa chất, thủy văn của khu vực; sản phẩm: theo mẫu các hình khối và cấu tạo khác nhau của cấu kiện cọc hộp bê tông ; sử dụng công nghệ vật liệu bê tông thành mỏng sử dụng cốt sợi thay thế cho cốt thép thông thường và dùng xi măng bền sulfat hoặc xi măng pooclăng bổ sung thêm phụ gia có chất lượng tương đương xi măng bền sunfat dùng trong bê tông đảm bảo bền vững hơn.
Bước thứ ba chế tao: tất cả các sản phẩm đều được sản xuất tại nhà máy theo dây chuyền công nghệ đầm rung lắc được kiểm soát chất lượng chặt chẽ trước khi đem ra lắp đặt ngoài công trường;
Bước thứ tư thi công :
+ phương án thi công: các phương pháp thi công thuận tiện sử dụng các thiết bị thi công chuyên dụng như máy đào, mũ chụp, búa rung, máy đầm rung, xà lan, pongtong... Tiến độ thi công rút ngắn và được kiểm soát chặt chẽ do sử dụng các cấu kiện đúc sẵn chủ động về thời gian, ít bị ảnh hưởng của yếu tố thời tiết; thi công khả thi trong điều kiện biển lở biển bồi, khu vực có mực nước cao.
Bước thứ năm vân hành: quá trình sử dụng vận hành thường xuyên kiểm tra ổn định công trình, duy tu, bảo dưỡng và quan trắc lún theo tiêu chuẩn hiện hành.
Hiệu quả Giải pháp mang lại:
Chống ăn mòn chống xâm thực của môi trường nước biển do sử dụng vật liệu cốt phi kim (không sử dụng vật liệu thép) và sử dụng xi măng bền sunphat.
Kết cấu đúc sẵn lắp ghép khắc phục được các bất lợi do điều kiện tự nhiên địa hình, địa chất, khí tượng, thủy văn...
Sản xuất trên quy mô công nghiệp chủ động kiểm soát được chất lượng và tiến độ công trình. Chống tiếu cực thất thoát do chủ động được chất lượng sản phẩm sản xuất quy mô công nghiệp.
Mỹ quan đẹp, thân thiện với môi trường, dễ dàng thi công lắp đặt trong mọi điều kiện địa chất, khí hậu, chủ động được tiến độ, vận hành bảo dưỡng thuận lợi, dễ dàng thào dỡ, di dời và tái sử dụng lại khi có thay đổi về mặt bằng hoặc điều chỉnh quy hoạch dự án, giảm chi phí đầu tư.
Ưu tiên phát triển được công nghệ trong nước, khai thác triệt để nguyên vật liệu và nhân, vật lực tại chỗ.