Tìm hiểu về cừ tràm và cách tính toán kết cấu móng cừ tràm cho công trình

Cọc tre và cọc tràm (được hiểu là "Nền móng gia cố cừ tràm" là giải pháp công nghệ mang tính truyền thống để xử lý nền cho công trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu. Cọc tràm và tre có chiều dài từ 3 - 6m được đóng để gia cường nền đất với mực đích làm tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún. Theo kinh nghiệm, thường 25 cọc tre hoặc cọc tràm được đóng cho 1m2 . Việc sử dụng cọc tràm trong điều kiện đất nền và tải trọng không hợp lý đòi hỏi phải chống lún bằng cọc tiết diện nhỏ.

Sử dụng Cọc tràm  trong thiết kế quả là một việc làm không chuẩn mực, nhưng không phải vậy mà không sủ dụng đến, thực tế nó vẫn sủ dụng tốt cho những nơi có điều kiện thích hợp. Thường nó được xử dụng như một phương pháp xử lý nền đất yếu trong dân gian.

Việc tính toán móng trên nền có cừ tràm cũng có thể mang lại một số hiệu quả đáng kể

- Tận dụng được vật liệu địa phương.

- Thích hợp cho công trình xây chen.

- Có đủ khả năng chịu tại trọng của công trình từ 3 đến 5 tầng.

Đa phần thiết kế móng cọc tràm thì theo kinh nghiệm chứ không có một tiêu chuẩn nào về nó

Hiện nay Nhà nước đã bỏ ra rất nhiều tiền cho các nhà khoa học trong nước nghiên cứu về vấn đề này, hầu hết đều cố gắng tìm một lý thuyết nào đó hay một quan điểm để áp dụng cho việc tính toán này, cách đây vài năm có một hội thảo khoa học cấp bộ để đưa ra các tiêu chuẩn về cọc tràm nhưng tới giờ vẫn chưa được công bố. Thậm chí còn dự định đưa thành tiêu chuẩn thiết kế và nghiệm thu móng cọc cừ tràm (đã có bản Dự Thảo do Phân viện KHXD Miền Nam (IBST) xây dựng trên cơ sở đề tài của GS-TSKH Hoàng Văn Tân). Nhưng nó chưa thể hình thành được vì nhiều vấn đề khó có thể tiêu chuẩn hóa được.

LỊCH SỬ CỪ TRÀM

Cọc cừ tràm được người Pháp sử dụng cách đây trên 100 năm, (ví dụ nhà hát TP HCM. Một thời gian rất dài khi mà cọc bêtông cốt thép chưa được sử dụng rộng rãi, những căn hộ ở TPHCM nói riêng và miền Tây Nam Bộ nói chung thường dùng cừ tràm như một giải pháp gia cố móng khi xây trên nền đất yếu. Ví dụ chung cư Thanh Đa- Quận Bình Thạnh-TP HCM được xây dựng vào khoảng năm 1968-1972 đều dùng cừ tràm. Thực tế đã chứng minh công trình vẫn tồn tại rất tốt dù kiến trúc không còn phù hợp hoặc phần kết cấu chính sắp sập đổ do sự hư hỏng theo thời gian. Trong số đó có những căn hộ cấp 4, đến những chung cư 3 đến 6 tầng đang tồn taị đến nay là một minh chứng cho kinh nghiệm cuả những người đi trước trong việc sử dụng cừ tràm như một giải pháp hiệu quả giai cố nền móng cho những công trình nhỏ + thấp tầng.

ĐẶC ĐIỂM CỌC CỪ TRÀM

Cừ tràm hay tràm cừ còn có tên khác: Tràm ta, Tràm cajuputi. Tên khoa học: Melaleuca cajuputy Powell, Họ thực vật: Sim (Myrtaceae). Vùng trồng thường ở vùng Tây Nam Bộ. Nó có một số công dụng: gỗ dùng để làm cọc cừ trong xây dựng, làm nhà, đóng đồ dùng, đốt than…Lá cất tinh dầu làm dược liệu, vỏ xảm thuyền. Kỹ thụât trồng:

§  Thích hợp nơi có nhiệt độ trung bình 26 - 27 0 C, lượng mưa 1.500 - 1.800mm

§  Đất ngập phèn, pH: 2,5 - 3,0, thành phần cơ giới nặng, ngập trung bình 4-5 tháng trong năm.

§  Mọc được ở đất ngập vùng núi đá vôi, đất xám, đồi núi ít chua, pH: 5-6.

§  Hạt giống phong phú, thu hái ở rừng giống chuyển hoá và các xuất xứ đã được công nhận.

§  Trồng tập trung.

§  Trồng theo tiêu chuẩn ngành về kỹ thuật trồng bằng cây con có bầu, cây con rễ trần hoặc gieo hạt thẳng, mật độ dày 10.000 - 20.000 cây/ha.

§  Cọc tràm được làm từ cây cừ tràm là vật liệu gỗ nên không thể xem là vật liệu có tính truyền lực đẵng hướng, đặc thù cây tràm có cây cong, cây thẳng, tuổi đời khác nhau.

§  Việc sử dụng cọc tràm còn phụ thuộc rất nhiều vào mực nước ngầm trong năm, mà mực nước ngầm thì thay đổi theo mùa, từng vùng cũng có sự thay đổi về mực nước ngầm khác nhau. Tuy nhiên cũng có bằng chứng cho thấy, khi ở trong môi trường nước (đặc biệt là môi trường biển) cọc bị vi sinh và nồng độ hóa chất(đặc trưng bằng độ pH của đất) ăn mòn nhiều.

CÁCH ĐÓNG CỪ TRÀM

Có thể tham khảo công thức đối với cọc tre để tính số lượng cọc trên 1 m2 được xác định theo công thức

n=4000*(e0-eyc)/(pi*d^2*(1+eo))

Trong đó:

§  n: số lượng cọc

§  d: đường kính cọc

§  e0: độ rỗng tự nhiên

§  eyc: độ rỗng yêu cầu

Từ công thức trên ta thấy:

§  Đất yếu vừa có độ sệt IL = 0,55 ÷ 0,60 , cường độ chịu tải thiên nhiên R0=0,7 ÷ 0,9 kG/cm2 đóng 16 cọc cho 1m2.

§  Đất yếu có độ sệt IL = 0,7 ÷ 0,8 , cường độ chịu tải thiên nhiên R0=0,5 ÷ 0,7 kG/cm2 đóng 25 cọc cho 1m2.

§  Đất yếu quá có độ sệt IL > 0,80 , cường độ chịu tải thiên nhiên R0< 0,5 kG/cm2 đóng 36 cọc cho 1m2.

Theo 22TCN 262-2000 thì cọc tre đóng 25 cọc/1m2, cừ tràm 16cọc/1m2.

Cần thiết phải đóng cừ rộng ra ngoài diện tích móng, mỗi cạnh từ 0,1 - 0,2m để tăng sức chống cắt của cung trượt. Thí dụ điển hình là tại công trình chợ Tân Quy Tây, trụ sở một công ty công trình ở đường Xô Viết Nghệ Tĩnh và nhất là lô IV cư xá Thanh Ða, diện tích đóng cừ tràm bị thu hẹp đáng kể, đóng lùi sâu vào bên trong cạnh móng dẫn đến lún

Có người “cầu kỳ” đóng chung quanh trước rồi mới đóng dần vào trong - ý muốn tạo sự nén chặt đất trong phạm vi đóng cừ. Thực chất không tác dụng gì mà chỉ cực cho việc thi công, vì cừ không lèn chặt được đất bùn.

Về độ sâu của móng cừ tràm, nhiều người có thói quen đặt đầu cừ tràm phải nằm dưới mực nước ngầm thấp nhất. Ðiều này đưa đến việc phải đặt đáy móng khá sâu, gây bất lợi cho thi công nhất là vào mùa mưa. Các tài liệu địa chất cho thấy: ở vị trí cao hơn mạch nước ngầm, đất vẫn ẩm ướt, độ bão hòa cao, do đó đủ độ ẩm để đầu cừ tràm không bị khô và sẽ không bị mục. Vì vậy, tùy theo chất đất bên trên mực nước ngầm, có thể chọn đầu cừ tràm cao hơn mực nước ngầm, miễn sao đầu cừ luôn ẩm ướt. Ở đất sét, nước mao dẫn có thể lên đến 5 - 6m.

Một thói quen cần tránh khi thi công là lấy cát phủ lên đầu cừ sau khi đóng. Nhiều người đóng xong cừ là phủ lên đầu cừ một lớp cát dày. Khi làm như vậy, dưới áp lực đáy móng, cát có thể chui xuống bùn hay len vào các kẽ rỗng bên trên của lớp bê tông lót. Theo dòng chảy, cát cũng có thể chuyển dịch. Hoặc khi công trình kề bên đào móng, cát sụt lở, chiều dày lớp cát đệm thi công không đều nhau... đều là những nguyên nhân gây lún hay lún không đều. Cách khác cũng thường gây lún do “xem thường” lớp bê tông lót, cứ sắp đá 4 - 6 xuống và trải hồ vữa xi măng bên trên, cán đều. Lúc này, dưới áp lực đáy móng, dẫn đến kết cấu của lớp lót này không vững, biến dạng và gây lún sụt. Như vậy cần thiết phải tạo lớp lót bằng bê tông đá 1-2 và đổ trực tiếp trên đầu cừ để tạo liên kết thành một khối. Ngoài ra việc phủ cát làm móng  không liên kết với khối cừ tràm nên độ cứng nền – móng bị giảm yếu, do đó có thể bị rung động khi xe chạy bên trên hoặc bên cạnh. Mặt khác do ảnh hưởng của lực xung động, lớp cát đệm có thể bị chảy làm gia tăng độ lún và sự rung động công trình.

Vậy thì nhất thiết phải đặt đầu cừ tràm (cọc tre) vào lớp bêtông lót để lực đứng và ngang truyền từ móng sang khối cừ tràm, để móng và cừ tràm tạo thành một khói chịu lực, không được có lớp cát đệm trung gian.

Thi công cọc tre Đào đất

-  Đóng cọc tre

-  Rải một lớp vỏ bao hoặc nylon

-  Đặt cốt thép và đổ bê tông(dạng móng bè).

Kết quả: các nhà liền kề với nhau xây nhà và sử dụng nhưng không thấy nứt, nghiêng. Còn lún thì chắc cũng ít thôi. Như vậy việc đặt trực tiếp móng công trình lên đầu cọc tre cừ tràm chắc là tốt. Còn việc sử dụng vật liệu rời (cát, đá) thì có lẽ chỉ sử dụng được phần cường độ tăng thêm do tác dụng làm chặt đất của cọc  tre cừ tràm thôi

ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC

Theo 22TCN 262-2000, khi tính tóan xem vùng đất có cọc như là nền đất đắp.  Với cừ dài 4 - 5m, đường kính gốc 10 - 12cm, ngọn 6 - 8cm và mật độ 25 cây/m² thì sức chịu tải của đất đạt từ 0,6 - 0,9 kg/cm². Về mặt lý thuyết, có nhiều ý kiến khác nhau nhưng nên làm cho móng và cừ tràm kết hợp thành một khối "rắn". Vì trong đất bùn, cừ tràm có tác dụng liên kết với móng tạo thành một khối để chuyển lực xuống sâu hơn 4 - 5m (đáy của khối cừ tràm). Từ đó khối cừ tràm đủ sức chịu lực, chống cắt do các cung trượt gây ra ngay tại đáy móng. Khi móng bị phá, đất dưới đáy móng hình thành cung trượt, do đó số lượng và đường kính cừ tràm phải đủ để chịu lực cắt của cung trượt này

Thực tế thiết kế tính toán móng cừ tràm và qua một số kinh nghiệm thi công thử tải, theo dỏi lún cho thấy:

-  Một số công trình ổn định rất tốt trong điều kiện thích hợp.

-  Một số công trình có độ lún rất lớn trên 30cm, nguyên nhân không hòan tòan do móng lún móng trong nền mà chủ yếu do nền tòan khu vực bị lún, kéo công trình lún theo. Hầu hết là khu vực trước khia là đầm lầy ruộng lúa, sau đó được san lấp với chiều dầy trung bình 2 mét , cho dù lớp này có được lèn chặt bao nhiêu di nữa (Khu Đinh Bộ Lĩnh F26, Khu Bắc Van Thánh, Khu Nguyễn hửu Cảnh F22 Q BT,Khu Đô thị Q6, Q7 Nhà Be vv..), tất cả chỉ sau 2 năm có độ lún trên 30 cm, do đó nhà nào xây dựng đầu tiên thì bản thân nó sẽ được "hưởng" trên 30cm lún của khu vực này. Đó là điều mà các thiết kế và nghiên cứu thường không đề cập đến, và đó cũng là do hiệu ứng ma sát xẩy ra sẽ làm giảm khả năng chịu tải này.

-  Móng cừ tràm cũng như cọc tre sẽ phát huy tác dụng tốt nếu được tựa vào lớp đất tốt. Nếu cọc tràm và cọc tre nằm hoàn toàn trong sét nhão, thì tác dụng gia cố không nhiều, công trình sẽ bị lún theo thời gian. Lúc này, nên chọn phương án gia cố nền khác .Với quan điểm đóng cừ tràm trong đất bùn và gọi đó là gia cố nền làm cho bản chât vật lý của nền tốt hơn, để từ đó tính ra sức chịu tải mới thì hoàn toàn không có cơ sở bởi vì đất bùn giống như là chất dẽo, đong chổ này thì xì lên chổ khác,..Khi ta đóng xong hố cừ tràm với đầu cừ còn ló lên khỏi đáy hố khoẳng 15cm thì sáng hôm sau không còn thấy đầu cừ đâu nữa giống như ai đó đã nhổ đi vậy. Thật ra đó là do bùn xì lên lấp cả đầu cừ, mà ngay như khi ta đã đổ xong lớp bê tông.lót, bùn vẫn cứ theo khe hở mà xì lên, Thực tế cho thấy 25 năm sau khi XD chung cư Thanh Da khảo sát lại (Tài liệu Công Ty Kiểm định TP HCM) cho thấy Bùn vẫn là lớp BÙN như ngày nào...

-  Đi tìm một lý thuyết nào đó cho việc thiết kế cừ tràm là không phù hợp thực tế. Ở Sài gòn trước năm 1975 TS Phan Ngọc Thể chỉ đơn giản khi xem nhóm cừ tràm như là một nhóm, bó, và tính toán như là khối móng trong Nền Sét (góc ma sát = 0) như của Mỹ tính toán thì rất đơn giản và phù hợp. Từ cách tính này một điều cực kỳ quan trọng mà có thể xem là kinh khủng là "KÍCH THƯỚC MÓNG CỪ TRÀM CÀNG LỚN THÌ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRÊN 1 MÉT VUÔNG CÀNG GIẢM" như 1m2 cừ tràm có thể chịu 80 kPa nhung khi tăng lên 2m2 có thể chỉ còn 70 Kpa và nếu làm thành cái bè thi có khi giảm còn 50 Kpa, Thực tế thấy là như vậy mà chưa có đề tài nghiên cứu nào đề cập đến

-  Nếu bỏ qua không xét đến độ lún > 20cm do toàn bộ khu vực bị lún (và còn lún còn kéo dài cho vài măn sau nửa) mà chỉ xét đến cục bộ giửa móng và nền thì có thể suy đoán được độ lún này nhưng vẫn không thể lấy đó để khẳng định được, do hiện tượng lún thứ cấp, hiện tượng trồi đất vv mà có thể xẩy ra rất lớn mà ta chưa có cơ sở giải quyết.

ỨNG DỤNG CỪ TRÀM

Theo kinh nghiệm, nên sử dụng cừ tràm ở những vùng đất yếu, đất bùn, có sức chịu tải thấp.

Không nên lạm dụng cừ tràm, nếu phài làm thì chỉ nên dùng cho nhà dưới 5 tầng (do kích thước móng không lớn) nhưng phải có biện pháp gíam sát thật kỹ ( kích thước, mật độ đóng, coi chường bị bẻ cừ,vv ). Sử dụng tốt nhất là bên dưới có một lớp đất tốt hơn mà mũi cừ có thể cắm vào được, khi đó cừ tràm có thể làm việc theo vật liệu cừ, và ta có thể xây nhà 5 tầng trên đó.

Vì cừ tràm nằm dưới mực nước ngầm và dưới đất một thời gian vỏ cừ tràm mục dần, nhiều công trình đào bới lên cho thấy 10-15 năm vỏ cừ tràm bị phá huỷ dần tuỳ theo tính chất của nước ngầm, như vậy ma sát giữa vỏ cừ tràm và các lớp đất không còn như ban đầu. Khi vỏ cừ tràm bị mục, đường kính của cừ tràm cũng bị thu hẹp lại, vậy sức chống mũi của cừ tràm cũng giảm. Cho nên không nên sử dụng cho những công trình 3, 4 tầng có niên hạn sử dụng trên 50 năm.

KẾT LUẬN

-  Không nên đánh giá quá thấp khả năng chịu lực cuả cừ tràm .

-  Không nên sử dụng cừ tràm ở nơi có điạ chất quá yếu và sâu, nên hạng chế sử dụng khi nền móng có sự rung động lớn, trong trường hợp nầy nên thay đổi thành móng bêtông hay những giải pháp móng kết hợp khác.

-  Nên phân bố áp lực đồng điều trên móng, độ lún móng khi gia cố cừ tràm cần được quan tâm, khả năng chịu lực tối đa sau khi gia cường nên lấy từ 0.6-0.8 kg/cm2.

-  Đường kính, chiều dài, và mật độ cừ (16 cây/m2 hoặc 25 cây/m2 hoặc 35 cây/m2...) cần được quan tâm.

-  Cấu tạo và chất lượng thi công lớp vật liệu chèn đầu cọc ảnh hưởng lớn đến độ lún và chất lượng nền cừ tràm.

-  Độ ẩm cuả đất và chất lượng nước ngầm ảnh hưởng đến tuổi thọ và chất lượng cừ theo thời gian sử dụng.

-  Quan niệm tính toán nên thiên về nhóm cọc và nên thí nghịêp ép tỉnh nhóm khi có điều kiện.

-  Hãy nhổ thử một cây cừ tại công trình được gia cố cừ lâu năm để có những suy ngẫm và quyết định đúng khi chọn giải pháp nền móng ( ...mục nát+ yếu nhớt ... khi không đủ độ ẩm ...).