Phân tích lựa chọn công nghệ thi công móng cọc khoan nhồi đường kính lớn thích hợp trong điều kiện địa chất, thuỷ văn phức tạp,luận án thạc sĩ khoa học kỹ thuật chuyên ngành xây dựng cầu

đặc điểm sử dụng móng cọc khoan nhồi trong xây dựng công trình giao thông Cọc khoan nhồi hay còn gọi là cọc đổ bê tông tại chỗ được tạo ra bằng một quá trình nhiều công đoạn gồm: dùng t

trường đại học giao thông vận tải

-   -

nguyễn mạnh hùng

Phân tích lựa chọn công nghệ thi công móng cọc khoan nhồi đường kính lớn thích hợp trong điều kiện địa chất,

thuỷ văn phức tạp

luận văn thạc sỹ kỹ thuật

hà nội -2005

-   -

nguyễn mạnh hùng

Phân tích lựa chọn công nghệ thi công móng cọc khoan nhồi đường kính lớn thích hợp trong điều kiện địa chất,

1.3 Cọc khoan nhồi đường kính lớn trong xây dựng cầu

và các vấn đề liên quan đến chất lượng và sự cố công trình khi thi công trong vùng có điều kiện địa chất, thuỷ văn phức tạp

35

Chương II: phân tích và lựa chọn công nghệ thi công Cọc khoan nhồi đường kính lớn trong điều kiện địa chất, thuỷ văn phức tạp

69

Chương III: Phân tích và đánh giá một số công trình cầu thực tế có móng cọc khoan nhồi

đường kính lớn thi công trong điều kiện địa chất, thuỷ văn phức tạp

mở đầu

Trong những năm gần đây ngành xây dựng giao thông đạt được những thành tựu đáng kể mạng lưới giao thông phát triển với tốc độ rất nhanh, hàng ngàn Km đường cùng hàng trăm chiếc cầu lớn, hiện đại được xây dựng Những thành tựu của nghành giao thông xứng đáng là động lực thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế quốc dân Những công trình to lớn, hiện đại được xây dựng ngày càng nhiều như nhà cao tầng, cầu, cống, sân bay, bến cảng Để xây dựng được các công trình này và đảm bảo cho nó

được ổn định bền lâu thì việc xây dựng nền móng là một công việc vô cùng quan trọng và khó khăn

Đầu những năm 90, ở Việt Nam lần đầu tiên ngành xây dựng cầu đã ứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi đường kính Φ1.4m hạ sâu 30m khi thi công cầu Việt Trì Từ đó đến nay công nghệ thi công cọc khoan nhồi

được phát triển nhanh chóng Hiện tại chúng ta đã làm chủ công nghệ thi công cọc đường kính lớn có thể tới 3m, khoan sâu trong các lớp địa chất

40 ữ 60m, thậm chí sâu đến 80 ữ 100m

Cọc khoan nhồi hiện nay có thể nói là giải pháp chủ yếu để giải quyết kỹ thuật móng sâu cho các công trình nhà cao tầng, cầu đường, bến cảng xây dựng trong vùng có các điều kiện địa chất đất yếu hoặc các vùng có điều kiện địa chất phức tạp Công nghệ thi công cọc khoan nhồi

đường kính lớn đã giải quyết các vấn đề kỹ thuật móng sâu trong nền địa chất phức tạp, đã tạo thế chủ động cho ngành xây dựng công trình giao thông như cầu lớn, công trình cảng biển, cảng sông, nhà cao tầng

đặc điểm sử dụng móng cọc khoan nhồi trong xây dựng công trình giao thông

Cọc khoan nhồi (hay còn gọi là cọc đổ bê tông tại chỗ) được tạo ra bằng một quá trình nhiều công đoạn gồm: dùng thiết bị máy chuyên dụng

khoan hoặc đào đất để tạo lỗ trong đất tới cao độ thiết kế, hạ lồng cốt thép vào trong lỗ khoan, đổ bê tông tại chỗ để tạo thành cọc bê tông cốt thép

Cọc khoan nhồi có kích thuớc mặt cắt, chiều dài cọc lớn (đường kính cọc tới 300cm, chiều dài cọc có thể dài đến 120m), chịu được tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang lớn So với các loại cọc khác thì cọc khoan nhồi thi công thuận lợi trong các vùng gần công trình đã xây trước, trong khu đông dân cư Quá trình thi công ít gây ảnh hưởng đến các công trình bên cạnh và không gây tiếng ồn lớn Với đặc điểm thi công là công

đoạn khoan tạo lỗ đi trước nên có thể kiểm tra lại điều kiện địa chất công trình của từng cọc và có thể dễ dàng thay đổi kích thước, nhất là chiều sau

để phù hợp với điều kiện địa chất công trình thực tế

Phạm vi áp dụng của cọc khoan nhồi:

+ Thích hợp với các loại nền đất, đá, kể cả vùng có hang castơ; + Thích hợp cho các công trình cầu lớn, tải trọng nặng, địa chất nền móng là đất yếu hoặc có địa tầng thay đổi phức tạp

+ Thích hợp cho nền móng các công trình cầu vượt xây dựng trong thành phố hay đi qua khu dân cư đông đúc, vì nó đảm bảo được các vấn đề

về môi trường cũng như tiến độ thi công cầu

+ Thích hợp cho móng có tải trong lớn như: nhà cao tầng có tầng ngầm, các công trình cầu (cầu dầm giản đơn, cầu khung T, cầu dầm liên hợp liên tục, cầu treo dây xiên, nhất là khi kết cấu nhịp siêu tĩnh vượt độ khẩu độ lớn, tải trọng truyền xuống móng lớn mà lại yêu cầu lún rất ít hay hầu như không lún)

Tuy nhiên khi chọn phương án cọc khoan nhồi cần phải xét đến các nhược điểm sau:

• Giá thành trên 1m dài cọc hiện vẫn còn cao so với các loại hình cọc đóng, cọc ép, cọc rung hạ

• Việc kiểm tra chất lượng cọc khoan thường chỉ thực hiện được sau khi đã thi công xong cọc Chi phí cho thiết bị kiểm tra chất lượng tương đối cao Thí nghiệm thử tải cọc phức tạp và giá thành cao;

• Suất huy động cường độ vật liệu cấu tạo cọc thấp;

• Chất lượng cọc phụ thuộc nhiều vào trình độ và công nghệ đổ

bê tông cọc;

• Mức độ triết giảm ma sát mặt bên cọc và sức kháng mũi cọc nhiều hơn so với các loại cọc khác;

• Dễ sụt thành vách lỗ khoan trong giai đoạn tạo lỗ, điều này

ảnh hưởng đến tính chất làm việc của đất xung quanh cọc, tại chân cọc, làm thay đổi kích thước tiết diện cọc, tăng khối lượng bê tông và trọng lượng bản thân cọc một cách vô ích;

• Chi phí khảo sát địa chất công trình cho việc thiết kế móng cọc khoan nhồi cao hơn nhiều so với nhiều so với các dạng móng cọc khác Nguyên nhân chủ yếu là do việc thiết kế cọc khoan nhồi cần biết chi tiết về các tính chất cơ - lý - hoá của

đất, nước, cần dự báo đúng về các hiện tượng cát chảy, đất sập v.v

Vấn đề xảy ra sự cố trong quá trình thi công cọc khoan và bệ cọc không phải là hiếm gặp trong thực tiễn thi công những năm qua, làm ảnh hưởng rất nhiều đến tiến độ cũng như chất lượng công trình Nguyên nhân của những sự cố này về phía khách quan chủ yếu là do các điều kiện địa chất, thuỷ văn phức tạp, cạnh đó một phần là do sự không hoàn thiện về mặt công nghệ, không tuân thủ quy trình thi công của các nhà thầu

Tính chất phức tạp của các điều kiện địa chất, thuỷ văn thông thường do bởi điều kiện tự nhiên Tuy nhiên cũng có trường hợp do có sự can thiệp của con người, các điều kiện tự nhiên này trở nên phức tạp hơn

Cùng với sự phát triển chung của nền kinh tế,trong những năm qua chúng

ta đã tiến hành xây dựng các Nhà máy thuỷ điện Khi xây dựng nhà máy thuỷ điện có nghĩa là dùng một con đập lớn chặn lại dòng chảy để tích trữ nước dùng cho việc chạy máy phát điện, việc này sẽ dẫn đến ngập một vùng rộng lớn, có những nơi trước còn là lưng chừng núi thì sau khi xây dựng thuỷ điện xong đã bị ngập sâu trong nước từ vài mét đến vài chục mét thậm chí đến hơn trăm mét Mùa mưa lũ lưu tốc dòng chảy rất lớn

đồng thời tại thời điểm đó Nhà máy thuỷ điện cũng xả nước do vậy vận tốc dòng chảy vốn đã lớn lại càng lớn hơn rất nhiều lần so với dòng chảy

tự nhiên Mùa cạn lòng hồ hẹp lại do cấu tạo lòng chảo, để đảm bảo năng lượng điện cần thiết lưu lượng nước chảy qua đập thuỷ điện vẫn phải rất lớn, do vậy mức nước trên vùng hồ rút xuống một cách nhanh chóng, có lúc rút khoảng 1m/ngày Những vùng này lại thường có địa chất hang castơ, đá mồ côi, tầng cát hạt mịn dày, độ dốc lớn địa chất lớn .Tất cả các điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp nêu trên , ở trước và sau vùng hồ chứa đều là những thách thức lớn khi xây dựng công trình

Trong những điều kiện như vậy , vấn đề thi công móng công trình vừa đảm bảo được tiến độ , vùa đảm bảo được chất lượng, hạn chế và tránh

sự cố là nhiệm vụ thực sự khó khăn Đã có không ít sự cố xảy ra ngay cả khi đã dự liệu trước

Từ những lý do trên cho thấy việc phân tích, lựa chọn công nghệ thi công móng cọc nói chung và móng cọc khoan nhồi đường kính lớn trong

điều kiện địa chất, thuỷ văn phức tạp sẽ giúp chúng ta làm chủ tiến độ xây dựng, hạn chế các sự cố và giám đáng kể giá thành xây dựng

Xuất phát từ đó,Mục đích của đề tài là:Nghiên cứu phân tích đánh

giá các công nghệ thi công móng cọc khoan nhồi đường kính lớn ở các công trình nằm trong vùng địa chất, thuỷ văn phức tạp ở nước ta trong thời gian qua và các tồn tại trong quá trình thi công từ đó để đưa ra hướng giải quyết, lựa chọn công nghệ, tổ chức thi công phù hợp

155

phô lôc

156

1 Mô tả chung, Mục đích và Phạm vi công việc

Cầu Thanh Trì nằm ở phía nam của TP Hà Nội thuộc dự án vành đai III được xây dựng bằng nguồn vốn vay của ngân hàng hợp tác quốc tế Nhật Bản (JBIC)

Cầu có chiều dài 3084m, rộng 33m bao gồm 52 trụ và 2 mố đặt trên nền móng cọc khoan nhồi đường kính 1m, 1.5m & 2m

Lễ khởi công xây dựng cầu được tổ chức vào ngày 28/11/2002, với thời hạn xây dựng là

48 tháng (1461 ngày) thì thời hạn phải hoàn thành là 28/11/2006 Sau lễ khởi công, công tác khoan cọc được tiến hành đại trà bằng hai phương pháp chủ yếu là: Phương pháp khoan tuần hoàn ngược (dành cho các cọc đường kính 2m ở các trụ dưới sông) và phương pháp khoan đất (dùng cho các cọc đường kính 1m & 1.5m đối với các trụ trên bờ) Đến 25/11/2003 thì công tác khoan cọc đã hoàn thành được 584 cọc, cho đến thời

điểm này công tác siêu âm để đánh giá chất lượng thi công mới tiến hành

Dựa trên kết quả siêu âm, các cọc khoan nhồi có nghi ngờ khuyết tật ở chân được phân thành 4 nhóm: B, C, D và E tùy theo mức độ hư hỏng:

Nhóm B: phần bị hỏng tại chân cọc ≤ 1m

Nhóm C: phần bị hỏng tại chân cọc ≥ 1m và ≤ 3m

Nhóm D: phần bị hỏng tại chân cọc > 3m và ≤ 5m

Nhóm E: phần bị hỏng tại chân cọc > 5m

Về biện pháp xử lý đã được Hội đồng Nghiệm thu Nhà nước, Bộ GTVT, Cục Giám

định và QLCL CTGT, Ban QLDA Thăng Long, Tư vấn PCI và nhà thầu Liên doanh Obayashi-Sumitomo thảo luận và thống nhất các nội dung chính như trong Thông Báo

số 3914/GD và 21/GD của TCQM, ngày 29 tháng 12 năm 2004 và 2 tháng 1 năm 2004

Cụ thể nội dung của thông báo như sau:

Phương pháp xử lý chân cọc được chia thành 2 nhóm chính Nhóm hư hỏng dưới 1m ở chân cọc (nhóm B): Dùng phương pháp bơm vữa xi măng gia cường mũi cọc qua 4 ống sonic (gọi tắt là phương pháp -1) Nhóm hư hỏng lớn hơn 1m ở chân cọc (nhóm C, D & E): Dùng ít nhất 4 lỗ khoan địa chất xung quanh thân cọc để thực hiện bơm và phun vữa gia cố đất dưới sâu trong vùng chân cọc bị hư hỏng (gọi tắt là phương pháp - 2) Trước khi tiến hành đại trà, Tư vấn và Nhà thầu phải tiến hành công tác thử nghiệm để

đánh giá hiệu quả và xây dựng công nghệ của phương pháp sửa chữa, cụ thể:

o Giai đoạn I đối với phương pháp -2: Tiến hành thử nghiệm gia cường đất dưới sâu tại vị trí ngoài trụ, sau đó xem xét kết quả bằng cách khoan lấy mẫu nén ép, đóng SPT Từ đó lập quy trình phù hợp cho biện pháp Phạm vi thử nghiệm sâu dưới mặt

đất 50m, trên chiều cao 3m nằm trong lớp cuội sỏi và tầng cát mịn

o Giai đoạn II đối với cả 2 phương pháp: Tiến hành thử nghiệm 4 cọc

157

đặc trưng cho 4 nhóm (nhóm B, C, D & E) với các nội dung:

+ Thử nghiệm nén tĩnh

+ Thử nghiệm PDA

+ Thử nghiệm khoan lõi lấy mẫu

+ Thử nghiệm SPT đối với nền đất xung quanh cọc được gia cố bơm vữa xi măng Phản ánh thoả thuận nêu trên giữa Chủ đầu tư, Tư vấn và Nhà thầu, một số công việc thử nghiệm, lập kế hoạch tổng thể khắc phục hư hỏng cọc khoan nhồi cho mỗi nhóm đã

được tiến hành theo từng giai đoạn, sau khi kết thúc mỗi giai đoạn Tư vấn đánh giá công tác thử nghiệm và đưa ra kiến nghị về “kế hoạch tổng thể và biện pháp kiểm tra

đánh giá” đối với từng nhóm để trình Hội đồng Nghiệm thu Nhà nước, Bộ GTVT, Cục Giám định và QLCL CTGT phê duyệt

Sau khi có được các chấp thuận về các phương pháp sửa chữa, Nhà thầu, Tư vấn đã tiến hành sửa chữa đại trà và kết thúc vào cuối tháng 5/2004 Cụ thể công tác Sonic-Test và sửa chữa trong 584 cọc được thi công trước 25/11/2004 như sau:

Kiểm tra Sonic-Test được 494 cọc trong tổng 584, trong đó có 174 cọc có nghi ngờ khuyết tật được xếp loại B, C, D & E (có 22 cọc giả định loại E)

23 cọc được sửa chữa bằng phương pháp bơm vữa qua 4 ống sonic

41 cọc được sửa chữa bằng phương pháp bơm cột vữa áp lực cao

110 cọc được sửa chữa bằng phương pháp bổ sung cọc

Chi tiết ngày đổ bê tông, ngày kiểm tra siêu âm và ngày hoàn thành (Xem chi tiết trong Phụ lục 1)

158

2 Đánh giá về Công tác Thử Nghiệm Bên Ngoài đối với phương pháp-2

và Thử Nghiệm Trực Tiếp Vào Cọc đối với cả hai phương pháp: Phương pháp-1 (Bơm vữa đối với Nhóm B) và Phương pháp-2 (Bơm vữa áp lực cao đối với Nhóm C, D & E)

Giai đoạn 1 thử nghiệm ngoài cọc đối với phương pháp - 2:

Nhà thầu và Tư vấn đã tiến hành công tác thử nghiệm bên ngoài giữa trụ P11 và P12 gồm có 2 thử nghiệm:

Thử nghiệm 1 Thử nghiệm 2 Thử nghiệm 1: Bơm 3 cột vữa dày 3m (trong đó có 1.5m nằm trong tầng cát, 1.5m nằm trong tầng cuội sỏi) ở độ sâu 50m so với mặt đất tự nhiên (xem hình vẽ minh họa) sau

đó tiến hành khoan lấy mẫu và đóng SPT nhằm mục đích:

− Xác định thời gian thi công một lỗ

− Đường kính có hiệu của cột vữa bơm trong tầng cát và trong tầng cuội sỏi

− Chiều dày có hiệu của cột vữa bơm

− Cường độ chịu nén của nền đất sau khi bơm vữa

− Giá trị SPT của nền đất sau khi bơm vữa

Thử nghiệm 2: Bơm cột vữa dày 3m và sâu 3m so với mặt đất tự nhiên (xem hình vẽ minh họa) để xác định độ dính bám của cột vữa bơm với khối bê tông cũ, đào kiểm tra

điều kiện thực tế cột vữa bơm

Công Tác Thử Nghiệm Bên Ngoài số 1 áp dụng bơm vữa áp lực cao đã tiến hành từ ngày 14 đến 16 tháng 1 năm 04 và Công Tác Thử Nghiệm Bên Ngoài số 2 áp dụng bơm vữa áp lực cao đã tiến hành vào ngày 17 tháng 1 năm 04 theo Biện pháp thi công của Nhà thầu “Công tác thử nghiệm bên ngoài áp dụng phun vữa áp lực cao” tài liệu số OSJV-MSCJG-TRIAL-A1-EN đính kèm (Phụ lục -2)

Lấy mẫu và thử SPT của Công Tác Thử Nghiệm Bên Ngoài số 1 áp dụng phương pháp phun vữa áp lực cao đã tiến hành từ ngày 28 tháng 1 đến ngày 15 tháng 2 năm 04 còn

159

thí nghiệm cường độ tiến hành vào ngày 17 tháng 2 năm 04 Lấy mẫu của Công Tác Thử Nghiệm Bên Ngoài số 2 áp dụng phương pháp phun vữa áp lực cao đã tiến hành vào ngày 12 tháng 2 năm 04 còn thí nghiệm cường độ tiến hành vào ngày 13 tháng 2 năm 04

Các Công Tác Thử Nghiệm Bên Ngoài nêu trên đã được kiểm soát và dưới sự chứng kiến của giám sát viên hiện trường và kỹ sư của Tư vấn Kết quả khoan mẫu và đóng SPT được đính kèm trong (Phụ lục - 8) đã xác nhận hiệu quả thành công của phương pháp phun vữa áp lực cao như là đường kính hữu hiệu trong lớp sỏi là 1.6m và lớp cát là 1.8m còn cường độ lớn hơn cường độ đặt ra là 30kg/cm 2 Tư vấn cho rằng phương pháp phun vữa áp lực cao là hữu hiệu khi áp dụng Phương pháp 2 cho công tác sửa chữa khắc phục các cọc hỏng Nhóm C, D & E

Giai đoạn II đối với cả 2 phương pháp:

Phương pháp - 1 đối với Nhóm B

Bơm vữa thử tại P18R04 đã tiến hành vào ngày 6 & 7 tháng 1 năm 04 theo Biện pháp thi công của Nhà thầu “Công tác sửa chữa khắc phục các cọc có bê tông không đồng nhất dùng ống siêu âm (Dùng bốn ống siêu âm)” tài liệu số OSJV-MSRMTG-A4-EN Phụ lục - 6 trình bày bản sửa đổi E sẽ được cải thiện theo ý kiến của Tư vấn trong quá trình thực hiện một số công việc và thảo luận

PDA tại P18R04 đã tiến hành vào ngày 14 tháng 1 năm 04 theo Biện pháp thi công của Nhà thầu về “Thí nghiệm PDA (phần mềm phân tích đóng cọc) cọc khoan nhồi” tài liệu

số OSJV-MSPDA-A2-EN đính kèm (Phụ lục - 4)

Thí nghiệm thử tải tĩnh tại P18R04 đã tiến hành từ ngày 31 tháng 1 đến ngày 1 tháng 2 năm 04 theo Biện pháp thi công của Nhà thầu về “Cọc thí nghiệm thử tải tĩnh” tài liệu

số OSJV-MSLT-A4-EN Phụ lục - 5 trình bày bản sửa đổi B sẽ được cải thiện theo ý kiến của Tư vấn trong quá trình thực hiện một số công việc và thảo luận

Lấy mẫu và thử SPT tại P18R04 đã tiến hành từ ngày 5 đến ngày 16 tháng 2 năm 04 Kết quả thí nghiệm PDA của cọc trụ P18R04 cho thấy cường độ chịu lực của cọc lớn hơn 1,775.1 tấn đối với tải trọng thiết kế 501 tấn Tải trọng thử tải đối với cọc đã thi công được bằng hai lần tải trọng thiết kế và kết quả thử tải tĩnh 1,002 tấn cho thấy vẫn trong vùng đàn hồi Thí nghiệm PDA đáng tin cậy vì khả năng chịu lực cuối cùng của P18R04 là 1,775.1 tấn như nêu trong báo cáo của Nhà thầu “Công tác thử nghiệm cho công việc sửa chữa khắc phục các cọc có bê tông không đồng nhất thuộc Nhóm B” tài liệu số OSJV-RP-GRPB-A1-EN

Mẫu lõi cho thấy vữa phun được thâm nhập đồng đều vào vùng bị hỏng và giống như là

xi măng và SPT dưới chân cọc là 51 búa cho 1 cm như trình bày trong báo cáo về

Do vậy, Tư vấn kết luận rằng bơm vữa cho công tác sửa chữa các cọc hỏng nhóm-B theo Phương pháp -1 có hiệu quả và chấp thuận được khi mà tuân theo biện pháp thi công OSJV-MSRMTG-E-EN của Nhà thầu (Phụ lục - 6)

Phương pháp - 2 đối với các nhóm C, D & E:

Cục Giám định và QLCL CTGT, Ban QLDA Thăng Long, Tư vấn và Nhà thầu đã tổ chức cuộc họp ban chỉ đạo tại phòng họp của Nhà thầu vào ngày 5 tháng 2 năm 2004 TCQM và PMU Thăng Long đã đồng ý tiến hành công tác thử nghiệm áp dụng phương pháp phun vữa áp lực cao trực tiếp vào các cọc hỏng Nhóm C, D & E Tư vấn và Nhà thầu đã chọn cọc hỏng số P11-L08 Nhóm E, P12-R05 Nhóm C, P12-R02 Nhóm D làm các cọc đại diện cho các nhóm thử nghiệm

Công tác thử nghiệm trực tiếp vào cọc hỏng P11L08 Nhóm E đã được tiến hành như trình bày dưới đây

1 Đã tiến hành công tác phun vữa áp lực cao từ ngày 7 đến 12 tháng 2 năm

5 Đã tiến hành thử SPT tại một cột vữa vào ngày 4 tháng 3 năm 2004

6 Đã tiến hành nén mẫu lõi vào ngày 6 tháng 3 năm 2004

Công tác thử nghiệm trực tiếp vào cọc hỏng P12R05 Nhóm C đã được tiến hành theo Biện pháp thi công đối với công tác thử nghiệm phun vữa áp lực cao (OSJV-MSCJG-EXP-A2-EN) ngày 7 tháng 2 năm 2004 như trình bày ở dưới đây

1 Đã tiến hành công tác thử nghiệm áp dụng phun vữa áp lực cao tại P12R05 (C) từ ngày 19 đến 25 tháng 2 năm 2004

2 Đã tiến hành thử PDA tại cọc P12R05 (C) vào ngày 7 tháng 3 năm

5 Đã tiến hành nén mẫu lõi vào ngày 21 tháng 3 năm 2004

Công tác thử nghiệm trực tiếp vào cọc hỏng P12R02 Nhóm D đã được tiến hành theo trình bày dưới đây

1 Đã tiến hành công tác thử nghiệm áp dụng phun vữa áp lực cao tại P12R02 (D) từ ngày 13 đến 26 tháng 2 năm 2004

2 Đã tiến hành thử PDA tại cọc P12R02 (D) vào ngày 7 tháng 3 năm

2004

3 Đã tiến hành thử tải tĩnh tại cọc P12R02 (D) từ ngày 15 đến 17 tháng 3 năm 2004

4 Đã lắp đặt điểm phun vữa áp lực cao vào ngày 17 tháng 4 năm 2004

5 Tiến hành khoan lõi xung quanh cọc P12R02 (D) vào ngày 12 và 13 tháng

5 năm 2004

6 Đã tiến hành nén mẫu lõi vào ngày 14 tháng 5 năm 2004

Các kết quả của công tác thử nghiệm trực tiếp vào cọc P11L08 Nhóm E, P12-R05 Nhóm C và P12-R02 Nhóm D (Xem bảng thống kê ở Phụ lục - 8)

Từ kết quả của công tác thử nghiệm Tư vấn có một số nhận xét như sau:

Khoảng trống nằm ở lõi cọc không được xử lý có diện tích nhỏ hơn 30% so với tổng diện tích của toàn bộ mặt cắt ngang cọc

Kết quả thử PDA trước khi tiến hành công tác sửa chữa và sau khi sửa chữa khác nhau khá lớn khoảng 500 tấn, tổng sức chịu tải cọc theo kết quả thử PDA sau khi sửa chữa lớn hơn 2.5 lần tải trọng thiết kế cọc

Độ lún tối đa theo phương pháp thử nghiệm nén tĩnh (ở mức 200% so với tải trọng thiết kế) bằng 7.46mm và độ lún dư còn lại 0.847mm (đối với cọc P12R-05) Chứng tỏ các cọc khi chất đến 200% tải trọng thiết kế vẫn làm việc trong giai đoạn đàn hồi

Kết quả thử SPT sau khi phun vữa áp lực cao nhỏ nhất là N44 búa so sánh với kết quả thử SPT trước khi phun vữa là N29 Cường độ nén mẫu lõi nhỏ nhất ở cọc P12R-02 là 80.4 kg/cm 2 cao hơn yêu cầu 30kg/cm 2 Do đó, rõ ràng vùng đất tại phần có khuyết tật

đã được gia cường

162

Cọc P12R-05 sau khi bơm 4 cột vữa theo biện pháp thi công ban đầu vẫn để lại khoảng trống giữa 2 cột vữa tiếp giáp nhau, sau khi thảo luận Tư vấn và Nhà Thầu thống nhất bổ sung vào biện pháp thi công một chỉ tiêu quản lý chất lượng là bơm bổ sung cột vữa thứ 5 để làm đầy khoảng trống giữa hai cột vữa bơm gần nhau Đồng thời diện tích khoảng trống còn lại tại chân cọc nhỏ hơn 30% diện tích của toàn bộ mặt cắt ngang cọc để phù hợp với giả thuyết tính toán lại sức chịu tải của cọc

Sau khi kết thúc công tác thử nghiệm đối với các nhóm E, C & D Tư vấn đã đưa ra kiến nghị về “Kế hoạch tổng thể và biện pháp kiểm tra đánh giá cho công tác phun cột vữa

áp lực cao nhằm sửa chữa khắc phục hư hỏng cọc khoan nhồi” các nhóm tương ứng và

đựợc Hội đồng Nghiệm thu Nhà nước chấp thuận, Bộ GTVT, Cục Giám định và QLCL CTGT phê duyệt theo văn bản số 1890/BGTVT-CGD ngày 19/4/2004, 1328/GD và 2086/BGTVT-CGD ngày 28/4/2004, 2547/BGTVT-CGD ngày 25/5/2004

Từ kết quả của công tác thử nghiệm, Tư vấn đã đánh giá “Phương pháp phun vữa áp lực cao” gọi là “Phương pháp - 2” để sửa chữa khắc phục các cọc hỏng nhóm C, D & E là

đạt yêu cầu và chấp nhận được

3 Đánh giá của Tư vấn về Công tác sửa chữa các cọc bị hỏng bằng Phương pháp - 1 (Bơm vữa đối với Nhóm B) và Phương pháp - 2 (Bơm vữa áp lực cao đối với Nhóm C, D & E)

Phương pháp - 1 đối với Nhóm B:

Sau khi kết thúc công tác thử nghiệm cùng với sự đóng góp ý kiến của các chuyên gia của Hội Đồng Nghiệm Thu Nhà Nước và Cục Giám định và QLCL CTGT, Tư vấn và Nhà thầu đã sửa đổi hoàn chỉnh biện pháp thi công về “Công tác sửa chữa khắc phục các cọc có bê tông không đồng nhất dùng ống siêu âm (Dùng bốn ống siêu âm)” tài liệu

số OSJV-MSRMTG-E-EN, xem Phụ lục-6

163

Bắt đầu

Xói rửa mũi cọc bằng nước áp lực từ một ống và kiểm tra sự thông nước sang các ống còn lại

Tiến hành tương tự đối với các ống sonic còn lại

Tiến hành bơm vữa (w/c=100%) từ ống thứ nhất

Đạt đến thể tích lớn nhất 1.0m 3 đối với cọc 1.5m hoặc 1.0m 3 đối với cọc 1.0m hoặc áp lực (20kg/cm 2 )

Không

Đạt

Trình tự biện pháp thi công phun vữa gia cường mũi cọc được trình bày theo sơ đồ sau:

Thử tải tĩnh để xác định tính hiệu quả của phương pháp

áp dụng đại trà cho các cọc loại B khác

Tổng số các cọc hỏng nhóm B gồm 33 cọc trong đó có 10 cọc thuộc các trụ được sửa chữa bằng phương pháp bổ sung cọc, 23 cọc được sửa chữa, khắc phục bằng phương pháp bơm vữa xi măng gia cường mũi cọc dùng bốn ống siêu âm (Phương pháp - 1), trong đó có 6 cọc

đường kính 1.0m và 17 cọc đường kính 1.5m Công tác sửa chữa khắc phục bắt đầu từ ngày 06/02/2004 đối với cọc thử nghiệm và kết thúc vào ngày 25/05/2004

Công tác sửa chữa đại trà của phương pháp này được tiến hành theo các biện pháp thi công được điều chỉnh dần trong quá trình thi công cụ thể: Các công tác đục và thau rửa mũi cọc hầu như không thay đổi trong suốt quá trình, chỉ có tỉ lệ nước trên xi măng (W/c) của vữa bơm được điều chỉnh để phù hợp hơn với điều kiện cụ thể của vùng địa chất và cải thiện hơn cường độ vữa bơm mũi cọc Ban đầu tiến hành bơm vữa cho cọc thử nghiệm theo tỉ lệ nước trên xi măng (W/c) thay đổi từ 200% > 100% > 55%, sau

165

đó tỉ lệ nước trên xi măng (W/c) thay đổi thành 100% > 55% trong biện pháp thi công sửa đổi (tài liệu số OSJV-MSRMTG-A5-EN), có 6 cọc được thi công theo biện pháp thi công sửa đổi này Sau cùng với biện pháp thi công đã sửa đổi hoàn chỉnh, tỉ lệ nước trên

xi măng (W/c) thay đổi thành 100% > 55% > 40% trong biện pháp thi công sửa đổi (tài liệu số OSJV-MSRMTG-E-EN)

Công tác sửa chữa khắc phục được tiến hành tuân thủ chặt chẽ biện pháp thi công dưới

sự giám sát của Giám sát viên và các Kỹ sư hiện trường của Tư vấn, tất cả các bước thi công đều được ghi chép đầy đủ trong cả biên bản nghiệm thu của Tư vấn (Phụ lục - 12)

và Nhà thầu Chi tiết ngày đổ bê tông cọc, ngày kiểm tra siêu âm, ngày hoàn thành, khối lượng vữa bơm và áp lực bơm cho mỗi cọc được tóm tắt trong (Phụ lục - 1) Từ khối lượng vữa bơm được cho các cọc và kết quả khoan mẫu lõi cọc thử Tư vấn khẳng

định vữa xi măng đã được thâm nhập đồng đều vào vùng khuyết tật Dựa trên kết quả của công tác thử nghiệm và kết quả kiểm tra bằng phương pháp thử tải động PDA của 2 cọc sau khi kết thúc công tác sửa chữa: cọc P18L-06, P1R-05 (Xem kết quả thử tải trong Phụ lục – 8), Tư vấn đánh giá công tác sửa chữa khắc phục các cọc có bê tông không đồng nhất dùng bốn ống siêu âm đạt yêu cầu và chấp nhận được.

Phương pháp - 2 đối với Nhóm C, D & E:

Tổng số các cọc hỏng nhóm C, D & E gồm 141 cọc (22 cọc giả định) trong đó có 100 cọc thuộc các trụ được sửa chữa bằng phương pháp bổ sung cọc 41 cọc được sửa chữa, khắc phục bằng phương pháp bơm cột vữa áp lực cao (phương pháp 2), trong đó có 01 cọc đường kính 1.0m và 40 cọc đường kính 1.5m Công tác sửa chữa khắc phục bắt đầu

từ ngày 12/02/2004 đối với cọc thử nghiệm và kết thúc vào ngày 28/05/2004

Sau khi kết thúc công tác thử nghiệm, Tư vấn và Nhà thầu đã sửa đổi bổ sung vào biện pháp thi công một số chỉ tiêu giám sát chất lượng quan trọng đó là: Nếu 2 cột vữa lân cận nhau sau khi bơm vẫn không chồng lên nhau thì phải bổ sung thêm cột vữa giữa chúng Hai cột vữa bơm đối diện nhau phải có khoảng cách nhỏ hơn 2.4m hoặc phần lõi không xử lý ở mũi cọc phải nhỏ hơn 30% diện tích mặt cắt ngang cọc Sau khi khoan và kiểm tra độ nghiêng lỗ khoan giám sát viên và kỹ sư hiện trường của Tư vấn tiến hành

định vị vị trí của đáy lỗ khoan so với tim cọc sửa chữa trên Auto Cad để so sánh với các tiêu chuẩn quy định trong biện pháp thi công Nếu kết quả không thỏa mãn thì Nhà thầu phải bơm vữa lấp lỗ khoan và chờ ít nhất 24 tiếng sau mới được khoan lại Trong quá trình thi công nếu có xảy ra tắc ống bơm vữa thì khi bơm tiếp lần sau đầu phun vữa sẽ

được ấn sâu xuống phần đã bơm trước đó 0.5m

Công tác triển khai sửa chữa đại trà và trình tự thi công phun cột vữa áp lực cao được trình bày trong sơ đồ sau:

Kiểm tra độ thẳng đứng của ống Casing

Kiểm tra độ thẳng đứng của lỗ khoan sau khi khoan

bằng thiết bị đo độ nghiêng

Nhỏ hơn Tang(0.5 0 ) x Độ sâu

Thí nghiệm phun cột vữa:

167

(Phụ lục – 11) Đồng thời dựa trên kết quả công tác thử nghiệm cho mỗi nhóm cọc và kết quả kiểm tra công tác sửa chữa bằng phương pháp thử tải động PDA cho 3 cọc: P18R-08 (Nhóm C), P19R-05 (Nhóm C) và P19L-08 (Nhóm D), thử tải tĩnh một cọc P18R-08 (Xem kết quả chi tiết trong Phụ lục – 8), Tư vấn đánh giá công tác sửa chữa khắc phục các cọc có bê tông không đồng nhất bằng phương pháp bơm cột vữa áp lực cao đạt yêu cầu và chấp nhận được.

6 Tài liệu kiểm tra chất lượng và Biên bản ghi chép quan sát chất lượng

Tất cả các tài liệu của Tư vấn liên quan đến công tác sửa chữa phải được phân biệt rõ ràng bằng việc in đậm “Công Tác Sửa Chữa“ thuộc Dự án xây dựng cầu Thanh Trì

Nhà thầu phải đưa ra đề nghị Tư vấn nghiệm thu sử dụng các mẫu đã qui định trước 24 giờ hoặc ít nhất là vào 16:00 của ngày hôm trước bằng fax gửi cho Kỹ sư Thường trú

Đội Sửa Chữa (Kazuo MAKINO)

Yêu Cầu Giám Sát phải luôn ghi rõ:

Hạng mục công việc, Vị trí (Trụ số & Cọc số), Biện pháp thi công có liên quan, sửa đổi số, ngày giờ nghiệm thu

Trợ lý kỹ sư thường trú sẽ bố trí giám sát viên công trường của Tư vấn làm 2 ca và tên của giám sát sẽ được điền vào trong bản yêu cầu giám sát và bằng fax thông báo cho Nhà thầu biết Trợ lý kỹ sư thường trú lập bản phân phát cho văn phòng Tư vấn còn thư

ký sẽ phát bản yêu cầu giám sát này cho giám sát viên, kỹ sư liên quan và Kỹ sư thường trú Kỹ sư thường trú kiểm tra tất cả các bản yêu cầu giám sát có tên của giám sát viên

và ký công nhận Thư ký sẽ cho vào file thích hợp

Tất cả các biên bản ghi chép chất lượng của Nhà thầu phải đáp ứng yêu cầu của Chủ

đầu tư Sau đó tất cả các biên bản ghi chép chất lượng của Nhà thầu bao gồm yêu cầu và biên bản nghiệm thu sẽ được giám sát viên Tư vấn xác nhận, được Kỹ sư thường trú ký phê duyệt, chứng thực bằng biên bản ghi chép chất lượng của Tư vấn Nhà thầu giữ biên bản nghiệm thu gốc trong hệ thống file hồ sơ chất lượng của mình Tư vấn sẽ giữ bản copy sau khi đưa cho Kỹ sư thường trú ký vào hệ thống hồ sơ chất lượng cùng với biên bản ghi chép chất lượng của Tư vấn Hồ sơ hoàn công sẽ phải được lập theo hồ sơ gốc của Nhà thầu và cuối cùng nộp cho Chủ đầu tư vào thời điểm Bàn giao chuyển giai

đoạn

Tất cả biên bản ghi chép kiểm tra chất lượng của Tư vấn phải được giám sát viên của Tư vấn lập và ký tại công trường, kỹ sư hiện trường kiểm tra rồi ký nhận cuối cùng Kỹ sư thường trú sẽ ký chứng thực như trình bày trong Phụ lục hướng dẫn

chương i : ứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi

trong xây dựng

1.1 Tổng quan về cọc khoan nhồi và tình hình ứng

dụng cọc khoan nhồi trong xây dựng

Cọc đóng đã tồn tại và phát triển trong thời gian dài trong xây dựng công trình là do các ưu việt của loại hình xử lý nền móng này Tuy nhiên phương pháp đóng cọc bằng búa xung kích Diesen có nhược điểm lớn là gây ra rung động và làm ô nhiễm môi trường Búa đóng cọc thủy lực tuy khắc phục được việc ô nhiễm môi trường nhưng không triệt tiêu

được sự rung động Do vậy các phương pháp này thường chỉ được áp dụng cho các công trình xây dựng ở xa khu dân cư, các khu quy hoạch mới

Các giải pháp nền móng khi không thể sử dụng được cọc đóng có thể là:Cọc ép, cọc khoan mồi, cọc khoan nhả Trong số này, cọc khoan nhồi được sử dụng phổ biến và phát triển rất nhanh chóng trong vòng hơn chục năm qua ở nước ta

Cọc khoan nhồi (hay còn gọi là cọc đổ bê tông tại chỗ) được tạo

ra bằng một quá trình nhiều công đoạn gồm: dùng thiết bị máy khoan hoặc đào đất để tạo lỗ trong đất tới cao độ thiết kế, hạ lồng cốt thép vào trong lỗ khoan vừa được tạo hình, đổ bê tông tại chỗ để tạo thành cọc bê tông cốt thép

Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng và công nghiệp, tại Hà Nội, tòa nhà HITC - Cầu Giấy do Tổng công ty Xây dựng Thăng Long thi công năm 1994 là một trong những công trình đầu tiên được áp dụng móng cọc khoan nhồi Kết cấu móng gồm 211 cọc đường kính 60 cm, chiều sâu từ 28 đến 32m bằng đầu khoan guồng xoắn D60-KP và D80-KP gắn trên giá cơ bản là DHP-80 và D-308

Tiếp đó là hàng loạt các công trình như: Công trình tại vị trí hiệu sách quốc văn Tràng Tiền; Tòa nhà trung tâm Hai Bà Trưng; Công trình

số 2 Ngô Quyền; Công trình Khách sạn Hồ Tây - số 3 Phó Đức Chính; Khách sạn Lake View; Điểm đỗ xe cao tầng và Khách sạn quốc tế (Bến

xe Kim Liên); Tháp Hà Nội; Công trình 83A Lý Thường Kiệt; Công trình Ever Fortune Plaza - 83B Lý Thường Kiệt; Khách sạn Hanoi Central - 44 Lý Thường Kiệt; Khách sạn Sanway - 6 Láng Hạ, Đại sứ quán Nhật; Trụ sở công ty LOGITEM - 57 Thái Thịnh; Bệnh viện Quốc

tế Bạch Mai

Cũng như ở Hà Nội, tại thành phố Hồ Chí Minh hầu hết các dự án cao tầng đề sử dụng móng cọc khoan nhồi như: Công trình Khách sạn CARAVEN; Khu căn hộ và văn phòng Chancellor Court

Các công trình trên đều thiết kế mũi cọc đặt ở tầng cát chặt pha lẫn cuội sỏi có giá trị xuyên tiêu chuẩn SPT ≥ 50 Kết cấu móng thường

sử dụng các loại cọc thẳng đường kính 800mm, 1000mm, 1200mm (duy nhất có công trình Bệnh viện Quốc tế Bạch Mai sử dụng cọc mở rộng chân, đường kính phần thẳng đến 1700mm, phần mở rộng đến 2500mm) Các công trình này thường được thi công bằng máy khoan guồng xoắn (Tòa nhà trung tâm, Trung tâm công nghệ quốc tế HITC) hoặc máy khoan gầu xoay với các công trình khác Việc giữ thành vách thường được sử dụng bằng dung dịch vữa sét hoặc dung dịch Super mud như ở công trình Tháp Hà Nội Việc pha trộn các dung dịch này cần xử

lý cho phù hợp với từng điều kiện địa tầng Tùy thuộc vào thiết kế của các dự án khác nhau mà lồng cốt thép có thể dài suốt chiều dài của cọc, từng đoạn 11.75m hoặc hai phần ba chiều dài cọc Việc đổ bê tông cọc thường sử dụng phương pháp rút ống thẳng đứng Tuy nhiên cũng có công trình dùng bơm cao áp bơm vữa bê tông cốt liệu mịn vào trong lòng cần khoan như công trình Tòa nhà trung tâm

Sớm hơn, ngay từ đầu những năm 90, ở Việt Nam lần đầu tiên ngành xây dựng cầu đã ứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi đường kính Φ1.4m hạ sâu 30m khi thi công cầu Việt Trì Từ đó đến nay công nghệ thi công cọc khoan nhồi được phát triển nhanh chóng Hiện tại chúng ta

đã làm chủ công nghệ thi công cọc đường kính lớn có thể tới 3m, khoan sâu trong các lớp địa chất 40 ữ 60m, thậm chí sâu đến 80 ữ 100m

Cùng với công nghệ đúc hẫng cân bằng và đúc đẩy phân đoạn thì công nghệ thi công cọc bằng phương pháp khoan nhồi đã được phát huy một cách hiệu quả ở nước ta Các công nghệ thi công cọc khoan nhồi

đường kính lớn có thể nói là giải pháp chủ yếu đã giải quyết các vấn đề

kỹ thuật móng sâu trong vùng có điều kiện địa chất, thuỷ văn phức tạp, đã tạo thế chủ động cho ngành xây dựng công trình giao thông, không những trong các công trình cầu lớn mà cho cả các công trình bến cảng

• Ưu điểm của cọc khoan nhồi:

a/ Điều kiện áp dụng rất đa dạng:

- Cọc khoan nhồi có thể áp dụng phổ biến, rộng rãi với các loại đất nền như: đát sét, đất sỏi sạn, đát sỏi cuội, đá phong hoá, đá nguyên khối

- Thích hợp với các loại kết cấu cầu như: Dầm giản đơn, dầm liên tục, cầu treo, cầu vòm, cầu khung

- Điều kiện thi công: Có thể thi công trên các địa hình đơn giản và phức tạp như: độ dốc tự nhiên lớn, điều kiện huỷ văn phức tạp, vùng nước sâu, biên độ dao động mực nước lớn

b/ Thiết bị thi công đơn giản:

Các thiết bị thi công dễ chế tạo, thậm chí còn có thể dùng các máy khoan thăm dò địa chất Các thiết bị lớn tương đối ít nên các đơn vị thi công dễ

đầu tư mua sắm thiết bị ; dễ tập kết đến địa điểm thi công

c/ Dạng kết cấu mố trụ cầu đơn giản:

Có thể dùng kết cấu mố trụ một hàng cọc thi công đơn giản hoặc thậm chí

có trụ chỉ gồm 2 cọc khoan nhồi như cầu Trung Hà, việc thi công trong nhiều điều kiện dịa hình khác nhau như thi công cả dưới nước lẫn trên cạn

Đối với một số công trình cần tránh ảnh hưởng đến công trình lân cận đã xây dựng hoặc khu dân cư đông đúc thì cọc khoan nhồi rất thích hợp

d/ Giá thành hạ:

Cọc khoan nhồi là dạng móng tiết kiệm kinh phí xây dựng so với sử dụng các kết cấu móng khác như cọc đúc sẵn đóng bằng búa xung kích hoặc rung hạ

e/ Trong quá trình thi công vẫn có thể tiếp tục kiểm tra địa tầng:

Có thể căn cứ theo cấu tạo địa tầng và yêu cầu thiết kế điều chỉnh chiều dài và đường kính cọc cho phù hợp Không bị hạn chế bởi các điều kiện như cần trục và vận chuyển

Các ưu điểm trên có ý nghĩa rất lớn đối với việc thi công cầu

Việc sử dụng kết cấu móng cọc khoan nhồi trong càu đường ôtô đã

đẩy nhanh tiến độ rõ rệt, như: cầu Đông Kinh chỉ trong 15 ngày thi công xong 10 cọc có đường kính 1000 mm dài 15m xuyên vào nền đá vôi có nhiều hang động

Cầu Trung Hà, Tạ Khoa, Hoàng Long, cầu Phù Đổng, cầu sông Gianh thi công nhanh cũng nhờ áp dụng kết cấu móng khoan nhồi

• Một số nhược điểm của cọc khoan nhồi:

a/ Tác nghiệp nhiều công đoạn, khó khăn cho việc tổ chức thi công theo các phương pháp lắp ghép, công xưởng hoá

b/ Còn dùng nhiều đến lao động chân tay Chất lượng cọc phụ thuộc rất nhiều vào trình độ và kinh nghiệm của công nhân

c/ Sau khi cọc đúc song, công tác kiểm tra đánh giá chất lượng cọc tương

đối khó khăn

d/ Quá trình thi công còn tồn tại một số vấn đề khó xử lý như: rơi búa khoan, sụt lở thành vách lỗ khoan, rửa làm sạch lỗ khoan còn phức tạp, mất dung dịch trong lỗ khoan Nói khác đi, trong mỗi công đoạn thi công đều còn khả năng xảy ra những rủi ro, khó có thể kiểm soát và loại trừ hết được

• Phạm vi áp dụng

Như đã giới thiệu,cọc khoan nhồi có khả năng áp dụng rất đa dạng phong phú, ở bất kỳ điều kiện địa hình và điều kiện địa chất, thuỷ văn, dòng chảy nào Cả trong những trường hợp khó khăn với việc thi công các loại hình móng sâu khác, vẫn có thể áp đụng được cọc khoan nhồi, như những trường hợp xem xét dưới đây

a/ Chiều sâu nước và lưu tốc:

- Cọc khoan nhồi thi công trên cạn đã rất phổ biến, còn đối với việc thi công dưới nước thì cọc khoan nhồi cũng đã phát huy ưu điểm một cách rất hiệu quả Hiện nay chúng ta có thể thi công ở những nơi có chiều sâu mực nước tới 30m ữ 45m ta vẫn có khả năng thi công như cầu Tạ Khoa - Sơn La.Tại công trình này, lưu tốc dòng chảy mạnh tới 3m ữ 4m/sec

b/ Nước có áp lực và chênh lệch mặt hố:

- Tại khu vực Hà Nội cũng có tầng cát chảy ( nước có áp lực), chúng ta cũng đã thi công nhiều công trình sử dụng cọc khoan nhồi có đường kính

D =800 mm, 1000 mm, 1200 mm, 2000mm dùng cho các công trình cầu, nhà cao tầng

- Tại các khu vực có hang castơ sống cũng thường gặp hiện tượng nước có

áp lực Khi gặp trường hợp nước có áp lực cần tính toán kỹ chiều cao cột nước để tìm biện pháp khắc phục, đặc biệt là phải có thiết bị giữ ổn định chiều cao cột nước trong ống vách

c/ Sử dụng cọc khoan nhồi cho nhiều loại địa chất: Cọc khoan nhồi có

thể áp dùng cho hầu hết các loại đất đá nhưng trong quá trình gặp các điều kiện địa chất phức tạp cần chú ý:

- Khi gặp đá vôi có hang castơ cần đặc biệt chú ý độ sâu và kích thước của hang

- Khi gặp đất nền có góc nội ma sát nhỏ hơn 120 cần đặc biệt chú ý hiện tượng lở thành vách

d/ Loại cọc khoan nhồi: Gồm cọc chống, cọc vừa chống vừa ma sát, chiều

dài cọc hiện nay tại Việt Nam đã đạt đến 87m ( móng cầu Lạc Quần), trong thực tế một số kinh nghiệm cho thấy:

- Khi tầng phủ mỏng và chiều sâu xói lớn thì nên dùng dạng cọc chống là hợp lý nhất

- Trong vùng địa chất là đá vôi thì dù chiều sâu khoan nhồi bao nhiêu cũng được coi là cọc chống.Khi đó khi tính toán sức chịu tải của cọc thường bỏ qua khả năng chịu tải theo ma sát của lớp đất

- Ngoài các vấn đề nêu trên, nếu trong tầng đất phủ gặp lớp đất yếu thì phải chú ý xét đến ma sát âm

1.2 Đặc điểm công nghệ thi công cọc khoan nhồi

1.2.1 Công tác chuẩn bị

Khi triển khai thi công, ở mỗi dự án đều phải biên soạn một quy trình thi công cọc khoan nhồi cụ thể phù hợp với điều kiện riêng của từng công trình, từng loại thiết bị công nghệ Tuy nhiên, về cơ bản quá trình thoi công cọc khoan bao gồm một số bước như sau

• Chuẩn bị thi công

Trước khi thiết kế tổ chức thi công cọc khoan nhồi cần phải điều tra và thu thập các tài liệu sau:

1 Bản vẽ thiết kế móng cọc khoan nhồi, khả năng chịu tải, các yêu cầu thử tải và phương pháp kiểm tra nghiệm thu

2 Tài liệu điều tra về địa chất, thuỷ văn, nước ngầm

3 Tài liệu về bình đồ, địa hình nơi thi công, các công trình hạ tầng tại chỗ, như đường giao thông, mạng điện, nguồn nước phục vụ thi công

4 Nguồn vật liệu cung cấp cho công trình, vị trí đổ đất khoan

5 Tính năng và số lượng thiết bị thi công có thể huy động cho công trình

6 Các ảnh hưởng có thể tác động tới môi trường và công trình lân cận

2) Lập các bản vẽ thể hiện các bước thi công, các tài liệu hướng dẫn các thao tác thi công đối với các thiết bị chủ yếu Lập hướng dẫn công nghệ thi công và các hướng dẫn sử dụng các thiết bị đồng bộ

3) Lập tiến độ thi công công trình

4) Lập biểu kế hoạch sử dụng nhân lực

5) Lập biểu kế hoạch sử dụng thiết bị

6) Lập bảng tổng vật tư thi công công trình

7) Các biện pháp đảm bảo an toàn lao động và chất lượng công trình

• Vật liệu và thiết bị

Các vật liệu thiết bị dùng trong thi công cọc khoan nhồi phải tuân thủ các yêu cầu nêu trong hồ sơ thiết kế, trong quy định của các tiêu chuẩn hiện hành

Các thiết bị sử dụng như máy cẩu, máy khoan, búa rung v.v phải có

đầy đủ tài liệu về tính năng kỹ thuật, cũng như chứng chỉ về chất lượng, đảm bảo an toàn kỹ thuật của nhà chế tạo và phải được đăng kiểm của cơ quan thanh tra an toàn theo đúng các quy tắc kỹ thuật an toàn hiện hành Nếu đặt máy khoan trên các xà lan hoặc hệ nổi do Nhà thầu tự ghép lại từ các phao thì cần tiến hành tính toán và kiểm tra kỹ lưỡng về an toàn và ổn định của toàn hệ thống nổi khi vận hành cũng như khi di chuyển trên sông Trong thực tế thi công nhiều cầu đã từng xảy ra sự cố tuột neo, trôi cả hệ nổi trong thời gian bão lũ về đột ngột như ở cầu Sông Hàn (Đà Nẵng), cầu Tuần (Huế) v.v

Vật liệu sử dụng vào công trình cọc khoan nhồi như xi măng, cốt thép, vữa sét, phụ gia v.v phải có đầy đủ hướng dẫn sử dụng và các chứng chỉ chất lượng của nhà sản xuất Các vật liệu như cát, đá, nước, vữa sét, bê tông phải có các kết quả thí nghiệm đánh giá chất lượng cũng như thí nghiệm tuyển chọn thành phần bê tông kết quả ép mẫu v.v trước khi đưa vào sử dụng

3) Hệ thống cấp điện gồm nguồn điện cao thế, hệ thống truyền dẫn cao

và hạ thế, trạm biến áp, trạm máy phát điện v.v

4) Hệ thống cung cấp và tuần hoàn vữa sét gồm kho chưa bột bentonite, trạm trộn vữa sét các máy bơm, các bể lắng, hệ thống lọc xoáy, hệ thống

đường ống

5) Hệ thống cung cấp bê tông gồm các trạm bê tông, các kho xi măng, các máy bơm bê tông và hệ thống đường ống v.v

6) Các sàn đạo thi công, các khung dẫn hướng v.v

Mặt bằng thi công phải dựa vào địa hình, vị trí xây dựng móng mà lựa chọn cho phù hợp và cần lưu ý những điểm sau:

1) Khi thi công trên bãi cạn, phải tiến hành san ủi, đắp đất tạo mặt bằng thi công, rải các tấm thép dầy hoặc tấm bê tông để máy khoan bánh xích có thể di chuyển khoan cọc

2) Nếu thi công trên cạn, có thể tạo mặt bằng thi công bằng phương pháp đắp đảo đất

3) Tại những nơi nước sâu hoặc địa chất phức tạp bùn lầy, cần làm sàn

đạo cứng để đặt máy khoan và các thiết bị thi công cọc Có thể dùng hệ nổi như phao, phà để đặt máy khoan nhưng phải neo cho hệ nổi ổn định Có thể làm sàn đạo ngay trên đỉnh hệ khung vây cọc ván thép để cho máy khoan di chuyển Cũng có thể làm đảo nhân tạo trong vòng vây cọc ván thép để đặt máy khoan lên như đã làm ở nhiều dự án như cầu Đường, cầu Lạc Quần Tuy nhiên khi đó cần đặc biệt chú ý cho đúng mức nước thi công và cao độ đặt máy khoan để tránh sự cố như đã từng xảy ra ở cầu Lạc Quần: lũ về sớm và mức nước dâng cao quá nhanh gây mất an toàn cho đảo nhân tạo

Cần đảm bảo có đủ diện tích công trường để lắp dựng thiết bị, xếp dụng

cụ Phải gia cố nền bãi, mặt đường tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp dựng các thiết bị thi công và phương tiện vận chuyển đi lại

Để giảm thiểu tác hại đến môi trường xung quanh công trường, cần dự kiến phương án vận chuyển đất thải, dọn dẹp chướng ngại xung quanh và dưới

mặt đất, tránh gây ô nhiễm môi trường Phải xem xét tác hại của tiếng ồn, chấn động và có biện pháp hạn chế ảnh hưởng đến khu vực xung quanh

Trước khi khoan cọc phải kiểm tra lại đường cơ tuyến lập các mốc cao

độ, các cọc định tim cọc khoan Các mốc cao độ và cọc định tim phải được đặt

ở vị trí không bị ảnh hưởng khi khoan và phải được bảo vệ cẩn thận

1.2.2 Công tác khoan tạo lỗ

+ Thiết bị khoan tạo lỗ

Công tác khoan tạo lỗ có thể chia thành hai dạng chủ yếu theo phương thức bảo vệ thành vách và lỗ khoan như sau:

1 Khoan tạo lỗ không có ống vách, dùng vữa sét bentonite để giữ vách;

cụ thể để đảm bảo chất lượng tạo lỗ

Hiện nay có rất nhiều nhãn hiệu và kiểu máy khoan khác nhau đang hoạt động được nhập từ nhiều nước khác nhau : Đức, Nhật, Trung Quốc, v.v

Do đó bên cạnh các kỹ sư cần có các kỹ sư máy xây dựng cộng tác, Tương ứng với mỗi loại máy khoan, phải soạn một quy trình thi công phù hợp cụ thể cho điều kiện địa chất cụ thể của cầu

Hình 1-1: Một số loại máy khoan + ống vách

Theo đặc điểm kỹ thuật có thể chia ống vách thành hai loại

a) ống vách thuộc thiết bị khoan có kích thước về đường kính, chiều dài mỗi đoạn ống được chế tạo theo tính năng, công suất của từng loại máy khoan ống vách này được rút lên trong quá trình đổ bê tông;

b) ống vách theo yêu cầu thi công không thuộc thiết bị khoan và được

để lại trong kết cấu với mục đích:

từ 6 ữ 10m phụ thuộc vào đặc điểm thiết bị, vật tư và cẩu lắp, các yêu cầu kỹ

thuật của cọc ống vách sử dụng để thi công cọc khoan nhồi phải có chứng chỉ

đảm bảo chất lượng

Tại công trường, các đoạn ống vách của cọc được nối bằng đường hàn Việc hàn nối ống vách phải được thực hiện trên bệ gá Nếu chiều dài ống vách cần hạ lớn hơn chiều cao của cẩu, thì có thể kết hợp giữa việc hạ ống vách và nối ống vách cho đến khi đủ chiều cao thiết kế, nhưng phải bố trí các giá đỡ

để ống vách sau khi nối đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về độ thẳng đứng, kín

và sức chịu tải khi đóng hạ ống vách

Trong loại cọc nhồi khoan lỗ tuần hoàn nghịch thường dùng búa đóng cọc chấn động để đóng ống vách xuống hoặc dùng kích chạy điện ép Để cho

đỉnh ống vách không bị biến dạng hoặc ống bị oằn khi gặp chướng ngại vật thì bản thân ống phải có đủ cường độ và độ cứng Ngoài ra bề mặt ống phải bảo

đảm chất lượng

Trong phương pháp thi công khoan bằng guồng xoắn, để tạo thuận lợi cho việc thi công đổ bê tông thường dùng loại ống vách có chiều dài 4-7m

- Số lượng ống vách chuẩn bị tốt nhất có 2 bộ

- Độ dầy ống vách 9 đến 16mm khi đường kính nhỏ hơn 1m và từ 16

đến 25mm khi lớn hơn 1m, đường kính ống vách lớn hơn đường kính ngoài của lỗ khoan từ 100 đến 150mm Nếu thi công trong nước bùn xô, cát chảy thì

độ sai lệch càng lớn thường đến 20% đường kính ngoài của đầu khoan

+Thiết bị hạ ống vách

Tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất công trình; kích thước ống vách; chiều sâu hạ để tính toán và chọn thiết bị hạ ống vách cho phù hợp Thiết bị hạ ống vách thường có những dạng sau:

1 - Sử dụng thiết bị xi lanh thuỷ lực kèm theo máy khoan để xoay lắc ống vách hạ hoặc nhổ ống vách lên

2 - Sử dụng búa rung đóng ống vách xuống kết hợp với việc lấy đất bên trong lòng ống vách bằng máy khoan, gầu ngoạm, hoặc hút bùn

- Hạ ống vách bằng kích thuỷ lực ép xuống

Hình 1-2 ống vách trong vòng vây cọc ván thép + Chuẩn bị khoan

Trước khi thi công cọc khoan nhồi, cần phải chuẩn bị đủ hồ sơ tài liệu, thiết bị máy móc và mặt bằng thi công, đảm bảo các yêu cầu sau:

- Khoan thăm dò địa chất tại vị trí có lỗ khoan

- Chế tạo lồng cốt thép

- Thí nghiệm để chọn tỷ lệ thành phần hỗn hợp bê tông cọc

- Lập các quy trình công nghệ khoan nhồi cụ thể để hướng dẫn, phổ biến cho cán bộ, công nhân tham gia thi công cọc khoan nhồi làm chủ công nghệ

Khi sử dụng máy khoan không có ống vách đi kèm thì cần phải bổ sung các yêu cầu dưới đây :

- Sản xuất các ống vách thép theo chiều dài mà thiết kế thi công yêu cầu

- Làm các thí nghiệm để chọn tỷ lệ pha trộn thành phần vữa sét phù hợp với yêu cầu của lỗ khoan

Dựa trên cơ sở phương pháp và thiết bị máy khoan, tuỳ theo từng vị trí

cụ thể của cọc mà phải chuẩn bị mặt bằng để lắp đặt máy khoan Khi khả năng chịu tải của đất nền không đảm bảo để đặt máy và thiết bị thi công có thể chọn giải pháp gia cố nền đất sau:

- Dùng xe ủi san và nén chặt đất

- Đào bổ lớp đất yếu thay đất tốt

- Gia cố đất bằng vôi hoặc xi măng v.v

- Lát mặt bằng tà vẹt, ván dầy bằng gỗ hoặc lát bằng thép tấm, thép hình

Khi kê bằng thép tấm cần chống trượt và xoay chân chống máy khoan

Đối với các máy khoan xoắn ốc hay máy khoan gầu xoay dùng để thi công trên cạn, máy cơ bản (bộ phận chính của máy) phải được đặt trên các tấm tôn dày 20mm Các chân máy phải được kê cứng và cân bằng để khi khoan không bị nghiêng hoặc di động

Đối với các máy khoan tuần hoàn thuận hoặc nghịch, đầu khoan được treo bằng gía khoan hoặc bằng cần cẩu, trước khi khoan phải định vị giá khoan cân bằng, đúng tim cọc thiết kế Các sàn công tác phải đảm bảo ổn định dưới tải trọng thi công và tải trọng động

Định vị máy khoan cọc như sau:

phương pháp sau đây để xác định vị trí lắp đặt máy:

+ Vẽ chu vi ngoài chân của ống vách trên mặt đất

+ Đóng ít nhất 3 cọc nhỏ để làm mốc trên chu vi đặt máy

+ Làm một vành đai định vị bằng với chu vi ngoài của chân ống vách

b) Đối với máy khoan gầu xoay di chuyển máy khoan để đầu khoan vào

trúng tim cọc đã xác định

ba thiết bị như: búa rung, búa xung kích hoặc kích thuỷ lực để hạ ống vách xuống

Khi định vị, phải kiểm tra xem ống vách đã nằm đúng vào vị trí của cọc chưa, nếu bị lệch phải lắp "bàn thao tác" để điều chỉnh lại

+ Đo đạc trong khi khoan

Công tác đo đạc trong khi khoan nhằm đạt được các mục tiêu sau:

- Định vị chính xác vị trí khoan;

- Theo dõi chiều dày lớp địa chất của lỗ khoan;

- Xác định vị trí, cao độ đầu khoan

Định vị tim đầu khoan hoặc tim ống vách bằng thiết bị đo đạc công trình, theo các cọc mốc đã được xây dựng từ trước Trong quá trình khoan phải theo dõi tim cọc bằng máy kinh vĩ, đo đạc độ sâu lỗ khoan, đồng thời phải luôn quan sát và ghi chép sự thay đổi các lớp địa chất qua mùn khoan lấy ra

Khoan lỗ

Phải lựa chọn thiết bị khoan đủ năng lực và phù hợp với điều kiện địa chất, thuỷ văn của công trình để đảm bảo cho viẹc tạo lỗ khoan đạt yêu cầu thiết kế

Thiết bị tạo lỗ khoan có các loại sau;

- Thiết bị trong phương pháp thi công có ống vách: gồm ống vách có chân sắt, gầu ngoạm được treo bằng hệ múp cáp

- Thiết bị trong phương pháp khoan phải tuần hoàn: đầu khoan được nối với cần khoan cùng với dung dịch giữ thành kéo đất khỏi lỗ khoan

- Máy tạo lỗ trong phương pháp tạo lỗ bằng guồng xoắn:

Khi lựa chọn thiết bị cần căn cứ vào tình hình địa chất cụ thể, kích thước cọc, phương pháp thi công để lựa chọn cho thích hợp

- Nhóm máy khoan dùng ống vách chỉ nên sử dụng trong đất đá mềm, những nơi không có nước mặt mức nước ngầm thấp Những nơi có mực nước ngầm cao hoặc cần dung dịch giữ thành chỉ nên dùng khi chiều sâu lỗ khoan không lớn, vì trong điều kiện đó các máy khoan mới phát huy tốt

- Nhóm máy khoan vận hành ngược có thể sử dụng trên tầng đất đá, đặc biệt có hiệu quả khi đường kính lỗ khoan lớn từ 30 đến 100m

- Nhóm máy khoan trong đất thích hợp cho loại đường kính lớn, đặc biệt gầu xoay, có độ sâu từ 20 đến 30m

Khi lựa chọn máy khoan cần xét tính kinh tế của mỗi loại máy với

đường kính và độ sâu cọc Không nên sử dụng máy khoan ống vách, trừ trường hợp không có giải pháp hiệu quả khác do kéo dài thời gian và tốn kém

đo công tác ống vách

Trong trường hợp nền là đất bình thường thì việc tạo lỗ có đơn giản; nhưng trong trường hợp nền đất cứng, đá sỏi, đá mố côi hay tầng nham thạch thì tạo lỗ khó khăn thậm chí không làm nổi Tuỳ tình hình thực tế mà vận dụng các phương pháp tạo lỗ cho thích hợp

+ Phương pháp thi công có ống chống vách

Công nghệ tạo lỗ sử dụng ống chống vách có ưu điểm là vách lỗ khoan

ổn định, đặc biệt khi tạo lỗ qua địa tầng bùn sụt cát chảy mà các phương pháp khác khó có thể khắc phục

Tuy nhiên phương án dùng ống vách cũng có những nhược điểm sau:

- Phải chi phí mua ống vách, hạ ống vách, đặc biệt có khi phải để lại một phần hay toàn bộ ống vách

- Khi thi công trong địa tầng qua cuội sỏi gây khó khăn cho hạ ống vách và tạo lỗ

+ Công nghệ khoan dùng guồng xoắn

Guồng xoắn thích hợp với đất dính, mềm, khi đó có thể không cần ống vách, thậm chí không cần dung dịch giữ thành hơn nữa không gây tiếng ồn và chấn động lớn do đó thích hợp khi thi công cho thi công ở đô thị Nhưng khi dùng phương pháp này cần chú ý không làm sạt lở vách khi nhấc guồng xoắn

và xử lý khi gặp đá mố côi, tốt nhất khi gặp đá mố côi thì nên sử dụng công nghệ có ống chống vách

Khi gặp đá tảng rất cứng ở sâu với lưỡi khoan guồng xoắn hoặc khoan thùng không xuyên qua được phải dùng lưỡi khoan đặc biệt có răng cứng để phá vỡ chúng bằng cách cho rơi tự do đầu khoan vào lỗ đã khoan hoặc có thể dùng thuốc nổ (nếu cho phép) hoặc lấy máy đục đá thả vào lỗ khoan để phá đá tảng, đá mố côi hoặc tầng nham thạch cứng

Trong quá trình khoan nếu xảy ra sự cố, hiện tượng bất thường (sụt lở thành vách, lỗ khoan không thẳng, có sự sai lệch về đường kính lỗ khoan thực

tế so với yêu cầu của thiết kế v.v ), thì cần phải nghiên cứu, đề xuất giải pháp

xử lý Phương án xử lý sự cố của nhà thầu chỉ được thực hiện khi được chủ

đầu tư, tư vấn giám sát, tư vấn thiết kế thống nhất chấp thuận

Phải chờ đến khi bê tông cọc bên cạnh trong cùng một móng đạt tối thiểu 70% cường độ thiết kế mới được khoan tiếp Việc quyết định chọn thời

điểm khoan còn phụ thuộc vào khoảng cách giữa các cọc trong móng Theo tiêu chuẩn thiết kế hiện hành thì cự ly tim của cọc ít nhất là bằng 3 lần đường kính cọc

Đối với những lỗ khoan sử dụng dung dịch vữa sét để giữ thành vách, cần bù phụ dung dịch liên tục trong quá trình khoan, ngừng khoan hoặc đổ bê tông Không được để cao độ dung dịch trong lỗ khoan hạ xuống dưới mức quy

định gây sụt lở vách

Khi ngừng khoan lâu phải rút đầu khoan ra khỏi hố khoan, tránh khoan

bị chôn vùi khi sập vách, miệng hố khoan phải được đậy nắp

Khi đưa mũi khoan lên để xả đất hoặc nối dài cần khoan phải rút từ từ, không được cho đầu khoan chạm vào vách gây sụt lở

Sai số cho phép trong công tác khoan tạo lỗ và sai số cho phép của lỗ cọc khoan nhồi đã thi công xong được nêu trong Tiêu chuẩn TCXD 206:1998

Bảng 1.1 Sai số cho phép về lỗ cọc nhồi (Theo TCXD 206: 1998)

Phương pháp tạo lỗ cọc

Sai số

đường kính cọc (mm)

Sai số

độ thẳng

đứng (%)

Sai số về vị trí cọc (mm) Cọc đơn, cọc dưới

móng băng theo trục ngang, cọc biên trong nhóm cọc

Cọc dưới móng băng theo trục dọc, cọc trong nhóm cọc

D/4 nhưng không lớn hơn 150

Trong quá trình khoan phải luôn theo dõi việc cấp vữa sét cho bơm hút (phương pháp tuần hoàn ngược) Nếu hết vữa sét dự trữ thì phải ngừng ngay khoan Trong mọi trường hợp cấm để dung dịch khoan trong hố khoan bị hạ thấp hơn 1m so với cao độ quy định

+ Xử lý lắng cặn

Công tác xử lý lắng cặn phải thực hiện trước khi đổ bê tông Khi khoan cọc đến cao độ thiết kế, không được để đọng bùn đất hoặc vữa sét ở đáy lỗ khoan làm giảm khả năng chịu tải của cọc Đối với mỗi cọc, sau khi khoan

đều phải thực hiện việc xử lý cặn lắng kỹ lưỡng Đây là một kỹ thuật khó và cần được thực hiện, kiểm tra chất lượng thật kỹ

+ Yêu cầu chung với dung dịch khoan

Tuỳ theo điều kiện địa chất, thuỷ văn, nước ngầm, thiết bị khoan mà chọn phương pháp giữ thành vách lỗ khoan và chọn dung dịch khoan cho thích hợp

Dung dịch vữa sét (Bentomte) dùng để giữ thành vách gồm: nước, bột sét, CMC và tác nhân phân tán khác Dung dịch vữa sét có thể sử dụng đối với nơi có lớp địa tầng dễ sụt lở và đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Có thể dùng ở mọi loại địa tầng