Bài giảng Công nghệ xử lý nền móng

Nền yếu có thể được hợp thành bởi một hoặc nhiều lớp đất yếu xen kẽ nhau hoặc xen giữa các lớp đất khác có khả năng chịu lực tốt hơn; Khi tính toán, nếu nền công trình không thỏa mãn các

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ XÂY DỰNG

BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN MÓNG

HÀ NỘI, 2021

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 5

1.1 KHÁI NIỆM VỀ NỀN VÀ MÓNG 5

1.1.1 Nền 5

1.1.2 Móng 5

1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐẤT YẾU VÀ NỀN ĐẤT YẾU 6

1.2.1 Đất yếu 6

1.2.2 Nền yếu 6

1.3 CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH 7

1.3.1 Biện pháp về kết cấu công trình 7

1.3.2 Biện pháp về móng 7

1.4 KHÁI NIỆM XỬ LÝ NỀN 8

1.4.1 Phân loại nền và yêu cầu xử lý 8

1.4.2 Các phương pháp xử lý nền 9

CHƯƠNG 2 XỬ LÝ NỀN BẰNG ĐẦM NÉN, THẾ NỀN 11

2.1 XỬ LÝ NỀN MỀM YẾU BẰNG ĐẦM NÉN 11

2.2 PHƯƠNG PHÁP THẾ NỀN 12

2.2.1 Trường hợp áp dụng 12

2.2.2 Thành phần vật liệu thế nền 12

2.2.3 Công nghệ thi công 12

CHƯƠNG 3 XỬ LÝ NỀN BẰNG THOÁT NƯỚC CỐ KẾT 14

3.1 CỌC CÁT 14

3.1.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng 14

3.1.2 Thi công cọc cát 15

3.1.3 Kiểm tra chất lượng cọc cát 16

3.2 BẤC THẤM 17

3.2.1 Cấu tạo 17

3.2.2 Công nghệ thi công 17

3.2.3 Phạm vi áp dụng 18

3.2.4 Ứng dụng trong thực tế 18

3.3 THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG KẾT HỢP VỚI GIA TẢI 19

3.3.1 Phạm vi áp dụng 19

3.3.2 Công nghệ thi công 19

3.3.3 Ứng dụng trong thực tế 23

CHƯƠNG 4 XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC 24

4.1 CỌC TRE, GỖ 24

4.1.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng 24

4.1.2 Tính toán và thiết kế cọc tre, gỗ 24

4.1.3 Thi công cọc tre, gỗ 24

4.1.4 Gia cố nền móng 25

4.2 CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP 26

4.2.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng 26

4.2.2 Chế tạo, vận chuyển và cẩu lắp cọc 30

4.2.3 Hạ cọc bằng phương pháp đóng 31

4.2.4 Hạ cọc bằng phương pháp ép 46

4.2.5 Hạ cọc bằng phương pháp rung 60

4.3 CỌC XI MĂNG ĐẤT 61

4.3.1 Đặc điểm và phạm vi áp dụng 62

4.3.2 Thi công cọc xi măng đất bằng phương pháp khoan trộn sâu 63

4.3.3 Thi công cọc xi măng đất bằng phương pháp phụt vữa áp lực cao 66

4.3.4 Kiểm tra chất lượng cọc xi măng đất 71

4.4 CỌC KHOAN NHỒI 72

4.4.1 Đặc điểm phạm vi áp dụng 72

4.4.2 Yêu cầu cơ bản khi thi công cọc khoan nhồi 74

4.4.3 Thiết kế móng cọc khoan nhồi 74

4.4.4 Thiết bị thi công cọc khoan nhồi 74

4.4.5 Phương pháp thi công cọc khoan nhồi 75

4.4.6 Thi công cọc khoan nhồi 80

4.4.7 Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi 90

4.4.8 Các sự cố thường gặp và cách xử lý 99

CHƯƠNG 5 XỬ LÝ NỀN BẰNG KHOAN PHỤT 102

5.1 KHOAN PHỤT TRONG NỀN ĐÁ 102

5.1.1 Giới thiệu chung 102

5.1.2 Nội dung tính toán 103

5.1.3 Xi măng và vật liệu pha trộn 105

5.1.4 Nồng độ vữa phụt 106

5.1.5 Trình tự và cách tiến hành khoan phụt vữa 107

5.1.6 Phương pháp phụt vữa 113

5.1.7 Những chú ý trong quá trình thi công phụt vữa xi măng 115

5.1.8 Kiểm tra chất lượng màn chống thấm 116

5.2 KHOAN PHỤT TRONG NỀN CÁT SỎI 116

5.2.1 Màn chống thấm trong nền cát sỏi 116

5.2.2 Nhiệm vụ của màn chống thấm 118

5.2.3 Thông số màn chống thấm 118

5.2.4 Trình tự khoan phụt 119

5.2.5 Công nghệ thi công 119

5.2.6 Kiểm tra chất lượng 122

5.2.7 Ứng dụng 122

5.3 XỬ LÝ NỀN CÁT SỎI BẰNG TƯỜNG XI MĂNG - ĐẤT 123

5.3.1 Công nghệ thi công 123

5.3.2 Trình tự thi công 124

5.3.3 Điều kiện áp dụng 125

CHƯƠNG 6 CÔNG TÁC HỐ MÓNG 129

6.1.1 Khái niệm về móng công trình 129

6.1.2 Giác móng 130

6.1.3 Đào móng và rào chắn 131

6.2 BẢO VỆ THÀNH VÁCH HỐ MÓNG 132

6.2.1 Một số hình thức chắn giữ bằng hàng cọc 132

6.2.2 Hàng cọc bằng ván cừ 134

6.2.3 Hạ ván cừ thép bằng máy ép thủy lực 138

6.2.4 Thi công nhổ cừ 140

6.2.5 Hàng cọc bê tông cốt thép đổ tại chỗ 141

6.2.6 Tường chắn ngầm bê tông cốt thép 143

6.2.7 Neo đất 148

6.2.8 Bảo vệ thành vách và đáy móng trong nền đá khi nổ mìn đào móng 151

6.3 TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHỐNG ĐỠ 153

6.3.1 Hình thức kết cấu chịu lực của hàng cọc 153

6.3.2 Các phương pháp tính toán hàng cọc 153

6.3.3 Ví dụ tính toán 153

TÀI LIỆU THAM KHẢO 157

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

Với nền công trình thủy lợi cần xét phạm vi đất chịu ảnh hưởng về thấm do việc xây dựng và sử dụng công trình

Phải xác định phạm vi của nền công trình để khảo sát và xử lý phù hợp

1.1.2 Móng

Móng là bộ phận phía dưới cùng của công trình có tác dụng truyền và phân bố tải trọng

từ công trình lên mặt nền

Móng thường có kích thước lớn hơn kết cấu bên trên để giảm áp suất trên mặt nền

Theo biện pháp thi công, móng được chia làm 2 loại:

Móng nông: là loại móng khi thi công phải đào toàn bộ hố móng, móng này thường có độ sâu không lớn (thường ≤5m)

Móng sâu: là loại móng khi thi công chỉ cần đào một phần hoặc không cần đào hố móng như: móng cọc

1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐẤT YẾU VÀ NỀN ĐẤT YẾU

Đất yếu nói chung có các đặc điểm sau:

- Hầu như hoàn toàn bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (thường r>1,0)

- Khả năng chịu lực vào khoảng 0,5÷1,0kg/cm2

- Tính nén lún mạnh, hệ số nén lún thấp (≤0,6); mô đun biến dạng nhỏ (E≤50kg/cm2), trị số sức kháng cắt không đáng kể

1.2.2 Nền yếu

Nền đất yếu là phạm vi đất nền có khả năng chịu lực kém (sức chịu tải nhỏ hơn tải trọng công trình đặt trên nó), nằm phía dưới móng công trình và chịu tác động của tải trọng công trình truyền xuống

Nền yếu có thể được hợp thành bởi một hoặc nhiều lớp đất yếu xen kẽ nhau hoặc xen giữa các lớp đất khác có khả năng chịu lực tốt hơn;

Khi tính toán, nếu nền công trình không thỏa mãn các yêu cầu về cường độ và biến dạng thì cần phải áp dụng các biện pháp xử lý;

Cần xử lý kết cấu phần trên và kết cấu móng trước, nếu chưa đạt yêu cầu về khả năng chịu lực mới cần phải xử lý nền;

Nền cần phải xử lý gọi là “nền đất yếu”;

Khái niệm nền đất yếu phải hiểu một cách tương đối trong mỗi hoàn cảnh và điều kiện xây dựng cụ thể

1.3 CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

Để giảm thiểu việc phải xử lý nền và những nguy cơ có thể gây ra do nền yếu, khi thiết

kế thường cân nhắc 2 biện pháp: biện pháp về công trình và biện pháp về móng Khi các biện pháp này không đem lại hiệu quả mới phải xử lý nền

1.3.1 Biện pháp về kết cấu công trình

- Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ;

- Làm tăng độ mềm của kết cấu công trình;

- Tăng thêm cường độ cho kết cấu công trình …

Hình 1.2 Biện pháp về kết cấu công trình 1.3.2 Biện pháp về móng

- Thay đổi chiều sâu chôn móng, kích thước đáy móng;

- Thay đổi loại và độ cứng của móng,

P P

Hình 1.3 Biện pháp về móng công trình 1.4 KHÁI NIỆM XỬ LÝ NỀN

Chỉ sau khi đã thay đổi kết cấu phần trên, kết cấu móng mà không thỏa mãn yêu cầu thiết

kế (cường độ, biến dạng) thì mới cần phải xử lý nền

Xử lý nền là cải thiện các chỉ tiêu cơ lý, hóa học của đất nền nhằm tăng cường khả năng chịu lực, phòng lún, phòng thấm, chống trượt và chống lật cho nền công trình

1.4.1 Phân loại nền và yêu cầu xử lý

1.4.1.1 Phân loại nền

Theo mức độ tác động của con người: Nền tự nhiên và nền nhân tạo

- Nền tự nhiên: Móng đặt trực tiếp trên nền tự nhiên tại cao trình thiết kế, không can thiệp vào lớp đất phía dưới và xung quanh

- Nền nhân tạo: Phải dùng các phương pháp kỹ thuật để gia cố nhằm cải thiện khả năng chịu lực cho nền

Theo tính chất vật lý của đất thì nền được chia làm 3 loại: Nền đất có tính dính, nền đất không có tính dính, nền đá nứt nẻ nhiều

- Nền đất có tính dính, thấm ít như: đất bùn, đất sét;

- Nền đất không có tính dính: đất pha cát, pha sỏi, nền cát và sỏi,

- Nền đá nứt nẻ nhiều, phong hóa sâu,

Theo khả năng chịu lực và chống thấm thì nền được chia làm 3 loại: Nền mềm yếu nền

đá nứt nẻ, nền thấm

- Nền mềm yếu: là nền có khả năng chịu lực, phòng lún, chống trượt và chống lật kém;

- Nền đá nứt nẻ nhiều hoặc đá phong hóa sâu;

- Phương pháp vật lý: Hạ mực nước ngầm; Dùng giếng cát; Dùng bấc thấm, điện thấm

- Phương pháp nhiệt học: Sử dụng khí nóng trên 800oC để làm biến đổi đặc tính lý hóa của nền đất yếu

- Phương pháp hóa học: Dùng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như: xi măng; thủy tinh; Silicat hóa… hoặc một số hóa chất đặc biệt

- Phương pháp sinh học: Sử dụng hoạt động của vi sinh vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất công trình

- Phương pháp thủy lực: Cọc thấm, lưới thấm; bấc thấm; hút chân không …

1.4.2.2 Theo loại nền cần xử lý có các phương pháp như sau:

- Xử lý nền mềm yếu: Phương pháp thế nền, xử lý nền mềm yếu bằng đầm nén, xử lý bằng cọc, xử lý bằng vải địa kỹ thuật, xử lý nền đất mềm yếu bằng cách thoát nước cố kết

- Xử lý nền thấm: Hạ mực nước ngầm, tường vây bằng cừ thép, tường bê tông cốt thép,

hạ giếng chìm, giếng giảm áp,

- Xử lý nền cát sỏi lòng sông: đào hào bentonít, đê quai sân phủ, khoan trộn xi măng với đất tại chỗ, khoan phụt vữa xi măng,

- Xử lý nền đá: phụt vữa xi măng, vữa đất sét, silicát hóa, nhựa hóa

Áp dụng khi nền đất ẩm và chiều dày dưới 2,5m

Hình 2.1: Gia cường nền đất yếu bằng đầm lăn ép có kết hợp xung lực

b Đầm nện sâu

Hình 2.2: Gia cường nền đất yếu bằng cách đầm nện sâu

c Đầm chấn động sâu:

Hình 2.3: Đầm chấn động sâu để gia cố đất yếu 2.2 PHƯƠNG PHÁP THẾ NỀN

2.2.1 Trường hợp áp dụng

Đất nền mềm yếu, bão hòa nước;

Nền có chiều dày nhỏ hơn 3m;

Không có nước ngầm có áp

2.2.2 Thành phần vật liệu thế nền

Thường là hỗn hợp cát sỏi với tỷ lệ khác nhau;

Hỗn hợp 70% cát vàng với 30% cát đen;

Hỗn hợp 60% dăm sỏi (cỡ hạt 20 ~ 30mm) với 40% cát vàng;

Ngoài cát sỏi có thể dùng đất pha cát, sỏi hoặc đá để làm lớp đệm

2.2.3 Công nghệ thi công

Bóc bỏ lớp đất yếu

Rải thành từng lớp để đầm: chiều dày rải tùy thuộc vào phương pháp đầm nén mà thay đổi từ 20~25cm (đối với đầm thủ công hoặc máy đầm cóc), 40cm (khi đầm bằng máy ủi)

và 100~150cm (đầm bằng đầm rung ép)

Khi đầm cần kết hợp với tưới nước 6~8% Cũng có thể tưới bão hòa nước và đầm bằng

xà beng xọc và lắc (đối với các công trình nhỏ) hoặc bằng máy đầm rung (đối với các công trình lớn)

Kiểm tra độ chặt của nền sau khi đã đầm nén

Chú ý:

Có thể đổ cát sỏi lấn dần, đẩy lớp bùn ở trong nước để làm sân bãi

Đối với các công trình lớn thì cần phải tiếp tục dùng phương pháp xử lý khác để gia cố nền

CHƯƠNG 3 XỬ LÝ NỀN BẰNG THOÁT NƯỚC CỐ KẾT

Áp dụng lý thuyết cố kết của đất diễn ra khi tiến hành thoát lượng nước có sẵn trong khối đất Nhờ vậy cường độ chịu tải của đất sẽ tăng lên;

Trong kỹ thuật người ta dùng bấc thấm và cọc cát làm phương tiện thoát nước theo phương thẳng đứng;

Ngoài ra còn dùng kết hợp với một số biện pháp khác để tăng thêm hiệu quả thoát nước

Cọc cát là phương pháp đơn giản, giá thành rẻ, được áp dụng rộng rãi

Cọc cát được sử dụng trong trường hợp công trình chịu tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày > 3m

Những trường hợp sau đây không nên dùng cọc cát:

Đất quá nhão yếu, lưới cọc cát không thể lèn chặt được đất (khi hệ số rỗng nén chặt snc>1thì không nên dùng cọc cát

Chiều dày lớp đất yếu dưới đáy móng < 3m, lúc này dùng đệm cát tốt hơn

Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát và vùng đất được nén chặt xung quanh cọc cùng làm việc đồng thời, đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc Vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền được nén chặt bằng cọc cát có thể được coi như một nền thiên nhiên Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn nhiều so với nền thiên nhiên hoặc nền gia cố bằng cọc cứng Phần lớn độ lún của công trình diễn ra trong quá trình thi công, do vậy công trình mau chóng đạt đến giới hạn ổn định

Sử dụng cọc cát rất kinh tế so với cọc cứng (so với cọc bê tông giá thành giảm 50%, so với cọc gỗ giảm 30%), không bị ăn mòn, xâm thực Biện pháp thi công đơn giản không đòi hỏi những thiết bị thi công phức tạp

3.1.2 Thi công cọc cát

Hình 3.1 Sơ đồ thi công cọc cát Cọc cát được thi công bằng máy chuyên dùng Tạo lỗ bằng máy khoan kiểu xoắn hoặc ống mồi lắp trên giá, thường sử dụng ống thép tạo lỗ Sau đó nhồi cát vào trong ống rồi cho bão hòa nước hoặc đầm

Cần lưu ý khi đào hố móng không đào sâu đến cao trình thiết kế mà để lại khoảng 1m, sau này khi thi công móng mới đào tiếp vì cát ở đoạn đầu trên của cọc thường không

chặt Ống thép được hạ xuống bằng chấn động đến độ sâu cần thiết, nhồi cát và rút ống lên từ từ

Hình 3.2 Thiết bị thi công cọc cát 3.1.3 Kiểm tra chất lượng cọc cát

Sau khi thi công cần kiểm tra lại bằng các phương pháp sau đây :

Khoan lấy mẫu đất ở giữa các cọc cát để xác định trọng lượng riêng của đất được nén chặt Ync, hệ số rỗng nén chặt enc và c, p sau khi nén chặt Từ đó tính ra cường độ của đất nền sau khi nén chặt

Dùng xuyên tiêu chuẩn để kiểm tra độ chặt của cát trong cọc và đất giữa các cọc cát Thử bàn nén tĩnh tại hiện trường, trên mặt nền cọc cát Diện tích bàn nén phải lớn để trùm qua được ít nhất 3 cọc cát

Thông thường, nếu cọc cát được thi công tốt, sức chịu tải của đất nền có thể tăng lên gấp 2-3 lần so với ban đầu

Khác với các loại cọc cứng là một bộ phận của kết cấu móng, làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất nền, mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu nên còn gọi là nền cọc cát

Cọc cát giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn;

Nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèn chặt cát vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý

để lớp sình lầy cố kết rất lâu kéo dài thời gian chờ đợi xây dựng Cắm xuống đất các ống

có bấc thoát nước thẳng đứng xuống đất làm thành lưới ô với khoảng cách mắt lưới ô là 0,5m, cắm sâu 18-22 mét

Ồng thoát nước có bấc có đường kính 50-60 mm, vỏ ống bằng nhựa có rất nhiều lỗ châm kim để nước tự do qua lại Trong ống để bấc bằng sợi polime dọc theo ống để nước dẫn theo bấc lên, xuống, trong ống

Phương pháp này được gọi là phương pháp thoát nước thẳng đứng (Vertical Drain) Việc cắm ống xuống đất nhờ loại máy cắm bấc thấm

Khi nền đất được đổ các lớp vật liệu bên trên để gia tải, nước trong đất bị áp lực của vật liệu gia tải làm nước tách ra và đi lên theo bấc, đất cố kết nhanh Khi giảm tải, nước chứa trong ống có bấc không hoặc ít trở lại làm nhão đất Kết hợp sử dụng vải địa kỹ thuật tiếp tục thoát nước trong đất và đổ cát bên trên sẽ cải thiện tính chất đất nền nhanh chóng 3.2.3 Phạm vi áp dụng

Đây là biện pháp mới được sử dụng ở nước ta và với những công trình đã được thoát nước theo phương thẳng đứng của bấc thấm chứng tỏ tốc độ cố kết của nền đất yếu là nhanh so với các phương pháp khác Biện pháp này có thể sử dụng được rộng rãi vì theo kinh nghiệm nước ngoài, đây là biện pháp hữu hiệu trong bài toán giải quyết tốc độ cố kết của nền đất yếu

Công nghệ này thích dụng cho việc xây dựng nhà ở có số tầng có số tầng 3 ~ 4 tầng xây dựng trên nền đất mới lấp mà dưới lớp đất lấp là lớp bùn sâu

Bấc thấm được dùng nhiều trong việc xây dựng đường đi qua vùng đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long Bấc thấm làm cho nền đất ổn định nhanh hơn so với chờ ổn định tự nhiên

3.2.4 Ứng dụng trong thực tế

Trong nước :

Việc sử dụng bấc thấm ở nước ta mới xuất hiện khoảng 15 năm trở lại đây Những công trình sử dụng bấc thấm với số lượng nhiều tập trung cho các công trình nền đường như đường quốc lộ 5 Hà Nội-Hải Phòng, nhiều đoạn trên đường quốc lộ 1A, nhất là những đường xa lộ tại đồng bằng sông Cửu Long như các đường thuộc các tỉnh miền Tây Nam

bộ và nhiều con đường thuộc tỉnh Cà Mau Công trình dân dụng và công nghiệp sử dụng bấc thấm được dùng rộng rãi ở các khu công nghiệp ở Bà Rịa-Vũng Tàu như tại các nhà máy điện Phú Mỹ, nhà máy Hoá chất

Nước ngoài:

Biện pháp sử dụng bấc thấm được sử dụng cũng không quá lâu so với sự xâm nhập phương pháp công nghệ này vào nước ta Tại Philippines, Indonêxia là những đảo có nhiều vùng trũng sình lầy, việc sử dụng bấc thấm khá phổ biến

3.3 THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG KẾT HỢP VỚI GIA TẢI

3.3.1 Phạm vi áp dụng

Để tăng tốc độ và hiệu quả cố kết thấm nhằm rút ngắn thời gian và hạ giá thành việc xử

lý nền, người ta dùng kết hợp phương pháp thoát nước thẳng đứng (bằng bấc thấm hoặc giếng cát) với đắp gia tải ở trên mặt

Có thể dùng các loại đất, cát, đất đá thải để đắp phần gia tải

Nước trong đất nền sẽ thoát lên phía trên qua các vật thoát nước thẳng đứng rồi theo lớp thoát nước nằm ngang (bằng vải địa kỹ thuật hoặc lớp cát sỏi) rải trên mặt nền để thoát ra ngoài

Phương pháp này được dùng phổ biến, nhất là xây dựng đường

3.3.2 Công nghệ thi công

Hình 3.4 Xử lý nền bằng thoát nước thẳng đứng kết hợp gia tải

1) Lớp gia tải ; 2) Vật thoát nước nằm ngang ; 3) Vật thoát nước thẳng đứng 3.3.2.2 Thi công

Làm các vật thoát nước thẳng đứng;

Làm vật thoát nước nằm ngang (vải địa kỹ thuật hoặc cát, sỏi);

Đắp khối gia tải

Hình 3.5 Đắp lớp gia tải sau khi thi công xong vật thoát nước đứng và ngang

3.3.2.3 Thoát nước cố kết theo phương đứng kết hợp gia tải và hút chân không

Cấu tạo của hệ thống thoát nước

Hình 3.6 Xử lý nền mềm yếu bằng cách kết hợp thoát nước thẳng đứng, gia tải và hút

chân không Gần giống với hệ thống thoát nước cố kết thẳng đứng kết hợp với gia tải;

Đặt thêm các chi tiết để tạo ra và duy trì chân không như: vải chống thấm, hệ thống bơm chân không, khối đắp cát, rãnh nước và bờ ngăn

Nhờ có thêm tác dụng của chân không nên thời gian thoát nước cố kết sẽ được rút ngắn

và như vậy hiệu quả cố kết đất cũng được tăng lên rất nhiều

Thi công: Trình tự thi công cụ thể như sau:

Làm các vật thoát nước thẳng đứng;

Làm lớp thoát nước ngang và lắp đặt thiết bị hút chân không;

Đào hào chứa nước và đắp bờ ngăn quanh khu vực nền cần xử lý

Phủ kín khu vực xử lý kể cả đáy hào chứa nước bằng vải chống thấm để ngăn không khí xâm nhập vào khu vực hút chân không

Đắp lớp gia tải và hút chân không để thoát nước cố kết

Hình 3.7 Lắp ống hút chân không sau khi cắm bấc thấm và đổ cát trên mặt

1) Cuộn ống hút chân không; 2) Cấu tạo ống; 3) Ghép nối hệ thống ống

Hình 3.8 Phủ hai hoặc ba lớp vải nilon chống thấm

Hình 3.9 Toàn cảnh hiện trường xử lý nền mềm yếu khi sử dụng công nghệ kết hợp thoát

nước cố kết thẳng đứng, thoát nước ngang, gia tải và hút chân không

1) Rãnh nước; 2) Bơm chân không; 3) Lớp phủ bằng nilon 3.3.3 Ứng dụng trong thực tế

Phương pháp này tuy đòi hỏi cần có công nghệ và thiết bị thi công phức tạp nhưng hiệu quả cao hơn;

Dưới tác dụng của hút chân không cho phép nâng cao sức chịu tải của nền lên rất lớn đủ đáp ứng cho công trình lớn;

Ở nước ta đã được áp dụng để xử lý nền nhà máy khí điện đạm Cà Mau và kho cảng Hải Phòng

Thông thường người ta đóng 16-25 cọc/m2 (khoảng cách cọc 25-20 cm) Dày hơn nữa không thể đóng được

4.1.2 Tính toán và thiết kế cọc tre, gỗ

Hiện tại chưa có lý thuyết tính toán cụ thể nhưng ta có thể làm như sau: trong giai đoạn thiết kế giả sử sau khi đóng cọc tre đất nền đạt được độ chặt nào đó (thông qua hệ số rỗng) từ đó tính được sức chịu tải đất nền lấy đó làm căn cứ thiết kế móng (hoặc có thể giả sử sức chịu tải đất nền sau khi đóng cọc)

Sau khi đóng cọc xong làm thí ngiệm lại để kiểm tra sức chịu tải của nền đất nếu không khác nhiều so với sức chịu tải giả thiết thì không cần sửa thiết kế (thực tế ít có thí nghiệm kiểm tra mà chủ yếu dựa vào kinh nghiệm)

4.1.3 Thi công cọc tre, gỗ

1.Yêu cầu của cọc:

Tre làm cọc phải là tre già trên 2 năm tuổi, thẳng và tươi, không cong vênh quá 1cm/ 1md cọc Dùng tre đặc (hay dân gian hay gọi là tre đực) là tốt nhất Độ dày ống tre không nhỏ quá 1cm Khoảng cách giữa các mắt tre không nên quá 40cm

Đường kính cọc không nên nhỏ hơn 6cm Chiều dài cọc: cắt dài hơn chiều dài thiết kế 20-30cm

Đầu trên của cọc (luôn lấy về phía gốc) được cưa vuông góc với trục cọc và cách mắt tre 50mm, đầu dưới được vát nhọn trong phạm vi 20cm và cách mắt 20cm

2 Phương pháp hạ cọc:

- Hạ cọc bằng thủ công: Dùng vồ gỗ rắn để đóng, để tránh dập nát đầu cọc phải dùng bịt đầu cọc bằng sắt Cọc đóng xong phải cưa bỏ phần dập nát đầu cọc Trường hợp nền đất yếu bùng nhùng mà khi đóng cọc bằng vồ cọc bị nẩy lên thì nên hạ cọc bằng phương pháp gia tải, kết hợp rung lắc

- Hạ cọc bằng máy: Có thể dùng gầu máy đào để ép cọc

4.1.4 Gia cố nền móng

- Cọc tre có thể đóng thủ công hoặc đóng bằng máy

- Cọc tre chỉ thi công được tại những nơi có mực nước ngầm cao, cọc tre phải được đóng ngập xuống dưới mực nước ngầm để tránh mối, mọt gây hư hỏng cọc trong quá trình sử dụng

- Cọc tre chỉ sử dụng tại những công trình có yêu cầu không lớn về tải trọng

* Trình tự đóng cọc tre:

- Cọc đóng theo quy tắc từ vòng ngoài vào trong, từ xa vào gần tim móng

- Cọc lớn đóng trước, cọc nhỏ đóng sau trong trong cùng một loại móng hoặc từng m2 móng băng

- Cọc đóng xuống phải thẳng, không gẫy, dập, cong vênh

- Sau khi đóng xong toàn bộ, cần phủ lên đầu cọc 1 lớp cát vàng dày 10 cm rồi tiến hành

4.2 CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP

4.2.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng

4.2.1.1 Cọc bê tông cốt thép vuông

Cọc đóng bê tông cốt thép là loại cọc được đúc sẵn Mác bê tông từ 200 đến 350 tuỳ thuộc chiều dài, tiết diện cọc và yêu cầu thiết kế Trong thực tế xây dựng sử dụng nhiều nhất là loại cọc có tiết diện vuông, cấu tạo như Hình 4.1

Hình 4.1 Cấu tạo cọc bê tông cốt thép Tiết diện cọc: 20x20, 25x25, 50x30, 35x35, 40x40 và 45x45 cm;

Đầu cọc đặt 5 lưới thép cách nhau 50 mm để chống ứng suất cục bộ khi đóng;

Các đai ở mũi cọc và đầu cọc mau hơn với bước đai 50 – 100 mm, phần thân cọc thưa hơn với bước đai 100 – 200 mm;

Chiều dài đoạn cọc: 3 – 16 m;

Độ sâu đóng cọc: trung bình 25 m, nếu sử dụng cọc bê tông ứng suất trước có thể đóng tới 40 m;

Sức chịu tải của cọc đạt 80 – 100 tấn/cọc;

Chiều dày lớp bê tông bảo vệ tối thiểu 3 cm;

Đầu cọc đặt các đai bằng thép lá dày 10 mm để phục vụ việc nối hàn trong quá trình đóng cọc Ngoài nối hàn còn có rất nhiều các kiểu nối khác được sử dụng rộng rãi ở nước ngoài, Hình 4.2 trình bày các kiểu nối cọc đóng để tham khảo

Hình 4.2 Các phương án nối cọc bê tông cốt thép trong quá trình đóng

Hình 4.3 Cấu tạo cọc tròn đúc ly tâm

4.2.1.2 Cọc tròn BTCT đúc ly tâm

Ngoài cọc tiết diện vuông ra, loại cọc tròn bê tông cốt thép đúc ly tâm cũng được sử dụng nhiều trong thực tế xây dựng Cấu tạo của đoạn cọc bêng cốt thép đúc ly tâm thể hiện ở Hình 4.3

Đường kính cọc 40 – 120 mm;

Chiều dài đoạn cọc 4 – 12 m;

Mũi cọc có khung thép gia cường và đầu mũi bịt thép lá;

Đầu cọc gia cường hai vòng đai xoắn để chống ứng suất cục bộ;

Bước các đai xoắn bố trí tương tự như ở cọc tiết diện vuông;

Cọc có thể nối hàn, nối bu lông

4.2.1.3 Cọc BTCT ứng suất trước

Để hạn chế hiện tượng nước có thể thẩm qua các khe nứt đó vào thân cọc làm gỉ cốt thép

và phá hoại bê tông qua các khe nứt nẻ hay xuất hiện khi vận chuyển và đóng cọc bê tông cốt thép người ta sử dụng cọc bê tông cốt thép ứng suất trước Do bê tông đã được nén trước, nên không chịu ứng suất kéo, do đó không bị nứt nẻ Ngoài ra còn giảm được lượng cốt thép trong cọc bê tông Cọc bê tông cốt thép ứng suất trước có thể đóng sâu tới

40 m

4.2.2 Chế tạo, vận chuyển và cẩu lắp cọc

4.2.2.1 Chế tạo cọc bê tông cốt thép

Cọc bê tông cốt thép có thể được đúc trong các nhà máy sản xuất kết cấu bê tông hoặc tại khu vực xây dựng công trình

Sân chế tạo cọc phải bằng phẳng được đổ bê tông hoặc bê tông cốt thép có bọc thép tấm

Để tiết kiệm diện tích sân đúc cọc người ta có thể đúc cọc thành nhiều tầng chồng lên nhau Khi đó bê tông cọc tầng trên chỉ được đổ khi bê tông cọc tầng dưới đạt 25% cường

4.2.2.2 Vận chuyển và cẩu lắp cọc bê tông

Vận chuyển cọc từ nơi đúc đến công trường bằng xe rơ-moóc Cọc đặt trên hai con kê gỗ

ở vị trí điểm cẩu để hạn chế mômen uốn trong cọc Trong phạm vi công trường vận chuyển cọc bằng cần trục

Khi cẩu cọc, trong thân cọc phát sinh mômen uốn Khi chế tạo người ta chọn 2 điểm cẩu cọc để mômen uốn trong cọc nhỏ nhất (Hình 4.4 a) Hai điểm cẩu cọc đặt cách hai đầu cọc một khoảng bằng 0,21 lần chiều dài cọc

Hình 4.4 Vị trí điểm cẩu cọc bê tông cốt thép

a - cọc hai điểm cẩu; b - cọc ngắn 1 điểm cẩu

Đối với những cọc ngắn chiều dài dưới 10m thì có thể cẩu cọc từ một điểm, điểm cẩu này

ở cách đầu cọc một khoảng có chiều dài bằng 0,3 lần chiều dài cọc (Hình 4.4 b)

4.2.3 Hạ cọc bằng phương pháp đóng

4.2.3.1 Thiết bị thi công đóng cọc

Trong thi công cọc đóng, thiết bị cơ bản là giá đóng và búa đóng

- Thiết bị treo trục: là hệ ròng rọc (thường là 3 bộ), bộ giữa phục vụ việc búa, 2 bộ phục

vụ việc nâng cẩu cọc

* Giá búa chạy trên ray: Được chế tạo bằng thép, bao gồm khung đế, thanh định hướng, hệ tời kéo Khi đóng cọc giá búa được di chuyển trên hai ray nhờ tời kéo và đẩy thủ công Nhược điểm của giá búa loại này là tính cơ động kém, do vậy hiện nay ít được

sử dụng

* Giá búa cần trục: Trên thực tế người ta sử dụng cần trục bách lốp, bánh xích, máy đào đất có trang bị thêm thiết bị để làm giá búa hoặc máy đóng cọc loại giá búa Các thiết bị này có tính cơ động tự hành cao, đứng một vị trí đóng được nhiều cọc và đóng được cọc nghiêng (Hình 4.5)

Hình 4.5 Giá búa đóng cọc a) Cần trục giá búa; b) Máy đóng cọc loại giá búa

1 - ống đứng; 2 - ống dẫn hướng của búa; 3 - ống chống chéo; 4 – búa; 5 - cọc

b Búa đóng

1 Búa treo:

Búa được chạy bằng tời điện và dây cáp Trọng lượng búa từ 500 – 2000 kg Độ cao nâng búa phụ thuộc vào sức chịu tải của cọc, thường từ 2,5 – 4 m Búa treo được dùng trong trường hợp đóng cọc gỗ, cọc nhỏ, ngắn và khối lượng ít Năng suất của búa thấp do tốc

độ đóng chậm, mỗi phút chỉ đóng được 4 – 10 nhát

2 Búa hơi đơn động:

Dùng hơi ép hay hơi nước để nâng chày lên cao Búa đóng xuống bằng động năng rơi tự

do Búa nặng từ 1,5 – 8 tấn Một phút có thể đóng được 25 – 30 nhát

Ưu điểm: Búa có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng

Nhược điểm: Điều khiển bằng tay, cồng kềnh vì phần hơi nước hoặc khí ép có kích thước lớn

3 Búa hơi song động:

Dùng khí nén hoặc hơi nước nâng chày, đồng thời lúc hạ chày đóng cọc, khí nén đẩy thêm nên hiệu suất của búa cao và năng suất búa cao hơn Mỗi phút búa có thể đóng 200-

300 nhát Búa làm việc tự động, không cần giá búa mà chỉ cần treo búa ở đầu cần trục Kich thước nhỏ, dễ vận chuyển

Ưu điểm: năng suất cao, có thể đóng được cọc tiết diện lớn

Nhược điểm: trọng lượng hữu ích nhỏ so với toàn thể búa (khoảng 20%) Phải dùng nguồn động lực ngoài (nồi hơi, khí nén) cồng kềnh

Búa hoạt động theo nguyên lý động cơ nổ hai thì (hút,

nén và nổ, xả), động cơ diezen khi nổ sẽ nâng chày lên

và ép chày khi rơi xuống

Trọng lượng búa từ 600 – 5000 kg Loại có trọng lượng

dưới 1500 kg rất hiệu quả khi sử dụng đóng cọc gỗ,

cọc thép, cọc BTCT tiết diện nhỏ Số nhát đóng trong

một phút 45 ÷ 100 nhát

Ưu điểm: Giá thành thấp, lắp dựng nhanh, sử dụng ít

công nhân, tính cơ động cao

Nhược điểm: Nếu đóng cọc mảnh xuống đất mềm, độ

kháng của cọc nhỏ, cọc và búa tụt nhanh, nhiên liệu không cháy hết được Gây tiếng ồn lớn và khói bụi, ô nhiễm môi trường

Hiện nay có nhiều loại búa Diezen hiện đại được các công ty nước ngoài đưa vào Việt Nam như hãng FRANK (Úc) và ECONFILING (Singapore), búa nặng đến 7000 kg để đóng cọc ở Thành phố Hồ Chí Minh

5 Búa đóng cọc thủy lực

Búa đóng cọc thủy lực là một loại thiết bị đóng cọc hiện hại, ở nước ta, nhiều nơi đã bắt đầu sử dụng Năng lượng động của búa được cung cấp bởi hệ thống bơm dầu thủy lực, vì thế cho phép điều chỉnh lực đóng và tần số đóng một cách dễ dàng, hạn chế những va đập ngắn, tức thời, kéo dài sự tác động và tiếp xúc giữa búa và đầu cọc, hiệu suất sử dụng năng lượng cao Kết quá đó làm giảm khả năng vỡ và rạn đầu cọc, điều chỉnh lực đóng phù hợp với từng loại đất ở mỗi vị trí đóng Sử dụng cọc thủy lực rút ngắn được thời gian cho công tác chuẩn bị, dễ khởi động ngay cả trên nền đất yếu Ngoài ra búa thủy lực hoạt động không gây tiếng ồn và khói diezen làm ô nhiễm môi trường

Trọng lượng của búa thủy lực lên đến 11000 kg (11 T), tốc độ đóng đạt trên 170 lần/phút Búa thủy lực có thể đóng cọc với tiết diện lớn, chiều sâu đóng đến 50 m

4.2.3.2 Chọn búa đóng cọc và giá búa

a Chọn búa đóng cọc

Hình 4.6 Búa diezen

a – loại cần; b – loại ống

- Thông số đặc trưng cho khả năng hạ cọc của búa là năng lượng tính toán E cho một nhát búa đóng Năng luợng tính toán của búa phụ thuộc vào trọng lượng búa, độ cao rơi

và hiệu suất đốt của hỗn hợp cháy

Năng lượng tính toán của búa có thể xác định theo công thức sau:

Đối với búa treo và đơn động: E = Qh (kgm);

Đối với búa diezen kiểu ống: E = 0,9 Qh (kgm);

Đối với búa diezen kiểu cần: E = 0,4 Qh (kgm)

Trong đó: E - năng lượng tính toán của búa (kgm);

Q - trọng lượng phần chày của búa (kg);

h – chiều cao rơi thực tế phần động của búa (m)

Trong từng điều kiện thi công cụ thể, búa đóng cọc được chọn theo năng lượng cần thiết tối thiểu của một nhát búa đập (En) và hệ số thích dụng (K)

Năng lượng cần thiết tối thiểu của một nhát búa đập En được xác định theo công thức:

Trong đó: P - khả năng chịu tải của cọc (kg)

Từ giá trị En đãchọn, kiểm tra lại hệ số thích dụng theo công thức:

Trong đó: K - hệ số thích dụng của búa;

Q - trọng lượng tổng cộng của búa (kg);

Gỗ Thép BTCT

Đánh giá kết quả chọn búa qua hệ số K:

- Khi K nhỏ hơn trị số trên thì búa không đủ nặng so với trọng lượng cọc, nên tốc độ và hiệu quả đóng cọc sẽ kém, cọc đóng không xuống, cọc bị vỡ khi đóng Phải chọn búa có trọng lượng lớn hơn

- Khi K lớn hơn trị số trên thì búa quá nặng so với cọc, cọc sẽ xuống nhanh, lún quá chiều sâu cần đóng, gây lãng phí Phải chọn búa có trọng lượng nhỏ hơn

b Chọn giá búa:

Sau khi chọn búa, ta phải chọn giá búa sao cho phù hợp với búa và cọc Mỗi loại búa có thể treo ở các giá nhất định Giá búa phải có chiều cao đảm bảo đóng được những cọc theo thiết kế Chiều cao H của giá búa được xác định theo công thức sau:

Trong đó: l - chiều dài cọc (m);

h - chiều cao búa;

d - chiều cao nâng búa;

z - đoạn búa có treo các thiết bị cẩu búa và cọc (ròng rọc, móc, cẩu ) Các thông số kỹ thuật của giá búa: kích thước, sức nâng, tốc độ cáp, công suất động cơ, loại tời, đường kính cáp v.v có thể tra ở sổ tay máy xây dựng

4.2.3.3 Công tác chuẩn bị đóng cọc

a Kiểm tra thiết bị và cọc

- Thiết bị đóng cọc phải có phiếu kiểm định chất lượng chất lượng, thời hạn sử dụng

- Cọc phải có phiếu kiểm định chất lượng Kiểm tra kích thước cọc, chất lượng cọc Khi cọc có vết nứt tuyệt đối không được sử dụng

- Kiểm tra biện pháp thi công, mặt bằng xây dựng, nền đất, vị trí xếp cọc, sơ đồ di chuyển của máy đóng cọc và cần trục phục vụ

- Vạch tim ở các mặt bên của cọc để theo dõi độ thẳng đứng theo hai phương bằng máy kinh vĩ trong khi đóng Đánh dấu độ dài suốt thân cọc với khoảng chia 5 hoặc 10cm để theo dõi tốc độ và độ sâu đóng cọc

b Xác định và định vị vị trí cọc

- Vị trí cọc được xác định theo bản vẽ thiết kế

- Sau khi xác định vị trí cọc, định vị vị trí bằng các mốc: đóng cọc gỗ dài 50cm sơn đỏ đầu

c Đưa giá búa vào vị trí, lắp cọc vào giá búa

Sau khi di chuyển giá búa vào vị trí, tiến hành lắp dựng cọc vào giá búa như sau: Móc dây treo cọc 1 của giá búa vào móc cẩu trên của cọc; dây treo búa 2 của giá búa vào móc cẩu dưới của cọc Cho hai máy tời cuốn hai dây lên cùng một lúc, hai đầu cọc được nâng lên cao đồng thời Sau đó dây 2 ngừng kéo, dây 1 vẫn tiếp tục kéo cọc lên, cọc dần trở về

vị trí thẳng đứng, để ghép vào giá búa (Hình 4.7 a) Cũng có thể dùng một cần trục phục

vụ khi lắp cọc vào giá búa (Hình 4.7 b)

a) b)

Hình 4.7 Lắp cọc vào giá búa:

a) Giá búa thao tác độc lập; b) Lắp cọc với cần trục phục vụ

- Để cọc xuống từ từ và không bị lệch hướng, những nhát búa đầu đóng với năng lượng vừa phải, sau đó tăng dần lực đóng Nếu cọc bị lệch phải chỉnh ngay, không chỉnh được phải nhổ lên đóng lại

- Trong suốt quá trình đóng cọc đặt 2 máy kinh vĩ vuông góc nhau ngắm vào cọc để kiểm tra độ thẳng đứng của cọc

- Các đoạn cọc được nối với nhau bằng liên kết hàn qua các bản mã khi cọc cách mặt đất khoảng 50 cm Các mối hàn nối phải đúng yêu cầu thiết kế

- Khi đóng gần được phải đo độ lún của theo từng đợt để định độ chối

- Đóng cọc theo đúng sơ đồ đã được thể hiện trong biện pháp thi công, lựa chọn sơ đồ đóng cọc hợp lí tùy thuộc vào đặc điểm công trình Có các sơ đồ đóng cọc như sau: (Hình 4.8)

+ Sơ đồ cọc chạy dài: Áp dụng khi đóng những cọc dưới những móng băng liên tục, gồm một hay một vài hàng cọc chạy dài song song Khi đóng giá búa được chuyển theo các hàng cọc

+ Sơ đồ khóm cọc: Áp dụng khi đóng những cọc dưới móng cọc độc lập hay các móng trụ cầu

+ Sơ đồ ruộng cọc: Áp dụng khi đóng những cọc dưới móng bè hay cọc để gia cố nền Khi ruộng cọc lớn thì có thể phân ra thành các khu, mỗi khu cọc sẽ đóng theo từng nhóm một

Hình 4.8 Một số sơ đồ đóng cọc a) Sơ đồ chạy dài; b) Sơ đồ khóm cọc; c) Sơ đồ ruộng cọc

- Chỉ được dừng quá trình đóng cọc khi cọc đã đáp ứng được các yêu cầu qui định như: chiều sâu của cọc, độ chối khi đóng cọc

+ Đối với cọc chống ta phải đóng đến cao trình thiết kế của mũi cọc

+ Đối với loại cọc ma sát (cọc treo) thì ta phải đóng đến khi đạt độ chối thiết kế

4.2.3.5 Kiểm tra chất lượng thi công cọc đóng

a Các sự cố thường gặp và cách xử lý

* Cọc đóng không xuống