Bải giảng hướng dẫn thi công cầu

Trong một vài trường hợp để cải tiến có thể dùng khung dẫn hướng bằng thép hình và chỉ yêu cầu có cần cẩu để đặt búa lên đầu cọc, trong quá trình đóng cọc và bú sẽ được

Biên soạn: TS Nguyễn Quốc Hùng

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

THI CÔNG CẦU

HƯỜNG DẪN THIẾT KẾ THI CÔNG CẦU

Ấn bản 2014

MỤC LỤC

HƯỚNG DẪN

BÀI 1 THI CÔNG MÓNG

1.1 Xây dựng móng cọc chế sẵn

1.1.1 Chế tạo cọc

1.1.2 Vận chuyển cọc

1.1.3 Đóng cọc

1.1.4 Thiết kế, thi công vòng vây, bê tông bịt đáy

1.1.5 Bê tông bịt đáy

1.1.6 Thi công hố móng

1.1.7 Xử lý đầu cọc và làm bệ

1.2 Xây dựng móng cọc khoan nhồi

1.2.1 Các phương pháp tạo lỗ và thiết bị khoan tạo lỗ

1.2.2 Vệ sinh lỗ khoan

1.2.3 Gia công và lắp đặt lồng cốt thép

1.2.4 Đổ bê tông cọc

1.2.5 Kiểm tra chất lượng cọc

1.2.6 Thiết kế, thi công vòng vây, bê tông bịt đáy

BÀI 2 THI CÔNG MỐ, TRỤ

2.3.1 Chế tạo bê tông

2.3.2 Cung ứng bê tông

2.3.3 Kỹ thuật đổ và đầm bê tông

BÀI 3 THI CÔNG KẾT CẤU NHỊP BTCT

3.1 Đổ tại chỗ trên đà giáo cố định

3.1.1 Thiết kế đà giáo, trụ tạm

3.1.2 Xây dựng đà giáo, trụ tạm

3.1.3 Trình tự công nghệ và cung ứng bê tông

3.1.4 Thiết kế tháo hạ đà giáo, ván khuôn

3.1.5 Thiết kế căng kéo bó cốt thép dự ứng lực

3.2 Đúc hẫng kết cấu nhịp

3.2.1 Thiết kế đà giáo mở rộng trụ

3.2.2 Tính liên kết khối Ko với đỉnh trụ

3.2.3 Trình tự thi công khối Ko

3.2.4 Lựa chọn xe đúc

3.2.5 Kỹ thuật đúc hẫng (cốt thép, ván khuôn, cung ứng bê tông )

3.2.6 Kỹ thuật hợp long ( chống, giằng)

3.3 Cẩu lắp kết cấu nhịp bằng cần cẩu tay với

3.3.1 Lựa chọn cần cẩu

3.3.2 Thiết kế vị trí đứng và thao tác cẩu lắp ( cầu đơn, đấu cẩu)

3.4 Lắp kết cấu nhịp bằng xe chở dầm trên cầu tạm

3.4.1 Thiết kế cầu tạm, trụ tạm, xe chở dầm

3.4.2 Tính toán lực kéo, chọn thiết bị kéo

3.4.3 Thiết kế sàng ngang dầm vào vị trí

3.5 Lắp kết cấu nhịp bằng giá lao cầu

3.5.1 Lựa chọn giá lao cầu

3.5.2 Kiểm toán năng lực giá lao cầu

3.5.3 Trình tự công nghệ lắp dầm bằng giá lao cầu

BÀI 4 THI CÔNG KẾT CẤU NHỊP THÉP

4.1 Lắp nhịp thép trên trụ tạm

4.1.1 Thiết kế trụ tạm

4.1.2 Trình tự lắp ráp kết cấu nhịp thép

4.2 Lao kéo dọc nhịp thép trên trụ tạm

4.2.1 Thiết kế trụ tạm, đường trượt, con lăn

4.2.2 Tính toán lực kéo

4.3 Lao kéo dọc nhịp thép có mũi dẫn

4.3.1 Thiết kế mũi dẫn

BÀI 5 TỔ CHỨC THI CÔNG

5.1 Thiết kế mặt bằng công trường

5.1.1 Bố trí mặt bằng công trường

5.1.2 Tính diện tích kho bãi, lán trại

5.2 Lập tiến độ thi công cầu

5.3 Xác định khối lượng vật tư, nhân công, thiết bị

TÀI LIỆU THAM KHẢO

HƯỚNG DẪN

MÔ TẢ MÔN HỌC

Môn học này vận dụng những kiến về kỹ thuật thi công cầu và tổ chức thi công cầu để thực hành thiết kế đồ án thi công một cầu cụ thể Môn học yêu cầu người

kỹ sư biết thực hành công tác thi công cầu

Người học phải làm đồ án theo các nội dung hướng dẫn trong tài liệu này

NỘI DUNG MÔN HỌC

Bài 1 : Thi công móng : Yêu cầu người học biết thiết kế kỹ thuật thi công móng

cọc đóng hoặc móng cọc khoan nhồi trong điều kiện có nước hoặc không có nước

Bài 2 : Thi công mố trụ: Yêu cầu người học biết thiết kế ván khuôn, thiết kế gia

công lắp đặt cốt thép và tổ chức thi công bê tông mố trụ cầu

Bài 3 : Thi công kết cấu nhịp BTCT: Yêu cầu người học biết chọn lựa phương

pháp thi công cho nhịp giản đơn, nhịp liên tục, biết chọn cần cẩu, giá lao cầu để lắp dầm hay biết thiết kế cầu tạm để lắp dầm

Bài 4: Thi công kết cấu nhịp thép: Yêu cầu người học biết thiết kế, tính toán khi

thi công lắp tại chỗ, lao kéo dọc nhịp thép

Bài 5 : Thiết kế tổ chức thi công : Yêu cầu người học biết thiết kế mặt bằng

công trường, biết lập kế hoạch cung ứng vật tư, thiết bị, nhân công cho thi công

KIẾN THỨC TIỀN ĐỀ

Các kiến thức về thi công cầu như thi công mố trụ cầu, thi công nhịp BTCT, thi công nhịp thép và tổ chức thi công cầu

YÊU CẦU MÔN HỌC

Người học phải làm Đồ án môn học nộp cho giáo viên

CÁCH TIẾP NHẬN NỘI DUNG MÔN HỌC

Để học tốt môn này, người học cần ôn tập các bài đã học trong môn Thi công cầu và tìm thêm các thông tin liên quan đến bài học

Người học phải xây dựng dàn bài, thực hiện từng phần và thông qua giáo viên hướng dẫn trước khi thực hiện phần tiếp theo

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC

Môn học được đánh giá gồm:

 Điểm Bảo vệ đồ án: 100% Hình thức sinh viên trình bày, giáo viên đặt câu hỏi, sinh viên bảo vệ quan điểm đã thực hiện của mình

BÀI 1 THI CÔNG MÓNG

1.1 Xây dựng móng cọc chế sẵn

1.1.1.1 Bãi đúc cọc

Thiết kế bãi đúc cọc phải đảm bảo bằng phẳng, cứng chắc để không ảnh hưởng tới hình dạng và kích thước cọc Thông thường sau khi lu lèn chặt bề mặt bãi đúc được kiến tạo một lớp bê tông đá 1x2 dày 3-5cm Có thể kiến tạo mặt bãi đúc cọc bằng các viên block bê tông và sau này có thể sử dụng chúng để ốp mái ta luy đường đầu cầu

Chiều dài bãi đúc cọc phải lớn hơn chiều dài đoạn cọc 2m để có đường di chuyển khi thi công đúc cọc Chiều rộng bãi đúc tính theo kích thước cọc và số lượng cọc được đúc trên bãi

Khi đúc cọc một tầng, các cọc sát nhau thì chiều rộng bãi đúc là :

B = k N t b (m);

Trong đó : k – hệ số kể đến đường đi lại và các khoảng trống khác, k=1,05

N – năng suất đúc cọc (số cọc đúc trong 1 ngày của bãi)

t – thời gian để đúc và bảo dưỡng bê tông cọc đạt cường độ cần thiết;

b – chiều rộng của cọc Khi đúc cọc chồng lên nhau thành nhiều tầng, với điều kiện cường độ bê tông tầng dưới đạt ít nhất 25% cường độ thiết kế mới đúc tầng trên, thì chiều rộng bãi đúc là

);

(])

1.[(

m n

t t n N b k



Với k = 1,10

n – số tầng cọc

t1 – thời gian cần thiết để bê tông cọc đạt 25% cường độ thiết kế;

Khi đúc theo phương pháp xen kẽ, nghĩa là lúc đầu mỗi tầng chỉ đúc ½ số cọc, khi

bê tông đạt 25% cường độ cần thiết mới đúc tiếp vào các khe trống, thì công thức trên biến thành : .[(2 1).1 ] ( );

m n

t t n N b k



1.1.1.2 Gia công lồng cốt thép

Cốt thép cọc nên dùng nguyên chiều dài cây thép

(11,7m), do đó không nên thiết kế hay chế tạo đốt cọc

dài quá 11,8m

Cốt đai (d=6-8mm) uốn bằng cách cho máy quấn thép

đai quanh một khung hình vuông thành một lò xo dài Khi

lắp đặt cốt thép đai kéo dãn các bước theo thiết kế và

buộc vào cốt thép dọc

Để dễ thi công dùng các giá đỡ và các thanh thép làm

đòn gánh đỡ lồng cốt thép cọc ngang tầm tay của người

thợ, sau khi buộc xong rút đòn đỡ để hạ lồng cốt thép xuống

H.1-1 Giá lắp cốt thép cọc

1.1.1.3 Lắp đặt ván khuôn

Ván khuôn cọc làm bằng thép, là những tấm dài 3m bằng tole 3-5mm và các sườn, nẹp bằng thép góc hay thép bản Có thể dùng các sắt hộp ghép lại làm ván khuôn cọc, khi đó mỗi đoạn ván khuôn có chiều dài tới 6m, theo chiều dài của sắt hộp Trong quá trình đúc có thể chừa các khe hở giữa các cọc bằng đúng chiều rộng cọc để lấy bề mặt các cọc đã đúc làm khuôn đúc các cọc tiếp theo Muốn vậy

bê tông các cọc đúc trước tối thiểu phải đạt 25% cường độ mới dùng làm khuôn đúc cọc sau

Trên mặt sân bãi đúc cọc cần trải ni lông để chống dính cho cọc Bề mặt ván khuôn hay bề mặt cạnh cọc đúc trước phải quét chất chống dính cho cọc đúc sau Đặt các đoạn thép fi 6 dưới mặt sân, ngang

thân cọc để hàn giữ chân tấm ván khuôn cọc

Trên đầu ván khuôn dùng các đoạn thép fi 12 hàn

giằng ngang miệng ván khuôn để giữ chúng

không bung ra, khoảng cách các thanh giằng

ngang khoảng 1,5-2m Để nhanh chóng khống

chế khoảng cách giữa 2 tấm ván khuôn dùng

khúc cây ngắn, có chiều dài bằng chiều rộng của

cọc đặt trong hai tấm ván khuôn để ép chúng vào

khi hàn chấm giằng ngang Các thanh fi 12 giằng ngang còn có tác dụng để treo lồng cốt thép cọc, không cho sát xuống đáy hoặc chạm vào ván khuôn thành bên Cần kiểm tra, nghiệm thu cốt thép, ván khuôn cọc trước khi đổ bê tông Yêu cầu

về chất lượng ván khuôn cọc :

▪ Kiểm tra độ thẳng của ván khuôn cọc bằng cách chăng dây chỉ để chỉnh các thanh giằng ngang và mối hàn chân ván khuôn

▪ Không có khe hở dưới chân ván khuôn, khắc phục bằng cách lót nilon bên trong hay trám đất sét hoặc vữa xi măng

▪ Ván khuôn đầu cọc phải thật vuông góc với ván khuôn thành bên và hàn thép giằng vào ván khuôn thành bên Nếu ván khuôn đầu cọc nghiêng lệch dẫn tới bê tông đầu cọc không bằng phẳng khi đóng sẽ vỡ đầu cọc

▪ Ván khuôn mũi cọc phải đúng với tim cọc, nếu lệch mũi khi đóng cọc sẽ không đi đúng hướng (đóng cọc thẳng thành cọc xiên)

1.1.1.4 Đổ bê tông cọc

Bê tông cọc có thể trộn bằng máy thùng quay tại công trường hay bê tông trộn sẵn từ trạm trộn, vận chuyển tới bằng xe mix

Nếu bê tông trộn tại công trường có thể di chuyển máy trộn dọc theo chiều dài cọc để đổ trực tiếp vào ván khuôn cọc Nên có tấm tole hứng dưới máy và có bàn cào để gạt bê tông vào ván khuôn Nếu dùng máy trộn chạy bằng moter điện phải chú ý tới việc kéo căng dây điện Nếu dây điện bị kéo quá căng mối nối hay vỏ nhựa dây điện bị dãn sẽ chạm vào máy và điện sẽ giật chết công nhân

Nếu bê tông cung cấp bằng xe mix thì xe chạy dọc theo ván khuôn cọc để xả bê tông qua máng dẫn Nếu đổ bê tông bằng xe mix thì nên ghép ván khuôn của nhiều cọc để đổ bê tông cùng một lúc

Khi đổ bê tông cọc nhất thiết phải có máy đầm dùi Nên có 2 đầm dùi để tăng tốc độ và đảm bảo chất lượng bê tông cọc Nếu không đầm kỹ, (nhất là khu vực đầu cọc có nhiều lưới cốt thép) bê tông bị xốp khi đóng sẽ vỡ hoặc gãy cọc

Đổ bê tông cọc có thể tiến hành từ đầu này tới đầu kia hoặc đổ từ giữa ra hai đầu để tăng tốc độ

Ván khuôn

Mối hàn Thép 6

Thép 12

H 1-2 Liên kết ván khuôn cọc

Sau khi đổ bê tông xong phải bảo dưỡng bê tông cọc bằng cách phủ bao tải và tưới nước Việc tưới nước chỉ tiến hành sau khi đổ bê

tông từ 6-8 giờ Cần bảo dưỡng ít nhất 5 ngày đối với

mùa mưa và 7-10 ngày đối với mùa khô

1.1.2 Đóng cọc

1.1.2.1 Búa đóng cọc xung kích

Dùng búa xung kích đóng cọc cho năng suất cao bởi

tốc độ xuống nhanh, ít tốn nhiên liệu nhưng thiết bị

cồng kềnh và hay gây ra vỡ đầu cọc

Búa xung kích có loại cột dẫn và loại ống dẫn Loại

cột dẫn gồm quả búa là phần xi lanh chuyển động lên

xuống nhờ hai cột dẫn hai bên và khi rơi xuống sẽ chụp

vào piston tạo áp suất lớn đột ngột gây cháy dầu

Diesel, đảy quả búa lên Loại cột dẫn có trọng lượng

quả búa từ 800kg đến 1200kg, hiện nay ít dùng

Loại ống dẫn thì quả búa là phần piston còn ống dẫn

là xi lanh kiêm bàu dầu Khi quả búa được kéo lên hết

tầm rơi xuống sẽ nén dầu trong buồng xi lanh tạo áp

suất lớn đột ngột, dầu bốc cháy tạo áp suất đảy quả

búa lên Búa Diesel ống dẫn hoạt động hiệu quả hơn và có thể quả búa có trọng lớn, đến rất lớn từ 2500kg, 3500kg, 4500kg đến 6000kg Tên búa được gợi theo trọng lượng quả búa (thí dụ Dong feng DJ25; Mitsubishi M35; Kobe K45…)

Khi chọn búa phải đảm bảo hai điều kiện : búa phải có đủ năng lượng xung kích để thắng lực cản của đất đối với cọc ở thời điểm cuối cùng và năng lượng xung kích của búa không được quá lớn để khỏi làm vỡ cọc

▪ Theo điều kiện thứ nhất thì :

] [

25 H PđQ

Trong đó : E – Năng lượng xung kích của búa (kg.m)

Q – Trọng lượng phần động của búa (kg)

H – Chiều cao rơi của quả búa ( 2,8-3,0m) [Pđ] – Sức chịu tải lớn nhất của cọc theo đất nền (tấn)

▪ Theo điều kiện thứ hai (điều kiện kiện thích dụng của búa):

]

[k E

q Q

Trong đó: Q – Trọng lượng phần động của búa (kg)

q – Trọng lượng cọc, kể cả cọc dẫn (nếu có) (kg)

E – Nănh lượng xung kích của búa (kg.m) [k] – Hệ số thích dụng cho phép của búa:

búa rơi tự do = 3; búa Diesel = 5;

H 1-3 Búa Diesel ống dẫn

1.1.2.2 Dàn giá búa

Khi đóng cọc bằng búa

xung kích cần có giá dẫn

hướng cho cọc và giữ búa

trong quá trình cọc đi xuống,

gọi là dàn giá búa

Dàn giá búa có nhiều loại:

loại lắp dựng tại chổ (giá

Solex); giá búa di chuyển

trên ray và giá búa tự hành

bằng xe bánh xích

Khi chọn giá búa cần đảm

bảo 3 điều kiện sau :

▪ Đủ chiều cao để dựng cọc và nhấc búa đặt lên đầu cọc

▪ Đủ năng lực tời để nhấc cọc và búa

▪ Có khả năng nghiêng theo độ nghiêng thiết kế của cọc

Sử dụng dàn giá búa mỗi khi di chuyển công trường rất cồng kềnh, phải có nhiều xe chuyên chở Trong một vài trường hợp để cải tiến có thể dùng khung dẫn hướng bằng thép hình và chỉ yêu cầu có cần cẩu để đặt búa lên đầu cọc, trong quá trình đóng cọc và bú sẽ được dẫn hướng bằng thanh thép hình, gọi là khung định vị đóng cọc

1.1.2.3 Khung định vị đóng cọc

Khung định vị gồm các cọc bằng thép hình H hay I

350-: -I 450 do cần cẩu nhấc lên và thả phóng

xuống cắm vào đất Xung quanh có hàn các dầm

dọc, ngang bằng các thanh thép hình, có thể có

1-:-2 tầng tuỳ theo chiều cao

Dùng khung định vị đóng cọc khi di chuyển đơn

giản hơn vì chỉ cần xe chở quả búa chở thêm cả các

thanh thép hình và cần cẩu chạy theo là đủ

Việc lắp đặt khung định vị cũng đơn giản hơn lắp

dựng giá búa rất nhiều

1.1.2.4 Cọc dẫn (cọc mồi)

Trường hợp đóng cọc trước khi đào hố móng, đầu

cọc nằm sâu dưới mặt đất, cần có một đoạn cọc dẫn

chụp lên đầu cọc để đóng cho đầu cọc ngập sâu vào

trong đất, gọi là cọc dẫn, cọc mồi hoặc cọc lói

Cọc dẫn thường chế bằng thép hình chữ H có tăng

cường thêm hai bản thép, một đầu có tấm thép

phẳng để đóng búa, một đầu có chụp để chụp vào

đầu cọc Chiều dài cọc dẫn thường 3-6m vì đầu cọc

sẽ không nằm quá sâu dưới mặt đất

Trong trướng hợp không có cọc dẫn chế sẵn có thể dùng một đoạn cọc BTCT và một hộp thép nối để đóng ấn đầu cọc xuống khỏi mặt đất Cọc dẫn sẽ được rút lên để thi công các cọc tiếp theo

H.1-5 Khung định vị đóng cọc H.1-4 Các loại dàn giá búa

1.1.3 Kỹ thuật đóng cọc

Khi đóng cọc yêu cầu đầu tiên là dựng cọc đúng vị trí và đúng độ nghiêng theo thiết kế Vị trí tim cọc được đo đạc và đóng bằng cọc gỗ, khi dựng cọc thì nhổ cọc

gỗ lên và đặt mũi cọc đúng lỗ của cọc gỗ

Độ thẳng đứng của cọc được kiểm tra bằng dây dọi hoặc thước có bọt thuỷ Muốn xác định độ nghiêng cũa cọc có thể dùng máy kinh vị hay quả dọi và thước thép như đã trình bày trong mục 2.1.3 của bài 5

▪ Di chuyển thiết bị đóng cọc là ít nhất

Trình tự đóng cọc thường áp dụng theo sơ đồ

chữ Z nếu số hàng ít mà số cọc trong một hàng

nhiều, còn khi số cọc trong hàng và số hàng

gần bằng nhau có thể đóng theo sơ đồ hình

xoáy ốc (bãi cọc)

1.1.3.2 Nối cọc

Cọc có chiều dài lớn phải chia thành nhiều đoạn để có

thể cẩu nhấc do đó khi đóng phải nối chúng lại

Mối nối cọc có hai loại : mối nối cứng và mối nối mềm

Mối nối cứng dạng thứ nhất là mối nối ướt, nghĩa là hàn

nối cốt thép cọc, ghép ván khuôn và đổ bê tông Mối nối

này rất lâu chịu lực, chỉ dùng trong trường hợp phải thêm

một đoạn rất ngắn vào cọc đã đóng

Mối nối cứng dạng thứ hai có thể dùng 4 tấm thép hay 4

đoạn thép góc L hàn vào các đai thép bản chôn sẵn ở đầu

các đoạn cọc Mối nối dạng này dùng khi đóng cọc Mối nối

cứng giúp tiết diện chịu momen uốn nhưng thi công phức

tạp

Mối nối mềm là dùng một hộp bằng thép bản, giữa có

vách ngăn, chụp lên đầu đoạn cọc dưới và xâu đầu đoạn cọc

tiếp theo vào phần nửa trên của hộp thép Để tăng cường

chịu lực các mép của hộp thép được hàn với các bản thép

chờ chôn sẵn ở các đầu cọc (ở 4 mặt của đầu cọc) Mối nối

mềm không có khả năng chịu momen do đó không được bố

trí trong phần chịu uốn của cọc và phải ngập sâu trong đất

tối thiểu 4m

1.1.3.3 Xác định độ chối đóng cọc

Độ chối là độ lún xuống của cọc sau một nhát búa Độ

chối biểu thị lực cản của đất đối với cọc hay có nghĩa là biểu

thị sức chịu tải của cọc theo đất nền

Việc xác định độ chối khi đóng cọc là hết sức cần thiết vì

nó cho biết chính xác sức chịu tải thực tế của cọc

a) b)

H 1-6 Sơ đồ đóng cọc a) Sơ đồ chữ Z

b) Sơ đồ xoáy ốc

H 1-7 Nối cọc bằng bản thép táp

H.1-8 Nối bằng hộp nối

Từ điều kiện địa chất đã khoan khảo sát người thiết kế tính ra sức chịu tải của cọc và với một loại búa dự kiến để thi công người ta tính ra độ chối của cọc khi đóng Đó là độ chối thiết kế Nếu khi thi công đóng cọc đạt được độ chối đó có nghĩa là cọc đạt được sức chịu tải tính toán

Khi thi công đóng cọc, tại thời điểm mũi cọc xuống đến cao độ thiết kế nếu xác định độ chối ( độ chối thi công) và so sánh với độ chối thiết kế có thể cho phép dừng đóng cọc

Độ chối khi thi công căn cứ vào loại búa và sức chịu tải của cọc có thể xác định theo công thức sau :

q Q

q k Q F n m

P P

H Q F n m e

gh gh

.

(1-1)

Trong đó : n – Hệ số , phụ thuộc loại cọc và phương pháp đóng,

▪ Cọc BTCT n = 0,15

▪ Cọc thép n = 0,2 -:- 0,5

F – diện tích tiết diện cọc, cm2 ;

Q – Trọng lượng phần động của búa , kg ;

H – Chiều cao rơi của quả búa, m ;

m – Hệ số phụ thuộc loại móng và số lượng cọc (bảng 8-2);

k – Hệ số hồi phục sau va đập, k = 0,2

q – Trọng lượng cọc, chụp đầu cọc và cọc dẫn (nếu có), kg

Pgh - Sức chịu tải giới hạn của cọc theo thiết kế , Tấn

Khi đóng gần hết chiều dài cọc, còn khoảng 1,5-2,0m thì đo độ chối, tiến hành theo trình tự như sau:

▪ Đặt búa lên đầu cọc, đệm đầu cọc đày đủ, chuẩn bị sẵn sàng

▪ Đóng 3 nhát búa để phá vỡ liên kết giữa cọc với đất

▪ Xác định mức dấu ban đầu trên thân cọc

▪ Đóng một hồi 30 nhát búa, đo độ lún của cọc được e1 (cm);

▪ Đóng một hồi 30 nhát búa, đo độ lún của cọc được e2 (cm);

▪ Đóng một hồi 30 nhát búa, đo độ lún của cọc được e3 (cm) ;

▪ Tính độ chối theo một nhát búa : ( )

90

3 2 1

cm e e e

So sánh độ chối đo được với độ chối thiết

kế Nếu độ chối đo được nhỏ hơn hay bằng độ

chối thiết kế là đạt

1.1.4 Thiết kế, thi công

vòng vây, bê tông bịt đáy

Vòng vây bằng cọc ván thép sử dụng các

tấm cọc ván thép (cừ Larsen) cùng với khung

chống để tạo thành vòng vây ngăn nước, ngăn

Cọc ván thép là tấm thép có dạng chữ U hay hình thang, hai mép cuộn lại thành gờ Khi lắp các tầm cọc ván thép lại với nhau các gờ cài khít vào nhau và ngăn không cho nước qua

Để thi công vòng vây cọc ván thép trước hết phải đóng cọc thép hình và đặt các thanh dầm thép làm thành khung định vị Các cọc ván thép được lắp bằng cách thả từ trên xuống để các gờ của chúng lồng vào nhau Bên trong vòng vây cọc ván thép có khung bằng thép hình để đỡ các cọc ván thép và chịu áp lực của nước

Các cọc ván thép được lắp khép kín thành vòng vây, sau đó dùng búa rung để nhấn từng cọc ván xuống dần đến cao độ thiết kế Khi lắp cọc ván nếu khe hở cuối cùng không đủ cho một tấm cọc ván thép có thể nhổ lên một số cọc xung quanh để giãn rộng hay thu hẹp chu vi vòng vây sao cho lắp đủ một tấm cọc ván thép

Phải rung lần lượt mỗi cọc một chút vì nếu một cọc xuống sâu quá búa sẽ vướng vào các cọc hai bên

1.1.4.1 Tính toán vòng vây cọc ván thép

Các lực tác dụng vào cọc ván có thể gồm :

▪ Áp lực ngang chủ động của đất phía ngoài hố móng

▪ Áp lực ngang do tải trọng thi công đặt trên nền đất miệng hố móng

▪ Áp lực bị động của đất dưới chân cọc ván phía trong hố móng

▪ Áp lực thuỷ tĩnh của nước bên ngoài vòng vây

Sơ đồ tính toán đối với tấm cọc ván là thanh congson một đầu ngàm, nếu có khung chống thì sơ đồ là dầm một đầu ngàm, một đầu kê lên các gối là các khung chống

1.1.4.2 Trường hợp vòng vây ngăn giữ thành đất hố móng khô

 Áp lực chủ động của đất lên cọc ván :

P a đ.k a.H m (T/m2) (1-2)

Trong đó : đ Dung trọng của đất (T/m3)

ka – Hệ số áp lực ngang chủ động của đất

Hm – Chiều sâu hố móng (m)

 Áp lực bị động dưới chân cọc ván:

)/( k t T m2

P p đ p (1-3) Trong đó : kp – Hệ số áp lực ngang bị động của đất

t – Chiều sâu chôn chân cọc ván (m)

1.1.4.3 Trường hợp vòng vây ngăn nước và hố móng nơi ngập

nước

* Áp lực chủ động của nước lên cọc ván : P n n.H n (T /m2) (1-4)

Trong đó : n  trọng lượng riêng của nước, 1 T/m3

Hn – Chiều sâu ngập nước của hố móng (m)

H.1-8 Búa rung hạ cọc ván

H.1-9 Áp lực đất lên cọc ván

* Áp lực chủ động của đất dưới chân cọc ván:

 Hệ số độ rỗng của đất, bằng 0,4-:-1,0

kp – Hệ số áp lực ngang bị động của đất

t – Chiều sâu chân cọc ván (m)

* Điều kiện để chân cọc ván không bị xói lở: chiều sâu ngập đất nhỏ nhất của cọc ván :

)(

1

m

H t

Trong đó : m1 – Hệ số, với nền cát lấy 0,5 ; với nền sỏi sạn lấy 0,7 ;

Hn – Chiều sâu ngập nước (m) ;

1.1.4.4 Kiểm tra điều kiện chịu uốn của cọc ván

Điều kiện chịu uốn của cọc ván được khống chế bằng độ võng của nó

▪ Momen trong cọc ván khi không có khung chống đỡ :

).(2

4

m J E

H p

Trong đó : p – Áp lực ngang chủ động của đất với giá trị

trung bình (T/m2)

Hm – Chiều sâu hố móng (m)

E – modun đàn hồi của thép

J – momen quán tính của tiết diện cọc ván

▪ Momen trong cọc ván khi có 1 khung chống đỡ

).(.0298,

m J E

L P

Trong đó : Pn – Áp lực ngang của nước tác dụng vào cọc ván (T/m2)

L – Chiều dài nhịp của cọc ván (m)

Hn

H.1-10 Lực lên cọc ván nơi có nước

H.1-11 Sơ đồ tính cọc ván

E – modun đàn hồi của thép

J – momen quán tính của tiết diện cọc ván

▪ Momen trong cọc ván khi có 2 khung chống đỡ

).(.0149,

0 a2 T m

▪ Độ võng của cọc ván khi có 2 khung chống đỡ

)( 5.375

4

m J E

a P

1.1.4.5 Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm đỡ

Dầm đỡ cấu tạo thành khung kín, Sơ đồ tính toán của nó là nếu có 1 thanh

chống ngang là khung 2 nhịp, nếu có 2 thanh chống ngang là khung 3 nhịp

v.v….Tải trọng tác dụng là áp lực ngang mà cọc ván tiếp nhận, phân bố lên khung trong phạm vi mỗi nửa khoảng cách giữa các khung chống đỡ

1.1.4.6 Kiểm tha điều kiện chịu nén uốn của thanh chống ngang

1.1.5 Bê tông bịt đáy

Khi sử dụng vòng vây cọc ván thép hay thùng chụp chỉ ngăn được nước mặt xung quanh Nước dưới đáy hố móng do áp lực thuỷ tĩnh vẫn có thể phun lên Vì vậy phải đổ lớp bê tông trong nước tạo ra áp lực hướng xuống không cho nước từ dưới đáy hố móng phun lên, gọi là bê tông bịt đáy

Bê tông bịt đáy thường dùng mác 250-300kg/cm2; đá 1x2 và đổ bằng phương pháp ống dẫn thẳng đứng hoặc dùng đá hộc đổ trong vòng vây và dùng phương pháp vữa dâng

Lp.a

1.1.5.1 Chiều dày bê tông bịt đáy

Chiều dày bê tông bịt đáy được tính từ điều kiện cân bằng với áp lực thuỷ tĩnh :

)(

b

n b n

n b

F H h

b

n n b

).

.

(

.

Với : F - diện tích hố móng

m - số lượng cọc trong hố móng

u - chu vi cọc

 - lực ma sát giữa cọc và bê tông bịt đáy  = 2 T/m2

k - hệ số điều kiện làm việc k = 0,9

n – hệ số tăng tĩnh tải bê tông n =1,1

1.1.5.2 Đổ bê tông bằng ống dẫn thẳng đứng

Đổ bê tông trong nước bằng

ống dẫn thẳng đứng áp dụng

trong trường hợp đổ bê tông bịt

đáy, đổ bê tông cọc khoan nhồi

hay đổ bê tông tường barrete

Bê tông đổ bằng ống dẫn

phải có cốt liệu cỡ nhỏ ( đá 1x2

hay đá 1x1) và độ sụt lớn

(thường là 16-:-23cm)

Thiết bị đổ bê tông gồm ống

dẫn bằng thép, đường kính

20-:-30cm, chia thành nhiều đoạn,

mỗi đoạn 1,5m-2m, nối với

nhau bằng ren Miệng ống cách đáy hố móng không lớn hơn 20cm Chiều dài ống đổ phải đảm bảo mức bê tông trong ống cao hơn mặt nước bên ngoài một khoảng

h : hR0,6.H (1-17) Trong đó: H là chiều cao từ miệng ống đến mực nước thi công (m)

R là bán kính lan toả của bê tông trong hố móng (m) , xác định theo :

R6.T.v 6 m (1-18)

Với : T – thời gian còn linh động của vữa bê tông (h)

v – tốc độ đổ bê tông (m/h) Trên đầu ống có phễu nối ren với ống, được nâng hạ bằng cần cẩu Phễu cho mẻ

bê tông đầu tiên có thể tích lớn hơn 1,5 lần thể tích ống

Trước khi đổ mẻ bê tông đầu tiên trong đầu ống có treo quả cầu để ngăn không cho bê tông tự rơi xuống Sau khi bê tông đày phễu cắt dây cho bê tông đảy quả

H 1-15 Đổ bê tông dưới nước

cầu đi xuống và đảy nước trong ống ra ngoài Khi bê tông chảy xuống toàn ống thì quả cầu nằm dưới miệng ống

Cần cẩu nhấc ống lên từ từ cho bê tông trong ống chảy ra, đảy quả cầu nổi lên, ngay sau đó thả ống xuống cho miệng ống luôn ngập trong bê tông Trong khi ống liên tục được nhấc lên, hạ xuống thì rót bê tông liên tục vào ống qua phễu Miệng ống phải ngập trong bê tông tối thiểu một khoảng t như sau : 0,5 < t < 2.T.v

Bê tông do mỗi ống chảy ra chỉ lan toả trong phạm vi bán kính R Do đó khoảng cách giữa các ống tối đa bằng 1,25R và cách ván khuôn 0,65R

Phương pháp đổ bằng ống dẫn phức tạp và khó đảm bảo chất lượng vì dễ xảy ra việc nước hay vữa sét xen vào trong đống bê tông

pháp vữa dâng

Đổ bê tông trong nước bằng phương pháp vữa

dâng áp dụng trong trường hợp làm lớp bê tông bịt

đáy Đổ đá hộc vào hố móng, trong đó có cắm các

lồng cốt thép để chừa chỗ trống sẽ cắm vòi bơm

vữa sau này

Vữa gồm xi măng, cát , nước và phụ gia hoá

dẻo Vữa được bơm xuống đáy lớp đá hộc bằng vòi

bơm cao áp đặt trong các lồng cốt thép Trong quá

trình bơm vữa lan toả trong các khe rỗng của đá

hộc và dâng dần lên Khi áp lực vữa trong vòi bơm

tăng lên do lực cản của vữa ở miệng ống thì nhấc

vòi bơm lên một mức Cho đến khi vữa dâng lên

trên bề mặt đá hộc là tạo thành một khối bê tông

đặc

1.1.6 Thi công hố móng

1.1.6.1 Thiết bị đào hố móng

Dùng máy xúc gàu nghịch (xe cần cuốc) có thể đào được đất trên cạn hay trong nước với hố móng không rộng và không sâu lắm Yêu cầu máy phải đứng cách xa mép hố móng bằng chiều sâu của hố đào để tránh thành hố sạt lở máy sẽ nhào xuống hố đào

Với nhựng hố móng sâu hoặc nơi có nước (móng

trụ cầu) có thể dùng máy đào ngoạm gàu dây (xáng

cạp) để đào Tuy nhiên loại này không hiệu quả khi

đào cát mịn trong nước và có nhiều khó khăn khi đào

trong vòng vây bởi vướng các khung giằng chống

Năng suất của máy đào xác định theo :

P  60 v n k1 k2 k3 ( m3/ h ) (1-19)

Trong đó : v- dung tích gàu xúc m3

n- Số chu kỳ xúc-đổ của máy trong 1 phút ; tính theo

t

t- thời gian 1 chu kỳ (phút) (khoảng 0,5 phút)

k1- Hệ số đày gàu 0,9

k2- Hệ số thời gian di chuyển 0,85

1- Vòng vây cọc ván 2- Thanh chống ngang 3- Máy bơm vữa 4- Lống cốt thép 5- Vòi bơm vữa 6- Ống dẫn vữa 7- Đá hộc H.1-16 Đổ bê tông bằng vữa dâng

H.1-17.Máy đào gàu ngoạm

k1- Hệ số làm việc không liên tục 0,75 Khi đào có vận chuyển đất bằng xe ô tô thì số lượng xe phải tương thích với năng suất của máy đào Nếu xe có trọng tải là G (tấn) thì thể tích đất xe chở được mỗi chuyến là :

)(12,05

Số xe ô tô cần thiết để đáp ứng được năng suất của máy xúc :

)(1.9,0

xe V

P T N

1.1.6.2 Biện pháp ổn định mái đào

Khi đào đất sẽ tạo thành cách thành vách đào, chúng có thể sập lở, tràn lấp khu vực đào và còn có thể gây ra nguy hiểm cho người, thiết bị thi công bên dưới Vì vậy cần có biện pháp giữ cho thành vách đào ổn định

1.1.6.2.1 Ổn định bằng mái dốc tư nhiên

Biện pháp bạt mái dốc nghiêng theo góc

nghỉ của đất làm cho thành vách đào không

còn điều kiện sạt lở có ưu điểm là đơn giản,

dễ thi công nhưng có nhược điểm là khu vực

đào rộng và khối lượng đào lớn

Biện pháp này thường áp dụng với việc đào

nền đường hoặc đào hố móng ở nơi trống

trải Độ nghiêng của mái dốc tuỳ thuộc vào

loại đất và chiều sâu đào Nếu mái đào có

chiều sâu lớn có thể chia ra thành nhiều cấp,

có giật cấp nằm ngang rộng 1,0m

Biện pháp này không thể áp dụng với mặt bằng thi công chật hẹp hoặc không muốn khối lượng đào quá lớn

H 1-18 Mái dốc tự nhiên

Biện pháp chống đỡ này có thể áp dụng với thành

vách đào thẳng đứng, do đó giảm được khối lượng

đào Tuy nhiên điều kiện thi công được là đất vách hố

đào phải đủ cứng để có thể tự ổn định từ lúc đào hố

xong đến khi chống đỡ xong

1.1.6.2.3 Vòng vây cọc ván thép

Vòng vây hố móng bằng cọc ván thép có khả năng

giữ ổn định cho những hố móng sâu, tương đối rộng

ngay cả trong trường hợp có nước ngầm hay có cát

chảy

Cọc ván thép là thiết bị thi công chuyên dụng, gồm

những tấm thép hình lòng máng, hai mép cuốn lại

thành các gờ để cài vào nhau, ngăn nước không qua

Đào đất trong vòng vây cọc ván, đến một độ sâu nào đó cần đặt khung chống thứ hai Khoảng cách giữa các khung chống cần tính toán theo khả năng chịu uốn của cọc ván, sao cho các rãnh ở mép cọc ván không bị bật ra và chân cọc ván không bị áp lực đất đảy chụm vào

Các tính toán cọc ván thép đã nêu ở phần trên

1.1.7 Xử lý đầu cọc và làm bệ

1.1.7.1 Cắt cọc

Do cọc đóng có thể không xuống hết chiều

dài nên phải cắt bỏ đoạn trên Cao độ cắt cọc

bằng cao độ đáy bệ công thêm 15cm, cộng

thêm 30d với d là đường kính cốt thép cọc

Phương pháp cắt cọc là đục lớp bê tông bảo

vệ cho hở cốt thép dọc, dùng que hàn hay vòi

cắt lửa cắt đứt cốt thép dọc Trước khi cắt cốt

thép dọc cần cẩu phải buộc cáp giữ đoạn cọc

trên hoặc dùng dây chằng ra 4 phía để giữ

đoạn cọc cắt Sau đó cần cẩu lắc cần hay kéo

dây chằng để bẻ gãy đoạn cọc

Đối với đoạn cọc ngắn ở thấp có thể dùng

đục nêm cho bê tông nứt ngang tại vị trí cắt đứt cốt thép dọc và đảy đổ đoạn cọc cắt

H 1-20 Chặt và đập đầu cọc H.1-19.Cọc ván thép và búa rung

1.1.7.2 Đập bê tông đầu cọc

Đập bê tông đầu cọc để lấy cốt thép chủ của cọc, liên kết với bê tông bệ cọc Chiều dài cốt thép cọc liên kết với bệ là 30d Chiều dài đoạn bê tông cọc ngậm vào

bê tông bệ là 15cm để tránh các vết nứt có thể khi đập đầu cọc, làm gỉ cốt thép cọc

Đập bê tông đầu cọc bằng cách đục lớp bê tông bảo vệ quanh cốt thép dọc, dùng máy cắt hay que hàn cắt đứt các cốt thép

đai, uốn cong cốt thép dọc của cọc ra ngoài Lõi

bê tông của đầu cọc sẽ đục nêm ngang cho nứt

và lấy ra

1.1.7.3 Thi công bệ cọc

Thi công bệ cọc trong đất như đã trình bày

trong mục 1.1 và 1.2 ở trên

Trường hợp bệ cọc nằm cao hơn mặt đất

(móng cọc bệ cao) tuỳ theo khoảng cách từ đáy

bệ đến mặt đất tự nhiên có thể có các giải pháp

thi công như sau :

▪ Nếu khoảng cách từ đáy bệ đến mặt đất

thấp ( dưới 2m) có thể đắp nền đến cao

độ đáy lớp bê tông lót bệ móng hoặc lớp

bê tông bịt đáy bằng đất (nếu không có nước) hay bằng bơm cát (nếu có nước và vòng vây cọc ván ngăn nước)

▪ Trường hợp đáy bệ nằm trên mặt đất với khoảng cách lớn cần làm sàn bằng hệ dầm kẹp cổ cọc Hệ dầm cần có cốt thép treo lên đầu cọc, trên hệ dầm có các dầm ngang, tấm lát sàn làm ván khuôn đáy Trên hệ sàn có thùng chụp và trong đó đổ bê tông bịt đáy, sau đó hút cạn nước để xử lý đầu cọc và thi công bệ cọc

1.2 Xây dựng móng cọc khoan nhồi

1.2.2 Các phương pháp tạo lỗ và thiết bị khoan tạo lỗ

Việc lấy đất lên khỏi lỗ dùng thùng chứa có tời quấn dây kéo Cần hết sức chú ý vấn đề an toàn khi kéo đất lên miệng lỗ cọc Việc cung cấp không khí sạch cho người thi công bên dưới hết sức quan trọng, có thể dùng máy bơm nén khí theo ống dẫn xuống lỗ cọc Phương pháp đào trần chỉ áp dụng với cọc có chiều sâu dưới 30m

H.1-21 Hệ sàn kẹp cọc

1.2.2.1.2 Đào trong ống vách

Trường hợp cọc sâu và trong đất yếu có thể

dùng gàu đào trong ống vách bằng thép sau đó

cho lồng cốt thép vào trong ống vách, khi đổ bê

tông cọc thì rút ống vách lên

Ống vách làm bằng thép, có đường kính

trong bằng gàu đào, chia thành nhiều đoạn,

hàn nối với nhau và hạ dần xuống lỗ cọc theo

tốc độ đào Việc hạ ống vách có thể thực hiện

bằng búa rung hay kích xoay ép

Thiết bị đào là gàu ngoạm hình ống, có 3-4

lưỡi đào, thả vào trong ống vách và kéo lên

xuống bằng cần cẩu

Trường hợp gặp đá mềm gàu không ngoạm

được có thể dủng loại gàu bánh răng ngiền phá

đá để gàu ngoạm lấy lên

1.2.2.1.3 Đào trong bùn sét

(Bentonite)

Với những cọc có chiều sâu lớn việc rút ống

vách lên là rất khó khăn và khi ống vách phải

thả toàn chiều dài cọc sẽ phải đầu tư chi phí rất

lớn Để giữ ổn định thành lỗ trong quá trình đào

có thể dùng loại bùn sét Bentonite bơm xuống lỗ

cọc

Gàu đào là một thùng tròn có đường kính miệng

gàu (lợi gàu) bằng đường kính lỗ, phần thân gàu

nhỏ hơn đường kính lỗ để giảm ma sát

Gàu đào đưa xuống lỗ cọc bằng cần xoay của

máy khoan Khi gàu xoay, lưỡi gàu dưới đáy thùng

sẽ gọt đất chui vào trong thùng Cần khoan rút lên,

bật chốt mở đáy thùng cho đất rơi ra

Phương pháp đào bằng gàu thích hợp với địa chất

là đất thịt, đất sét dẻo, đất cát pha Trường hợp đất

lẫn dăm sạn hay bị kẹt răng gàu nên đào không

hiệu quả

Trong phương pháp khoan đào lấy đất lên,

cần khoan gồm nhiều ống lồng vào nhau kiểu

anten để khi lấy đất lên các đoạn cần thu ngắn

lại, cuối cùng mới lấy được thùng đất lên khỏi

miệng lỗ cọc

1.2.2.2 Khoan tuần hoàn

Thiết bị khoan gồm xe khoan di chuyển bằng

bánh xích để có thể hoạt động được ở những

địa hình lầy lội

Trên xe khoan có lắp đặt cần cẩu để nâng hạ

cần khoan, cẩu lắp ống vách, lồng cốt thép hay

các vật liệu, thiết bị khác Ngoài ra lắp thêm

tay khoan để đỡ và tạo ra lực xoay cho cần

khoan Mọi hoạt động trên máy khoan đều sử dụng tác động thuỷ lực bằng dầu

Cần khoan gồm hai phần: đoạn liên kết vào tay khoan là dạng ống có tiết diện hình vuông, hình ô van, hay hình rãnh khế để khỏi trược khi xoay bởi tay khoan, phần bên dưới có thể nối dài nhiều đoạn, mang đầu khoan vươn sâu trong lỗ cọc Trong cần khoan có đường lỗ rỗng để bơm vữa sét xuống đáy lỗ hay hút vữa sét cùng mùn khoan lên

Đầu khoan (hay mũi khoan) có nhiều loại, sử dụng tuỳ theo loại đất đá

Mũi khoan xoắn dùng để tạo lỗ đột phá cắm ống vách Do mũi khoan có đầu nhọn nên đặt trúng tim định vị của lỗ Các cánh của nó chỉ giữ và lấy được đất ở phần nông

Mũi khoan kiểu răng cào để xới nát đất đá, thường dùng với các loại đất cát, đất pha cát hay đất lẫn sỏi sạn Trong điều kiện có vữa sét các tầng răng cào sẽ làm đất rời ra và được vữa sét đưa lên

Mũi khoan dạng bánh răng dùng trong đá mềm, các răng thép sẽ mài, cắt và nghiền vụn đá để vữa sét lấy lên

Trường hợp gặp địa chất là đá cứng có thể hạ xuống một đoạn ống vách 4-6m, treo quả búa giã đá và kéo lên, thả xuống bằng dây cáp để đập, chém đá vỡ vụn

Quả búa giã đá có dạng cánh chữ thập, lưỡi sắc để băm nhỏ đá dưới đáy lỗ

Có hai phương pháp khoan thường được áp dụng là phương pháp khoan tuần hoàn thuận và phương pháp khoan tuần hoàn nghịch ( phản tuần hoàn)

▪ Khoan tuần hoàn thuận: dùng đầu khoan phá vỡ đất đá, đưa vữa sét xuống

đáy lỗ cọc theo đường ống rỗng trong cần khoan Vữa sét dâng lên sẽ mang theo đất đá ra ngoài

▪ Khoan tuần hoàn nghịch : dùng

đầu khoan phá vỡ đất đá, đưa vữa

sét vào miệng lỗ cọc và bơm hút

vữa sét cùng mùn khoan dưới đáy

lỗ lên theo đường lỗ rỗng trong

cần khoan

Phương pháp khoan nghịch cần phải

có thiết bị bơm hút mạnh để có thể hút

hết mùn khoan lên, song do toàn bộ cột

vữa sét là sạch, chỉ có phần vữa sét

dưới đáy lỗ nhiễm bẩn nên việc vệ sinh

lỗ khoan nhanh chóng và ít tốn kém vữa

sét hơn phương pháp tuần hoàn thuận

Phương pháp khoan tuần hoàn thuận đơn giản hơn vì không cần dùng máy bơm hút cặn đáy lỗ với công suất lớn

Kiểm tra chiều sâu và chiều rộng hố khoan :

H.1-26 Các dạng mũi khoan: mũi xoắn, mũi cào và mũi bánh răng

H.1-27 Máy khoan tuần hoàn nghịch

▪ Việc kiểm tra chiều sâu lỗ khoan căn cứ vào theo dõi

chiều sâu của cần khoan Sau khi khoan xong

khoảng 30 phút đợi bùn lắng kiểm tra lại chiều sâu

bằng thước có gắn quả rọi Sau khi xử lý cặn lắng

trước khi đổ bê tông kiểm tra lại chiều sâu lỗ khoan

một lần nữa

▪ Việc kiểm tra độ rộng lỗ khoan được xác định bằng

thiết bị đo sóng siêu âm để kiểm tra vách lỗ và tính

toán khối lượng bê tông cho mỗi lỗ khoan

Khi thi công móng có nhiều cọc cần đảm bảo khoảng

cách các cọc không thi công gần nhau để tránh các tác

động thi công cọc sau ảnh hưởng tới bê tông cọc trước

mới đổ Bố trí trình tự thi công cọc xen kẽ để đảm bảo

khoảng cách các cọc đủ xa theo sơ đồ hình 8-19

Cao độ chân ống vách phải xuống dưới mực nước ngầm hay dưới lớp đất yếu 1,0m Trướng hợp địa chất dưới đáy lỗ cọc có cát chảy thì chân ống vách phải xuyên qua lớp đất này

Cao độ miệng ống vách trong trường hợp không có nước mặt phải cao hơn mặt đất tối thiểu 0,5m; Khi có nước ngầm thì cao độ miệng ống vách cao hơn mực nước ngầm tối thiểu 2m; khi có nước mặt thì cao độ miệng ống vách phải cao hơn mực nước mặt là 2,5m để tạo ra cột vữa sét có áp lực lớn hơn áp lực ngang của nước Trường hợp khi khoan bị sập thành lỗ có thể phải hàn nối thêm ống vách để nâng cao mức vữa sét trong lỗ cọc Phần trên miệng lỗ khoan bao giờ cũng phải có ống vách để chống sập lở miệng lỗ

Ống vách được hạ vào trong lỗ khoan bằng lực ép của trọng lượng cần khoan, hay hạ bằng búa rung đặt chụp lên đầu ống vách Đối với đất quá yếu có thể hạ ống vách rồi khoan bên trong, còn thông thường thì khoan xong mỗi đợt sẽ đóng hạ ống vách

Ống vách được rút lên sau khi đổ bê tông xong khoảng 10-20 phút, theo phương thẳng dứng và tốc độ 3m/phút Rút ống vách bằng cần cẩu, trường hợp ống vách quá chặt phải dùng bộ kích xoay-đảy lên (hình 8-13) Khi ống vách không rút lên được hoặc ống vách làm khuôn cho bê tông cọc vượt qua nước sông thì phải bỏ lại

1.2.2.4 Dung dịch betonite

Dung dịch Bentonite còn gọi là vữa sét hay dung dịch khoan, được chế tạo bằng cách cho bột sét bentonite trộn với nước Sét Bentonite có đặc điểm là có cỡ hạt rất nhỏ (lọt sàng 4900 lỗ/cm2 ); có độ nhớt cao và không lắng đọng trong nước Vì vậy dung dịch Bentonite có các tác dụng :

▪ Tạo ra áp lực thuỷ tĩnh ngăn cản áp lực đất và nước ngầm làm sập thành

lỗ khoan

H.1-28 Sơ đồ thi công cọc

▪ Chui vào khe hở giữa các hạt đất, gắn kết các hạt đất để tạo lớp vỏ bùn xung quanh thành lỗ

khoan,

▪ Dính bám vào thành lỗ

khoan làm màng ngăn

nước và chống sập lở

thành lỗ khoan

▪ Khi Bentonite dâng lên sẽ

mang đất mùn khoan lên

theo, có tác dụng tải đất

lên miệng lỗ

Từ những tác dụng đó yêu cầu

dung dịch Bentonite phải có các tiêu

chuẩn kỹ thuật sau:

Bảng 8-3: Các chỉ tiêu ban đầu của vữa sét Bentonite

Tên chỉ tiêu Chỉ tiêu tính năng Phương pháp kiểm tra

1 Khối lượng riêng 1.05  1.15g/cm 3 Tỷ trọng kế hoặc Bomê kế

3 Hàm lượng cát < 6%

▪ Thí nghiệm độ nhớt bằng phễu chuẩn : Phễu đo độ

nhớt có đường kính miệng 100mm, chiều cao

200mm; cuống phễu dài 51mm, đường kính lỗ

thoát 4,8mm Đổ 500ml dung dịch bentonite vào

phễu, mở tay bịt cuống phễu cho chảy và bấm

đồng hồ đo giây Độ nhớt của dung dịch là thời

gian 500ml dung dịch chảy hết qua phễu

▪ Thí nghiệm độ tách nước của dung dịch bằng ống

ép có áp lực: đưới đáy ống tròn có lỗ được lót giấy

thấm Cho 200ml dung dịch bentonite vào ống, cho piston tác dụng áp lực 0,7MPa trong thời gian 30 phút, lượng nước hứng được dưới ống do dung dịch bị ép thoát ra không quá 30ml

▪ Độ dày lớp áo sét đo trên giấy thấm của ống lọc

▪ Thử độ pH bằng giấy quỳ và so với bảng màu

Bentonite được chế tạo trong những thùng chứa bằng xi lô hay container, trên có moter gắn với trục làm quay cánh khuấy Bentonite bột chứa trong các bao 35-50kg; đổ vào trong thùng chứa có nước và cánh khuấy hoạt động Sau khi chế tạo xong bentonite được đưa qua thùng trữ để cung cấp cho thi công

Bentonite được máy bơm đảy theo đường ống tới vị trí thi công Các chỉ tiêu chất lượng bentonite trong thùng chứa được kiểm tra 30 phút 1 lần

Để tái sử dụng bentonite, khi dung dịch khoan từ dưới lỗ cọc trào lên (theo phương pháp khoan thuận) hay được máy bơm hút lên (theo phương pháp khoan nghịch) được cho vào hố thu hay thùng chứa Cho thêm nước vào để bùn loãng ra, đất chìm lắng còn bentonite cho chảy qua hố khác hoặc thùng chứa khác, say đó bơm hút về thùng điều chế Có thể dùng máy sàng rung có lưới để lọc bùn sét lấy dưới lỗ khoan lên, phần vữa sét đã lọc bơm về bồn điều chế, phần đất, cát rơi xuống cho bốc đi Bentonite thu hồi cần phải được kiểm tra chất lượng, nhất là chỉ tiêu hàm lượng cát < 6% Nếu vữa sét thu hồi bị nhiễm xi măng (do dung dịch trào lên khi đổ bê tông) thì phải loại bỏ

1.2.3 Vệ sinh lỗ khoan

Sau khi khoan có nhiều đất, cát trộn với bentonite thành lớp bùn lắng đọng dưới đáy lỗ khoan Nếu lớp bùn này tồn tại dưới chân cọc sẽ làm giảm sức chịu tải của cọc Do đó cần lấy hết các bùn đất dưới đáy, làm sạch đáy lỗ khoan Công việc đó gọi là vệ sinh lỗ khoan hay xử lý cặn lắng

Việc xử lý cặn lắng chia làm 2 bước:

▪ Bước 1: khi khoan đến cao độ thiết kế nhấc đầu khoan lên khỏi đáy lỗ khoảng 20cm, cho đầu khoan chạy không tải để khoắng bùn đất, trong khi đó liên tục cấp bentonite để đưa bùn đất lên Sau đó chờ bùn lắng khoảng 20 đến 30 phút, dùng gầu vét đưa bùn đất, đá cặn lắng lên

▪ Bước 2: Thổi rửa làm sạch hố khoan

Tùy theo địa chất, có thể sử dụng các biện pháp thổi rửa vệ sinh hố khoan bằng máy nén khí, bơm hút đáy (22kW) hoặc thổi tuần hoàn thuận bằng bơm trục đứng 37kW

▪ Thổi rửa làm sạch hố khoan bằng máy nén khí bằng cách hạ ống thép D90 bên trong có luồn ống dẫn khí D25, đặt cách đáy hố khoan khoảng 0,5m, đầu ống dẫn khí đặt quay ngược lên Khí nén được thổi xuống với áp suất 7at Dưới

áp suất của khí nén benonite sẽ được đẩy lên qua ống D90 được đưa về máy sàng, sàng cát và bentonite đưa vào bể lắng, sau đó được tái sử dụng lại Trong quá trình thổi bentonite lên phải liên tục cấp bentonite mới cho hố khoan, đảm bảo mực bentonite trong hố luôn luôn đày, đề phòng sập thành lỗ

▪ Thổi rửa bằng bơm hút đáy 22kW bằng cách máy bơm được lắp cùng với ống đổ bê tông , hạ sâu dần xuống đáy cọc để hút trực tiếp bentonite bẩn về máy sàng cát Bentonite sạch được bổ sung vào miệng hố khoan Quá trình thay bentonite và làm sạch hố khoan diễn ra tương tự như dùng máy nén khí (tuần hoàn nghịch)

▪ Thổi rửa bằng phương pháp tuần hoàn thuận sử dụng bơm trục đứng 37kW bằng cách bơm ép bentonite sạch qua ống đổ bê tông xuống đáy hố khoan Do

tỷ trọng bentonite mới nhẹ hơn cùng với áp lực bơm sẽ cuốn theo cát lắng lên miệng hố khoan và trào ra ngoài Bentonite bẩn trào ra được thu về hố lắng, sau đó bơm về máy sàng để tách cát và tái sử dụng

Sau khi hạ lồng thép phải thổi rửa lần nữa trước khi đổ bê tông Kiểm tra bentonite thổi lên nếu đạt chỉ tiêu kỹ thuật nghĩa là lỗ khoan đã sạch thì tiến hành đổ bê tông

1.2.4 Gia công và lắp đặt lồng cốt thép

1.2.4.1 Cấu tạo lồng cốt thép

Lồng cốt thép cọc bao gồm các chi tiết sau :

▪ Cốt chủ là cốt thép dọc trong cọc,

chịu uốn và tham gia chịu nén với

bê tông Đường kính và số lượng

theo tính toán của thiết kế Cốt

thép chủ có đường kính không nhỏ

hơn 20mm và khoảng cách giữa

chúng không nhỏ hơn 50mm

▪ Vòng dưỡng là vòng tròn bằng cốt

thép có đường kính lớn nằm bên

trong cốt chủ Mục đích của vòng

dưỡng là làm khung cứng, giữ cho

lồng cốt thép không bị biến hình khi

đặt nằm cũng như khi cẩu treo

Vòng dưỡng thường làm bằng cốt

thép d24-d25; nếu đường kính vòng dưỡng lớn hơn có thể phải tăng cường thêm bằng 4 thanh thép chống Vòng dưỡng bố trí tối thiểu 3 cái cho một lồng cốt thép, một cái ở giữa, hai cái cách đầu lồng >1,0m

▪ Cốt đai liên kết các cốt dọc, chịu lực cắt và chống nở hông khi bê tông cọc chịu nén Cốt đai dùng đường kính d10- d12, uốn xoắn dạng lò xo Để uốn cốt đai có thể cho cốt thép quấn quanh một ống thép Cốt thép đai được liên kết buộc hoặc hàn với cốt thép chủ

▪ Tai cẩu để móc cáp khi cẩu lồng cốt thép và treo lồng trong lỗ khoan khi nối cốt thép Tai cẩu dùng cốt thép có đường kính bằng hoặc lớn hơn cốt chủ, uốn hình chữ U và hàn vào 2 cốt chủ liền kề với chiều dài hàn > 15d

ở hai bên Lồng cốt thép đường kính nhỏ bố trí 2 tai cẩu, lồng cốt thép có đường kính lớn hơn 1,0m thì bố trí 4 tai cẩu

▪ Cữ định tâm nhằm giữ cho lồng cốt thép nằm đúng tim lỗ và đảm bảo đủ chiều dày bảo vệ của cốt thép chủ Cữ định tâm có thể dùng các bánh xe bằng bê tông xâu vào cốt đai hoặc hàn các đoạn cốt thép uốn hình chữ U vào thân cốt chủ Dùng bánh xe bê tông sẽ không có cốt thép bị gỉ bởi nằm ngoài bê tông nhưng có thể bị vỡ do bị đè nặng khi các lồng cốt thép xếp chồng lên nhau Cữ định tâm bố trí 4 cái trên một mặt cắt ngang và cách khoảng 3-5m bố trí một mặt cắt ngang có cữ định tâm

▪ Ống sonic dùng để thả đầu dò siêu âm kiểm tra độ đồng nhất của bê tông cọc và thả mũi khoan cắt bê tông chân cọc nhằm xác định cường độ bê tông

Ống sonic bố trí từng đoạn bên trong lồng cốt thép, được cố định vị trí bởi các cốt thép uốn cong hình omega () hàn vào cốt thép đai Cọc có đường kính < 1,0m bố trí 3 ống, đường kính > 1,0m bố trí 4 ống Toạ độ các ống theo mặt cắt ngang của lồng cốt thép phải giống nhau để có thể nối ống khi lắp đặt các lồng cốt thép

Yêu cầu đối với ống sonic là phải thẳng, không móp méo và đặc biệt là phải kín Ống sonic có thể bằng ống nhựa dày 5mm khi chiều dài cọc dưới 30m, khi chiều dài cọc lớn hơn phải làm bằng ống thép dày 5mm-6mm

Đường kính bên trong ống sonic nhỏ nhất là 60mm, trong đó phải có một ống có đường kính trong 102mm để lọt được mũi khoan cắt bê tông Cao độ

H.1-31 Lồng cốt thép cọc

đáy các ống nhỏ đặt đến chân cọc, riêng ống lớn đặt cách đáy lỗ khoan tối thiểu 1,0m ( để khoan cắt lấy lõi bê tông chân cọc kiểm tra)

Chân ống sonic phải được bịt kín, có thể bằng hàn miếng thép tấm (nếu là ống thép), riêng chân ống lớn được đóng nút gỗ để có thể khoan cắt xuyên qua Các mối nối ống sonic phải dùng ống manson kiểu ren, không dùng hàn,

đề phòng thủng ống nước xi măng chui vào làm tắc ống không dò siêu âm được

▪ Khi đổ bê tông theo phương pháp rút ống thẳng đứng bê tông sẽ dâng lên trong lỗ cọc Do bê tông dính bám với cốt thép nên khi dâng lên nó sẽ kéo lồng cốt thép trồi lên theo Để chống lại hiện tượng này chân các cốt thép chủ được uốn cong vào tâm lồng, trên đó đặt một số vòng cốt thép là lưới chặn chân cọc Bê tông sẽ đè lên lưới chân cọc mà giữ cho nó không trồi lên Tuy nhiên phải chừa khoảng trống giữa tim lồng cốt thép để ống đổ

bê tông có thể đi qua

1.2.4.2 Lắp hạ và nối lồng cốt thép

Lồng cốt thép được cẩu treo thẳng đứng để thả vào trong lỗ cọc từng đoạn một Khi móc cẩu đến ngang miệng ống vách dùng đòn gánh bằng thép I 100 xâu ngang qua, gác lên miệng ống vách để móc cẩu đi lấy đoạn lồng khác Lúc này đầu các cốt thép chủ còn nhô cao hơn miệng ống vách khoảng 1m Có thể dùng dây cáp để bó túm các đầu cốt thép chủ lại cho chui vào đầu lồng tiếp theo được dễ dàng

Khi cần cẩu đưa đoạn lồng tiếp theo xâu vào đầu đoạn lồng trước thì tiến hành nối các cốt thép chủ và kéo giãn bước cốt thép đai để liên kết Việc nối cốt thép chủ có thể thực hiện bằng các giải pháp sau :

▪ Dùng que hàn điện để hàn chồng hai đầu cốt thép chủ với nhau Giải pháp này chắc chắn, chịu lực tốt nhưng thời gian thi công lâu, tốn que hàn và tốn cốt thép

▪ Dùng bu lông chữ U có bản ép ( cóc kẹp) kẹp hai đầu cốt thép chủ lại với nhau, siết mũ ốc bằng máy khoan tay Mỗi mối nối hai đầu cốt thép chủ dùng 3 bu lông kẹp Giải pháp này thi công nhanh, không tốn que hàn nhưng vẫn tốn cốt thép do cốt thép chủ giáp mối chồng nhau Mặt khác nếu số lượng cốt thép chủ nhiều, khe hở giữa chúng hẹp thì bu lông kẹp sẽ chiếm chỗ làm cho bê tông khó lọt qua

▪ Dùng ống ren (coupler) để nối hai đầu cốt thép chủ có tiện ren sẵn Giải pháp này thi công nhanh chóng và tiết kiệm thép nhưng chỉ áp dụng với cốt thép đường kính lớn Ống nối bằng thép có cường độ cao, tiện ren bên trong

H 1-32 Mối nối lồng cốt thép cọc a) Dùng bu lông kẹp b) Dùng ống ren nối (coupler)

a )

b )

Các cốt thép chủ được tiện ren 2 đầu, lúc thi công lắp ống nối vào 1 đầu cốt thép, khi nối thì vặn ống ra để ăn vào ren của đầu thanh cốt thép kia Chiều dài ren nằm trong ống nối đủ đảm bảo kéo đứt cốt thép mà không hỏng mối nối Hiện có nhiều doanh nghiệp chế ống nối và cốt thép có ren sẵn, nhà thầu thi công chỉ cần đặt hàng đúng đường kính và chiều dài cốt thép

1.2.5 Đổ bê tông cọc

1.2.5.1 Yêu cầu về bê tông

Mác bê tông : Bê tông cọc có mác > 300 kg/cm2 để đảm bảo cường độ chịu nén và độ đặc nhằm bảo vệ cốt thép trong điều kiện bê tông không được đầm Không nên dùng bê tông có mác cao bởi cọc có diện tích mặt cắt lớn nên hiệu suất sử dụng vật liệu không cao, dẫn tới lãng phí

Cỡ đá : do bê tông cọc đổ bằng ống dẫn tới đáy lỗ khoan và tự dâng lên nên phải dùng đá nhỏ để bê tông có thể dâng lên được Đá dùng cho bê tông cọc khoan nhồi thường dùng loại 0,5 x 1; 1x1 hoặc 1x2

Độ sụt của bê tông ; do bê tông tự dâng lên trong lỗ cọc nên cần phải có độ linh động cao Độ sụt của bê tông cọc khoan nhồi yêu cầu 16-18cm Do yêu cầu độ sụt lớn mà không được tăng lượng nước nên bê tông cọc cần có phụ gia hoá dẻo hoặc phụ gia siêu dẻo ( thường dùng Sikament 520)

Nhiệt độ của bê tông : bê tông cọc thuộc dạng khối lớn, trong quá trình đông cứng phản ứng thuỷ hoá xi măng làm cho nhiệt độ trong lòng khối bê tông tăng lên- bê tông nở ra, trong khi đó xung quanh bê tông cọc tiếp xúc với đất lạnh nên

co lại gây nứt bê tông cọc Vì vậy nhiệt độ bê tông khi đổ vào lỗ cọc phải nhỏ hơn nhiệt độ môi trường để khi phản ứng sinh nhiệt xảy ra hoàn toàn thì nhiệt độ trong lòng khối bê tông cân bằng với nhiệt độ bên ngoài Để có được điều này phải trộn

bê tông với nước được làm lạnh tới 4oC hoặc cho nước đá cây tan ra làm nước trộn

bê tông Nhiệt độ bê tông khi đổ vào lỗ cọc yêu cầu từ 23oC – 26oC Tư vấn giám sát sẽ kiểm tra độ sụt và nhiệt độ của bê tông trước khi đổ vào lỗ cọc

Cung cấp bê tông phải liên tục để đảm bảo bê tông cọc trong lỗ khoan dâng lên liên tục Nếu ngừng nghỉ lâu bê tông trên mặt trong cọc ( là bê tông đổ lúc ban đầu) cứng lại sẽ làm cho bê tông cọc không dâng lên được Vì vậy cần phải tính toán sao cho việc đổ bê tông cọc được thực hiện xong trước 4 giờ Cần phải có tối thiểu 3 xe mix cung cấp bê tông ( 1 xe đang đổ, 1 xe đứng chờ, 1 xe đi nhận bê tông) Nếu khoảng các từ trạm trộn tới nơi thi công quá xa cần phải có nhiều hơn 3

xe

1.2.5.2 Thiết bị đổ bê tông

Ống đổ để dẫn bê tông xuống đáy lỗ, khi nó dâng lên sẽ đảy bentonite lên Ống đổ còn có tên gọi là ống Tremie, gồm nhiều đoạn ống thép đường kính 200mm-400mm; nối với nhau bằng ren Mỗi đoạn ống có chiều dài 1,5-2,0m để có thể tháo dần ra trong quá trình rút ống lên Cần có giá để dựng ống trong quá trình thi công nhằm đảm bảo ống sạch sẽ, không móp méo, tránh làm tắc bê tông trong ống

Phễu đổ lắp trên đầu ống để hứng bê tông chảy vào trong ống Ở bước đầu tiên yêu cầu phễu lớn, có thể tích gấp 1,5 lần thể tích toàn bộ chiều dài ống, để khi

bê tông đày trong ống vẫn còn bê tông chứa trong phễu, làm cho trong ống luôn đày bê tông, không cho áp lực bentonite làm cho nó chui vào bê tông Giai đoạn sau, trong quá trình đang đổ có thể dùng phễu nhỏ để dễ dàng thi công

Nút ống (quả cầu) để ngăn giữ bê tông không cho nó rơi vào bentonite trong ống ở bước đầu tiên Khi bê tông đã đày phễu, cắt dây giữ cho bê tông đảy quả cầu đi xuống Trong quá trình đi xuống quả cầu sẽ đảy hết bentonite trong ống ra

ngoài và bê tông đi theo chiếm chỗ Khi cần cẩu nhấc ống lên bê tông sẽ đảy quả cầu nổi lên và bê tông tràn ra lỗ cọc

Cần cẩu có vai trò nhấc ống rút lên và thả xuống để miệng ống luôn ngập trong bê tông

1.2.5.3 Phương pháp đổ bê tông

Sau khi lắp ống Trenie và kiểm tra bùn lắng dưới đáy lỗ đã đạt yêu cầu lắp phễu có nút quả cầu và rót bê tông vào đày phễu Cắt dây cho bê tông đảy quả cầu đi xuống, khi bê tông đày ống thì quả cầu nằm dưới miệng ống như một cái nút

Cần cẩu nhấc ống lên từ từ, cách đáy lỗ khoảng 30-50cm, bê tông đảy quả cầu và trào ra đáy lỗ cọc, quả cầu nổi lên và miệng ống được thả cắm vào lớp bê tông mới đổ để ben tonite không chui vào ống

Bê tông được liên tục rót vào ống làm cho bê tông trong ống luôn đày, tạo áp lực lớn đảy bê tông ra sau mỗi lần ống được rút lên Trong quá trình đổ bê tông phải đảm bảo miệng ống luôn ngập trong bê tông 2m để không cho bentonie chui vào trong bê tông Trong quá trình bê tông dâng lên ống cũng được rút lên và tháo bớt các đoạn ống để xe mix có thể rót bê tông vào phễu

Đổ bê tông cho đến khi trào ra miệng ống vách hoặc đến cao độ lớn hơn cao độ thiết kế 1,5D hoặc 2m để sau này đục bỏ phần bê tông bên trên là bê tông xấu do tiếp xúc với bentonite và trộn lẫn bùn đất dưới đáy lỗ

Việc đục bỏ bê tông xấu trên đầu cọc được tiến hành sau ngày thứ 7 và trước 14 ngày để bê tông chưa quá rắn Các phương pháp đục bỏ bê tông có thể thực hiện bằng búa hơi hay xói nước cao áp Để đễ dàng đục bê tông thì đoạn cốt thép đầu cọc có thể được bọc bằng ống nhựa chống dính bám, thậm chí có thể bọc bằng ống

cao su, sau đó bơm hơi để bê tông nứt ra

Kiểm tra chất lượng cọc, ngoài việc đảm bảo kích thước cọc, chiều sâu cọc, độ thẳng đứng của cọc còn cần kiểm tra sự đồng nhất của bê tông cọc, cường độ bê tông cọc (nhất là bê tông chân cọc) và sức chịu tải của cọc

1.2.6 Kiểm tra chất lượng cọc

1.2.6.1 Kiểm tra độ đồng nhất của

bê tông

▪ Phương pháp biến dạng nhỏ (Pile Integrity

Tester - PIT) :

Theo tiêu chuẩn ASTM D5882-00 hoặc theo các

tiêu chuẩn riêng do tư vấn thiết kế qui định

Phương pháp thí nghiệm là đo ghi sóng lan truyền

trong thân cọc khi tác động một xung lực nhẹ lên

đầu cọc Xác định được vị trí và mức độ khuyết tật

(nếu có) của cọc dựa trên sóng phản hồi ghi được

trên đỉnh cọc

Phương pháp này có ưu điểm thí nghiệm nhanh,

chi phí thấp, thiết bị gọn nhẹ nhưng có nhược

điểm là chỉ áp dụng với cọc có chiều dài nhỏ hơn 30m vì cọc có chiều dài lớn xung lượng bị hấp thụ hết không phản hồi tới đỉnh cọc

▪ Phương pháp siêu âm

Mặt đất Búa

Máy đo

Sóng phản xạ

Thay đổi môi trường

H 1-33 Sơ đồ thí nghiệm PIT

Theo tiêu chuẩn ASTM

D5882-00 hoặc theo các tiêu

chuẩn riêng do tư vấn thiết

kế qui định Phương pháp

này dựa vào nguyên lý tốc

độ truyền sóng siêu âm khác

nhau trong vật chất có mật

độ khác nhau

Thả hai đầu thu, phát siêu

âm vào hai ống sonic đặt sẵn

trong thân cọc Tốc độ

truyền siêu âm sẽ thu được

bởi máy ghi khi thả hai đầu

dò xuống sâu trong bê tông

cọc Biểu đồ sóng siêu âm

ghi được sẽ phản ánh tình

trạng mật độ vật chất của bê

tông cọc tại những vị trí khác

nhau theo chiều sâu, nghĩa là sự đồng nhất của bê tông cọc theo điều kiện cho trước

Phương pháp này có ưu điểm là thiết bị gọn nhẹ, xác định tình trạng bê tông cọc liên tục ở mọi chiều sâu có đặt ống sonic Tuy nhiên phương pháp này có nhực điểm là chỉ xác định được với bê tông bao giữa hai ống sonic mà không xác định được với bê tông ngoài biên cọc (phần bảo vệ cốt thép)

1.2.6.2 Kiểm tra cường độ bê tông

▪ Khoan cắt lõi bê tông chân cọc:

Việc khoan lấy lõi bê tông chân cọc được thự hiện bằng đầu khoan dạng ống đường kính d=100mm, thả vào trong ống sonic có đường kính D=102mm Chiều dài lõi bê tông chân cọc khoảng 1000mm, chế bị thành tổ gồm 3 cục mẫu có chiều dài 200mm

Sau khi nén mẫu bê tông có thể xác định chính xác cường độ bê tông dưới chân cọc

▪ Dò siêu âm :

Bằng phương pháp dò siêu âm có thể biết tốc độ truyền sóng siêu âm qua mộ khoảng cách xác định Nếu so sánh với tốc độ truyền sóng siêu âm qua một số cục mẫu đã biết về cường độ có thể biết được cường độ của bê tông cọc

1.2.6.3 Kiểm tra sức chịu tải của cọc

1.2.6.3.1 Nén tĩnh bằng đối trọng

Đặt giá tạo lực bên trên cọc, xếp các đối

trọng lên giá tạo lực, dủng kích đặt trên đỉnh

cọc và độ vào dưới giá tạo lực, kích nén cọc

xuống cho đến khi cọc lún theo giới hạn quy

định hoặc lực nén tới giá trị yêu cầu có thể xác

định được sức chịu tải toàn bộ của cọc

Phương pháp này xác định trực tiếp được

sức chịu tải của cọc nhưng có nhược điểm là

thiết bị cồng kềnh, thời thực hiện dài và tốn

nhiều chi phí Một nhược điểm quan trọng là chỉ

áp dụng được với các cọc trên cạn, mặt bằng

H 1-34 Dò siêu âm và kết quả ghi được khi dò

H 1-35 Thí nghiệm nén tĩnh cọc

rộng thoáng

1.2.6.3.2 Nén tĩnh bằng hộp

Osterberg

Khi cọc có đường kính và chiều dài lớn với

sức chịu tải hàng ngàn tấn và cọc nằm trên

sông nước, các phương pháp thử tải tĩnh

không thực hiện được Do vậy, phải sử dụng

phương pháp hộp tải trọng Osterberg

Dùng một hay nhiều hộp tải trọng

Osterberg (hộp thủy lực làm việc như 1 kích

thuỷ lực) đặt ở mũi cọc khoan nhồi hay ở 2

vị trí mũi và thân cọc trước khi đổ bê tông

thân cọc Sau khi đổ bê tông đã đủ cường

độ, tiến hành thử tải bằng cách bơm nước

để tạo áp lực trong hộp kích Đối trọng chính

là trọng lượng cọc và sức chống ma sát

hông

Theo nguyên lý phản lực, lực truyền

xuống đất mũi cọc bằng lực truyền thân cọc

Việc thử sẽ đạt tới phá hoại khi một trong

hai phá hoại xảy ra ở mũi cọc và quanh thân

cọc Dựa theo các thiết bị đo chuyển vị và

đo lực gắn trong hộp tải trọng Osterberg sẽ

vẽ ra được các biểu đồ quan hệ giữa lực tác

dụng và chuyển vị mũi cọc và thân cọc Tuỳ

theo trường hợp phá hoại có thể thu được

một trong 2 biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị

Việc gia tải và đo đạc, áp dụng theo tiêu chuẩn ASTM D1143-1995 “Trình tự thử tải nhanh” của Mỹ

Cách xác định tải trọng giới hạn: Do có một phá hoại hoặc thân cọc hoặc mũi cọc nên phải áp dụng phương pháp ngoại suy để tìm phá hoại thứ hai, và được tính theo công thức sau:

P gh cọc = P gh mũi + P gh thân

Nếu không tin tưởng ở ngoại suy và thiên về an toàn (lấy trị số bé), ta có thể lấy:

P gh cọc = 2P gh thu được Phương pháp này dùng ngay trọng lượng bản thân của cọc và ma sát thành

bên làm đối trọng Hệ điều khiển và ghi chép từ mặt đất Sử dụng phương pháp này có thể thí nghiệm riêng biệt hoặc đồng thời hai chỉ tiêu là sức chịu mũi cọc và lực ma sát bên của cọc Tải thí nghiệm có thể đạt đến 18.000 tấn, thời gian tiến hành thí nghiệm chỉ trong vòng 24 giờ Sau khi thử xong bơm bê tông xuống lấp đầy hệ kích cho hệ được liên tục

Phương pháp này phù hợp với các cọc có sức chống giới hạn thành bên và mũi cọc tương đương nhau Còn trong trường hợp sức chống giới hạn của mũi nhỏ hơn sức chống thành bên thì có thể đặt hai tầng ở mũi cọc và thân cọc để thử

Phương pháp thử tải cọc khoan nhồi bằng hộp tải Osterberg mang lại độ chính xác cao, có thể kiểm tra được khả năng chịu lực của từng lớp đất cọc đi qua (thông qua giá trị sức kháng ma sát thành bên và sức kháng mũi của đất nền) Nhược điểm của thử tải Osterberg là đòi hỏi kỹ thuật cao và chi phí thử tải lớn

Hộp Osterberg

Đường nước

áp lực

Máy bơm nước

Đầu đo chuyển

1.2.6.3.3 Thí nghiệm xung lượng lớn (PDA- Pile Dynamic Analysis):

Nhằm xác định sức chịu tả các

loại cọc đóng, cọc ép, cọc khoan

nhồi, cọc barrette dựa trên sóng và

ứng suất đo được tại đầu cọc dùng

phương pháp CASE hoặc CAPWAP

(Case Pile Wave Analyses Program)

Cần phải có búa tự rơi gây lực xung

kích và thiết bị phân tích động

cọc PDA dựa trên nguyên lý thuyết

truyền sóng ứng suất trong bài toán

va chạm của cọc, với đầu vào là các

số liệu đo gia tốc và biến dạng thân

cọc dưới tác dụng của quả búa Các

đặc trưng động theo Smith là đo

sóng của lực và sóng vận tốc (tích

phân gia tốc) rồi tiến hành phân tích

thời gian thực đối với hình sóng

(bằng các phép tính lặp) dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất thanh cứng và liên tục do va chạm dọc trục tại đầu cọc gây ra

Phương pháp thử động biến dạng lớn có thể xác định khá chính xác vị trí và mức độ khuyết tật trên thân cọc, xác định sức chịu tải của cọc, xác định biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị

BÀI 2 THI CÔNG MỐ, TRỤ

2.1 Ván khuôn mố trụ

2.1.1 Cấu tạo ván khuôn

Ván khuôn gỗ có cấu tạo

đơn giản, vật liệu dễ kiếm,

trọng lượng nhẹ, dễ gia

công nhưng nhược điểm là

cường độ thấp, thời gian sử

dụng ngắn và dễ cong vênh

do mưa, nắng Ngày nay

nguồn gỗ rừng đã cạn kiệt,

gỗ vườn rất hiếm nên việc

áp dụng ván khuôn gỗ sẽ

không kinh tế

Ván khuôn gỗ bao gồm :

H 1-37 Thí nghiệm PDA cọc khoan nhồi

H.2-1 Cấu tạo ván khuôn gỗ

- Thanh đỡ (3) có tác dụng làm gối đỡ cho thanh nẹp và truyền tải trọng cho các thanh giằng chịu Thanh đỡ làm bằng gỗ xẻ, thường có kích thước 3cm x 10cm

- Thanh giằng (4) bằng thép có tác dụng giằng ngang các gỗ đỡ để chống lại

áp lực ngang của bê tông Đường kính thép làm thanh giằng phải được tính toán với tổng áp lực ngang mà nó phải chịu để đảm bảo ván khuôn không bị bung ra khi đổ bê tông

- Vòng đệm và mũ ốc (5) khi siết vào sẽ ép ván khuôn vào trong

- Ống chống (6) có tác dụng ngăng cách các tấm ván khuôn đối diện không quá sát vào nhau nhằm đảm bảo kích thước chiều dày cho kết cấu, đồng thời làm cho bê tông không dính mám vào thanh giằng để có thể lấy thanh giằng

ra sau khi tháo dỡ ván khuôn

- Ngoài ra còn các chi tiết chặn chân ván

khuôn khỏi xê dịch, thanh chống giữ cho

ván khuôn khỏi đổ v.v…

Do thời gian sử dụng ngắn nên ván khuôn gỗ

chỉ dùng với công trình cá biệt, với đơn vị thi

công không thường xuyên

thép

Ván khuôn thép gồm thép tấm (tole) làm ván

ngăn, các nẹp bằng thép bản gọi là sườn tăng

cường

Sườn tăng cường có thể làm bằng thép bản hay thép góc Các sườn tăng cường quanh mép tấm ván khuôn cần làm bằng thép góc, có các lỗ khoan để bắt bu lông liên kết Thép bản làm sườn tăng cường có chiều dày 5-6mm, chiều rộng 40-50mm Các thép góc làm sườn tăng cường nên chọn loại L50x50x5mm; L75x75x5cm hay L80x80x8mm

Tole lát có chiều dày từ 3mm đến 5mm; không nên dùng tole dày quá ván khuôn sẽ nặng mà nên dùng nhiều sườn để đảm bảo độ cứng chống võng của tole Kích thước mỗi tấm ván khuôn không nên nhỏ quá sẽ phải nối ghép nhiều, cũng không nên quá lớn sẽ rất nặng , khó thao tác trong thi công trên cao Kích thước mỗi cạnh của tấm ván khuôn không nên dưới 1m và không nên quá 2m

Ván khuôn bằng thép có thể tạo độ cong dễ dàng bằng cách các sườn tăng cường được cắt theo hình cong từ những tấm thép phẳng Nếu là thép góc sẽ được uốn cong bằng các trục ép

Ván khuôn thép có ưu điểm bền, sử dụng nhiều lần, kín khít và phẳng nhẵn Nhược điểm của ván khuôn thép là nặng, chi phí đầu tư ban đầu lớn Vì thế chỉ nên dùng ván khuôn thép cho những công trình lớn, tại các đơn vị thi công chuyên nghiệp

Với các kết cấu quan trọng đòi hỏi chất lượng và mỹ thuật cao (dầm cầu, mố trụ cầu trong thành phố…) nhất thiết phải dùng ván khuôn thép

H.2-2 Cấu tạo ván khuôn thép

Ván khuôn nhựa là các tấm nhựa phẳng có gân nổi (như sườn tăng cường) Các gân xung quanh tấm có lỗ để liên kết chúng lại

với nhau

Kích thước mổi tấm 0,5m x 1,0m , chiều

dày nhựa khoảng 3-5mm

Kèm theo với các tấm ván khuôn là các

thanh nẹp và các thanh chống có chiều dài

thay đổi bằng lỗ có chốt hoặc ren

Ván khuôn nhựa có ưu điểm là bền, phẳng

nhẵn, kín khít, ít dính bám bê tông nhưng

cường độ không cao và nhất là không có hình

dạng cong theo kết cấu nên chỉ áp dụng tốt

cho các kết cấu có mặt phẳng ( tường, sàn, cột chữ nhật…)

2.1.3 Tính toán ván khuôn

2.1.3.1 Tải trọng tác dụng lên ván khuôn

Các lực thẳng đứng tác dụng lên ván khuôn bao gồm :

▪ Trọng lượng bản thân ván khuôn (tính với ván khuôn đáy) : p= 70kg/m 2

▪ Trọng lượng bê tông lên ván khuôn đáy hay áp lực ngang của bê tông lên ván khuôn thành bên; p.h (T/m2) với  2,5T/m 3 ; h - chiều

cao lớp bê tông

▪ Lực xung kích do bê tông rơi hay do bê tông chảy theo mặt nghiêng

đập vào ván khuôn thành bên; p= 400 kg/m 2; với ván khuôn đáy chỉ tính khi chiều dàu bê tông dưới 1,0m

▪ Trọng lượng người và thiết bị thi công ( máy đầm, dàn san bê tông…)

trên bê tông : p=250 kg/m 2 và chỉ tính khi chiều dày bê tông dưới

1,0m

▪ Trọng lượng cốt thép : p= 10 kg/m 2;

Áp lực ngang của bê tông tác dụng lên ván khuôn

thành bên :

Áp lực ngang của bê tông tính như áp lực thuỷ tĩnh vì

bê tông bị đầm đã chảy nhão ra như nước Khi không

đầm biểu đồ áp lực có dạng a); khi có đầm biểu đồ áp

lực dạng b); còn biểu đồ dạng c) dùng để tính toán

Ngoài ra còn lực xung kích theo phương ngang do bê

tông chảy trên mặt nghiêng đập vào ván khuôn thành

bên, lấy bằng 200kg/m2 khi lần đổ dưới 200 lít hoặc

bằng 400kg/m2 khi lần đổ lớn hơn 200 lít

Ván khuôn đáy chịu tải theo phương đứng, các tải trọng tác dụng gốm có :

▪ Trọng lượng bản thân ván khuôn :

▪ Trọng lượng bê tông ướt

▪ Lực xung kích do bê tông rơi

▪ Trọng lượng người và thiết bị thi công

Tính kiểm tra ván khuôn đáy theo các điều kiện :

H 2-4 Sơ đồ áp lực bê tông

H 2.3 Ván khuôn nhựa cho mố cầu

2.1.3.3 Kiểm tra cường độ uốn của ván khuôn

Coi tấm ván khuôn như dầm liên tục qua các thanh

nẹp, momen lớn nhất trong tấm ván xác định theo :

( )

8

8,0

2 max

m kg a P

Trong đó : Pmax – Toàn bộ tải trọng thắng đứng lớn

nhất (kg);

a – Khoảng cách giữa các nẹp (m);

Từ kích thước tiết diện tấm ván tính ra momen

kháng uốn W (cm3) và kiểm tra ứng suất trong ván, so

với cường độ chịu uốn cho phép của gỗ

Tuy nhiên do tấm ván đã xẻ có chiều dày và chiều rộng nhất định nên ta cần tính khoảng cách các gỗ nẹp a :

)(

6,0

.]

[max

cm P

h b

Trong đó: [] - Ứng suất cho phép của gỗ khi uốn (115 kg/cm2)

b – Chiều rộng tấm ván (cm);

h – Chiều dày tấm ván (cm);

Đà nẹp coi là dầm liên tục qua các gỗ đỡ, cũng

tính toán như trên với tiết diện đà nẹp đã xẻ sẵn

(b, h) và tải trọng Pmax bao gồm cả trọng lượng của

ván Từ đó tính ra khoa3ng cách các gỗ đỡ

dầm đỡ

Gỗ đỡ coi là dầm liên tục với gối của nó là các kết cấu đỡ bên dưới (đà giáo) Tải trọng tác dụng lên gỗ đỡ là các lực tập trung do đà nẹp gây ra

Độ võng của ván khuôn chỉ cho phép là

)(

a P f

127

4 max

 , do đó có thể tính khoảng cách giữa các đà nẹp theo điều kiện độ võng cho phép:

)(8

,23

3

max

3

cm P

h b E

So sánh với khoảng cách xác định theo cường độ (4-2), chọn giá trị nhỏ hơn Đối với gỗ đỡ khoảng cách gối là các thanh bu lông giằng ngang

Tải trọng tác dụng vào thanh giằng với chiều cao bằng khoảng cách giữa hai thanh giằng và chiều rộng bằng chiều rộng ngang của kết cấu

H.2-6 Sơ đồ tính gỗ đỡ H.2-5 Sơ đồ tính ván khuôn

H 2-7 Sơ đồ tính gỗ đỡ

2.1.3.8 Kiểm tra cường độ thanh giằng

Nếu phạm vi truyền áp lực vào thanh giằng là B và H thi với áp lực ngang Pmax ta có lực tác dụng vào thanh giằng là : NPmax.B.H (kg) (2-4)

Nếu thanh giằng bằng thanh thép có đường kính d với cường độ chịu kéo của thép là Rt thì : N d R t

4 2



 ; từ đó suy ra đường kính thanh giằng phải chọn là :

)(.27,1

cm R

N d

t

Thanh giằng bằng thanh thép có tiện ren hai đầu để vặn

mũ ốc Thanh giằng có để chôn trong bê tông, sau khi tháo

ván khuôn sẽ dùng que hàn hay gió đá để cắt đầu Làm như

vậy đơn giản nhưng xấu bề mặt bê tông

Thanh giằng có thể đặt trong ống bọc bằng nhựa, sau khi

tháo dỡ ván khuôn sẽ rút thanh giằng ra và trám bê tông

miệng ống lại Làm như vậy bề mặt bê tông đẹp nhưng để lại

trong lòng bê tông đường lỗ rỗng

Chế tạo đầu thanh giằng gồm hai đoạn có ren lồng vào nhau Cho đoạn đầu ngài thanh giằng xuyên qua một cục gỗ, sau khi tháo ván khuôn sẽ tháo đoạn đầu ngài thanh giằng, lấy cục gỗ ra và trám bê tông để làm phẳng bề mặt kết cấu

Chiều dài cắt (mm) Số lượng (thanh)

Tổng hợp khối lượng cốt thép theo từng loại đường kính :

Cốt thép có thể lắp đặt theo từng thanh nếu khối lượng không nhiều và mặt bằng thi công đủ rộng Trường hợp có cần cẩu, để thi công nhanh và mặt bằng thi công chật hẹp ( mũ trụ) có thể chế tạo cốt thép thành khung lồng ở bên ngoài sau đó cẩu lắp vào vị trí và liên kết với cốt thép chờ Khi cẩu lồng cốt thép phải có khung dầm thép làm đòn gánh

2.3 Bê tông mố trụ

Máy trộn thùng quay thuộc loại rơi tự do,

nghĩa là trong thùng có các cánh nghiêng, khi

quay sẽ nâng vật liệu lên và cho rơi xuống để

trộn vào nhau Loại máy này nếu chỉ có toàn

vật liệu nhẹ (cát, xi măng) thì khó trộn đều vì

chúng dính bết vào thành thùng hoặc có rơi

xuống cũng thành từng mảng và không trộn với

nhau Máy thùng quay có các cỡ dung tích khác

nhau từ 250 lít tới 400 lít hoặc 800 lít Loại

dung tích nhỏ thì chỉ có một miệng vừa nạp liệu

vừa nghiêng thùng để đổ ra Loại dung tích lớn

thì nạp liệu bằng gàu nâng và lấy bê tông ra

bằng máng nghiêng cho vào trong miệng

thùng

Trình thự nạp liệu là nước với một phần đá, rồi tới xi măng sau đó mới cho cát và phần đá còn lại để tránh xi măng và

cát dính bám quanh thành thùng

Thời gian trộn với máy nhỏ là 45-60

giây còn máy dung tích lớn là 90-120

giây, số nhỏ ứng với độ sụt > 6cm

Trạm trộn bê tông có thể lắp đặt ở

nhà máy hoặc tại công trường Máy

dùng cho trạm trộn thuộc loại cưỡng

bức, nghĩa là thùng trộn ( còn gọi là nồi

trộn) cố định, trong đó có trục quay và

các cánh khuấy Công suất trạm trộn có

H 2-10 Trộn bê tông bằng thùng quay

H 2-11 Trộn bê tông bằng trạm trộn