Căn cứ quy trình và công nghệ thi công cọc cát đầm chặt được ứng dụng tại Nhật bản, Hàn Quốc và các nước phát triển, ASEAN và Việt Nam để thi công cọc xỉ thép. Công ngệ thi công cọc cát đầm chặt cho phép thi công cọc cát với mục tiêu thay thế đất.
Trang 1Phụ lục A3
Hà Nội, ngày 5.11.2012
HƯỚNG DẪN QUY TRÌNH THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU CỌC XỈ THÉP
ĐỂ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CÔNG NGHỆ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT
1 Mở đầu
Căn cứ và quy trình & Công nghệ thi công cọc cát đầm chặt được ứng dụng tại Nhật Bản, Hàn Quốc, các nước phát triển, ASEAN và Việt Nam để thi công cọc xỉ thép Công nghệ thi công cọc cát đầm chặt (Sand Compaction Pile, SCP) cho phép thi công cọc cát với mục tiêu thay thế đất Đường kính cọc là ống thép 400mm, sau khi thi công xong đạt đường kính 700mm Sức chịu tải của cọc tăng lên từ 4 đến 5 lần so với đất yếu Giá thành thi công cọc cát đầm chặt là 130.000VNĐ/m (không kể vật liệu) Hướng dẫn quy trình thi công và cọc
xỉ thép được thừa hưởng các kinh nghiệm thi công cọc cát đầm chặt của Nhật, Hàn Quốc, Việt Nam, Mỹ và các nước khác
2 Quy trình thi công cọc xỉ thép
Chuẩn bị công trường
Xác định các mốc thi công Căn chỉnh độ thẳng đứng của thiết bị
Đặt ống vách trên mặt đất (độsâu: 0; cao độ cát: 0 )
Nạp cát vào ống theo thiết kế
Rút ống vách lên kèm theo thổi khí nén
Nhồi ống xuống 2/3 chiều cao rút lên
Lặp lại bước 6 -7 cho đến khi xong cọc
Di chuyển qua vị trí mới
Trang 2Hình 2.1 Quy trình thi công cọc xỉ thép
① Setting the casing at working point
Đặt ống vách vào vị trí làm việc
Keep casing bottom at ground level and set depth gauge at ‘0’
Giữ mũi đáy của ống vách tại cao độ mặt đất và đặt đồng hồ đo độ sâu về 0
Keep sand level plumb at ground level and set sand level gauge at ‘0’
Giữ quả tạ đo cát tại cao độ mặt đất và đặt đồng hồ báo mức cát trong ống về 0
② Put casing into ground by hammer
Đóng ống vách xuống đất bằng búa rung
Hit with check current gauge and depth gauge
Kiểm tra họat động của các đồng hồ am pe và đồng hồ đo độ sâu
③ While casing going down into the soil, wind up the sand level plumb
Trong khi ống vách đang được đóng xuống thì cuốn thu quả tạ đo mặt cát trong ống lên trên
④ Put sand into skip bucket using pay loader
Nạp cát vào gàu tải trượt bằng xe xúc lật
Put sand into casing by moving skip bucket to top of hopper
Kéo gàu trượt lên trên đỉnh phễu và xả cát từ gàu vào trong ống vách qua phễu
⑤ Keep sand level gauge in working
Giữ cho hệ thống đo mặt cát trong ống luôn trong trạng thái đo
⑥ Start casing put up 3 M
Bắt đầu rút ống vách lên 3 m
Must check sand level indicator going down when casing going up
Phải đảm bảo cao độ mặt cát trong ống giảm khi ống vách đi lên
Trang 3⑦ Put casing down 2M in ground (with checking depth level gauge)
Đóng ống vách đi xuống 2 m ( kiểm tra bằng đồng hồ đo độ sâu)
⑧ Stop casing out when sand level gauge indicate 1.5M
Dừng rút ống vách lên khi cao độ cát trong ống còn 1,5 m
⑨ Put sand inside with sand level plumb winding up
Nạp thêm cát vào trong ống vách khi đã rút quả tạ đo mặt cát lên
⑩ Keep sand level gauge down again
Đưa hệ thống đo mặt cát họat động trở lại
⑪ Take out of casing with check sand level indicator (standard 3M)
Rút ống vách lên đồng thời kiểm tra chỉ thị của đồng hồ đo mặt cát (tiêu chuẩn là 3m)
⑫ Repeat step 7.8 and 9
Lặp lại các bước 7,8 và 9
Over 3M of casing depth: 3M put out and 2M put in again
Khi độ sâu ống vách sâu hơn 3 m thi chiều cao rút lên chỉ là 3 m và chiều sâu đóng xuống là 2m
Below 3M of casing depth: 1.5M put out and 1M put in again
Khi độ sâu ống vách còn nhỏ hơn 3 m thi chiều cao rút lên chỉ là 1,5 m và chiều sâu đóng xuống là 1m
⑬When depth gauge indicate 1M from ground level, stop air jet
Khi đồng hồ đo độ sâu báo còn 1m tính từ mặt đất, tắt khí nén
Put out casing slowly and stop the hammer
Rút ống vách lên chậm và tắt búa rung
Put out casing till full separation from ground
Rút ống vách lên hẳn cao hơn mặt đất một khỏang
Wait till full out of sand in casing
Chờ cho cát trong ống chảy hết ra ngòai
Trang 43 Thiết bị ghi in biểu đồ thi công (Recording equipment)
Hình 3.1 Thiết bị ghi biểu đồ thi công
4 Thiết bị thi công cọc xỉ thép:
- Máy đóng cọc có dàn trượt ( có thể là máy PD7, D408,DH408, DH508 hoặc cần cẩu bánh xích có dàn trượt)
- Búa rung đóng cọc
- Máy nén khí + hệ thống khí nén
- Máy phát điện
- Máy xúc lật bánh lốp
- Hệ thống cấp liệu
- Ống vách Ø400mm
- Hệ thống đo độ sâu mũi ống vách trong đất
- Hệ thống đo lượng cát trong ống
- Hệ thống đo cường độ dòng điện ( đối với búa rung chạy điện) hoặc đo áp lực dầu t hủy lực( đối với búa rung thủy lực)
- Hệ thống đo áp suất khí nén
- Hệ thống kiểm soát, hiển thị và ghi lại và in ra chính xác, cụ thể các thông số tại mọi thời điểm trong quá trình thi công
Trang 55 Kiểm soát chất lượng thi công cọc xỉ thép
5.1.Các thông số kiểm tra chất lượng
Chất lượng thi công cọc cát dựa trên việc kiểm soát các thông số như sau:
- Độ sâu điểm mũi ống vách
- Cao độ mặt cát trong ống vách
- Áp lực của hệ thống khí nén (hỗ trợ cho việc đẩy cát ra khỏi ống và tránh tắc cát trong ống)
- Cường độ dòng điệ n của búa rung (búa điện) hoặc áp lực thủy lực (búa thủy lực) – Động lực chính đẩy cát ra khỏi ống và đầm nén
- Hệ thống thiết bị đ o đạc được gắn vào các bộ phận và được nối với máy tính sẽ hiển thi, ghi lại tất cả các dữ liệu liên quan: thời gian, độ sâu mũi ống vách, cao độ mặt cát trong ống vách, áp lực khí nén, cường độ dòng điện của búa rung (búa điện) hoặc áp lực thủy lực dòng dầu (búa thủy lực) Trên cơ sở các dữ liệu trên cho ta biểu đồ theo thời gian các
dữ liệu cho từng cọc cụ thể
-Trong quá trình thi công cọc S.C.P cần theo dõi lượng cát được đẩy ra khỏi ống trong mỗi chu kỳ đầm nén, so với sự dịch chuyển đi lên của mũi ống ; từ đó mới có thể phát hiện kịp thời các trường hợp nghẻn cát để xử lý kíp thời (tăng lực rung, tăng áp suất khí nén)
- Trong quá trình thi công, máy in cũng sẽ đồng thời in kết quả do máy thi công thực hiện trong mọi thời điểm thi công; như vậy khi mỗi cọc cát đầm nén đã hoàn thành, nhà thầu
sẽ có ngay biên bản thi công của cọc vừa thi công xong để trình số liệu đo đạc được trong đó có thời gian bắt đầu, thời gian kết thúc
Hiển thị quá trình vận hành ( kiểm soát chất lượng)
Để đảm bảo chất lượng và kích thước của cọc cát đầm nén, vấn đề rất quan trọng là đảm bảo duy trì các điều kiện đã được thiết kế trong quá trình t hi công bằng cách kiểm sóat chất lượng của vật liệu cát, cao độ của ống vách và cao độ mặt cát, v.v… Các thông số này được hiển thị và đưa đến người vận hành để thi công chính xác cọc cát
Thiết bị đo độ sâu (GL) hiển thị độ sâu mũi ống vách và thiết bị đ o mức cát (SL) hiển thị mức cát trong ống vách là các yếu tố hòan tòan cấn thiết Thiết bị GL nối với tang trống tròn xoay báo mức di chuyển của ống vách Sự dịch chuyển xoay được chuyển đổi để báo
vị trí độ sâu của ống vách Thiết bị SL đo mức cát trong ố ng vách thông qua quả tạ Các thông số trên được đo và ghi lại thường xuyên đảm bảo sự vận hành chính xác
5.2.Kiểm soát chất lượng
Trang 65.2.1 Những yếu tố hiển thị kiểm soát chất lượng.
Các yếu tố kiểm sóat chất lượng được tổng hợp trong bảng 5.1 của cọc cát đầm nén
Bảng 5.1 Các yếu tố xem xét và Kiểm tra cho kiểm soát chất lượng
Trước khi thi
công
- Các đặc tính của vật liệu cát
- Xác định máy móc thiết bị
- Chuẩn lại các đồng hồ đo
- Cao độ độ sâu đáy biển
- Đo độ hạt và thành phần cát
- Siêu âm đo độ sâu đáy biển
Trong khi thi
công
- Độ dài của cọc cát, thể tích
và độ liên tục của cọc cát
- Vị trí của cọc cát
- Cao độ của cọc cát
- Các đặc tính của vật liệu
- Kiểm sóat chất lượng trong khi thi công
- Lấy chuẩn từ 2 thiết bị đo, lấy chuẩn từ 1 dụng cụ đo và 1thiết bị quang, lấy chuẩn tự động bằng 3 thiết bị quang, và lấy tự động bằng
hệ thống có GPS
- Đo thủy triều, độ sâu đáy biển
- Đo độ hạt và thành phần cát Sau khi thi công - Kiểm tra cường độ và độ lien
tục của cọc cát
- Độ sâu của đáy biển -Dung tích phần đất trồi
- Thí nghiệm SPT -Siêu âm độ sâu đáy biển
Bên cạnh các yếu tố đã được liệt kê ở bảng 5 1 Độ thẳng đứng của cọc cát và sự xáo trộn của đất nền cũng được đo trong một số trường hợp Khi thi công dướ i nước mức thủy triều và độ sâu đáy biển được đo đạc
Sau khi thi công: Một lọat thí nghiệm kiểm tra SPT được thực hiện để kiểm Những yếu tố
kiểm tra đó được thống kê vào các nhóm trước khi thi công, trong khi thi công và sau khi thi công
Trước khi thi công: thành phần hạt của vật liệu được kiểm tra để xác định các đặc tính của
vật liệu cát đảm bảo phù hợp với phương pháp cọc cát đầm nén Khi áp dụng cọc đầm nén cho đất nền là cát thì phải kiểm tra thành phần độ mịn của đất nền vì thành phần này ảnh hưởng đếntác động xử lý nền như đã được mô tả ở chương 3 Ngòai ra thiết bị máy móc phải
Trang 7được kiểm tra và tất cả các đồng hồ đo phải được chỉnh, chuẩn Khi thi công ở dưới nước độ sâu của đáy biển được đo bằng siêu âm
Trong quá trình thi công: vị trí của mỗi cọc cát được định vị chính xác và ghi lại.Điều
quan trọng là đảm bảo trong quá trình thực tế thi công các thông số thiết kế được đảm bão bằng các thiết bị hiển thị và kiểm sóat độ dài cọc cát, khối lượng cát được nhồi vào trong đất nền và độ liên tục của cọc cát; tất cả các thông số trên đảm bảo cho chất lượng và kích thước tra cường độ và độ liên tục của cọc cát Trong trường hợp cường độ cắt bị giảm và giả thiết
bù đã được tính trong thiết kế thì cường độ cắt của đất nền sét và mức độ trồi của cao độ mặt nền sẽ được đo đạ c
Hình 5.1 tổng hợp các yếu tố được hiển thị và kiểm tra trong quá trình thi công Liên quan đến chất lượng của cọc cát, dung tích cát và quá trình đầm nén được kiểm sóat bằng quá trình hiển thị và kiểm tra độ sâu, cao độ mặt cát và đồng hồ cao độ Vị trí và độ dài cọc cát được kiểm tra bằng thiết bị đo hoặc GPS, và bằng đo độ sâu và đo lực
Hình 5.1 Các yếu tố kiểm tra
(Items of improvement monitoring)
Check the sand pile contact the stiff layer
Kiểm tra cọc tiếp xúc với lớp đất cứng
Construction Results
Kết quả thi công
Sand pile position
Vị trí cọc cát
Check position of each sand pile
Kiểm tra vị trí của từng cọc cát
Sand pile depth
Độ sâu cọc cát
Full depth
Độ sâu
Check depth of each sand pile
Kiểm tra độ sâu của từng cọc cát Depth gauge- Đo độ sâu
Load gauge - Đo lực
(3)
(4)
(5)
Surface
Bề mặt
Depth
Độ sâ u
(1)
Volume of sand
Khối lượng cát
Check volume of sand per m 3 of improved ground
Kiểm tra khối lượng cát cho từng m3
đất nền xử lý
Sand level gauge
Đo mức cát
Level gauge
Đo cao độ
Quality
Chất lượng
Check level of casing pipe
Kiểm tra cao độ ống vách
Compacting
Đầm nén
Compacted
sand pile
Cọc cát đầm
nén
(2)
Optical range finder GPS (Transit)
Thiết bị đo quang học GPS
Trang 85.2.2 Kiểm soát tiết diện cọc cát trong đất nền
Một trong những điều quan trọng nhất của qui trình thi công là đưa một lượng cát theo thiết
kế vào trong đất nền và nhồi lượng cát đó tới mức đã thiết kế Quá trình kiểm sóat chất lượng liên quan đến vấn đề được g iải thích chi tiết như hình (5.2 ); minh họa cho cọc cát trong quá trình thi công bằng phương pháp đầm rung đứng Và sự minh họa này cũng áp dụng cho các phương pháp khác
Khối lượng cát trong ống được xác định bằng đo mức của ống vách và cát, CLGo và SLGo, được tính tóan theo phương trình (5.1) Thể tích cát trong ống thường thấp hơn (độ chặt của cát trong ống cao hơn) so với trước khi nạp vào ống Hệ số nén thể tích của cát trong ống trước và sau khi nạp rung lèn chặt được thể h iện qua hệ số Rv1 được tính toán theo phương trình (5.2) Hệ số thay đổi thể tích tỉ lệ nghịch với độ chặt của cát trước và sau khi nạp rung trong ống vách Độ lớn của hệ số thay đổi thể tích Rv1, thườ ng dao động quanh khoảng 1,3 tùy theo từng trường hợp
Khi ống vách được rút lên tới cao trình CLG1, kkhối lượng cát được chui ra khỏi đáy ống vách vào trong đất nền được tính theo phương trình (5.3) Vào lúc này cao độ cát trong ống
đo được là SLG1 Theo thường lệ cao độ cát trong ống trước khi rút lên SLGo không tương đương với SLG1, tổng của cao độ SL2 và l1, vì độ chênh lệch của đường kính trong và đường kính ngòai của ống vách Trong ống vách cát đã được lèn chặt và trong quá trình ra khỏi ống vách chui vào trong đất, giả định độ chặt của cát là không đổi Khi ống vách được đóng xuống tới cao độ CLG2, lượng cát tr ong đất bị nhồi ra thành tiết diện As Thông qua thong số Rv2 là hệ số thay đổi thể tích khi đầm nén , được tính theo phương trình (5 4), tiết diện của cọc cát sau đầm nén As được d ễ dàng tính theo phương trình (5 5) Hệ số Rv2, thường đạt 1,0 -1,3 tùy theo từng trường hợp
Hình 5.2 Kiểm tra chất lượng thi công cọc xỉ thép
(Quality control in manufacturing compacted sand pile)
Trang 9W sand = γ sand in casing pipe Aic (CLGo– SLGo) (5.1) cát cát trong ống vách
Rv1 ‗ V sand before filling – cát trước khi nạp
V sand after filling – cát sau khi nạp
γ sand after filling – cát sau khi nạp
W sand = γ sand in casing pipe Aic {( CLGo– SLGo)-(CLG1-SLG1) }
Cát cát trong ống vách
= γ sand in casing pipe Aic {SL1- SL2 }
cát trong ống vách
cát trong đất nền
Rv2 ‗ V sand after feeding – cát sau khi nhả vào trong đất
V sand after compaction – cát sau khi đầm nén
‗ γ sand after feeding – cát sau khi nhả vào trong đất (5.4)
γ sand after compaction – cát sau khi đầm nén
As ‗ 1 ٠A ic ٠ {( CLGo– SLGo)-(CLG1-SLG1) }
Trong đó:
Aic : đường kính trong của ống vách
Aoc : đường kính ngòai của ống vách
As : tiết diện của cọc cát sau khi đầm nén
CLGo: cao độ của ống vách trước khi rút lên (m)
CLG1: cao độ của ống sau khi rút lên(m)
CLG2: cao độ của ống vách sau khi nhồi xuống(m)
Rv1 : hệ số lèn chặt của cát trong ống sau và trước khi rung ( thường khỏang 1,3) Rv2 : hệ số lèn chặt của cát trước và sau khi nhồi tại hi ện trường ( thường 1,0 đến 1,3) SL1 : chiều cao cột cát trong ống vách trước khi rút lên(m)
Trang 10SL2 : chiều cao cốt cát trong ống sau khi rút lên (m)
SLGo : mức cát trong ống vách trước khi rút lên(m)
SLG1 : mức cát trong ống vách sau khi rút lên (m)
SLG2 : Mức cát trong ống vách sau khi đầm nén nhồi (m)
Khi thi công cọc cát tại hiện trường, cao độ của ống vách CLG và cao độ của cát trong ống vách SLG thường xuyên được đo và hiển thị trước m ặt người vận hành máy Hình (5.3 ) giới thiệu một bảng ghi điển hình của quá trình thi công cọc Trong hình cao độ cát trong ống vách dao động từ 0 đến 6,6 m, điều đó có nghĩa cát được cấp vào ống vách nhiều lần trong quá trình đóng cọc Mũi Ống vách được đóng xuống độ sâu 32m một lần và ống vách được rút lên, đóng xuống nhiều lần tới độ sâu 20m và như vậy cọc đầm nén được thực thi trong nền đất Tòan bộ thời gian thực hiện 1 cọc là 28 phút
5.2.3 Xử lý đáy
Để tăng tính ổn định cho nền đất và giảm lún nền, mũi cọc cát thư ờng được đặt vào lớp đất cứng (xử lý cứng nền) Độ sâu của lớp đất cứng thường thay đổi và nhiều trường hợp không đúng với số liệu thiết kế ban đầu.Vì vậy cần xác định độ sâu của từng cọc trên cơ sở xác định
độ cứng của lớp đất cứng của đáy cọc trong quá trình thi công Trong quá trình thi công sự thay đổi tốc độ đi xuống của ống vách là một trong những chỉ số then chốt để xác định ống vách đã chạm đến lớp đất cứng hay chưa Cần xác định chuẩn giữa quan hệ tốc độ đi xuống của ống vách và độ cứng của đất
6 Nghiệm thu chất lượng cọc xỉ thép sau thi công
6.1 Kiểm tra cao độ đầu cọc Bổ xung vật liệu xỉ thép đầm chặt nếu chưa đến cao độ thiết kế
6.2 Kiểm tra đường kính cọc xỉ thép
6.3 Kiểm tra khoảng cách giữa tâm các cọc xỉ thép
6.4 Kiểm tra chiều dài thi công cọc xỉ thép bằng
6.4.1 Khoan lấy mẫu
6.4.2 Sử dụng xuyên động tiêu chuẩ n
6.5 Kiểm tra chất lượng đầm chặt bằng xuyên động PANDA 2
6.6 Kiểm tra độ đầm chặt của cọc ở bề mặt cọc bằng bàn nén động
6.6.1 Xác định mô đun đàn hồi của cọc
