[Kỹ thuật thi công]Chương 3-Thi công cọc và cừ

* Phạm vi áp dụng: + Sử dụng đóng cọc với khối lượng lớn + Thi công được ở nơi chật hẹp + ít phá vỡ đầu cọc đặc biệt là búa song động... * Máy ép loại nhỏ: ép được các đoạn cọc dài 2,5m

Chương 3:

THI CÔNG CỌC VÀ TƯỜNG VÂY

3.1 CÁC LOẠI CỌC, CỪ VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG

3.2 KỸ THUẬT THI CÔNG CỌC VÀ TƯỜNG VÂY

3.1 CÁC LOẠI CỌC, CỪ VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG

+ Đặc điểm, yêu cầu:

- Tre già (2 năm tuổi trở lên)

- Thẳng và tươi (cong vênh không quá 1cm/1m)

- D>=60mm, L=2000-3000mm

+ Đặc điểm, yêu cầu:

- Khi gỗ làm cọc không đủ chiều dài thì phải nối

- Một số kiểu nối cọc gỗ thường dùng như sau:

c Cột xi măng đất:

+ phạm vi áp dụng:

- Gia cố nền công trình dân dụng có tải trọng

truyền xuống không lớn Thích hợp với đất có độ

- Có hai phương pháp: PP ướt “bơm vữa ximăng”

và PP khô “phun bột ximăng”

- Thiết bị khoan đĩa khoan xoáy vào lòng đất,

đến độ sâu thiết kế Khi rút xoáy ngược chiều

lên, vật liệu ximăng được phun vào trong đất

Hãng Hercules – Đức

- Giếng có đường kính (30-50)cm, sâu 10-12m

- ống bao được đóng xuống độ sâu thiết kế, cát được dồn vào đầy ống, bơm nước nèn chặt sau

đó ống bao được lên

Giếng cát:

2 Cọc móng:

a Cọc ống thép:

+ Đặc điểm, cấu tạo: Φ=160÷600mm, δ=6÷14mm;

mũi cọc được hàn kín

+ Phạm vi áp dụng: Xây dựng trụ cầu, XD công

trình dân dụng ở khu vực chật hẹp Cọc được hạ xuống bằng phương pháp rung ép

+ Ưu điểm: trọng cọc lượng nhỏ, vận chuyển dễ

dàng, sức chịu tải của cọc rất lớn (250÷300)Tấn+ Nhược điểm: giá thành cao hơn cọc BTCT và cọc

gỗ

b Cọc vít bằng thép hay gang:

 Đăc điểm, cấu tạo: Gồm một ống rỗng bằng kim

loại, phần đầu dưới có cánh thép xoắn ốc Sức chịu tải của cọc gấp 10-15 lần cọc khác cùng

đường kính

 Phạm vi áp dụng: sử dụng cho những công trình

quan trọng ở khu vực có bão lớn và gió xoáy

Cọc được hạ bằng phương pháp xoay vặn cọc

 Lựa chọn loại cọc phụ thuộc vào điều kiện địa

chất:…

Các loại cọc vít

Chiều dài đoạn cọc: 6÷11m

* BTCT UST thì đường kính ≤80 cm (thường

40÷60cm); chiều dày thành ống δ=(8-12)cm

* Chiều dài đoạn cọc (3÷9)m, có thể hạ sâu đến

50m

Cọc BTCT ƯST

e Cọc Barete:

 Đặc điểm: Tiết diện cọc hcn

với cạnh ngắn 0,4÷1,2m vàcạnh dài 2÷6m; chiều sâu khoan có thể đến 60m

 Phạm vi sử dụng:

Cọc được sử dụng trong

các công trình nhà cao tầng,làm tường tầm hầm

nhà cao tầng và tường chắn…Chú ý: Các dạng tiết diện

hình chữ L, Y, H, Z…

 Ngăn nước ngầm, có khả năng chịu lực lớn

 Yêu cầu chế tạo:

b Ván cừ bê tông cốt thép: (BTCT thường và BTCT ƯLT)

b Ván cừ bê tông cốt thép: (BTCT và BTCT ƯLT)

 Ưu điểm: Không bị ăn mòn như cừ thép

 Nhược điểm:

 Chiều dài hạn chế, không có khả năng nối dài

 Tính chịu uốn và chống va đập thấp

 Không thể tái sử dụng được

 Không thích hợp cho các công trình xây chen

vì khi ép cừ chiếm chỗ lớn

 Phạm vi sử dụng: sử dụng thích hợp với các

công trình cảng, kè ven bờ, các đường đào sâu hoặc đắp cao từ 3-4m

c Ván cừ gỗ:

 Thường được dùng chống sạt lở vách đất, làm

hàng rào…

 Yêu cầu chế tạo:

 Phải chế tạo bằng gỗ tươi, nếu gỗ khô phải

được ngâm

 Chiều dày min 70mm, chiều rộng mỗi bản cừ

100-150mm, chiều dài theo thiết kế + 0,3m (cừ bị dập nát khi hạ)

 Ghép cừ: nếu chiều dày lớn hơn 100mm thì

làm mộng vuông, ngược lại thì làm mộng én

a) Mộng vuông b) Mộng én

3.1.2 THIẾT BỊ THI CÔNG CỌC VÀ CỪ:

h chiều cao của búa

d chiều cao nâng búa

z đoạn giá búa có treo các thiết bị (ròng rọc, móc cẩu…)

+ Chiều cao rơi búa tạo năng lượng xung kích

b Búa hơi:

* Đặc điểm:

+ Đây là máy đóng cọc chuyên dùng, tự động cao, điều khiển bằng áp lực hơi nước hay khí nén

+ Thiết bị đi kèm có máy nén, nồi hơi, ống dẫn hơi có áp lực cao

* Phạm vi áp dụng:

+ Sử dụng đóng cọc với khối lượng lớn

+ Thi công được ở nơi chật hẹp

+ ít phá vỡ đầu cọc (đặc biệt là búa song động)

Búa hơi: búa hơi đơn động và búa hơi song động

Búa Điêzel

* Ưu điểm:

+ Búa làm việc độc lập không phụ thuộc vào nồi hơi và nguồn điện, thích hợp thi công ở nơi trống vắng

* Nhược điểm:

+ Nhiên liệu đắt

+ Khó thi công ở nơi đất yếu, mùa đông búa khó

nổ, tiếng ồn lớn ảnh hưởng đến xung quanh, dễ làm vỡ đầu cọc

d Búa rung:

* Đặc điểm:

+ Nguyên lý làm việc của búa là dùng năng lượng

do rung động kết hợp với lực va đập của búa

làm cho ma sát giữa cọc và đất nền giảm

+ Tần số rung từ 20-40Hz, lưc ly tâm do búa tạo ra

có thể lên tới 4000kN (400Tấn)

* Ưu điểm:

+ kết cấu búa đơn giản, kích thước nhỏ, tính cơ động cao, an toàn khi sử dụng, dễ điều khiển, cọc ít bị vỡ

* Nhược điểm:

+ Nó gây rung ảnh hưởng đến các công trình

bên cạnh, (đặc biệt lưu ý đến tần số rung có thể gây ra cộng hưởng)

Hình 3-3: Các loại búa rung

a búa cứng b búa nối mềm c búa và rung

3 Thiết bị thi công ép cọc:

b Máy ép cọc loại nhỏ:

* Máy ép cọc loại nhỏ có sức ép từ 20-40Tấn

* Máy gồm các bộ phận: Bệ máy, khung dẫn hướng,

kích thủy lực, đối trọng bằng bê tông (thông

thường dùng các đoạn cọc) hoặc neo đất (neo

xoắn vít)

* Máy ép loại nhỏ: ép được các đoạn cọc dài 2,5m

+ Thích hợp ép cọc cho các công trình nhỏ, xử lý lún nứt cho các công trình cũ hoặc ép cọc cho

các công tình thi công theo phương pháp ép sau + Máy ép loại này có thể ép cọc cách công trình

cũ 20cm

c Rô-bốt ép cọc (máy ép cọc tự hành): Sunward

* Máy ép tự hành có trọng lượng khi mang đủ tải:

320-640Tấn có thể ép được cọc chịu tới 450T (ép đúng tâm)

* Máy gồm các bộ phận: Hệ thống chân di chuyển,

hệ thống ép cọc, cần cẩu…

* Máy có thể ép được cọc tiết diện vuông hoặc tròn

4 Thiết bị thi công cọc nhồi và cọc Barrete:

* Thiết bị chính để thi công cọc nhồi là máy khoan

tạo lỗ cọc Một số kiểu máy khoan đang được sửdụng khá phổ biến là: Máy khoan thùng (khoangầu), máy khoan guồng xoắn, máy khoan kiểukelly (có các hãng cụ thể như sau)

+ Loại ED: 4000; 5500; 6500

+ Loại KH: KH100; KH125 loại mới cải tiến

KH100-2; KH125-3+ ED và KH là loại cần khoan được treo vào tay

cần (giá khoan) nghiêng+Bauer có khá nhiều chủng loại: BG (15, 22,

30, 40, 50) và R-G (6G, 9G, 12G, 22G) Trọnglượng khá nặng từ 74-147Tấn Khi khoan khá ổnđịnh tâm khoan do có cơ cấu định vị tự cần bằng

để cần khoan thẳng đứng đúng tâm khoan

* Thiết bị chính để thi công cọc Barrete là máy đào

đất tạo hố cọc, được lắp loại gầu đào chuyên

dụng có dạng hình chữ nhật, phần dưới là cơ cấu đào và xúc đất Gầu được chế tạo đủ nặng để có thể tự đi xuống trong khi đào đất bằng trọng

lượng bản thân

5 Thiết bị hạ ván cừ bằng máy ép thủy lực và ép

rung:

3.2 KỸ THUẬT THI CÔNG CỌC VÀ

TƯỜNG VÂY

3.2.1 THI CÔNG ĐÓNG CỌC:(TCXDVN 286:2003)

1 Chọn búa đóng cọc:

a Lựa chọn búa đóng cọc theo khả năng chịu tải

của cọc trong thiết kế và trọng lượng cọc

+ Điều kiện 1: chọn theo năng lượng cần thiết

tối thiểu của nhát búa đập E: được xác địnhtheo công thức

E – năng lượng đập của búa, kGm

a – hệ số bằng 25 kG.m/tấn

P – khả năng chịu tải của cọc, tấn, (quy địnhtrong thiết kế)

E  1, 75.a.P

+ Điều kiện 2: kiểm tra hệ số thích dụng của

búa: Loại búa được chọn với năng lượng nhátđập E phải thỏa mãn điều kiện

Qb - trọng lượng toàn phần của búa, kG

qc – trọng lượng cọc (gồm cả trọng lượng mũ vàđệm đầu cọc), kG

k – hệ số quy định trong bảng

Q b qc

k Q b k.E qc E



Chú ý: Eb của máy được tính thông qua thông số

của búa máy và quy định như sau:

+ Đối với búa cho vận tốc rơi v:

+ Đối với búa Điêzel:

Eb=0,9QH; H=2,8m với búa kiểu ống (búa ống)

Eb=0,4QH; H=1,7; 2; 2,2m ứng với trọng lượngphần đập của búa Qb=1,25Tấn; 1,8 Tấn; 2,5

Tấn Áp dụng với búa kiểu cần

2

Q v b E

b Quy trình tính toán:

+ Biết khả năng chịu tải cọc P (khả năng chịu tải)

→ Tính E=43,75.P+ Biết E, qc, biết k (ví dụ cọc BTCT k=3) →Tính

ra Qb yêu cầu: Qb=k.E-qc+ Tra catalog của máy: Loại máy có Qb theo yêu

cầu+ Tính toán Eb của máy (phụ thuộc vào Q, H hay

Q, v)+ Kiểm tra nghiệm toán lại theo điều kiện 1, điềukiện 2

2 Vận chuyển cọc:

+ Nguyên tắc để tìm vị trí đặt móc cẩu cọc là tìm

hai điểm sao cho mômen uốn trong cọc là nhỏ nhất

+ Với chiều dài đoạn cọc < 10m thì người ta bố trí

một móc cẩu, vị trí móc cẩu cách đầu cọc một đoạn bằng 0,3L

+ Với chiều dài đoạn cọc 10m≤ l ≤20m thì người ta

bố trí hai vị trí móc cẩu, hai điểm móc cẩu cọc đặt cách hai đầu cọc một khoảng có chiều dài bằng 0,21L

3 Lắp cọc vào giá búa:

+ Sử dụng giá búa: Móc dây treo 1 của giá búa vào

móc cẩu trên của cọc; móc dây treo 2 của giá búa vào móc cẩu dưới của cọc Cho hai máy tời cuốn hai dây đó lên cùng một lúc, hai cầu cọc được nâng cao lên đồng thời Sau đó cho 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

+ Sử dụng thêm cẩu phục vụ (tương tự)

4 Chuẩn bị trước khi đóng cọc:

+ Lập biện pháp thi công, trên mặt bằng thi công

cọc phải được vạch đường đi, chỗ xếp cọc, sơ đồ

di chuyển của máy đóng cọc và cần trục phục

vụ

+Vạch tim cọc ở các mặt bên, vạch thước dài trên

suốt thân cọc (5,10cm)

Sơ đồ khóm cọc: Áp dụng khi đóng những cọc dưới móng cọc

độc lập hay các móng trụ cầu Khi đóng ta bắt đầu từ cọc giữa đóng ra xung quanh

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 ruộng cọc: Áp dụng khi đóng những cọc dưới móng bè

Khi đóng ta đóng từ giữa ra Khi ruộng cọc lớn thì có thể phân

ra thành các khu, mỗi khu cọc sẽ đóng theo từng nhóm một.

b Trình tự đóng cọc: Căn cứ vào mật độ cọc và điều

kiện mặt bằng thi công để phân khu vực và quyđịnh hướng đóng:

+ Đóng cọc ở khu vực gần với công trình cần bảo

vệ trước sau đó đóng sang khu vực xa hơn

+ Móng sâu đóng trước, móng nông đóng sau;

đóng cọc ở giữa trước, ở biên sau+ Cọc lớn đóng trước, cọc nhỏ đóng sau

+ Cọc dài đóng trước, cọc ngắn đóng sau

+ Cọc trong nhóm đóng trước, cọc đơn đóng sau.+ Cọc yêu cầu độ chính xác cao đóng trước, độ

chính xác thấp đóng sau

c Nguyên tắc nối cọc: sau khi đóng đốt cọc còn nhô

lên khoảng 50cm, dừng để thực hiện công tác

d Độ chối của cọc đóng: là “độ lún” của cọc dưới

một nhát búa đóng hay một phút làm việc của búa rung…

+ Độ chối phải đo với độ chính xác tới 1mm và phải

nhỏ hơn độ chối thiết kế (độ chối tính toán hay

độ chối yêu cầu: ett):

+ ett độ chối của cọc dưới một nhát búa (m)

+ m – hệ số an toàn, lấy trong khoảng 0,5-0,7 (0,5cho công trình vĩnh cửu; 0,7 cho công trình tạm thời)+ F – diện tích tiết diện ngang của cọc (m2)

+ Q – trọng lượng chày của búa đóng cọc (tấn)

+ q- trọng lượng của cọc (tấn)

+ P – tải trọng cho phép của cọc (tấn)

+ n – hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm cọc và biệnpháp đóng cọc

Nếu là cọc gỗ n=100tấn/m2

Nếu là cọc BTCT n=150tấn/m2

Nếu là cọc thép n=500tấn/m2

+ H- chiều cao rơi búa

Đối với búa treo, thì lấy bằng độ rơi thực tế của chầyĐối với búa hơi đơn động, thì bằng đoạn đường đi của chầy

Đối với búa hơi song động và búa điêzel thì chiều cao búa rơi lấy bằng H=E/Q

E là năng lượng thiết kế của một nhát búa

Chú ý: Khả năng chịu tải của cọc còn tăng lên sau khi đóng một thời gian, thời gian này là 3-5 ngày với đất cát, 10-20 ngày đối với đất thịt

Cần phải xác định độ chối của cọc sau thời gian nghỉ

để so sánh với độ chối thiết kế

e Tiêu chuẩn dừng đóng cọc: “Độ sâu đóng và độ

chối đóng”

+ Nếu mũi cọc đặt vào tầng địa chất thông thường

thì độ sâu thiết kế là tiêu chuẩn chính, còn độ chối dùng để tham khảo:

+ Nếu mũi cọc trong lớp đất cát chặt vừa trở lên thì

độ chối xuyên là tiêu chuẩn chính

+ Khi độ chối đạt yêu cầu, nhưng độ sâu chưa đạt

đúng thiết kế → nên tiếp tục đóng tiếp thêm 3 đợt (3x10nhát = 30 nhát) với độ xuyên 10 nhát không được lớn hơn độ chối thiết kế nhỏ nhất –tức độ chối khống chế

e Tiêu chuẩn dừng đóng cọc: “Độ sâu đóng và độ

chối đóng”

+ Khi đóng cọc đủ chiều sâu thiết kế, chưa đạt độ

chối theo quy định, cần tiến hành đóng bù sau khi dừng thi công để cho cọc được “nghỉ” → xem lại độ chối có đạt mới cho dừng đóng cọc

+ khái niệm “độ chối khống chế” tức độ xuyên

sâu ở lúc cuối cùng Độ chối khống chế dùng để qui định độ xuyên sâu cuối cùng, nến nhỏ quá

6 Biện pháp xử lý khi gặp sự cố trong quá trình đóng

cọc:

a Hiện tượng gặp “Độ chối giả tạo” tức chưa đạt

độ sâu thiết kế

+ Nguyên nhân có thể do lèn ép đất quá chặt hoặc

qua lớp đất chặt cứng dày, cát chặt do bão hòahay cát khô dày khó xuyên qua, có thể gặp phảitầng cát lẫn nhiều cuội sỏi

+ Biện pháp:

- Khoan dẫn sau đó hạ cọc đóng tiếp

- Đào hạ một phần cọc và đóng hạ cọc tiếp

- Tạm ngừng đóng, chờ một thời gian đóng trở lại

- Chuyển sang dùng loại búa khác ví dụ dùng búa

hơi song động (chờ nghỉ với đất cát ≥3 ngày; đất sét yêu cầu chờ ≥6 ngày)

b Hiện tượng đất và cọc cũ trồi lên dần khi đóng

c Đang đóng cọc bình thường, thấy cọc không đóng

xuống được và cọc rung mạnh khi đóng, có thể gặp chướng ngại là dị vật, vật cản:

+ Nguyên nhân: Hiện tượng này cũng có thể do

đóng cọc bị xiên và mũi cọc đã chạm vào cọc, tỳ

và chỗ nối của cọc đã đóng

+ Biện pháp: phải phá vật cản bằng phương pháp

đóng ống thép để xuyên dẫn qua, Dùng nổ mìn sâu phá vật cản, đá tảng (khi thật sự cần thiết) Cọc xiên quá cần phải nhổ lên, đóng lại cọc khác

d Khi đóng cọc xiên chênh quá mức thiết kế, yêu

cầu phải nhổ lên đóng lại (nhổ cọc thường với cọc chưa xuyên quá sâu; nhổ cọc bằng tời…): + Biện pháp xử lý: khi không nhổ được, có thể bổ

xung thêm cọc trong đài và mở rộng đài-tức là

xử lý thiết kế

+ Nếu do nguyên nhân so xen kẹp tầng đất mềm

cứng, địa tầng thay đổi đột ngột, làm cho cọc bị trượt nghiêng theo phía đất mềm

e Cọc đóng không xuống, ngay ở phần đất trên

cùng- thường do không đo khảo sát lại trước khithi công có thể gặp móng cũ vẫn còn hay đã phá

dỡ còn lằm lại:

+ Biện pháp xử lý: dùng cọc mồi đóng mở lỗ xuyên

hoặc dừng thi công, phá móng

Chú ý: Các hiện tượng hư hỏng cọc do công nghệ

đóng không thích hợp.(xem PL B-TCXDVN286: 2003) Bao gồm

3.2.2 THI CÔNG ÉP CỌC:

1 Khái niệm và sự phát triển cọc ép ở Việt Nam:

a Khái niệm: Cọc ép là cọc được hạ bằng năng

lượng tĩnh và không gây nên xung lượng lên đầu cọc

+ Tải trọng thiết kế (P) là giá trị tải trọng do thiết

kế dự tính tác dụng lên cọc

+ Lực ép nhỏ nhất (Pep)min: là lực ép do thiết kế

quy định để đảm bảo tải trọng thiết kế lên đầu cọc (thông thường (Pep)min=(150-200)%.P “tải trọng thiết kế”)

+ Lực ép lớn nhất (Pep)max: là lực ép do thiết kế

quy định, không vượt quá sức chịu tải của vật

liệu cọc, được tính toán theo kết quả xuyên tĩnh (trường hợp không có kết quả xuyên tĩnh thì lấy (Pep)max=(200-300)%.P “tải trọng thiết kế”)

b Lịch sử phát triển cọc ép ở Việt Nam:

+ Cọc ép được xâm nhập vào nước ta từ khoảng

năm 1981 thông qua một hãng xây dựng của

Pháp và được thực hiện vào năm 1985-1986

+ Thời gian đầu cọc ép được sử dụng để gia cố, tu

sửa những công trình cũ bị lún nứt Ở giai đoạn này chủ yếu sử dụng cọc “Mini” với tiết diện và chiều dài nhỏ: a = 14, 15, 16cm và chiều dài l = 0,7; 1,2; 1,5m

+ Ví dụ: Công trình đầu tiên là công trình “Khách

sạn La Thành” sau khi xây dựng vài năm do bị nghiêng lún nứt ở trạng thái nguy hiểm đã phải khắc phục bằng cách ép cọc gia cường nền

móng Công trình xây dựng mới chợ Đồng Xuân (năm 1990) đã dùng công nghệ ép sau với đoạn cọc dài 1,5m tiết diện 15x15cm.

+ Công nghệ ép trước dùng phổ biến khi xây dựng

công trình mới, được áp dụng từ năm 1986 cho Nhà làm việc công ty Điện tử - 186 Quán Thánh.

+ Ngày nay cọc ép ngày càng được sử dụng rộng rãi

hơn, thiết bị hiện nay có thể ép được các đoạn cọc dài 7-8m, tiết diện cọc đến 35x35cm, sức

chịu tải tính toán của cọc đến 80 tấn

+ Cọc ép được hạ vào trong đất từng đoạn bằng

kích thủy lực có đồng hồ đo áp lực Trong quá

trình ép có thể không chế được tốc độ xuyên của cọc và áp lực ép trong từng khoảng độ sâu Giải pháp cọc ép rất phù hợp trong việc sửa chữa các công trình cũ, xây chen trong thành phố với số tầng nhà nhỏ hơn 10 tầng