Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi trên nền đá, áp dụng tại công trình nhà máy xi măng dầu khí 12 9

Đặc điểm công nghệ thi công cọc khoan nhồi là khoan tạo lỗ trong nền đất, giữ ổn định vách hố khoan bằng ống vách dung dịch bentonite.. Giới thiệu tổng quan về cọc khoan nhồi Cọc khoan

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ

một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận văn

Đỗ Ngọc Tú

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô Trường Đại học Thủy Lợi; đặc biệt là các cán bộ, giảng viên Bộ môn Xây dựng dân dụng và Công nghiệp, Khoa Công trình, phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành bản luận văn này

Tác giả xin cảm ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Tiến Chương, TS Nguyễn Ngọc

Thắng đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả hoàn thành luận văn Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Lãnh đạo và đồng nghiệp nơi tác giả đang công tác đã quan tâm tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ, giúp đỡ tác giả trong việc thu

thập thông tin, tài liệu trong quá trình thực hiện luận văn

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã thường xuyên chia sẻ khó khăn và động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để có thể hoàn thành luận văn này

Do điều kiện thời gian và chuyên môn còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi

những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ dẫn và đóng góp ý kiến của các

thầy giáo, cô giáo, các nhà khoa học và các đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Tác gi ả luận văn

Đỗ Ngọc Tú

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN……… ……i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài: 1

2 Mục đích của đề tài 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI 3 1.1 Giới thiệu tổng quan về cọc khoan nhồi 3

1.1.1 Khái niệm, ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng 3

1.1.1.1 Khái niệm 3

1.1.1.2 Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng 3

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cọc khoan nhồi 5

1.2 Quy trình thi công cọc khoan nhồi 6

1.2.1 Chuẩn bị thi công 7

1.2.2 Định vị cọc (Định vị công trình và hố khoan) 7

1.2.3 Công tác hạ ống vách (ống casing) 8

1.2.4 Công tác tạo lỗ khoan 9

1.2.5 Vét lắng làm sạch hố khoan 11

1.2.6 Công tác gia công và hạ cốt thép 11

1.2.7 Công tác lắp ống đổ bê tông 13

1.2.8 Xử lý cặn lắng đáy hố khoan trước khi đổ bê tông 13

1.2.9 Công tác bê tông 14

1.2.10 Công tác rút ống vách và vệ sinh đầu cọc 16

1.3 Các phương pháp kiểm tra trong quá trình thi công 16

1.3.1 Kiểm tra dung dịch khoan 16

1.3.2 Kiểm tra lỗ khoan cọc nhồi 18

1.3.3 Kiểm tra lồng thép 19

1.3.4 Kiểm tra Bê tông 19

1.4 Kiểm tra chất lượng cọc sau thi công 20

1.4.1 Nhóm đánh giá chất lượng vật liệu thân cọc 20

1.4.2 Nhóm đánh giá sức mang tải của cọc 20

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THI CÔNG KHOAN CỌC NHỒI TRONG NỀN ĐÁ 22 2.1 Giải pháp thi công cọc khoan nhồi trong nền đá 22

2.1.1 Đặc điểm phương pháp thi công cọc khoan nhồi trong nền đá 22

2.1.2 Thiết bị công nghệ thi công khoan tạo lỗ 23

2.1.2.1 Máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay dạng cột buồm 23

2.1.2.2 Máy khoan tuần hoàn ngược RCD 28

2.1.2.3 Thiết bị khoan nhồi bằng phương pháp đập cáp 29

2.1.3 Các phương pháp sử dụng ở Việt Nam và tham khảo trên thế giới 30

2.1.3.1 Cọc khoan nhồi theo công nghệ khoan khô 30

2.1.3.2 Cọc khoan nhồi có sử dụng ống vách 31

2.1.3.3 Cọc khoan nhồi không dùng ống vách 31

2.2 Các sự cố và khuyết tật của cọc khoan nhồi trong nền đá thường gặp 32

2.2.1 Sự cố thường gặp cọc khoan nhồi trong nền đất, đá 33

2.2.2 Một số ví dụ điển hình về sự cố cọc khoan nhồi trong nền đá 34

2.2.2.1 Sự cố cát chảy trong quá trình khoan tạo lỗ 34

2.2.2.2 Sự cố gãy gầu khoan do hang động castơ 35

2.2.2.3 Sự cố mất bê tông do hang động castơ 35

2.2.2.4 Sự cố tắc ống đổ bê tông 36

2.3 Các nguyên nhân gây sự cố cọc khoan nhồi trong nền đá 37

2.3.1 Các nguyên nhân gây hư hỏng trong quá trình khoan tạo lỗ 37

2.3.1.1 Không rút được đầu khoan lên, gẫy cần khoan, gầu khoan, đứt cáp rơi búa 37

2.3.1.2 Sự cố ống chống bị tụt xuống khi thi công 38

2.3.1.3 Cọc bị xiên do khoan vào hang hốc castơ hoặc mặt đá nghiêng 38

2.3.1.4 Sự cố không rút được ống vách lên trong biện pháp thi công có sử dụng ống vách 38

2.3.1.5 Sự cố sập thành vách hố khoan trong quá trình khoan 39

2.3.1.6 Sự cố mất dung dịch khoan đột ngột khi gặp hang castơ 40

2.3.1.7 Sự cố do dung dịch bentonine đông tụ nhanh và nhiều xuống đáy lỗ khoan 40

2.3.2 Các nguyên nhân hư hỏng trong công đoạn gia công và hạ lồng cốt thép 40

2.3.2.1 Sự cố không hạ được lồng cốt thép vào hố khoan 40

2.3.2.2 Ống vách bị lún (do treo lồng thép quá nặng vào ống vách) 40

2.3.3 Các nguyên nhân hư hỏng trong quá trình đổ bê tông đúc cọc 40

2.3.3.1 Sự cố tắc nghẽn bê tông trong ống 40

2.3.3.2 Sự cố cả khối bê tông trong ống bị kéo lên khi rút ống vách lên 41

2.3.3.3 Sự cố bê tông thân cọc bị phân tầng, rỗ tổ ong và có vật lạ (như: thấu kính bùn, đất, vữa, bentonite ) 41

2.4 Biện pháp xử lý sự cố cọc khoan nhồi trong nền đá 41

2.4.1 Biện pháp xử lý sự cố cọc khoan nhồi trong quá trình khoan tạo lỗ 41 2.4.1.1 Không rút được đầu khoan lên, gẫy cần khoan, gầu khoan, đứt cáp rơi búa

2.4.1.3 Cọc bị xiên do khoan vào hang hốc castơ hoặc mặt đá nghiêng 43

2.4.1.4 Sự cố không rút được ống vách lên trong phương pháp thi công có ống vách .44

2.4.1.5 Sự cố sập thành vách hố khoan trong quá trình khoan 44

2.4.1.6 Sự cố mất dung dịch khoan đột ngột khi gặp hang castơ 44

2.4.2 Các biện pháp xử lý sự cố trong công đoạn gia công và hạ cốt thép 45

2.4.3 Các biện pháp xử lý sự cố trong quá trình đổ bê tông đúc cọc 45

2.5 Các biện pháp phòng ngừa sự cố 46

2.5.1 Đề phòng sự sụt lở thành hố trong phương pháp thi công không có ống chống 46

2.5.2 Đề phòng không rút được ống chống lên trong phương pháp thi công ống chống 48

2.5.3 Đề phòng thiết bị thi công rơi vào trong hố 49

2.5.4 Đề phòng khung cốt thép bị trồi lên 50

2.5.5 Đề phòng khung cốt thép bị nén cong vênh 51

2.5.6 Đề phòng nước vào trong ống dẫn 51

2.5.7 Đề phòng có khí độc ở trong hố khoan 52

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI TRÊN NỀN ĐÁ TẠI CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY XI MĂNG DẦU KHÍ 12-9 55

3.1 Giới thiệu chung về dự án 55

3.1.1 Giới thiệu công trình 55

3.2 Đề xuất công nghệ thi công cọc khoan nhồi cho công trình 58

3.2.1 Thi công bằng máy khoan KH180 và máy khoan đập cáp CK1500 59

3.2.1.1 Cơ sở lựa chọn biện pháp thi công 59

3.2.1.2 Trình tự thi công 62

3.2.1.3 Các giải pháp trong quá trình thi công 70

3.2.2 Thi công bằng máy khoan gầu xoay BAUER BG28 và máy khoan SOILMEC SR-60C khoan các cọc có hang castơ 75

3.2.2.1 Cơ sở lựa chọn biện pháp thi công 75

3.2.1.2 Trình tự thi công 78

3.3 Các biện pháp thi công cọc qua hang castơ 89

3.3.1 Biện pháp trong quá trình khoan cọc 89

3.3.1.1 Khoan thăm dò địa chất 89

3.3.1.2 Dùng ống vách khi xuyên qua hang castơ lớn 90

3.3.1.3 Đổ bê tông nghèo 92

3.3.2 Gải pháp trong quá trình là sạch hố khoan 94

3.3.2.1 Các biện pháp làm sạch hố khoan 94

3.3.2.2 Dùng ống vách khi hang castơ nhỏ, thông giữa các cọc 97

3.3.3 Gải pháp trong quá trình đổ bê tông 98

3.3.4 Các biện pháp an toàn khi thi công cọc khoan nhồi 99

Kết luận chương 3 100

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 101

1 Kết luận 101

2 Kiến nghị 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

PHỤ LỤC 104

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các quá trình chủ yếu thi công cọc khoan nhồi 7

Hình 1.2 Định vị cọc 8

Hình 1.3 Khoan tạo lỗ, bơm dung dịch Bentonite giữ thành 11

Hình 1.4 Gia công lắp dựng cốt thép cọc 12

Hình 1.5 Ống Tremie, ống thổi rửa và lắp ống thổi rửa hố khoan 13

Hình: 1.6 Xử lý cặn lắng hạt mịn theo phương pháp thổi rửa bằng khí nén 14

Hình 1.7 Lắp ống đổ Bê tông, đổ bê tông trongdung dịch Bentonite và đo mặt dâng bê tông 16

Hình 2.1 Máy khoan Bauer 25

Hình 2.2 Máy khoan SOILMEC 26

Hình 2.3 Máy khoan SANY 27

Hình 2.4 Máy khoan tuần hoàn dạng mâm xoay 29

Hình 2.5 Máy khoan đập cáp CK-2000 (Trung Quốc) 29

Hình 2.6 Hố khoan địa chất cảng nhập than nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng 1 34

Hình 2.7 Trục vớt cần khoan, gầu khoan BG28 42

Hình 3.1 Máy khoan đất HITACHI- KH180 59

Hình 3.2 Sơ đồ trình tự thi công khoan đá bằng máy đập cáp 63

Hình 3.3 Gầu gắp đất máy khoan đập cáp 68

Hình 3.4 Tuần hoàn Bentonite 69

Hình 3.5 Máy khoan Bauer - BG28 75

Hình 3.6 Sơ đồ trình tự thi công khoan đá bằng máy khoan BG28 79

Hình 3.7 Ống vách phụ qua hang castơ 92

Hình 3.8 Xử lý hang castơ bằng bê tông nghèo cọc CN-12 Si lô xi măng 93

Hình 3.9 Tuần hoàn bằng Bơm hút bùn 96

Hình 3.10 Mặt bằng hạng mục Nhà nghiền than 97

Hình 3.11 Ống vách dùng cho cọc CN11, CN12 hạng mục Nhà nghiền than 98

Hình 3.12 Ống vách quây qua hang Castơ cọc CN3-06 hạng mục bệ lò 99

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Chỉ tiêu tính năng ban đầu của dung dịch Bentonite 17

Bảng 1.2 Các thông số cần kiểm tra về lỗ khoan cọc nhồi 18

Bảng 2.1 Phân cấp đá theo cường độ kháng nén: TCVN 11676 : 2016 23

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật một số loại máy khoan BAUER 25

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật một số loại máy khoan SOILMEC 26

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật một số loại máy khoan SANY 27

Bảng 2.5 Máy khoan tuần hoàn dạng mâm xoay của Trung Quốc 28

Bảng: 2.6 Thông số kỹ thuật các loại máy khoan đập cáp 30

Bảng 3.1 Tổng hợp các hạng mục tại dự án Xi măng 12-9 55

Bảng 3.2 Tổng hợp các hạng mục khoan cọc nhồi tại dự án Xi măng 12-9 58

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật máy khoan KH180 60

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật máy khoan đập cáp CK1500 60

Bảng 3.5 Giá trị một dây chuyền khoan bằng máy khoan đập cáp và KH180 61

Bảng 3.6 Sử dụng xung trình và bentonite cho các tầng đất 67

Bảng 3.7 Kích thước gầu khoan đá 76

Bảng 3.8 Kích thước gầu khoan cắt vành 76

Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật máy khoan Bauer BG28 76

Bảng 3.10 Giá trị một dây chuyền thiết bị khoan bằng máy khoan BG28 77

Bảng 3.11 Bảo dưỡng định kỳ cần kelly trong việc khoan đất 85

Bảng 3.12 Giá trị khối lượng biện pháp thi công cọc CN2-12 94

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Công cuộc đổi mới và hiện đại hóa đất nước đang diễn ra mạnh mẽ trong đời sống

xã hội đặc biệt là trong lĩnh vực kinh tế Sự phát triển mạnh của kinh tế đòi hỏi ngày càng cấp bách đầu tư xây dựng và mở rộng cơ sở hạ tầng Đó là việc xây dựng mới

và hiện đại hóa các khu công nghiệp, các nhà máy, các khu dân cư nhà cao tầng, các công trình giao thông như: cầu đường, bến cảng, kho hàng nặng Quá trình xây

dựng các công trình tại những vùng địa chất yếu, phức tạp đặt ra cho các chuyên gia, các kỹ sư xây dựng những thách thức trong việc tìm kiếm và áp dụng các giải pháp xử lý nền móng công trình trên nền địa chất phức tạp

Ở nước ta hiện nay, phương án móng cọc được lựa chọn thiết kế cho hầu hết các công trình dân dụng và công nghiệp có tải trọng lớn trên nền đất yếu Thi công cọc

có nhiều giải pháp khác nhau, như dùng búa đóng cọc Diezen, dùng búa rung động

hạ cọc dùng máy ép cọc tĩnh, cọc khoan nhồi bê tông cốt thép Tuy nhiên tùy thuộc đặc điểm công trình, điều kiện địa chất mặt bằng thi công mỗi gải pháp cọc có

những ưu điểm, nhược điểm riêng khác nhau Móng cọc đúc sẵn do nhược điểm gây chấn động mạnh, tiếng ồn lớn hoặc ô nhiễm môi trường trong quá trình thi công

cọc bằng búa đóng Diezen nên phạm vi sử dụng bị hạn chế trong xây dựng ở các thành phố hay khu vực đông dân cư; giải pháp ép trực tiếp hoặc khoan lỗ rồi hạ cọc đúc sẵn cũng có nhiều hạn chế như lực ép thường không lớn, kích thước cọc (đường kính, độ dài) không thể tăng tùy ý, dẫn tới sức chịu tải của loại cọc này cũng không

lớn Do đó, giải pháp cọc khoan nhồi bê tông cốt thép ngày càng được ưa chuộng và

sử dụng rộng rãi ở Việt Nam

Đặc điểm công nghệ thi công cọc khoan nhồi là khoan tạo lỗ trong nền đất, giữ ổn định vách hố khoan bằng ống vách dung dịch bentonite Sau đó tiến hành đúc cọc theo phương pháp đổ bê tông dưới nước Do vậy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thi công và có thể xảy ra nhiều sự cố, ảnh hưởng đến chất lượng cọc khoan nhồi Giải pháp cọc khoan nhồi xây dựng trên nền đá, hang động castơ có

những khó khăn và sự cố riêng bên cạnh các sự cố thường gặp khi thi công trên nền

đất Hiện nay chúng ta vẫn chưa có các quy chuẩn, tiêu chuẩn, các chỉ dẫn kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi trên nền đá Do vậy tác giả chọn đề tài “ Nghiên cứu giải

Xi măng Dầu khí 12-9.” để tìm hiểu, nghiên cứu thực trạng về công nghệ thi công

cọc khoan nhồi trên nền đá; trên cơ sở công trình thực tế áp dụng, cũng nhằm đưa

một số biện pháp kỹ thuật để hoàn thiện quy trình, công nghệ thi công, nâng cao công tác kiểm soát chất lượng, đẩy nhanh tiến độ thi công cọc trên nền đá

2 Mục đích của đề tài

- Đề xuất một số biện pháp thi công cọc khoan nhồi trên nền đá

- Nghiên cứu lựa chọn các biện pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi áp dụng tại

dự án xi măng Dầu khí 12-9

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu các ứng dụng về quy trình thi công

cọc khoan nhồi trên nền đá, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thi công,

kiểm tra, kiểm soát chất lượng của cọc khoan nhồi trên nền đá

Phân tích và đề xuất biện pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi cho các hạng mục công trình tại dự án xi măng Dầu khí 12-9

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Để phân tích, nghiên cứu giải quyết vấn đề của đề tài, tác giả dự kiến sử dụng một

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

1.1 Giới thiệu tổng quan về cọc khoan nhồi

Cọc khoan nhồi (hay còn gọi cọc đổ bê tông tại chỗ) được thi công theo một quy trình gồm nhiều công đoạn: dùng thiết bị máy khoan hoặc đào đất để tạo lỗ trong đất tới cao độ thiết kế, sử dụng dung dịch giữ thành hố khoan, thi công hạ lồng cốt thép vào trong lỗ khoan, đổ bê tông tại chỗ

Cọc khoan nhồi được thiết kế có kích thước mặt cắt và chiều dài lớn (đường kính

cọc tới 300cm, chiều dài cọc có thể dài đến 120m), sức chịu tải của cọc lớn thường

từ 30 - 140 tấn trên một đầu cọc

1.1.1.2 Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng

So với các loại cọc khác thì cọc khoan nhồi thi công thuận lợi trong các vùng lân

cận công trình đã xây trước, trong khu đông dân cư Quá trình thi công cọc nhồi có dung chấn nhỏ hơn so với cọc đóng, không gây tiếng ồn lớn, ít gây ảnh hưởng đến các công trình bên cạnh (lún sụt cục bộ) Thi công cọc nhồi không gây hiện tượng

trồi đất ở xung quanh, không đẩy các cọc sẵn có xung quanh sang ngang

Với đặc điểm thi công là công đoạn khoan tạo lỗ đi trước nên có thể kiểm tra lại điều kiện địa chất công trình của từng cọc và có thể đưa ra giải pháp thay đổi kích thước, chiều sâu để phù hợp với điều kiện địa chất công trình thực tế Cọc khoan

nhồi có thể được đặt vào những lớp đất rất cứng, thậm chí tới lớp đá gốc mà giải pháp cọc đóng hoặc ép khả thi

Cọc có tiết diện và độ sâu mũi cọc lớn hơn nhiều so với cọc chế tạo sẵn thi công

bằng đóng hoặc ép cọc, do vậy sức chịu tải cọc khoan nhồi thường lớn hơn nhiều so

với các giải pháp móng cọc khác

Số lượng cọc trong một đài cọc ít, việc bố trí các đài cọc (cùng các công trình

ngầm) trong công trình được dễ dàng hơn

Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính nhỏ có độ ổn định cao hơn nhiều so

với ép cọc bê tông cốt thép Giá thành ngang bằng hoặc rẻ hơn (tùy vào điều kiện công trình cụ thể) Do vậy khoan nhồi bê tông cốt thép được sử dụng khá rộng rãi

Giá thành trên 1m dài cọc hiện vẫn còn cao so với các giải pháp cọc đóng, cọc ép,

cọc rung hạ (trong điều kiện tải trọng công trình không quá lớn)

Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi thường chỉ thực hiện được sau khi đã thi công xong cọc Chi phí cho thiết bị kiểm tra chất lượng và các thí nghiệm thử tải cọc khá cao, yêu cầu kỹ thuật phức tạp

Suất huy động cường độ vật liệu cấu tạo cọc thấp

Chất lượng cọc tùy thuộc nhiều vào trình độ và công nghệ thi công bê tông cọc

Trong tính toán mức độ chiết giảm ma sát mặt bên cọc và sức kháng mũi cọc nhiều hơn so với các loại cọc khác

Quá trình thi công dễ sụt thành vách lỗ khoan, điều này ảnh hưởng đến tính chất làm việc của đất xung quanh cọc, tại chân cọc, làm thay đổi kích thước tiết diện

cọc, tăng khối lượng bê tông và trọng lượng bản thân cọc

Chi phí khảo sát địa chất công trình cho việc thiết kế móng cọc khoan nhồi cao hơn nhiều so với móng cọc khác Khảo sát chi tiết về các tính chất cơ-lý- hoá của đất, nước ngầm, cần dự báo đúng về các hiện tượng cát chảy, đất sập, )

Thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng có hang castơ

Thích hợp cho các công trình cầu lớn, tải trọng nặng, địa chất nền móng là đất yếu

ặc có địa tầng thay đổi phức tạp

Thích hợp cho nền móng các công trình xây dựng trong thành phố hay trong các khu vực dân cư đông đúc vì đảm đảo được các vấn đề về môi trường cũng như tiến

độ thi công công trình

Thích hợp cho móng công trình có tải trọng lớn như: Nhà cao tầng có tầng ngầm, các công trình cầu (cầu dầm giản đơn, cầu khung T, cầu dầm liên hợp liên tục, cầu treo dây xiên, nhất là khi kết cấu nhịp siêu tĩnh vượt khẩu độ lớn, tải trọng truyền

xuống móng lớn mà lại yêu cầu nghiêm ngặt về độ lún)

a Biện pháp thi công

- Trình độ quản lý của ban điều hành tại công trường

- Trình độ, nghiệp vụ, năng lực của đội ngũ cán bộ kỹ thuật: Kỹ sư điều hành thi công tại công trường, tay nghề công nhân làm việc

- Thiết bị máy móc thi công tại công trường có thích hợp với các điều kiện thi công

cụ thể hay không

b Điều kiện địa chất tại địa điểm công trình xây dựng

- Đối với đất nền đất sét: Hố đào không bị sạt lở, ảnh hưởng không nhiều đến chất

lượng bê tông cọc

- Đối với đất nền đất cát: Ảnh hưởng đến chất lượng thi công cọc, độ cứng của thành vách thường không ổn định

- Đối với đất nền đất bùn nhão: Ảnh hưởng rất lớn đến việc thi công cọc Do độ

cứng của thành vách không đảm bảo, dễ sạt lở

- Đối với nền đá, hang castơ, địa chất phức tạp thời gian khoan tạo lỗ lâu, đòi hỏi thiết bị chuyên dùng, hiện tại chưa có chỉ dẫn cụ thể lựa chọn thiết bị thi công khoan qua nền đá, hang castơ, biện pháp thi công bê tông cần tính toán lựa chọn cho phù hợp, hiệu quả và đảm bảo chất lượng

c Tiến độ thi công

Tiến độ thi công phải tuân thủ theo đúng TCVN để đảm bảo chất lượng cọc Việc đẩy nhanh tiến độ thi công nhanh hoặc thi công quá chậm dẫn đến những sai sót trong quá trình thi công, có thể dẫn đến sạt lở thành vách hố đào trong quá trình thi công bê tông

1.2 Quy trình thi công cọc khoan nhồi [1]

Công nghệ thi công cọc khoan nhồi thường bao gồm 10 công đoạn chính như sau, minh họa trong hình vẽ 1.1:

6 - Công tác gia công và hạ cốt thép

7 - Công tác lắp ống đổ bê tông

8 - Xử lý cặn lắng đáy hố khoan trước khi đổ bê tông

9 - Công tác đổ bê tông

10 - Công tác rút ống vách và vệ sinh đầu cọc

Hình 1.1 Các quá trình chủ yếu thi công cọc khoan nhồi

1.2.1 Chuẩn bị thi công

Trước khi thi công cọc khoan nhồi phải thi công các công trình phụ trợ và chuẩn bị các trang thiết bị, máy móc, vật tư, thí nghiệm, kiểm định cần thiết phục vụ cho thi công, kiểm tra vật liệu chính (thép, xi măng, dung dịch khoan, phụ gia , cát, đá, nước ), chứng chỉ chất lượng của nhà sản xuất, kết quả thí nghiệm kiểm định chất lượng Dụng cụ và thiết bị kiểm tra chất lượng phải có kiểm chuẩn của cơ quan đủ

thẩm quyền

1.2.2 Định vị cọc (định vị công trình và hố khoan)

Dựa vào mốc giới do bên A bàn giao tại hiện trường, căn cứ vào tọa độ gốc và hệ

tọa độ của các cọc thi công Dùng máy toàn đạc điện tử định vị các lỗ khoan chuẩn

bị thi công Các trục được đánh dấu cẩn thận và được gửi ra các vị trí cố định xung quanh công trường để thường xuyên kiểm tra tim cọc trong thời gian thi công và bàn giao sau này

- Tim cọc được xác định bằng bốn tim mốc kiểm tra A1, A2 và B1, B2 được đóng

bằng các cọc tiêu thép đường kính D = 14 mm, chiều dài cọc 1,5 m vuông góc với nhau và đều cách tim cọc một khoảng cách bằng nhau được bố trí như hình vẽ:

- Trước khi hạ casing cho mỗi lỗ khoan phải gửi bốn cọc mốc vuông góc và thẳng hàng với nhau cách tim cọc 2 ÷ 2,5 m để hạ casing đúng vị trí

- Sau khi hạ xong casing dùng 4 mốc gửi, kết hợp máy toàn đạc như hình vẽ để

kiểm tra tim cọc

Hình 1.2 Định vị cọc

Ống vách có tác dụng:

- Định vị và dẫn hướng cho máy khoan

- Giữ ổn định cho bề mặt hố khoan và chống sập thành phần trên hố khoan;

- Bảo vệ để đất đá, thiết bị không rơi xuống hố khoan

- Làm sàn đỡ tạm và thao tác để buộc nối và lắp dựng cốt thép, lắp dựng và tháo dỡ ống đổ bê tông

Ống vách được chế tạo thường từ 6,0 m đến 10 m trong các xưởng cơ khí chuyên

dụng, chiều dày ống thường từ 6,0 mm đến 16 mm

Sau khi định vị xong vị trí tim cọc, ống vách sẽ được hạ xuống bằng búa rung Sử

dụng cần trục bánh xích 50 tấn đưa búa rung lên cao rồi kẹp chặt đầu ngàm của búa rung vào đỉnh ống vách Sau đó vận hành búa rúng ép ống vách đi xuống, lực kháng

của đất sẽ giảm do độ rung của thành ống Trong khi hạ ống vách độ thẳng đứng

của ống vách liên tục được kiểm tra bằng máy trắc đạc và điều chỉnh độ nghiêng

của ống vách bằng cẩu và búa rung

hoạt tải thi công phía bên ngoài

1.2.4 Công tác tạo lỗ khoan

Trước khi khoan phải kiểm tra độ thẳng đứng theo dây dọi của thân dẫn hướng của

cần khoan để lỗ khoan không bị xiên lệch quá độ nghiêng cho phép (1/100)

Trong quá trình khoan lấy đất tạo lỗ, dung dịch Bentonite được phun bơm vào lỗ

cọc Dung dịch Bentonite phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và được thử trong quá trình thi công theo yêu cầu Dung dịch khoan trào ra từ hố khoan khi đổ bê tông được thu hồi và qua xử lý để sử dụng lại

Cao độ dung dịch khoan trong lỗ phải luôn giữ sao cho áp lực của dung dịch khoan luôn lớn hơn áp lực của đất và nước ngầm phía ngoài lỗ khoan để tránh hiện tượng

sập thành trước khi đổ bê tông Cao độ dung dịch khoan nên cao hơn mực nước

ngầm ít nhất là 1,5 m Khi có hiện tượng thất thoát dung dịch trong hố khoan nhanh thì phải có biện pháp xử lý kịp thời

Việc rút cần khoan được thực hiện khi đất đã nạp đầy vào gầu khoan, từ từ rút cần khoan lên với tốc độ khoảng 0,3÷0,5 m/s Tốc độ rút khoan không được quá nhanh

sẽ tạo hiệu ứng pít-tông trong lòng hố khoan, dễ gây sập thành

Luôn điều chỉnh để cần khoan ở vị trí thẳng đứng, thông qua kim chỉ báo trạng thái cân bằng ở đầu khoan hoặc ngắm dọi theo hai phương vuông góc

Khoan trong đất bão hoà nước khi khoảng cách mép các lỗ khoan nhỏ hơn 1,5m nên

tiến hành cách quãng một lỗ, khoan các lỗ nằm giữa hai cọc đã đổ bê tông nên tiến hành sau ít nhất 24 giờ từ khi kết thúc đổ bê tông

Đo đạc trong khi khoan gồm kiểm tra tim cọc bằng máy kinh vĩ và đo đạc độ sâu các lớp đất qua mùn khoan lấy ra và độ sâu hố khoan theo thiết kế Các lớp đất theo chiều sâu khoan phải được ghi lại trong nhật ký khoan và hồ sơ nghiệm thu cọc Khoảng 2 m lấy mẫu một lần, khi phát hiện địa tầng khác với hồ sơ khảo sát địa

chất công trình cần báo ngay cho Chủ đầu tư để có biện pháp xử lý kịp thời Khi

khoan đến cao độ thiết kế, tiến hành đo độ lắng Độ lắng được xác định bằng chênh

lệch chiều sâu giữa hai lần đo lúc khoan xong và sau 30 phút Nếu độ lắng vượt quá quy định cần xử lý kịp thời

Dung dịch khoan: Là dung dịch gồm nước sạch và các hoá chất khác như Bentonite, Polime …, có khả năng tạo màng cách nước gữa thành hố khoan và đất xung quanh,

đồng thời giữ ổn định thành hố khoan

Tuỳ theo điều kiện địa chất, thuỷ văn, nước ngầm để chọn phương pháp giữ thành

hố khoan và dung dịch khoan thích hợp Dung dịch khoan được chọn dựa trên tính toán theo nguyên lý cân bằng áp lực ngang giữa cột dung dịch trong hố khoan và áp

lực của đất nền và nước quanh vách lỗ Khi khoan trong địa tầng dễ sụt lở, áp lực

cột dung dịch phải luôn lớn hơn áp lực ngang của đất và nước bên ngoài

Dung dịch Bentonite dùng giữ thành hố khoan nơi địa tầng dễ sụt lỡ Khi mực nước

ngầm cao (lên đến mặt đất) cho phép tăng tỷ trọng dung dịch bằng các chất có tỷ

trọng như Barit, cát Magnetic

Kiểm tra dung dịch Bentonite từ khi chế bị cho đến khi kết thúc đổ bê tông từng

cọc, kể cả việc điều chỉnh để đảm bảo độ nhớt và tỷ trọng thích hợp Dung dịch có

thể tái sử dụng trong thời gian thi công nếu đảm bảo được các chỉ tiêu thích hợp, nhưng không quá sáu tháng

Chuyển bùn tự nhiên lên hố lắng, cân bằng thuỷ tĩnh để thành vách hố khoan không

bị sập Trong trường hợp ngừng thi công (do thời tiết hay hết giờ làm) người kỹ thuật phải đảm bảo trong hố khoan có đầy dung dịch và không bị thấm đi trong thời gian ngưng thi công

Hình 1.3 Khoan tạo lỗ, bơm dung dịch Bentonite giữ thành

Sau khi kết thúc công tác khoan tạo lỗ, hố khoan được để lắng khoảng 30 phút sau

đó kiểm tra độ lắng cặn ở đáy hố khoan Độ lắng cặn được xác định bằng chênh

lệch chiều sâu giữa hai lần đo lúc khoan xong và sau 30 phút, nếu độ lắng cặn lớn hơn 10 cm thì phải vét lại đáy hố khoan bằng gầu vét chuyên dùng

1.2.6 Công tác gia công và hạ cốt thép

Cốt thép được chế tạo sẵn trong xưởng hoặc tại công trường, chế tạo thành từng

lồng, chiều dài lớn nhất của mỗi lồng phụ thuộc khả năng cẩu lắp và chiều dài xuất xưởng của cốt chủ Lồng thép phải có thép gia cường ngoài cốt chủ và cốt đai theo tính toán để đảm bảo lồng thép không bị xoắn, méo Lồng thép phải có móc treo

bằng cốt thép chuyên dùng làm móc cẩu, số lượng móc treo phải tính toán đủ để treo cả lồng vào thành ống chống tạm mà không bị tuột xuống đáy hố khoan, hoặc

cấu tạo guốc cho đoạn lồng dưới cùng tránh lồng thép bị lún nghiêng cũng như để đảm bảo chiều dày lớp bê tông bảo hộ dưới đáy cọc

Cốt gia cường thường dùng cùng đường kính với cốt chủ, uốn thành vòng đặt phía trong cốt chủ khoảng cách từ 2,5 m đến 3,0 m, liên kết với cốt chủ bằng hàn đính và dây buộc theo yêu cầu của thiết kế Khi chuyên chở, cẩu lắp có thể dùng cách chống

tạm bên trong lồng thép để tránh hiện tượng biến hình

Định tâm lồng thép bằng các con kê chế tạo từ thép trơn hàn vào cốt chủ đối xứng qua tâm cọc, hoặc bằng các viên tròn xi măng - cát, theo nguyên lý bánh xe trượt,

cố định vào giữa hai thanh cốt chủ bằng thanh thép trục Chiều rộng hoặc bán kính con kê phụ thuộc vào chiều dày lớp bảo hộ, thông thường là 5 cm Số lượng con kê

phải đủ để hạ lồng thép chính tâm

Ống siêu âm (thường là ống thép đường kính 60 mm) cần được buộc chặt vào cốt thép chủ, đáy ống được bịt kín và hạ sát xuống đáy cọc, nối ống bằng hàn, có măng xông, đảm bảo kín, tránh rò rỉ nước xi măng làm tắc ống, khi lắp đặt cần đảm bảo đồng tâm Chiều dài ống siêu âm theo chỉ định của thiết kế, thông thường được đặt cao hơn mặt đất san lấp xung quanh cọc từ 10 cm đến 20 cm Sau khi đổ bê tông các ống được đổ đầy nước sạch và bịt kín, tránh vật lạ rơi vào làm tắc ống

Số lượng ống siêu âm cho 1 cọc thường quy định như sau:

- 2 ống cho cọc có đường kính 60 cm

- 3 ống cho cọc có đường kính từ 60 cm đến 100 cm

- 4 ống cho cọc có đường kính lớn hơn 100 cm

Dùng cần cẩu nâng lồng cốt thép lên theo phương thẳng đứng rồi từ từ hạ xuống trong lòng hố khoan, đến khi đầu trên của lồng cốt thép cách miệng ống vách khoảng 120 cm thì dừng lại Dùng hai ống thép tròn đường kính D=60 mm luồn qua

lồng thép và gác hai đầu ống thép lên miệng ống vách

Hình 1.4 Gia công lắp dựng cốt thép cọc

Tiếp tục cẩu lắp đoạn lồng thép tiếp theo như đã làm với đoạn trước, điều chỉnh để các cây thép chủ tiếp xúc dọc với nhau và đủ chiều dài nối thì thực hiện liên kết theo yêu cầu thiết kế

Lồng thép được đặt đúng cos đài móng nhờ các thanh thép chờ đặt cách đều theo chu vi lồng thép Đầu dưới được liên kết với thép chủ còn đầu trên được hàn vào thành ống vách, các thanh thép này được cắt rời khỏi ống vách khi công tác đổ bê

Để tránh sự đẩy nổi lồng cốt thép khi thi công đổ bê tông cần đặt ba thanh thép sắt hình tạo thành một tam giác đều hàn vào ống vách để kìm giữ lồng thép lại

1.2.7 Công tác lắp ống đổ bê tông

Ống đổ bê tông được chế tạo trong nhà máy thường có đường kính từ 219 mm đến

273 mm theo tổ hợp 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 6,0 m, ống dưới cùng được tạo vát hai bên để làm cửa xả, nối ống bằng ren đảm bảo kín khít, không lọt dung dịch khoan vào trong Đáy ống đổ bê tông phải luôn ngập trong bê tông không ít hơn 1,5m

Dùng biện pháp khí nâng (air lift) hoặc bơm hút bằng máy bơm Liên tục bổ sung dung dịch khoan để đảm bảo cao độ dung dịch theo quy định tránh sập thành hố khoan

Dùng ngay ống đổ bê tông để làm ống xử lý cặn lắng Sau khi lắp xong ống đổ bê tông người ta lắp đầu thổi rửa lên đầu trên của ống Đầu thổi rửa có hai cửa, một

cửa được nối với ống dẫn để thu hồi dung dịch bentonite và bùn đất từ đáy hố khoan về thiết bị lọc dung dịch, một cửa khác được thả ống khí nén đường kính 60

mm xuống cách đáy hố khoan 0,5 m

Hình 1.5 Ống Tremie, ống thổi rửa và lắp ống thổi rửa hố khoan

Khi bắt đầu thổi rửa, khí nén được thổi liên tục với áp lực 7 kg/cm2 qua ống φ 60

mm đặt bên trong ống đổ bê tông Khi khí nén ra khỏi ống φ 60 mm sẽ quay trở lại thoát lên trên ống đổ tạo thành một áp lực hút ở đáy hố đưa dung dịch bentonite và

cặn lắng theo ống đổ bê tông đến thiết bị lọc và thu hồi dung dịch Thời gian thổi

rửa thường từ 20-30 phút Sau khi ngừng cấp khí nén, người ta thả dây đo độ sâu

Nếu lớp bùn lắng nhỏ hơn 10 cm thì tiến hành kiểm tra dung dịch bentonite lấy ra từ

đáy hố khoan, lòng hố khoan được coi là sạch khi dung dịch ở đáy hố khoan thoả mãn:

- Tỷ trọng γ=1,04-1,20 g/cm3

- Độ nhớt η=20-30 giây

- Độ pH =9-12

Hình: 1.6 Xử lý cặn lắng hạt mịn theo phương pháp thổi rửa bằng khí nén

1.2.9 Công tác bê tông

Bê tông dùng thi công cọc khoan nhồi phải được thiết kế thành phần hỗn hợp và điều chỉnh bằng thí nghiệm, các loại vật liệu cấu thành hỗn hợp bê tông phải được

kiểm định chất lượng theo các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành Có thể dùng phụ gia

bê tông để tăng độ sụt của bê tông và kéo dài thời gian ninh kết của bê tông Ngoài

việc đảm bảo yêu cầu của thiết kế về cường độ, hỗn hợp bê tông có độ sụt từ 18 cm đến 20 cm

Dùng nút dịch chuyển tạm thời (dùng phao bằng bọt biển hoặc nút cao su, nút nhựa

có vát côn), đảm bảo cho mẻ vữa bê tông đầu tiên không tiếp xúc trực tiếp với dung

Bê tông được đổ không gián đoạn trong thời gian dung dịch khoan có thể giữ thành

hố khoan (thông thường là 4 giờ) Các xe bê tông đều được kiểm tra độ sụt đúng quy định để tránh tắc ống đổ do vữa bê tông quá khô Dừng đổ bê tông khi cao độ

bê tông cọc cao hơn cao độ cắt cọc khoảng 1,0 m (để loại trừ phần bê tông lẫn dung

dịch khoan khi thi công đài cọc)

Sau khi đổ xong mỗi xe, tiến hành đo độ dâng của bê tông trong lỗ cọc, ghi vào hồ

sơ để vẽ đường đổ bê tông Khối lượng bê tông thực tế so với kích thước lỗ cọc theo

lý thuyết không được vượt quá 20 % Khi tổn thất bê tông lớn phải kiểm tra lại biện pháp giữ thành lỗ khoan

Căn cứ tiết diện và chiều dài cọc thiết kế, kỹ thuật viên tính sơ bộ lượng bê tông sẽ

cần để lấp đầy lỗ khoan Thực tế tiết diện cọc sẽ lớn hơn tuỳ theo tầng địa chất

Để đảm bảo chất lượng và cường độ bê tông trong suốt chiều dài cọc, thì thời gian

đổ bê tông cho một cọc không được kéo dài quá 6 giờ

Qui trình cắt ống đổ bê tông: Kỹ thuật viên và giám sát có thể theo dõi cao độ của

mức bê tông dâng lên trong hố khoan bằng cách tính sơ bộ lượng bê tông đổ qua

từng mẻ

Trước khi cắt ống đổ bê tông phải nâng ống đổ rồi thả chùng cáp cẩu để xác định

“độ ngồi” của ống đổ trong bê tông, rồi cho cắt ống

Khi bê tông dâng lên miệng hố khoan, dù công tác vệ sinh đã được làm kỹ lưỡng nhưng lớp bê tông trên cùng thường bị nhiễm bùn tự nhiên Nên lớp bê tông trên cùng trào ra khỏi miệng hố khoan phải bỏ đi, khi thấy lớp bê tông kế tiếp đạt yêu

cầu thì ngưng đổ

Hình 1.7 Lắp ống đổ Bê tông, đổ bê tông trong dung dịch

Bentonite và đo mặt dâng bê tông

Sau khi kết thúc đổ bê tông từ 15 phút đến 20 phút cần tiến hành rút ống chống tạm (casing) bằng hệ thống day (rút + xoay) của máy khoan hoặc đầu rung theo phương

thẳng đứng, đảm bảo ổn định đầu cọc và độ chính xác tâm cọc

Sau khi rút ống vách từ một giờ đến hai giờ cần tiến hành hoàn trả hố khoan bằng cách lấp đất hoặc cát, cắm biển báo cọc đó thi công cấm mọi phương tiện qua lại tránh hỏng đầu cọc và ống siêu âm

1.3 Các phương pháp kiểm tra trong quá trình thi công [1]

Trong giai đoạn thi công (trước khi hình thành cọc), các chỉ tiêu cần kiểm tra gồm có:

- Chất lượng lỗ cọc trước khi đổ bê tông

- Chất lượng và khối lượng bê tông đổ vào cọc

- Lồng cốt thép trong lỗ cọc

Nếu thi công bằng phương pháp ướt (dùng dung dịch sét hoặc hoá phẩm khác để

giữ ổn định thành lỗ cọc) thì phải kiểm tra chất lượng dung dịch:

- Chế tạo dùng dịch đạt chỉ tiêu kỹ thuật

- Điều chỉnh dung dịch theo điều kiện địa chất công trình, điều kiện địa chất thuỷ văn và công nghệ khoan cụ thể

trình khoan cũng như khi đổ bê tông

Dung dịch khoan phải được chuẩn bị trong các bồn chứa có dung tích đủ lớn, pha

trộn với nước sạch, cấp phối tuỳ theo chủng loại Bentonite, điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn của địa điểm xây dựng, đảm bảo giữ thành hố khoan trong suốt quá trình thi công khoan lỗ, lắp dựng cốt thép, ống kiểm tra siêu âm, ống đặt sẵn để khoan lấy lõi đáy cọc (nếu có), cẩu lắp ống đổ bê tông và sàn công tác

Bề dày lớp cặn lắng đáy cọc không quá trị số sau:

- Cọc chống: không quá 5 cm

- Cọc ma sát + chống: không quá 10 cm

Kiểm tra dung dịch khoan bằng các thiết bị thích hợp Dung trọng của dung dịch

trộn mới được kiểm tra hàng ngày để biết chất lượng, việc đo lường dung trọng nên đạt tới độ chính xác 0,005 g/cm³ Các thí nghiệm kiểm tra dung dịch bentonite tiến hành theo quy định cho mỗi lô bentonite trộn mới Việc kiểm tra, nghiệm thu dung

trọng, độ nhớt, hàm lượng cát và độ pH phải được kiểm tra cho từng cọc Trước khi

đổ bê tông nếu kiểm tra mẫu dung dịch tại độ sâu khoảng 0,5 m từ đáy lên có khối lượng riêng vượt quá 1,25 g/cm³, hàm lượng cát lớn hơn 8 %, độ nhớt quá 28 s thì

phải có biện pháp thổi rửa đáy lỗ khoan để đảm bảo chất lượng cọc

Bảng 1.1 Chỉ tiêu tính năng ban đầu của dung dịch Bentonite

Tên chỉ tiêu Chỉ tiêu tính năng Phương pháp kiểm tra

1 Khối lượng riêng 1,05 g/cm3 đến 1,15 g/cm3 Tỷ trọng kế hoặc Bomêkế

2 Độ nhớt Từ 18 đến 45 giây Phễu 500/700cc

5 Lượng mất nước < 30 ml/30phút Dụng cụ đo lượng mất nước

6 Độ dày áo sét 1 đến 3 mm sau 30phút Dụng cụ đo lượng mất nước

1.3.2 K iểm tra lỗ khoan cọc nhồi

Kiểm tra tình trạng lỗ khoan theo các thông số trong Bảng 1.2, sai số cho phép của

lỗ cọc do thiết kế quy định

Bảng 1.2 Các thông số cần kiểm tra về lỗ khoan cọc nhồi

TT Thông số kiểm tra Phương pháp kiểm tra

1 Tình trạng lỗ cọc Kiểm tra bằng mắt có thêm đèn dọi Dùng phương pháp siêu âm hoặc camera ghi chụp

- Thiết bị đo đường kính lỗ khoan (dạng cơ, siêu âm )

- Theo mức độ của cánh mũi khoan khi mở rộng đáy

lồng thép dẫn đến kết quả đo không chính xác Ngoài ra mỗi lỗ khoan nhà thầu và

tư vấn cũng chỉ tiến hành đo một lần mà không đo hai, ba lần hay dùng thiết bị khác

để xác nhận lại Nếu cặn lắng có thế nằm nghiêng hay đầu mũi cọc bị sạt lở nhưng quá trình thả chùy đo lại rơi vào vị trí sâu nhất thì kết quả hoàn toàn không chính xác được Thiết bị để kiểm tra độ hút sạch cặn đáy lỗ khoan còn hạn chế nên rất khó

kiểm tra được độ hút sạch Vì thế quy trình thi công trong bước này cũng cần phải

có sự hoàn chỉnh hơn và phải có phương pháp để kiểm tra độ hút sạch đáy lỗ Đây

1.3.3 Ki ểm tra lồng thép

Lồng cốt thép ngoài việc phải phù hợp với yêu cầu của thiết kế như quy cách,

chủng loại, phẩm cấp que hàn, quy cách mối hàn, độ dài đường hàn còn phải phù

hợp yêu cầu sau đây:

1.3.4 Kiểm tra Bê tông

Thi công bê tông cho cọc khoan nhồi trong đất có nước ngầm phải tuân theo quy định về đổ bê tông dưới nước và phải có sự quản lý chất lượng bê tông khi đổ theo các giai đoạn

Bê tông trước khi đổ phải kiểm tra độ sụt và lấy mẫu, mỗi cọc ba tổ mẫu lấy cho ba

phần, đầu, giữa và mũi cọc, mỗi tổ ba mẫu

Cốt liệu, nước và xi măng được thử mẫu, kiểm tra theo quy định cho công tác bê tông Kết quả ép mẫu kèm theo lý lịch cọc

Cần thiết lập cho từng cọc một đường cong đổ bê tông quan hệ giữa lượng thực tế

của bê tông vào cọc và thể tích hình học của cọc qua từng độ sâu khác nhau Đường cong nói trên phải có ít nhất năm điểm phân bố trên toàn bộ chiều dài cọc

Phương pháp kiểm tra khối lượng bê tông thông thường là đếm số xe chuyển bê tông đến và phiếu vận chuyển đã nhận được, có khi do thành lỗ bị sụt làm cho đường kính lỗ bị to ra nên cần phải dùng dây thường xuyên đo xem mặt bê tông

dâng lên được bao nhiêu mỗi khi đổ hết một xe bê tông

Số liệu đo được ghi chép vào sổ theo dõi, đồng thời cũng phải thường xuyên đối chiếu tương quan giữa số lượng đã vận chuyển với số lượng theo kế hoạch Nếu

thấy giữa khối lượng bê tông đã vận chuyển với khối lượng bê tông theo kế hoạch

có chênh lệch lớn thì phải kiểm tra lại: có khi là sai sót giữa số xe chuyển bê tông

với số thực tế của bê tông đã đổ xuống, cũng có khi phải xem xét về thiết bị, kỹ thuật, chất lượng quản lý ngay tại trạm trộn bê tông, hoặc kiểm tra lại thiết bị đo đếm

1.4 Kiểm tra chất lượng cọc sau thi công

Để đánh giá chất lượng cọc, ta có thể sử dụng các phương pháp không phá huỷ hoặc phá huỷ Các phương pháp không phá huỷ thường được ưu tiên sử dụng nhằm phát

hiện các khuyết tật nguy hiểm và các phương pháp phá huỷ sử dụng sau đó để đánh giá định lượng các khuyết tật nguy hiểm đó, giúp các nhà thiết kế đề xuất các biện pháp cứu chữa hợp lý

Với cọc khoan nhồi, các phương pháp không phá huỷ đánh giá chất lượng được chia thành hai nhóm: nhóm đánh giá chất lượng vật liệu thân cọc và nhóm đánh giá

sức chịu tải của cọc

1.4.1 Nhóm đánh giá chất lượng vật liệu thân cọc

Nhóm phương pháp này dùng để đánh giá độ đồng nhất về chất lượng vật liệu, phát

hiện các khuyết tật (các vết nứt, các vật thể lạ, sự thay đổi tiết diện cọc ) dọc theo thân cọc Các phương pháp thông dụng trong nhóm này là:

- Phương pháp thử động biến dạng nhỏ

- Phương pháp siêu âm

- Phương pháp đo âm dội

- Phương pháp tia gamma

1.4.2 Nhóm đánh giá sức mang tải của cọc

- Phương pháp nén tĩnh

- Phương pháp thử động biến dạng lớn

- Phương pháp thử tải trọng tĩnh Osterberg

K ết luận chương 1

Nội dung chương 1 trình bày tổng quan cọc khoan nhồi bê tông cốt thép Tác giả tóm tắt đặc điểm chính của cọc khoan nhồi bê tông cốt thép về ưu nhược điểm và

phạm vi áp dụng, các biện pháp kỹ thuật thi công đang được áp dụng tại Việt nam

hiện nay và đưa ra phân tích một số ảnh hưởng của các biện pháp đó thi công đối

với chất lượng cọc khoan nhồi Bên cạnh đó quy trình thi công cọc khoan nhồi và các phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi được đề cập

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THI CÔNG KHOAN CỌC NHỒI TRONG NỀN ĐÁ

2.1 G iải pháp thi công cọc khoan nhồi trong nền đá

2.1.1 Đặc điểm phương pháp thi công cọc khoan nhồi trong nền đá

Cọc khoan nhồi trong quá trình thi công thường hay gặp sự cố trong các công đoạn thi công khoan tạo lỗ, gia công chế tạo lồng thép, thi công bê tông Đối với cọc khoan nhồi trong vùng đá hay hang động castơ, do tính chất phức tạp của địa tầng nên quá trình thi công khoan tạo lỗ thường rất khó khăn, được xem là khác biệt cơ

bản để phân biệt với biện pháp thi công cọc khoan nhồi trên nền địa chất thông thường

Thực tế cho thấy do nhiều nguyên nhân khác nhau như: Không đánh giá hết hiện

trạng đá, hang castơ trong bước khảo sát, nhà thầu không đảm bảo trang thiết bị chuyên dùng mà thường dùng các máy móc sẵn có thông dụng, dẫn đến việc lựa

chọn biện pháp khoan tạo lỗ không phù hợp, điều này dẫn tới các sự cố trong thi công, làm chậm tiến độ khoan, hiệu quả thi công thấp, (ví dụ như công trình cầu Trạ Ang thời gian hoàn thành thi công 6 tháng/cọc, hoặc cầu Troóc tiến độ thi công 3 tháng/cọc do biện pháp thi công cọc không phù hợp)

Đối với công nghệ khoan cọc nhồi trong vùng đá cứng, hang động castơ, việc lựa

chọn công nghệ khoan tạo lỗ mang tính quyết định đến năng suất, chất lượng thi công cọc Lựa chọn công nghệ khoan tạo lỗ sẽ quyết định toàn bộ dây chuyền thiết

bị và công nghệ thi công cũng như tính khả thi của giải pháp thiết kế Việc chuẩn bị

mặt bằng và hệ thống các công trình phụ trợ phục vụ thi công cũng phụ thuộc chính vào lựa chọn công nghệ khoan tạo lỗ

Công tác khảo sát địa chất thuỷ văn hết sức quan trọng đối với công tác thiết kế Thông số khảo sát nếu đầy đủ sẽ phản ánh được, cường độ đá, tình trạng nước

ngầm, làm cơ sở cho thiết kế và thi công phân tích lựa chọn công nghệ thi công phù

hợp hạn chế được các sự cố có thể phát sinh trong quá trình thi công cọc Thực tế

tầng, dẫn tới quá trình thi công không có phương án và sự chuẩn bị phù hợp Do đó khi phát sinh các sự cố trong quá trình thi công, cả nhà thầu và Tư vấn giám sát đều lúng túng, việc giải quyết khắc phục sự cố rất vất vả

Tại một số nơi trong vùng hang động sử dụng kết cấu cọc khoan nhồi như nhà máy

xi măng Hải Phòng, quá trình khoan thăm dò địa chất ở bước thiết kế kỹ thuật đã phát hiện có hiện tượng castơ, do đó trong giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công đã chỉ định khoan thăm dò địa chất tại các tim cọc trước khi khoan cọc chính thức Đây là

một biện pháp rất hợp lý nhằm ngăn ngừa các sự cố có thể xảy ra trong quá trình thi công Việc có hình trụ lỗ khoan tại mỗi tim cọc sẽ cho phép đơn vị thiết kế và thi công lựa chọn được biện pháp thi công tốt nhất, phù hợp nhất với địa chất thực tế

dựa trên cơ sở phân loại đá, phân loại hang castơ chết hoặc hang castơ sống (bảng 2.1 phân cấp đá theo cường độ kháng nén)

Bảng 2.1 Phân cấp đá theo cường độ kháng nén: TCVN 11676 : 2016

Cấp đá Cường độ kháng nén một trục (Rn) (mẫu đá ở trạng thái khô)

2.1 2 Thiết bị công nghệ thi công khoan tạo lỗ

2.1.2.1 Máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay dạng cột buồm

Máy khoan cọc nhồi kiểu gầu đào: khi làm việc, gầu đào xoay tròn theo cần khoan,

cắt đất, nhồi đầy vào gầu đào, sau đó đất trong gầu đào được đưa lên cùng với gầu đào nhờ việc rút cần khoan lên

Cột buồm dạng chống chấn, thông qua kỹ thuật rung cộng hưởng tối ưu hóa tính năng vận hành ổn định cho thiết bị, có khả năng chống lực, chống cong và giảm

chấn Lực ép đầu bò lớn, sử dụng hệ thống bôi trơn hiệu suất cao, đảm bảo cho thiết

bị thi công trong môi trường nhiệt độ cao

Có thể chọn kết hợp tính năng bỏ đất, đáp ứng đầy đủ yêu cầu cho nhiều loại hình thi công đa dạng

Có thể dựa trên địa chất các tầng đất đá để cài đặt chế độ khoan đá khác nhau

- Ưu điểm: thi công nhanh, việc kiểm tra chất lượng thuận tiện rõ ràng, bảo đảm vệ sinh môi trường Ít ảnh hưởng đến công trình xung quanh

- Nhược điểm: thiết bị chuyên dụng, giá đắt, giá thành cọc cao, quy trình công nghệ

phải tuân thủ chặt chẽ, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và công nhân phải lành nghề và có ý

thức công nghiệp và kỷ luật cao

Do phương pháp này khoan nhanh hơn và chất lượng đảm bảo hơn nên ở Việt Nam

hiện nay chủ yếu sử dụng phương pháp khoan này

Đối với các dòng máy chuẩn như BAUER thì máy khoan cọc nhồi có nhiều loại nhưng phổ biến ở Việt Nam đang sử dụng là máy khoan cột buồm, dòng máy này khoan cho chất lượng cọc khoan nhồi tốt, khoan được những cọc lớn mà máy khoan

chế không khoan được, và có thể khoan đá ở cường độ rắn cao

Cần khoan làm bằng thép gồm ba đến năm đoạn lồng vào nhau như cột ăng ten, chiều dài cần từ 12 m đến 18 m Khi khoan các đoạn phía trong tự thò ra cho đến khi ra hết cả năm đoạn, chiều sâu khoan từ 30 m cho đến 100 m Cần khoan bao

gồm hai loại là cần ma sát và cần khóa Đối với từng loại địa chất mà sử dụng các

loại cần này

Gầu khoan hình thùng phuy có đường kính các loại từ 600 mm đến 3.000 mm hoặc

có thể hơn nữa Thương hiệu máy khoan cọc nhồi BAUER đã khẳng định được chất lượng và thương hiệu tại Việt Nam khi khoan các công trình dự án lớn như nhiệt điện Vũng Áng, Dự án Đường cao tốc Hà Nội - Lào Cai, Tòa nhà Khách sạn Dầu khí, cầu Tân Vũ- Lạch Huyện với đường kính khoan 2,5m sâu 80m

Phù hợp với các điều kiện làm việc sau:

Các cọc khoan nhồi có dùng ống vách casing lắp casing bằng đầu bò hoặc thiết bị tùy chọn lắp bởi bộ lắc thủy lực

Các cọc khoan mà không dùng ống vách casing của Bauer được được gia cố ổn định bằng các dung dịch khoan

Các cọc khoan với mũi khoan ruột gà có hoặc không có đoạn nối thêm cần kelly

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật một số loại máy khoan BAUER

Hình 2.1 Máy khoan Bauer

Máy khoan cọc nhồi thủy lực sản xuất bởi hãng SOILMEC và được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng sau đây:

- Ống vách cọc nhồi với định hướng khoan trực tiếp hoặc ép ống vách bằng lực rung

- Cọc khoan nhồi sâu, ổn định với khoan trên cạn hoặc khoan dưới nước

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật một số loại máy khoan SOILMEC

Thông số kỹ thuật Đơn vị R-515 SR-60C R-625 SR-80C

Hình 2.2 Máy khoan SOILMEC

Máy khoan được thiết kế khoan đá không vượt quá 100Mpa, kỹ thuật tăng áp cho

tời, giúp tăng khả năng ép và lực nhấc đầu khoan lên gấp đôi, nâng cao khả năng khoan đá cứng

Kỹ thuật tự động xung áp phá đá tiên tiến hàng đầu thế giới, thông qua việc đưa một

lực ép thích hợp vào tầng đá cứng theo chu kỳ để phá vỡ đá cứng, nâng cao hiệu

suất khoan đá, cuối cùng thực hiện chế độ “Khoan tự động”

Gầu khoan dành cho các lớp địa chất có xuất hiện hang Castơ, với chiều cao của

gầu 3,5m đảm bảo cho mỗi lần khoan với chiều sâu nhỏ hơn 3m được thẳng đứng, không xảy ra hiện tượng lỗ khoan bị xiên và hạn chế tối đa các sự cố đối với cần

Kelly bar

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật một số loại máy khoan SANY

Thông số kỹ thuật Đơn vị SR200I

II

SR360 RC8

SR285 RC8 SR250 Đường kính khoan lớn

Gầu khoan hang Castơ

Gầu khoan đá Hình 2.3 Máy khoan SANY

2.1.2.2 Máy khoan tuần hoàn ngược RCD

Máy khoan cọc nhồi kiểu bơm tuần hoàn nghịch: lưỡi cắt đất dạng chân vịt tàu thủy (tức là dạng cánh quạt) khoan vào trong đất nhờ gắn vào đầu cần khoan, là các đường ống bơm, xoay tròn Sau khi đất đã được làm tơi nhỏ thành mùn khoan, máy bơm hút công suất lớn, sẽ bơm lên trên mặt đất cùng với dung dịch giữ thành hố đào qua đường cần khoan

- Ưu điểm: giá thành thiết bị rẻ thi công đơn giản, hạ giá thành thi công công trình

- Nhược điểm: tốc độ khoan chậm, chất lượng và độ tin cậy chưa cao

Bảng 2.5 Máy khoan tuần hoàn dạng mâm xoay của Trung Quốc

Tuần hoàn thuận

Tuần hoàn thuận nghịch

Tuần hoàn thuận nghịch

Tuần hoàn thuận nghịch Cách tăng lực khi

Trọng lưọng bản thân

Trọng lượng bản thân

-

Công suất dẫn

Hình 2.4 Máy khoan tuần hoàn dạng mâm xoay

Hình 2.5 Máy khoan đập cáp CK-2000 (Trung Quốc)

Bảng: 2.6 Thông số kỹ thuật các loại máy khoan đập cáp Đặc tính kỹ thuật CK 900 CK 1500 CK 2000 CK 2500 Đường kính lỗ khoan

- Ưu điểm: giá thành rẻ, vận hành thi công đơn giản

- Nhược điểm: hay xảy ra sự cố đứt cáp, rơi búa đập

2.1.3 Các phương pháp sử dụng ở Việt Nam và tham khảo trên thế giới

Trên thế giới có rất nhiều thiết bị và công nghệ thi công cọc khoan nhồi, tuỳ theo đặc điểm cấu trúc đất nền và nước dưới đất để lựa chọn phương pháp khoan Hiện nay có ba phương pháp thi công thường được áp dụng là:

- Cọc khoan nhồi theo phương pháp khoan khô

- Cọc khoan nhồi có sử dụng ống vách

- Cọc khoan nhồi không dùng ống vách

Cọc khoan nhồi sử dụng công nghệ khoan khô thích hợp cho đất đá nằm trên mực nước ngầm, các loại đất đá này không bị bở rời và sập lở khi khoan tạo lỗ tới độ sâu thiết kế Biện pháp này thích hợp cho cấu trúc nền đất sét cứng phân bố đồng nhất,

Công nghệ khoan khô được sử dụng sẽ dễ dàng kiểm tra mức độ làm sạch đáy lỗ khoan và chất lượng đổ bê tông thành cọc Tuy nhiên với biện pháp công nghệ này cũng cần đặc biệt chú ý kiểm tra độ nhạy của đất sét do khi đất sét quá cố kết, có thể

nở ra do hút ẩm từ vữa bê tông, điều này không những làm mềm thành hố khoan mà còn làm giảm chất lượng bê tông cọc, độ bền của đất sét cũng bị giảm theo thời gian

Cọc khoan nhồi có sử dụng ống vách thường được sử dụng khi thi công những cọc

nằm kề sát với công trình có sẵn hoặc do những điều kiện địa chất đặc biệt như cho các công trình cầu, thi công dưới nước Cọc khoan nhồi có dùng ống vách thép rất thuận lợi cho thi công vì hạn chế sự cố sập thành hố khoan, bê tông ít bị lẫn tạp chất

bẩn vì không phải sử dụng dung dịch Bentonite, chất lượng cọc thường cao hơn so

với khi không sử dụng ống vách

Nhược điểm của phương pháp này là thiết bị máy móc thi công lớn, cồng kềnh, quá trình thi công gây rung và tạo tiếng ồn lớn, khó thi công đối với những cọc có chiều dài lớn trên 30m

Thi công cọc khoan nhồi không sử dụng ống vách là công nghệ thi công phổ biến

Ưu điểm của phương pháp này là thi công nhanh, đảm bảo vệ sinh môi trường và ít ảnh hưởng đến các công trình xung quanh

Biện pháp này thích hợp với loại đất sét mềm, nửa cứng nửa mềm, đất cát mịn, cát thô hoặc có lẫn sỏi cỡ hạt từ 20-100mm

Có hai phương pháp thi công cọc khoan nhồi không sử dụng ống vách, đó là:

Máy đào sử dụng guồng xoắn để phá đất, dung dịch Bentonite được bơm xuống hố

để giữ vách hố đào Mùn khoan và dung dịch được máy bơm và máy nén khí đẩy từ đáy hố khoan lên, đưa vào bể lắng để lọc tách dung dịch Bentonite tái sử dụng Công việc đặt cốt thép và đổ bê tông tiến hành bình thường

- Ưu điểm: Chi phí thiết bị rẻ, thi công đơn giản, hạ giá thành

- Nhược điểm: Tốc độ khoan chậm, chất lượng và độ tin cậy chưa cao

Gầu khoan thường có dạng thùng xoay cắt đất và đưa ra ngoài Cần gầu khoan có

dạng ăng ten, thường là ba đến năm đoạn truyền được chuyển động xoay từ máy đào xuống gầu nhờ hệ thống rãnh

Vách hố khoan được giữ ổn đình nhờ dung dịch Bentonite Quá trình tạo lỗ được

thực hiện trong dung dịch Bentonite Trong quá trình khoan có thể thay các gầu khác nhau để phù hợp với nền đất đào và để khắc phục các dị tật trong lòng đất

- Ưu điểm: Thi công nhanh, việc kiểm tra chất lượng dễ dàng thuận tiện, đảm bảo

vệ sinh môi trường và ít ảnh hưởng đến các công trình lân cận

- Nhược điểm: Phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng giá chi phí lớn, giá thành thi công cọc cao

Ngoài ra, phương pháp này còn đòi hỏi quy trình công nghệ rất chặt chẽ, cán bộ kỹ thuật và công nhân phải thành thạo, có ý thức tổ chức kỷ luật cao

Do tốc độ khoan nhanh và chất lượng đảm bảo hơn so với các biện pháp khác, nên

hiện nay các công trình sử dụng cọc khoan nhồi ở Việt Nam chủ yếu sử dụng biện pháp này bằng các thiết bị máy móc của Đức (Bauer), Italia (SoilMec)

2.2 Các sự cố và khuyết tật của cọc khoan nhồi trong nền đá thường gặp

Khái niệm sự cố: Là những hiện tượng khác thường xảy ra ngoài dự tính của đơn vị thiết kế cũng như của đơn vị thi công, dẫn đến những hậu quả làm hư hỏng cọc,

giảm sức chịu tải của cọc Mức độ hư hỏng có thể từ nhỏ đến lớn và có thể sửa chữa được hoặc không thể mà phải thay thế bằng cọc khác

Xuất phát từ đặc điểm công nghệ thi công cọc khoan nhồi là khoan tạo lỗ trước trong nền đất, giữ ổn định vách hố khoan bằng ống vách hoặc, dung dịch bentonite,