Bài giảng Kỹ thuật thi công (Phần 1: Công tác thi công đất): Chương 5 - Lương Hòa Hiệp

Bài giảng môn Kỹ thuật thi công (Phần 1: Công tác thi công đất) - Chương 5: Thi công cọc và cừ cung cấp cho người học các kiến thức: Các loại cọc và cừ, các loại cọc của móng cọc, thiết bị thi công móng cọc. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

HUTECH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM

KHOA XÂY DỰNGChương 5: (6 tiết)

GV LƯƠNG TOÀN HiỆP

I Cọc dùng gia cố nền đất

1 Cọc tre – cừ tràm:

Được sử dụng những vùng đất luôn luôn ẩm ướt, ngập

nước (cọc tre, cừ tràm làm việc tốt trong khoảng 50 – 60

năm hay lâu hơn, nếu trong môi trường ẩm ướt và ngược

lại sẽ nhanh chóng mục nát, nếu trong môi trường đất khô

ướt thất thường)

HUTECH

Đặc điểm và yêu cầu của cọc tre

 Tre làmcọc phải là tre già (trên 2năm tuổi)

 Tre phải thẳng và tươi (không cong vênh quá 1cm / 1m

chiều dài)

 Tre làm cọc nên dùng tre đặc, nếu sử dụng tre rỗng thì

độ dày tối thiểu của ống tre từ 10– 15mm (khoảng trống

trong ruột tre càng nhỏ càng tốt).

 Chiều dài mỗi cọc tre từ 2 – 3m và có đường kính từ

HUTECH

Đặc điểm và yêu cầu của cừ tràm

 Với cừ dài 4 - 5m, đường kính gốc 10 - 12cm, ngọn 6

-8cm và mật độ 25 cây/m² thì sức chịu tải của đất đạt từ

0,6 - 0,9 kg/cm²

 Cần thiết phải đóng cừ rộng ra ngoài diện tích móng, mỗi

cạnh từ 0,1 - 0,2m để tăng sức chống cắt của cung

trượt

 Một thói quen cần tránh khi thi công là lấy cát phủ lên

đầu cừsau khiđóng

Việc tính toán móng trên nền có cừ tràm cũng có thể

mang lại một số hiệu quả đáng kể:

 Tận dụng được vật liệu địa phương

 Thíchhợp cho công trình xây chen

 Cóđủ khả năng chịu tải trọng của

công trìnhtừ 3 đến 5 tầng

HUTECH

2 Cọc gỗ:

Phạm vi áp dụng

 Được sử dụng chủ yếu trong gia cố nền móng những

công trình có tải trọng truyền xuống không lớn lắm

hoặc trong các công trình phụ tạm

 Được sử dụng ở những vùng đất luôn luôn ẩm ướt,

ngập nước

3 Cọc xi măng đất – xi măng cát

 Được phát triển từ các ứng dụng của cọc vôi đất từ

những năm 1960 ở Thụy Điển và ở Liên xô cũ Nhật

bản là nước phát triển phương pháp này đầu tiên trên

thế giới

 Để tạo cọc đất xi măng người ta dùng thiết bị khoan

đĩa xoắn vào trong đất với độ sâu tương ứng với

HUTECH

 Tácdụng hóa lý giữa vật liệu gia cố và đất xảy ra, quá

trình rắn chắc của đất phát triển theo thời gian và tạo

thành cáccọc có sức chịu tải xác định

 Cọc đất xi măng có tiết diện tròn, đường kính thường

là 60cm,độ dài có thể đến 25m

 Cọc đất xi măng thích hợp để gia cố nền đường, móng

các bồn chứa, các công trình dân dụng có tải trọng

khônglớn, các nhà từ 3 – 5 tầng ở các vùng đất yếu

Các ứng dụng chủ yếu trong xây dựng:

-Ổn định thành hố đào

- Làmtường vây để xây dựng các công trình ngầm

- Gia cố nền đất yếu để giảm độ lún và lún lệch cho công

trình

-Tăng khả năng chống trượt của mái dốc, triền dốc

-Tăng cường độ chịu tải của đất nền, bờ sông, biển

-Ngăn sự hóa mềm để chống lún, lệch, trồi đất, thẩm thấu

mực nước ngầm

-Cọc chịu tải của nhà xưởng, nhà cao tầng

HUTECH

Dự án cải tạo kênh Tân Hóa – Lò Gốm

Thi công cọc xi măng đất

Dự án cải tạo kênh Tân Hóa – Lò Gốm

Thí nghiệm lấy mẫu cọc xi măng đất

Bước 2: Bắt đầu khoan vào đất, quá trình mũi khoan đi

xuống đến độ sâu theo qui định thiết kế

Bước 3:Bắt đầu bơm vữa theo qui định và trộn đều, tốc độ

mũi khoan đi xuống:0,5m-0.7m/phút

Các bước cơ bản thi công cọc xi măng đất

HUTECH

Bước 5: Khi đến độ sâu mũi cọc, dừng khoan và dừng

bơm vữa và tiến hành quay mũi ngược lại và rút cần

khoan lên, quá trình rút lên kết hợp trộn đều 1 lần và nén

chặt vữa trong lòng cọc, nhờ vào cấu tạo mũi khoan Tốc

độ rút cần khoan lên trung bình:0.8m-1.2m/phút

Bước 6: Sau khi mũi khoan được rút lên khỏi miệng hố

khoan, 01 cây cọc vữa được hoàn thành Thực hiện công

tácdọn dẹp phần phôi vữa rơi vãi ở hố khoan, chuyển máy

không cho đất vào bên trong ống

 Sau khi đóng xong thì đổ bê tông vào trong ống để làm

tăng khả năng sử dụng của cọc

HUTECH

b) Cọc ống thép lớn:

Cọc ống thép nhồi bê tông, hiện đang được sử dụng

rộng rãi tại một số nước trên thế giới, dùng để thi công

các công trình có số lượng tầng hầm lớn, phù hợp cho

biện pháp thi công TopdownhayBottum - Up.

 Cọc nhồi BTCT có tiết diện tròn, đường kính 600, 800,

1000, 1200, 1500, 1800 …3000

 Chiều dài cọc có thể đến 70m

 Sức chịu tải lớn có thể lên đến hàng ngàn tấn

 Được sử dụng công trình nhiều tầng, móng trụ cầu …

có gió bãolớn và gió xoáy.

 Có những loại cọc vít lớn, sức chịu tải đến

1000T,ống cọc được lấp kín bằng bê tông

 Chiều dài của mỗi đoạn cọc từ 6 – 11.7m, cọc của các

công trìnhcảng dài tới25mhayhơn nữa

 Chiều dài và tiết diện của cọc bị giới hạn bởi công suất

cácthiết bị , phương tiện vận chuyển và đóng cọc

 Ngoài ra, chiều dài và tiết diện của cọc còn có sự

tương quan với nhau

HUTECH

4 Cọc bê tông cốt thép ứng suất trước.

 Ứng suất trước làm cho cấu kiện cọc có thể chịu được

ứng suất kéo trong suốt quá trình chuyên chở và dưới

cácđiều kiện làm việc bình thường

 Cọc bê tông ứng suất trước có tính ưu việt ở khả năng

chịu cắt và chịu uốn cao, độ bền lớn và có tính kinh tế

sovới loại cọc khác

HUTECH

a) Ƣu nhƣợc điểm của cọc dự ứng lực

 Ƣu điểm: Khả năng chịu cắt và chống uốn cao, có độ bền

lớn, đặc biệt có khả năng chịu kéo và tránh gây nứt cọc

 Nhƣợc điểm:

 Dosử dụng bê tông và cốt thép cường độ cao nên chi

phívề vất liệu sẽ tốn hơn cọc thường cùng tiết diện

Kỹ thuật chế tạo phức tạp hơn, đòi hỏi đội ngũ kỹ thuật

HUTECH

b) Mối nối và vấn đề liên kết các đoạn trong cọc UST.

 Phương pháp dùng các thanh thép có đường kính lớn:

sử dụng các thanh thép được đúc trên đầu cọc khi cọc

đã được đóng tới vị trí thiết kế, thanh thép được đặt

vào các vị trí có lỗ trống đã chế tạo sẵn hoặc khoan

trên đầu cọc sau đó được phụt vữa liên kết sau khi đổ

vữa việc liên kết cọc vào đài thực hiện theo cách thông

thường

 Việc nối 2 đoạn cọc USTphức tạp hơn rất nhiều so với

cọc thường Hiện nay ở Việt nam hay sử dụng liên kết

hànmặt bích để nối các đoạn cọc

HUTECH

c) Một số tiêu chuẩn thiết kế và chế tạo cọc UST.

 Tiêu chuẩn chế tạo cọc UST theo TCVN 7888-2008

“ CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC ”

 Tiêu chuẩn thiết kế, hiện nay cọc UST được tính

toán phổ biến nhất theo ACI 318-95.

c) Phân loại cọc theo TCVN 7888-2008.

 Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thường (PC) là cọc

bê tông ly tâm ứng lực trước được sản xuất bằng

phương pháp quay li tâm,cócấp độ bền ≥ B40

 Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cường độ cao (PHC)

là cọc bê tông ly tâm ứng lực trước được sản xuất

bằng phương pháp quay li tâm,cócấp độ bền ≥ B60

 Cọc PC - PHC được phân thành 3 cấp A, B và C theo

giátrịmômenuốn nứtvàứng suất hữu hiệu tính toán

Sinh viên tự nghiên cứu TCVN 7888-2008 và ACI 318 - 95

cạnh dài từ 2 – 6m, chiều sâu có thể đến 60m.

 Cọc barette có thể thi công theo tiết diện bất kì, sức

chịu tải của cọc rất lớn, được sử dụng trong các nhà

nhiều tầng có chiều cao và tải trọng lớn

 Cọc barette còn được nối với nhau tạo thành bức

tường liên tục có khả năng cách nước, được dùng là

tường công trình ngầm, tường chắn rất hiệu quả

B THIẾT BỊ THI CÔNG CỌC VÀ CỪ

I Búa đóng cọc Diesel

Búa diesel kiểu ống dẫn:

Piston là vật nặng rơi trong

ống dẫn hướng (xilanh) để

tạo ra lực đóng cọc

a Búa diezen đơn động

Động cơ diezen khi nổ sẽ nâng chày lên cao và rơi

xuống đập vào cọc dưới trọng lượng bản thân chày Trọng

lượng chày có thể tới 2500kg, tốc độ đóng chậm nên năng

suất đóng cọc không cao Có thể đóng được những cọc

BTCT có kích thước cạnh đến 45cm

b Búa diezen song động

+Hoạt động theo nguyên lý động cơ nổ hai thì, động cơ

diezen khi nổ sẽ nâng chày lên và ép chày khi rơi

xuống

+Trọng lượng chày từ 140 ÷ 2500kg

+Số nhát đóng trong một phút 45 ÷ 100 nhát

+Được sử dụng để đóng những cọc gỗ, cọc thép, cọc bê

tông cốt thép loại nhỏ, cọc ống có đường kính nhỏ hơn

hoặc bằng 45cm và các loại ván dài không quá 8m

HUTECH

Nhƣợc điểm của búa diezen:

Năng lượng nhát búa tiêu hao

đến 50 ÷ 60% Vào việc nén ép

lớp không khí, hay bị câm

(không nổ được) khi đóng

những cọc mãnh xuống đất

mềm

c Nguyên lý hoạt động

Giai đoạn 1: Khởi động búa

Dùng móc kéo piston lên cao,

không khí nạp vào xi lanh qua

lỗ, rãnh sẽ điều khiển bơm

dầu vào lõm với áp suất

khoảng 1,5 đến 2 kG/cm

HUTECH

Giai đoạn 2 : Piston rơi và nén không khí

Piston rơi xuống đóng kín lỗ thoát nạp khí thì không khí

trong xilanh bắt đầu được nén, áp suất và nhiệt độ tăng,

vào cuối hành trình, áp suất khoảng 30 kG/cm2, nhiệt độ

khoảng 600C Khiphần lồi trên piston va đập vào phần lõm

trên đế búa thì truyền lực đóng cọc, đồng thời làm cho dầu

văng tung toé thành những hạt nhỏ

Giai đoạn 3: Hỗn hợp nhiên liệu cháy và giãn nở sinh công

Dầu diesel ở trạng thái những hạt nhỏ hoà trộn với không

khí ở nhiệt độ và áp suất cao sẽ tự bốc cháy, áp suất và

nhiệt độ trong xilanh tăng nhanh Một phần áp lực khí cháy

sẽ đẩy piston lên cao, phần còn lại tác dụng lên đế búa và

truyền xuống cọc

HUTECH

Giai đoạn 4: thải khí cháy, nạp khí mới, điều khiển bơm dầu

Khi pistonvăng lên đi qua lỗ thoát nạp khí thì khí cháy thoát

nhanh ra ngoài, piston tiếp tục đi lên theo quán tính lại hút

không khí vào xilanh, rãnh trên piston lại điều khiển bơm

bơm dầu vào lõm Vận tốc piston giảm dần đến không rồi rơi

xuống tiếp tục một chu kỳ khác

Muốn cho búa dừng thì giật dây điều khiển cho bơm dầu

ngừng hoạt động

Với nguyên lý hoạt động nhƣ trên, trong một chu kỳ có

hai thành phần lực tác dụng lên cọc: lực động do piston

va đập vào đế búa và lực do hỗn hợp khí cháy giãn nở

sinh công.

HUTECH

d Sơ đồ đóng cọc

 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 hàngcọc

HUTECH

Sơ đồ ruộng cọc: Áp dụng khi đóng những cọc dưới

móng bè hay cọc để gia cố nền Khi đóng ta đóng từ giữa

ra Khi ruộng cọc lớn thì có thể phân ra thành các khu, mỗi

khucọc sẽ đóng theo từng nhóm một

e Chọn búa đóng cọc

 Xác định năng lượng xung kích của búa bằng công thức:

Trongđó:

 E: Năng lượng xung kích của búa (được cho

trong tínhnăng kỹ thuật của búa

 E: Năng lượng xung kích của búa (được cho trong

tínhnăng kỹ thuật của búa

 P:Tải trọng cho phép của cọc (T)

Kiểm tra lại bằng công thức:

Trongđó:

 K:Hệ số chỉ sự thích dụng của búa

 Q:Trọng lượng tổng công của búa

 q:Trọng lượng của cọc (kg)

HUTECH

Hệ số K phải nằm trong bảng trị số sau:

 Nếu K nhỏ hơn các giá trị trên là búa không đủ

nặng, hiệu quả đóng sẽ kém

 Nếu K lớn hơn là búa quá nặng so với cọc

Gỗ Thép BTCT

II Thi công ép cọc

HUTECH

1 Thiết bị ép tải loại hệ dầm thép hình

 Dàn éptải đang được sử dụng ở Việt Nam có sức ép từ

60đến 600 tấn

 Máy cóthể ép cọc cách công trình cũ 40 - 60cm

 Máy ép cọc gồm các bộ phận: Bệ máy, kích thủy lực,

khungdẫn hướng và đối trọng

+ Bệ máy được sản xuất từ thép hình chữ I, U

+ Khung dẫn được sản xuất từ thép hình và có cấu tạo

ống lồng: Phần bên ngoài cố định, phần trong di động

lênxuống trong quá trình ép cọc

HUTECH

HUTECH

HUTECH

HUTECH

HUTECH

HUTECH

HUTECH

HUTECH

HUTECH

?

HUTECH

HUTECH

2 Thiết bị ép cọc tự hành (robot)

 Ép cọc bê tông bằng máy robot, chi phí cao nhưng có

thể nói rất hiệu quả Ép cọc robot đang được sử dụng ở

những công trình lớn,những công trình nhỏ, vừa, đa số

người ta vẫn sử dụng biện pháp ép dàn cơ

 Có thể chi phí ép cọc sử dụng robot tự hành rất cao,

nhưng hiệu quả kinh tế nó mang lại rất rõ rệt, có thể ép

HUTECH

III Thi công cọc khoan nhồi

Cọc khoan nhồi là một trong những giải pháp móng

được áp dụng rộng rãi trong xây dựng nhà cao tầng

ở trên thế giới và ở Việt Nam Chúng thường được

thiết kế để mang tải lớn nên chất lượng của cọc luôn

luôn là vấn đề được quan tâm nhất Khâu quan trọng

nhất để quyết định chất lượng của cọc là khâu thi

công , nó bao gồm cả kỹ thuật, thiết bị, năng lực của

đơn vị thi công, sự nghiêm túc thực hiên qui trình

công nghệ chặt chẽ, kinh nghiệm xử lý khi gặp các

trường hợp cụ thể.

HUTECH

- Cọc khoan nhồi là cọc mà lỗ cọc được thi công bằng phương

pháp khoan khác nhau: khoan gầu, khoan rửa ngược

- Cọc khoan nhồi mở rộng đáy: là cọc khoan nhồi có đường

kính đáy cọc được mở rộng lớn hơn đường kính thân cọc Sức

mang tải của cọc này sẽ tăng lên chừng 5- 10% do tăng sức

mangtải dưới mũi

HUTECH

1 Thiết bị máy khoan cọc nhồi

a) Máy khoan xoắn ruột gà.

 Dùng để khoan sâu đến hàng trăm mét với đường kính

lỗ khoan đến 2m xuống đất và đá cứng

 Khi khoan dùng xi – lanh điều chỉnh vá ấn định hướng

đường tâm lỗ khoan, cho mũi khoan ruột gà quay tời thả

cáp hạ mũi khoan xuống dần Tới độ sâu cần thiết thì

cuộn cáp nâng dần ruột gà lên

HUTECH

b) Máy khoan kiểu thùng đào.

Tạo lỗ cọc bằng thiết bị khoan thùng đào

Tạo lỗ cọc bằng thiết bị đào gầu tròn

Loại này mũi khoan hay còn được gọi là đầu cắt được

truyền động từ bộ dẫn động cơ khí hay động cơ thủy lực

Đầu cắt sẽ quay tròn 360 độ liên tục nên tốc độ quay

HUTECH

HUTECH

c) Phương pháp thi công cọc khoan nhồi

Trên thế giới có rất nhiều công nghệ và các loại thiết bị

thi công cọc khoan nhồi khác nhau Ở Việt nam hiện nay

chủ yếu là sử dụng 3 phương pháp khoan cọc nhồi với các

loại thiết bị và quy trình khoan khác nhau như sau:

Phương pháp khoan dùng ống vách.

Phương pháp khoan thổi rửa (còn gọi là phương

HUTECH

Phương pháp khoan dùng ống vách

Xuất hiện từ trập niên 60~70 của thế kỷ này ống vách

được hạ xuống và nâng lên bằng cách vừa xoay vừa

rung Trong phương pháp này không cần dùng đến dung

dịch bentonite để giữ vách hố khoan Đất trong lòng ống

váchđược lấy ra bằng gầu ngoạm

Việc đặt cốt thép và đổ bê tông được tiến hành hình

thường

HUTECH

-Ưu điểm: không cần đến dung dịch benlonitc, công

trường sạch, chất lượng cọc đảm bảo

- Nhược điểm: khó làm được cọc đến 30m, máy cồng

kềnh, khi làm việc gây chấn động rung lớn, khó sử dụng

choviệc xây chen trong thành phố

Phương pháp khoan thổi rửa (hay phản tuần hoàn)

Xuất hiện đã lâu và hiện nay vẫn được sử dụng

rộng rãi ở Trung Quốc Tại Việt Nam một số đơn vị xây

dựng liên doanh với Trung Quốc vẫn sử dụng trong công

nghệ khoan này Máy đào sử dụng guồng xoắn để phá

đất dung dịch bentonite được bơm xuống để giữ vách hố

đào Mùn khoan và dung dịch được máy bơm và máy nén

HUTECH

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

- Nhược điểm: Khoan chậm chất lượng và độ tin cậy

chưa cao

Phương pháp khoan gầu

Trong công nghệ khoan này gầu khoan thường ở

dạng thùng xoay cắt đất và đưa ra ngoài, cần gầu khoan

có dạng ăng ten thường là 3 đoạn truyền được chuyển

động xoay từ máy dài xuống gầu đào nhờ hệ thống rãnh

HUTECH

 Váchhố khoan được giữ ổn định bằng dung địch betonite

Quá trình tạo lỗ được thực hiện trong dung dịch sét

bentonite

 Dungdịch sét bentonite được thu hồi lọc và tái sử dụng

vừa đảm bảo vệ sinh và giảm khối lượng chuyên chở

HUTECH

HUTECH

HUTECH

- 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.

III Thi công Cọc Barette

HUTECH

HUTECH

Cọc barrette mới được du nhập vào nước ta và

công nghệ này còn khá mới mẻ, hiện tại chưa có

nhiều công ty xây dựng áp dụng được công nghệ

này Thực chất là một loại cọc nhồi bê tông , nhưng

khác cọc khoan nhồi về hình dạng tiết diện, và

phương pháp tạo lỗ: tạo lỗ bằng máy đào để đào đất

hoặc các phương pháp khác chứ không chỉ dùng

phương pháp khoan bằng máy khoan Tiết diện cọc

nhồi là hình tròn còn barrette là chữ nhật , chữ thập,

chữ I, chữ H…và được tạo lỗ bằng gầu ngoạm.

Cọc barrette có sức chịu tải lớn hơn nhiều so với

cọc nhồi (có thể lên hơn 1000T) nên dùng cho những

công trình có tải trọng dưới móng rất lớn.

Móng barrette thường sử dụng khi kết hợp làm

tường vây và thường dùng cho loại nhà có 2 tầng

hầm trở lên tuy nhiên giá thành thi công loại móng

này thường đắt hơn nhiều (do công nghệ thi công) so

với dùng cọc khoan nhồi.