Bài giảng Kỹ thuật thi công 1 được biên soạn bám sát theo các tiêu chuẩn quốc gia mới nhất và kinh nghiệm thi công của nhóm tác giả. Nội dung chính của bài giảng gồm các phần: công tác đất, thi công Cọc và cừ, gia cố nền móng và thi công bê tông cốt thép toàn khối.
ĐẠI CƯƠNG VỀ KỸ THUẬT THI CÔNG 1
Một số vấn đề chung trong xây dựng
1.1.1 Khái niệm về xây dựng
Xây dựng là quy trình thiết kế và thi công cơ sở hạ tầng, nhằm đổi mới và tái sản xuất cũng như mở rộng tài sản cố định của nền kinh tế quốc dân thông qua việc xây dựng mới, khôi phục và mở rộng các công trình.
Công trình xây dựng là sản phẩm hình thành từ sức lao động của con người, sử dụng vật liệu và thiết bị lắp đặt, được định vị với đất và bao gồm các phần dưới mặt đất, trên mặt đất, dưới mặt nước và trên mặt nước Các loại công trình này bao gồm công trình công cộng, nhà ở, công nghiệp, giao thông, thủy lợi, năng lượng và nhiều loại công trình khác, được xây dựng theo thiết kế cụ thể.
Hình 1.1 Tổ hợp xây dựng nhà máy Vinfast
1.1.2 Vai trò của ngành công nghiệp xây dựng trong nền kinh tế quốc dân
Ngành công nghiệp xây dựng là một lĩnh vực sản xuất hàng hóa đầu tư, đặc trưng bởi việc tạo ra các sản phẩm xây dựng độc đáo tại những địa điểm cụ thể, phục vụ cho từng nhóm khách hàng khác nhau Khác với sản xuất hàng loạt, xây dựng tập trung vào việc đáp ứng nhu cầu riêng biệt của từng dự án.
Ngành công nghiệp xây dựng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân nhờ ba đặc thù chính: quy mô lớn nhất, cung cấp hàng hóa đầu tư chủ yếu và Chính phủ là khách hàng chính Tại Việt Nam, ngành xây dựng là lĩnh vực sản xuất vật chất lớn nhất, liên quan đến nhiều lĩnh vực xã hội Theo thống kê năm 2017, ngành công nghiệp và xây dựng chiếm 33,34% tổng sản phẩm nội địa, trong khi ở các nước phát triển, tỷ lệ này dao động từ 6 - 9% Xây dựng cơ bản có vai trò then chốt trong sự phát triển kinh tế xã hội của đất nước.
Xây dựng cơ bản đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng lực sản xuất và phục vụ cho các ngành của nền kinh tế quốc dân Tất cả các lĩnh vực kinh tế đều phụ thuộc vào sự phát triển của xây dựng cơ bản để có thể tiến bộ và phát triển bền vững.
Xây dựng cơ bản cần đảm bảo tỷ lệ, cân đối và hợp lý trong sản xuất để thúc đẩy sự phát triển kinh tế giữa các ngành, khu vực và vùng kinh tế Điều này góp phần xóa bỏ dần sự chênh lệch giữa thành thị và nông thôn, cũng như giữa miền núi và miền xuôi trong quá trình phát triển kinh tế của đất nước.
Xây dựng có vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và hiệu quả các hoạt động xã hội, dân sinh và quốc phòng Đầu tư vào các công trình xã hội, dịch vụ và cơ sở hạ tầng hiện đại không chỉ cải thiện đời sống vật chất mà còn nâng cao đời sống tinh thần của người dân trong xã hội.
Ngành công nghiệp xây dựng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, quyết định quy mô và trình độ kỹ thuật của xã hội và đất nước Nó là yếu tố then chốt trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong giai đoạn hiện nay Tóm lại, công nghiệp xây dựng là công cụ điều hành thiết yếu của nền kinh tế.
1.2 Đặc điểm của hoạt động xây dựng
Hoạt động xây dựng bao gồm các giai đoạn quan trọng như lập kế hoạch, thiết kế, lập dự toán và thi công, cho đến khi dự án hoàn thành và sẵn sàng đưa vào sử dụng.
Mặc dù thường được xem là hoạt động riêng lẻ, quản lý dự án thực sự là sự kết hợp của nhiều yếu tố Nhà quản lý dự án đóng vai trò quan trọng trong việc điều phối công việc, trong khi các nhà thầu, kỹ sư tư vấn thiết kế, kỹ sư thi công, kiến trúc sư và tư vấn giám sát chịu trách nhiệm thực hiện và giám sát các hoạt động Để đạt được thành công, dự án cần một kế hoạch xây dựng hiệu quả, bao gồm thiết kế và thi công phù hợp với địa điểm và ngân sách, tổ chức thi công hợp lý để thuận tiện cho việc vận chuyển và lưu trữ vật liệu, đồng thời đảm bảo tiêu chuẩn về môi trường và an toàn lao động, cũng như giảm thiểu ảnh hưởng tới cộng đồng.
Hoạt động xây dựng bao gồm nhiều giai đoạn quan trọng như lập quy hoạch, dự án đầu tư, khảo sát, thiết kế, thi công và giám sát công trình Quản lý dự án và lựa chọn nhà thầu cũng là những yếu tố then chốt trong quá trình xây dựng, đảm bảo sự hiệu quả và chất lượng cho các công trình.
Các hoạt động xây dựng cần tuân thủ các quy chuẩn và tiêu chuẩn xây dựng hiện hành Nếu áp dụng tiêu chuẩn xây dựng từ nước ngoài, cần có sự chấp thuận của cơ quan quản lý nhà nước có thẩm quyền.
Đặc điểm của sản xuất xây dựng
1.3.1 Lao động trong xây dựng là lao động nặng nhọc, vất vả Để hoàn thành một phần hay một hạng mục công trình phải tiến hành các công tác như thi công cọc, đào đất, gia công lắp dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bê tông… Có thể thấy rằng lao động trong xây dựng là nặng nhọc, vất vả; do đó yêu cầu người công nhân, cán bộ xây dựng phải có trình độ và sức khỏe tốt Các nhà quản lý cần có biện pháp khuyến khích tinh thần và vật chất cho người lao động, đồng thời phải tăng cường kết hợp với cơ giới để giảm lao động nặng nhọc cho công nhân và tăng năng suất lao động
1.3.2 Sản xuất xây dựng bao gồm nhiều công việc đa dạng, nhiều ngành nghề khác nhau Đối với các công tác thực hiện trong công xưởng, yếu tố thời tiết, khí hậu ảnh hưởng không quá lớn đến quá trình sản xuất, nhưng đối với công tác được thực hiện trên công trường thì thời tiết và khí hậu là các yếu tố ảnh hưởng rất lớn đền quá trình thi công công trình Sự thay đổi thời tiết bất thướng có ảnh hưởng lớn đến kế hoạch sản xuất, tiến độ thi công, chất lượng công trình và giá xây dựng Điều này đặt ra cho người làm xây dựng phải có kế hoạch cụ thể để chủ động trong quá trình chỉ đạo sản xuất, có kế hoạch dự trữ vật tư và tăng cường các công tác được thực hiện trong công xưởng.
Đặc điểm của sản phẩm xây dựng
1.4.1 Sản phẩm xây dựng cơ bản chiếm diện rộng, chiếm không gian lớn và gắn liền với mặt đất (hoặc mặt nước trên mặt đất)
Quá trình sản xuất sản phẩm xây dựng đòi hỏi khối lượng vận chuyển lớn, bao gồm việc chuyển vật liệu, cấu kiện và thiết bị từ nơi khai thác và sản xuất đến công trường Chi phí vận chuyển đóng góp một tỷ lệ đáng kể vào tổng giá thành của công trình xây dựng.
Hình 1.2 Nhà cao tầng gắn bó mật thiết với sự phát triển của đô thị
Các yếu tố địa chất công trình và địa chất thủy văn có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sản xuất sản phẩm xây dựng Việc xử lý nền đất và phòng ngừa các sự cố như lún, sụt cần được lên kế hoạch kỹ lưỡng trước khi tiến hành thi công công trình.
Các yếu tố con người và xã hội có thể gây ra những tác động tiêu cực đến sản phẩm xây dựng, do đó cần được xem xét kỹ lưỡng trong các giải pháp thi công công trình.
1.4.2 Thời gian hoàn thành sản phẩm xây dựng dài, sản phẩm xây dựng do nhiều người làm ra
Thời gian hoàn thành sản phẩm và công trình xây dựng thường kéo dài từ nhiều ngày đến nhiều tháng, thậm chí nhiều năm Do đó, cần đặc biệt chú ý đến sự biến động giá cả trong quá trình thi công, sự thay đổi công nghệ xây dựng và các yếu tố liên quan đến chủ đầu tư.
Sản phẩm xây dựng hoàn thiện là kết quả của sự hợp tác giữa nhiều cá nhân, từ vài chục đến hàng vạn người Chất lượng của sản phẩm xây dựng phụ thuộc vào hiệu quả công việc và sự phối hợp nhịp nhàng giữa các thành viên trong quá trình sản xuất.
1.4.3 Sản phẩm xây dựng không nhất định, không hoặc rất khó di chuyển, tuyệt đối không được phép có tỷ lệ phế phẩm
Sản phẩm xây dựng không thể hoàn toàn giống nhau do nhiều nguyên nhân, bao gồm thời gian hoàn thành kéo dài, sự kết hợp của nhiều loại vật liệu, và mức độ sử dụng lao động thủ công và cơ giới khác nhau Bên cạnh đó, với kích thước và trọng lượng lớn, sản phẩm xây dựng thường gắn liền với đất, khiến cho việc di chuyển trở nên khó khăn, ngoại trừ một số công trình đặc biệt.
Công trình xây dựng yêu cầu vốn đầu tư lớn và là nơi sinh hoạt, làm việc, học tập của nhiều người Bên trong, các máy móc và thiết bị hiện đại có giá trị cao được trang bị để phục vụ sản xuất và sinh hoạt Do đó, sản phẩm xây dựng phải đảm bảo không có tỷ lệ phế phẩm.
1.4.4 Sản phẩm xây dựng chịu ảnh hưởng của nhiều sự thay đổi
Bản vẽ kỹ thuật sản phẩm xây dựng thường xuyên thay đổi và bổ sung do ảnh hưởng của nhiều yếu tố khách quan và chủ quan Ngoài ra, số lượng và chất lượng của cán bộ, công nhân tham gia sản xuất cũng không ổn định, dẫn đến sự không đồng nhất trong quá trình tạo ra sản phẩm.
Các yêu cầu trong thi công xây dựng công trình
Một công trình xây dựng bất kỳ phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- An toàn: Đây là vấn đề cần đặt lên hàng đầu, nhằm đảm bảo cho các yêu cầu khác;
Tiến độ thi công các công trình xây dựng rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả đầu tư tối ưu và giảm thiểu ô nhiễm trong quá trình xây dựng Do đó, việc đẩy nhanh tiến độ luôn là một yêu cầu cần thiết.
- Chất lượng: Quyết định đến việc nghiệm thu công trình, công trình không đảm bảo chất lượng gây thiệt hại rất lớn trong quá trình khai thác sau này;
Trong môi trường thị trường cạnh tranh khốc liệt, giá thành đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo lợi nhuận cho cả nhà thầu và chủ đầu tư công trình.
CÔNG TÁC ĐẤT VÀ GIA CỐ NỀN MÓNG
Khái niệm
2.1.1 Các loại công trình và công tác đất
Trong xây dựng, công tác đất đóng vai trò quan trọng, chiếm tỷ trọng lớn và ảnh hưởng đến chất lượng cũng như tiến độ thi công Khi tách riêng công tác đất với khối lượng lớn, nó có thể được xem như một công trình độc lập Các công trình làm đất có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau.
2.1.1.1 Các loại công trình đất a Chia theo độ bền công trình
Có hai loại: công trình vĩnh cửu và công trình tạm thời
- Công trình vĩnh cửu: Là công trình có thời gian sử dụng lâu dài như nền đường bộ, đường sắt, đê đập, kênh mương…
- Công trình tạm thời: Chỉ phục vụ trong thời gian thi công như hố móng, rãnh đặt đường ống b Chia theo hình dạng công trình
Gồm hai loại: công trình chạy dài và công trình tập trung
- Công trình chạy dài: Đê, đập, đường sá… là các công trình có tiết diện ngang nhỏ so với tổng chiều dài công trình;
- Công trình tập trung: Hố móng, san mặt bằng… là các công trình có kích thước theo hai phương gần bằng nhau
2.1.1.2 Các loại công tác đất
Trong công tác thi công thường có các loại công tác đất sau:
- Đào: Hạ độ cao mặt đất tự nhiên xuống độ cao thiết kế, thể tích đất đào: V+ Ví dụ: đào hố móng rộng, đào kênh, đào đường hầm…
- Đắp: Nâng độ cao mặt đất tự nhiên lên độ cao thiết kế, thể tích đất đắp: V- Ví dụ: đắp nền, đắp đê, đắp đập đất…
San là quá trình làm phẳng một diện tích đất thông qua việc đào và đắp, trong đó lượng đất được giữ nguyên Quá trình này có thể kết hợp giữa đào và đắp, và thường được áp dụng trong các công việc như san bằng mặt đất, san đồi, san nền đường và san đất đắp.
- Hớt (bóc): Lấy lớp đất không sử dụng ở trên (đất mùn, đất thực vật, đất ô nhiễm), hớt theo độ dày lớp đất lấy đi
Lấp là quá trình nâng cao khu đất trũng đến mức bằng với khu vực xung quanh, tùy thuộc vào độ cao tự nhiên của khu vực đó Ví dụ về lấp bao gồm lấp rãnh, lấp móng, và lấp quanh các công trường vừa hoàn thành xây dựng.
- Là cách phân loại đất dựa trên mức độ khó dễ khi thi công (bằng thủ công hoặc bằng máy)
- Cấp đất càng cao thì càng khó thi công
Phân cấp bằng phương pháp thủ công dựa vào thời gian hao phí của công nhân khi đào một khối lượng nhất định Thời gian đào càng lâu cho thể tích lớn hơn thì cấp đất sẽ càng cao.
Phân cấp theo cơ giới được xác định dựa trên mức hao phí ca máy của máy đào một gàu khi xử lý một khối lượng đất nhất định Số ca máy đào trên đơn vị thể tích càng cao, cho thấy cấp đất càng lớn, nghĩa là loại đất đó càng rắn.
2.1.2.1 Phân cấp đất dựa trên việc thi công đất bằng thủ công
Có thể phân thành 4 cấp theo bảng sau:
Bảng 2.1 Phân cấp đất trong thi công thủ công
Cấp đất Tên các loại đất
Công cụ tiêu chuẩn xác định
- Đất cát, đất phù sa cát bồi, đất đen, đất mùn, đất cát pha sét, đất sét, đất hoàng thổ, đất bùn
Các loại đất này chứa sỏi, mảnh sành, gạch vỡ và đá dăm với tỷ lệ dưới 20%, không có rễ cây lớn, có độ ẩm tự nhiên và có thể ở dạng nguyên thổ hoặc tơi xốp Ngoài ra, đất cũng có thể được vận chuyển từ nơi khác và đã được nén chặt tự nhiên.
- Cát đen, cát vàng có độ ẩm tự nhiên
- Sỏi, đá dăm, đá vụn đổ thành đống
Các loại đất ở cấp I bao gồm đất có chứa hơn 20% sỏi, sạn, mảnh sành, gạch vỡ, đá dăm và mảnh chai, không có rễ cây to, với độ ẩm tự nhiên hoặc khô.
Đất á sét, cao lanh, đất sét trắng và sét vàng chứa ít hơn 20% sỏi, mảnh sành, gạch vỡ và đá dăm Loại đất này không có rễ cây to, có độ ẩm tự nhiên hoặc khô rắn, và có thể là nguyên thổ hoặc được vận chuyển từ nơi khác nhưng đã được nén chặt tự nhiên.
Dùng xẻng, mai hoặc cuốc bàn xắn được thành miếng mỏng
Cấp đất Tên các loại đất
Công cụ tiêu chuẩn xác định
Đất á sét, cao lanh, và các loại đất sét như trắng, vàng, đỏ, thường có chứa hơn 20% sỏi sạn, mảnh sành, gạch vỡ, đá dăm, và mảnh chai Ngoài ra, đất này còn lẫn với rễ cây và có thể có độ ẩm tự nhiên hoặc khô cứng Đất có thể được vận chuyển từ nơi khác đến nhưng cần được đầm nén để đảm bảo chất lượng.
Dùng cuốc chim mới cuốc được
- Các loại đẩt trong đất cấp III có lẫn đá hòn, đá tảng
- Đá ong, đá phong hóa, đá vôi phong hóa có cuội sỏi dính kết ở đá vôi, xít non, đá quặng các loại đã nổ mìn vỡ nhỏ
2.1.2.2 Phân cấp đất dựa trên việc thi công đất bằng máy a Phân nhóm đất cho máy xúc (4 nhóm)
Bảng 2.2 Phân nhóm đất cho máy xúc
Nhóm Mô tả loại đất
- Đất có cây cỏ mọc không lẫn rễ cây và đá tảng, đất có lẫn đá dăm
- Cát khô, cát có độ ẩm tự nhiên, á cát, không có lẫn đá dăm
- Đất bùn dầy dưới 20 cm, không có rễ cây, sỏi sạn hoặc đất khô lẫn đá có đk > 30 cm
- Đất đồng bằng có lớp trên dầy < 80 cm hoặc đất vun thành đống bị nén chặt
- Sỏi sạn có lẫn đá to
- Đất sét ướt mềm không lẫn đá dăm, á sét nhẹ, á sét nặng lẫn đất bùn dầy dưới 30 cm có lẫn rễ cây
- Đất đồng bằng có lớp dưới dầy từ 0,8 - 2 m
- Đất cát mềm lẫn sỏi cuội < 10%
- Đất sét nặng vỡ từng mảng, đất sét lẫn đá dăm dùng xẻng, mai mới xắn được
- Đất đã được nổ, phá
- Đất đồng bằng có lớp dưới từ 2 - 3,5 m
- Đất đỏ, vàng ở vùng đồi núi có lẫn đá ong, sỏi nhỏ, kết cấu đặc, cứng
- Đất cứng lẫn đá quả dừa hay sít non
IV - Đất sét cứng từng lớp lẫn đá thạch cao mềm, đất đã được nổ phá b Phân nhóm đất cho máy ủi (3 nhóm)
Bảng 2.3 Phân nhóm đất cho máy ủi Đất nhóm Mô tả loại đất
- Lớp đất cỏ mọc không lẫn rễ cây và đá dăm
- Đất bùn không có rễ cây dầy < 20 cm
- Đất đồng bằng có lớp trên dầy < 60 cm
- Đất vun thành đống bị nén
- Sỏi sạn không có lẫn đá to
- Đất sét mềm ướt không lẫn lộn đá dăm hoặc á sét nặng
- Đất đồng bằng dầy trên 1,2 m
- Đất sét vỡ từng mảng, xẻng, mai không xắn được
- Đất sét lẫn sỏi sạn, đá dăm, cát khô
- Đất bùn dầy trên 30 cm
- Đất đồng bằng dầy trên 1,2 m
2.1.3 Các tính chất của đất ảnh hưởng đến thi công Đất là một môi trường phức tạp có nhiều yếu tố ảnh hưởng (cơ, lý hoá) Trong bài giảng này chỉ đề cập tới các tính chất có ảnh hưởng lớn nhất tới kỹ thuật thi công đất và đến giá thành công trình đất và năng suất thi công của máy làm đất: trọng lượng riêng, độ ẩm, độ dốc tự nhiên, độ tơi xốp, lưu tốc cho phép…
2.1.3.1 Trọng lượng riêng của đất γ
- Định nghĩa: Là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất ở trạng thái tự nhiên
Trong đó: G là trọng lượng của khối đất (daN) có trong thể tích V (m 3 )
- Tính chất: Đất có trọng lượng riêng càng lớn, công lao động chi phí để thi công càng cao
- Định nghĩa: Là tỷ lệ % của nước chứa trong một thể tích đất, kí hiệu là
Trong đó: G, G o là trọng lượng tự nhiên và trọng lượng khô của mẫu thí nghiệm, daN
Độ ẩm của đất có ảnh hưởng lớn đến công lao động trong quá trình làm đất, vì nó thể hiện lượng nước tồn tại trong thể tích đất Mặc dù có nhiều yếu tố khác cần xem xét khi đánh giá mức độ khó khăn trong thi công, nhưng độ ẩm vẫn đóng vai trò quan trọng Đất quá ướt hoặc quá khô đều gây khó khăn cho quá trình thi công.
+ Đất khô quá làm cho chi phí việc đào đất tăng lên, làm giảm năng suất đào đất;
+ Đất ướt quá thì gây dính, cản trở độ cơ động của các thiết bị thi công, vệ sinh lao động trên công trường;
Độ ẩm của đất đóng vai trò quan trọng trong quá trình đầm đất, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và hiệu quả Mỗi loại đất cần đạt được độ ẩm nén tối ưu để đảm bảo sự đầm chặt nhất Khi đạt đến độ ẩm này, nước trong đất hoạt động như chất bôi trơn, tạo lực dính giữa các hạt đất, giúp tăng cường độ chặt cần thiết cho đất.
- Dựa vào độ ẩm mà người ta phân ra các loại đất như sau:
- Có thể xác định gần đúng trạng thái của đất bằng cách bốc đất kiểm tra thử
2.1.3.3 Độ dốc tự nhiên của đất
- Định nghĩa: Là góc nội ma sát của đất lớn nhất của mái dốc khi ta đào hay đắp mà không gây sụt lở đất Ký hiệu là i
Hình 2.1 Độ dốc tự nhiên của mái dốc
+ B: Chiều rộng của mái dốc, m;
- Ngược lại với góc dốc thì ta có độ soải của mái dốc:
Độ dốc tự nhiên của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng như góc ma sát trong của các hạt đất, độ dính của đất, tải trọng tác động lên bề mặt đất và chiều sâu của hố đào Khi hố đào càng sâu, nguy cơ sụt lở càng cao, do đó cần thiết phải mở rộng góc đào để đảm bảo an toàn.
Khi góc dốc của khối đất vượt quá góc dốc tự nhiên, sự cân bằng của mái dốc phụ thuộc vào lực ma sát và lực dính tác động lên mặt phẳng trượt Nếu tổng các lực này nhỏ hơn lực trượt, mái dốc sẽ bị sụp đổ.
+ Q: Trọng lượng của khối lăng trụ ABC, daN;
+ : Góc giữa mặt phẳng trượt và mặt phẳng nằm ngang, o a b c
Hình 2.2 Điều kiện cân bằng của mái dốc
Độ dốc tự nhiên của đất ảnh hưởng lớn đến các biện pháp thi công đào, đắp đất Việc hiểu rõ các độ dốc này giúp đề ra biện pháp thi công hiệu quả, chẳng hạn như quyết định thi công với mái dốc hay không, bố trí máy móc thi công ngoài khu vực đào hố móng, và sắp xếp các đống đất đổ trên mặt bằng Trong trường hợp mặt bằng chật hẹp, cần thiết phải có biện pháp chống tường hố đào.
+ Khi đào đất tạm thời phải tuân theo độ dốc cho phép cho ở bảng 1
Bảng 2.4 Độ dốc mái đất của các hố đào tạm thời
Loại đất Độ dốc lớn nhất cho phép khi chiều số hố móng bằng (m)
Tỉ lệ độ dốc Đất mượn 56 1:0,67 45 1:1 38 1:1,25 Đất cát và cát cuội ẩm 63 1:0,50 45 1:1 45 1:1 Đất cát pha 76 1:0,25 56 1:0,67 50 1:0,85 Đất thịt 90 1:0 63 1:0,50 53 1:0,75 Đất sét 90 1:0 76 1:0,25 63 1:0,5
Hoàng thổ và những loại đất tương tự trong trạng thái khô
Chiều sâu của một số hố đào vách thẳng đứng mà không cần chống đỡ trong các loại đất khác nhau:
Bảng 2.5 Bảng hạn chế về chiều sâu hố đào không cần chống
Xác định khối lượng đất và công tác đất
TT Loại đất Lưu tốc cho phép Vcp (m/s)
Khi thi công các công trình trong môi trường có dòng chảy mạnh, cần phải giảm tốc độ dòng chảy bằng cách điều chỉnh độ dốc mặt đất Điều này giúp bảo vệ công trình khỏi tác động trực tiếp của dòng chảy, có thể thực hiện bằng cách đắp đê hoặc chuyển hướng dòng chảy.
2.2 Xác định khối lƣợng đất và công tác đất
2.2.1 Xác định kích thước công trình đất và tính khối lượng công tác đất 2.2.1.1 Xác định kích thước công trình đất a Khái niệm
- Việc tính toán khối lượng đất có ý nghĩa rất quan trọng trong việc thiết kế và thi công các công trình có liên quan đến công tác đất
- Về mặt thiết kế: Có tính được khối lượng đất thì mới tính được dự toán thông qua việc dự báo khối lượng và bóc tách tiên lượng
- Về mặt thi công: Việc tính khối lượng đất giúp ta lập kế hoạch tổ chức thi công và phục vụ cho việc thanh quyết toán khối lượng
Các công trình đất như đê, đập và nền đường thường có kích thước lớn trong không gian ba chiều Việc tính toán kích thước không chính xác, dù chỉ một chút, có thể dẫn đến sai lệch lớn trong việc xác định khối lượng đất, từ đó gây ra sai sót trong dự toán và tổ chức thi công.
Mỗi loại công trình đất sẽ có phương pháp xác định kích thước riêng Bài viết này sẽ tập trung vào việc xác định kích thước cho một số dạng công trình phổ biến.
* Với các công trình chạy dài
Khi tính toán khối lượng công tác đất cho các công trình như nền đường, kênh mương và hệ thống đê điều, người ta chia công trình thành nhiều đoạn Mỗi đoạn nằm giữa hai mặt cắt có tiết diện ngang F1 và F2, và thể tích của mỗi đoạn được ký hiệu là Vi Tổng thể tích của các đoạn này sẽ được tính toán để xác định khối lượng công tác đất cần thiết.
V i sẽ là thể tích của công trình chạy dài Để tính các thể tích đất V i thì ta phải xác định diện tích mặt cắt ngang
- Ví dụ: Để tính toán khối lượng công tác đất của một con kênh có chiều dài L, mặt cắt ngang như hình 2.3:
+ Kích thước đáy dưới mương là b, m;
+ Chiều cao đào đất là h (cốt đất tự nhiên và cốt đáy móng lấy ở bản vẽ kỹ thuật), m;
+ Hệ số mái dốc m m a b h m mh
Hình 2.3 Mặt cắt ngang kênh khi đào trên đất phẳng
- Như vậy, bề rộng cạnh trên của hố đào trong trường hợp cốt đất tự nhiên phẳng B là:
Nếu cốt đất tại vị trí thi công không đồng đều, có thể xác định diện tích mặt cắt ngang F (m²) của kênh bằng cách đo đạc các điểm khác nhau dọc theo chiều dài công trình.
Hình 2.4 Cốt đất không bằng nhau, mặt đất không bằng phẳng
+ Công thức xác định diện tích mặt cắt kênh F:
- Khi đào một hố móng công trình, loại đất và chiều sâu hố ảnh hưởng tới hệ số mái dốc của hố
Chiều rộng đáy móng băng và móng độc lập tối thiểu cần bằng kích thước đáy móng cộng thêm 0,1 m cho bê tông lót ở hai phía Ngoài ra, cần tính thêm khoảng cách để đặt ván khuôn và neo giằng, với độ rộng tăng thêm 0,2 m theo tiêu chuẩn TCVN 4447-1987, mục 3.9.
- Trong trường hợp cần thiết có công nhân làm việc dưới đáy móng thì khoảng cách tối thiểu giữa kết cấu móng và vách hố móng phải lớn hơn 0,7 m
- Nếu hố móng có mái dốc thì khoảng cách giữa chân mái dốc và chân kết cấu móng ít nhất phải là 0,3 m
- Nếu hố móng lớn và rất lớn, thi công bằng máy thì khoảng lưu không phải lấy rộng hơn kích thước công trình từ (1 ÷ 1,5 m)
- Ví dụ: Xác định kích thước hố đào cho một công trình có đáy F = a.b và chiều sâu đáy hố móng là h
+ Căn cứ vào cấp đất và chiều sâu hố móng ta xác định được hệ số mái dốc + Chiều sâu hố đào được xác định: btlot
Trong đó: h, hbtlot là chiều sâu chôn móng và độ dày bê tông lót theo thiết kế, m
Xác định kích thước đáy hố đào: a a a
Hình 2.5 Xác định kích thước hố đào móng đơn a = am + 2a1 + 0,2 (2.8.a) b = bm + 2a1 + 0,2 (2.8.b) Trong đó:
+ a m , b m : Là kích thước hố móng, m;
+ a1: Là khoảng cách thi công - khoảng lưu không;
+ 0,2 m: Là phần bê tông lót đổ rộng hơn đáy móng về hai phía
Xác định kích thước miệng hố đào A, B (m):
- Dựa vào các phương pháp tính thể tích của hình học không gian
Khi công trình có hình dạng giống các hình học cơ bản như hình trụ, hình hộp hay hình nón, việc tính toán trở nên đơn giản hơn với các công thức có sẵn.
Đối với các công trình có hình dạng phức tạp, cần áp dụng phương pháp tính gần đúng để đảm bảo sai số nằm trong giới hạn cho phép Để tăng cường độ chính xác, việc chia nhỏ thành nhiều hình khối và tổng hợp các khối nhỏ lại là rất cần thiết.
2.2.2 Tính toán khối lượng công trình đất có dạng hình khối
Hình 2.6 Hố móng, khối đất đắp
* Công thức tính khối lượng:
- Tiến hành đo vẽ các kích thước
- Từ 4 đỉnh đáy nhỏ, dựng 4 đường vuông góc với đáy trên, cắt đáy trên tại
- Qua các cạnh ở đáy nhỏ, dựng 4 mặt phẳng vuông góc với đáy trên: 4 mặt phẳng chia hình khối làm 9 khối nhỏ
Nếu cao trình của các khối đất đào V1, V2, V3, V4 không đồng nhất, cần tính toán riêng từng khối Cao trình của mỗi khối nên được xác định gần đúng bằng cách tính trung bình cộng các đỉnh của khối thể tích.
+ a, b: Chiều dài, rộng của đáy dưới hố móng, m;
+ c, d: Chiều dài, rộng của đáy trên hố móng, m;
2.2.3 Tính toán khối lượng công trình đất chạy dài
Thường áp dụng cho những công trình có cạnh thứ ba lớn hơn hai cạnh còn lại nhiều lần như nền đường, đê, đập
Do địa hình tự nhiên không đồng đều, chiều cao của công trình thường thay đổi Để tính toán chính xác khối lượng đất, cần chia công trình thành các đoạn có sự thay đổi chiều cao không đáng kể.
- Ta tính thể tích Vi của mỗi đoạn
- Khối lượng thể tích đất V (m 3 ):
- Chia càng nhỏ thì kết quả càng chính xác
Hình 2.8 Công trình đất chạy dài
2.2.3.2 Công thức tính gần đúng thể tích V khối đất
+ F 1 : Diện tích tiết diện trước, m 2 ;
+ F2: Diện tích tiết diện sau, m 2 ;
+ Ftb: Diện tích tiết diện trung bình, m 2
- Điều kiện áp dụng công thức: Áp dụng khi l < 50 m và |H 1 – H2| 0,5 m Gọi h1, h2 là độ cao trắc ngang công trình của mặt cắt giới hạn trước F1, đặt:
Gọi h3, h4 là độ cao trắc ngang công trình của mặt cắt giới hạn sau F2, đặt:
2.2.3.3 Công thức có độ chính xác lớn hơn
- Trượt tiết diện bé A'B'C'D' chồng lên tiết diện lớn, ta được 4 điểm A, B,
- Từ C, D hạ 2 đường vuông góc xuống mặt phẳng đáy C'D'EF
- Khi đó, ta có 3 khối với thể tích V1, V2 và V1 ở giữa
Từ hình vẽ, ta thấy:
+ 1, 2: Diện tích đáy tam giác của khối chóp, m 2 ;
+ F1, F2: Diện tích 2 mặt cắt giới hạn công trình, m 2 ;
- Khi độ nghiêng của mái dốc không lớn, độ thoải hai bên sườn công trình m = m1 = m2, ta có thể chấp nhận sai số: 1= 2 =
- Ta thấy công thức trên đã tăng được độ chính xác của giá trị V
Công tác chuẩn bị thi công nền đất
2.3.1 Chuẩn bị mặt bằng thi công
Các công việc bao gồm: phá dỡ công trình cũ không còn sử dụng, chặt hạ cây cối gây cản trở, di chuyển mồ mả, xử lý hệ thực vật thấp và dọn sạch các chướng ngại vật.
Trước khi tiến hành phá dỡ công trình cũ, cần xem xét các công trình có thể tái sử dụng làm lán trại cho công nhân Nếu việc phá dỡ là cần thiết, cần lập kế hoạch an toàn và đảm bảo tiết kiệm vật liệu trong quá trình thực hiện.
Khi di chuyển mồ mả, cần thông báo cho người có liên quan và lập biên bản di chuyển Đồng thời, cần tuân thủ các quy định về vệ sinh môi trường để đảm bảo quá trình diễn ra an toàn và hợp pháp.
- Lưu ý tới nguồn điện, nước phục vụ cho công trình
- Xử lý hệ thảm thực vật thấp có thể dùng sức người hoặc dùng máy ủi
Việc xử lý rễ cây phụ thuộc vào cấu trúc hệ móng Nếu rễ cây không nằm trong khu vực móng và nền đắp cao từ 1 m đến 2,5 m, chỉ cần cưa sát mặt đất mà không cần nhổ gốc cây Tuy nhiên, nếu nền đắp cao hơn 2,5 m, có thể giữ nguyên gốc cây miễn là chiều cao của chúng không vượt quá 0,2 m.
- Với các gốc cây quá to với đường kính trên 50 cm thì biện pháp đánh gốc cây nhanh nhất là nổ mìn
- Đá mồ côi trên vị trí công trường cần phá bỏ hoặc di chuyển
- Lập biên bản, ghi rõ ngày, tháng, năm, vị trí các mốc giới bàn giao
- Dẫn mốc giới tới những vị trí ổn định xung quanh công trường và phải có rào chắn bảo vệ
2.3.1.2 Tiêu nước bề mặt khu vực thi công a Khái niệm
- Tiêu nước bề mặt công trình là không để cho mặt bằng thi công bị ngập úng, xói lở làm mất tính chất của đất nền
Việc tiêu nước bề mặt là rất cần thiết đối với các công trình xây dựng ở vùng đất trũng, nơi thường xuyên bị ngập nước sau những cơn mưa lớn Tình trạng ứ đọng nước không chỉ cản trở quá trình thi công đào đắp đất mà còn có thể làm giảm tính chất của đất nền Nếu không xử lý kịp thời, chi phí khắc phục khi đất xấu sẽ rất tốn kém Do đó, cần có những điều kiện và yêu cầu chung để đảm bảo hiệu quả trong việc tiêu thoát nước.
- Tốc độ chảy của nước trong hệ thống mương rãnh tiêu nước không được vượt quá tốc độ gây xói lở đối với từng loại đất
Độ dốc tối thiểu của mương rãnh tiêu nước theo chiều chảy không được nhỏ hơn 0,003 Trong trường hợp thềm sông và vùng đầm lầy, độ dốc có thể giảm xuống 0,001 Đối với các tình huống đặc biệt, có thể áp dụng độ dốc 0,002.
Nước từ hệ thống tiêu nước và bãi trữ đất phải được thoát nhanh chóng, đồng thời cần đảm bảo không làm ngập úng hay xói lở các công trình hiện có hoặc đang xây dựng Trong trường hợp không có điều kiện cho nước tự chảy, cần lắp đặt trạm bơm tiêu nước để đảm bảo hiệu quả thoát nước.
Tùy từng địa hình và tính chất của công trình mà có các biện pháp c.1 Làm các mương rãnh thoát nước, đắp các con trạch chắn nước
Để ngăn nước mưa trên bề mặt, bạn có thể đào rãnh hướng về phía đất cao hoặc tạo con trạch với bờ ngăn nước Những rãnh này sẽ thu nước mưa chảy tràn xuống và dẫn nước đi đến nơi khác, giúp cải thiện tình trạng thoát nước hiệu quả.
- Kích thước rãnh được tính toán theo tính toán thủy lực và phụ thuộc vào bề mặt lưu vực
Hình 2.9 Rãnh ngăn nước mưa trên bề mặt c.2 Đào rãnh lộ thiên
- Áp dụng trong trường hợp:
+ Đối với những hố đào lớn, chiều sâu hố nhỏ;
+ Lưu lượng nước không lớn;
+ Thời gian thi công móng nhanh
- Đào rãnh thoát nước lộ thiên có thể rộng từ 0,6 ÷ 0,8 m, sâu từ 0,8 ÷ 1 m
- Nước trong rãnh được thu về một hố thu 1,5 x 1,5 m; h = 1,5÷3 m
- Dùng cừ đóng xung quanh hố đào để giữ tường hố đào
- Đáy hố thu đổ cát hạt to, sỏi nhỏ
Hình 2.10 Hệ thống thoát nước mặt cho hố móng
1- Rãnh thoát nước; 2- Hố gom nước; 3- Máy bơm nước
- Nhược điểm: Ảnh hưởng mặt bằng thi công, dễ sụt lở hố đào
2.3.1.3 Hạ mực nước ngầm a Ý nghĩa
Khi đào hố móng nằm dưới mực nước ngầm, việc thiết kế giải pháp hạ mực nước ngầm là cần thiết Nếu không có biện pháp này, nước sẽ tràn vào hố, gây sụp lở và làm khó khăn cho quá trình thi công, đặc biệt là khi đào bằng phương pháp thủ công.
Việc hạ mực nước ngầm cần được thực hiện cho đến khi bê tông đạt cường độ Rn = 24 daN/cm², nhằm ngăn chặn nước ngầm xâm nhập vào bê tông, tránh làm hỏng tính chất của bê tông và ngăn ngừa sự ăn mòn cốt thép.
- Hạ mực nước ngầm là làm cho nước ngầm hạ thấp cục bộ ở một vị trí cách mặt móng a = 0,5 ÷ 1 m bằng phương pháp nhân tạo
Hình 2.11 Hạ mực nước ngầm
Khi thi công đất, cần chú ý không chỉ đến lớp đất dưới mực nước ngầm bị bão hòa nước mà còn cả lớp đất ướt trên mực nước ngầm do hiện tượng mao dẫn Chiều dày của lớp đất ướt này được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 2.9 Chiều dày lớp đất ướt nằm trên mực nước ngầm cho phép
Loại đất Chiều dày lớp đất ƣớc nằm trên mực nước ngầm, m
Cát thô, cát hạt trung và cát hạt nhỏ 0,3
Cát mịn và đất cát pha 0,5 Đất sét pha, đất sét và hoàng thổ 0,1
Trong quá trình thi công, việc bảo quản các hệ thống hạ mực nước ngầm là rất quan trọng để đảm bảo chúng hoạt động hiệu quả Một trong những phương pháp hạ mực nước ngầm phổ biến là đào rãnh ngầm.
- Xung quanh khu vực cần hạ mực nước ngầm, đào hệ thống rãnh ngầm, sâu 0,8 ÷ 1 m.; i = 0,03 - 0,04
- Đáy rãnh là lớp dễ thấm: 50% cát hạt to + 50% sỏi nhỏ
Hình 2.12 Cấu tạo rãnh ngầm
- Phía trên dùng các vầng cỏ đánh mỏng để giữ cho nước phía trên k thấm vào lớp dễ thấm
- Dùng đất sét trên cùng để không cho đất rơi vào rãnh
- Nước hai bên thấm vào rãnh, theo những lớp dẫn nước chảy vào hố thu và được bơm ra ngoài công trình
- Áp dụng khi lưu lượng nước nhỏ, thi công mùa mưa b.2 Phương pháp giếng thấm
Để hạ mực nước ngầm xung quanh hố móng, cần đào nhiều giếng với độ sâu phù hợp theo chiều cao hút nước của máy bơm Để tránh tình trạng sụt lở đất ở thành giếng, nên sử dụng các thùng gỗ để giữ vách đất Nước trong giếng sẽ được bơm ra ngoài bằng máy bơm ly tâm.
1: máy bơm 2: ván gỗ chống sụt lở
Hình 2.13 hạ mực nước ngầm bằng giếng thấm
Phương pháp ống giếng có bơm hút sâu được áp dụng cho hố móng nhỏ với hệ số thấm k lớn, khi độ sâu hạ mực nước ngầm không vượt quá 4 ÷ 5 m Phương pháp này phù hợp cho đất hạt thô có hàm lượng sỏi và cát cao.
Cấu tạo: Gồm các bộ phận: ống giếng lọc, tổ máy bơm đặt trong mỗi giếng, ống tập trung nước, trạm bơm và ống xả nước
- Ống giếng lọc bằng thép với đường kính từ 200 ÷ 450 mm, phía dưới có nhiều khe hở nhỏ là phần lọc, chiều dài phần lọc từ 6 ÷ 15 m
Động cơ điện dùng để quay máy bơm trục đứng được lắp đặt sâu trong ống giếng, với công suất từ 30 đến 200 m³/h Hiện nay, máy bơm trục đứng phổ biến có bánh xe công tác gắn ở thân máy, liên kết chặt chẽ với trục đứng và ống hút có lưới ở đầu dưới.
Công tác đào đất và vận chuyển đất
2.4.1 Đào đất và vận chuyển đất bằng thủ công
2.4.1.1 Dụng cụ thi công a Dụng cụ đào đất
Xẻng, cuốc bàn, mai, cuốc chim, choòng, xà beng b Phương tiện vận chuyển
- Vận chuyển lên cao: băng chuyền, giàn đội…
- Vận chuyển ngang: xe cải tiến, xe rùa
2.4.1.2 Nguyên tắc tổ chức thi công a Nguyên tắc 1
- Phải chọn dụng cụ thích ứng tuỳ theo từng loại đất
Khi xúc đất, bạn nên sử dụng xẻng vuông hoặc xẻng cong, trong khi đào đất thì xẻng tròn là lựa chọn tốt nhất Đối với đất cứng, cuốc chim và xà beng sẽ phát huy hiệu quả tối ưu Nếu gặp đất lẫn sỏi cuội, nên dùng choòng, còn với đất mềm và tơi, xẻng là công cụ phù hợp nhất.
- Khi khối lượng công tác lớn thì ngoài dùng phương pháp thi công thủ công phải dùng kết hợp phương pháp thi công cơ giới b Nguyên tắc 2
Phải có phương pháp làm giảm khó khăn cho thi công
Ví dụ: Có biện pháp tiêu nước mặt, hạ mực nước ngầm, làm mềm đất khi đất quá cứng c Nguyên tắc 3
Để tổ chức thi công hiệu quả, cần chia thành nhiều tổ, đội, mỗi tổ đảm nhận một tuyến hoặc khu vực độc lập Việc tổ chức vận chuyển cũng cần được thực hiện hợp lý, với hướng đào và hướng vận chuyển vuông góc với nhau để tối ưu hóa quy trình.
2.4.1.3 Một số biện pháp thi công cụ thể a Đào những hố móng sâu 1,5 m và hẹp
Dùng cuốc hay xẻng đào và hất đất lên miệng hố đào và vận chuyển đất thừa đi b Đào những hố móng sâu 1,5 m và rộng
Để thực hiện việc đào đất hiệu quả, cần áp dụng phương pháp đào theo kiểu lớp bậc thang Mỗi lớp đất nên được đào sâu từ 20 đến 30 cm, tùy thuộc vào dụng cụ thi công và loại đất Độ rộng của mỗi lớp đào nên dao động từ 2 đến 3 m.
Phương pháp đào này giúp dễ dàng bố trí nhân lực bằng cách chia thành nhiều tổ đào, mỗi tổ đảm nhận một lớp riêng Các tổ đào được sắp xếp cách nhau để đảm bảo mái dốc của hố đào nhỏ hơn độ dốc tự nhiên, từ đó tối ưu hóa quy trình làm việc.
- Với biện pháp này hố đào dễ đảm bảo kích thước, dễ vận chuyển đất
Hình 2.28 Đào đất theo kiểu lớp bậc thang
1, 2, 3, 4: Hướng đào đất của tổ 1, 2, 3, 4
I, II, III, IV: Hướng vận chuyển đất của tổ 1, 2, 3, 4 c Đào khi có nước ngầm hay trong mùa mưa
Để đảm bảo quá trình đào diễn ra hiệu quả, trước tiên cần đào một rãnh thu nước tại vị trí thích hợp để bơm thoát nước Độ sâu của rãnh sẽ phụ thuộc vào lượng nước và loại đất trong khu vực Việc thực hiện rãnh thu nước là bước quan trọng trước mỗi đợt đào.
- Tiếp theo đào lan dần ra phía rộng hơn Cứ thế tiến hành từng lớp đến khi đạt được độ sâu thiết kế
Hình 2.29 Đào đất khi có nước ngầm hay trong mùa mưa
1, 2, 3, 4: Thứ tự lớp đào; I, II, III: Rãnh tiêu nước
2.4.2 Đào đất bằng phương pháp cơ giới
2.4.2.1 Đào đất bằng máy đào gầu thuận a Đặc điểm
- Chỉ dùng để đào hố có H > 5 m, V hố đào lớn
Máy và phương tiện vận chuyển cần được đặt trên nền đất ổn định ở đáy hố đào, tránh tình trạng có nước ngầm Nếu phát hiện nước ngầm, cần thực hiện biện pháp hạ mực nước trước khi đưa máy xuống hố.
Máy đào gầu thuận với tay cần ngắn và thiết kế xúc thuận mang lại độ chắc chắn và sức mạnh, cho phép đào những hố sâu và rộng trong các loại đất từ cấp II đến IV.
Máy đào gầu thuận có năng suất cao nhất trong các loại máy đào một gầu nếu được bố trí khoang đào hợp lý Dung tích gầu dao động từ 0,5 đến 2 m³, trong đó loại gầu 2 m³ thường được sử dụng để khai thác vật liệu, bóc đất và thi công công trình đập chắn nước.
- Thích hợp dùng phương pháp đổ đất lên xe chuyển đi Phải làm đường cho máy và xe chuyển đất
- Sự phát triển của khoang đào cùng hướng với chiều xe tiến
Hình 2.30 Thông số kỹ thuật của máy đào gầu thuận b Thông số kỹ thuật
- RI = Rmin: Bán kính nhỏ nhất tương ứng với chiều sâu đào thấp hơn cao trình máy đứng H I , m
- RII: Bán kính đào đất ở cao trình máy đứng, chiều cao tương ứng là HI = 0
- RIII = Rmax: Bán kính đào lớn nhất, chiều cao tương ứng là HIII, m
- RIV: Bán kính đào tương ứng với chiều cao đào lớn nhất HIV = Hmax
- r1: Bán kính tương ứng với chiều cao đổ đất lớn nhất h1 = hmax
- h max h: Phương tiện vận chuyển + e; e = 0,8 ÷ 1 m: Khoảng cách từ mũi gầu tới phương tiện vận chuyển
- r2 = rmax: Bán kính đổ đất lớn nhất, chiều cao gầu đổ tương ứng là h2 c Kích thước khoang đào c.1 Nguyên nhân phải thiết kế khoang đào
Đối với máy đào gầu thuận, cần đảm bảo đủ mặt bằng cho cả máy và ô tô trong khoang đào để máy hoạt động hiệu quả Đồng thời, việc tính toán mặt bằng cho đường di chuyển của máy và phương tiện vận chuyển là rất quan trọng, nhằm đảm bảo an toàn cho cả máy và các phương tiện vận chuyển đất dưới khoang đào.
Chiều dài đường vận chuyển phụ thuộc vào chiều sâu hố đào và loại đất, với góc lên xuống của đường không vượt quá 20 độ Nếu không đủ mặt bằng để làm đường, cần thay đổi biện pháp thi công bằng cách sử dụng máy đào gàu nghịch và cần trục.
Hình 2.31 Thiết kế khoang đào
- R II : Bán kính đào đất ở cao trình máy đứng, m
- Rmax: Bán kính đào lớn nhất, m
- l: Khoảng di chuyển của máy khi máy đến vị trí đào mới, m
- : Góc quay của tay cần để đổ đất lên xe, o
+ Khoang đào gồm hai kích thước: Chiều cao khoang đào Hk và bề rộng khoang đào B;
+ Số khoang đào trong một hố móng phải là một số nguyên;
Thiết kế Hk và B cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật thi công và năng suất của máy đào Chiều cao tiêu chuẩn của khoang đào Hktch là chiều cao tối ưu để đất đào có thể lấp đầy gàu một cách hiệu quả.
+ Tính toán bề rộng khoang đào B (m);
+ Xét tam giác đồng dạng:
+ Đảm bảo khi máy quay thì không bị chạm vào vách đất:
- Tính toán chiều cao khoang đào Hk (m):
+ Gọi Hk là chiều cao của khoang đào thông thường Hk phụ thuộc vào thông số máy đào (H max , q) và loại đất;
Để tránh hiện tượng hàm ếch trong đất dính và đất sét, cần đảm bảo rằng chiều cao H k nhỏ hơn chiều cao H III Hàm ếch xảy ra khi còn lại một phần đất dính trên miệng đào sau khi gầu đã hoàn tất công việc, và hiện tượng này có thể dẫn đến sập khi có tải trọng tác động.
+ Đất rời, tơi xốp: H k = H III + (0,5 ÷ 1) m với (0,5 ÷ 1) m là khoảng để mái đất ở trên tự đổ xuống;
Khi lựa chọn máy đào, nếu dung tích gầu lớn, nên chọn kích thước Hk lớn để đảm bảo gầu luôn đầy Đồng thời, việc chọn máy đào còn phụ thuộc vào dung tích thùng xe của phương tiện vận chuyển.
(phương tiện vc còn phụ thuộc vào vị trí mặt bằng) Nên chọn dùng tích thùng xe khoảng 4 ÷ 6 gầu thì đầy xe
Một số bảng biểu tham khảo trong TCVN 4447-1987:
Bảng 2.10 Chiều cao khoang đào thích hợp với máy đào
Loại đất Dung tích gầu của máy đào
0,15 - 0,35 0,5 - 0,8 1,0 - 1,25 Đất tơi xốp 1,75 2,0 2,5 Đất trung bình 2,5 3,0 3,5 Đất chắc 4,0 4,5 5,5
Bảng 2.11 Chiều cao lớn nhất cho phép của mặt khoang đào khi đào đất
Góc nghiêng cần máy xúc
Chiều cao lớn nhất cho phép (m)
Bảng 2.12 Trọng tải ô tô phục vụ máy đào
Dung tích gầu máy đào (m 3 ) 0,4 - 0,65 1 - 1,6 2,5 4,6
Trọng tải lớn nhất của ôtô phục vụ máy đào (tấn) 4,5 7 12 18
Bảng 2.13 Ô tô phục vụ vận chuyển phụ thuộc vào cự ly vân chuyển
Cự li vận chuyển (km)
Tải trọng hợp lý của ô tô đối với dung tích gầu 0,4 0,65 1,0 1,25 1,6 2,5 4,6
5,0 10 10 12 18 18 27 40 d Các sơ đồ đào đất của máy đào gầu thuận d.1 Đào dọc
- Là cách đào mà máy đào tuần tự di chuyển dọc theo chiều dài của hố đào
- Đào dọc được áp dụng cho những hố đào lớn như kênh mương
* Dựa vào vị trí đổ đất có các cách đào dọc sau:
Để tối ưu hóa hiệu suất vận chuyển đất, cần bố trí xe vận chuyển sao cho góc quay β càng nhỏ càng tốt và chạy song song với đường di chuyển của máy đào, ngược chiều với hướng đào đất Điều này giúp giảm thiểu thời gian quay, vì thời gian chu trình T_ck phụ thuộc vào thời gian đào (t_đào), thời gian đổ (t_đổ), thời gian quay (t_quay) và thời gian khác (t_0).
Máy đào và xe vận chuyển đất có thể hoạt động ở cùng một cao trình, được gọi là đào đợt Trong trường hợp máy đào đứng ở cao trình thấp hơn một bậc đất, thì phương pháp này được gọi là đào bậc.
Thi công đầm và đắp đất
Đất sử dụng để đắp cần đảm bảo cường độ cao, không chứa tạp chất và có độ ẩm phù hợp Khi được đầm nén, đất phải nhanh chóng đạt đến độ chặt theo thiết kế yêu cầu.
- Các loại đất thường được dùng để đắp: đất sét, á sét, á cát, đất cát, đất cấp phối
2.5.1.2 Kỹ thuật đắp đất a Xử lý mặt bằng được đắp
- Bóc lớp thảm thực vật, chặt cây, đánh rễ
- Phải tiêu nước mặt, vét sạch bùn
- Đánh sờm bề mặt nếu độ dốc mặt bằng cần đắp là nhỏ
Khi mặt bằng cần đắp có độ dốc lớn (i > 0,2), cần tạo bậc thang trước khi đắp để tăng diện tích tiếp xúc giữa lớp đất cũ và lớp đất mới, nhằm tránh hiện tượng tụt đất Đồng thời, việc kiểm tra độ ẩm của đất trước khi đắp là rất quan trọng, vì độ ẩm ảnh hưởng lớn đến độ chặt của đất sau khi đầm Do đó, cần điều chỉnh độ ẩm cho hợp lý và chọn thiết bị đầm phù hợp.
Để đạt được độ chặt thiết kế, cần đổ đất thành từng lớp với độ dày phù hợp theo thiết bị đầm, sau đó tiến hành đầm cho đến khi đạt cao trình thiết kế Điều này đặc biệt quan trọng khi đất sử dụng để đắp không đồng nhất.
- Ta phải đắp riêng theo từng lớp và phải đảm bảo thoát được nước trong khối đắp
Để đảm bảo thoát nước hiệu quả, đất khó thoát nước nên được đặt ở vị trí dưới cùng, trong khi đất dễ thoát nước được sử dụng ở trên Độ dốc của đất khó thoát nước cần được duy trì trong khoảng từ 0,04 đến 1 để ngăn ngừa tình trạng nước ứ đọng trong khu vực.
Hình 2.43 Sơ đồ đắp đất lớp trên đất thoát nước - lớp dưới đất khô thoát nước
Lớp đất dễ thoát nước cần phải có độ dày lớn hơn độ dày mao dẫn để đảm bảo không gây hư hại cho công trình Điều này đặc biệt quan trọng khi lớp đất thoát nước nằm dưới lớp đất không thoát nước.
Hình 2.44 Sơ đồ đắp đất lớp trên đất khô thoát nước - lớp dưới đất thoát nước
Khi sử dụng loại đất khó thoát nước, nên xen kẽ lớp mỏng đất dễ thoát nước để cải thiện khả năng thoát nước trong khu vực đắp Việc này giúp quá trình thoát nước diễn ra hiệu quả hơn, đảm bảo sự cân bằng ẩm cho đất.
Hình 2.45 Sơ đồ đắp xen kẽ
2.5.2.1 Bản chất của đầm đất
Việc sử dụng tải trọng từ thiết bị đầm tác động lên bề mặt đất giúp ép đẩy không khí và nước ra khỏi đất, từ đó tăng độ chặt và mật độ hạt trong một đơn vị thể tích Quá trình này tạo ra một kết cấu mới, làm tăng cường độ và giảm biến dạng của đất so với trạng thái ban đầu trước khi được đầm nén.
2.5.2.2 Sự ảnh hưởng của độ ẩm đến hiệu quả đầm đất
- Độ ẩm hay lượng nước chứa trong đất là nhân tố quan trọng nhất ảnh hưởng trực tiếp đến hiện quả đầm nén
Khi đất khô, tức là độ ẩm trong đất thấp, nước chỉ tồn tại như một màng ẩm Trong điều kiện này, các hạt đất liên kết với nhau thông qua lực phân tử mạnh, dẫn đến sự gia tăng ma sát giữa các hạt lớn.
Do đó, để đầm loại đất này phải tốn nhiều công để làm địch chuyển các hạt đất
Khi đất ướt với độ ẩm cao, nước trong đất tràn đầy các lỗ rỗng, khiến áp lực đầm không tác động trực tiếp lên các hạt đất mà chủ yếu lên hạt nước Điều này dẫn đến khó khăn trong việc đạt được độ chặt thiết kế khi thực hiện quá trình đầm nén.
Nếu đất đủ ẩm, nước trong đất sẽ hoạt động như dầu mỡ, giúp liên kết các hạt đất và giảm ma sát giữa chúng, từ đó làm cho việc đầm đất trở nên dễ dàng hơn Độ ẩm này được gọi là độ ẩm thích hợp nhất.
Độ ẩm tối ưu trong thi công đầm đất là mức độ ẩm mà khi sử dụng một loại máy đầm cụ thể và với độ dày đầm nhất định, đất sẽ đạt được độ chặt theo thiết kế một cách hiệu quả nhất, đồng thời tiết kiệm công sức trong quá trình đầm.
- Một số loại đất có độ ẩm thích hợp trong những giới hạn sau:
+ Đất cát hạt to Wth = 8 ÷ 10%; cát hạt nhỏ và đất cát pha sét Wth = 12 ÷ 15%; + Đất sét pha cát xốp Wth = 15 ÷ 18%; sét pha cát chắc và đất sét Wth = 18 ÷ 25%
2.5.3.3 Đầm đất bằng thủ công a Dụng cụ đầm đất a.1 Đầm làm bằng gỗ
Hình 2.46 Đầm gỗ a, b: Đầm gỗ hai người đầm; c: Đầm gỗ bốn người đầm
Đầm gỗ 2 người có trọng lượng từ 20 đến 25 kg, được chế tạo từ gỗ chất lượng cao Đường kính mặt đáy đầm dao động từ 0,25 đến 0,3 m, với chiều cao thân đầm khoảng 50 đến 60 cm Sản phẩm được trang bị 4 tay cầm cao 60 cm hoặc 4 dây kéo, mang lại sự tiện lợi và an toàn cho người sử dụng.
- Loại đầm gỗ 4 người đầm có trọng lượng từ 60 ÷ 70 kg được làm bằng gỗ tốt, thân đầm cao khoảng 60 ÷ 70 cm, đường kính mặt đáy từ 0,3 ÷ 0,35 cm, có
4 cán ngang gắn vào thân đầm a.2 Đầm bằng gang
- Có trọng lượng từ 5 ÷ 8 kg
- Dùng cho một người đầm
- Được sử dụng khi đầm các góc nhà, các khe nhỏ, mà các loại đầm lớn không đầm được a.3 Đầm bê tông
- Được đúc bằng bê tông có đường kính 0,35 ÷ 0,4 m
- Cao 0,4 ÷ 0,5 m, nặng 70 ÷ 140 kg, có 4 thanh ngang dùng cho 4 ÷ 8 người đầm b Kỹ thuật đầm
- Rải đất thành từng lớp mỏng tuỳ theo trọng lượng đầm:
+ Trọng lượng đầm 5 ÷ 10 kg thì lớp đất đổ dày 10 cm;
+ Trọng lượng đầm 30 ÷ 40 kg thì lớp đất đổ dày 15 cm;
+ Trọng lượng đầm 60 ÷ 70 kg thì lớp đất đổ dày 20 cm;
+ Trọng lượng đầm 75 ÷ 100 kg thì lớp đất đổ dày 25 cm
- Trong quá trình rải đất phải vệ sinh đất: Nhặt rễ cây, các tạp chất lẫn lộn trong đất
Để đạt được độ ẩm tối ưu cho đất, cần điều chỉnh mức độ ẩm phù hợp Nếu đất quá khô, hãy tưới thêm nước; ngược lại, nếu đất ướt quá, cần xới tơi để làm khô bớt.
Đầm được nâng lên cao từ 30 đến 40 cm và thả tự do xuống đất Nhát đầm tiếp theo cần phải dè nén một nửa so với nhát đầm trước đó.
- Chia thành nhiều tổ đội, mỗi tổ đội phụ trách một khu vực đầm
Đầm đất được thực hiện qua nhiều lượt để đạt độ chặt theo thiết kế, sau đó rãi lớp đất tiếp theo và tiếp tục đầm cho đến khi đạt được độ cao thiết kế yêu cầu.
2.5.2.4 Đầm đất bằng cơ giới a Các loại máy đầm đất hiện nay a.1 Đầm lăn
Các phương pháp gia cố nền móng
2.6.1 Phương pháp gia cố bằng cọc tre
- Được dùng để gia cố nền là chủ yếu, phù hợp cho nhà dưới 4 tầng
- Được sử dụng ở những nơi vùng đất ẩm ướt, mực nước ngầm cao và ít thay đổi
- Tuổi thọ của cọc chôn trong đất ẩm ướt thường xuyên là khá cao, trên 50 năm
2.6.1.2 Yêu cầu chế tạo cọc tre
- Tre làm cọc phải là tre già (trên 2 năm tuổi), thân tre phải tươi và thẳng (không cong vênh quá 1 cm trên 1 mét), mình tre dày tối thiểu 10 ÷ 15 mm
- Chiều dày mỗi cọc tre từ 2 ÷ 5 m và có đường kính 60 mm
- Đầu trên của cọc tre phải cưa cách mấu 50 mm, đầu dưới được vát nhọn, không được phạm vào mấu và cưa cách mấu 200 mm
- Cọc tre được đóng với mật độ 25 ÷ 30 cọc/m 2
- Sử dụng sức người đóng bằng vồ gỗ hoặc kết hợp máy đào gầu nghịch để hạ cọc
- Trình tự đóng cọc theo hình xoắn ốc từ ngoài vào trong
Hình 2.48 Thứ tự đóng cọc tre
- Chủ yếu dùng để gia cố nền, phù hợp cho nhà dưới 4 tầng
- Sử dụng những nơi đất ẩm ướt quanh năm (bãi sình lầy, ao )
- Cọc gỗ hay dùng cho những trụ cầu gỗ nhỏ
- Gỗ làm cọc phải là gỗ tốt (như thông, dẻ, muồng, tràm ), còn tươi Độ ẩm lớn hơn 23%
- Cây gỗ làm cọc phải thẳng, độ võng cho phép là 1% chiều dài và không vượt quá 12 cm
- Đường kính cọc từ 20 ÷ 30 cm Chiều dài phụ thuộc vào thiết kế và thường L = 10 ÷ 12 m
- Khi chế tạo cần làm cọc dài hơn thiết kế khoảng 0,5 m để đề phòng trong quá trình đóng cọc, đầu cọc bị giập nát khi đóng
Mũi cọc được thiết kế với hình chóp ba hoặc bốn cạnh, có chiều cao gấp 1,5 đến 2 lần đường kính của cọc Để tránh tình trạng giập nát khi đóng, cần gọt mỗi đoạn 10 cm ở đầu mũi cọc.
400-700 d 0 0 mũi cọc bịt sắt Đai đầu cọc
Để đảm bảo an toàn cho cọc khi đóng qua các lớp đất rắn, sỏi cuội và đất có lẫn đá, mũi cọc cần được bảo vệ bằng cách gắn mũi thép vào cọc bằng đinh.
- Để tránh giập nát đầu cọc, khi đóng, ta lồng một vòng đai sắt
Biện pháp hạ cọc gỗ tương tự như cọc tre
2.6.3 Phương pháp thay lớp đất yếu bằng lớp đất cát, đất pha sỏi (đệm)
- Đệm cát được dùng khi lớp đất bão hòa với nước, như đất sét, cát bão hòa, than bùn với độ dày bề mặt không quá lớn (dưới 3 m)
Đêm cát là một giải pháp xử lý nền móng hiệu quả, được cấu tạo từ lớp cát dày trong khu vực nền móng có nước cần xử lý Phương pháp này giúp tăng tốc độ cố kết của nền, từ đó nâng cao khả năng tải trọng và giảm thời gian xử lý nền nhà.
+ Giảm độ sâu của móng bị chôn vùi từ đó làm giảm lượng vật liệu xây dựng cần dùng cho phần móng;
+ Giảm độ lún nền móng, giảm lún nền móng do sự phân bố ứng suất bởi tải trọng bên ngoài gây ra bên trong đất dưới lớp cát;
+ Lớp cát hoạt động như 1 lớp chịu tải, hấp thụ tải trọng của các công trình vào lớp đất tự nhiên, làm tăng khả năng chịu tải của đất
- Tuy vậy, trong quá trình dùng đệm cát, phải chú ý đến tới hợp cát chảy, xói mòn trong đất bởi nước ngầm hay hóa lỏng do tải động
- Trường hợp không nên dùng đệm cát:
Kích thước đệm cát được tính toán để đảm bảo độ ổn định và độ bền của công trình, đồng thời kiểm soát độ lún của tòa nhà trong giới hạn cho phép.
Mực nước ngầm cao và áp lực lớn gây khó khăn trong việc hạ thấp mực nước, đồng thời việc sử dụng đệm cát trở nên không ổn định và tốn kém Để đảm bảo nền đất, cần thay thế lớp đất có độ dày trên 3 m, tuy nhiên việc áp dụng đệm dày sẽ phức tạp và không mang lại hiệu quả kinh tế.
- Đào bỏ hết toàn bộ lớp đất yếu
- Cát sử dụng là cát hạt to, trung có hàm lượng chất bẩn nhỏ hơn 3%
- Rải từng lớp 20 ÷ 30 cm, tưới nước vừa đủ ẩm và đầm
- Sau mỗi lượt đầm kiểm tra độ chặt theo thiết kế
- Có thể thay cát bằng các lớp đất khác như cát pha sét lẫn sỏi, sỏi đỏ
2.6.4 Phương pháp thi công cọc cát
- Giúp cho nước trong lỗ rỗng thoát ra nhanh làm cho quá trình cố kết của đất tăng lên và độ lún chóng ổn định
- Trong quá trình thi công, đất nền được nén chặt làm cho nền cọc tiếp tục được tăng lên;
- Cọc được thi công đơn giản, sử dụng vật liệu rẻ tiền nên giá thành thấp
- Dùng cho nền đất yếu có chiều dày lớn hơn 3 m
- Không nên dùng cọc cát đối với đất nhão yếu hoặc chiều dày lớp đất yếu nhỏ hơn 2 m
2.6.4.2 Kỹ thuật thi công cọc cát
- Đào hố móng cách cao độ thiết kế 1 m
Máy ấn ống thép hoạt động bằng cách tạo ra chấn động để đưa ống xuống độ sâu thiết kế Đầu ống có thể được cấu tạo với cánh mở hoặc đóng Để thực hiện, nhồi cát vào ống khoảng 1 mét, sau đó gắn bộ phận chấn động rung trong 15 - 20 giây để cát rơi xuống Tiếp theo, rút ống lên khoảng 0,5 mét và gắn lại bộ phận chấn động rung trong 10 - 15 giây để cát tiếp tục rơi xuống.
Cứ thế tiếp tục cho đến khi cho cát vào đầy lỗ
Hình 2.50 Cấu tạo mũi ống thiết bị thi công cọc cát a) Khi các cánh mở; b) Khi các cánh mũi đóng lại
- Cọc cát cũng có thể được thi công bằng phương pháp khoan tạo lỗ, rồi đổ từng lớp cát, tưới nước và kết hợp đầm chặt
Thi công nền cọc cát đúng kỹ thuật có thể tăng cường độ đất nền lên từ 2 đến 2,5 lần so với trạng thái trước khi gia cố.
- Có thể kiểm tra nền cọc cát bằng các phương pháp bàn nén tĩnh, xuyên tiêu chuẩn.
Thi công cừ và cọc bê tông cốt thép
2.7.1 Chế tạo cọc bê tông cốt thép đúc sẵn
2.7.1.1 Cọc tiết diện vuông bê tông cốt thép đúc sẵn
- Thường có tiết diện vuông, kích thước 150x150; 200x200; 250x250; 300x300; 350x350; 400x400 mm
- Mác bê tông từ 200 - 350 tuỳ thuộc chiều dài, tiết diện cọc và yêu cầu thiết kế
- Chiều dài một đoạn cọc từ 6 ÷ 11,7 m, tùy thuộc vào: độ mảnh và phương án vận chuyển - cẩu lắp
Cọc BTCT nổi bật với độ bền cao và khả năng chịu tải trọng lớn, giúp truyền tải lực từ công trình xuống nền đất Loại cọc này được ứng dụng phổ biến trong các loại móng của công trình dân dụng và công nghiệp.
- Sức chịu tải từ 10 ÷ 80 T, tùy thuộc vào tiết diện và điều kiện địa chất
- Cọc BTCT có thể được đúc trong các nhà máy sản xuất kết cấu bê tông hoặc tại khu vực xây dựng công trình
- Sân chế tạo cọc phải bằng phẳng được đổ BT hoặc BTCT có bọc thép tấm
- Diện tích mặt sân đúc cọc F (m 2 ) được tính bằng công thức sau:
+ k: Hệ số kể đến đường đi lại và các khoảng trống, k = 1,05;
+ N: Năng suất của bãi (số cọc chế tạo trong một ngày), cọc;
+ t: Thời gian cần thiết đúc một cọc (từ khi đúc đến khi vận chuyển ra khỏi bãi), ngày;
- Cọc phải được chế tạo theo đúng thiết kế, chiều dày lớp bảo vệ tối thiểu là
Đổ bê tông cọc cần thực hiện liên tục và không gián đoạn với độ sụt khoảng 6 cm, bắt đầu từ mũi cọc và lên đến đỉnh Việc sử dụng đầm máy là bắt buộc, trong khi không được rung cốt thép Chỉ nên tháo cốp pha khi cọc đạt 25% cường độ.
- Hiện nay, người ta thường đúc cọc theo phương pháp xen kẽ a) b)
Hình 2.51 Phương pháp xen kẽ trong đúc cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông a) Đúc cọc ngoài thực tế; b) Thứ tự đúc cọc xen kẽ
Hình 2.52 Chi tiết cọc và ván khuôn cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông
2.7.1.2 Cọc tiết diện tròn bê tông cốt thép đúc sẵn
- Cọc được chế tạo tại nhà máy theo TCVN 7888:2008
Hình 2.53 Quy trình chế tạo cọc bê tông dự ứng lực trong nhà máy
- Cọc có đường kính từ 300 ÷ 1.200 mm
- Dây chuyền sản xuất cọc bê tông ly tâm dự ứng lực bán tự động gồm: + Cắt, tù đầu cáp tự động;
+ Hàn lồng thép bằng máy hàn chuyên dùng;
+ Vệ sinh khuôn bằng hệ thống băng chuyền và phun nhớt bôi trơn;
+ Lắp ráp khuôn và căng cáp trên hệ thống băng chuyền;
+ Cấp liệu cho cọc bằng hệ thống bơm và cân;
+ Hấp hơi bảo dưỡng bằng hệ thống cấp kiểm soát hơi tự động;
+ Tháo khuôn, sản phẩm cọc bằng băng chuyền và cần hút chân không; + Cùng với hệ thống cẩu và các bộ cần kẹp nâng bê tông
2.7.2 Các phương pháp hạ cọc bê tông cốt thép đúc sẵn
2.7.2.1 Thi công đóng cọc a Chọn thiết bị thi công đóng cọc
Để đảm bảo hạ cọc đến chiều sâu thiết kế theo độ chối quy định, cần cung cấp đủ năng lượng để xuyên qua các lớp đất dày, bao gồm cả tầng kẹp cứng.
- Gây nên ứng suất động không lớn hơn ứng suất động cho phép của cọc để hạn chế khả năng gây nứt cọc;
Tổng số nhát đập hoặc thời gian hạ cọc liên tục cần được kiểm soát không vượt quá giá trị thiết kế quy định nhằm ngăn chặn hiện tượng cọc bị mỏi.
- Độ chối của cọc không nên quá nhỏ có thể làm hỏng đầu búa
* Tính toán chọn búa đóng cọc:
- Lựa chọn búa đóng cọc theo khả năng chịu tải của cọc trong thiết kế và trọng lượng cọc
- Năng lượng cần thiết tối thiểu của nhát búa đập E được xác định theo công thức:
+ E: Năng lượng đập của búa, tính bằng kilôgam lực mét (kG.m);
+ a: Hệ số bằng 25 kilôgam lực mét trên tấn (kG.m/T);
+ P: Khả năng chịu tải của cọc, quy định trong thiết kế tính bằng tấn (T)
- Loại búa được chọn với năng lượng nhát đập phải thoả mãn điều kiện: n tt
+ k: Hệ số chọn búa đóng, quy định trong Bảng 2.15;
+ Q n : Trọng lượng toàn phần của búa, tính bằng kilôgam lực (kG);
Trọng lượng cọc, bao gồm cả mũ và đệm đầu cọc, được tính bằng kilôgam lực (kG) Đối với búa điêzen, giá trị năng lượng đập được tính toán dựa trên trọng lượng này.
+ Đối với búa ống: Ett = 0,9Q.H;
+ Đối với búa cần: Ett = 0,4Q.H
+ Q: Trọng lượng phần đập của búa tính bằng kilôgam lực (kG);
Chiều cao rơi thực tế của phần đập búa khi đóng ở giai đoạn cuối được xác định như sau: đối với búa ống có chiều cao H = 2,8 m; đối với búa cần có trọng lượng phần đập lần lượt là 1,25 T, 1,80 T và 2,50 T, chiều cao H tương ứng là 1,7 m, 2,0 m và 2,2 m.
Bảng 2.15 Hệ số chọn búa đóng
Búa điêzen kiểu ống và song động 6
Búa đơn động và điêzen kiểu cần 5
Chú thích: Khi hạ cọc bằng phương pháp xói nước thì các hệ số nói trên được tăng thêm 1,5
Khi đóng xuyên qua các lớp đất chặt, cần sử dụng búa có năng lượng đập lớn hơn các giá trị tính toán theo công thức (2.23) và (2.24) Ngoài ra, có thể áp dụng biện pháp khoan dẫn trước hoặc xói nước để hỗ trợ quá trình đóng.
- Khi chọn búa để đóng cọc xiên nên tăng năng lượng đập tính theo công thức (2.23) với hệ số k 1 cho trong Bảng 2.16
Bảng 2.16 Hệ số chọn búa đóng cọc xiên Độ nghiêng của cọc Hệ số k 1
1:1 1,70 b Các thiết bị thi công đóng cọc b.1 Giá búa
Búa đóng cọc có thể được làm từ thép hoặc gỗ, được di chuyển trên ray nhờ vào tời kéo và đẩy, hoặc sử dụng cần trục bánh xích và máy đào đất trang bị thêm thiết bị đóng cọc.
- Giá búa phải có chiều cao bảo đảm đóng được những cọc theo thiết kế Chiều cao h của giá búa xác định theo công thức: h l h d z (2.25)
+ Z: Đoạn giá búa có treo các thiết bị cẩu búa và cọc, m
Hình 2.54 Các loại máy đóng cọc tự hành a Cần trục giá búa; b Máy đóng cọc loại giá búa
(1) Ống đứng; (2) Ống dẫn hướng của búa; (3) Ống chống chéo; (4) Búa; (5) Cọc b.1 Các loại búa đóng cọc
+ Sử dụng quả nặng kim loại nặng 0,5 ÷ 0,6 T;
+ Kéo bằng tời tay hoặc tời máy, khi xuống rơi tự do;
Máy đóng cọc được sử dụng để đóng các loại cọc dài từ 6 đến 12 mét với khối lượng nhẹ và yêu cầu mặt bằng rộng Với cấu tạo đơn giản, máy dễ dàng bảo quản và sửa chữa, đồng thời cho phép thay đổi độ cao nâng búa một cách linh hoạt, giúp giảm chi phí đầu tư.
+ Năng suất thấp (4 ÷ 12 nhát/1phút);
+ Dễ làm hỏng đầu cọc
Búa hơi được phân thành hai loại: búa đơn động, trong đó khí nén chỉ nâng quả búa để nó rơi tự do, và búa song động, khi quả búa rơi xuống với lực khí nén tác động thêm Cả hai loại búa này đều có đặc điểm chung là cồng kềnh, trọng lượng hiệu dụng nhỏ và ít gây hư hại cho đầu cọc.
+ Dùng khí ép hoặc hơi nước để nâng chày lên cao, khi xuống rơi tự do; + Búa nặng từ 1,5 ÷ 8 T;
+ Một phút đóng được 25 ÷ 30 nhát
+ Dùng khí ép hoặc hơi nước để nâng chày lên cao, khi xuống rơi tự do; + Một phút đóng được 200 ÷ 300 nhát/phút;
+ Dùng để đóng cọc nặng, khối lượng nhiều, mặt bằng chật hẹp
Hình 2.55 Búa treo đóng cọc Hình 2.56 Búa hơi đóng cọc
- Búa nổ diezen (đi kèm cọc dẫn, ống dẫn):
+ Dùng để đóng cọc gỗ, thép, btct và ván cừ dài dưới 8 m;
+ Làm việc theo nguyên lý động cơ 2 kỳ (nén, hút, nổ, xả);
+ Thích hợp đối với đất thịt, với nền đất yếu thì nhiên liệu khó cháy hết do phản lực đầu cọc tác dụng lên búa nhỏ;
+ Trọng lượng thiết bị nhỏ, búa nặng 0,6 ÷ 5 T, không cần một số thiết bị trung gian;
+ Năng suất thấp hơn búa hơi song động (50 - 80 nhát/phút);
+ Tốn 50 - 60% công suất để nén không khí trong xy lanh
Hình 2.57 Búa diezel đóng cọc c Vận chuyển cọc
Để ngăn ngừa gãy cọc, nên sử dụng 2 móc cho cọc dài dưới 20 mét và 3 móc cho cọc dài từ 20 đến 30 mét Khi số lượng móc trên cọc ít hơn hoặc bằng 3, vị trí của móc được xác định dựa trên sự cân bằng của mômen âm dương Ngược lại, nếu số móc lớn hơn 3, vị trí của móc sẽ được xác định theo sự cân bằng phản lực.
- Khi chuyên chở cũng như khi sắp xếp xuống bãi tập kết phải có hệ con kê bằng gỗ ở phía dưới các móc cẩu
Hình 2.58 Cẩu lắp vận chuyển cọc bê tông cốt thép
- Dùng xe ôtô để chở đi xa, xe goòng hoặc cần cầu để chuyển cọc trong công trường d Chuẩn bị công trường trước khi đóng cọc
- Lập biện pháp thi công:
+ Sơ đồ di chuyển máy đóng cọc và cần trục phục vụ;
- Dọn mặt bằng, giải phóng các chướng ngại vật trên mặt đất ảnh hưởng đến việc hạ cọc
- Định vị mặt bằng móng và tim cọc
- Vạch tim ở các mặt bên của cọc để xác định độ thẳng đứng theo hai phương bằng máy kinh vĩ trong khi đóng cọc
- Vạch ngang dọc chiều dài thân cọc để theo dõi tốc độ và độ sâu đóng cọc e Kỹ thuật thi công cọc
Hình 2.59 Lắp cọc vào giá búa
1 Máy đóng cọc; 2 Cọc; 3 Cáp; 4 Cần trục; 5 Cần dẫn;
6 Ống chống của cần dẫn
Để lắp cọc vào giá búa, trước tiên cần chở cọc đến gần giá búa Tiếp theo, móc dây treo cọc 1 vào móc cẩu trên của cọc và móc dây treo búa 2 vào móc cẩu dưới của cọc Sau đó, sử dụng hai máy tời để cuốn hai dây lên cùng lúc, giúp hai đầu cọc nâng cao đồng thời Khi cọc đã được nâng lên, ngừng kéo dây 2 và tiếp tục kéo dây 1 để cọc dần trở về vị trí thẳng đứng, sẵn sàng ghép vào giá búa Ngoài ra, có thể sử dụng một cần trục để hỗ trợ quá trình lắp cọc vào giá búa.
- Hạ mũi cọc vào đúng tâm cọc được định vị, kiểm tra lại vị trí cọc
- Hạ búa xuống đầu cọc, kiểm tra xem trục tim của chày búa có trùng với tim cọc không
- Bắt đầu đóng cọc với những nhát búa nhẹ (nâng chày lên cao khoảng 50 cm), khi cọc nằm đúng vị trí mới cho đóng hết khả năng
- Nối đoạn cọc khác vào khi đóng đầu cọc đang đóng cao hơn mặt đất 50 cm
- Tiếp tục đóng cọc cho đến khi đạt độ sâu thiết kế và đạt tới độ chối yêu cầu
Hình 2.60 Sơ đồ đóng cọc
+ Sơ đồ đóng theo hàng áp dụng cho các công trình chạy dài;
+ Sơ đồ đóng xoắn ốc áp dụng khi đất nền chịu lèn ép kém;
+ Sơ đồ đóng thành nhiều phân đoạn áp dụng đối với sân cọc khá rộng
- Mối nối cọc: chịu lực dọc trục, mô men, lực cắt Liên kết giữa đoạn cọc được thực hiện bằng:
+ Hàn qua mặt bích + thép góc;
+ Hàn qua thép bản phủ kín mặt bích
- Chỉ bắt đầu hàn nối các đoạn cọc khi:
+ Kích thước các bản mã đúng với thiết kế;
+ Trục của đoạn cọc đã được kiểm tra độ thẳng đứng theo hai phương vuông góc với nhau;
+ Bề mặt ở đầu hai đoạn cọc nối phải tiếp xúc khít với nhau
- Độ chối của cọc: Độ lún của cọc do một nhát búa đóng và một phút làm việc của búa rung gây ra Công thức tính độ chối:
Nếu độ chối dư e nhỏ hơn 0,2 cm và búa đóng cọc đáp ứng yêu cầu, thì độ chối toàn phần, bao gồm tổng độ chối đàn hồi và độ chối dư, cần phải thỏa mãn các điều kiện nhất định.
+ e: Độ chối dư, bằng độ lún của cọc do một nhát búa đóng và 1 min làm việc của búa rung, tính bằng xentimét (cm);
+ c: Độ chối đàn hồi (chuyển vị đàn hồi của đất và cọc) xác định bằng dụng cụ đo độ chối, tính bằng xentimét (cm);
+ n: Hệ số tra theo Bảng 2.17, tính bằng tấn trên mét vuông (T/m²);
Bảng 2.18 Năng lƣợng quy đổi
Năng lƣợng nhát đập quy đổi (T.cm) 450 900 1.300 1.750 2.200 2.650 3.100 3.500
+ Q: Trọng lượng phần đập của búa, tính bằng tấn (T);
Chiều cao rơi thực tế của búa được đo bằng xentimét (cm) và ký hiệu là H Hệ số an toàn về đất được xác định theo công thức, với k = 1,4 cho công thức (2.26) và k = 1,25 cho công thức (2.27) Trong xây dựng cầu, nếu số lượng cọc trong trụ lớn hơn 20, k = 1,4; từ 11 đến 20 cọc, k = 1,6; từ 6 đến 10 cọc, k = 1,65; và từ 1 đến 5 cọc, k = 1,75.
+ P: Khả năng chịu tải của cọc theo thiết kế, tính bằng tấn (T);
+ M: Hệ số lấy bằng 1 cho búa đóng và theo Bảng 2.19 cho búa rung;
Loại đất dưới mũi cọc Hệ số M
Sỏi sạn có lẫn cát 1,3
Cát: - Hạt trung và thô 1,2
- Cát bụi chặt vừa 1,0 Á cát dẻo, á sét và sét cứng 0,9 Á sét và sét - nửa cứng 0,8 Á sét và sét - dẻo cứng 0,7
Chú thích: Khi cát chặt giá trị hệ số M được tăng thêm 60%
Trọng lượng toàn phần của búa hoặc búa rung được tính bằng tấn (T), ký hiệu là QT Hệ số phục hồi va đập, ký hiệu là 2, được xác định là 0,2 khi sử dụng để đóng cọc bê tông cốt thép (BTCT) và cọc thép có mũ cọc đệm gỗ Tuy nhiên, khi áp dụng búa rung, hệ số này sẽ là 2 = 0.
+ q: Trọng lượng cọc và mũ cọc, tính bằng tấn (T);
+ q1: Trọng lượng cọc đệm, tính bằng tấn (T); khi dùng búa rung q1 = 0; + h: Chiều cao cho búa điêzen, h = 50 cm, các loại khác h = 0;
+ : Diện tích mặt bên của cọc, tính bằng mét vuông (m²);
+ n0 và n: Các hệ số chuyển đổi từ sức kháng động của đất sang sức kháng tĩnh, tính bằng giây mét trên tấn n = 0,25 s.m/T; n 0 = 0,0025 s.m/T;
+ F: Diện tích theo chu vi ngoài của cọc đặc hoặc rỗng (không phụ thuộc vào cọc có hay không có mũi nhọn), tính bằng mét vuông (m²);