NGHIÊN cứu TÍNH TOÁN lực cắt đất của gầu KHOAN TRONG THI CÔNG cọc KHOAN NHỒI

Đặc điểm - Máy khoan có đầu khoan làm việc theo nguyên tắc xoắn vít hoặc gầuxoay có hiệu quả đối với lỗ cọc có đường kính lớn trong nền đất đá yếu - Nếu đất yếu dùng kiểu vít xoáy, vật l

Trang 1

Công cuộc đổi mới và hiện đại hoá đất nớc 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 việc xây dựng cơ sở hạ tầng Đó là công việc xâydựng mới và hiện đại hoá các khu công nghiệp, các nhà máy, các khu dân c,các công trình giao thông nh: cầu cống, đờng xá … Trong xây dựng các công Trong xây dựng các côngtrình đó thì công tác xử lý nền móng là một công việc vô cùng quan trọng Sự

ổn định vững chắc nền móng ảnh hởng rất lớn đến chất lợng công trình sau này.Công trình càng lớn càng hiện đại thì chất lợng nền móng càng phải đợc đảmbảo điều đó đòi hỏi phải thi công nền móng bằng các máy móc và thiết bị hiện

đại dẫn đến chi phí cho công trình lớn mà ở thời điểm hiện nay chúng ta khó

đáp ứng đợc

Vấn đề đặt ra là phải giảm giá thành khi thi công nền móng để góp phầnhạ giá thành toàn bộ công trình ở nớc ta hiện nay để xử lý nền móng côngtrình ngời ta có nhiều phơng án khác nhau nh dùng búa đóng cọc Diezel, dùngbúa rung động, dùng máy ép cọc bấc thấm, máy ép cọc tĩnh, dùng máy khoancọc nhồi… Trong xây dựng các công Tuy nhiên tuỳ từng điều kiện kinh tế, điều kiện thi công mà mỗi ph-

ơng pháp thi công có các mặt u, nhợc điểm khác nhau nh phơng pháp thi côngbằng búa đóng cọc Diezel thì gây ồn, gây ô nhiễm môi trờng, làm ảnh hởng tớicác công trình xung quanh Với máy khoan cọc thì giá thành khá cao, với búa

đóng cọc rung động thì gây chấn động tới các công trình xung quanh, với máy

ép cọc bấc thấm thì giá thành đắt và hiệu quả xử lý nền không cao… Trong xây dựng các công

Thi công nền móng bằng phơng pháp cọc khoan nhồi là một tiến bộ củakhoa học kỹ thuật đã đợc áp dụng rộng rãi ở các nớc trên thế giới và trongnhững năm gần đây thi công nền móng bằng phơng pháp cọc khoan nhồi đã đ-

ợc áp dụng ở Việt Nam

Kinh nghiệm và kết quả nghiên cứu khi thi công nền móng bằng phơngpháp cọc khoan nhồi có thể thích hợp với nhiều vùng địa chất khác nhau có khảnăng tạo ra cọc có chiều sâu, đờng kính phù hợp với yêu cầu khi thi công đặtbiệt nó có thể tạo ra cọc có chiều sâu lớn mà vẫn cho năng suất cao mà chất l -ợng cọc vần đảm bảo Đặc biệt bằng các thiết bị khoan nh mũi khoan ruột gà,mũi khoan phá đá, mũi khoan gầu xoay… Trong xây dựng các công thì khi khoan có thể xuyên qua cácvùng địa chất cứng mà các thiết bị thi công khác không đáp ứng đợc

Phơng pháp cọc khoan nhồi còn rất thích hợp cho việc tạo móng xây chengiữa các khu dân c mà ít làm ảnh hởng tới các công trình xung quanh (Bằngcách sử dụng ống vách ngăn rung động và chống lở vách), tránh đợc ô nhiễmmôi trờng xung quanh Việc chế tạo cọc ngay tại nền móng công trình tránh đ-

ợc chi phí cho vận chuyển cọc từ nơi sản xuất cọc tới chân công trình… Trong xây dựng các công Vìvậy việc áp dụng kỹ thuật tạo cọc cho nền móng công trình bằng phơng phápcọc khoan nhồi đảm bảo về mặt chất lợng, tính kinh tế, điều kiện môi trờng đợc

đảm bảo là một yếu tố mà đang đợc nhiều Công ty, cũng nh các đơn vị thi công

đặc biệt qua tâm trong việc sử dụng các thiết bị khoan cọc nhồi

Do điều kiện hạn hẹp về thời gian, về trình độ cũng nh về tài liệu nghiêncứu nên trong đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong đợc

sự đóng góp ý kiến, góp ý chỉ bảo của các thầy cô giáo trong bộ môn

Sinh viờn: Lờ Xuõn Trường - Đào Hựng Cường

1

Trang 2

GVHD NGUYỄN QUANG MINH

Sinh viªn:

Lª Xu©n Trêng

§µo Hïng Cêng

Trang 3

I Các loại máy và thiết bị khoan cọc nhồi

1.1 Máy cọc nhồi dùng gầu đào kiểu BS

1.1.a Đặc điểm khi đào đất (tạo lỗ)

- Khoan tạo lỗ trong mọi loại đất đá (trừ đá rắn) vì hàm ngoạm có răngbịt hợp kim rắn

- Để có năng suất cao người ta khoan trong nước, trong vữa sét hoặc gặptầng đất, đá, cuội chặt…

1.1.b Nguyên lý hoạt động của máy khoan BS 6800

1 Bộ di chuyển bánh xích, 2 buồng động lực, 3 đối trọng, rulô cuốn tuy ô thuỷ lực, 5 cáp treo cần, 6 tuy ô thuỷ lực đóng mở gầu,7 cáp tời phụ, 8 cáp tời chính, 9 rulô đầu cần, 10 gầu ngoạm (đào),11 cáp đo độ sâu giếng đào,12 cần, 13 ống vách,14 bộ tời đo độ sâu, 15

Ocsilater (thiết bị xoay ống vách)

Sinh viên: Lê Xuân Trường - Đào Hùng Cường

3

Trang 4

- Khi thiết bị không làm việc thì một đầu của sợi cáp (đầu tự do) đượcmóc vào máy khoan

- Khi máy khoan hoạt động thì đầu cáp tự do móc vào đầu khoan

- Khi gầu đi xuống thì hệ điều khiển tự động làm cho tang (4) quay nhờdẫn động tử mô tả thuỷ lực (9), tang quay nhỏ cáp đúng với vận tốc hạ gầu.Nhờ có sự ăn khớp cặp bánh răng (5) mà chiều dài cáp được nhả ra sẻ hiển thịthông qua bộ truyền tín hiệu (8) về bộ điều khiển Khi kéo đầu khoan đi lên thì

bộ điều khiển sẽ đổi chiều dòng dầu thuỷ lực tới mô tơ (9) nó làm quay theochiều ngược lại, cáp sẽ cuốn lại đúng với vận tốc nâng gầu khoan

- Đặc điểm

+ Tuy ô thuỷ lực trên ru lô lớn, dòng dầu sẽ được cấp tới tuy ô thuỷ lực+ Cơ cấu điều khiển - điều chỉnh động cơ thủy lực sao cho rulô có sốvòng quay phù hợp với tốc độ nhả hoặc cuốn tuy ô thích hợp với tốc độ nânggầu khoan

+ Đầu khoan hoạt động theo nguyên tắc gầu ngoạm, khối lượng rất nặng+ Khoan tạo lỗ trong mọi loại đất đá (trừ đá rắn) vì hàm ngoạm có răngbịt hợp kim rắn

+ Để có năng suất cao người ta khoan trong nước, trong vữa sét hoặc gặptầng đất, đá, cuội chặt…

2 Máy khoan sử dụng bộ công tác gầu khoan

2.1 Đặc điểm

- Máy khoan có đầu khoan làm việc theo nguyên tắc xoắn vít hoặc gầuxoay có hiệu quả đối với lỗ cọc có đường kính lớn trong nền đất đá yếu

- Nếu đất yếu dùng kiểu vít xoáy, vật liệu được đùn lên liên tục

- Trường hợp đất qúa dẻo và ngậm nước dùng gầu khoan kiểu gầu, đấtkhoan do cắt xén được gạt vào gầu Đất đầy thùng cánh xén khép lại và đầukhoan kéo lên đổ đất ra ngoài

Trang 5

xốp rời, dùng loại này thông dụng vì khoan nhiều trong nền đất có tầng địachất khác nhau

- Nếu có lớp đất sạt lở thì dùng tạm bằng 1 đoạn ống vách

2.2 Các loại máy

Trong thi c«ng cäc khoan nhåi ë trªn thÕ giíi còng nh ë ViÖt Nam thêng dïng

mét sè lo¹i m¸y khoan nhåi sau ®©y nh số máy khoan của hãng (NIPPON

SHANYO, HITACHI…do Nhật sản xuất, BAUER cña §øc, mét sè m¸y cñaTrung Quèc ,Ph¸p … Trong x©y dùng c¸c c«ng)

5

Trang 6

Máy khoan ED 6500

Trang 7

Sử dụng bentonite trong quá trình khoan.

7

Trang 8

Các kích thước cơ bản ED 6500

Trang 9

9

Trang 10

Máy khoan ED 5500

Trang 11

11

Trang 12

Máy khoan TE 4000

Trang 13

13

Trang 14

Trang 15

15

Trang 16

Trang 17

17

Trang 18

Trang 19

Máy khoan KH180

19

Trang 20

Trang 21

21

Trang 22

Trang 23

phụ và tời nâng cần cùng với phần quay cần khoan đều dùng mô tơ thuỷ lựcđược cung cấp bởi 2 loại bơm dầu

1.3 Máy khoan vận hành ngược

- Có mô men quay thường nhỏ hơn loại máy khoan tròn

- Khoan được trong đất, cả đá cứng

- Để chọn đầu khoan vận hành ngược trở về bể chứa và sau khi sàng lọc,lại cho xuống lỗ khoan để dùng cho chu trình tiếp theo

- Dùng cho các lỗ khoan có đường kính lớn từ 4m trở lên

1.3.2 Một số hãng sản xuất như tổ hợp L - 4, L - 4S, L - 10S, L - 1B… của

hãng Ishikawashima, hãng Misubishi MD 350, MD 150, MD 450, MD 250; tổ hợp khoan S - 300 của hãng Salzgitter của Cộng hoà liên bang Đức

-Sinh viên: Lê Xuân Trường - Đào Hùng Cường

23

Trang 24

Trang 25

+ Ưu điểm: giữ ổn định được mái xén khi rút cần khoan lên Cánh sạch

sẽ hơn bởi cánh xén luôn ở đáy cọc

+ Nhược điểm: vòm mái kém ổn định và cánh xén dễ bị kẹt trong lỗ khi

kéo gầu khoan ra ngoài

- Chú ý: khi dùng loại máy này khi mở rộng chân cọc có đất kém ổnđịnh phải cần đến dung dịch vữa sét hoặc giữ cho cột nước trong lỗ khoan luônluôn cao hơn mực nước ngầm chừng 2m

25

Trang 26

1.4.2 Công nghệ tạo cọc khoan nhồi

Việc tạo cọc khoan nhồi có đường kính lớn thi công theo công nghệ hiệnđại có thể theo ba nhóm chính sau

1.4.2.1 Công nghệ đúc “ khô”

- Khoan tạo lỗ và mở rộng chân cọc (nếu có yêu cầu), hình a

- Đổ bê tông bịt đáy bằng ống rót thẳng đứng, hình b

- Đặt lồng thép phần trên cọc không nhất thiết phải bố trí suốt chiều dàicọc, và chiều dài lồng cốt thép cũng không được ngắn quá một nửa độ sâu của

lỗ khoan

- Đúc nốt phần còn lại hoàn toàn trên đầy lỗ khô sau khi hút nước

- Sử dụng trong trường hợp trên suốt chiều sâu khoan cọc là đất dính, sétchặt ngầm thấp hơn đáy lỗ khoan

Các bước thi công tạo cọc khô

Trang 27

- Khoan tạo lỗ trong lớp đất chính

- Thêm vữa sét vào lỗ đã khoan đến lớp đất rời, thấm nước

- Hạ ống vách khi đã qua hết lớp đất rời

- Lấy hết vữa sét và làm khô lỗ khoan

- Tiếp tục khoan cho tới độ sâu thiết kế trong lớp đất “khô”

- Mở rộng chân bằng cánh xen và lắp tại đầu khoan (nếu có yêu cầu)

- Đổ bê tông và đồng thời kéo ống vách ra khỏi lỗ khoan

1 Máy cơ sở, 2 Thanh kelly, 3 Đầu khoan, 4 Vữa sét, 5 Ống vách

6 bê tông tươi,7 Dung dịch khoan tràn ra từ khe giữa ống vách và đất

A Đất dính, B Đất rời, C Cọc đúc hoàn chỉnh

27

Trang 28

1.4.2.3 Công nghệ dùng vữa sét hoặc dung dịch khoan

Trình tự mô tả theo hình

2 Khoan lớp bề mặt 9 Hạ lồng thép

3 Hạ èng vách dẫn hướng 10 Cho ống đổ bê tông

4 Cho dung dịch Bentonite 11 Hoµn thành các thao tác

5 Khoan đến cao độ thiết kế 12 Tiến hành đổ bê tông

6 Dùng lưỡi khoan xoắn 13 Vừa đổ vừa rút ống

7 Mở rộng chân cọc 14 Rút ống vách

- Khoan qua lớp đất chính

Thêm vữa sét khi gặp lớp đất dễ sạt lở hoặc có nước ngầm

Đặt lồng thép vào hố khoan vẫn đầy vữa sét

Đổ bê tông dưới nước bằng ống rót thẳng đứng cho tới khi bê tông thaychỗ và dồn hết vữa sét ra ngoài bể chứa

Công nghệ này có thể sử dụng để thay thế ống vách trong mọi tìnhhuống địa chất

Khối lượng vữa sét và dung dịch khoan phải đủ đảm bảo, vậy áp suấtdung dịch mới thắng được áp lực nước ngầm hoặc áp lực đẩy ngang của đất

Trang 29

tham số quy định nghiêm ngặt

2 c¸c bíc thi c«ng cäc khoan nhåi nãi chung: (dïng thiÕt bÞ RT3 - ST)

29

Trang 30

Trang 31

2.1 §Þnh vÞ tim cäc

- Từ hệ thống móc dẫn trắc đạc, xác định vị trí tìm cọc “0” bằng máy đokinh vĩ đặt ở hai trục x, y sao cho hình chiếu của chúng vuông góc với nhau vềtâm “0” Sau đó dựa vào tim “0” để xác định hai điểm mốc kiểm tra Hai điểmnày nằm trên hai trục và cách tim “0” một khoảng với 5d < 1 < 10d (d làđường kính cọc) Sai số của tim cọc khi thi công không được lớn hơn 5cm vềmọi hướng

31

Trang 32

- Sau khi định vị xong tim cọc đưa vào máy đào vào vị trí để tạo một hố

có kích thước sâu từ 2 - 3 (m), rộng 1 - 1,5 (m) Mục đích của việc đào là làmcho lớp đất mặt được tơi, có độ chặt giống nhau và loại bỏ đươc các vật thể rắnngăn cản quá trình đi xuống của ống chống Trong trường hợp điều kiện đấtnền là đồng nhất thì công đoạn này không cần thực hiện

2.2 H¹ èng v¸ch dÉn híng vµ b¶o vÖ

- Sau khi định vị xong vị trí của cọc, thông qua ống vách, quá trình hạống vách được thực hiện thông qua các thiết bị khác nhau

- Ống vách dẫn hướng và bảo vệ có hai nhiệm vụ

- Dẫn hướng các công tác khoan

- Bảo vệ cho hố khoan khỏi sự sụp lở của lớp đất yếu phía trên và giảmbớt sự ảnh hưởng của rung đến các công trình gần nơi thi công Tuỳ theo thiết kế và điều kiện đất nền, ống chống này có thể được đặt ở các độsâu khác nhau, và để lại hoặc được rút lên sau khi kết thúc thi công

- Ống chống định hướng và bảo vệ được hạ tầng bằng hai cách sau;+ Khi ống chống chỉ cần cắm vào đất từ 2 - 4 (m) thì dùng máy rung kẹpchặt vào thành ống và ấn xuống

+ Khi ống chống liên tục được đưa xuống theo hố khoan ở độ sâu lớn,thì dùng kích để ấn xuống Không được dùng cần cẩu hoặc máy khoan để

- Công tác chuẩn bị này dùng cho khi khoan ướt

- Điều chỉnh máy khoan ở vị trí thăng bằng và thẳng đứng

Trang 33

xúc va ô tô vào lấy đất mang đi

- Kiểm tra hệ thống điện, nước, các thiết bin phục vụ để không bị giánđoạn trong quá trình thi công

2.3.2 Công tác khoan

- Công tác khoan chỉ được bắt đầu khi đã thực hiện xong công tác chuẩnbị

- Công tác khoan được thực hiện bằng một trong hai loại sau

- Khoan khô hay còn gọi là khoan xoay bằng guồng xoắn, khoan khôthường thực hiện một phần đất bên trên, để tăng tốc độ khoan và các loại đấtsét có lực dính cao, khả năng ổn định vách lớn

- Khoan ướt hay còn gọi là khoan bơm thổi rửa, thường được thực hiệnbằng khoan có lưỡi hoặc gầu múc Phương thức này dùng để khoan cho đất yếuhoặc đất cát và dùng dung dịch Bentonite để giữ thành vách

- Hạ mũi khoan

- Mũi khoan được hạ vào tâm miệng hố với tốc độ khoảng 1,5m/ s khoan

- Sau khi mũi khoan đã chạm vào bề mặt trên của lỗ khoan, cho máy bắtđầu quay để cắt đất

- Đối với đất cát, đất pha tốc độ quay của khoan vào khoảng 20 - 22vòng/ phút

- Rút cần khoan

- Khi đất đã nạp đầy gầu khoan, từ từ rút cần khoan không được qúanhanh, sẽ tạo hiệu ứng Pistông trong lòng hố khoan, dễ gây sập thành hốkhoan

- Đất lấy lên được tháo dỡ và đổ ra khỏi nơi quy định để cần khoan luôn

Trang 34

khoan Nếu chiều dày lớp cặn bẩn ở đáy hố khoan còn ở phạm vi từ 100- 200

mm thì tiến hành lồng thép (Quá trình dùng gầu vét phải hạ Kelly bar từ từ vàtốc độ quay gầu rất chậm)

- Cấu tạo của lống thép

+ Đường kính ngoài của lồng thép ít nhất phải bằng đường kính trongcủa gầu khoan

+ Cốt thép đai (2): có dạng vòng tròn hoặc lò xo, cốt thép tròn, đườngkính từ 6 - 16 (mm), khoảng cách giữa các vòng cốt đai hay lò xo không đượclớn hơn 35 (cm), thông thường từ 15 - 20 (cm)

Đường kính cốt thép đai phụ thuộc vào đường kính cốt thép chủ

Bảng sự tương ứng giữa đường kính cốt thép chủ và đường kính cốt thép đai

Trang 35

+ Tai định vị (4): Có tác dụng định vị lồng thép đúng tâm lỗ khoan,tránh cho lồng thép bị sát vào lỗ khoan, đường kính cốt thép của tai định vị xấp

35

Trang 36

xỉ bằng đường kính cốt thép chủ, nó được hàn vào cốt chủ, tại mỗi vị trí cọcthường có 4 tai định vị khoảng cách giữa chúng từ 1 - 2 (m)

+ Lồng thép ở mũi cọc thường có vòng thép (5) để tăng độ cứng cho mũicọc, đồng thời có tác dụng dẫn hướng cho ống đổ bê tông sau này

+ Móc treo (6): dùng để nâng hạ lồng thép, nó được hàn với cốt thép chủ+ Nối lồng thép: Chiều dài của lồng thép phải bằng chiều sâu cọc, vànhô lên trên để liên kết với đài cọc theo đúng yêu cầu thiết kế và cấu tạo Nếuchiều sâu cọc lớn hơn thì phải nối các đoạn lồng thép lại với nhau

+ Chiều dài mỗi đoạn lồng thép phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chiềudài của thanh thép, phương tiện vận chuyển, cẩu lắp…

+ Hạ lồng thép: dùng cẩu để hạ lồng thép vào lỗ khoan, cốt thép nằmđúng ở đài móng nhờ có ba thanh thép phụ 12 (mm) để neo giữ, ba thanh thépnày được hàn tạm vào ống vách chống vào có mấu để treo Mặt khác để tránh

sự đẩy nổi của lồng cốt thép trong quá trình bơm đổ bê tông tươi, cần hàn bathanh thép I 120 vào vách ống để kìm giữ lồng thép lại

+ Khi hạ lồng thép, thì lồng cốt thép ở dưới đáy lỗ khoan, cần cách đáy

lỗ khoan từ 5 - 10 (cm) để tạo lớp bê tông bảo vệ

2.3.4 C«ng t¸c thæi röa hè khoan.

Song song với việc khoan tạo lỗ theo thiết kế, để chống lại hiện tượng sụt lởcủa đất thành hố khoan người ta dùng dung dịch Bentonite bơm vào lỗ khoan,dung dịch Bentonite có tác dụng

Ngăn ngừa sự sụt lở đất trong thành vách lỗ khoan

Ngăn ngừa nước ngầm rò rỉ vào trong lỗ khoan

Chống áp lực đẩy của đất

Ổn định vách đào trong một thời gian

Công tác thổi rửa cũng có thể bơm dung dịch vữa sét vào ống đổ Bê tông theonguyên lý tuần hoàn vữa sét thuận Theo phương pháp này thành vách lỗ khoanđược ổn định hơn bằng phương pháp khí nén

Tiêu đề	Nghiên Cứu Tính Toán Lực Cắt Đất Của Gầu Khoan Trong Thi Công Cọc Khoan Nhồi
Tác giả	Lê Xuân Trường, Đào Hưng Cường
Người hướng dẫn	GVHD Nguyễn Quang Minh
Trường học	Trường Đại Học
Chuyên ngành	Máy Xây Dựng
Thể loại	Đề Tài Nghiên Cứu
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	73
Dung lượng	18,31 MB

NGHIÊN cứu TÍNH TOÁN lực cắt đất của gầu KHOAN TRONG THI CÔNG cọc KHOAN NHỒI

Vai trò của dung dịch vữa sét: