Phần 3 Đo đạc, Định vị cầu
5.3.3 Hạ cọc ống vào nền
Các phương pháp hạ cọc ống vào trong nền:
- Hạ cọc ống bằng búa rung kết hợp với việc lấy đất ra khỏi lòng cọc ống.
- Hạ cọc ống bằng búa rung kết hợp với xói nước và lấy đất ra khỏi lòng cọc ống.
- Hạ cọc ống bằng búa rung kết hợp với lấy đất bằng hơi ép.
Để chọn phương pháp hạ cọc ống thích hợp, phải căn cứ vào tính chất cơ lí của đất, độ sâu cần hạ cọc và khả năng thiết bị hạ cọc (bảng 5.3.5)
Bảng 5.3.5 Các phương pháp hạ cọc ống
Đặt trưng của nền Độ sâu hạ cọc,m Phương pháp hạ cọc
Đất díh dẻo mềm,dẻo chảy
đất tơi xốp ẩm bão hoà nước và độ chặt trung bình
< 5
5 - 10
>5
-Dùng tác dụng của trọng lùc
-Như trên kết hợp với lấy
đất trong lòng cọc ống - Dùng búa rung
Đất rời,chặt và chặt trung bình.Đất dính nủa rắn và dẻo quánh
<=5 Dùng tác dụng của trọng
lực,kết hợp lấy đất trước ở trong lòng cọc ống
Tất cả các loại đất có lẫn các chướng ngại như các lớp
đá, đá tảng có kích thước lớn hơn 30cm và các vật ngập sâu trong đất
Không phụ thuộc vào độ
sâu cọc Hạ trong hố đã khoan sẵn bàng búa rung kết hợp với khoan đá kiểu xung kích
5.3.3.1. Chọn thiết bị hạ cọc
Để hạ cọc ống đường kính θ= 0.4→0.6 m có mũi cọc kín,vào nền đất dính chặt và chặt vừa nên dùng các loại búa hơi đơn động,nếu dùng nền đất là cát thì có thể dùng cả búa rung. Các cọc ống đưòng kính Φ>0.6 m có mũi cọc hở hạ vào các loại nền địa chất bất kỳ đều phải dùng búa rung.
Công suất cần thiết của búa rung thường được chọn theo đường kính và trọng lượng cọc ống,độ sâu hạ cọc vào trong đất,tính chất cơ lý của đất (bảng 5.3.6)
Bảng 5.3.6 Điều kiện lựa chọn búa rung Liên X ô
7
§êng kÝnh
cọc ống,m Cát pha sét,sét dẻo mềm,cát
xốp Cát pha sét,sét dẻo quánh cát
chặt vừa Cát pha sét sét nửa cứng
cát chặt Mác búa rung Liên Xô,tương với độ hạ cọclà,m
≤15 ≤25 ≤15 ≤25 ≤15
1.0 –1.2
30 30
− Π
− Π B
B BΠ−30 BΠ−30 BΠ−80 BΠ−80 1.2-1.6 BΠ−30
6 . 1
80
−
− Π BY B
6 . 1
80
−
− Π B
B BY −1.6 BY −1.6 1.6-2.0
6 . 1
80
−
− Π BY B
160 6 . 1
−
− BY BY 2.0-3.0
Khi hạ cọc vào trong loại đất rời (tơi xốp),đất dính,dẻo chảy, hoặc dẻo mềm phải chọn loại búa rung tần số dao động cao (500- 600 dao động trong một phút).
Bảng 5.3.7 Đặt tính búa rung tần số thấp của Liên Xô
Đặc tính kỹ
thuật Số hiệu của búa rung Liên Xô
BП- 1
BП- 3M
BП- 30
BП- 80
BП- 160
BП-
170 BП - 170M BП-
250 BY-
1.6 BY- 3.0 Lùc kÝch
thÝch,T 18.5 44.2 39 - 57 51-
91 100 - 160 100
-170 100
-169 184-
280 96 280- 340 Số trục tải
trọng 4 4 4 4 8 8 8 2 4 4
TÇn sè trôc quay của trục tải trọng vòng/phút
420 408 414-
505 408-
545 404-
505 408-
550 475-
550 540-
667 458 475- 558 Mô men tĩnh
của khối lệch t©m kG.m
93 236 202 275 352 510 500 314-
565 346 994 Công suất
động cơ điện kW
60 100 75 100 160 160 200 250 2*
75 2*
200 Trọng lượng
bóa rung t 4.5 7.5 6.1 9.2 11.2 13.3 13.3 11 11.9 27.6 Kích thước
mm Réng Dài Cao
1150 875 1668
1540 1560 2130
1759 1822 1988
1447 1955 2432
1226 2050 3326
1425 2050 3750
1425 2050 3750
1894 2380 2232
2700 2700 1800
4420 5100 2430 Ghi chó:
8 -Búa rung BY –1.6 và BY -3.0 có lỗ để lấy đất từ trong lòng cọc ống ra mà không
cần tháo búa.
- Những búa rung BΠ−160,BΠ−170,BΠ−170M cho phép ghép đồng bộ với nhau trên đầu cọc ống từng đôi một
Khi hạ cọc vào trong đất chặt đặc biệt là trong đất dẻo quánh,thì hợp lý nhất là dùng búa rung tần số dao động thấp (200 – 500 dao động trong một xem bảng 5.3.7).Khi cần thiết có thể ghép hai búa để hạ một cọc ống, nhưng đôi búa ghép phải đồng bộ về mặt cơ điện.
Khi lựa chọn búa rung hạ cọc cần xét đến tính kỹ thuật của nó tải trọng tính toán, trong lượng hệ thống bị rung (gồm cọc ống mũi cọc và búa rung) và điều kiện nền đất.Các tham số của búa rung để hạ vào các loại cọc có đường kính khác nhau có độ sâu không đến 30 m có thể tham khảo bảng 5.3.8.
Giả sử cần hạ cọc ống cóc tải trọng tính toán là P loại búa rung thích hợp có thể dùng là loại có các tham số cuả nó thoả mãn đồng thời hai bất phương trình sau:
Q M
M P Q N
7 . 0
) 150 1 ( . 5 . 0
≥
≥ + λ
Trong đó
Q: Trọng lượng tổng cộng của cọc ống,mũ cọc và búa,t N: Công suất định mức của động cơ điện,kW
N: Số vòng quay của bánh lệch tâm trong một phút
λ: Hệ số xét phụ thuộc vào nền đất,lấy theo kết quả thử tĩnh cọc.Khi thiếu số liệu thí nghiệm có thể lấy giá trị λ đối với đất cát theo bảng 5.3.9 còn đối với đất dính theo bảng 5.3.10 tương ứng với chỉ số độ sệt B
Bảng 5.3.8 Các tham số chung của các loại búa rung
Đường kín cọc
ống,m Mô men của khối
lệch tâm, kG.m Lực kích thích,T Công suất động cơ
điện, kW
0.4 –0.6 100-300 27- 50 60-90
0.6-1.0 200-300 50-100 80-120
1.0-2.0 300-500 100-150 100-160
2.0-3.0 500-600 150-300 160-250
Bảng 5.3.9 Hệ sốλđối với đất cát
Loại cát Thô Vừa Nhỏ
Bão hoà nước 4.5 5.0 6.0
Èm 3.5 4.0 5.0
Hệ số λđối với đất dính
Độ sệtB
§Êt B > 0.75 0.5<B≤0.75 0.25<B≤0.5
Sét pha cát 4.5 3.5 3.0
Cát pha sét 4.0 3.0 2.5
§Êt sÐt 3.0 2.2 2.0
Trường hợp mà nền địa chất có nhiều lớp khác nhau thì giá trị λtính theo công thức:
9
∑ ∑
=
i i i
l lλ λ
Trong đó: li: Chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt ngoài cọc ống λi: Giá trị λcủa lơpá đất thứ i
5.3.3.2. Xác định khả năng chịu lực của cọc ống đã được hạ xong bằng búa rung
Khả năng chịu lực giới hạn của cọc ống có đường kính Φ≤2mđã được
Xong bằng búa rung,trong lòng cọc không nhồi bê tông độn, được xác định căn cứ vào yêu cầu và biên độ dao động của cọc ống ở phút cuối cùng khi hạ cọc (với tốc độ từ 2 đến 10 cm/phút) theo công thức gần đúng sau:
+
= Q
n A Pgh N
.
λ 153 (5.3.6) Trong đó:
Pgh: Khả năng chịu lực nén giới hạn của cọc ống,T λ xem công thức (5.3.5) và các bảng 5.3.9 ,bảng 5.3.10 N : Công suất của động cơ điện,kW
A: Biên độ dao động thực tế của cọcống,cm lấy bằng nửa biên độ dao động đo
được ở phút cuối cùng hạ cọc
n : Tần số quay của khối lệch tâm,vòng/phút
Q: Trọng lượng tổng cộng của cọc ống,mũ cọc,búa rung,t
Giá trị công suất yêu cầu của động cơ điện,kW là Ny được xác định bằng oát kế ở lúc kết thúc hạ cọc ống. Khi không có oát kế,có thể xác địng Ny gián tiếp qua các chỉ số am pe kế vôn kế,và pha kế thoe công thức:
Ny −0.00173*I*V*cosϕ (5.3.7) Trong đó:
I: Cường độ dòng điện đọc được ở am-pe kế,A V: Điện thế,V đọc được ở vôn kế
cosϕ: Xác định bằng pha kế hoặc có thể lấy bằng 0.7 Công thức tính toán xác định như sau
N = Ny *η−Nx (5.3.8) Trong đó:
η: Hệ số hiệu dụng của động cơ điện của búa rung,lấy bằng 0.85
Nx: Công suất chạy không tải,kW, dùng để thắng những tổn thất cơ học trong
động cơ điện
Đối với búa rung tần số thấp có tần số quay của khối lệch tâm n=400 – 500 vòng/phút thì trị số Nx lấy gần đúng bằng 25% công suất định mức ghi trong động cơ
điện, có thể đo trực tiếp động cơ điện khi đang treo búa rung ở vị trí nằm ngang trên móc cÇn cÈu.
10 Trị số biên độ dao động của cọc ống được ghi bằng máy ghi dao động.Nếu không có máy thì tự vẽ các nét theo hướng nằm ngang lên giấy kẻ li đã dán sẫn vào mặt bên cuả cọc ống.Trị số biên độ dao động lấy bằng một nửa chiều cao của sóng lớn nhất (trên doạn từ
đáy đến đỉnh cọc ống) đã ghi được trên giấy.
Các chỉ số Ny,n,A được xác định ở giai đoạn cuối cùng hạ cọc, thời gian đó không ít hơn 5 phút và không dài hơn 10 phút, ứng với tốc độ hạ cọc trung bình 2 –10 cm/phút.Nếu tốc độ hạ cọc nhanh hơn nữa thì phải tiếp tục hạ cọc đến độ sâu mà tốc độ lún xuống của cọc giảm đến trị số trên.
5.3.3.3. Nối dài cọc ống
Khi làm công tác chuẩn bị hạ cọc,cần kiểm tra số liệu kỹ thuật của các đốt cọc ống sắp sửa dùng,và lập sơ đồ nối ghép chúng cho đủ chiều dài yêu cầu.Trên mặt bên của các
đốt cọc ghi các dấu sơn đẻ đánh dấu độ sâu hạ cọc trong lúc hạ cọc.Các dạng mối nối đã
vẽ ở hình 5.3.2. Trong lúc mối nối kiểu bắt bu lông thì Ê-cu sau khi xiết chặt sẽ được hàn cố định để tránh bị lệch trong lúc hạ cọc.
Bên ngoài các mối nối được phủ bằng bê tông lưới thép hoặc keo Ê-pô-xy để chống xâm thực,sau đó quét lớp nhựa đường nóng chảy. Những mối nối có cốt thép hàn,thì sau hàn cốt thép phải đổ bê tông mác 400 – 500 để bịt mối nối.
5.3.3.4. Kết cấu dẫn hướng khi hạ cọc ống
Các kết cấu dẫn hướng có tác dụng bảo đảm hạ cọc ống đúng vị trí và độ nghiêng theo thiết kế.Có hai loại là khung dẫn hướng và cần dẫn hướng: Khung dẫn hướng dùng
để hạ cọc ống thẳng đứng,cần dẫn hướng dùng để hạ cọc ống dẫn hướng nghiêng.
Khung dẫn hướng (khung định vị )có thể dạng khung phẳng nằm ngang hoặc dạng khung không gian ghép từ vài khung phẳng nằm ngang.Trên mặt bằng chung có chứa các
ô để luồn cọc ống qua loại khung dẫn hướng phẳng thường để định vị cọc ống ở thế thẳng
đứng,khi lưu tốc dòng sông nhỏ hơn 1m/giây và nước sâu khong quá 15m.ở nơi nước chảy mạnh hơn (v.1 m/giây) và khi cần hạ cọc ống nghiêng phải dùng khung dẫn hướng không gian có hai tầng trở lên.Thông thường khung dẫn hướng một tầng phẳng,được kết hợp dùng làm chống của vòng vây hố móng và thân trụ đến cao độ hơn mực nước thi công chõng tõ 0.5 – 1.0 m
Trọnh lượng khung dẫn hướng có thể từ 10 – 100 tấn tuỳ thuộc kết cấu móng và kết cấu khung.Nên lắp khung dẫn hướng từ các cấu kiện của bộ Y""KM (hình 5.3.6) có bổ xung thêm các cấu kiện thép khác
Trong các ô luồn cọc ống của khung dẫn hướng có ốp 4 thanh gỗ dài 3 –5 m để hạ cọc ống xiên.Các thanh gỗ này giúp dễ dàng định vị cọc ống và tránh va chạm có thể làm hỏng kết cấu thép khung dẫn hướng. Khe hở theo chu vi giữa mặt ngoài cọc ống và các thanh gỗ ốp cần đảm bảo khoảng cách 2 –3 cm.
Để chuyên chở và hạ khung dẫn hướng xuống dưới nước đúng vị trí thiết kế,thường dùng các bệ cần cẩu nổi và phao nổi có các thiết bị phụ trợ. Hệ nổi này di chuyển trên sông nhờ các tàu kéo hoặc tời múp cáp.
Sau khi hạ khung dẫn hướng xuống dưới nước cần kiểm tra vị trí của nó trên mặt bằng và cao độ đúng thiết kế.
11 Khung dẫn hướng được cố định vị trí nhờ các hai cọc ống hạ qua ô dành cho cọc định vị ở các góc khung đến độ sâu đủ giữ cho khung không bị chuyển dịch trong quá trình thi công sau này.
Để hạ cọc dẫn xiên có đường kính φ ≤2mphải dùng cần dẫn hướng có đầu trên được neo vào giá cẩu long môn (hình 5.3.9),hoặc đặt nó trên giá di động (hình 5.3.10). Cần dẫn hướng và giá cẩu đều có thể lắp từ các cấu kiện của bộ Y””KM. Cá biệt có thể dùng các giá búa CCCM-680, CΠ−55của Liên Xô
5.3.3.5. Sử dụng búa rung để hạ cọc ống
Khi lắp búa rung vào đầu cọc ống phải chú ý để cho trục của búa trùng với trục của cọc, liên kết búa vào cọc phải vững chắc và trong quá trình đống cọc luôn kiểm tra hệ thống bu lông liên kết búa vào cọc
Nguồn điện cung cấp cho búa rung được tính với hệ số vượt tải của động cơ điện là 30 – 35%.Lưới điện cung cấp cho búa một cách trực tiếp không có các phụ tải khác.Trong quá trình búa hoạt động cần kiểm tra điện thế trên cả ba pha điều khiển.Nếu phát hiện thấy chỉ số điện thế giữa các pha lớn hơn hay bé hơn qui định quá5% thì phải ngừng búa và hiệu chỉnh điện thế.Mức độ giảm điện thế trong lưới điện không được vượt quá chỉ số
điện thế tiêu chuẩn 5%.
Trong quá trình hạ cọc, tránh làm căng dây cáp treo búa. Móc cần trục treo búa rung hạ cùng một tốc độ với tốc độ hạ cọc.Tốc độ hạ cọcvà biên độ rung của cọc được thường xuyên theo dõi khi hạ.
Khi bình thường tốc độ hạ cọc ốn khoảng 0.2 – 0.5 m/phút hoặc hơn chút ít biên độ phần trên dao động cọc ống vào khoảng 5 –10 mm.
Nhật kí đống cọc bằng búa rung được ghi theo mẫu ở phụ lục “ Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu cầu cống”.Thời gian mỗi đợt hoạt động liên tục củabúa rung phải hạn chế theo lý lịch búa (2 – 15 phút).Khoảng thời gian cho búa nghỉ phải đủ cho động cơ điện nguội đi hoàn toàn (bảng 11)
Khi gặp sự cố chế độ hoạt của búa rung sẽ khác nhiều so với chế độ hoạt động danh
định (tốc độ hạ cọc chậm lại và biên độ rung đầu cọc tăng quá lớn) trong với ống có thể có vết nứt cọc dọc, ngang từ 0.1 mm đến vài cm. Lí do là vướng vật cản ở chân cọc ống hoặc do hiện tượng va đập thuỷ lực (nếu trong lòng cọc ống có nước). Để tránh hư hỏng
đó phải dừng búa rung ngay khi đột nhiên phát hiện tốc độ hạ cọc chậm lại hoặc biên độ rung đầu cọc tăng quá lớn, sau đó tìm cách khắc phục sự cố.
Bảng 7 - 11 Thời gian làm việc liên tục của búa rung Tỷ số giữa cường độ dòng điện yêu cầu của búa
rung với cường độ dòng điện danh định Điện thế trên bàn điều khiển (V)
380 360 340
Thời gian làm việc liên tục của búa rung (phót)
60 15 8 3
100 10 5 2
110 3 2 0.5
12 Trong thiết bị rung hạ cọc của Liên Xô có trang bị một dụng cụ cảm biến(đat –tric)
để pháp hiện kịp thời tình trạng trên.
Bảng 7 –12 giới thiệu một số sự cố thường gặp khi hạ cọc ống.
Có thể xác định vhiều sâu giới hạn của nước (gây ra nguy cơ nứt bê tông cọc ống do va đập thuỷ lực ) bằng công thức:
2
1 −τ
=C
Hvd (7 –9) Trong đó:
Hvd: Chiều sâu giới hạn của nước,m τ : Thời gian va đập cọc ống với đất,giây C1: Tốc độ truyền áp lực nước do va đập
Giá trị C1 tính theo công thức
+ +
=
α δ
b b t
n
E E d E
E C
1 1
1425
1 (5.3. 10)
Trong đó:
En: Mô đun đàn hồi thể tích của nước.kG/cm2khi nhiệt độ t=100 −200 En =2.1*104kG/cm2
Eb: Mô đun đàn hôi bê tông cọc ống,kG/cm2 Eb: Mô đun đàn hồi bê tông cọc ống,kG/cm2 Et: Mô đun đàn hồi cốt thép,kG/cm2
d : Đường kính trong của cọc ống,cm δ : Chiều dày thành cọc ống,cm
α = δf : Hệ số dặt cốt thép vòng tròn trong cọc ống
f: Diện tích mặt cắt ngang của cốt thép đặt thanh vòng tròn một mét chièu dài thành cọc ống,cm2
Trong bảng 5.3.13 cho sẵn các giá trị C1 ứng với α =0.002và Et =2.1*106kG/cm2 Thời gan va đập cọc ống với đất lấy như sau:
-Đối với đất cát chặt,á sét nửa cứng và đất sét,đất sét lẫn sỏi rạn,τ=(0.05 – 0.08)T -Đối với đất cát chặt vừa,á cát deỏ, á sét và sét nhão τ =(0.1 – 0.14)T
Bảng 5.3.12 Một số sự cố thường gặp và cách giải quyết khi hạ cọc ống bằng búa rung
ChiÒu s©u nước trong
Tốc độ hạ cọc
èng,mm
Biên độ dao động của đầu
Nguyên nh©n g©y sai lệch chế độ
Đặc điểm h háng cã thÓ
Vết nứt xuất hiện sau khi
Biện pháp ng¨n ngõa h háng
13
lòng cọc cọc ống hoạt động
của búa rung
xảy ra búa hoạt
động, phút cọc ống
Bất kỳ 1-5 1 - 3 Đầu dưới
cọc ống bị ngàm chặt trong đất do ma sát
Vết nứt ngang do bê tông bị kÐo trong phạm vi phần cọc ống bị đất ngàm chặt
3 - 10 Lấy đất ở bên dưới chân cọc ống dùng xói nước ở hai bên thành cọc èng
Bất kỳ 1 ≥10 Chân cọc
ống gặp vật cản và xuất hiện tình trạng rung va mạnh
Vết nứt dọc do nén bê tông trong phạm vi phần dưới của cọc èng
0.5 - 1 Lờ đi hoặc phá vỡ vật cản dưới chân cọc èng
m
≥5 5 - 20 5 - 10 Xuất hiện
tình trạng va
®Ëp thuû lùc trong lòng cọc ống
Các vết nứt dọc do kéo bê tông ở gÇn bÒ mặt lõi
đất trong lòng cọc èng
5 - 10 Lấy đất
đến chân cọc
ống,dùng bộ giảm chấn bằng hơi ép
Bảng 5.3.13 Giá trị C1
Đường kính bên ngoài cọc ống
(m)
Chiều dày thành
cọc ống, cm Mác bê tông
300 400 500
1.0 10 1122 1142 1159
1.0 12 1159 1180 1192
1.2 10 1080 1104 1122
1.2 12 1122 1143 1160
1.6 12 1056 1081 1100
1.6 16 1121 1140 1160
2.0 12 997 1025 1048
2.0 18 1097 1121 1138
Bảng 5.3.14 Sai lệch cho phép về vị trí cọc ốngtrên mặt bằng
14
đường kính cọc ống φ,cm Chiều dài cọc ống
≤10 >10
Sai sè cho phÐp,cm 200
100pφ ≤ 40 50
>200
Đối với cát bột, sét dẻo chảy, than bùn á sét dẻo chảy, lấy τ = (0,30 – 0,5)T.
Trong đó: T: Chu kỳ dao động của cọc ống,giây T=(60/n) N: Số dao động trong một phút của búa rung
Nếu chiều sâu trong lòng cọc ống lớn hơn trị số Hvđ thì phải dùng bộ giảm chấn hơi ép.
Sai số cho phép lệch vị trí cọc ống trên mặt bằng ghi ở bảng 5.3.14. Tang của góc nghiêng cọc ống so với phương thẳng đứng không quá 0.01 đối với các cọc ống đường kính 1-2 m và không quá 0.02 đối với cọc ốn đường kính lớn hơn 2m.
Trong suốt quá trìng hạ cọc ống phải kiểm tra các vấn đề sau đây thường xuyên:
- Độ chính xác đặt và liên kết khung dẫn hướng - Chất lượng mối nối các đốt cọc ống
- Chế độ hạ rung cọc ống
- Mức độ chìm sâu vào tầng đất chịu lực của chân cọc ống
- ảnh hưởng của việc lấy đất khỏi lòng cọc ống đến việc hạ cọc ống chính xác và đều - Ghi nhật lý hạ cọc ống đầy đủ
5.3.3.6 Lấy đất trong lòng cọc ống
Trong quá trình hạ cộ ống có chân cọc hở, cần phải lấy đất ra khỏi lòng cọc ống để làm giảm lực ma sát của đất đó và giảm sức cản của đất đó ở mũi cọc do đó cọc hạ vào nền
được dễ dàng hơn.Các biện pháp lấy đấy đất trng lòng cọc ống gồm có: dùng gầu ngoặm dùng máy hút bùn không khí hoặc hút bùn thuỷ lực (bảng 5.3.15)
Bảng 5.3.15 Các phương pháp lấy đất trong lòng cọc ống
Loại đất Phương pháp lấy đất Loại đất Phương pháp lấy đất Hút bùn
không khí và hút bùn
thuû không xói nước
Hút bùn không khí và hút bùn thuû cã xói nước
GÇu
ngoạm Hút bùn
không khí và hút bùn
thuû không xói nước
Hút bùn không khí và hút bùn thuû cã xói nước
GÇu ngoạm
Đất cát và đất vụn thô
§Êt sÐt và cát pha sÐt
Tơi xốp + - + Rắn và
nửa rắn - - +
Chặt vừa - + + Dợo
quánh dẻo mềm
- - +
Chặt - + + Dẻo + + +