Tổ chức thi công cọc khoan nhồi

CHƯƠNG 9. BIỆN PHÁP THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

9.3. TRÌNH TỰ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

9.3.11. Tổ chức thi công cọc khoan nhồi

Bảng 9.1 Các thông số của cọc.

Số lượng cọc

Đường kính cọc(mm)

Chiều dài cọc (m)

Cao trình đổ bê tông

(m)

Cao trình đập đầu

cọc (m)

Cao trình mũi cọc

(m)

Sức chịu tải của cọc

(kN)

246 1200 57.4 0 -7.6 -65 9050

9.3.11.2. Thời gian thi công một cọc.

Bảng 9.2 Thời gian thi công một cọc.

STT Tên công việc Thời gian

(phút) Ghi chú

1 Công tác chuẩn bị 20

Công tác 1-2-3 tiến hành đồng thời với nhau

2 Định vị tim cọc 15

3 Đưa máy vào vị trí, cần chỉnh 20

4 Khoan mồi 15

5 Hạ ống vách, điều chỉnh ống vách 30 Sử dụng đầu rung KE-416

6 Khoan tới độ sâu 65m 352

Năng suất máy khoan 15m3/h

2 60

1.2 ( )

4 15

H  D

   

7 Dùng thước dây đo độ sâu 15

8 Chờ cho đất, đá, cặn lắng hết 30

9 Vét đáy hố khoan 15 Dùng gầu vét riêng

10 Hạ lồng thép 60 Bao gồm cả thời gian nối thép

GVHD: TS. ĐÀO DUY KIÊN TRANG 160

11 Hạ ống Tremie 60 Bao gồm cả thời gian nối ống

12 Chờ cho cặn lắng hết 30

13 Thổi rửa lần 2 30

Thời gian đổ bê tông bao gồm: đổ bê tông, nâng-hạ-đo độ sâu mặt bê

tông, cắt ống dẫn, lấy mấu thí nghiệm

14 Đo độ dày cặn lắng (< 10 cm) 15

15 Đổ bê tông 120

16 Chờ đổ bê tông xong để rút ống vách 20

17 Rút ống vách 15

18 Lắp đầu cọc bằng cát 20

Tổng cộng 882

9.3.11.3. Khối lượng thi công một cọc.

Bê tông: có kể đến sự gia tăng bê tông do trong quá trình thi công cọc bị phình ra, lượng bê tông này lấy bằng 15% lượng bê tông cọc

2 2

1.2 3

1.15 1.15 57.4 74.65 (m )

4 4

BT coc

V     D  L     Cốt thép:

Thép dọc 24 25

Chiều dài L157.4 24 1377.6 (m) 

Khối lượng m11337.6 3.85 5303.769 (kg)=5.303T  Đai gia cường 22 1000 a

Chiều dài L2 (57.4 1)   1.2 220 (mm) Khối lượng m2 220 2.98 655.69 (kg)=0.655T  Cốt đai 8 200a

Chiều dài 3 57.4

( 1) 1.2 1085.1 (m)

L  0.2    

Khối lượng m31085.1 0.395 428.61 0.428 (T)   Tổng khối lượng thép có trong 1 cọc :

1 2 3 5.3 0.655 0.428 6.383 (T)

m m m m    



Đất khoan

2 2

1.2 3

1.2 57.4 77.9 (m )

4 4

D

V     D  L     Dung dịch betonite

GVHD: TS. ĐÀO DUY KIÊN TRANG 161 Theo Định mức dự toán xây dựng cơ bản, ta có lượng Bentonite cho 1m3 dung dịch là: 39.26 kG/1m3

Trong quá trình khoan, dung dịch luôn đầy hố khoan, do đó lượng Bentonite cần dùng là:

2 122

39.26 39.26 57.4 2548.67 (kg)

4 4

ben

V  D    L    

9.3.11.4. Lựa chọn máy và xác định nhân công thi công một cọc.

Máy khoan tạo lỗ

Dựa trên các chỉ số về kích thước cọc, dựa trên đặc điểm cơ lý của các lớp đất bêtông dưới cọc, căn cứ vào các thiết bị thi công cọc khoan nhồi hiện có ở nước ta, chọn máy khoan NIPPON SHARYO ED-5500 với các đặc tính như sau:

Xuất xứ: Nhật Bản.

Phương pháp khoan: gầu khoan.

Độ sâu khoan tối đa: 58m

Đường kính khoan: 600~2000 mm Năng suất: 15 m3/h

Tốc độ quay: 15-30 vòng/phút Momen quay: 60 kN.m Trọng lượng máy: 57.8T Tốc độ di chuyển: 1.4km/h Bán kính làm việc: 3.8~5.4m.

Khoảng cách từ máy đến hố khoan tối đa là 5.4m, do đó để khoan được các hố ở xa thì phải lót đường bằng các bản thép cho máy khoan đi vào.

Máy cẩu

Máy cẩu cần dùng trong việc nâng hạ ống vách, lồng cốt thép và các thiết bị thi công khác. Do đó, máy cẩu cần được lựa chọn sao cho đảm bảo khả năng nâng hạ các cấu kiện và thiết bị trên.

Một lồng cốt thép có chiều dài 11.7m và trọng lượng 2.204T (đã tính ở trên) Một ống vách có chiều dài 6m và trọng lượng khoảng 3T

Cần trục có thể vươn lên cao nhất so với phương ngang αmax= 75°

GVHD: TS. ĐÀO DUY KIÊN TRANG 162 Hình 9.13 Máy cẩu cọc.

Bằng phương pháp hình học, ta có sơ đồ để chọn các thông số máy cẩu:

Chiều cao nâng vật :

0.6 0.5 11.7 1.5 1.5 15.8 (m)

yc L ck tb cap

H H  a h h h       Sức nâng yêu cầu

6.383 3 9.383 (T)

Q  

Chiều dài cầu trục:

min

15.8 1.5

14.8 (m) sin 75 sin 75

yc c

o o

H h

L     

Bán kính làm việc :

min c min cos 75o 1.5 14.8 cos75o 1.5 5.3 (m)

R  S R L      

Dựa vào các yêu cầu trên chọn máy cẩu MKG-16 có các đặc tính sau:

Xuất xứ: Nga

Chiều cao nâng: 14,6~17.5 m Sức nâng tối đa: 16T

Bán kính làm việc: 4~16 m Tốc độ di duyển: 1 km/h Máy bơm bê tông

GVHD: TS. ĐÀO DUY KIÊN TRANG 163 Khối lượng bê tông cho 1 cọc VBT coc 74.65 (m )3

Theo “Thiết kế thi công – Lê Văn Kiểm – NXB ĐHQG TPHCM. Khả năng làm việc của máy bơm bê tông Qmax 

Q: năng suất lớn nhất của máy bơm 0.4 0.8

   hiệu suất làm việc của máy bơm.

 lượng bê tông phải bơm

3 max

74.65

0.8 93.31 (m )

0.8 Vbt

Q 

       

Vậy chọn máy bơm mã hiệu S-284A với các đặc tính sau:

Xuất xứ: Nga

Năng suất thực tế: 15 m3/h Công suất động cơ: 55kW Đường kính ống: 283mm Trọng lượng: 11.9T Xe vận chuyển bê tông:

Khối lượng bê tông một cọc đã tính ở trên là VBT coc 74.65 (m )3 ta chọn 7 xe vận chuyển HUYN-DAI HD270 có các đặc tính sau:

Dung tích thùng trộn: 12 (m3) Thời gian bê tông ra: 20 (phút) Trọng lượng xe (có bê tông): 21.9 (T) Tốc độ di chuyển trung bình: 40 (km/h)

Kinh nghiệm cho thấy tốc độ đổ bêtông thích hợp là khoảng 0.6m3/ phút, thời gian để đổ xong bê tông một xe là: t = 12/0.6 = 20 phút. Vậy để đảm bảo việc đổ bê tông được liên tục, ta sử dụng 7 xe đi cách nhau 10~15 phút.

Xe chuyển đất khoan:

Khối lượng đất khoan của một cọc:VD 77.9 (m )3 , đất đào xong được đổ sang xe ben để sẵn bên cạnh để vận chuyển.

Chọn xe ben mã hiệu FP117-FD của hãng MITSUBISHI MOTORS Xuất xứ: Nhật Bản

Dung tích thùng xe: Qxe5.3 (m )3 Vận tốc trung bình: v = 30 km/h

GVHD: TS. ĐÀO DUY KIÊN TRANG 164 Thời gian một chuyến xe Txetch  tdv td tq

tch: thời gian đổ đất lên xe tch 5phút.

tdv thời gian vận chuyển đi và về tới nơi đổ, quãng đường S 5 km

2 10

60 20

dv 30 t S

 v    ( phút )

tdthời gian đổ đất khỏi xe , td 2(phút ) tqthời gian quay xe tq 2( phút )

5 20 2 2 29

xe ch dc d q

T t t t t

          (phút )

Thời gian khoan một cọc là Tkhoan352(phút ). Như vậy, trong khoảng thời gian đó xe có khả năng vận chuyển khối lượng đất là :

352 3

5.3 64.33 (m ) 29

khoan

xe xe

xe

V T q

 T    

Số lượng xe cần dùng 77.9 64.33 1.2

D xe

n V

V  

Vậy phải cần chọn 2 xe Ben FP117-FD để vận chuyển đất khoan . Một số thiết bị khác:

Máy trộn dung dịch Bentonite: BE-15A

 Dung tích thùng trộn: 1.5m3

 Năng suất: 15-18 m3/h

 Lưu lượng: 2500 (lít/phút)

 Áp suất dòng chảy: 1.5 (kN/m2) Búa rung hạ ống vách: KE-416

 Momen lệch tâm: 23 kG.m

 Lực li tâm lớn nhất: 645 kN

 Số quả lệch tâm: 4

 Tần số rung: 800-1600 vòng/ phút

 Biên độ rung lớn nhất: 13.1 mm

 Công suất máy rung: 188 kW

 Trọng lượng máy: 5.95T Búa phá bê tông: TCB-200

 Đường kính Piston: 40mm

 Tần số đập: 1100 lần/phút

 Chiều dài: 556mm

GVHD: TS. ĐÀO DUY KIÊN TRANG 165

 Trọng lượng máy: 21kG Máy cắt bê tông: HS-350T

 Đường kính lưỡi cắt: 350mm

 Độ cắt sâu lớn nhất: 125mm

 Động cơ xăng: 98cc

 Trọng lượng máy: 13 kG Nhân công thi công cọc :

Điều khiển máy khoan ED-5500: 1 công nhân Điều khiển máy cẩu MKG-16M: 1 công nhân Tham gia công tác Bentonite: 2 công nhân Tham gia gia công và hạ lồng thép: 6 công nhân Tham gia công tác đổ bê tông: 3 công nhân

Thợ hàn: định vị khung thép, hàn, sửa chữa: 1 công nhân Thợ điện: đường điện máy bơm: 1 công nhân

Cân chỉnh máy kinh vĩ: 1 kỹ sư và 1 công nhân

→Tổng cộng: số nhân công thi công 1 cọc: 17 người 9.3.11.5. Mặt bằng thi công cọc nhồi.

Vấn đề đặt ra là không thể thi công tất cả các cọc trong một đài cùng lúc hoặc nối liền nhau vì những lý do sau:

 Không đủ mặt bằng thi công (mặt bằng chật hẹp, máy móc quá nhiều, nhân công đông, không an toàn)

 Vì lý do kỹ thuật: cọc sau khi đổ bê tông xong cần tránh những chấn động làm ảnh hưởng đến chất lượng bê tông, thời gian cho phép để khoan cọc bên cạnh là 24h sau khi đổ bê tông và phải đảm bảo khoảng cách 5D hoặc 6m.

Kết luận:

Vì vậy cần thiết lập một thứ tự thi công coc để đảm bảo những nêu cầu trên. Do thời gian thi công một cọc ≈ 15h (bằng 1 ngày làm việc), tổng cộng có 246 cọc. Nếu dùng một máy thì cần khoảng 240 ngày ≈ 8 tháng. Thời gian thi công khá lâu chính vì vậy sinh viên đưa ra phương án dùng 3 máy để thi công song song → chia mặt bằng thi công thành 3 phân đoạn

Thời gian thi công mỗi phân đoạn như sau:

Phân đoạn 1: 80 ngày Phân đoạn 2: 80 ngày Phân đoạn 3: 80 ngày

GVHD: TS. ĐÀO DUY KIÊN TRANG 166 9.3.11.6. Kiểm tra chất lượng cọc nhồi bằng phương pháp siêu âm CSL.

Lí do chọn phương pháp siêu âm CSL:

 Khác với cọc bê tông đúc sẵn đã được kiểm soát trước về tính đồng nhất và chất lượng cọc trước khi đưa vào thi công, Cọc khoan nhồi là loại cấu kiện chỉ kiểm tra đánh giá được chất lượng sau khi thi công.

 Trên thế giới hiện nay có nhiều phương pháp xác định sự đồng nhất của bê tông cọc khoan nhồi theo phương thức không phá huỷ kết cấu như:

Phương pháp hồi âm (SE/IR)

Phương pháp biến dạng nhỏ (PIT/PET)

Phương pháp kiểm tra đồng nhất bằng nhiệt (TIP/TIT) Phương pháp tán xạ gamma truyền qua ống (GGL) Phương pháp xung siêu âm truyền qua ống (SLT)

 Trong các phương pháp trên, phương pháp xung siêu âm truyền qua ống (SLT) với kỹ thuật siêu âm truyền qua hai ống (CSL) hiện đang được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam và đang cho thấy tính hiệu quả trong việc đánh giá chất lượng bê tông cọc khoan nhồi bởi kết quả thí nghiệm có độ chính xác tương đối cao, giá thành hợp lý và phương pháp thí nghiệm cũng như vận hành thiết bị đơn giản.

Kết luận: Vì những lí do trên, sinh viên lựa chọn phương pháp này để tiền hành kiểm tra chất lượng cọc.

Nguyên lý của phương pháp: siêu âm là dao động cơ học đàn hồi truyền đi trong môi trường vật chất với tần số dao động từ 20kHz trở lên. Sóng siêu âm dùng để kiểm tra chất lượng của bêtông cọc khoan nhồi, cọc barrete. Kiểm tra độ đồng nhất, các khuyết tật, biến dạng có thể xuất hiện trong quá trình thi công. Phương pháp siêu âm dựa trên 2 nguyên lý cơ bản:

 Sóng siêu âm có khả năng tập trung năng lượng vào một phạm vi nhỏ hẹp trên nguyên tắc tận dụng các hiện tượng phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ…

 Sóng siêu âm có khả năng tập trung năng lượng cao nên tạo được biên độ dao động lớn cho các hạt trong môi trường có sóng truyền qua.

Cấu tạo thiết bị thí nghiệm:

 Một đầu đo phát sóng dao động đàn hồi (xung siêu âm), một đầu thư sóng với cáp dẫn và một bộ phận xung có tần số truyền sóng trong phạm vi 20100 kHz.

 Một thiết bị điều khiển các cáp được nối với các đầu đo cho phép tự động đọc chiều sâu hạ đầu đo.

 Một bộ thiết bị điện tử để ghi nhận và điều chỉnh tín hiệu thu được. x Một hệ thống hiển thị tín hiệu.

 Một hệ thống ghi nhận và biến đổi tín.

 Cơ cấu định tâm cho 2 đầu đo khi đường kính của đầu đo nhỏ nhơn ít nhất 10 mm so với đường kính trong của ống đo.

Tiến hành thí nghiệm:

GVHD: TS. ĐÀO DUY KIÊN TRANG 167

 Đo thời gian truyền sóng giữa 2 đầu đo trên suốt chiều cao của ống đặt sẵn, ghi sự biến thiên biên độ của tín hiệu đo được.

 Số lượng bố trí ống đo chôn sẵn phụ thuộc vào kích thước cọc khoan nhồi nhằm mục đích để kiểm tra được nhiều nhất khối lượng bêtông trong khi góc quét của chùm tia siêu âm bị hạn chế.

Đánh giá chất lượng cọc: Chất lượng cọc được đánh giá qua biểu đồ tốc độ truyền song theo chiều dài cọc của từng mặt cắt siêu âm. Chất lượng cọc được đánh giá trên các nguyên tắc sau:

 Tốc độ truyền sóng siêu âm: Với bê tông tốc độ truyền sóng siêu âm nằm trong khoảng 3000-6000 m/s, với bê tông không đồng nhất tốc độ truyền sóng siêu âm sẽ nhỏ hơn 3000 m/s (Lưu ý: trong thực tế có thể xảy ra trường hợp khoảng cách giữa các ống siêu âm không cố định do vậy có ảnh hưởng tới vận tốc truyền sóng siêu âm)

(Lưu ý: trong thực tế có thể xảy ra trường hợp khoảng cách giữa các ống siêu âm không cố định do vậy có ảnh hưởng tới vận tốc truyền sóng siêu âm)

 Mức độ suy giảm của tốc độ truyền sóng siêu âm trên thân cọc:

Bảng 9.3 Mức độ suy giảm của tốc độ truyền sóng âm trên thân cọc

Chất lượng cọc Độ suy giảm của sóng âm

Tốt <10%

Khuyết tật nhẹ 10%-20%

Khuyết tật lớn >20%

Bê tông bị ngắt quảng Mất tín hiệu

 Mức độ suy giảm của năng lượng truyền sóng: Khi mức độ suy giảm năng lượng cục bộ là 6dB thì có thể có sự thay đổi nhỏ (đầu dò chưa tập trung vào ống, hay vị trí các đầu nối ống, vết nứt giữa bê tông và ống…) nhưng chưa hẳn là có khuyết điểm trong bê tông. Khi mực độ suy giảm năng lượng cục bộ là 20dB thì dấu hiệu chắc chắn là có khuyết điểm trong bê tông.