Bài giảng Công nghệ xây dựng đương đại

107 trang ngocly 3160

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Công nghệ xây dựng đương đại", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_cong_nghe_xay_dung_duong_dai.pdf

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ xây dựng đương đại

bộ xây dựng ch−ơng trình nâng cao trình độ kỹ s− năm 2002 bài giảng công nghệ xây dựng đ−ơng đại Ng−ời soạn bài và trình bày: PGs Lê Kiều Tr−ờng Đại học Kiến trúc Hà nội hμ nội , 12- 2002 1
công nghệ xây dựng đ−ơng đại PGs Lê Kiều Tr−ờng Đại Học Kiến Trúc Hà nội 1. Công nghệ sử lý nền móng 1.1 Công nghệ sử lý nền đất yếu bằng đệm cát: 1.1.1 Mô tả công nghệ Việc sử dụng đệm cát có mục đích là : (i) Giảm chiều sâu chôn móng, (ii) Giảm áp lực của nhà hoặc công trình truyền xuống nền đất yếu tới trị số mà nền đất có thể tiếp thu đ−ợc áp lực ấy, (iii) Đảm bảo cho công trình lún đều và ổn định nhanh chóng do n−ớc trong đất đ−ợc thoát ra theo đ−ờng ngắn nhất vào đệm cát. Nếu tại khu vực xây dựng, ngay trên mặt có lớp đất hữu cơ hoặc đất đắp yếu thì đáng lẽ phải chôn móng băng xuống một chiều sâu khá lớn, ng−ời ta có thể dùng giải pháp kinh tế hơn , đó là việc thay thế lớp đất yếu bằng đệm cát. Kích th−ớc đệm cát xác định từ điều kiện là lớp đất tự nhiên bên d−ới có thể tiếp thu đ−ợc áp lực truyền xuống. Với móng băng, chiều dày đệm cát đ−ợc xác định từ ph−ơng trình : P R tc = + γ d b + 2dtgϕ 0 Trong đó Rtc c−ờng độ tiêu chuẩn của đất tại đáy đệm cát ( kG/cm2) P tải trọng do móng truyền cho đệm cát ( kG/m dài ) b chiều rộng móng băng ( cm ) 3 γ o trọng l−ợng thể tích của cát trong đệm ( kG/cm ) ϕ góc ma sát trong của cát , ( o ) d chiều cao đệm cát ( cm ) Kích th−ớc đáy đệm cát đ−ợc xác định từ điều kiện là : áp lực do móng công trình và trọng l−ợng đệm cát truyền xuống lớp nằm d−ới đệm cát 2
không lớn hơn c−ờng độ tiêu chuẩn của nền đất đó và sự ổn định của nền đ−ợc đảm bảo . Chiều dày đệm cát đ−ợc tính toán sao cho độ lún của đệm cát và độ lún của các lớp đất yếu nằm d−ới phải nhỏ hơn độ lún giới hạn của móng công trình. Việc thi công đệm cát sao cho độ chặt đạt đ−ợc khá lớn để có thể loại trừ đ−ợc độ lún không cho phép của móng. Khi thi công đệm cát trên mực n−ớc ngầm , cát đ−ợc rải thành từng lớp 15~20 cm , từng lớp phải đ−ợc đầm chặt mới rải lớp tiếp theo . Có thể sử dụng đầm lăn ( xe lu ) hoặc đầm nện ( đầm chày ) hoặc đầm thuỷ chấn động cho toàn chiều dày của đệm. Độ chặt đạt đ−ợc phải là 1,65~ 1,7 tấn/m3. Nếu cát đ−ợc đổ vào hố móng khô, dùng ph−ơng pháp đầm lăn hoặc đầm nện thì sau khi rải mỗi lớp lại t−ới n−ớc kỹ mới đầm. Nên dùng cát hạt trung hoặc cát hạt to để làm đệm cát. Với những công trình có chiều dài lớn đặt trên nền đất sét bão hoà ở trạng thái nhão có chiều dày nhỏ hơn 6 mét có thể thi công theo ph−ơng pháp đẩy trồi đất yếu . Ph−ơng pháp này có thể đ−ợc mô tả nh− sau: tại khu vực xây dựng , đắp dải đất cao hơn cao trình thiết kế của nền từ 5 đến 6 mét. Do tác dụng của trọng l−ợng dải đất đắp đó , đất yếu bị đẩy trồi ra hai bên. Khi lớp đất bị đảy trồi không dày lắm , chỉ từ 3 ~ 4 mét , l−ợng vật liệu đắp có thể xác định gần đúng bằng khối tích đất bị đẩy trồi. Nếu khu vực xây dựng đ−ợc cấu tạo bằng các lớp trầm tích dạng phân lớp , đất kẹp ở giữa là đất sét ở trạng thái nhão hoặc dẻo mềm thì phải sử dụng các biện pháp để ngăn ngừa sự sụp đổ của dải đất đắp. Khi cần xây các công trình có trọng l−ợng lớn trên các trầm tích sét yếu và bùn , ngoài mục đích tăng nhanh quá trình cố kết, đệm cát còn dùng để nén chặt nền bùn bằng trọng l−ợng bản thân của nó. Khi nén chặt đất bùn, cần đổ cát sao cho kết cấu của bùn khỏi bị phá hoại. Khi đổ cát trên lớp bùn đáy mà không dùng các biện pháp đặc biệt để rải cát đều và từ từ mà đổ tuừng l−ợng lớn thì kết cấu của đất bùn sẽ bị phá hoại và cát sẽ lún ngập trong bùn. Khi thi công theo công nghệ rải cát , các hạt lớn rơi ngay sát tàu cuốc còn hạt nhỏ nằm hai bên . Khi di chuyển tàu cuốc liên tục thì hạt lớn sẽ rải đều trên mặt cát. Thi công nh− thế , cát không bị trộn lẫn với bùn mà sẽ nén chặt bùn bằng chính trọng l−ợng bản thân của cát. Nhờ tính thoát n−ớc của cát, nên tiếp theo quá trình nén chặt là quá trình cố kết thấm nhanh chóng. Do đó, tăng đ−ợc khả năng chống cắt của bùn. Có thể kiểm tra đ−ợc quá trình nén chặt đất bùn bằng cách xác định độ ẩm của đất. 3
Chiều rộng đệm cát đ−ợc xác định sao cho sự ổn định của công trình đ−ợc đảm bảo và khoảng gấp 5 ~ 6 lần chiều rộng móng. Để đầm chặt cát rời ở trạng thái đất đắp hoặc ở trạng thái tự nhiên , có thể dùng cách đầm chấn động tầng mặt hoặc dùng ph−ơng pháp thuỷ chấn động. Khi dùng ph−ơng pháp đầm bề mặt máy đầm đ−ợc sử dụng là máy chuyên dùng đầm bề mặt nh−ng có thể đầm sâu đ−ợc từ 0,50 đến 1,50 mét. Loại máy này đầm cát hoặc á cát. Khi chọn kích th−ớc quả đầm của máy đầm chấn động bề mặt có thể tham khảo số liệu ghi trong bảng sau đây: áp lực đơn Diện tích đáy quả đầm ( m2) Loại đất vị (t/m2) Chiều dày lớp đất đ−ợc đầm (m) 0,25 0,5 1,0 1,5 Cát bão 0,3-0,4 0,25 1,0 3,0 5,0 hoà 0,6-1,0 0,4 1,5 4,5 - Cát ẩm 1,0-2,0 0,6 2,0 - - Đất sét Máy móc để thực hiện đầm lăn chấn động : Máy Nga có loại ΠBK 25 . Loại máy này đầm chặt cát đến độ sâu 1,50 mét, đất sét từ 0,5 ~ 0,8 mét. Hiệu suất khoảng 2000 ~ 3000m3 cát nén trong 1 ca. Tiêu chí kiểm tra chất l−ợng hoàn thành công tác là khi trọng l−ợng thể tích cát đạt đ−ợc 1,60 ~ 1,75 G/cm3 , ứng với độ chặt D = 0,7 ~ 0,90. Máy Nhật để thực hiện việc đầm và thi công đệm cát trên đất liền ( tài liệu do hãng Nippon KaiKo giới thiệu năm 2000 ) cho trong bảng : Loại máy Công suất Phần nâng Bộ phận Ghi chú ( PS) (tấn) SW-180 150 50 1 PD 100 152 50 4 3 bộ phận dùng cho cần trục SP 100N 150 50 7 SP 110N 150 70 24 4
SP 250 250 150 7 1 bộ phận dùng cho cần trục SP 300N 600 300 4 3 bộ phận dùng cho cần trục Dùng đầm thuỷ chấn động tầng sâu đ−ợc dùng khi cần nén chặt lớp cát trên 1,5 mét. Dùng các loại đầm sâu mà ta quen gọi là đầm dùi nh−ng là loại mạnh nh− các loại ố-50 , ố-86 v.v và các loại thuỷ chấn động tầng sâu cực mạnh . Dùng các loại đầm dùi có thể đạt bán kính chấn động tới 0,4 ~ 0,7 mét và chiều sâu tới 3 ~ 4 mét. Khi dùng loại máy thuỷ chấn động nh− B - 76 hoặc B - 97 bán kính nén chặt đến 3 mét và chiều sâu lớp đất đ−ợc nén chặt đến 10 mét và hơn nữa. Dùng đầm rung thì hạ máy xuống sâu bằng cách xói n−ớc , nghĩa là gắn với máy rung có đầu xói n−ớc để rẽ cát khi hạ đầm sâu vào trong cát. D−ới tác động của n−ớc và đầm rung , cát đ−ợc nén chặt. Khi phun xói với áp lực 4~5 atm vào lớp cát, cát bị xói rời ra do n−ớc chuyển động lên phía trên. Các hạt đất và hạt mịn ở trạng thái lơ lửng cũng bị đẩy lên trên. Hạt nặng sẽ lắng đọng xuống đáy. Bán kính lan truyền khá nhỏ nên gia tốc chấn động đ−ợc các hạt cát truyền là nhỏ nên phải di chuyển đầm thành nhiều điểm bố trí theo hình hoa mai nh− lý thuyết đầm bê tông bằng đầm dùi. Khi hạ đầm đến vị trí đầm dùng n−ớc xói. Quá trình đầm chặt thì ng−ng xói n−ớc. Khi đầm xong lại xói n−ớc để rút đầm lên và nh− thế , để lỗ rỗng trong cát. Lấp lại lỗ đó bằng cách đổ , rót cát xuống. Nhiều khi rót xuống lỗ ấy bằng sỏi nhỏ hạt. Có thể kiểm tra chất l−ợng đầm nén cát bằng thiết bị xuyên , nén tải trọng thử hay nén tiêu chuẩn nh− kiểm tra mẫu đất nguyên dạng. 1.1.2 Phạm vi sử dụng: Phạm vi sử dụng của đệm cát là chiều dày lớp cát không quá 10 mét. Nếu chiều sâu này quá lớn thì vì vấn đề kinh tế mà nên chọn loại móng khác. D−ới đất có n−ớc l−u chuyển cũng hạn chế dùng đệm cát vì lý do cát có thể trôi theo dòng n−ớc mà chân móng giảm chịu lực. Trong n−ớc : Đệm cát là ph−ơng pháp gia cố nền đất yếu rất có hiệu quả . Tr−ớc năm 1990 sử dụng ở n−ớc ta khá nhiều , nhất là khi Liên xô giúp ta sử lý tốt móng nhà C1 Đại học Bách khoa Hà nội . Nhà khách số 10 Lê Thạch Hà nội 5
cũng sử lý nền cát hạt trung với chiều dày đến 6 mét. Gần đây do ph−ơng án cọc thi công nhanh hơn và giá cát hạt trung đắt nên ph−ơng pháp này ít dùng. Ph−ơng án này khá tin cậy về chất l−ợng nền nếu có lớp đất sét trên mặt coi nh− vòng vây quây kín lớp cát. Nên triển khai thực hiện ph−ơng án này rộng rãi khi điều kiện cho phép . ở những vùng sẵn cát mà đất yếu, sử dụng biện pháp này, đất cố kết nhanh và gia cố nền đất yếu có hiệu quả. Công nghệ này thích hợp cho nhà có số tầng từ 6 tầng trở xuống trong điều kiện nền đất yếu. N−ớc ngoài: Ph−ơng pháp dùng đệm cát là ph−ơng pháp hữu hiệu với những vùng đất yếu cần nhanh chóng ổn định để sớm thi công. Đây là ph−ơng pháp kinh điển trong gia cố nền đất yếu trong các bài bản quốc tế sử lý nền đất yếu. Biện pháp này đ−ợc đặt ra sớm nhất với các vùng Trung Âu, sau đó đến Liên xô cũ. Nhật bản có nhiều tập đoàn thi công lấn biển lớn chuyên dùng đệm cát để xây dựng ngoài khơi, tạo ra những đảo nổi bằng cát có t−ờng cừ vây, diện tích khu vực đ−ợc lấp cát đến nhiều hecta. 1.2 Cọc cát : 1.2.1 Mô tả công nghệ: Có hai kiểu cọc cát đ−ợc sử dụng để gia cố nhân tạo nền đất yếu bão hoà. Cọc cát đ−ợc chế tạo theo kiểu khoan thành lỗ khoan thẳng đứng xong nhét đầy cát đ−ợc sử dụng để tăng nhanh quá trình nén chặt của đất yếu d−ới tác dụng của trọng l−ợng khối đất đắp và tải trọng công trình xây trên đó. Cọc cát thi công theo kiểu đóng cọc ống rỗng xuống đất , khi nhồi cát thì rút ống lên là một cách chế tạo cọc cát kiểu khác. (i) Cọc cát có đ−ờng kính lớn : Cọc cát thi công có đ−ờng kính lớn còn đ−ợc gọi là giếng cát. Lỗ khoan tạo cho cọc cát loại này đ−ợc thi công giống nh− kiểu tạo lỗ khoan cho cọc nhồi có vách bằng thép với chiều dày vách 8 ~ 20 mm. Thông th−ờng cọc cát loại này có đ−ờng kính là 600 mm. Lấy hết lõi bằng gàu khoan xoay cho đến khi đạt độ sâu cần thiết. Th−ờng cọc cát có độ sâu không lớn nh− cọc nhồi nên không phải dùng bentonite giữ thành vách vì có vách bằng thép. Sau khi ngừng khoan , nhồi lòng hố khoan bằng cát đầm chắc và rút vách lên khi nhồi đầy. Trên mặt cọc cát th−ờng là đệm cát. Kết 6
cấu phối hợp của hệ thống thoát n−ớc ngay trong nền d−ới đế móng đảm bảo tăng nhanh quá trình nén chặt của nền chịu tải do đ−ờng thấm của n−ớc ép thoát ra từ lỗ rỗng của đất đ−ợc rút ngắn lại. Cọc cát đ−ờng kính lớn đ−ớc sử dụng có hiệu quả khi cần tăng nhanh quá trình nén chặt của đất bồi tích nh− đất sét dạng dải. Cọc cát đ−ờng kính lớn cũng đ−ợc sử dụng hợp lý khi cần đảm bảo sự ổn định của nền có diện tích chịu tải lớn bằng cách tăng nhanh quá trình cố kết thấm nh− nến nhà công nghiệp cần ổn định lún trong thời gian ngắn. Cơ sở để xác định khoảng cách cần thiết giữa các cọc cát là các giả thiết về thời gian cố kết của nền nh− sau: * Thời điểm ban đầu , n−ớc tiếp thu toàn bộ tải trọng truyền lên nền. * Vùng ảnh h−ởng của cọc cát đ−ờng kính lớn đ−ợc xem nh− tròn. * Vùng ảnh h−ởng chịu tải trọng phân bố đều. * Chỉ xét đến cố kết thấm. (ii) Cọc cát có đ−ờng kính nhỏ : Cọc cát đ−ờng kính nhỏ đ−ợc thi công do đóng những ống thép rỗng xuống đất mà những ống này có đ−ờng kính khoảng 500 mm làm cho đất đ−ợc dồn nén chặt . Các miền mà đất đ−ợc nén chặt tiếp giáp với nhau . Nhồi cát trong ống khi rút ống lên. Theo điều kiện làm việc thì cọc cát loại này về cơ bản khác với các dạng cọc bê tông nhồi hay cọc cứng khác . Điểm khác ở chỗ là cọc cát và đất nén chặt quanh nó cùng tiếp thu tải trọng và biến dạng nh− nhau. Khi thi công cọc cát ta sẽ không đ−ợc một móng cọc mà đ−ợc một nền đã nén chặt với môđun biến dạng trung bình lớn hơn khá nhiều so với môđun biến dạng lúc đất ch−a bị nén. Thành phần khoáng có ảnh h−ởng đến giới hạn nén chặt của đất sét và đất bùn. Hàm l−ợng các chất khoáng sét −a n−ớc trong đất càng lớn thì giới hạn nén chặt của đất đó càng nhỏ. Kinh nghiệm cho thấy , trị số nhỏ nhất của hệ số rỗng có thể đạt đ−ợc khi nén chặt tầng sâu , εnch t−ơng ứng với trị số 2 của hệ số rỗng εp trong khoảng áp lực p = 0,5~1,0 kG/cm xác định theo kết quả thí nghiệm mẫu đất trên máy nén . Khi áp lực khoảng 1 kG/cm2 thì phần lớn n−ớc lỗ rỗng đ−ợc ép thoát ra khỏi đất và hệ số rỗng ứng với áp lực đó sẽ là giới hạn nén chặt của đất khi nén chặt tầng sâu bằng cọc cát. (iii) Những đặc điểm thi công cọc cát: 7
Thi công gia cố nền đất yếu tầng sâu bằng cọc cát có những đặc điểm sau đây: * Để nén chặt đất tầng sâu cọc thép rỗng , đ−ợc gọi là ống nòng , th−ờng dùng có đ−ờng kính 500 mm và không làm nhỏ hơn 420 mm. Đầu ống nòng có mũ toẻ ra đ−ợc khi rút ống lên để cát nhồi bên trong ống sẽ nằm lại trong đất. * Cát dùng nhồi trong ống để đ−a xuống đất phải đồng nhất về kích th−ớc hạt , là loại cát vừa hoặc cát thô. Hàm l−ợng sét và bụi không quá 5%. * Cọc thép ống nòng có thể đóng xuống đất bằng thiết bị nào cũng đ−ợc : máy đóng cọc , máy nén , máy hạ cọc kiểu rung, búa Franki * Cần chú ý hiện t−ợng cát mắc trong ống khi rút ống lên . Phải có trang bị chống mắc cát trong ống khi rút ống nòng lên. * Cát trong cọc phải đ−ợc đầm chặt. Dùng cách nào thì ng−ời thiết kế thi công chỉ định và t− vấn đảm bảo chất l−ợng bên cạnh chủ đầu t− duyệt y . Có thể dùng quả nén , cùng khí nén hoặc ấn thêm lần nữa khi rút . * Trình tự đóng theo cách dồn nén từ ngoài vào trong nếu diện gọn. Nếu diện chạy dài thì thi công theo hàng ngang chẵn lẻ. Thi công đ−ợc một số hàng lẻ lại đến hàng chẵn cho khu vực đ−ợc lèn chặt đều. 1.2.2 Phạm vi sử dụng : Tại những vùng mà n−ớc ngầm tĩnh , điều kiện sử dụng cọc cát nên phát triển . Cần hết sức cảnh giác với điều kiện mức n−ớc ngầm thay đổi , biến động nhiều . Tại Hà nội có một số bài học cho việc sử dụng cọc cát với vị trí có mức n−ớc ngầm biến động nhiêù , n−ớc đã kéo rút cát d−ới móng làm cho công trình bị lún nguy hiểm . Nếu theo dõi tốt điều kiện thuỷ văn thì giải pháp cọc cát là giửi pháp kinh tế trong sử lý nền đất yếu. Đây là biện pháp gia cố nền đất yếu rẻ và có hiệu quả cho nhà từ 6 tầng trở xuống xây dựng trong điều kiện đất yếu. Trong n−ớc: Cọc cát đ−ợc dùng ở n−ớc ta bắt đầu vào năm 1958 cho những khu xây dựng nhà trụ sở cơ quan có số tầng 4 ~ 5 tầng. Ngôi nhà số 42 Ngô Quyền Hà nội, 8
trụ sở công ty Xuất nhập khẩu Rau Quả, Bộ Th−ơng Mại n−ớc ta là ngôi nhà sử dụng cọc cát sớm. Sau này, vào năm 1982, tại khu Thành Công Hà nội, việc sử dụng không thành công cọc cát ở ngôi nhà A2 Ngọc Khánh làm những ng−ời sử dụng cọc cát trở nên thận trọng. Ngoài n−ớc: Cọc cát đ−ợc nêu trong các sách giáo khoa về Nền móng và gia cố đất nền của nhiều n−ớc trên thế giới. Từ những nhà địa chất có tên tuổi nh− Teczaghi đến Maslov của Nga đều nhắc đến ph−ơng pháp này nh− là ph−ơng pháp gia cố nền đất yếu có hiệu quả và kinh tế. 1.3 Gia cố nền bằng bấc thấm : 1.3.1 Mô tả công nghệ : Nền đất sình lầy, đất bùn và á sét bão hoà n−ớc nếu chỉ lấp đất hoặc cát lên trên , thời gian để lớp sình lầy cố kết rất lâu kéo dài thời gian chờ đợi xây dựng. Cắm xuống đất các ống có bấc thoát n−ớc thẳng đứng xuống đất làm thành l−ới ô với khoảng cách mắt l−ới ô là 500 mm. Vị trí ống có bấc nằm ở mắt l−ới. ống thoát n−ớc có bấc th−ờng cắm sâu khoảng 18 ~ 22 mét. ống thoát n−ớc có bấc có đ−ờng kính 50~60 mm. Vỏ ống bằng nhựa có rất nhiều lỗ châm kim để n−ớc tự do qua lại. Trong ống để bấc bằng sợi pôlime dọc theo ống để n−ớc dẫn theo bấc lên, xuống, trong ống. Ph−ơng pháp này đ−ợc gọi là ph−ơng pháp thoát n−ớc thẳng đứng (vertical drain). Việc cắm ống xuống đất nhờ loại máy cắm bấc thấm. Máy này n−ớc ta đã tự sản xuất đ−ợc ( Tổng Công ty Giao thông 2 ). Hiện nay đang có mặt ở n−ớc ta nhiều máy cắm bấc thấm của Đài loan. Khi nền đất đ−ợc đổ các lớp cát bên trên để nâng độ cao đồng thời dùng làm lớp gia tải giúp cho sự chắt bớt n−ớc ở lớp d−ới sâu để lớp đất này cố kết đủ khả năng chịu tải, n−ớc trong đất bị áp lực của tải làm n−ớc tách ra và lên cao theo bấc, đất cố kết nhanh. Khi giảm tải, n−ớc chứa trong ống có bấc mà không hoặc ít trở lại làm nhão đất. Kết hợp sử dụng vải địa kỹ thuật tiếp tục chắt n−ớc trong đất và đổ cát bên trên sẽ cải thiện tính chất đất nền nhanh chóng. Vừa qua tại Vũng Tàu Bà Rịa nhiều nhà máy đ−ợc gia cố bằng ph−ơng pháp sử dụng bấc thấm và kết quả cho thấy rút ngắn đ−ợc thời gian ổn định 9
nền đất là đáng kể . Đ−ờng quốc lộ số 5 nối Hà nội với Hải phòng , nhiều đoạn nền đất cũng đ−ợc gia cố bằng bấc thấm. Bấc thấm đ−ợc dùng nhiều trong việc xây dựng đ−ờng đi qua vùng đồng bằng sông Hồng , đồng bằng sông Cửu Long . Bấc thấm làm cho nền đất ổn định nhanh hơn chờ ổn định tự nhiên đ−ợc nhiều thời gian. Bấc thấm đ−ợc sử dụng ở n−ớc ta trong vòng 5 năm trở lại đây. 1.3.2 Phạm vi sử dụng Đây là biện pháp mới đ−ợc sử dụng ở n−ớc ta và với những công trình đã đ−ợc thoát n−ớc theo ph−ơng thẳng đứng của bấc thấm chứng tỏ tốc độ cố kết của nền đất yếu là nhanh so với các ph−ơng pháp khác . Biện pháp này có thể sử dụng đ−ợc rộng rãi vì theo kinh nghiệm n−ớc ngoài , đây là biện pháp hữu hiệu trong bài toán giải quyết tốc độ cố kết của nền đất yếu. Công nghệ này thích dụng cho việc xây dựng nhà ở có số tầng có số tầng 3 ~ 4 tầng xây dựng trên nền đất mới lấp mà d−ới lớp đất lấp là lớp bùn sâu. Trong n−ớc : Việc sử dụng bấc thấm ở n−ớc ta mới xuất hiện khoảng 10 năm trở lại đây. Những công trình sử dụng bấc thấm với số l−ợng nhiều tập trung cho các công trình nền đ−ờng nh− đ−ờng quốc lộ 5 - Hà nội - Hải phòng, nhiều đoạn trên đ−ờng quốc lộ 1A, nhất là những đ−ờng xa lộ tại đồng bằng sông Cửu Long nh− các đ−ờng thuộc các tỉnh miền Tây Nam bộ và nhiều con đ−ờng thuộc tỉnh Cà Mau . Công trình dân dụng và công nghiệp sử dụng bấc thấm đ−ợc dùng rộng rãi ở các khu công nghiệp ở Bà Rịa-Vũng Tàu nh− tại các nhà máy điện Phú Mỹ, nhà máy Hoá chất N−ớc ngoài: Biện pháp sử dụng bấc thấm đ−ợc sử dụng cũng không quá lâu so với sự xâm nhập ph−ơng pháp công nghệ này vào n−ớc ta. Tại Philippines, Indonêxia là những đảo có nhiều vùng trũng xình lầy, việc sử dụng bấc thấm khá phổ biến. 1.4 Làm chặt đất lún sụt tầng sâu bằng cọc đất : 1.4.1 Mô tả công nghệ 10
Việc làm chặt đất tầng sâu với loại đất lún sụt có lỗ hổng lớn có thể tiến hành thành hai động tác : tạo lỗ và lấp đầy lỗ. Việc tạo lỗ có thể tiến hành bằng cách đóng cọc thép tròn đ−ờng kính 400 ~ 500 mm rồi nhổ lên , có thể khoan , có thể dùng năng l−ợng nổ. Việc lấp đầy lỗ th−ờng dùng đất tại chỗ , có thể dùng đất khô trộn với vôi và xi măng rồi nhồi chặt xuống lỗ. Nếu sử dụng thuốc nổ thì cách tiến hành nh− sau: Tạo lỗ nhỏ để nổ mìn . Đ−ờng kính lỗ để nổ mìn chỉ từ 60 ~ 80 mm . Sau khi khoan lỗ nhỏ này tới độ sâu lớp đất cần nén chặt , rút mũi khoan lên và cho thuốc mìn nối với dây dẫn nổ hay dây kích nổ xuống . Lấp nhẹ bằng cát và cho nổ . L−ợng thuốc nổ loại BB khoảng chừng 200 ~ 300 gam cho một lỗ sẽ tạo ra đ−ợc lỗ có đ−ờng kính gấp 10 lần đ−ờng kính gói thuốc . Sau khi nổ , đất quanh gói mìn bị ép ra chung quanh và tạo lỗ rỗng để nhồi đất hoặc nhồi hỗn hợp đất - xi măng - vôi rồi đầm cho chặt. Thông th−ờng chiều sâu của lớp lún sụt đ−ợc gia cố đến khoảng 12 ~ 14 mét d−ới đáy móng. Mức độ nén chặt phụ thuộc vào đất nơi cần nén và độ chặt cần đạt. Độ chặt ứng với độ lún sụt nhỏ hơn 0,02 dao động khoảng 1,55 ~ 1,70 t/m3 và phụ thuộc hàm l−ợng hạt sét và hạt bụi trong đất. Trong tr−ờng hợp điều kiện sử dụng phải đạt tính không thấm của nền lớn thì phải tăng tính nén chặt. Độ chặt khi này phải trên 1,75 t/m3. Giới hạn nén chặt của đất sét xác định theo công thức : γ h γ 0 = 1 + ε nch Hoặc theo công thức : Trong đó γc , γh là dung trọng chặt , dung trọng ở độ sâu h , εnch độ chặt lớn nhất. γ = h γ c W l γ 1 + h 100 Nếu gọi Ω là diện tích t−ơng đối của các lỗ ta có thể tham khảo khoảng cách giữa các cọc đất trộn vôi xi măng nh− bảng sau: 11
Độ rỗng tự nhiên 55 52 50 48 46 44 của đất (%) Hệ số rỗng của 1,224 1,084 1,0 0,92 0,85 0,785 đất ở trạng thái tự nhiên Ω m2khi 0,264 0,224 0,182 0,149 0,115 0,084 γc=1,65 t/m3 Khoảng cách 1,8 2,0 2,25 2,5 2,75 3,25 giữa các cọc đất Ω m2khi 0,298 0,286 0,206 0,173 0,142 0,110 γc=1,7 t/m3 Khoảng cách 1,75 1,75 2,10 2,25 2,50 3,00 giữa các cọc đất Ω m2 khi 0,321 0,260 0,229 0,198 0,166 0,137 γc=1,75 t/m3 Khoảng cách 1,6 1,8 2,0 2,1 2,25 2,5 giữa các cọc đất Kiểm tra chất l−ợng đầm chặt thực chất là xác định độ chặt của đất giữa các cọc tại vị trí đặt móng . Việc đầm chặt coi nh− đạt yêu cầu nếu trị số độ chặt trung bình xấp xỉ trị số thiết kế qui định. Độ thấp so với trị số thiết kế không quá 0,05. Nếu cao trình đặt móng nhỏ hơn chiều dày lớp đệm thì 12
cần tiến hành làm chặt thêm bằng đầm nặng. Khi sử dụng năng l−ợng nổ vì chiều dày lớp đất bị xới tơi chỉ dự tính gần đúng và v−ợt quá 2 mét. Nếu do điều kiện sử dụng công trình và quá trình công nghệ có thể xảy ra sự kiện là nền nhà bị −ớt ẩm thì cần kiểm tra chất l−ợng đầm chặt bằng thí nghiệm tải trọng thử trên nền đất đ−ợc làm −ớt nhân tạo. Khi đầm chặt không đạt yêu cầu thì làm thêm cọc chen thêm vào chỗ cọc đã làm. 1.4.2 Phạm vi áp dụng Ph−ơng pháp này đ−ợc nêu trên lý thuyết , ở n−ớc ta mới sử dụng nh− là thí điểm . Ch−a có công trình thực nghiệm nên điều kiện sử dụng bị hạn chế . 1.5 Cọc xi măng đất trộn −ớt : 1.5.1 Mô tả công nghệ Dùng máy đào kiểu gàu xoay , bỏ gàu và lắp l−ỡi khuấy đất kiểu l−ỡi chém ngang để làm tơi đất trong hố khoan mà không lấy đất khỏi lỗ khoan. Xoay và ấn cần xoay đến độ sâu đáy cọc. Ta đ−ợc một cọc mà bên trong đất đ−ợc khuấy đều . Khi mũi khuấy ở đáy cọc thì bắt đầu bơm sữa xi măng đ−ợc dẫn trong lòng cần khoan đến mũi khoan. Đất lại đ−ợc trộn với sữa xi măng thành dạng xền xệt có xi măng. Vừa rút vừa bơm sữa xi măng và trộn. Cuối cùng khi cần khoan nâng mũi lên đến mặt đất , ta đ−ợc cọc đất trộn xi măng. Xi măng sẽ phát triển c−ờng độ nh− tính toán. Những cọc xi măng đất trộn −ớt th−ờng bố trí sát nhau d−ới chân móng băng , đ−ờng kính cọc nọ sát cọc kia . L−ợng xi măng dùng cho 1 m3 cọc từ 250 kg đến 350 kg. Tỷ lệ N−ớc/Ximăng là 60% đến 120% với sữa xi măng bơm xuống cọc. Sau 28 ngày , khoan lấy mẫu trong các cọc này c−ờng độ đạt 17 kG/cm2 với l−ợng xi măng là 250 kg/m3 và hơn nữa tuỳ thuộc loại đất tại chỗ. Ph−ơng pháp này đã đ−ợc các n−ớc Hoa kỳ , Anh, Pháp , Đức và nhiều n−ớc châu Âu khác sử dụng. N−ớc Nhật cũng xây dựng nhiều nhà với loại cọc này. Với cọc này có thể xây dựng nhà từ 8 tầng đến 10 tầng . Gần đây các hãng của Đức giới thiệu vào n−ớc ta loại máy do Hercules Grundlọgging sản xuất để làm cọc xi măng đất. Loại này có thể làm đ−ợc những cọc đất trộn xi măng −ớt đ−ờng kính 600 mm , sâu bình quân 4,4 mét hay hơn nữa. Thay cho xi măng đơn thuần , ta có thể trộn xi măng với vôi để thành cọc vôi - xi măng với l−ợng hỗn hợp vôi và xi măng cho 1 mét sâu của cọc là 26 kg nh− đã trình bày ở trên. 13
Nhật bản giới thiệu với thị tr−ờng n−ớc ta loại máy làm cọc loại này là TENOCOLUMN. Các chỉ tiêu khi sử dụng máy TENOCOLUMN nh− sau: Loại đất tại chỗ L−ợng Tỷ lệ N/X C−ờng độ mẫu ximăng/m3 % KG/cm2 Cát 250 120 41,8 Bùn,sét 226 100 30 á cát 250 60 17,1 Đất lẫn hữu cơ 350 60 15,7 Than bùn 325 60 16,4 Với những chỉ tiêu trên đây, ph−ơng pháp tỏ ra hữu hiệu khi qui đổi sức chịu tải d−ới nền thành trị số đồng nhất dùng khi tính toán móng băng d−ới công trình. Với sức chịu của cọc khoảng 15 kG/cm2 có thể qui đổi sức chịu đáy móng băng thành bình quân 5~7 kG/cm2 là điều có ý nghĩa khi thiết kế móng. 1.5.2 Phạm vi áp dụng Ph−ơng pháp này mới đ−ợc giới thiệu vào n−ớc ta nh−ng điều kiện sử dụng rộng rãi còn hạn chế . Đây là biện pháp có ý nghĩa kinh tế cao , nên đ−ợc thí điểm nhiều nhà hơn nữa để có kết quả nhân rộng diện sử dụng . Tại công trình Trụ sở Công ty Hàng Hải tại đầu khu Kim Liên đã dùng ph−ơng pháp này để gia cố thành vách đào để làm hai tầng hầm cho nhà chính. Tại Bà Rịa cũng dùng ph−ơng pháp này gia cố nền đáy móng một bể chứa dầu lớn, có hiệu quả cao. Loại gia cố nền theo công nghệ này có thể làm móng cho nhà có độ cao tới 12 tầng. 1.6 Các loại cọc sử dụng cây trong thiên nhiên : 1.6.1 Mô tả công nghệ: Khi khối l−ợng cọc cho công trình không nhiều và trong môi tr−ờng chứa cọc th−ờng xuyên ngậm n−ớc , có thể dùng các loại cọc là cây trong thiên nhiên : cọc gỗ , cọc cây tràm , cọc tre. (i) Cọc gỗ : 14
Loại cọc gỗ phổ biến là dùng gỗ bạch đàn , gỗ phi lao , gỗ mỡ có thân thẳng , dài từ 4,5 mét đến 12 mét , đôi khi đến 18 mét , đ−ờng kính từ 16 đến 30 ~ 35 cm . Đầu d−ới của cọc gỗ đ−ợc đẽo vát nhọn có hình tháp mà đầu nhọn h−ớng xuống d−ới. Rất nhiều khi làm bộ phận thép dẹt ghép thành mũi ôm lấy mũi gỗ để chống cho mũi cọc bị toè hay dập vỡ khi gặp ch−ớng ngại trong quá trình đóng. Phần đầu trên của cọc đánh đai để tránh vỡ đầu cọc cũng nh− tránh dập toét đầu cọc khi va chạm với búa đóng. Vùng đồng bằng sông Cửu Long , các vùng ven biển khác nh− Đà nẵng , Nha trang sử dụng cọc gỗ tràm là một sáng tạo trong việc sử dụng vật liệu địa ph−ơng nhằm hạ giá thành công trình. Việc sử dụng cọc gỗ tràm đã đủ thời gian thử nghiệm và chứng minh là tốt. Tr−ờng hợp nền đất yếu là bùn cát pha sét hoặc bùn sét pha cát thì cừ tràm đóng vào đất có tác dụng nh− cái nêm nén chặt đất nền giữa các cừ tràm làm cho đất từ chỗ có hệ số rỗng tự nhiên eo đạt tới hệ số rỗng yêu cầu eyc. Công việc ở đây là xác định số cọc cho 1 m2. Theo nghiên cứu của tr−ờng Đại học Kỹ thuật Đà nẵng thì số cừ tràm n có đ−ơngd kính d đ−ợc xác định theo công thức : 40000(eo − e yc ) n = 2 π * d (1+ eo ) Từ công thức này ta thấy : * Đất yếu vừa có độ sệt IL = 0,55 ~ 0,60 , c−ờng độ chịu tải thiên nhiên 2 2 Ro=0,7 ~ 0,9 kG/cm đóng 16 cừ cho 1m . * Đất yếu có độ sệt IL = 0,7 ~ 0,8 , c−ờng độ chịu tải thiên nhiên Ro=0,5 ~ 0,7 kG/cm2 đóng 25 cừ cho 1m2. * Đất yếu quá có độ sệt IL ≥ 0,80 , c−ờng độ chịu tải thiên nhiên Ro< 0,5 kG/cm2 đóng 36 cừ cho 1m2. Cọc gỗ th−ờng phải sử dụng tại những nơi mà cọc th−ờng xuyên ngâm trong n−ớc. Nếu n−ớc không ngâm th−ờng xuyên cọc gỗ , cọc rất nhanh bị mục làm h− hỏng công trình. Cọc gỗ th−ờng dùng d−ới đáy trụ cầu nhỏ , trụ cột điện v−ợt sông , trụ cột điện dẫn điện qua cánh đồng , còn cừ tràm có thể đóng d−ới móng nhà 3 ~ 5 tầng trên nền đất yếu . Hiện nay ch−a sử dụng cọc gỗ phổ biến cho nhà dân dụng và công nghiệp. Việc sử dụng cọc gỗ nên hết sức hạn chế vì độ tin cậy của cọc gỗ ch−a cao do nhiều điều kiện của thuỷ căn không đủ an toàn cho việc chống mục . 15
(ii) Cọc tre : Cọc tre đ−ợc sử dụng nh− biện pháp gia cố nền mà không nên coi là móng cọc. Thông th−ờng đóng cọc tre với số l−ợng cọc là 25 cọc cho 1m2, nghĩa là cọc bố trí theo hàng vuông góc với nhau và cách nhau 20 cm một cọc. Cọc tre phải là tre đực t−ơi , mình dày , đ−ờng kính 80 mm đến 120 mm, dài 3~3,5 mét một cọc. Phía ngọn đẽo vát và cắm xuống d−ới . Phía gốc c−a giữ sát mắt làm đầu trên cọc , khi đóng sẽ đóng vào mắt tre . Đóng cọc tre theo chu vi dồn vào giữa và không nên đóng nhanh quá. Đóng quá nhanh có thể bị hiện t−ợng dồn ép làm trồi cọc đã đóng hoặc bị nén chặt giả tạo. Hiện nay ch−a có nghiên cứu nghiêm túc nào về cọc tre cho những thuộc tính độ chặt , chiều dài , tính bền theo thời gian . Tuy thế do kinh nghiêm dân gian lâu ngày , cọc tre sử dụng th−a thớt khoảng hai chục năm ( 1960 ~ 1980 ), gần đây trong xây dựng nhà dân lại xuất hiện nhiều nhà sử dụng cọc tre. Vì cọc tre là chất hữu cơ nên chỉ bền theo thời gian nếu môi tr−ờng quanh cọc ngập n−ớc th−ờng xuyên. Nếu môi tr−ờng chứa cọc , khô , −ớt thay đổi liên tục hay khô th−ờng xuyên , cọc tre bị mục và có khả năng mối ăn hỏng. Môi tr−ờng sử dụng cọc tre phải đ−ợc theo dõi th−ờng xuyên để có quyết định đúng đắn. 1.7.2 Phạm vi áp dụng Đây là biện pháp gia cố nền truyền thống đã sử dụng nhiều trong dân gian n−ớc ta nh−ng từ những năm 1960 đến 1990 việc sử dụng bị hạn chế . Sau năm 1990 , nhiều nhà dân lại bùng lên phong trào sử dụng cọc tre . Cần hết sức chú ý đến môi tr−ờng chôn cọc . Nếu mức n−ớc ngầm thay đổi nhiều phải hết sức thận trọng khi dùng cọc tre. Công nghệ này sử dụng cho nhà có số tầng d−ới 4 tầng trong vùng đất không quá yếu nh−ng không rắn . Sức chịu cho phép của đất d−ới 1 kG/cm2. Trong n−ớc: Trong n−ớc dùng phổ biến cho nhà 2 ~ 3 tầng ở nơi đất yếu. Một giai đoạn dài khoảng 30 năm ít dùng vì ch−a thấy cơ sở chắc chắn cho ích lợi của cọc tre và theo tr−ờng phái Liên xô cũ ít sử dụng loại cọc này. Sau đổi mới, dân đ−ợc tự làm nhà mới lại sử dụng cọc tre. Ngoài n−ớc : Khối châu Âu gần nh− không dùng loại cọc tre để gia cố nền đất. Gần nh− rất ít tài liệu viết về cọc tre hoặc cừ tràm. 16
1.7 Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn : 1.7.1 Mô tả công nghệ (i) Khái niệm và phân loại : Loại cọc này đ−ợc dùng rộng rãi trong xây dựng dân dụng và công nghiệp. Theo ph−ơng pháp hạ cọc xuống đất, chia làm cọc hạ bằng búa, bằng các máy hạ chấn động hoặc các búa chấn động hoặc cọc ép . Tuỳ theo địa chất tại nơi đóng hoặc hạ cọc , có thể hạ cọc theo cách sử dụng máy hạ cọc hoặc kết hợp với cách xói n−ớc hoặc khoan mồi . Tại những nơi mà cọc phải đi qua lớp cát thì việc hạ cọc khó khăn hơn khi cọc hạ qua lớp sét . Những tr−ờng hợp này phải khoan mồi và muốn giữ đ−ợc thành vách hố khoan khỏi xập , phải dùng dung dịch sét bentonite giữ thành vách. Quá trình khoan mồi bơm vào hỗ khoan dung dịch sét bentonite . Dung dịch này bám vào thành vách lỗ khoan giữ không cho cát xập. Theo cấu tạo các loại cọc bê tông cốt thép đúc sẵn , cọc đ−ợc chia thành : loại có tiết diện vuông cốt thép th−ờng, loại có tiết diện vuông cốt thép ứng suất tr−ớc. Có loại cọc có tiết diện vuông tiết diện đặc , có thể chế tạo loại cọc tiết diện vuông tiết diện rỗng hình tròn mũi kín hoặc mũi hở. Có loại cọc tiết diện tròn , lõi đặc nh−ng cũng có loại cọc ống tiết diện rỗng . Có thể chế tạo cọc bê tông cốt thép có hình nêm . Nói chung hình thái cọc bê tông cốt thép chế tạo kiểu đúc sẵn rất đa dạng . Theo khả năng chịu tải của cọc mà chia thành cọc chống hoặc cọc treo ( cọc ma sát ). Cọc chống cắm mũi cọc vào tầng đá hoặc tầng đất đ−ợc coi là tầng ấy không nén đ−ợc. Cọc ma sát chịu tải trọng ngoài nhờ lực kháng của đất bao ôm chung quanh và mũi cọc. Nếu tại mũi cọc có các lớp đất chặt thì phần lớn tải trọng truyền qua mũi cọc. Nếu cọc cắm vào các tầng đất có tính nén lún lớn thì phần lớn tải trọng sẽ do ma sát trên mặt bao quanh cọc tiếp nhận. (ii) Dữ liệu cần cho thiết kế cọc: * Các tài liệu về địa chất công trình tại khu vực xây dựng : mặt bằng hố khoan , điểm xuyên thăm dò và các kết quả khoan , xuyên , các tài liệu về thí nghiệm cọc thử, đ−ờng viền và đ−ờng trục công trình, mặt cắt và cột địa chất, kết quả phân tích thí nghiệm đất . Các kết quả thăm dò địa chất thuỷ văn công trình. 17
* Các tài liệu về thiết kế công trình. * Mô tả quá trình vận hành , sử dụng, khai thác công trình nhất là các yếu tố về lực sẽ có khả năng ảnh h−ởng đến sự chịu tải lâu dài của công trình. Các khả năng làm cho n−ớc d−ới đất bị thay đổi trong quá trình sử dụng nh− các yếu tố sản sinh ra tác động ăn mòn , khả năng tạo dòng chảy ngầm , khả năng làm tăng, giảm mức n−ớc ngầm. (iii) Chọn loại móng cọc , chiều dài và tiết diện cọc Khi chọn loại móng cọc chủ yếu căn cứ vào đặc tính và trị số tải trọng. Đối với tải trọng tập trung , nên chọn móng cọc có tiết diện hình vuông , chữ nhật hoặc hình thang và cọc bố trí thành nhóm . Nếu tải trọng phân bố theo chiều dài dùng móng cọc hình băng và bố trí cọc trên một , hai hoặc nhiều hàng ( d−ới t−ờng ). Móng cọc d−ới các xilô, ống khói thì bố trí cọc theo đ−ờng tròn. Khi chọn chiều dài cọc phải xuất phát từ điều kiện địa chất theo các điều kiện sau đây: * Từ mặt đất trở xuống có các lớp đất đắp , bùn hữu cơ, bùn , á sét và sét dẻo nhão và nhão , cát bụi và các loại đất khác có khả năng chịu tải kém thì chiều dài của cọc đ−ợc xác định trên co− sở mũi cọc phải đ−ợc cắm sâu vào lớp cát t−ơng đối chặt hoặc vào các lớp sét cứng , nửa cứng , dẻo cứng hoặc cắm vào các lớp đất to hạt , lớp đá. * Khi cọc đã cắm vào các lớp đất t−ơng đối chặt thì không nên để chiều dày lớp đó d−ới mũi cọc quá mỏng nếu d−ới lớp này là lớp có khả năng chịu tải kém hơn lớp này. * Nếu các lớp có khả năng chịu tải kém ( bùn , sét nhão hoặc dẻo nhão ) có chiều dày quá lớn đến nỗi chiều dài cọc không thể đi qua hết các lớp đó thì có thể để mũi cọc tại các lớp đất yếu nh−ng phải tính toán sao cho khả năng chịu tải của cọc là do ma sát quyết định. * Nếu d−ới các lớp chịu tải kém là các lớp chịu tải khá hơn nh− cát chặt , sét và á sét cứng có chiều dày thay đổi rất nhiều trong phạm vị chiều dài nhà cần thiết kế móng, coc thể lựa chọn giải pháp dùng hai , ba chiều dài cọc khác nhau tại các vị trí khác nhau. 18
* Khi cách mặt đất kể từ trên xuống ít hơn 2 mét đã thấy có các lớp cát chặt , sét và á sét cứng cũng nh− đất to hạt hoặc đá thì giải pháp lựa chọn móng cọc tỏ ra đáng nghi ngờ hoặc có thể nói là không nên. * Thông th−ờng thì cọc nên xuyên qua các lớp đất lún sụt để cắm vào các lớp đất cát t−ơng đối chặt hoặc các lớp đất sét và á sét cứng , nửa cứng hoặc dẻo cứng. Độ cắm sâu vào các lớp đất chặt nên tuỳ tình hình các lớp trong địa tầng nh− : ≥ 0,50 mét với đá và đất to hạt; ≥ 1,00 mét với đất chặt ; ≥ 1,50 mét với đất chặt vừa. Chọn tiết diện cọc lợi nhất phải kể đến tải trọng truyền lên cọc , đến khả năng tận dụng cao nhất vật liệu làm cọc cũng nh− phải kể đến các tính chất cơ lý của các lớp đất mà cọc đi qua và lớp đất ở d−ới mũi cọc. Kinh nghiệm cho thấy , nên lựa chọn tiết diện cọc lớn là hợp lý với các tr−ờng hợp: - Khi coc tải trọng ngang và mômen uốn mà tiết diện cọc nhỏ không tiếp nhận đ−ợc. - Khi tải trọng tác động rất tập trung, khi hạn chế diện tích để bố trí cọc trên mặt bằng và khi có khả năng truyền tải trọng tính toán lên cọc gần bằng trị số độ bền giới hạn của vật liệu cọc. - Khi thiết kế cọc đơn d−ới cột. - Khi chiều dài cọc lớn hơn 12 mét. - Khi xây dựng móng cọc ở những vùng động đất. - Khi cọc chịu kéo nhiều. - Khi đất có tính nở. Việc lựa chọn tiết diện cọc nhỏ là hợp lý khi : - Tải trọng thực tế tác dụng lên cọc nhỏ hơn trị số tính toán theo đất nền và theo vật liệu làm cọc. - Khi cần thiết phải thiết kế theo cấu tạo với số l−ợng cọc lớn hơn nhiều so với yêu cầu xuất phát từ điều kiện sức chịu tải tính toán của cọc theo điều kiện c−ờng độ đất nền. - Khi tại công tr−ờng không có cọc tiết diện lớn. - Khi chiều dài cọc vuông nhỏ hơn 8 mét. - Khi cọc dùng thép ứng suất tr−ớc thay cho cọc th−ờng có chiều dài lớn hơn 16 mét. 19
(iv) Hạ cọc kiểu đóng : Việc hạ cọc bằng búa có thể thực hiện với bất kỳ loại đất chịu nén nào. Hiện nay búa đ−ợc sử dụng nhiều là búa diesel kiểu hai thanh dẫn để đóng cọc mặc dù năng l−ợng xung kích có kém búa hơi đơn động nh−ng −u điểm quan trọng là búa tự điều khiển , không cần có máy nén khí . Gần đây việc sử dụng máy diesel kiểu ống có công suất điện cao so với loại hai thanh dẫn nên loại máy này đ−ợc sử dụng rộng rãi. Tỷ số trọng l−ợng phần cháy xung kích và trọng l−ợng cọc không đ−ợc nhỏ hơn 1,5 lần đối với đất chặt , không nhỏ hơn 1,25 lần với đất chặt vừa và 1,0 đối với đất yếu bão hoà n−ớc. Khi dùng búa diesel kiểu ống , tỷ số trọng l−ợng phần cháy xung kích với trọng l−ợng cọc có thể lấy thấp hơn và bằng 0,7 ~ 0,8 . Khi bắt đầu đóng chỉ nên nâng chày cao khoảng 0,3 ~ 0,4 mét sẽ đ−a cọc vào vị trí khá chính xác. Các loại búa đóng cọc loại song động kiểu Liên xô cũ còn có nhiều trong n−ớc ta là : Y-5 , C-32 , C-35 , C-38 , C-431 , CCCM 742A , CCCM- 501 , 502 , 503, 708 và PP-28. Búa diesel kiểu Liên xô cũ có các loại YPM-500 , YPM-1250 , C-524, C-2544 , C-222 , C 222A , C-268 , C268A , C-330 , C-858 , C- 859. Các loại búa đóng cọc kiểu diesel thuỷ lực của Nhật có phần chày từ 3,3 tấn đến 6 tấn với ký hiệu DH hiện nay cũng có nhiều Công ty Xây dựng đang có. Các loại búa diesel của Hoa kỳ có thể mua đ−ợc tại thị tr−ờng là DE150/110 , DE70/50C, DE70/50B, DA55C , DA45 , DE33/30/20C , DA35C , DA15C . Búa dùng hơi nén có MS500 , Ms 350 , 11B3 , 10B3 , 9B3 , #7 , # 6 , và #5. Các dạng dàn khoan mồi có H1200B , HA-18 , HVA -36 và AF-550. (v) Hạ cọc kiểu chấn động : Chỉ đối với đất cát bão hoà n−ớc và đất sét nhão hoặc dẻo nhão mới nên sử dụng ph−ơng pháp hạ cọc bằng chấn động. Để hạ cọc đ−ợc tốt thì máy chấn động phải có trọng l−ợng lớn thí dụ để hạ cọc dài 12~15 mét trong đất yếu thì trọng l−ợng máy phải nặng tối thiểu là 5 tấn và đất chặt thì máy phải nặng đến 10 tấn. Việc chọn máy hạ cọc chấn động phụ thuộc trọng l−ợng cọc , phụ thuộc tính châtý cơ lý của đất nơi chứa cọc. Các máy hạ cọc chấn động của Liên xô cũ còn trong n−ớc ta là các loại BΠ-1 , 3 , 30 , 80 , 160 , 170 , 250 , và BY-1,6 , B-102 , B-104 , B108. 20
Các loại máy hạ cọc của các n−ớc phát triển mới nhập vào n−ớc ta rất phong phú , có ký hiệu là V- ( V-chấn động , vibration ) nh− V-140 , V-36 , V-30 , V-20 , V-20B , V-17 , V16, V-14 , V-5C , V-5B , V-5 , V2A và V-2. Một trong những Hãng có nhiều máy thi công cọc nổi tiếng của Hoa Kỳ là ICE ( International Construction Equipment, Inc. ) ta có thể đ−ợc đáp ứng thông qua E-mail để tiếp xúc là: info@iceusa.com. (vi) Hạ cọc kiểu ép : Cọc ép là đặc thù sử dụng rất đặc biệt của n−ớc ta. Hiện nay trong điều kiện thi công trong nội đô do cọc đóng bị nh−ợc điểm về tiếng ồn và sự chấn động nên việc sử dụng rất hạn chế. Ban đầu cọc ép chỉ sử dụng theo cách nối những đoạn ngắn cọc Méga . Sau này chúng ta có thể ép đ−ợc những đoạn cọc dài trên 5 mét. Về nguyên tắc những cọc đóng đều có thể thi công kiểu ép. Để đảm bảo cọc ép đạt đ−ợc sức chịu tải dự tính thì lực ép cọc phải đạt tới lực ép giới hạn tối thiểu Pépmin . Đồng thời để đảm bảo an toàn cho hệ neo giữ và thiết bị ép , cần khống chế lực ép không lớn quá Pépmax. Lực ép tới hạn tối thiểu và tối đa phụ thuộc đặc tính của nền đất chứa cọc. Th−ờng lực này phải lớn hơn lực chịu tải của cọc 20% ~ 50%. Phần lớn các thiết bị sử dụng cho cọc ép đều đ−ợc sản xuất trong n−ớc ta. Bộ phận chủ yếu của máy ép cọc là hệ kích. Có hai kiểu máy cơ bản là máy ép đỉnh cọc và máy ép ôm ngang thân cọc. Có 3 cách neo kích là hệ neo trong lòng đất , hệ giữ nhờ đối trọng và hệ neo ngàm chặt vào công trình. Hạn chế của cọc ép là khó sử dụng cọc lớn vì khả năng kích ép cũng nh− hệ neo giữ cồng kềnh nếu dùng đối trọng. Hiện t−ợng ép cọc làm trồi đất chung quanh là điều kiện cần chú ý trong tiến độ ép. Cần bố trí tiến độ ép sao cho đất không bị dồn nén nhanh để giảm hiện t−ợng trồi đất chung quanh , nhất là tại các vị trí có những lớp đất có tính đàn hồi cao. (vii) Cọc nêm : Cọc nêm là loại cọc bê tông cốt thép có hình nêm. Cọc nêm sử dụng rất tốt khi lớp đất đáy móng là thuần nhất và đủ độ dày để chứa nêm. Mũi nêm phải nằm trong lớp đất đàn hồi và cách đ−ờng phân giải với lớp d−ới ít nhất 1,2 mét. Do điều kiện khó thoả mãn về chiều dày lớp đất chứa nêm nên việc sử dụng cọc nêm là hạn chế. Một số công trình sử dụng cọc nêm do mũi nêm xuyên qua lớp đất chứa nêm nên nêm đã bị chìm xuống các lớp đất d−ới và hiện t−ợng xé rách , làm tách lớp đất sát đế móng đã gây nguy hiểm cho công trình. 21
1.7.2 Phạm vi áp dụng Trong n−ớc : Cọc bê tông cốt thép đã trở thành giải pháp móng sâu kinh điển và truyền thống . Việc sử dụng giải pháp này có kết quả rất ổn định . Sự phát triển của ph−ơng pháp này là tất yếu và kết quả là không cần bàn cãi . Đây là giải pháp móng sâu đ−ợc sử dụng cho nhà có số tầng từ 5 đến 17 tầng, hiện nay sử dụng khá rộng rãi cho các dạng nhà ở Việt nam. N−ớc ngoài: Việc sử dụng cọc bê tông cốt thép cho nhà vùng đất yếu là phổ biến trên rất nhiều n−ớc. Chiều dài cọc đ−ợc sử dụng đến 30 mét. Tiết diện cọc có thể hình vuông, hình chữ nhật , hìng tròn hay hình tam giác. Kích th−ớc cạnh nếu tiết diện hình vuông từ 200 x 200 mm đến 450 x 450 mm. Có ng−ời đã thiết kế cọc bê tông cốt thép đến tiết diện 500 x 500 mm. Gần nh− tất cả các n−ớc trên thế giới đều có tiêu chuẩn thiết kế và thi công cọc bê tông cốt thép. 1.8 Các dạng cọc chế tạo tại vị trí công trình : 1.8.1 Mô tả công nghệ (i) Cọc nhồi : Cọc nhồi đ−ợc sử dụng trong việc xây dựng nhà cao tầng. Nhà cao tầng có những đặc điểm đáng chú ý : *Tải trọng tập trung thẳng đứng ở chân cột lớn đáng kể. Ngoài ra ở d−ới chân cầu thang và thang máy , chân những vách cứng cũng có những tải trọng khá lớn. Tải trọng ngang cũng nh− vấn đề ổn định của nhà cao tầng là những bài toán cần đ−ợc xem xét một cách nghiêm túc. * Nhà cao tầng rất nhạy với độ lún, đặc biệt là lún lệch. Lún kiểu gì cũng gây ra những tác động mạnh mẽ đến sự làm việc tổng thể của các kết cấu nhà. *Trong tình trạng đô thị của ta hiện nay, nhà cao tầng sẽ đ−ợc xây dựng nhiều trong khu đông dân c−, mật độ nhà có sẵn khá dày đặc. Vấn đề 22
bảo đảm an toàn cho các công trình đã có là một đặc điểm xây dựng nhà cao tầng ở n−ớc ta. Từ những đặc điểm nêu khái quát đó mà giải pháp chọn cho móng nhà cao tầng hay thấy là móng cọc nhồi và móng barrette. Những −u điểm của móng cọc nhồi cóp thể tóm tắt : @ Khi thi công cọc khoan nhồi cũng nh− sử dụng cọc khoan nhồi đảm bảo an toàn cho các công trình hiện có chung quanh. Loại cọc khoan nhồi đặt sâu không gây lún ảnh h−ởng đáng kể cho các công trình lân cận. @ Quá trình thực hiện móng cọc , dễ dàng thay đổi các thông số của cọc (chiều sâu , đ−ờng kính) để đáp ứng với điều kiện cụ thể của địa chất d−ới nhà. @ Cọc khoan nhồi tận dụng hết khả năng chịu lực của bê tông móng cọc do điều kiện tính toán theo lực tập trung. @ Đầu cọc có thể chọn ở độ cao tuỳ ý cho phù hợp với kết cấu công trình và quy hoạch kiến trúc mặt bằng. @ Nếu sử dụng móng barrette rất dễ dàng làm tầng hầm cho nhà cao tầng. Theo kinh nghiệm của các n−ớc Đông Nam á , Hồng Công, Đài Loan thì cứ 6 ~ 7 tầng cao nên làm một tầng hầm cho nhà cao tầng là thích hợp. Có tầng hầm, công trình cao tầng đ−ợc nhiều cái lợi. Nếu làm tầng hầm, nền d−ới nhà đ−ợc giảm tải trọng do lấy đi lớp đất mà hầm chiếm chỗ Nhà có hầm, tăng độ ổn định khi chịu tác động ngang rất đáng kể. Nhà có tầng hầm sử dụng thêm diện tích phục vụ ở những tầng sâu. Cọc nhồi mới vào Việt nam về mặt thực tế ( tr−ớc đây đã có tác giả thí nghiệm quy mô nhỏ ) khoảng ba bốn năm trở lại đây, chủ yếu cho các công trình liên doanh hoặc n−ớc ngoài đầu t−. (ii) Công nghệ làm cọc nhồi ii.1 Các dạng cọc nhồi phổ biến : Cọc nhồi nói trong tài liệu này là cọc nhồi bê tông cốt thép thực hiện tại chỗ. NgoàI ra còn có các dạng cọc nhồi cát, cọc nhồi cuội hoặc đá dăm mà thuật ngữ quen dùng là cọc balastre sẽ đề cập tại mục khác. a) Cọc nhồi đơn giản: (i) Cọc nhồi đơn giản nông 23
(ii) Cọc nhồi hình trụ sâu: Cọc đã làm xong Cọc còn giữ vách b) Cọc nhồi mở rtộng đáy: (i) Mở rộng đáy tròn hoặc bất kỳ (ii) Mở rộng đáy do khoan một đợt mở rộng hoặc nhiều đợt mở rộng xuốt thân: Tài liệu này chỉ đề cập đến các loại cọc nhồi hình trụ sử dụng khá phổ biến tại Hà nội và thành phố Hồ Chí Minh. 24
ii.2 Công nghệ khoan ii.2.1 Thiết bị và phụ tùng phục vụ khoan (i) Thiết bị khoan : * Sử dụng các máy khoan địa chất công trình và địa chất thuỷ văn sẵn có : Tởn dụng các bệ máy và cơ cấu quay của của các máy khoan địa chất công trình và địa chất thuỷ văn mà n−ớc ta đã nhập từ tr−ớc năm 1990. Khi sử dụng những máy này cần có những bộ phận chuyên dùng cho công tác khoan của cọc khoan nhồi nh− mũi khoan và gầu khoan có đ−ờng kính lớn. *Các thiết bị, máy chuyên dùng để khoan cọc nhồi : Loại này đ−ợc thiết kế chuyên dùng cho công nghệ khoan cọc nhồi. Không phải chế tạo thêm các phụ tùng phục vụ mà sử dụng ngay, trực tiếp. Tại Hà nội đã có những máy của các Hãng SOIMEC, HITACHI, NIPPON SHARYO, SANWA , . . . Những thiết bị khoan chuyên dùng của Hãng NIPPON SHARYO lấy thí dụ là các loại đ−ợc chào hàng là DHJ-40, DHJ 60-2, DHP 80, DH 408-95M , DH 508-105M, DH 608-120M. Những máy này th−ờng đ−ợc phục vụ những công tác nh− : khoan dẫn để thả cọc, dùng làm máy đóng cọc cừ, dùng khoan trong vách. Máy chủ th−ờng dùng động cơ diesel loại HINO, sử dụng n−ớc làm lạnh, 4 chu kỳ, phun nhiên liệu trực tiếp. Công suất th−ờng từ 117 mã lực đến 185 mã lực. Phổ biến là 2000 vòng phút. L−ợng nhiên liệu tiêu thụ từ 165 ( g/ mã lực giờ) đến 171 ( g/ mã lực giờ ). Bộ phận thuỷ lực của máy có bơm chủ với áp lực 245 Kg/cm2 và có luồng chuyển là 223 lít /phút. Tốc độ quay từ 2 đến 3,5 vòng/phút. Tốc độ nâng, hạ là 66/33 m/phút. Tốc độ di chuyển từ 0,8 đến 1,9 km/giờ. Máy nặng từ 21 tấn đến 44,2 tấn. Diện tích phần bánh đè lên đất từ 45.500 cm2 đến 83.060 cm2. Th−ờng máy gắn một cần trục trực tiếp phục vụ các công đoạn khoan. Cần trục mômen nâng tảI từ 35 tấn x 3,7 mét đến 65 tấn x 3,9 mét. Cần chính từ 10 mét đến 55 mét và móc phụ từ 6 đến 15 mét. 25
Máy có kích th−ớc chiều dài tổng cỡ 6,6 mét đến 8,5 mét. Chiều rộng máy từ 2,7 mét đến 4,5 mét. Cần đào vận hành theo nguyên tắc ống lồng. Chiều dài cần chủ th−ờng 21 mét. Khi cần đào sâu hơn thì từ trong cần chủ có đoạn ống lồng nhô ra để đào. Các máy phổ biến nhập vào n−ớc ta đều có thể đào sâu tới 50 mét. (ii) Đầu khoan: Th−ờng sử dụng ba dạng đầu khoan: * Mũi khoan gắn kim loại rắn hoặc bánh xe quay có gắn cácbit còn gọi là ( côranhđông) Những loại này th−ờng dùng khi khoan qua lớp đá cứng hoặc quá trình khoan gặp phải lớp nhiều cuội sỏi trầm tích lửng lơ ( trầm tích đáy ao hồ) thành dạng thấu kính ch−a đến độ sâu đặt móng theo thiết kế. Loại mũi khoan này dùng khá phổ biến trong khâu khoan bắn mìn phá đá trong các mỏ khai thác đá. * Mũi khoan cánh xoắn ( auger flight ). Mũi khoan có cánh xoắn vít có thể có các chiều dàI khác nhau. Có thể đoạn xoắn theo chiều dài cả 21 mét nh−ng cũng có thể chỉ có cánh xoắn ở chiều dài 4~5 mét. Hình dạng của mũi khoan xoắn giống nh− cáI mở nút chai cho loại nút bằng li-e ( điển điển ) hoặc mũi khoan xoắn để khoan gỗ. Th−ờng dùng loại mũi khoan này để khoan đất sét, khoan đất lớp trên có nhiều rễ cây nhỏ, gạch vỡ, mảnh sành, cỏ rác. Khi gặp lớp cát lẫn cuội khá chặt, mỏng, có thể dùng loại mũi khoan này để đào xuyên hoặc xới tơi cho gàu vét tiếp. * Gàu khoan thùng ( buck) : Đối với đất ở khu vực Hà nội và thành phố Hồ Chí Minh sử dụng khá phổ biến loại gàu này. Gàu kiểu thùng có nắp kiêm l−ỡi cắt đất ở đáy. Nắp gắn với thân thùng bằng bản lề. ở nắp đáy có hai hoặc ba rãnh cắt đất ( miệng cắt ) bố trí h−ớng tâm nắp. Có gắn răng đào ở cửa cắt đất này. Loại gàu này thích hợp với đất thịt, đất sét dạng bùn, cát hạt nhỏ, hạt trung hoặc cát có hàm l−ợng sỏi không quá nhiều trong môi tr−ờng sũng n−ớc. Khi gặp lớp sỏi hoặc cát chặt hàm l−ợng sỏi cỡ hạt trên 30 mm khá nhiều thì loại gàu này khó sử dụng. 26
(ii) Một số sự cố hay gặp với thiết bị khoan: Mũi khoan kiểu xoắn, kiểu thùng th−ờng hay bị biến dạng răng cắt đất khi gặp đất rắn hoặc sỏi cuội, rễ cây nhiều. Răng của gàu thùng th−ờng có vỏ bọc chống mòn. Những vỏ bọc này mau mòn và gãy nh−ng do cơ chế dễ dàng thay thế nên khi đào cần chuẩn bị vỏ bọc răng gàu thay thế trong quá trình đào. Phần cáp treo cần đào nối với cần đào nhờ một cơ cấu truyền giữ cho khi cần đào quay mà không gây xoán cáp phía trên. Bộ phận này hay đ−ợc gọi là “con chuột” hay “bắp chuối”. Nếu con chuột bị bụi cát chui vào hoặc sét gỉ, khi cần thiết quay gàu th−ờng xảy ra hiện t−ợng xoắn cáp. Cần l−u ý bảo d−ỡng th−ờng xuyên cho “ con chuột ” này. ii.2.1.(*) Thiết bị mới: Gần đây ( năm 1998 ) ở n−ớc ta mới nhập loại máy đào họ Casagrand loại đào theo kiểu xoay ép. Máy này nhập từ Italia. Những n−ớc khác cũng sản xuất nh− Hoa kỳ, CHLB Đức. Máy Đức có tên là LEFFER. Máy Italia có ký hiệu GCL-GCP HB/E loại GL-GV. Máy này đào kiểu ấn chìm dần vỏ casing xuống đât. Đất bên trong vỏ lấy dần lên bằng gầu đào kiểu ngoạm. Các ống casing nối dần theo độ sâu. Mỗi khoang ống dài từ 2 mét đến 6 mét và nối với nhau kiểu răng ngập rồi chốt. Đ−ờng kính đào từ 500 mm đến 2500 mm. ii.2.2 Công nghệ khoan: (i) ống vách: ống vách có đ−ờng kính lớn hơn đ−ờng kính cọc là 100 mm. Chiều dài của ống vách từ 3 mét đến cả chiều sâu cọc nếu cần. Th−ờng làm ống vách dài 4~8 mét . Chiều dày tấm thép để cuộn thành ống vách từ 10 ~ 20 mm. Nhiệm vụ của ống vách là chống giữ cho vách khoan ở lớp trên ngay từ mặt đất xuống không bị xập, sụt và giữ cho đất chung quanh ở lớp trên của hố khoan không chui vào hố khoan làm ảnh h−ởng xấu đến công trình hiện có ở chung quanh nơi đang thi công. Th−ờng ống vách này rút lên ngay sau khi đổ bê tông vừa xong để sử dụng cho nhiều hố. Rút lên ngay sau khi đổ bê tông làm cho bê tông ở vùng có vách tạo nên áp lực nén trực tiếp vào thành đất và tạo ra mặt không phẳng, làm tăng ma sát bên của cọc lên, tăng độ an toàn cho cọc. Khi cọc nằm quá 27
sát công trình liền kề thì nên giữ vách lại mà không rút lên với mục đích không làm rung động công trình liền kề. Có thể làm vách bằng vỏ bê tông cốt thép rổi để lại luôn cùng với cọc. Sử dụng vách bằng bê tông cốt thép rất yên tâm trong khâu chống xập vách. (ii) Việc sử dụng dung dịch bùn khoan bentonite: Bentonite là loại đất sét có kích th−ớc hạt nhỏ hơn so với hạt đất sét kaolinite. Nên dùng đất sét bentonite để chế tạo bùn khoan. Khi hiếm đất sét bentonite có thể dùng một phần đất sét địa ph−ơng ( kaolinite) nh−ng đất này phải có chỉ số dẻo không nhỏ hơn 0,2 và chứa hạt có kích th−ớc lớn hơn 0,05 không quá 10% và các hạt nhỏ hơn 0,005 không ít hơn 30%. Sự thích hợp cuối cùng của đất sét địa ph−ơng đ−ợc xác định theo kết quả của thí nghiệm trong phòng đối với dung dịch sét chế tạo từ đất sét ấy. Dung dịch sét có thành phần và tính chất đảm bảo sự ổn định của hố đào trong thời gian xây dựng và lấp đầy hố. Dung dịch sét bentonite có hai tác dụng chính: @ Làm cho thành hố đào không bị xập nhờ dung dịch chui vào các khe cát, khe nứt quyện với cát dễ xụp lở để giữ cho cát và các vật thể vụn không bị rơI và tạo thành một màng đàn hồi bọc quanh thành vách hố giữ cho n−ớc không thẩm thấu vào vách. Về lý thuyết đã đ−ợc nghiên cứu khá đầy đủ trong lý thuyết về vách bùn tạo khuôn ( parois moulées ). @ Tạo môi tr−ờng nặng bnâng những đất đá, vụn khoan, cát vụn nổi lên mặt trên để trào hoặc hút khỏi lỗ khoan. Trong nhiều tr−ờng hợp có thể thay bùn bentonite bằng chất dẻo sinh học ( biopolymères ) . Tại Hà nội có công trình nhà tháp ( ở Hoả Lò cũ ) sử dụng loại chất dẻo sinh học này. Tuỳ từng tr−ờng hợp cụ thể mà trong bùn sét bentonite có thể cho thêm các phụ gia nh− Natri Cacbônat ( Na2CO3 ) hoặc Natri Fluorua ( NaF ). Việc cho thêm phụ gia nhằm thoả mãn các chỉ tiêu đ−ợc các qui phạm đề ra: • Độ nhớt , đặc tr−ng cho tính l−u động của dung dịch bùn trong khoảng 18 đến 30 centipoa ( theo СПВ – 5 ) ; • Sự kết tủa ngày đêm ( độ tách n−ớc) và tính ổn định đặc tr−ng cho sự ổn định của dung dịch chống sự phân tầng: 28
Tách n−ớc không lớn hơn 4% ổn định không lớn hơn 0,02 G/cm3 ( theo dụng cụ IC-1 hoặc IC-2 ). • Hàm l−ợng cát biểu thị mức độ trong dung dịch phảI d−ới 4% ( theo OM-2). • Độ mắt n−ớc, đặc tr−ng khả năng truyền n−ớc cho đất ẩm, không lớn hơn 30 cm3 ( theo dụng cụ BM-6). • ứng suất cắt tĩnh, biểu thị độ bền cấu trúc và xúc biến của dung dịch sét trong phạm vi từ 10 ~ 50 mg/cm2 quá 10 phút sau khi khuyâý trộn nó ( theo dụng cụ CHC ). • Mật độ tronmg khoảng từ 1,05 đến 1,15 khi dùng sét bentonite và từ 1,15 đến 1,3 g/cm3 khi dùng các sét khác. Các đặc tr−ng của bùn khoan bentonite theo tiêu chuẩn Pháp ( DTU 13.2) là: Dung trọng; Độ nhớt theo côn Marsh ( cơ sở là 1/2 lít) Hàm l−ợng cát trong dung dịch Độ lọc Chiều dày lớp màng bùn ( cake ). Bùn mới tr−ớc khi sử dụng phảI đạt các thông số sau đây: • Dung trọng trong khoảng 1,01 và 1,05 ( trừ tr−ờng hợp cần có bùn nặng hoặc bùn sệt) • Độ nhớt Marsh trên 35 giây • Không đ−ợc có hàm l−ợng cát • Độ tách n−ớc nhỏ hơn 30 cm3 • Độ dày lớp màng bùn ( cake) nhỏ hơn 3 mm. Bùn bentonite sau khi khoan, đã làm sạch hố khoan phải đạt các chỉ tiêu sau đây : • Dung trọng d−ới 1,2 (trừ loại bùn nặng) • Độ nhớt giữa 35 ~ 90 sec • Hàm l−ợng cát khó xác định một giá trị thực vì rất phụ thuộc vào địa chất khu vực khoan, nh−ng nới chung hàm l−ợng này không đ−ợc v−ợt quá 5%. 29
• Độ tách n−ớc nhỏ hơn 40 cm3 • Chiều dày lớp vách dẻo ( cake) nhỏ hơn 5 mm. Phẩm chất của bentonite theo API ( American Petroleum Institute ) Theo Viện dầu mỏ Hoa Kỳ thì chất l−ợng của bentonite phảI thoả mãn các yêu cầu sau đây: • Độ nhớt đọc khi quay 600 vòng/phút tối thiểu phải đạt 30 phút • Tỷ số YP/PV tối đa là 3 • Độ tách n−ớc tối đa là 15 mls ( mililitre par second ) • Hạt còn đọng trên sàng 75 microns tối đa là 4% theo trọng l−ợng • Độ ẩm không quá 10% Phẩm chất của bùn bentonite theo đề nghị của Công ty Bachy Soletanche: • Mật độ (g/ml) 1,025 ± 0,0005 • Sau khi rửa hố khoan, mật độ phải nhỏ hơn 1,08 • Độ tách n−ớc sau 30 phút thử nghiệm ( tính bằng mililitre ) là 25 ± 4 tr−ớc khi đổ bê tông độ tách n−ớc không quá 40 • Độ nhớt Marsh cone, sec 30~35. Tr−ớc khi đổ bê tông đạt 30~ 40 • Hàm l−ợng cát (%) ít hơn 2% • Độ PH 8 ~ 10,8 Quá trình sử dụng bentonite : Nh− trên đã biết , bùn có tác dụng giữ vách nếu nó đảm bảo đúng chất l−ợng nh− các yêu cầu đã nêu. Quá trình khoan sâu thì bùn xâm nhập vào khe lỗ, tạo vách bùn, nên mật độ bentonite giảm đi, quá trình khoan phải th−ờng xuyên tiếp thêm bùn mới vào hố khoan. (iii) Thổi rửa hố khoan khi đã đạt chiều sâu: Khi khoan đạt độ sâu, ng−ng cho cá lắng đọng trong thời gian 30 ohút, lấy gàu vét cho hết lớp cát lắng đọng rồi bắt đầu thổi rửa cho sạch những mùn khoan và cát lẫn trong dung dịch. Quá trình khoan, bụi cát và mùn khoan trộn lẫn vào dung dịch bentonite làm cho dung trọng của dung dịch này tăng lên. Việc vét bỏ cát lắng đọng và thổi rửa hết sức quan trọng nhằm bảo đảm cho chất l−ợng cọc sau này. 30
Nừu dung trọng của bùn v−ợt quá những chỉ số đặc tr−ng đã nêu, khi đổ bê tông , be tông không đùn hết đ−ợc bùn khỏi lỗ khoan để chiếm chỗ của nó, gây ra những túi bùn trong bê tông. Nừu không vét sạch cát lắng đọng d−ới đáy hố khoan sẽ tạo ra một lớp bùn đệm giữa cọc và nền đáy cọc, khi chịu tảI cọc sẽ bị lún quá mức cho phép. Việc thổi rửa đ−ợc thực hiện nh− sau: • Trang bị: + Một ống bằng thép có chiều dày 8~10 mm, đ−ờng kính 254 mm, dài bằng chiều sâu hố khoan ( còn có tên là ống trémie ). Để tạo thành ống dài nh− vậy, ống trémie đ−ợc nối bằng những đoạn ống dài 3 mét đ−ợc nối với nhau theo kiểu ống d−ới có miệng bát tiện răng ren âm ở thành bát và ống trên có răng ren d−ơng. Đầu trên cùng sẽ là miệng bát làm gờ tựa cho toàn ống để tựa lên giá tựa kiêm nắp cho hố khoan. + Giá tựa là mặt thép tấm làm thành hai mảnh nh− cánh cửa mở theo đ−ờng chia đều ở giữa. Một bản lề gắn vào một vị trí một đầu mút đ−ờng chia hai mảnh ấy sao cho khi mở tách đ−ợc hai nửa để lắp ống ở vị trí chính giữa. Chính giữa đ−ờng phân giới của mặt đỡ khoét một lỗ đủ ôm lấy ống trémie, để cả hai mảnh nắp đều ôm lấy ống trémie nh−ng không cho miệng bát lọt qua đ−ợc. Mặt tựa này tỳ lên miệng ống vách. ống trémie đ−ợc dùng trong quá trình xục rửa hố khoan và dùng khi đổ bê tông. + Một ống thép có đ−ờng kính ngoài là 60 mm, thành ống dày 3 ~ 4 mm thả sâu cách đáy hố khoan 60 cm để dẫn khí nén xuống hố khoan. Đầu trên ống này nối với ống cao su chịu áp lực cao dẫn đến máy nén khí. • Qui trình thổi rửa: + Thời điểm bắt đầu : 30 phút sau khi khoan xong và vét cát lắng đọng bằng gàu. + Thời gian thổi rửa : tối thiểu 30 phút , tr−ớc khi thổi rửa phải kiểm tra các đặc tr−ng của bùn bentonite theo các chỉ tiêu đã nêu. Tùy tình hình các thông số kiểm tra này mà dự báo thời gian thổi rửa. Phải thổi rửa đến khi đạt các đặc tr−ng yêu cầu. + Chú ý, trong thời gian thổi rửa phải bổ sung liên tục dung dịch bùn bentonite t−ơi cho đủ bù số bùn lẫn cát và mùn khoan bị quá trình thổi đẩy hoặc hút ra. Chiều cao của mặt trên lớp dung dịch bùn phải cao hơn mức n−ớc ngầm ổn định là 1,5 mét. Nếu không đủ độ cao này có khả năng xập thành vách hố khoan do áp lực đất và n−ớc bên ngoài thành hố gây ra. Nếu 31
không đảm bảo dung trọng của bùn t−ơi nh− yêu cầu cũng gây ra xập vách hố khoan do điều kiện áp lực bên ngoài hố. + áp lực khí nén thổi căn cứ vào lý thuyết khí dâng nhờ khí ( air lift ). Dung trọng của dung dịch đ−ợc ký hiệu là γ b và dung trọng của dung dịch hỗn hợp bùn , khí là γ bk , chiều cao cột n−ớc dung dịch đ−ợc thổi có quan hệ : H Hmax γbk γb L−ợng nkhí cần thiết và áp lực khí tuân theo quan hệ trong biểu đồ : Q,η Qmax ηmax Q V1 V' V2 Về nâng nhờ khí sẽ có chuyên đề chúng tôi sẽ giới thiệu chi tiết trong chuyên mục khác. (iv) Kiểm tra các chỉ tiêu để quyết định cho lắp ghép và các trang bị đổ bê tông : Về độ sâu đáy cọc khoan nhồi : do ng−ời thiết kế chỉ định. Thông th−ờng đáy cọc nên đặt trong lớp cát to hạt có hàm l−ợng cuội sỏi kích th−ớc hạt trên 10 mm lớn hơn 20% từ 1,5 đến 2 mét trở lên. Điều kiện cụ thể cho từng công trình, quyết định độ sâu của cọc phải theo tải trọng tính toán mà mkỗi cọc phải chịu. 32
Th−ờng giải pháp thiết kế tận dụng cọc khoan nhồi phát huy hết khả năng làm việc của nó, nên cọc khoan nhồi cho nhà cao tầng tại khu vực Hà nội , thành phố Hồ Chí Minh, nên làm trong khoảng 42 ~ 50 mét. ii.2.3 Công nghệ lắp cốt thép: Cốt thép trong cọc khoan nhồi sâu ít ý nghĩa chịu tải mà chỉ có tính chất cấu tạo. Tuỳ ng−ời thiết kế qui định nh−ng th−ờng thép ít khi đặt đến đáy cọc. Thanh thép hiện nay bán trên thị tr−ờng dài 11,7 mét nên cọc khoan nhồi hay chọn chiều sâu có bội số của 11,7 mét. Móng cọc nhồi của các trụ cầu hay làm có chiều sâu tới đáy. Cốt thép khuyếch đại thành các lồng từng đoạn 11,7 mét. Sau khi đ−ợc phép thả thép sẽ móc vào cần trục thả xuống hố. Thả xong một khoanh, nếu nối thì ngáng gỗ qua đầu trên của lồng để nối với đoạn trên. Khi nối chắc sẽ tháo rút thanh gỗ để hạ tiếp cho đến khi đủ độ sâu. Trên cùng, có 3 thanh thép tạo móc vào miệng ống vách để giữ lồng thép. Thép dọc hay dùng có đ−ờng kính Φ25 ~ Φ 28, các thanh dọc th−ờng đặt cách nhau 150 ~ 200 mm. Đai có thể xoắn hay thành các vòng tròn. Đ−ờng kính thép đai hay dùng là Φ10 ~ Φ12. ii.2.4 Công nghệ đổ bê tông: Be tông đ−ợc đổ khi đã kiểm tra độ sạch của hố khoan và việc đặt cốt thép. Th−ờng lắp lại ống trémie dùng khi thổi rửa lúc tr−ớc để dùng làm ống dẫn bê tông. Cấp phối bê tông do thiết kế thoả thuận theo một trong bốn dạng: - Hỗn hợp đ−ợc thiết kế - Hỗn hợp theo đơn đặt hàng - Hỗn hợp tiêu chuẩn - Hỗn hợp đ−ợc chỉ định Độ sụt của bê tông th−ờng chọn từ 120 mm đến 160 mm để đáp ứng điều kiện thi công ( workability). Nếu không đủ độ sụt theo yêu cầu mà l−ợng n−ớc đã v−ợt quá mức cho phép phải dùng phụ gia hoá dẻo. Không nên để độ sụt quá lớn ( quá 160 mm) sẽ ảnh h−ởng đến chất l−ợng bê tông. (i) Thiết bị sử dụng cho công tác bê tông: - Bê tông chế trộn sẵn chở đến bằng xe chuyên dụng - ống dẫn bê tông từ phễu đổ xuống độ sâu yêu cầu - Phễu hứng bê tông từ xe đổ nối với ống dẫn - Giá đỡ ống và phễu đã mô tả ở trên. 33
(ii) Các yêu cầu đổ bê tông : - ống dẫn bê tông đ−ợc nút bằng bao tải hoặc túi nylon chứa vữa ximăng cát 1 :2 hay bọt xốp dạng hạt để tránh những túi khí trong lúc đổ bê tông ban đầu. Nút này sẽ bị bê tông đẩy ra khi đổ. - Miệng d−ới của ống dẫn bê tông luôn ngập trong bê tông tối thiểu là 1 mét những không nên sâu quá 3 mét. - Khi đổ bê tông , bê tông đ−ợc đ−a xuống sâu trong lòng khối bê tông, qua miệng ống sẽ tràn ra chung quanh , nâng phần bê tông đã xuống lúc đầulên cao dần, bê tông đ−ợc nâng từ đáy lên trên. Nh− thế , chỉ có một lớp bê tông trên mặt của bê tông tiếp xúc với n−ớc bentonite còn bêtông trong lòng chất l−ợng vẫn rất tốt. - Phẩm cấp của bê tông tối thiêủ là C25 ( t−ơng đ−ơng #300 thí nghiệm theo mẫu lập ph−ơng ). - Bê tông phải đổ liên tục cho đến đủ độ cao. Khi rót mẻ cuối cùng , lúc nâng rút vách đ−ợc 1,5 mét nên đổ thêm bê tông để bù vào chỗ bê tông chảy lan vào những hốc quanh hố đ−ợc tạo nên, nếu có khi khoan sâu. 1.8.2 Phạm vi sử dụng Dùng nhiêù trong xây dựng nhà cao tầng, móng trụ cầu, hiện đang khá phổ biến để xây dựng tại Hà nội, thành phố Hồ Chí Minh và nhiều tỉnh thành phố khác. Móng cọc nhồi hạn chế độ lún và chịu lực lớn. Loại móng này có thể xây dựng có hiệu quả với nhà từ 12 tầng đến trên 40 tầng. Đại bộ phận nhà cao tầng đã xây dựng ở n−ớc ta trong thời gian qua làm móng cọc nhồi. Trong n−ớc : Từ những năm 1983-1984 tại Hà nội đã làm thí điểm một vài nhà có móng cọc nhồi, nh−ng những cọc này không sâu ( d−ới 8 mét ) và đ−ờng kính nhỏ (450 ~ 600 mm ) nh− các công trình nhà trẻ số 3 phố Nhà Chung Hà nội, nhà trung tâm báo chí 12 phố Lý Đạo Thành Hà nội, nhà của Công ty Th−ơng mại Hoàn Kiếm phố Nhà Thờ Hà nội. Từ sau khi có chính sách mở cửa của Đảng và Nhà N−ớc ta, n−ớc ngoài vào đầu t− làm nhà cao tầng tại thành phố Hồ Chí Minh và Hà nội, công nghệ cọc nhồi mới trở nên thông dụng trong xây dựng nhà cao tầng. Hiện nay tại thành phố Hồ Chí Minh và Hà nội đã có trên 500 ngôi nhà sử dụng móng cọc nhồi. Hầu hết các cầu lớn làm trong những năm qua trên n−ớc ta đều làm trụ cầu trên cọc nhồi. 34
Công trình sử dụng cọc nhồi lần đầu tiên có chiều sâu lớn đến 35 mét, đ−ờng kính cọc 600 , 800, và 1000 mm tại Hà nội là ngôi nhà CIT ( Trung tâm Th−ơng Mại Hà nội ) tại phố Tràng Tiền Hà nội. Ngoài n−ớc: Châu Âu đã sử dụng móng cọc nhồi khá sớm tại Pháp, Bỉ, ý, Đức, Anh và các n−ớc Bắc Âu . Châu Mỹ phát triển cọc nhồi từ khi phát triển nhà cao tầng đặc biệt là tại Hoa Kỳ. Nhật bản, Hồng Công, Singapores, Malaysia xây dựng nhiều công trình cao tầng có móng là móng cọc nhồi. Móng cọc nhồi bắt đầu làm nhiều vào những năm 1960 ~ 1975 tại những n−ớc phát triển trên thế giới. 1.9 Cọc barrette và t−ờng trong đất để xây dựng trong thành phố 1.9.1 Mô tả công nghệ Cọc barrette có tiết diện ngang là hình chữ nhật. Chiều rộng cọc phụ thuộc gàu đào và th−ờng có kích th−ớc là 600 mm và 800 mm. Mỗi đoạn có cạnh dài của tiết diện ngang là 2400mm , rộng 600 ( 800 ) mm hoặc hơn nữa và sâu đến lớp đất tốt, th−ờng là lớp cát hạt trung đủ để chống cọc đ−ợc gọi là một panen. Nếu những panen này liền nhau tạo thành t−ờng thì đó là ph−ơng pháp t−ờng trong đất bằng bê tông cốt thép. Đối với những nhà có nhiều tầng hầm thì ph−ơng pháp barrette tỏ ra −u việt vì dù sao, ph−ơng pháp cọc nhồi thì vẫn phải giải quyết cừ chống n−ớc, chống xập vgách quanh nhà khi làm hầm nhà và làm đài cọc. Ph−ơng pháp t−ờng barrette và t−ờng trong đất đ−ợc mô tả nh− sau : Chu vi nhà đ−ợc làm một hệ t−ờng bao ngầm trong đất sử dụng làm t−ờng hầm nhà kiêm móng nhà. T−ờng này có chiều sâu giống nh− cọc nhồi, nghĩa là khoảng 30 ~ 50 mét sâu. Thông th−ờng chiều sâu của cọc barrette phải làm đến lớp đất có trị số N trên 50 nh−ng t−ờng trong đất chỉ cần làm sâu hơn đáy tầng hầm hai lần chiều sâu của hầm. Chiều rộng t−ờng thông th−ờng là 600 mm, 800 mm, 1000 mm. Rất hiếm thấy chiều dày t−ờng tầng hầm trên 1200 mm. rong lòng t−ờng vây này tuỳ giải pháp thiết kế, có thể có những cọc barrette để đỡ cột. Móng cọc kiểu barrette có thể là móng có mặt cắt chữ nhật, mómg có mặt cắt chữ L , chữ H, chữ T , chữ Y hay kiểu chữ + . . . 35
0,6 2,2~2,8 2,2~2,4m 2,2~2,8m 2,2~2,4 m 2,2 ~ 2,8m Loại tiết diện chữ nhật có thể chịu tới 600~ 1000 tấn lực Loại tiết diện chữ thập có thể chịu tới 1000~ 1800 tấn lực Loại tiết diện chữ T có thể chịu tới 1000~ 3600 tấn lực Loại tiết diện chữ L có thể chịu tới 1000~ 2000 tấn lực Loại tiết diện chữ H có thể chịu tới 1600~ 3200 tấn lực Loại tiết diện chữ Y có thể chịu tới 1600~ 3000 tấn lực (i) Công nghệ đào móng barrette : Đào móng barrette nhờ gàu xúc kiểu hai mảnh nh− ở các kho vật liệu rời hay sử dụng. Cái đặc biệt của gầu này là làm thêm khung dẫn h−ớng để khi đào hố đào đ−ợc thẳng đứng. Khung bao cao khoảng 3 mét bọc quanh phạm vi đào của l−ỡi gàu. Để đào những mét đầu tiên, cần làm ô d−ỡng tạo h−ớng cho gàu tr−ợt theo. Khi đã có vách đất , gàu sẽ tr−ợt theo vách đất. Cứ đào từng đoạn 2,2 ~ 3 mét theo chiều dài t−ờng đ−ợc một panen lại đặt thép và đổ bê tông. Chiều rộng của gàu cơ bản là 600 mm. Quá trình đào phảI sử dụng dung dịch bùn sét bentonite nh− ở phần cọc nhồi đã giới thiệu. Khi đào đến độ sâu thiết kế, kiểm tra chất l−ợng dung dịch, ngừng 30 phút để cát lắng đọng, vét cát bằng gàu đáy t−ơng đối phẳng. Sau đó có thể thả cốt thép và xục rửa nh− đã nêu ở phần cọc nhồi. Sau khi xục rửa xong hố khoan, lắp tấm gioăng vào vị trí sẽ có t−ờng tiếp , rồi đổ bê tông. Cách đổ bê tông giống nh− đã nêu trong phần nói về cọc nhồi. Trang bị đặc thù sử dụng để thi công cọc barrette có: 36
- Gàu có khung dẫn h−ớng đào. - Miếng gioăng nối chống thấm giữa khe thi công. Miếng gioăng là phiến cao su đúc chuyện dùng, một cạnh dài đ−ợc ngậm một nửa vào khối bê tông chuẩn bị đổ còn nửa nữa dùng tấm thép chuyên dùng đ−ợc chế tạo riêng , ép sát vào vách đất sẽ đào tiếp ở công đoạn sau. Khi đổ bê tông xong đào tiếp tục cho đoạn sau. Khi đã giảI phóng không gian thân t−ờng, gỡ tấm gioăng để nửa này nắm trong panen sẽ đổ sau. Nh− thế, gioăng bê tông sẽ chặn n−ớc nếu có n−ớc xuyên qua khe nối giữa hai panen liền kề nhau. 1.9.2 Phạm vi áp dụng: Trong n−ớc: Trong thời gian tr−ớc năm 2001, tại Hà nội có hai công trình dùng móng barrette là ViêtCombank Tower tại số 198 Trần Quang Khải Hà nội, Khách sạn Sunway phố Phạm Đình Hồ Hà nội đều do Công ty BachySoletanche thi công. Nay tại Hà nội có 3 Công ty thi công Cọc Barrette và t−ờng trong đất rất có tín nhiệm là Công ty BachySoletanche, Công ty Xây dựng hạ tầng Đông D−ơng và Công ty TNHH Delta. Tại thành phố Hồ Chí Minh đã có nhiều công trình sử dụng cọc Barrette và t−ờng trong đất nh− công trình HabourView ở phố Nguyễn Huệ, SaigonInn ở phố Tôn Đức Thắng và 6 ~ 8 ngôi nhà khác . Cọc Barrette và t−ờng trong đất rất thích dụng khi công trình có tầng hầm. Từ năm 2001 Hà nội, thành phố Hồ Chí Minh và một vài thành phố khác bắt đầu làm nhiều nhà cao tầng nên ph−ơng pháp cọc Barrette và t−ờng trong đất khá phổ biến. Tại Hà nội và thành phố Hồ Chí Minh trong hai năm 2001 và 2002 này đã xây dựng hàng chục nhà có sử dụng ph−ơng pháp công nghệ t−ờng trong đất và cọc Barrette. N−ớc ngoài: T−ờng trong đất và cọc Barrette đ−ợc châu Âu và châu Mỹ cũng nh− tại Đài loan, Hồng Công, Nhật bản sử dụng khá rộng rãi từ sau chiến tranh thế giới lần thứ hai kết thúc. Trong hệ thống tiêu chuẩn thế giới ta đều thấy có tiêu chuẩn riêng cho cọc barrette và t−ờng trong đất. Hầu hết các tiêu chuẩn đều coi cọc barrette và t−ờng trong đất là một dạng cọc có đặc thù riêng chứ không coi là loại kết cấu riêng biệt. 37
1.10 Các đặc tr−ng kỹ thuật dùng để kiểm tra các khâu trong quá trình thực hiện công nghệ thi công cọc nhồi và t−ờng barrette: Ph−ơng pháp luận cơ bản của công nghệ là đi đôi với biện pháp thực hiện phải có các ph−ơng án kiểm tra chất l−ợng. Trong kinh tế thị tr−ờng, thông th−ờng cơ quan kỹ thuật đ−ợc bên chủ đầu t− thuê làm t− vấn kỹ thuật cùng với bên thiết kế có nhiệm vụ nêu các đặc tr−ng kỹ thuật phải đạt đ−ợc trong quá trình thi công nhằm xác định rõ chất l−ợng sản phẩm coi nh− điều khoản của hợp đồng kinh tế giao nhận thầu thi công. Ng−ời bán sản phẩm chính là ng−ời thi công nên ng−ời thi công phải chịu trách nhiệm cấp chứng chỉ cho sản phẩm của mình là đạt các chỉ tiêu kỹ thuật. Việc cấp chứng chỉ này thông qua các thí nghiệm kiểm tra do bên thi công tự làm hoặc bên thi công thuê một cơ quan có chức năng tiến hành. Về hệ thống kiểm tra th−ờng phân biệt: Kiểm tra có phòng thí nghiệm hoặc dụng cụ thí nghiệm tiến hành các phép thử nhằm biết các chỉ tiêu đạt đ−ợc của sản phẩm. Loại kiểm tra này có thể nằm ngay trong đơn vị sản xuất, có thể là cơ quan chuyên môn coa t− cách pháp nhân tiến hành. Kiểm tra sự phù hợp là sự chứng kiến các quá trình thi công, quá trình thí nghiệm kiểm tra, đối chiếu với các tiêu chuẩn, quy phạm và xác định sự phù hợp của sản phẩm so với yêu cầu của hợp đồng. Các đặc tr−ng kỹ thuật và yêu cầu kiểm tra phải đ−a vào các yêu cầu kỹ thuật phải đạt trong hợp đồng giao nhận thầu thi công. Những đặc tr−ng chủ yếu và kiểm tra trong thi công cọc nhồi nh− sau: iii.1 Đặc tr−ng định vị của cọc và kiểm tra: (i) Đặc tr−ng: - Vị trí cọc căn cứ vào hệ trục công trình và hệ trục gốc - Cao trình mặt hố khoan - Cao trình mặt đất tại nơi có hố khoan - Cao trình đáy hố khoan (ii) Kiểm tra : - Dùng máy kinh vĩ và thuỷ bình kiểm tra theo nghiệp vụ đo đạc 38
iii.2 Đặc tr−ng hình học của hố khoan và kiểm tra: (i) Đặc tr−ng: - Đ−ờng kính hố khoan hoặc sẽ là đ−ờng kính cọc - Độ nghiêng lý thuyết của cọc. Độ nghiêng thực tế - Chiều sâu lỗ khoan lý thuyết, chiều sâu thực tế - Chiều dài ống vách - Cao trình đỉnh và chân ống vách. (ii) Kiểm tra: - Đo đạc bằng th−ớc và máy đo đạc - Phải thực hiện nghiêm túc qui phạm đo kích th−ớc hình học và dung sai khi đo kiểm. iii.3 Đặc tr−ng địa chất công trình: (i) Đặc tr−ng: Cứ 2 mét theo chiều sâu của hố khoan lại phải mô tả loại đất gặp phải khi khoan để đối chiếu với tài liệu địa chất công trình đ−ợc cơ quan khảo sát địa chất báo thông qua mặt cắt lỗ khoan thăm dò ở lân cận. Phải đảm bảo tính trung thực khi quan sát. Khi thấy khác với tài liệu khảo sát phải báo ngay cho bên thiết kế và bên t− vấn kiểm định để có giải pháp sử lý ngay. iii.4 Đặc tr−ng của bùn khoan: (i) Đặc tr−ng: Các chỉ tiêu đã biết: Dung trọng, độ nhớt, hàm l−ợng cát, lớp vỏ bám thành vách ( cake ), chỉ số lọc, độ pH. (ii) Kiểm tra : Trên hiện tr−ờng phải có một bộ dụng cụ thí nghiệm để kiểm tra các chỉ tiêu của dung dịch bùn bentonite. iii.5 Đặc tr−ng của cốt thép và kiểm tra 39
(i) Đặc tr−ng: - Kích th−ớc của thanh thép từng loại sử dụng - Hình dạng phù hợp với thiết kế - Loại thép sử dụng ( mã hiệu, hình dạng mặt ngoài, các chỉ tiêu cơ lý cần thiết của loại thép đang sử dụng). - Cách tổ hợp thành khung, lồng và vị trí t−ơng đối giữa các thanh. - Độ sạch ( gỉ, bám bùn, bám bẩn), khuyết tật có d−ới mức cho phép không - Các chi tiết chôn mgầm cho kết cấu hoặc công việc tiếp theo: chi tiết để hàn về sau, móc sắt, chân bulông, ống quan sát dùng cho thí nghiệm siêu âm, phóng xạ ( carota). (iii) Kiểm tra : Quan sát bằng mắt, đo bằng th−ớc cuộn ngắn, thí nghiệm các tính chất cơ lý trong phòng thí nghiệm. iii.6 Đặc tr−ng về bê tông và kiểm tra: Cần dựa vào quy phạm thi công và nghiệm thu các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép để nêu ra các đặc tr−ng này. (i) Đặc tr−ng : - Thành phần , cấp phối - Chất l−ợng cốt liệu lớn, cốt liệu mịn ( kích th−ớc hạt, đá gốc, độ lẫn các hạt không đạt yêu cầu, độ sạch với chất bám bẩn) - Xi măng : phẩm cấp, các chỉ tiêu cơ lý, hàm l−ợng có hại: kiềm, sunphát. . . - N−ớc: chất l−ợng - Phụ gia: các chỉ tiêu kỹ thuật, chứng chỉ của nhà sản xuất. - Độ sụt của hỗn hợp bê tông, cách lấy độ sụt - Lấy mẫu kiểm tra chất l−ợng bê tông đã hoá cứng - Kiểm tra việc đổ bê tông ( chiều cao đổ, cốt đỉnh cọc, chiều dài cọc tr−ớc hoàn thiện, khối l−ợng lý thuyết t−ơng ứng , khối l−ợng thực tế, độ d− giữa thực tế và lý thuyết.) - Đ−ờng cong đổ bê tông ( quan hệ khối l−ợng- chiều cao đổ kể từ đáy cọc trở lên). (ii) Kiểm tra: 40
- Chứng chỉ về vật liệu của nơI cung cấp bê tông - Thiết kế thành phần bê tông có sự thoả thuận của bên kỹ thuật kiểm tra chất l−ợng - Độ sụt của bê tông - Cách lấy mẫu và quá trình lấy mẫu - Kiểm tra giấy giao hàng ( tích kê giao hàng) - Ch−ĩng kiến việc ép mẫu. iii. 7 Lởp hồ sơ cho toàn bộ cọc nhồi đ−ợc thi công : Quá trình thi công một cọc đã phải tiến hành lập hồ sơ cho từng cọc. Dựa vào các đặc tr−ng đã nêu mà bên thi công phải báo cáo đầy đủ các chỉ tiêu, kết quả kiểm tra từng chỉ tiêu đặc tr−ng. Kết quả và hồ sơ của các kiểm tra cuối cùng bằng tĩnh tải bằng các ph−ơng pháp khác. Trong hồ sơ có đầy đủ các chứng chỉ về vật liệu, kết quả thí nghiệm kiểm tra các chỉ tiêu đã đ−ợc cấp chứng chỉ. Một báo cáo tổng hợp về chất l−ợng và các chỉ tiêu lý thuyết cũng nh− thực tế của từng cọc. Cần l−u ý về tính pháp lý của hồ sơ. Một chứng chỉ về xi măng là bản chính hay bản sao đ−ợc nhà máy cấp cho cả lô hàng. Nh− thế ch−a đầy đủ tính pháp lý. Ng−ời sử dụng phải ghi rõ địa chỉ sử dụng loại vật liệu này đến kết cấu trong hạng mục công trình. Phải ghi rõ địa chỉ sử dụng cho từng mẻ vật liệu. Công nghệ kiểm tra chất l−ợng cọc nhồi Chất l−ợng cọc khoan nhồi là khâu hết sức quan trọng vì chi phí cho việc chế tạo một cọc rất lớn cũng nh− cọc phải chịu tải lớn. Chỉ cần sơ xuất nhỏ trong bất kỳ một khâu nào của quá trình khảo sát địa chất, khâu thiết kế nền móng hay khâu thi công cũng đủ làm ảnh h−ởng đến chất l−ợng công trình. Việc kiểm tra chất l−ợng công trình cọc khoan nhồi đ−ợc khái quát trong sơ đồ: 41
Kiểm tra chất l−ợng cọc khoan nhồi Trong quá trình thi công Khi đã làm xong cọc Các quá trình: Kiểm tra chất l−ợng nền: * Chuẩn bị * Các ph−ơng pháp tĩnh * Khoan tạo lỗ * Thử cọc kiểu phân tích động lực (PDA) * Hoàn thành khoan Kiểm tra chất l−ợng cọc: * Cốt thép * Khoan lấy mẫu * Đổ bê tông * Thí nghiệm cọc toàn vẹn * Phá đầu cọc (PIT) hoặc âm dội (PET) * Đài cọc * Thí nghiệm siêu âm, vô tuyến, phóng xạ, hiệu ứng điện - thuỷ lực, đo sóng ứng suất. Thi công cọc khoan nhồi là việc kín khuất, công việc đòi hỏi những công đoạn phức tạp, khó đánh giá chất l−ợng và chịu ảnh h−ởng của nhiều yếu tố nh−: * Điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn. * Trang thiết bị thi công * Công nghệ thi công. * Chất l−ợng của từng công đoạn thi công. * Vật liệu thi công. Cọc nhồi là sản phẩm có ý nghĩa quan trọng trong khâu chịu lực của công trình nên chất l−ợng cần đ−ợc l−u tâm hết sức. Việc kiểm tra kỹ chất 42
l−ợng thi công từng công đoạn sẽ làm giảm đ−ợc các khuyết tật của sản phẩm cuối cùng của cọc nhồi. Tr−ớc khi thi công kiểm tra chất l−ợng các khâu chuẩn bị, trong quá trình thi công loại bỏ vật liệu không đạt, trang thiết bị khiếm khuyết, kiểm tra kỹ từng nguyên công, phân đoạn, tuân thủ trình tự thi công nghiêm ngặt nhằm tránh các sơ xuất có thể gây ra khuyết tật. Các khuyết tật có thể : + Trong khâu chuẩn bị thi công ch−a tốt nh− định vị hố khoan không chính xác dẫn đến sai vị trí. + Trong khâu thi công : Công đoạn tạo lỗ để xập vách. để co tiết diện cọc, để nghiêng cọc quá mức cho phép. Nhiều khi thi công ch−a đến chiều sâu tính toán mà bên thi công đã dừng khoan để làm các khâu tiếp theo, có khi sự dừng này đ−ợc đồng tình của ng−ời giám sát hoặc thiết kế không có kinh nghiệm quyết định mà khuyết tật này chỉ đ−ợc phát hiện là sai khi thử tải khi đủ ngày. Công đoạn đổ bê tông khi đáy hố khoan còn bùn lắng đọng, rút ống nhanh làm cho chất l−ợng bê tông không đồng đều, bị túi bùn trong thân cọc. Có khi để thân cọc bị đứt đoạn. Công đoạn rút ống vách có thể làm cho cọc bị nhấc lên một đoạn. cọc bị thắt tiết diện. Những khuyết tật này trong quá trình thi công có thể giảm thiểu đến tối đa nhờ khâu kiểm tra chất l−ợng đ−ợc tiến hành đúng thời điểm, nghiêm túc và theo đúng trình tự kỹ thuật, sử dụng ph−ơng tiện kiểm tra đảm bảo chuẩn xác. Kiểm tra chất l−ợng sau khi thi công nhằm khẳng định lại sức chịu tải đã tính toán phù hợp với dự báo khi thiết kế. Kiểm tra chất l−ợng cọc sau khi thi công là cách làm thụ động nh−ng cần thiết. Có thể kiểm tra lại không chỉ chất l−ợng chịu tải của nền mà còn cả chất l−ợng bê tông của bản thân cọc nữa. Kiểm tra tr−ớc khi thi công: (i) Cần lập ph−ơng án thi công tỷ mỷ, trong đó ấn định chỉ tiêu kỹ thuật phải đạt và các b−ớc cần kiểm tra cũng nh− sự chuẩn bị công cụ kiểm tra. Những công cụ kiểm tra đã đ−ợc cơ quan kiểm định đã kiểm và đang còn thời hạn sử dụng. Nhất thiết phải để th−ờng trực những dụng cụ kiểm tra chất 43
l−ợng này kề với nơi thi công và luôn luôn trong tình trạng sãn sàng phục vụ. Ph−ơng án thi công này phải đ−ợc t− vấn giám sát chất l−ợng thoả thuận và đại diện Kiến trúc s−/Kỹ s− là chủ nhiệm dự án đồng ý. ( ii) Cần có tài liệu địa chất công trình do bên khoan thăm dò đã cung cấp cho thiết kế để ngay tại nơi thi công sẽ dùng đối chiếu với thực tế khoan. (iii) Kiểm tra tình trạng vận hành của máy thi công, dây cáp, dây cẩu, bộ phận truyền lực, thiết bị hãm, các phụ tùng máy khoan nh− bắp chuột, gàu, răng gàu, các máy phụ trợ phục vụ khâu bùn khoan, khâu lọc cát nh− máy bơm khuấy bùn, máy tách cát, sàng cát. (iv) Kiểm tra l−ới định vị công trình và từng cọc. Kiểm tra các mốc khống chế nằm trong và ngoài công trình, kể cả các mốc khống chế nằm ngoài công tr−ờng. Những máy đo đạc phải đ−ợc kiểm định và thời hạn đ−ợc sử dụng đang còn hiệu lực. Ng−ời tiến hành các công tác về xác định các đặc tr−ng hình học của công trình phải là ng−ời đ−ơc phép hành nghề và có chứng chỉ. Kiểm tra trong khi thi công: Quá trình thi công cần kiểm tra chặt chẽ từng công đoạn đã yêu cầu kiểm tra: (i) Kiểm tra chất l−ợng kích th−ớc hình học. Những số liệu cần đ−ợc khẳng định: vị trí từng cọc theo hai trục vuông góc do bản vẽ thi công xác định. Việc kiểm tra dựa vào hệ thống trục gốc trong và ngoài công tr−ờng. Kiểm tra các cao trình: mặt đất thiên nhiên quanh cọc, cao trình mặt trên ống vách. Độ thẳng đứng của ống vách hoặc độ nghiêng cần thiết nếu đ−ợc thiết kế cũng cần kiểm tra. Biện pháp kiểm tra độ thẳng đứng hay độ nghiêng này đã giải trình và đ−ợc A/E ( kiến trúc s− hay kỹ s− là chủ nhiệm dự án) duyệt. Ng−ời kiểm tra phải có chứng chỉ hành nghề đo đạc. (ii) Kiểm tra các đặc tr−ng của địa chất công trình và thuỷ văn. Cứ khoan đ−ợc 2 mét cần kiểm tra loại đất ở vị trí thực địa có đúng khớp với báo cáo địa chất của bên khảo sát đã lập tr−ớc đây không . Cần ghi chép theo thực tế và nhận xét những điều khác nhau, trình bên A/E để A/E cùng thiết kế quyết định những điều chỉnh nếu cần thiết. Đã có công trình ngay tại Hà nội vào cuối năm 1994, khi quyết định ngừng khoan để làm tiếp các khâu sau không đối chiếu với mặt cắt địa chất cũng nh− ng−ời quyết định không am t−ờng về 44
địa chất nên đã phải bỏ hai cọc đã đ−ợc đổ bê tông không đảm bảo độ sâu và kết quả ép tĩnh thử tải chỉ đạt 150% tải tính toán cọc đã hỏng. (iii) Kiểm tra dung dịch khoan tr−ớc khi cấp dung dịch vào hố khoan, khi khoan đủ độ sâu và khi xục rửa làm sạch hố khoan xong. (iv) Kiểm tra cốt thép tr−ớc khi thả xuống hố khoan. Các chỉ tiêu phải kiểm tra là đ−ờng kính thanh, độ dài thanh chủ, khoảng cách giữa các thanh, độ sạch dầu mỡ. (v) Kiểm tra đáy hố khoan: Chiều sâu hố khoan đ−ợc đo hai lần, ngay sau khi vừa đạt độ sâu thiết kế và sau khi để lắng và vét lại. Sau khi thả cốt thép và thả ống trémie, tr−ớc lúc đổ bê tông nên kiểm tra để xác định lớp cặn lắng. Nếu cần có thể lấy thép lên, lấy ống trémie lên để vét tiếp cho đạt độ sạch đáy hố. Để đáy hố không sạch sẽ gây ra độ lún d− quá mức cho phép. (vi) Kiểm tra các khâu của bê tông tr−ớc khi đổ vào hố. Các chỉ tiêu kiểm tra là chất l−ợng vật liệu thành phần của bê tông bao gồm cốt liệu, xi măng, n−ớc, chất phụ gia, cấp phối. Đến công tr−ờng tiếp tục kiểm tra độ sụt Abram's, đúc mẫu để kiểm tra số hiệu, sơ bộ đánh giá thời gian sơ ninh. (vii) Các khâu cần kiểm tra khác nh− nguồn cấp điện năng khi thi công, kiểm tra sự liên lạc trong quá trình cung ứng bê tông, kiểm tra độ thông của máng , m−ơng đón dung dịch trào từ hố khi đổ bê tông Các ph−ơng pháp kiểm tra chất l−ợng cọc nhồi sau khi thi công xong: Nh− ta đã thấy ở sơ đồ các ph−ơng pháp kiểm tra chất l−ợng cọc nhồi, th−ờng có hai loại băn khoăn: chất l−ợng của nền và chất l−ợng của bản thân cọc. Sau khi thi công xong cọc nhồi, vấn đề kiểm tra cả hai chỉ tiêu này có nhiều giải pháp đã đ−ợc thực hiện với những công cụ hiện đại. Tuy chúng ta mới tiếp cận với công nghệ cọc khoan nhồi ch−a lâu nh−ng về kiểm tra, chúng ta đã ban hành đ−ợc TCXD 196:1997 làm cơ sở cho việc đánh giá cọc nhồi. Tiêu chuẩn này mới đề cập đến ba loại thử: nén tĩnh, ph−ơng pháp biến dạng nhỏ PIT và ph−ơng pháp siêu âm. Tình hình các công nghệ kiểm tra cọc nhồi trong n−ớc và thế giới hiện nay là vô cùng phong phú. Có thể chia theo các ph−ơng pháp tĩnh và động. Lại có thể chia theo mục đích thí nghiệm nh− kiểm tra sức chịu của nền và chất l−ợng cọc. Ngày nay có nhiều công cụ hiện đại để xác định những chỉ tiêu mà khi tiến hành kiểm tra kiểu thủ công thấy là hết sức khó. (i) Kiểm tra bằng ph−ơng pháp tĩnh : 45
Ph−ơng pháp gia tải tĩnh : Ph−ơng pháp này cho đến hiện nay đ−ợc coi là ph−ơng pháp trực quan, dễ nhận thức và đáng tin cậy nhất. Ph−ơng pháp này dùng khá phổ biến ở n−ớc ta cũng nh− trên thế giới. Theo yêu cầu mà có thể thực hiện theo kiểu nén, kéo dọc trục cọc hoặc đẩy theo ph−ơng vuông góc với trục cọc. Thí nghiệm nén tĩnh đ−ợc thực hiện nhiều nhất nên chủ yếu đề cập ở đây là nén tĩnh. Có hai qui trình nén tĩnh chủ yếu đ−ợc sử dụng là qui trình tải trọng không đổi ( Maintained Load, ML ) và qui trình tốc độ dịch chuyển không đổi ( Constant Rate of Penetration, CRP ). Qui trình nén với tải trọng không đổi (ML) cho ta đánh giá khả năng chịu tải của cọc và độ lún cuả cọc theo thời gian. Thí nghiệm này đòi hỏi nhiều thời gian, kéo dài thời gian tới vài ngày. Qui trình nén với tốc độ dịch chuyển không đổi ( CRP) th−ờng chỉ dùng đánh giá khả năng chịu tải giới hạn của cọc, th−ờng chỉ cần 3 đến 5 giờ. Nhìn chung tiêu chuẩn thí nghiệm nén tĩnh của nhiều n−ớc trên thế giới ít khác biệt. Ta có thể so sánh tiêu chuẩn ASTM 1143-81 ( Hoa kỳ), BS 2004 ( Anh) và TCXD 196-1997 nh− sau: Qui trình nén chậm với tải trọng không đổi Chỉ tiêu so sánh ASTM D1143-81 BS 2004 TCXD 196-1997 Tải trọng nén tối 200%Qa* 150%Qa~200%Q 200%Qa đa, Qmax a Độ lớn cấp tăng 25%Qa 25%Qmax tải 0,25 mm/h 25%Qa 0,10 mm/h Tốc độ lún ổn 0,10mm/h định qui −ớc 200%Qa và (100%&200%)Q 46
Cấp tải trọng đặc 12≤ t ≤ 24h 100%Qa, a biệt và thời gian 150%Qa = 24h giữ tải của cấp đó 50%Qa với t ≥ 6h Độ lớn cấp hạ tải 25%Qmax 25%Qa Qui trình tốc độ chuyển dịch không đổi Chỉ tiêu so ASTM D 1143- BS 2004 TCXD 196-1997 sánh 81 Tốc độ chuyển 0,25- Không thể qui Ch−a có qui định dịch 1,25mm/min định cụ thể cho loại thử kiểu cho cọc trong đất này. sét 0,75~2,5mm/min cho cọc trong đất rời Qui định về dừng Đạt tải trọng giới thí nghiệm hạn đã định tr−ớc Đạt tải trọng giới Chuyển dịch tăng hạn đã định tr−ớc trong khi lực không tăng hoặc giảm trong khoảng 10mm Chuyển dịch đạt Chuyển dịch đạt 15%D 10%D Ghi chú: Qa = khả năng chịu tải cho phép của cọc Về đối trọng gia tải, có thể sử dụng vật nặng chất tải nh−ng cũng có thể sử dụng neo xuống đất. Tuỳ điều kiện thực tế cụ thể mà quyết định cách tạo đối trọng. Với sức neo khá lớn nên khi sử dụng biện pháp neo cần hết sức thận trọng. Đại bộ phận các công trình thử tải tĩnh dùng cách chất vật nặng làm đối trọng. Cho đến nay, chỉ có một công trình dùng ph−ơng pháp neo để thử tải đó là công trình Grand Hanoi Lakeview Hotel ở số 28 đ−ờng Thanh niên do Công ty Kinsun ( Thái lan) thuộc tập đoàn B&B thực hiện. Giá thử tải tĩnh kiểu chất tải là khá cao. Hiện nay giá thử tải loại này từ 180.000 đến 250.000 đồng cho một tấn tải thử mà các qui phạm đều yêu cầu thử 1% cho tổng số cọc với số cọc thử không ít hơn 1 cọc. Thời gian thử tải th−ờng từ 7 ngày đến 10 ngày/cọc. Ph−ơng pháp gia tải tĩnh kiểu Osterberrg: 47
Ph−ơng pháp này khá mới với thế giới và n−ớc ta. Nguyên tắc của ph−ơng pháp là đổ một lớp bê tông đủ dày d−ới đáy rồi thả hệ hộp kích ( O- cell ) xuống đó, sau đó lại đổ tiếp phần cọc trên. Hệ điều khiển và ghi chép từ trên mặt đất. Sử dụng ph−ơng pháp này có thể thí nghiệm riêng biệt hoặc đồng thời hai chỉ tiêu là sức chịu mũi cọc và lực ma sát bên của cọc. Tải thí nghiệm có thể đạt đ−ợc từ 60 tấn đến 18000 tấn. Thời gian thí nghiệm nhanh thì chỉ cần 24 giờ, nếu yêu cầu cũng chỉ hết tối đa là 3 ngày. Độ sâu đặt trang thiết bị thí nghiệm trong móng có thể tới trên 60 mét. Sau khi thử xong, bơm bê tông xuống lấp hệ kích cho cọc đ−ợc liên tục. Tiến sĩ Jorj O. Osterberg là chuyên gia địa kỹ thuật có tên tuổi, hiện sống tại Hoa kỳ. Ông hiện nay ( 1998 ) về h−u nh−ng là giáo s− danh dự của Northwestern University, Viện sĩ Viện Hàn lâm Kỹ thuật, 1985 là giảng viên tr−ờng Tersaghi, năm 1988 là thành viên Viện nền móng sâu. Năm 1994 ph−ơng pháp thử tĩnh Osterberg ra đời với tên O-Cell , đ−ợc cấp chứng chỉ NOVA. Chứng chỉ NOVA là dạng đ−ợc coi nh− giải Nobel về xây dựng của Hoa kỳ. Ph−ơng pháp thử tĩnh O-Cell có thể dùng thử tải cọc nhồi , cọc đóng, t−ờng barettes, thí nghiệm tải ở hông cọc, thí nghiệm ở cọc làm kiểu gầu xoay ( Auger Cast Piles ). N−ớc ta đã có một số công trình sử dụng ph−ơng pháp thử tải tĩnh kiểu Osterberg. Tại Hà nội có công trình Tháp Vietcombank , tại Nam bộ có công trình cầu Bắc Mỹ thuận đã sử dụng cách thử cọc kiểu này. Ngay tại Hà nội, công trình ở số 37 phố Láng Hạ cũng dùng ph−ơng pháp thử Osterberg để thử cọc barrette với tiết diện ngang thử là 1,00 x 2,40 mét và 1,50 x 2,40 mét với tải trọng thử đến 4800 tấn. (ii) Ph−ơng pháp khoan lấy mẫu ở lõi cọc: Đây là ph−ơng pháp thử khá thô sơ. Dùng máy khoan đá để khoan, có thể lấy mẫu bê tông theo đ−ờng kính 50~150 mm, dọc suốt độ sâu dự định khoan. Nếu đ−ờng kính cọc lớn, có thể phải khoan đến 3 lỗ nằm trên cùng một tiết diện ngang mới tạm có khái niệm về chất l−ợng bê tông dọc theo cọc. Ph−ơng pháp này có thể quan sát trực tiếp đ−ợc chất l−ợng bê tông dọc theo chiều sâu lỗ khoan. Nếu thí nghiệm phá huỷ mẫu có thể biết đ−ợc chất l−ợng bê tông của mẫu. Ưu điểm của ph−ơng pháp là trực quan và khá chính xác. Nh−ợc điểm là chi phí lấy mẫu khá lớn. Nếu chỉ khoan 2 lỗ trên tiết diện cọc theo chiều sâu cả cọc thì chi phí xấp xỉ giá thành của cọc. Th−ờng ph−ơng pháp này chỉ giải quyết khi bằng các ph−ơng pháp khác đã xác định cọc có khuyết tật. Ph−ơng pháp này kết hợp kiểm tra chính xác hoá và sử dụng ngay lỗ khoan để bơm phụt xi măng cứu chữa những đoạn hỏng. 48
Ph−ơng pháp này đòi hỏi thời gian khoan lấy mẫu lâu, quá trình khoan cũng phức tạp nh− phải dùng bentonite để tống mạt khoan lên bờ, phải lấy mẫu nh− khoan thăm dò đá và tốc độ khoan không nhanh lắm. Hiện nay Viện Thiết kế Giao thông n−ớc ta có yêu cầu nhiều công trình thử nghiệm theo ph−ơng pháp này. Nhiều cọc nhồi ở móng trụ cầu Việt trì đã khoan lấy mẫu theo ph−ơng pháp này. (iii) Ph−ơng pháp siêu âm: Ph−ơng pháp này khá kinh điển và đ−ợc dùng phổ biến. Ph−ơng pháp thử là dạng kỹ thuật đánh giá kết cấu không phá huỷ mẫu thử ( Non- destructive evaluation, NDE ). Khi thử không làm h− hỏng kết cấu, không làm thay đổi bất kỳ tính chất cơ học nào của mẫu. Ph−ơng pháp đ−ợc Châu Âu và Hoa kỳ sử dụng khá phổ biến. Cách thử thông dụng là quét siêu âm theo tiết diện ngang thân cọc. Tuỳ đ−ờng kính cọc lớn hay nhỏ mà bố trí các lỗ dọc theo thân cọc tr−ớc khi đổ bê tông. Lỗ dọc này có đ−ờng kính trong xấp xỉ 60 mm vỏ lỗ là ống nhựa hay ống thép. Có khi ng−ời ta khoan tạo lỗ nh− ph−ơng pháp kiểm tra theo khoan lỗ nói trên, nêu không để lỗ tr−ớc. Đầu thu phát có hai kiểu: kiểu đầu thu riêng và đầu phát riêng, kiểu đầu thu và phát gắn liền nhau. Nếu đ−ờng kính cọc là 600 mm thì chỉ cần bố trí hai lỗ dọc theo thân cọc đối xứng qua tâm cọc và nằm sát cốt đai. Nếu đ−ờng kính 800 mm nên bố trí 3 lỗ. Đ−ờng kính 1000 mm, bố trí 4 lỗ Khi thử, thả đầu phát siêu âm xuống một lỗ và đầu thu ở lỗ khác. Đ−ờng quét để kiểm tra chất l−ợng sẽ là đ−ờng nối giữa đầu phát và đầu thu. Quá trình thả đầu phát và đầu thu cần đảm bảo hai đầu này xuống cùng một tốc độ và luôn luôn nằm ở cùng độ sâu so với mặt trên của cọc. Tr−ờng Đại học Northwestern Hoa kỳ có Khu thí nghiệm Địa kỹ thuật Quốc gia mới làm những thí nghiệm về siêu âm kiểm tra chất l−ợng cọc nhồi vào năm 1997 với cọc nhồi đ−ợc đúc với những khuyết tật định tr−ớc. Kết quả cho thấy ph−ơng pháp quét siêu âm trong tiết diện ngang cọc thu đ−ợc biểu đồ phản ánh khá chính xác và tin cậy. Qui phạm của nhiều n−ớc qui định thí nghiệm kiểm tra chất l−ợng cọc bê tông bằng ph−ơng pháp không phá huỷ phải làm cho 10% số cọc. Phức tạp của ph−ơng pháp này là cần đặt tr−ớc ống để thả đầu thu và đầu phát siêu âm. Nh− thế, ng−ời thi công sẽ có chú ý tr−ớc những cọc sẽ thử 49
và làm tốt hơn, mất yếu tố ngẫu nhiên trong khi chọn mẫu thử. Nếu làm nhiều cọc có ống thử siêu âm quá số l−ợng yêu cầu sẽ gây ra tốn kém. Ph−ơng pháp thử bằng phóng xạ ( Carota ): Ph−ơng pháp này cũng là một ph−ơng pháp đánh giá không phá huỷ mẫu thử ( NDE ) nh− ph−ơng pháp siêu âm. Cách trang bị để thí nghiệm không khác gì ph−ơng pháp siêu âm. Điều khác là thay cho đầu thu và đầu phát siêu âm là đầu thu và phát phóng xạ. N−ớc ta đã sản xuất loại trang bị này do một cơ sở của quân đội tiến hành. Giống nh− ph−ơng pháp siêu âm, kết quả đọc biểu đồ thu phóng xạ có thể biết đ−ợc nơi và mức độ của khuyết tật trong cọc. (iv) Ph−ơng pháp đo âm dội: Ph−ơng pháp này thí nghiệm kiểm tra không phá huỷ mẫu để biết chất l−ợng cọc , cọc nhồi, cọc barrettes. Nguyên lý là sử dụng hiện t−ợng âm dội ( Pile Echo Tester, PET ). Nguyên tắc hoạt động của ph−ơng pháp là gõ bằng một búa 300 gam vào đầu cọc, một thiết bị ghi gắn ngay trên đầu cọc ấy cho phép ghi hiệu ứng âm dội và máy tính sử lý cho kết quả về nhận định chất l−ợng cọc. Tại Hoa kỳ có Công ty GeoComP chuyên cung ứng những dịch vụ về PET. Máy tính sử dụng để sử lý kết quả ghi đ−ợc về âm dội là máy tính cá nhân tiêu chuẩn ( standard PC ) , sử dụng phần cứng bổ sung tối thiểu, mọi tín hiệu thu nhận và sử lý qua phầm mềm mà phần mềm này có thể nâng cấp nhanh chóng, tiện lợi ngay cả khi liên hệ bằng e-mail với trung tâm GeocomP. Phầm mềm dựa vào cơ sở Windows theo chuẩn vận hành hiện đại , đ−ợc nghiên cứu phù hợp với sự hợp lý tối đa về công thái học ( ergonomic ). Chỉ cần một ng−ời đủ làm đ−ợc các thí nghiệm về âm dội với năng suất 300 cọc một ngày. Khi tiếp xúc với ta có thể đọc đ−ợc kết quả chuẩn mực khi thử cọc và đ−ợc cung cấp miễn phí phần mềm cập nhật theo đ−ờng e-mail. Với sự tiện lợi là chi phí cho kiểm tra hết sức thấp nên có thể dùng ph−ơng pháp này thí nghiệm cho 100% cọc trong một công trình. Nh−ợc điểm của ph−ơng pháp là nếu chiều sâu của cọc thí nghiệm quá 20 mét thì độ chính xác của kết quả là thấp. (v) Các ph−ơng pháp thử động: 50
Các ph−ơng pháp thử động ngày nay đã vô cùng phong phú. Với khái niệm động lực học của cọc, thị tr−ờng công cụ thử nghiệm có rất nhiều trang thiết bị nh− máy phân tích đóng cọc để thử theo ph−ơng pháp biến dạng lớn ( PDA), máy ghi kết quả thử theo ph−ơng pháp biến dạng nhỏ (PIT), máy ghi saximeter, máy phân tích hoạt động của búa ( Hammer Performance Analyzer, HPA ), máy ghi kết quả góc nghiêng của cọc ( angle analyzer), máy ghi kết quả đóng cọc ( Pile installation recorder, PIR ), máy phân tích xuyên tiêu chuẩn ( SPT analyzer) * Máy phân tích cọc theo ph−ơng pháp biến dạng lớn PDA có loại mới nhất là loại PAK. Máy này ghi các thí nghiệm nặng cho môi tr−ờng xây dựng ác nghiệt. Máy này ghi kết quả của ph−ơng pháp thử biến dạng lớn cho công trình nền móng, cho thăm dò địa kỹ thuật . Phần mềm sử lý rất dễ tiếp thu. Số liệu đ−ợc tự động l−u giữ vào đĩa để sử dụng về sau. Ch−ơng trình CAPWAPđ cài đặt đ−ợc vào PAK nên việc đánh giá khả năng toàn vẹn và khả năng chịu tải của cọc rất nhanh chóng. * Sử dụng ph−ơng pháp thử Biến dạng nhỏ ( PIT ) là cách thử nhanh cho số lớn cọc. Phép thử cho biết chất l−ợng bê tông cọc có tốt hay không, tính toàn vẹn của cọc khi kiểm tra các khuyết tật lớn của cọc. Các loại máy phân tích PIT dung nguồn năng l−ợng pin, cơ động nhanh chóng và sử dụng đơn chiếc. Dụng cụ của ph−ơng pháp PIT dùng tìm các khuyết tật lớn và nguy hiểm nh− nứt gãy, thắt cổ chai, lẫn nhiều đất trong bê tông hoặc là rỗng. (vi) Ph−ơng pháp trở kháng cơ học: Ph−ơng pháp này quen thuộc với tên gọi ph−ơng pháp phân tích dao động hay còn gọi là ph−ơng pháp truyền sóng cơ học. Nguyên lý đ−ợc áp dụng là truyền sóng, nguyên lý dao động c−ỡng bức của cọc đàn hồi. Có hai ph−ơng pháp thực hiện là dùng trở kháng rung động và dùng trở kháng xung. Ph−ơng pháp trở kháng rung sử dụng mô tơ điện động đ−ợc kích hoạt do một máy phát tác động lên đâù cọc. Dùng một máy ghi vận tốc sóng truyền trong cọc. Nhìn biểu đồ sóng ghi đ−ợc, có thể biết chất l−ợng cọc qua chỉ tiêu độ đồng đều của vật liệu bê tông ở các vị trí . Ph−ơng pháp trở kháng xung là cơ sở cho các ph−ơng pháp PIT và PET. Hai ph−ơng pháp PIT và PET ghi sóng âm dội. Ph−ơng pháp trở kháng xung này ghi vận tốc truyến sóng khi đập búa tạo xung lên đầu cọc. 51
Sự khác nhau giữa ba ph−ơng pháp này là máy ghi đ−ợc các hiện t−ợng vật lý nào và phần mềm chuyển các dao động cơ lý học ấy d−ới dạng sóng ghi đ−ợc trong máy và thể hiện qua biểu đồ nh− thế nào. iv.1 Chất l−ợng bê tông thân cọc: (i) Bê tông ở thân cọc mất từng mảng do bê tông có độ sụt quá lớn. (ii) Bê tông cọc mất từng mảng do có túi n−ớc trong thân hố khoan (iii) Bê tông thân cọc mất từng đoạn do gặp túi n−ớc lớn trong thân hố khoan (iv) Mũi cọc mất một đoạn do đáy xục rửa không sạch (v) Thân cọc thu nhỏ tiết diện, lở mất khối bê tông bảo vệ do rút ống khi bê tông đã sơ ninh, một phần ngoài bê tông bị ma sát với thành vách chống đi lên (vi) Cọc mất độ thẳng đứng do khi rút ống có tác động ngang trong quá trình rút ống (vii) Cọc bị thiếu một số bê tông do thép quá dày, bê tông không chảy dâng kín hết không gian (viii) Thân cọc nham nhở do bê tông có độ sụt nhỏ (ix) Thân cọc có đoạn chỉ có sỏi hoặc có các lỗ rỗng lớn do đổ bê tông bị gián đoạn (x) Đoạn trên thân cọc có các nhánh bê tông đam ra nh− rễ cây do đoạn này không có n−ớc ngầm, đất khô, lại bị sụt trong quá trình khoan tạo thành các rãnh có hình rễ cây. Khi rút ống chống lúc bê tông còn nhão nên bê tông chảy ra (xi) Tốn nhiều bê tông do vách bị xập từng đoạn iv.2 Chất l−ợng cọc chịu tải tĩnh không đáp ứng: (i) Do không khoan đến độ sâu qui định đã thi công các công đoạn sau (ii) Do còn lớp bùn quá dày tồn ở đáy hố khoan, xục rửa không sạch mà đã đổ bê tông iv.3 Chất l−ợng cốt thép không đạt: (i) Đặt không đóng khoảng cách giữa các thanh, lồng thép bị méo mó, biến hình so với thiết kế (ii) Thép bị bẩn. Nhớ rằng môi tr−ờng làm việc rất sẵn bùn làm bẩn cốt thép 52
(iii) Nối thép không đúng qui định cách nối, vị trí nối. iv.4 Điều kiện công tác kém (i) Mặt bằng luôn ngập ngụa trong bùn. Quá trình khoan phải sử dụng hàng trăm khối bùn bentonite. Khi đổ bê tông số bùn trong hố khoan bị bê tông đẩy lên miệng hố, gây bẩn ra mặt bằng thi công. (ii) Mặt bằng ngập ngụa bùn bẩn làm cản trở việc thi công những cọc tiếp theo. Nếu bùn này chảy ra cống thoát n−ớc của thành phố sẽ làm tắc cống chung. (iii) Phải thiết kế biện pháp thu hồi tái sử dụng bùn bentonite, vừa tiết kiệm, vừa tạo ra vệ sinh cho mặt bằng. iv.5 Gặp dị vật khi khoan (i) Gặp rễ cây,gặp những thấu kính sỏi cuội do trầm tích ao hồ (ii) Gặp rác xây dựng do phá dỡ dọn không sạch:dầm,mảng t−ờng,khối bê tông. (iii) Gặp cọc cũ:Chú ý không đ−ợc nhổ cọc cũ vì nh− thế sẽ phá hoại kết cấu nền. (iv) Gặp đá mồ côi chìm. iv.6 Khoan sát công trình hiện hữu: (i) Có những hố khoan chỉ cách công trình hiện hữu vài chục cetnimet. Cần giữ vách ở những chỗ này. Đồng thời quá trình gây khoan không giỗ mạnh gàu gây rung chấn động. (ii) Cần có giải pháp chống đỡ hữu hiệu các công trình hiện hữu có khả năng biến dạng do quá trính thi công cọc. iv.7 Chất l−ợng thiết bị,trang bị kém Đã có tai nạn do khi rút ống đổ bê tông bị đứt mối hàn. iv.8 M−a: M−a và biến động thời tiết cản trở thi công. Khi thi công có khó khăn,phải ngừng thi công khi đang đào dở,có thể dùng giải pháp lấp tạm bằng cát sạch 53
cho đầy hố và đầm bằng quả nặng. Giải pháp này cũng sử dụng cho khi bị ng−ng thi công vì những lý do khác. iv. 9 Kinh nghiệm về thí nghiệm: Nên tổ chức kiểm tra để cấp chứng chỉ theo kiểu kiểm tra chéo giữa các đơn vị thí nghiệm. iv. 10 Lập hồ sơ : Cần yêu cầu đủ hồ sơ và hồ sơ cần có địa chỉ kết cấu nh− đã trình bày ở phần trên. Việc sử dụng cọc nhồi rộng rãi mới xâm nhập vào n−ớc ta trên d−ới chục năm nay và cho kết quả khá ổn định . Đây là biện pháp móng sâu đ−ợc hầu hết các n−ớc trên thế giới sử dụng cho nhà cao tầng và các công trình có tải lớn . Ngành giao thông n−ớc ta sử dụng ph−ơng pháp này cho hầu hết móng trụ cầu xây dựng ở n−ớc ta trong vòng hai chục năm gần đây . Với nhà cao tầng , giải pháp cọc nhồi và cọc barrette là giải pháp rất tốt nếu không dám nói là giải pháp duy nhất đúng. 1.11 Sử dụng t−ờng cừ bảo vệ hố đào sâu : 1.11.1 Mô tả công nghệ Trong công nghệ thi công nền , móng nhà dân dụng và công nghiệp ít khi phải đào hố sâu hoặc nếu có đào hố sâu thì mặt bằng thi công lại đủ thoải mái mà làm mái dốc chống xập thành vách đất đào. Gần đây do phải làm nhà cao tầng , hố móng sâu và xây chen trong thành phố nên vấn đề chống vách đào thẳng đứng đ−ợc đặt ra nghiêm túc. T−ờng cừ vách hố đào bằng gỗ lùa ngang : Biện pháp này đ−ợc sử dụng nhiều do vật t− làm cừ không đòi hỏi chuyên dụng mà là những vật t− phổ biến. Máy đóng những dầm I thép hình xuống đất cũng là những máy đóng cọc thông th−ờng . Quanh thành hố đào đ−ợc đóng xuống những thanh dầm I-12 thép hình có độ sâu hơn đáy hố đào khoảng 3~4 mét. Những dầm I-12 này đặt cách nhau 1,5 ~ 2,0 mét. Khi đào đất sâu thì lùa những tấm ván ngang từ dầm I nọ đến dầm I kia , tấm ván để đứng theo chiều cạnh , lùa giữa hai bụng của dầm I . Ván đ−ợc ép mặt tỳ 54
vào cánh của dầm I . Khoảng hở giữa ván và cánh kia của dầm I đ−ợc độn gỗ cho chặt. Nếu đất đào không có n−ớc ngầm thì biện pháp này chống thành hố đào đơn giản . Cần kiểm tra lực đẩy ngang và có biện pháp văng chống biến dạng đầu dầm I phần trên . Nếu khu vực thi công có n−ớc ngầm thì biện pháp tỏ ra có nh−ợc điểm là n−ớc ngầm sẽ chảy vào hố đào theo khe giữa các thanh ván và đem theo đất mịn hoặc cát ở chung quanh vào hố đào và gây nguy hiểm cho công trình kề bên. Giải pháp này rất phụ thuộc vào mức n−ớc trong đất và kết quả không ổn định , rất tạm bợ . Chỉ nên sử dụng trong phạm vi công trình nhỏ . T−ờng cừ bằng thép : T−ờng cừ bằng những tấm thép chế sẵn từ nhà máy . Có nhiều loại tiết diện ngang của tấm cừ nh− cừ phẳng , cừ khum , cừ hình chữ Z gọi là cừ Zombas , cừ hình chữ U gọi là cừ Lacsen . Những tấm cừ chế tạo từ nhà máy có chiều dài 12 mét , chiều dày taqám cừ từ 6 ~ 16 mm. Chiều rộng của tiết diện ngang của một tấm th−ờng từ 580 mm đến 670 mm. Chiều sâu của tiết diện thì mỏng nhất là cừ phẳng , chỉ 50 mm và sâu nhất là cừ Lacsen khi ghép đôi đến 450 mm. Đặc điểm của cừ là hai mép tấm cừ có mộng để khi lùa những tấm cừ lại với nhau lúc đóng xuống đất , mảng cừ có độ khít đến mức n−ớc không thấm qua , không di chuyển đ−ợc từ phía mặt cừ này sang phía mặt cừ bên kia. Cừ th−ờng đóng xuống đất tr−ớc lúc đào về một phía của t−ờng cừ để khi đào chống đ−ợc đất xô và n−ớc chảy vào hố đào theo ph−ơng ngang. T−ờng cừ đ−ợc kiểm tra sự chịu áp lực ngang nh− dạng t−ờng chắn đất theo sơ đồ t−ờng mỏng ( mềm ) đứng tự do. Cần kiểm tra biến dạng của t−ờng, không cho phép t−ờng có di chuyển gây xập lở hoặc đè lấp công trình đào trong lòng hố. D−ới tác động của các lực ngang, t−ờng mềm đứng tự do , làm việc nh− một công sôn có ngàm đàn hồi trong đất. Do lực ngang là áp lực đất của một bên mặt cừ đẩy vào cừ sau khi đào hẫng bên trong, tấm cừ sẽ quay quanh một điểm nào đó. Từ điểm xoay này mà xác định độ sâu cắm cừ sao cho tạo đ−ợc áp lực cân bằng chủ động và bị động. Thông th−ờng phải thêm hệ thống văng giữ và neo để hỗ trợ chống lại các tác động của áp lực lên t−ờng. Nếu một đợt cừ không đủ chống đ−ợc áp lực , cần tạo nhiều lớp cừ theo kiểu dật cấp , lớp ngoài bao bọc hố rộng , các lớp trong diện tích bao 55
bọc sẽ hẹp dần . Chiều rộng mặt bậc cũng đ−ợc tính toán sao cho cung tr−ợt không phá huỷ toàn bộ hệ thống. Hiện nay trên thị tr−ờng n−ớc ta đã có mặt Hãng cung cấp cọc cừ nổi tiếng thế giới TRADE ARBED đã có kinh nghiệm sản xuất và cung ứng cọc cừ hàng trăm năm nay. Cọc cừ th−ờng đ−ợc sử dụng nhiều lần . Ngay tại n−ớc ta cũng có những công ty chuyên cung cấp hoặc cho thuê cọc cừ đã qua sử dụng nhằm hạ giá thành cho các giải pháp sử dụng cọc cừ. Thiết bị hạ cọc cừ xuống đất cũng là các máy đóng cọc thông th−ờng. Nếu sử dụng hạ cọc cừ kiểu rung, có thể ghép nhiều tấm để cùng rung hạ cho tận dụng sức máy. Th−ờng dùng máy đóng cọc diesel để đóng cọc cừ . Khi sử dụng t−ờng cừ phải kiểm tra biếc dạng gây ra sự chuyển dịch t−ờng cừ vào phía trong hố đào . Nếu có khả năng chuyển vị phải thiết kế các đợt chống đỡ bằng các khung nằm ngang . Những đợt chống đỡ này là những thanh thép hình chữ I , U không nhỏ , tạo thành khung kín khắp bên trong tiết diện hố đào , có các thanh chéo ở góc và các thanh văng ngang có tăng đơ để ép chặt ván cừ thành vào đất . Nếu cần đảm bảo không gian để thi công bên trong hố đào không thể làm hệ văng ngang mà phải neo những thanh thép hình khung đỡ ván cừ xuyên qua ván cừ thành mà neo vào đất bên ngoài hố đào . Việc tạo dây neo bằng cách khoan vào đất theo máy khoan perforateur , sau đó đ−a dây cáp vào trong hố khoan này rồi bơm vữa xi măng tại một số điểm làm đầu neo. Hãng C-LOC của Hoa kỳ đã giới thiệu sang n−ớc ta loại ván cừ bằng VINYL có tiết diện ngang tựa nh− loại LACSEN sử dụng cạp bờ hồ , bờ m−ơng thì bền lâu, vững chãi và mỹ quan. Nhiều công trình cạp hồ sử dụng ph−ơng pháp kè đá hộc ít hiệu quả vì trọng l−ợng bản thân của kè lớn mà đáy móng kè lại nằm trên nền đất yếu sũng n−ớc nên chẳng bao lâu , chỉ một vài năm kè bị sụt và hỏng . Nếu cằm kè bằng ván cừ nhựa , mũi kè nằm sâu d−ới đất , có khi phần chìm gấp ba , bốn lần phần nổi của ván cừ nên chịu lực đẩy ngang rất tốt , kè ổn định lâu dài . T−ờng cừ bằng bê tông cốt thép ứng lực tr−ớc: Hiện nay Nhà máy Bê tông Xuân Mai bên cạnh Hà nội đang chế tạo t−ờng cừ bằng bê tông cốt thép ứng lực tr−ớc để sử dụng trong việc thi công các tầng hầm. Tấm cừ làm bằng bê tông cốt thép có kích th−ớc dày 120 mm, rộng 750 mm và dài từ 6 đến 8 mét. Bê tông sử dụng có mác 300 , thép ứng suất tr−ớc. Loại này hạ xuống đất có thể đóng, có thể rung ép. 56