›
›

Bài giảng Địa chất công trình - Chương 5: Cọc khoan nhồi

pdf 90 trang ngocly 2800
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Địa chất công trình - Chương 5: Cọc khoan nhồi", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_dia_chat_cong_trinh_chuong_5_coc_khoan_nhoi.pdf

Nội dung text: Bài giảng Địa chất công trình - Chương 5: Cọc khoan nhồi

  1. • Đặc điểm của cọc khoan nhồi • Phân loại cọc khoan nhồi • Thiết bị khoan vμ mở rộng chân cọc khoan nhồi • Công nghệ gia công vμ hạ lồng thép • Công nghệ đổ bêtông
  2. - Cọc bêtông đúc tại chỗ đ−ợc thi công bằng cách đμo đất, đóng khuôn hay khoan lỗ sâu trong đất tới cao trình thiết kế rồi đổ bêtông lấp đầy lỗ tạo ra cọc ngay tại vị trí thiết kế. - Có nhiều cách tạo lỗ: • Đμo thủ công. • Đóng 1 ống thép hay ống vách lμm khuôn. • Khoan bằng các tổ hợp máy khoan hiện đại. - Những loại cọc nμy có thể khác nhau về đặc điểm công nghệ: • Không hoặc có ống vách. • Không hoặc có chân mở rộng. • Khác nhau về công nghệ tạo lỗ, lấy đất, đúc cọc, - Cọc đúc tại chỗ đ−ợc thi công theo công nghệ khác nhau: • Công nghệ hổn hợp đóng khuôn vμ đúc cọc tại chỗ, gọi lμ cọc nhồi. • Công nghệ khoan vμ đúc cọc, gọi lμ cọc khoan nhồi.
  3. Hình 1: Một số loại cọc bêtông đúc tại chỗ đ−ờng kính lớn a. Loại có ống vách b. Loại không dùng ống vách c. Loại có mở rộng chân d.Loại tăng c−ờng ma sát quanh thân cọc
  4. - −u điểm: • Rút bớt đ−ợc công đoạn đúc sẵn cọc • Không cần điều động những công cụ vận tải, bốc xếp cồng kềnh, cẩu lắp phức tạp nhất. • Cókhảnăngthayđổikíchth−ớc hình học để phù hợp với thực trạng của đất nền đ−ợc phát hiện chính xác hơn trong quá trình thi công. • Cao độ đầu cọc cũng có thể quyết định lại cho phù hợp điều kiện địa hình vμ địa chất. • Trong đất dính tại bất kỳ phần nμo, điểm nμo trên thân cọc vẫn có thể mở rộng thêm gấp 2-3 lần đ−ờng kính; phần trên đỉnh cũng dễ dμng mở rộng đ−ờng kính. • Có khả năng sử dụng trong mọi địa tầng khác nhau, dễ dμng v−ợt qua ch−ớng ngại vật. • Th−ờng tận dụng hết khả năng chịu lực theo vật liệu. • Không gây tiếng ồn vμ chấn động mạnh lμmảnhh−ởng công trình vμ môi tr−ờng xung quanh. • Có thể trực quan kiểm tra các lớp địa tầng bằng mẫu đất lấy lên từ hố đμo; có thể thí nghiệm ngay tại hiện tr−ờng, đánh giá khả năng chịu lực của đất đáy hố khoan.
  5. • Có thể sử dụng để mở rộng cầu cũ, cũng nh− sử dụng tốt ở những nơi địa hình dốc. Hình 2
  6. -Nh−ợc điểm: • Sản phẩm trong suốt quá trình thi công nằm sâu d−ới lòng đất, các khuyết tật xảy ra không kiểm tra trực tiếp bằng mắt th−ờng. • Th−ờng đỉnh cọc nhồi phải kết thúc trên mặt đất, khó có thể kéo dμi thân cọc lên phía trên → phải lμm bệ móng ngập sâu d−ới mặt đất hoặc đáy sông • Rất dễ xảy ra các khuyết tật, ảnh h−ởng đến chất l−ợng cọc. • Thi công phụ thuộc vμo thời tiết, có khi phải dừng thi công vμ lấp lỗ khoan tạm thời. Hiện tr−ờng thi công dễ bị lầy lội khi sử dụng vữa sét do bị bêtông trọng cọc đẩy ra ngoμi. • Riêng đối với đất cát, nhiều khó khăn phức tạp có thể xảy ra: mở rộng cọc rất khó thực hiện đúng với kích th−ớc mong muốn. • Cọc nhồi nếu bị lún trong cát sẽ gây hiện t−ợng sụt mặt đất vμ ảnh h−ởng xấu cho cả những công trình xung quanh.
  7. 2.1-Phân theo khả năng chịu lực của đất nền: -Cũngnh− các loại cọc khác, cọc khoan nhồi phân loại theo 2 thμnh phần lμ lực ma sát xung quanh cọc vμ lực chống d−ới chân cọc. - Ta có thể phân thμnh 3 tr−ờng hợp sau: • Cọc khoan nhồi trong nền đất đồng nhất: kết hợp 2 thμnh phần lực ma sát vμ lực chống d−ới chân cọc.
  8. • Cọc chống trên đất cứng. • Cọc chống trên đá.
  9. 2.2-Phân theo kích cỡ: có 2 loại • Cọc có đ−ờng kính nhỏ • Cọc có đ−ờng kính lớn. 2.3-Phân theo hình dạng: có 2 loại • Cọc thẳng, có tiết diện hình trụ tròn đặc, tiết diện không đổi. • Cọcmởrộngchânnhằmgiảmchiềudμicọc, cọccóthểmở rộng thêm 1 số đợt tại 1 số điểm trên thân cọc. 2.4-Phân theo công nghệ: có 3 nhóm 2.4.1-Công nghệ khoan khô: - Trình tự thi công: • Khoan tạo lỗ vμ mở rộng chân cọc nếu yêu cầu. • Đổ bêtông bịt đáy. • Đặt lồng thép phần trên cọc.
  10. Hình 3: Công nghệ khoan khô a. Khoan lỗ b. Đặt lồng thép c. Đổ bêtông 1. Đất dính 2. Đầu khoan 3. ống đổ bêtông 4. Cốt thép
  11. -Ph−ơng pháp nμyđ−ợc áp dụng: • Trong tr−ờng hợp đất dính, sét chặt trong suốt chiều sâu khoan cọc. • Đốivớicátphasétthìmựcn−ớc ngầm thấp hơn đáy lỗ khoan hoặc n−ớc thấm vμo không đáng kể vμ có khả năng bơm hút cạn. 2.4.2-Công nghệ khoan ống vách: -Trình tự công nghệ: • Khoan tạo lỗ trong đất dính. • Thêm vữa sét vμo lỗ khi đã khoan đến lớp đất rời, thấm n−ớc. • Hạ ống vách khi đã qua lớp đất rời. • Lấy hết vữa sét vμ lμm khô lỗ khoan. • Tiếp tục khoan đến cao độ thiết kế. • Mở rộng chân bằng cánh xén gá lắp tại đầu khoan. • Đổ bêtông đồng thời kéo ống vách ra khỏi lỗ khoan.
  12. Hình 4: Công nghệ dùng ống vách thi công cọc khoan nhồi 1. Đất dính 2. Đất rời 3. Đầu khoan 4. Vữa sét 5. ống vách 6. Mặt bêtông t−ơi 7. Dung dịch trμn ra khe giữa ống vách vμ đất
  13. Hình 5: Dựng ống vách
  14. - ống vách đ−ợc sử dụng trong tr−ờng hợp: • Thi công có n−ớc mặt. • Lỗ khoan cọc xuyên qua các tầng đất sét nhão, cát sỏi cuội rời rạc. • Qua các hang động vμ bên cạnh những công trình đã có. • Khi khoan gặp n−ớc ngầm, đất có mạch n−ớc ngầm dễ sụt lỡ. - ống vách có thể để lại hoặc rút đi: • Khi để ống vách lại: khoảng cách giữa ngoμiốngváchvμ đất có đầy vữa sét hoặc dung dịch khoan phải đ−ợc thay thế bằng cách bơm vữa ximăng có chất phụ gia với áp suất cao trong 1 ống dẫn đ−a sâu vμo khe, xuống tận đáy lớp vữa sét. • Khi rút ống vách: cần tiến hμnh ngay khi bêtông vẫn còn ở thể nhão. Mặt thoáng của bêtông t−ơi trong ống phải cao hơn mặtthoángcủavữasét→ để thay thế vữa sét còn tồn đọng bên ngoμi chung quanh ống vách. Phải tính toán chi tiết để khối l−ợng bêtông đủ lấp đầy lỗ khoan
  15. 2.4.3-Công nghệ dùng vữa sét hoặc dung dịch khoan: -Trình tự công nghệ: • Khoan qua lớp đất dính. • Thêm vữa sét khi gặp đất dễ sạt lỡ hoặc có n−ớc ngầm. • Đặt lồng thép vμo hố khoan vẫn đầy vữa sét. • Đổ bêtông d−ới n−ớc bằng ống đổ thẳng đứng cho tới khi bêtông thay chổ vμ dồn hết vữa sét ra ngoμi bể chứa. → Công nghệ nμy thay thế ống vách trong mọi tình huống địa chất. -Khi thực hiện công nghệ nμycầnchúý: • L−ợng vữa sét vμ dung dịch khoan phải đảm bảo tạo ra cột dung dịch khá cao với tỷ trọng lớn hơn n−ớc thì mới thắng đ−ợc áp lực n−ớc ngầm, áp lực đẩy ngang của đất. • Phải có biện pháp duy trì chất l−ợng vữa sét hoặc dung dịch khoan theo các tham số quy định 1 cách nghiêm ngặt.
  16. Hình 6: Công nghệ vữa sét thi công cọc khoan nhồi 1. Đất dính 2. Đất rời 3. Vữa sét 4. Cốt thép 5. Bể chứa
  17. Hình 7: Bơm đung dịch */Ngoμi ra, trong 1 số tr−ờng hợp có khi chỉ dùng cột n−ớc để đảm bảo cho vách lỗ khoan không bị sạt lở. Đây lμ 1 trong các giải pháp đơn giản vμ kinh tế; thực chất lμ giữa cho mực n−ớc th−ờng xuyên trong lỗ khoan luôn luôn cao hơn mực n−ớc sông hoặc n−ớc ngầm xung quanh để tạo ra 1 áp lực giữ cho vách khoan không bị sụt. Tuy nhiên, nếu khoan qua các lớp đất rời, hạt to nh− cát thô, sỏi cuội hoặc bùn nhão sẽ khó có khả năng giữ cho vách khoan vμ cột n−ớc trong lỗ khoan đ−ợc ổn định.
  18. - Dây chuyền công nghệ đúc cọc tại chỗ loại đ−ờng kính lớn gồm 3 công đoạn chính: • Tạo lỗ trong nền đất đá. • Chế tạo vμ hạ lồng thép. • Đổ bêtông đúc cọc. - Để đảm bảo chất luợng vμ hiệu quả kinh tế, điều cốt yếu lμ phải chọn đ−ợc tổ máy khoan đồng bộ vμ chuyên dụng, phù hợp với điều kiện địa chất, thủy văn cụ thể nơi xây dựng vμ yêu cầu kỹ thuật của công trình. 3.1-Thiết bị khoan tạo lỗ: -Tùy theo điều kiện địa chất, thủy văn vμ yêu cầu kỹ thuật, các nhμ chế tạo đã sản xuất những tổ hợp máy khoan có tính năng phù hợp, đảm bảo năng suất vμ hiệu quả cao. Mặc dù có nhiều loại khác nhau, nh−ng căn cứ vμo nguyên tắc hoạt động nói chung thiết bị khoan tạo lỗ chuyên dụng cho cọc nhồi có thể nhóm lại trong 3 kiểu chủ yếu sau:
  19. 3.1.1-Máy khoan dùng ống vách: - Đầu khoan hoạt động theo nguyên tắc gầu ngoạm nh−ng có khối l−ợng rất nặng, bảo đảm năng suất phá vμ bốc đất đá cao. Hμm gμu ngoạm có răng bịt hợp kim rắn, có thể khoan tạo lỗ trong mọi loại đất đá (trừ đá rắn). Hình 8: Gμu ngoạm kiểu búa 1. ống vách 2. Gμu ngoạm 3. Kích -Tr−ờng hợp lực cản lớn, th−ờng dùng kết hợp với máy chấn động hoặc chất tải thêm trọng l−ợng, để có năng suất cao. Nếu đất đá cứng rắn có thể dùng đầu khoan choòng hoặc khoan xoay với mũi khoan có nhiều loại cấu tạo khác nhau: kiểu l−ỡi trổ, kiểu bánh răng hoặc mũi dao cứng.
  20. Hình 9: Tổ hợp khoan Benoto EDF-55 1. ống vách 2. Gμu ngoạm 3. Kích thủy lực 4. Đai choòng - Cùng với máy khoan trong công nghệ nμy, ống vách đ−ợc sử dụng suốt toμn bộ chiều sâu cọc. Nếu chỉ dùng tạm thời để khoan vμ lấy đất đá, sau đó rút lên dần dần dồng thời với đổ bêtông đúc cọc, các đoạn ống vách đ−ợc liên kết bằng bulông đầu chìm tiện tháo lắp; ng−ợc lại có thể dùng liên kết hμn.
  21. 3.1.2-Máy khoan vận hμnh ng−ợc: - Các đầu khoan trong máy vận hμnh ng−ợc cũng có nhiều loại khác nhau tùy theo đất đá. Các hoạt động đμo đất, hút n−ớc vμ mùn khoan, bổ sung dung dịch khoan, theo nguyên tắc tuần hoμn theo kiểu PS của hãng Salzgitter. Tuy nhiên, việc lựa chọn đầu khoan nên căn cứ vμoc−ờng độ chịu nén của đất đá. Hình 10: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của thiết bị PS-150 Salzgitter 1. Mũi khoan 2. Bể lắng 3. Cơ cấu điều khiển 4. ống dẫn mùn khoan 5. Bơm xả 6. Lμm lạnh 7. Bơm 8. Thùng chứa
  22. Hình 11: Máy khoan vận hμnh ng−ợc ở công trình cầu Thuận Ph−ớc - Đối với đất nh− bùn, sét, á sét, á cát, cát các loại, cát lẫn sỏi, có trị số xuyên tiêu chuẩn N<50 có thể chọn các loại mũi khoan trừ đầu khoan bánh răng vì dễ tắc nghẽn. Đối với đất cứng vμ đá mềm nên chọn các mũi khoan chuyên dụng t−ơng ứng, đầu khoan có 3, 4 cánh có răng cứng cũng không phù hợp. - Khoan bánh răng chỉ thích dụng với nham thạch. Trục khoan lμ những ống thép rỗng có đ−ờng kính trong 100-300mm để dung khoan vận hμnh ng−ợc trở về bể chứa vμ sau khi sμng lọc lại cho xuống lỗ khoan. -Hiệnnay, ph−ơng pháp khoan vận hμnh ng−ợc có xu h−ớng phát triển vμ ứng dụng phổ biến.
  23. 3.1.3-Máy khoan đất: - Đầu máy khoan theo nguyên tắc chân vít hoặc gμuxoayrất hiệu quả để khoan lỗ cho những cọc đ−ờng kính lớn trên nền đất vμ đá yếu. Đối với đất dính dùng đầu khoan kiểu vít xoắn (guồng xoắn), đất sau khi xén đ−ợc chuyển liên tục ra ngoμi. Tr−ờng hợp đất dẻo vμ ngậm n−ớc dùng đầu khoan kiểu gμu, đất do cánh xén cắt vμ đ−ợc gạt vμogμu đến khi đầy đ−ợc kéo lên đổ ra ngoμi. Hình 12: Máy khoan cọc nhồi kiểu MBC-1, 7 1. Côngson 2. Cần trục chính 3. Cần trục phụ 4. Rôto 5. Cần trục lồng 6. Đầu khoan 7. Gμu ngoạm 8. Đầu choòng 9. Đầu khoan xoắn 10. Cơ cấu mở rộng chân cọc
  24. Hình 13: Máy khoan đất
  25. - Kết hợp với chống vách bằng vữa sét, gμu khoan xoay có thể khắc phục những khó khăn nếu khoan trong nền đất yếu vμ cả đất xốp rời mμ không cần dùng ống vách. - Do không dùng ống vách vμ nhiều tr−ờng hợp không dùng cả vữa sét, nên rất thông dụng trong các điều kiện địa chất khác nhau, kể cả đất có rễ cây, đá tảng, đá mồ côi, Chỉ khi nμođấtcókhả năng sạt lỡ vμo lỗ khoan mới chống tạm bằng 1 đoạn ống vách, hạ ống vách bằng cách dùng ống kelly khoá đáy vμođầuống vách để vặn vμ ép ống vách xuống đất. - Khi khoan trong n−ớc hoặc trong vữa sét cấu trúc của đất ở chân cọc dễ bị phá hoại. Muốn gia cố nền đất chân cọc, có thể dùng cách phun vữa.
  26. 3.2-Mở rộng chân cọc: - Cọc khoan nhồi mở rộng chân có khả năng hạ giá thμnh do chiều sâu khoan cọc giảm vμ bớt đ−ợc bêtông cọc. Cần so sánh thời gian thi công mở rộng chân cọc với thời gian khoan tiếp để tăng chiều dμi cọc đảm bảo cọc vẫn thẳng vμ sức chịu tải t−ơng đ−ơng. Đối với cọc nhỏ (<76cm) th−ờng không mở rộng chân cọc. - Công nghệ khoan mở rộng chân cọc, th−ờng dùng các đầu khoan có gá lắp thêm cánh xén đóng mở cụp xoè vμ xoay quanh cần khoan hoặc ống kelly. Về cấu tạo cánh xén để mở rộng chân cọc, có 2 loại chính: Hình 14: Cọc khoan nhồi mở rộng chân a. Loại xén đất hình nón cụt b. Loại xén đất hình chỏm cầu 1. ống kelly 2. ống vách 3. Cánh xén 4. H−ớng mở
  27. • Loại xén đất hình nón cụt • Loại xén đất hình chỏm cầu. Hình 15: Các đầu khoan mở rộng
  28. -Trong đất dính, t−ơng đối khô hoặc đá có thể dùng biện pháp thủ công để mở rộng chân cọc. Tuy nhiên, phải chú ý bảo đảm an toμn lao động. - Khi dùng máy khoan mở rộng chân cọc trong đất kém ổn định nhất thiết phải dùng đến dung dịch vữa sét hoặc phải giữ cho cột n−ớc trong lỗ khoan luôn cao hơn mực n−ớc ngầm khoảng 2m. 3.2-Các thiết bị phụ trợ: 3.2.1-ống vách: -ống vách th−ờng đ−ợc dùng nh− 1 thiết bị phụ trợ quan trọng để giải quyết nhiều tr−ờng hợp khó khăn, nhiệm vụ chủ yếu lμ: • Chống giữ cho vách khoan đ−ợc ổn định, bảo vệ cho mặt đất xung quanh vị trí lỗ khoan khỏi lún sụt. • Tạo điều kiện thuận lợi cho nhiều công đoạn thi công khác nhau: đμo đất, hút n−ớc, vệ sinh lỗ khoan, đúc cọc, - ống vách th−ờng đ−ợc hạ bằng cách đóng, rung hoặc vừa nén vừa xoay vμ đ−ợc rút dần trong quá trình đổ bêtông cọc.
  29. Hình 16: Các ph−ơng pháp hạ ống vách
  30. ⇒ ống vách phải đạt đ−ợc những yêu cầu sau đây: • Đủ c−ờngđộvμ độ ổn định nhất lμ đỉnh vμ chân ống, không bị méo móp. • Hình dạng phải tròn đều vμ thật thẳng để tránh va chạm với đầu khoan. • Thμnh ống phải kín khít (không có lỗ hoặc khe dò) để chắn bùn cát lọt vμohốkhoan. • Đ−ờng kính trong ống vách phải lớn hơn đ−ờng kính ngoμi đầu khoan từ 4-15cm tùy theo công nghệ, đ−ờng kính vμ độ sâu hạ cọc. • Mặt trong vμ ngoμi ống phải nhẵn phẳng, ít ma sát tạo điều kiện thuận lợi khi hạ cũng nh− khi nút ống đ−ợc dễ dμng. • Độ dμi ống vách tuỳ theo điều kiện thuỷ văn, địa chất, độ sâu khoan cọc vμ thiết bị công nghệ sử dụng.
  31. - Cấu tạo ống thép: • Khi đ−ờng kính Φ≤1m →δ=9-16mm, Φ > 1m →δ=16- 25mm. • ống đ−ợc chế tạo thμnh từng đoạn từ 3-4m đến 8m, trong tr−ờng hợp cần thiết có thể chế tạo cả chiều dμicọc. • Cao độ miệng ống vách thoả mãn điều kiện sau: Hình 17: Cao độ miệng ống vách a. Mực n−ớc ngầm nông b. Có n−ớc mặt c. Mực n−ớc ngầm ở sâu
  32. o Khi dùng n−ớc, miệng ống vách cao hơn MNN hoặc n−ớc mặt ≥2m để có thể bơm n−ớc bổ sung, giữ cố định ở mức cao hơn bên ngoμi 2m. Còn dùng vữa sét cao trình miệng ống có thể thấp hơn. o Khi MNN ở sâu quá 2m so với mặt đất, miệng ống cũng ở cao trình mặt đất. • Cao trình đáy ống tuỳ thuộc địa điểm thi công vμ điều kiện địa chất: o Khi cọc bên cạnh những công trình đã xây dựng, cần chú ý không để xảy ra hiện t−ợng sạt lở d−ới lỗ khoan lμmđất lún sụt → khoan đến đâu chống vách đến đó vμ khi cọc sát công trình nên để lại ống vách không rút lên; tr−ờng hợp đặt chân ống vách cao hơn chân cọc phải có biện phápxửlý. o Nếu d−ới cùng lμ tầng đất dính, chân ống vách có thể kết thúc tại đó ở trong tầng đó. Khi tầng không thấm ở quá sâu cũng có thể đặt chân ống tại lớp trên ít nhất không nhỏ hơn 1.5 lần độ sâu từ mặt đất đến MNN.
  33. Hình 18: Cao độ chân ống vách - Tùy theo điều kiện địa chất công trình, kích th−ớc ống vách, chiều sâu hạ để tính toán vμ chọn thiết bị hạ ống vách cho phù hợp. Thiết bị hạ ống vách th−ờng có những dạng sau: • Sử dụng thiết bị xylanh thủy lực kèm theo máy khoan để xoay lắc ống vách hạ hoặc nhổ ống vách lên. • Hạ bằng kích thủy lực ép xuống. • Sử dụng búa rung đóng ống vách xuống kết hợp với việc lấy đất bên trong lòng ống vách bằng máy khoan, gμu ngoạm hoặc hút bùn.
  34. 3.2.2-Vữa sét (bùn khoan): -Ngoμi giải pháp dùng ống vách, để giữ ổn định lỗ khoan chống sập lở, trong công nghệ khoan nhồi th−ờng dùng vữa sét có tỷ trọng cao: dung dịch bentonite, 1 dung dịch có hạt rất mịn, hoạt tính vμ các xúc biến cao, tỷ trọng lớn hơn n−ớc. Hình 15: Bentonite - Nói chung, trong công nghệ cọc khoan nhồi vữa sét có các tác dụng chính sau: • Giữ cho vách khoan đ−ợc ổn định, không bị sạt lở vì do: o Vữa sét có tính xúc biến cao chui vμokẽgiữacáchạt rờitạo thμnh mμng liên kết dμy 2-4mm bọc quanh vách lỗ khoan. o Nó có tỷ trọng lớn nên tạo ra áp lực ngang đủ đảm bảo điều kiện cân bằng cơ học cho phần tử vách.
  35. •Lμ dịch thể có tỷ trọng cao vμ ở trạng thái sệt, lực đẩy nổi lμmchomạt khoan vμ cát đá không lắng chìm đ−ợc d−ới đáy hố khoan→nên lấy đ−ợc dễ dμng vμ do không v−ớng mạt khoan ở đáy lỗ→nên đẩy nhanh tốc độ khoan nhất lμ khoan choòng. Khi mở rộng chân cọc nhất thiết phải dùng vữa sét hoặc dung dịch khoan. - Dung dịch vữa sét trong cọc khoan nhồi phải đảm bảo các chỉ tiêu sau: • Tỷ trọng phải lớn để tạo ra áp lực tác dụng lên vách lỗ khoan giữ ổn định thμnh vách → dung dịch bentonite có tỷ trọng 1.05-1.25kg/cm3, các dung dịch khác 1.15-1.35kg/cm3. → Chỉ tiêu nμyđ−ợc đo bằng tỷ trọng kế ở hiện tr−ờng. • Để chống sự lắng đọng của mạt khoan, dung dịch có độ nhớt Marsh từ 1-20s đến 30-36s, đây lμ 1 đặc điểm biểu thị tính linh động dung dịch. → Chỉ tiêu nμyđ−ợc xác định bằng côn Marsh hoặc đo bằng thời gian chảy của 500cm3 dung dịch qua phểu chuẩn. •ĐộpH củan−ớc cao hay thấp đều có khả năng ảnh h−ởng chất l−ợng dung dịch vì gây ra phản ứng hoá học. Độ pH cho phép từ 7-9.5. Vùng n−ớc lợ vμ n−ớc mặn dung dịch sẽ bị phân huỷ→phải xử lý tr−ớc khi sử dụng.
  36. • Độ phân tầng lớn sẽ gây ra kết tủa cơ học (tách n−ớc). Độ phân tầng 1 ngμy đêm không lớn hơn 4-8%; đây lμ 1 đặc tr−ngchotínhổnđịnhcấu trúc của dung dịch. → Đo bằng trọng l−ợng n−ớc trên mặt dung dịch trong ống nghiệm sau 1 ngμyđêm. • Độ thất thoát n−ớc biểu thị khả năng ổn định hμml−ợng n−ớc khi tiếp xúc với đất đá. Trị số thất thoát cho phép khoảng 10-25cm3 sau 30phút, nếu lớn hơn sẽ thay đổi chất l−ợng dung dịch vμ tạo ra lớp vỏ dμybọc xung quanh lỗ khoan quá 4mm. → Chỉ tiêu nμy đo bằng hiệu tỷ trọng của 2 nửa cột dung dịch ở phía trên vμ phía d−ới 1ống đặc biệt có mở khoá ở giữa trong 1 ngμyđêm. •ứng suất cắt tĩnh lμ đặc tr−ng độ bền cấu trúc vμ tính xúc biến của dung dịch, trị số nμy khoảng 15-40mg/cm2. •Hμml−ợng cát trong dung dịch phải <8% theo trọng l−ợng vμ độ lắng cát phải ≤5%. → Hμmh−ợng nμyđ−ợc xác định bởi sự lọc rửa dung dịch thí nghiệm.
  37. -Chúý: •Cμng khoan sâu vữa sét cμnggiảmmậtđộvìcáchạt sétđãxâmnhập vμo những lỗ rỗng để tạo vách→phải bổ sung vμ điềuchỉnhtỷlệthμnh phần vữa sét trong lỗ khoan. • Nếu mực dung dịch tụt đột ngột phải dừng khoan để tìm nguyên nhân vμ có biện pháp xử lý kịp thời. - Bơm vữa sét vμo lỗ khoan th−ờng dùng các loại máy bơm chuyên dụng, áp suất có thể tới 49MPa, bơm đến 1 khối l−ợng vữa sét 1403lít/phút.
  38. - Quá trình khoan có 3 việc chính: khoan phá cấu trúc đất đá, lấy phôi khoan ra khỏi lỗ vμ gia cố chống sạt lỡ vách khoan. Tùy theo điều kiện địa chất thủy văn cụ thể, trong xây dựng cầu có thể dùng các ph−ơng pháp sau: 4.1-Công nghệ dùng ống vách: - ống vách th−ờng lắp chân xén bằng hợp kim cứng vμ sắc. Khi xoay ống, trọng l−ợng bản thân vμ kích nén lμm cho ống hạ dần xuống→thả gμu ngoạm kiểu búa nặng xuống để phá vμ đμo lấy đất trong ống vách ra, ống vách có tác dụng ngăn không cho đất bên ngoμisạt lỡvμolỗđμo. -Tr−ờng hợp gặp đất chặt hoặc đá, dùng gμu ngoạm không hiệu quả, tốt nhất dùng đầu khoan choòng. - Đất đá lẫn sỏi cuội, đá mồ côi, th−ờng gây khó khăn cho công việc khoan tạo lỗ theo công nghệ nμy. Những năm gần đây, gμu ngoạm đcợc chế tạo đặc biệt nhằm lμmchohμm cứng hơn để phá đất đá vμ tạo lỗ. Nếu khối đá kích cỡ nhỏ từ 10-50cm, dù kẹt d−ới chân ống vách cũng có thể ngoạm lên đ−ợc sau khi lừa khối đá vμo trong ống 1 cách khéo léo (rút nhẹ vμ xoay ống vách để lái khối đá vμo bên trong).
  39. -Nếu gặp khối đá lớn không đ−a đ−ợc ống vμo, có thể phá đá bằng ph−ơng pháp khác: dùng thuốc nổ nh−ng khống chế mức tối thiểu từ 30-100g cho mỗi ngòi nổ rồi dùng gμu ngoạm đμo lên; tr−ờng hợp không đ−ợc gây nổ phải dùng máy phá đá có l−ỡi đục tất cả nặng 4tấn hoặc có thể dùng hoá chất. - Nguyên tắc hạ ống vách ở nơi đất cứng: tr−ớc khi hạ phải cho đầu khoan đi tiền trạm 1 đoạn nếu cần còn phải đμo rộng thêm ra khoảng 20cm để ống vách bớt cản lực sẽ dễ dμng tụt xuống. Đối với đất dính, việc đμo tiền trạm sẽ dễ dμng vμ sâu hơn có khi đến 6m. Đối với đất rời dễ lún sụt, đất sét yếu hoặc phù sa thì không những tránh đμo tiền trạm mμ cònphảiđảm bảoổn định của đất trong ống vách không bị trồi. -Khi khoan vμ hạ ống vách th−ờng xảy ra các tr−ờng hợp sau: • Trong lớp đất cát sỏi ngậm n−ớc, nếu đμo tiền trạm cát sẽ đùn vμolμm cho đất xung quanh bị rời rã vμ tạo những khe rỗng bên ngoμiốngvách. Mặc nhiên, đ−ờng kính cọc sẽ rộng hơn đ−ờng kính danh định, ảnh h−ởng tới khối l−ợng bêtông đúc cọc sau nμy. Cho nên th−ờng phải bơm thêm n−ớc vμo lỗ khoan, tạo độ chênh mực n−ớc trong lỗ khoan cao hơn mực n−ớc ngầm bên ngoμi để khắc phục hiện t−ợng trên.
  40. •N−ớc trong ống vách (nếu có) sẽ cản trở vμ lμmgiảmnăngsuấtcủagμu ngoạm: tốc độ rơi tự do chậm hơn, động năng khi cắm vμođấtgiảm nhiều, không đủ sức ngoạm 1 khối l−ợng đất đầy gμu. Do đó cần khắc phục bằng cách ghép thêm 1 trọng l−ợng bổ sung vμogμungoạm phù hợp với sức cẩu của máy. Hiện nay, những gμu ngoạm có gắn máy chấn động đã đ−ợc sử dụng để lμmviệcd−ới n−ớc rất hiệu quả. 4.2-Công nghệ dùng máy khoan vận hμnh ng−ợc: - Thực chất công nghệ nμylμ dùng cần khoan để hút dung dịch hổn hợp mùn mạt khoan vμ vữa sét bằng nhiều cách khác nhau: máy hút thuỷ lực, erlip, bơm chìm, phun n−ớc vòi xói, - Trong công nghệ nμy, th−−ờng dùng các đầu khoan đặc biệt gồm 3 phần cơ bản: phần cố định, phần chuyển động vμ phần các mũi dao. Trục hoặc cần khoan đ−−ờng kính khoảng 15cm có tác dụng treo đầu khoan vμ lμm ống hút dung dịch lẫn phôi mạt khoan ra ngoμi. - Tùy theo địa chất có thể sử dụng những loại đầu khoan: • Đối với đất có trị số SPT N<50, th−ờng dùng loại đầu khoan 4 hoặc 3 cánh hμm, răng bịt hợp kim cứng.
  41. • Đối với đất đá rắn, dùng đầu khoan kiểu bánh răng có tính năng lμ mũi dao đ−ợc chế tạo từ hợp kim cứng có khả năng khoan vμođác−ờng độ tới 70MPa, có khi tới 97MPa. Các bánh răng của đầu khoan tạo ra các chuyển động quay cho muic dao trung tâm vμ 3 mũi dao vệ tinh. Quỹ đạo của các mũi vệ tinh có dạng đặc biệt, đảm bảo các vết xén không trùng nhau, mμ chỉ chờm vết sau lên vết tr−ớc; đồng thời lùa đ−ợc phối khoan vμo ống rỗng của cần khoan vμ đ−ợc hút ra ngoμi(vậnhμnh ng−ợc). • Đối với loại nham thạch mềm hơn, c−ờng độ khoản 30MPa, có thể dùng đầu khoan kiểu gμungoạm vμ đầu khoan kiểu bánh răng. •Tr−ờng hợp dùng đầu khoan kiểu bánh răng nếu gặp đá mồ côi sẽ khó khăn, cho dù ống rỗng của cần khoan dùng tới mức tối đa khoảng 326mm. Do đó th−ờng phải dùng gμu ngoạm hoặc đầu khoan bánh răng đặc biệt để phá đá. Nếu đá mồ côi nằm t−ơng đối nông, có thể dùng thợ lặn xuống phá đá, hoặc đóng ống vách vμ bơm hút n−ớc để phá đá bằng các biện pháp thông th−ờng. - Trong công nghệ khoan vận hμnh ng−ợc có thể không dùng ống vách mμ dùng áp lực cột n−ớc tĩnh cao hơn MNN để giữ ổn định cho vách khoan.
  42. - Tốc độ khoan tạo lỗ vμ tốc độ của bμn quay phải điều chỉnh phù hợp loại đất đá vμ đ−ờng kính đầu khoan. Nếu quay nhanh quá → hoặc trục khoan sẽ bị rung lắc (đá rắn), hoặc lỗ đáy ống của trục khoan có thể bị tắc đồng thời không đủ thời gian hình thμnh mμng bùn vμ cũng có thể phá vỡ mμng sét đang lọt vμo bít những lỗ rỗng trong các hạt đất. - Nếu không đủ đảm bảo ổn định thμnh vách đμo, phải bổ sung vữa sét bentonite hoặ dung dịch CMC, cần cho khoan tạo lỗ. - Khi máy hoạt động sẽ không tránh khỏi hiện t−ợng văng ngang của đầu khoan. Vì không dùng ống vách nên đ−ờngkínhlỗkhoanth−ờng bị rộng hơn so với đ−ờng kính thiết kế, khối l−ợngbêtôngsẽtăngthêm. Trongđất rời đ−ờng kính lỗ khoan tất nhiên lớn hơn trong đất dính. Những đầu khoan có lắp bộ ổn định sẽ tránh đ−ợc hiện t−ợng nμy. 4.3-Công nghệ khoan lỗ bằng đầu khoan đμo đất: - Đầu khoan đất kiểu gμurấtđ−ợc thông dụng để đμo đất. Gμucótrọngl−ợng khá nặng vμ trang thiết bị các l−ỡi xén đất hoặc nhiều mũi dao dể phá vật ch−ớng ngại vμ mở rộng lỗ khoan, nhờ trọng l−ợng nμymμ các mũi dao vμ l−ỡi xén khi quay quanh trục khoan sẽ xén đất theo đ−ờng cắt nhất định, các mũi dao có thể tiện đứt rễ cây hoặc phá các tảng ch−ớng ngại vật khác nh− bêtông, gạch vụn. Tuy nhiên, khi gặp các loại đá mồ côi th−ờng đầu khoan khó giải quyết mμ phải dùng những biện pháp đã nêu trên.
  43. - Mũi khoan chủ yếu để xén vμ cắt đất yếu thông th−ờng, nên khi gặp đất chặt hoặc lẫn nhiều cuội sỏi, l−ỡi xén hay các mũi dao của gμu khoan dex bị sứt mẻ hoặc mau mòn, tuy rằng cũng đã bịt hợp kim rất cứng. Phải định kỳ thay thế lớp bịt mũi dao khi quá mòn hoặc bị gẫy, nếu không năng suất giảm, đồng thời trục khoan cũng dễ bị mμi mòn vì lệch tâm. - Khi khoan trên cạn, có thể không cần dung dịch khoan hoặc n−ớc, vách khoan vẫn ổn định→gμu sẽ phát huy toμnbộnăngsuấtnh−ng nếu khoan với tốc độ nhanh th−ờng để lại vết lõm xoắn ốc trên vách lỗ khoan khó suy ra thể tích bêtông cần theo dõi. - Khi khoan nơi có n−ớc ngầm hoặc n−ớc mặt, tốt nhất lμ dùng dung dịch vữa sét hoặc các loại bùn hoá học để giữa ổn định vách khoan. Nếu khoan trong đất sét, á sét có thể chỉ dùng n−ớc bơm bổ sung vμo lỗ, giữ cố định mực n−ớc trong ống cao hơn bên ngoμikhoảng2m. - Tránh di chuyển gμukhoanquánhiềulầntronglỗđμo, nhất lμ nhấc hạ quá nhanh để giảm bớt tổn hại cho vách khoan do xáo trộn nhiều, hình thμnh dòng chảy khá mạnh ở giữa gμu khoan vμ vách đμo, đồng thời sinh ra sự chệnh lệch áp lực giữa 2 không gian trên vμ d−ới gμu khoan.
  44. 4.4-Vấn đề an toμn lao động vμ đảm bảo chất l−ợng khi khoan cọc: - Qua các lớp đất yếu vμ rời rạc nên chống sạt lở bằng ống vách tạm thời, trong khi đổ bêtông có thể rút dần lên để dùng cho cọc khác. - Mặt trong ống vách không đ−ợc có đất dính bám, nhất lμ tr−ớc khi đổ bêtông đúc cọc. - ống vách cần hạ xuống lớp đất không thấm n−ớc ở độ sâu đủ để n−ớc không thấm vμo lỗ khoan kể từ lúc vệ sinh đáy lỗ cho tới khi bêtông đúc cọc đã cao hơn mực n−ớc ngầm. -Khốil−ợng đất đá lấy ra phải phù hợp với thể tích lý thuyết, căn cứ vμomức độ nh− thừa sẽ đánh giá mức độ ổn định của lỗ khoan. - Cần so sánh đất đá lấy ra khỏi lỗ khoan với số liệu thiết kế. Khi cần thiết nhất lμ khi tới đất tốt đặt chân cọc, cần lấy mẫu đất thí nghiệm để kiểm tra số liệu thiết kế. - Nếu lỗ khoan nông vμ đ−ờng kính nhỏ mμ ng−ời không thể xuống đ−ợc, lúc đó phải dùng đèn chiếu rọi xuống lỗ khoan. Nếu ch−a sạch hết đất đá, vụn khoan cần vệ sinh lại. - Khi khoan lỗ đủ rộng nên cho ng−ời xuống thị sát ngay tr−ớc khi đổ bêtông. Nếu không khả năng đổ bêtông khô (do không hút hết n−ớc) phải chuyển sang ph−ơng pháp ống đổ rút thẳng đứng.
  45. - Thời gian lúc khoan đến khi đúc cọc không để kéo dμi quá 6h. Thời gian sau khi lμm vệ sinh đáy lỗ khoan tới khi đổ bêtông còn quy định chặt chẽ hơn. - Nếu có ng−ời xuống lμm việc ở đáy lỗ khoan, phải treo 1 ống nhỏ hơn lỗ khoan 1 chút để bảo vệ an toμn cho công nhân không bị th−ơng vong do đất đá vách hố khoan sụt lở. Bản thân ống treo cũng phải cột buộc chắc chắn vμ miệng ống phải nhô cao khỏi mặt đất, bảo vệ dụng cụ vμ đất đá không rơi vμo lỗ khoan. - Công nhân lμm việc trong hố khoan phải đội mũ vμ đeo dây bảo hiểm để khi bị th−ơng hoặc gặp hơi ngạt có thể kéo lên nhanh chóng để cấp cứu. - Khi có ng−ời lμmviệcd−ới đáy lỗ khoan, trên mặt đất phải bố trí ng−ời cảnh giới, túc trực th−ờng xuyên, bảo đảm không cho 1 vật dụng nμođểgầnlỗ khoan. Phải giữ tuyệt đối an toμn trong khi vận chuyển bất cứ 1 vật dụng nμo xuống lỗ khoan do yêu cầu công việc. -Cầnkiểmtrath−ờng xuyên để phát hiện hơi độc ở lỗ khoan, nhất lμ đi qua lớp than bùn hoặc đất có lẫn chất hữu cơ; đặc biệt tại các vùng khai thác khí đốt hoặc có đ−ờng ống dẫn khí cũ mới đều xem xét. Đèn an toμnvμ các máy dò khí độc cũng phải luôn luôn mang theo khi kiểm tra vμ lμmviệcd−ới lỗ khoan cọc.
  46. 4.5-Thổi rửa lỗ khoan: -Vệ sinh đáy vμ thμnh lỗ khoan tr−ớc khi đúc cọc lμ 1 việc rất quan trọng vì: • Các lớp mạt khoan, đất đá vμ dung dịch vữa sét sẽ lắng đọng tạo ra 1 lớp đệm yếu d−ới chân cọc khi chịu lực sẽ lún. • Nếu không đùn hết cặn lắng, khi đổ bêtông sẽ tạo ra những ổ mùn đất lμm giảm sức chịu tải của cọc. → Vì vậy, khi khoan xong cũng nh− tr−ớc kho đổ bêtông phải thổi rửa sạch lỗ khoan. -Ph−ơng pháp thổi rửa tuỳ thiết bị vμ công nghệ khoan cọc, nh−ng th−ờng phải tiến hμnh theo 2 giai đoạn: • Giai đoạn 1: Ngay sau khi kết thúc khoan tạo lỗ, phải đ−a hết các mạt khoan vμ sỏi cát hạt thô ra ngoμi. Đối với công nghệ dùng ống vách: sau khi khoan xong 20-30 phút→chờ lắng đọng→dùng gμungoạm lấy lên vμ cuối cùng bơm hút n−ớc tới khi n−ớc xã không còn lẫn cát sỏi. Đối với công nghệ khoan vận hμnh ng−ợc: sau khi kết thúc công việc khoan lỗ→ cho máy chạy không tải 10 phút→mở bơm hút tới khi chỉ còn n−ớc trắng thải ra ngoμi. Đối với công nghệ dùng đầu khoan kiểu thùng: sau 1 thời gian cặn lắng đọng→dùng l−ỡi xén gạt vμo thùng vμ lấy ra ngoμi.
  47. • Giai đoạn 2: Tr−ớc khi đổ bêtông cần đẩy ra ngoμi tất cả các hạt mịn còn lại ở trạng thái lơ lững bằng ống hút dùng khí nén. Miệng phun khí nén đặt sâu d−ới mặt n−ớc ít nhất 10m vμ cách miệng ống hút bùn ít nhất 2m về phía trên. Miệng ống hút bùn di chuyển liên tục d−ới đáy lỗ để lμm vệ sinh. Vì dung dịch vμ cặn lắng bị xả ra ngoμi liên tục nên phải bơm n−ớc bổ sung để giữ mực n−ớc ổn định. Nếu dùng vữa sét để ổn định vách còn phải bổ sung bùn t−ơi cho đạt yêu cầu về tính năng chống vách. -Ngoμi những ph−ơng pháp trên, 1 số n−ớc đã sử dụng các biện pháp đổ bêtông ngay sau khi lừa đ−ợc cặn lắng ở đáy lỗ khoan tung lên bởi các vòi n−ớc cao áp. Vòi xói đó th−ờng bố trí xung quanh chân lồng cốt thép hoặc quanh ống đổ bêtông. Cũng có kho dùng biện pháp đ−a vữa ximăng xuống để trực tiếp trộn với cặn lắng ở ngay d−ới chân lỗ khoan, tạo ra 1 lớp bêtông đệm chân cọc. -Saukhilμm vệ sinh lỗ khoan, cần kiểm tra cẩn thận chiều sâu đáy cọc nhất lμ tr−ớc khi đổ bêtông để so sánh với độ sâu lớn nhất mũi khoan.
  48. 5.1-Cấu tạo vμ giacônglồngthép: 5.1.1-Cấu tạo lồng thép: - Lồng thép cọc khoan nhồi bao gồm: • Cốt chủ: loại có gờ, φ12-32 (th−ờng dùng φ25-32), đặt cách nhau tối 2 thiểu 10cm, tổng diện tích tối thiểu Fa=min{0.005FC, 25cm } với FC lμ diện tích cọc. • Cốt đai: dùng thép trơn φ6-16 (th−ờng dùng φ10-16), uốn từng vòng tròn hoặc lò xo liên tục có b−ớc đai tối đa 35cm (th−ờng từ 15-20cm tuỳ vị trí), liên kết với cốt chủ bằng hμn hoặc buộc. Hình 16: Chế tạo lồng thép
  49. • Thép định vị: có đ−ờng kính xấp xỉ bằng cốt chủ, thay thế cốt đai ở 1 số vị trí vμ đặt cách nhau khoảng 2-3m, hμn chắc chắn vμ vuông góc với cốt chủ. Nó có tác dụng giữ đúng cự ly cốt chủ vμ cùng với cốt chủ tạo thμnh khung s−ờn của lồng thép. • Tai định vị hình cung: bằng thép dẹt 50x(3-4)mm dμi 400-600mm hoặc bằng cốt tròn đ−ờng kính gần bằng cốt chủ vμ hμnđính2 đầuvớicốt chủ. Nó th−ờng đ−ợc bố trí cân đối 4 phía tại các vị trí có khung định vị, có tác dụng tạo lớp bảo vệ đều xung quanh lồng thép vμ tránh hiện t−ợng lệch tâm khi hạ lồng thép váo lỗ khoan. • Móc treo: dùng để nâng hạ hoặc treo tạm lồng thép khi nối các đoạn lồng trên miệng lỗ khoan vμ đ−ợc hμnvμo cốt chủ. - Lồng thép đ−ợc chế tạo tại công tr−ờng theo từng đoạn ngắn có đ−ờng kính ngoμi nhỏ hơn đ−ờngkínhcọctốithiểu6cm. 5.1.2-Gia công lồng thép: -Lồng thép đ−ợc chế tạo theo từng đoạn trên giá đỡ nằm ngang. Những tấm cữ bố trí cácnh nhau 2-3m thẳng góc với trục tim của giá đỡ đảm bảo đ−ờng kính, độ tròn đều của lồng vμ phân bố đều cốt dẹo với cự ly thiết kế.
  50. - Trình tự gia công: • Lắp thép định vị vμo vòng rãnh trên các tấm cữ. • Lắp cốt chủ vμo những khấc đỡ trên các tấm cữ. •Choμng vμ buộc cốt đai đã đ−ợc uốn vòng tròn vμ lồng ra ngoμi cốt chủ. •Hμnthépđịnhvịvμ cốt đai vμo cốt chủ trừ 1 số đai ở đầu (để nối các đoạn lồng thép với nhau). •Hμn tai định vị vμ móc treo nếu có. -Một số điểm cần l−u ý khi gia công lồng thép: • Thép sử dụng đúng chủng loại thiết kế, không gỉ, không khuyết tật vμ không dính bùn đất. •Cốtchủvμ thép định vị phải bố trí đúng cự ly, thẳng góc vμ hμnchắc chắn với nhau; cùng với cốt đai đảm bảo không xộc xệch, biến dạng. •Chiềudμi đoạn lồng thép chế tạo phải phù hợp với năng lực vμ tay với của cần cẩu. Theo kinh nghiệm các đoạn lồng thép dμi khoảng 8m dễ đảm bảo chính xác khi thi công, nếu dμi quá cần có biện pháp đặc biệt (dμi quá lồng thép bị lỏng lẻo, biến dạng lớn).
  51. • Giá lồng thép phải chắc chắn, không đ−ợc lún lệch, các điểm đỡ phải thẳng hμng vμ trên cùng 1 cao độ; thuận tiện khi lắp đặt các loại cốt thép thμnh phần vμ dễ dμng khi giải phóng giá chế tạo. • Móc cẩu cố định chắc chắn vμocốtchủvμ có thể dùng bgay cốt định vị, do đó nó phải đủ cứng vμ c−ờng độ. Khi cẩu phải cân đối nên dùng ít nhất 2 điểm cẩu. •Tr−ờng hợp dùng ống vách, cần hμn thêm thép định vị vμ đôi khi thêm cả những thanh cốt thép nằm ngang d−ới chân lồng để giữ cho lồng thép không bị kéo theo khi rút ống vách trong lúc đổ bêtông. 5.2-Lắp hạ lồng thép: Hình 17: Cẩu lắp lồng thép
  52. -Th−ờng dùng thiết bị cần cẩu để hạ lồng thép vμo lỗ khoan. Trình tự lắp nối lồng cốt thép: • Lắp hạ 1 đoạn lồng thép vμo trong lỗ khoan vμ tạm thời treo vμ các móc đã lμm sẵn ở gần miệng ống hoặc đơn giản hơn lμ có thể dùng các thanh ngáng d−ới vòng thép định vị vμ kê trên miệng ống vách. • Cẩu lắp đoạn lồng khác cũng vμo đúng tim lỗ khoan sao cho cốt chủ dóng thẳng đứng với các cốt chủ của đoạn lồng tr−ớc (dùng quả dọi hoặc máy trắc đạc dóng cả 4 mặt). • Dùng dây thép loại to buộc thật chắc chắn nối 2 đầu cốt chủ bằng mối nối chồng hoặc có thể dùng mói nối hμn nếu trong lỗ khoan không có khí gây cháy. Sau đó buộc cốt đai còn thiếu ở vị trí mối nối. Các mối nối phải chịu đ−ợctrịsốlớnnhấttrong2 tr−ờng hợp: trọng l−ợng của các đoạn lồng thép phía d−ới mối nối cần tính khi treo vμ trọng l−ợng các đoạn lồng thép phía trên khi lồng thép chống vμođất. • Cẩu cả 2 đoạn lồng thép đã nối, tháo tạm thanh ngáng, hạ lồng thép nhẹ nhμng vμ đúng tim lỗ khoan cọc; tránh lắc va vμothμnh hố (tr−ờng hợp không có ống vách), tránh va quệt mạnh lμmlong mốihμncủatai định vị.
  53. • Tiếp tục treo, cẩu lắp vμ nối các đoạn lồng thép bên trên cho tới khi đủ chiều dμithiếtkế. Toμn bộ lồng thép đ−ợc treo vμo miệng ống vách bằng các móc treo. • Kiểm tra lồng thép sau khi hạ tới vị trí (th−ờng lồng thép ít khi bằng chiều dμicọcvμ số l−ợng cốt chủ cũng có thể thay đổi theo chiều sâu). - Những khuyết tật khi hạ lồng thép: • Các thanh cốt chủ hoặc bị uốn cong ra ngoμisẽvachạm thμnh lỗ khoan, hoặc uốn vμo trong sẽ cản trở khi hạ ống đổ bêtông, • Các mối nối bị tuột, các lồng thép bị méo lệch, các đoạn lồng nối với nhau không chặt chẽ bị tách rời hoặc dồn nén, lồng thép bị uốn cong vμ rất dễ bị kéo lên khi rút ống vách; các khúc lồng thép phía d−ới rơi hẳn xuống đáy lỗ khoan. • Tai định vị bị long mối hμn, lớp bảo vệ cốt thép chủ không đủ chiều dμy quy định, lồng cốt thép sẽ bị lệch tâm cọc. •Độdμi cọc phải thay đổi do sự khác biệt về địa chất giữa số liệu thiết kế vμ số liệu thực tại hiện tr−ờng. •ống vách không đủ chịu trọng l−ợng của lồng cốt thép vμ có thể bị lún khi lồng thép treo vμo ống vách.
  54. • Đầu cốt chủ có thể nhô cao hơn mức thiết kế cần phải cắt bớt không đ−ợc đập xuống hoặc ấn xuống lμm cho lồng thép bị cong vênh. • Khi rút ống vách, lồng thép có thể bị kéo vμ lệch đi, lớp bảo vệ cốt chủ không đủ bảo đảm lμ lớnhơn2 lầnđ−ờng kính cốt liệu lớn nhất. - Để kiểm tra không phá hủy các cọc đã thi công xong, cần phải đặt tr−ớc các ống thăm dò bằng thép hoặc bằng nhựa có nắp đậy ở đáy, có kích th−ớc phù hợp với ph−ơng pháp thăm dò trên suốt chiều dμi cọc: dùng ống 50/60mm để thăm dò bằng siêu âm vμ ống 102/114mm để lấy mẫu bêtông ở đáy lỗ khoan. Đối với các cọc khoan nhồi đ−ờng kính lớn hơn 1.5m hoặc có chiều dμi lớn hơn 25m cần phải dùng ống thăm dò bằng thép. -Cácốngthămdòđ−ợc hμntrựctiếplênvμnh đai hoặc dùng thanh thép hμnkẹp ống vμođai. - Đối với các ống 102/114mm dùng để khoan mẫu phải đặt cao hơn chân lồng thép 1m vμ không trùng vμo vị trí cốt thép chủ. - Phải đặc biệt chú ý đến các vị trí của ống thăm dò tại mối nối các đoạn lồng cốt thép đảm bảo cho ống chắc chắn, liên tục. Đối với các cọc khoan sâu không > 20m với đ−ờng kính cọc không quá 0.8m thì không cần đặt ống thăm dò.
  55. - Công đoạn đổ bêtông nhồi lỗ khoan đóng vai trò rất quan trọng. Chất l−ợng cọc chủ yếu phụ thuộc vμo giải pháp công nghệ vμ kỹ thuật thi công → cần tuân thủ quy trình quy phạm 1 cách nghiêm ngặt. 6.1-Tr−ờng hợp lỗ khoan không có n−ớc: - Trong các lỗ khoan có thể hút cạn n−ớc hoặc không có n−ớc, cọc nhồi đ−ợc đức tại chỗ bằng các ph−ơng pháp đơn giản nh−: xe đẩy, ben ôtô hoặc trực tiếp từ máy trộn sao cho phải giữ không cho lẫn đất đá, rác bẩn trên mặt đất vμ bêtông không bị phân tầng. -Tr−ớc khi đổ bêtông, lỗ khoan phải hút cạn n−ớc, lấy sạch mùn khoan vμ đất đá còn sót lại rồi đầm chặt nền đất d−ới đáy, nếu đất ẩm nên đổ tr−ớc 1 lớp bêtông vμ đầm chặt→sauđóđổbêtôngcóđộsụt7.5-10cm, hμml−ợng ximăng không <300kg/1m3 bêtông. - Thực tế đúc cọc tại chỗ trong tr−ờng hợp nμy không phải lúc nμo cũng thuận lợi: • Khó khăn phức tạp cμng tăng vì trong lỗ khoan v−ớng lồng thép.
  56. • Trong ống vách nếu giữ bêtông ở mức cao sẽ có khả năng nghẽn tắc trong ống, khi rút ống vách sẽ kéo cả khối bêtông bên trong vμ phần cọc ở d−ới ống vách cũng bị lồng thép kéo lên → có khả năng gây hiệu ứng vòm, tạo thμnh 1 khoảng gián đoạn hình vòm rỗng trong bêtông → những hiện t−ợng nμy rất khó giải quyết chỉ có biện pháp kéo tất cả bêtông vμ cốt thép ra, lμmvệsinhlỗkhoanvμ đúc cọc từ đầu. • Trong ống vách bêtông quá ít, khi rút ống lên, áp lực bêtông ngay d−ới chân ống không đủ sức chống giữ, đất xung quanh sẽ chnf ép vμ lấn vμo lμm cho tiết diện cọc bị thắt hẹp. Hình 18: Các khuyết tật có thể xảy ra khi rút ống vách 1. ống vách 2. Bêtông 3. Hiệu ứng vòm 4. áp lực đất 5. N−ớc thấm trên mặt bêtông
  57. •Ngoμi ra còn nhiều nguyên nhân khác có thể xảy ra khuyết tật trong cọc bêtông đúc tại chổ, phải l−u ý phòng ngừa: •N−ớc ở đáy hố khoan vẫn còn sót, ch−a vét hết mùn khoan, cũng lμ nguyên nhân lμm cho bêtông phân rời, cọc dễ lún, nhất chân cọc đã đ−ợc mở rộng. •N−ớc chảy ngầm chung quanh bêtông mới đổ khi rút ống vách sẽ lμm trôi ximăng lớp vỏ ngoμi. • Các khe, hốc chứa đầy n−ớc ở bên ngoμi ống vách (đ−ợc tạo thμnh khi hạ ống), khi rút ống lên, bêtông sẽ dồn vμothếchỗvμ n−ớc có áp sẽ thẩm thấu qua bêtông lμm cho bêtông phân rời. 6.2-Tr−ờng hợp lỗ khoan có n−ớc hoặc dung dịch: -Nếu không có khả năng hút cạn n−ớc trong lỗ khoan hoặc khi dùng bùn sét, lúc đó trong lỗ cọc khoan lμ 1 cột chất lỏng rất sâu. Do đó ph−ơng pháp đổ bêtông có hiệu quả vμ hay dùng lμ đổ bêtông d−ới n−ớc bằng ống rút thẳng đứng. Thực chất cũng t−ơng tự công nghệ đổ bêtông d−ới n−ớc để bị đáy các hố móng, cọc ống vμ bệ cọc nh−ngởc đây có những đặc điểm riêng: lỗ hẹp, n−ớc sâu vμ có tỷ trọng cao. Do đó, bêtông cần bơm liên tục vμomiệng phểu vμ ống đổ phải kín để tránh n−ớc rỉ lμm thay đổi tỷ lệ N/X trong bêtông.
  58. - Trình tự thi công sau khi khoan vμ kiểm tra lỗ nh− sau: • Thổi rửa lμm vệ sinh lỗ khoan. • Hạ lồng thép đến cao độ thiết kế. •Lápphểuvμ hạ ống đổ đến đáy lỗ khoan. •Khẩntr−ơng đổ bêtông liên tục vμolỗtheoph−ơng pháp rút ống thẳng đứng. 6.2.1-Vệ sinh đáy lỗ khoan: - Mục đích không để lắng đọng mạt khoan vμ các loại thμnh phần hạt còn sót d−ới đáy hố khoan tr−ớc khi đổ bêtông. Nếu dùng vữa sét vμ dung dịch khoan có thể dễ dμngsụclênđểcácthμnh phần đó nổi lửng lơ. Nh−ng nếu dung trong dung dịch khoan lớn hơn 1250kg/cm3 vμ hμml−ợng cát > 10% cũng phải thổi rửa đáy cọc. Nếu không dùng vữa sét, phải hút sạch các chất lắng đọng ra ngoμibằngcácmáyhútthủylựchoặccácerlipchođếnkhi thấy n−ớc trong. - Thời gian cho phép từ khi lμmxongvệsinhlỗkhoanđếnbắt đầuđổbêtông không quá 3h đối với tr−ờng hợp dùng vữa sét vμ không quá 2h đối với tr−ờng hợp đúc cọc trong n−ớc không có dung dịch khoan hoặc vữa sét.
  59. -Th−ờng dọn vệ sinh đáy lỗ khoan ít nhất 2 lần: • Lần 1: ngay khi công tác khoan cọc chấm dứt đã phải hút vét hết mạt khoan. Có thể trực tiếp dùng ngay đầu khoan nâng lên 1 chút vμ tiếp tục cho quay, đồng thời hút sạch mạt khoan ra ngoμi cho tới miệng ống xả chỉ có n−ớc trắng. • Lần 2: ngay tr−ớc khi đặt ống đổ bêtông, dùng máy hút bùn để lần nữa vét sạch những đất đá vμ tạp chất rơi xuống hố khoan vμ lắng đọng trong thời gian nhấc búa khoan, hạ lồng thép. 6.2.2-Hổn hợp bêtông: - Bêtông đổ d−ới n−ớc th−ờng thiết kế mác 350-400, l−ợngximăngtốithiểu 350-400kg/1m3 bêtông; độ sụt 12.5-18cm có khi tới 25cm, khi dùng vữa sét cần độ sụt lớn để bảo đảm tính linh động nhất cuối quá trình đổ bêtông. - Dùng phụ gia hoá dẻo lμ giải pháp tốt nhất tránh đ−ợc hiệu ứng vòm nh−ng phụ gia không đ−ợc có phản ứng hoá học với thμnh phần vữa sét vμ không tác hại đến chất l−ợng bêtông cốt thép; để tránh nguy cơ bêtông đông kết tr−ớc khi rút ống vách có thể dùng phụ gia lμmchậmquátrìnhnμy. - Cốt liệu thô, n−ớc, ximăng đều phải xét nghiệm kiểm chứng kèm theo biên bản nghiệm thu. Kích th−ớc lớn nhất của sỏi đá không đ−ợc lớn quá:
  60. • Theo chiều dọc: không lớn hơn 1/4 khoảng cách giữa 2 cốt đai. • Theo chiều ngang: không lớn hơn 1/2 khoảng cách giữa cốt chủ. •Theo chiềudμy lớp bêtông bảo vệ: khống 1/2 chiều dμy. •Theo đ−ờng kính ống đổ bêtông: không lớn quá 1/4 đ−ờng kính trong của ống. • Kích cỡ đá dăm khoảng 5-20mm; cát thô có hạt lớn nhất lμ 5mm, hμm l−ợng cát trong vữa bêtông phải <50%;. • Tỷ lệ N/X khoảng 0.5-0.55, có thể bổ sung phụ gia hoá dẻo để giảm l−ợng ximăng (8-10%) vμ tăng tính linh động của bêtông. ⇒Cốt liệu vμ n−ớc phải đong đo chính xác theo liều l−ợng thiết kế, theo dõi quá trình trộn đổ để kịp thời điều chỉnh l−ợng n−ớc của mẻ trộn. 6.2.3-ống vμ phểu đổ bêtông: - Thiết bị đổ cũng nh− thiết bị trong ph−ơng pháp đổ rút ống thẳng đứng sao cho khi đổ bêtông đùn liên tục, không tắc nghẽn, không phân tầng, không phân ly cốt liệu vμ vữa ximăng. -Ngoμi tiêu chuẩn về độ cứng (ống dμy 6-8mm), khi lắp ống phải đảm bảo các yêucầusauđây:
  61. •ống đổ vμ các mối nối phải kín vμ khít. •Mặtngoμivμ mặttrongốngphảinhẵn, nếubámbẩnhoặcbêtôngcũ dính sót lại phải lμm sạch. •Đ−ờng kính trong ống ≥4 lần kích th−ớc cốt liệu thô, đ−ờng kính ngoμi ≤1/2 lần đ−ờng kính thiết kế cọc; th−ờng dùng đ−ờng kính ≥200mm (150mm cho cọc nhỏ). •Chiềudμi mỗi đoạn ống từ 1-4m đựơc nối nhau theo chiều sâu vừa đủ; tiết điện ống phải đều không móp méo lμm cản trở bêtông di chuyển trong ống. • Các mối nối phải đảm bảo chặt chẽ, các đốt thẳng hμng không gãy khúc. • Phểu rót bêtông đủ cứng vμ ghép chặt chẽ với ống đổ bằng ren, bulông, roan cao su, tháo lắp nhanh vμ dễ dμng, độ dốc phểu từ 60o-80o. • Nút giữ cấu tạo theo nhiều cách khác nhau, th−ờng bằng cao su có dây treo (gọi lμ cầu) tác dụng nh− đáy tạm thời cũng nh− phanh hãm giữ cho cột bêtông ban đầu tụt xuống từ từ tránh cho bêtông rơi tự do xuống độ sâu rất lớn gây tình trạng phân ly cốt liệu vμ vữa ximăng. Ngoμira nó nh− 1 bơm đẩy n−ớc hoặc dung dịch vữa sét trong ống vμ đẩy theo cả mạt khoan còn sót ở đáy lỗ khoan để bêtông t−ơi trμnrathế chổ→yêu cầu nút giữ khít, vμ dễ tr−ợt.
  62. Hình 19: Phểu đổ Hình 20: ống đổ 6.2.4-Trình tự hạ ống rút thẳng đứng vμ đổ bêtông đúc cọc nhồi: - Nối các đoạn ống theo 1 tổ hợp nhất định, lắp phểu, tiến hμnh điều chỉnh cả hệ bảo đảm đúng tâm lố lhoan vμ không chạm lồng cốt thép; cố định cả hệ vμocácthanhxμ kẹp. - Thả ống cao su xuống đáy lỗ khoan vμ bơm khí nén áp lực 5atm để sục bùn cát lắng đọng trong 15 phút.
  63. - Hệ ống đổ đ−ợc cẩu hạ xuống đáy lỗ khoan, sau đo nâng chừng 20cm để tạo cửa thoát cho bêtông ở chân ống. - Đặt cầu cách đáy phểu khoảng 0.8m bảo đảm khít vμ thăngbằngtrongống đổ, cầu đ−ợc giữ chắc chắn bằng 1 sợi thép φ2-3mm. - Bơm bêtông đầy phểu, tránh bơm trực tiếp vμo đúng nút hãm lμm nút nghiêng lệch hoặc lật úp. - Cắt sợi dây thép treo nút, bêtông sẽ đẩy nút tr−ợt theo ống xuống d−ới trong khi đó bêtông vẫn đ−ợc bơm liên tục vμo phểu. - Từ từ hạ ống cho ngập trong bêtông nh−ng vẫn đảm bảo tốc độ di chuyển của bêtông trong ống (th−ờng chậm để bêtông không bị phân tầng ≤120mm/s). - Khi độ sâu của ống trong bêtông quá 2m vμ tốcđộbêtôngtronggiảmnhiều có thể rút ống lên 1 chút. Tốc độ di chuyển của bêtông trong ống nhanh hay chậm đ−ợc điều chỉnh bằng cách rút hoặc hạ ống từ từ theo ph−ơng đứng, tuyệt đối không rút ống khỏi bêtông; ống đổ ngập sâu trong bêtông ít nhất 2m vμ không lớn quá 5m. - Tốc độ cung cấp bêtông ở phểu cũng phải giữ điều độ phù hợp vận tốc di chuyển trong ống. Nếu cung ứng nhanh, bêtông sẽ trμnmiệngphểuvμ rơi xuống lỗ khoan gây khó khăn việc xác định cao độ của mặt bêtông trong quá trình đúc cọc. Nếu chậm quá gây nhiều hậu quả xấu, dòng bêtông có thể bị gián đoạn
  64. - Nâng hạ ống hết sức nhẹ nhμng nếu không dung dịch bùn đất vμ mạt khoan sẽ trộn lẫn vμo trong bêtông, nhất lμ khi có hiện t−ợng lắc ngang, - Nếu bêtông không di chuyển, ống bị tắc nghẽn. Lúc nμy cấm không đ−ợc lắc ngang hoặc dùng xμ beng gõ, đập vμo ống đổ mμ chỉ đ−ợc sử dụng vồ gỗ đồng thời nâng hạ ống lên xuống nhanh tạo ra lực quán tính lμm cho bêtông tiếp tục ra vμ khắc phục đ−ợc hiện t−ợng trong ống. Chú ý việc nâng ống không đ−ợc rút ra khỏi bêtông vμ luôn ngập trong bêtông ít nhất lμ 1m. Trong tr−ờng hợp không giải quyết đ−ợc phải dùng phụ hoá hoá dẽo vμ phụ gia chậm đông kết bêtông. - Phải luôn theo dõi sự liên tục của cột bêtông trong lỗ khoan bằng cách so sánh thể tích lỗ khoan với khối l−ợngbêtôngđãđổtrongtừngthờiđoạn thi công. - Đoạn 1.5m đầu cọc phải đ−ợc đầm rung để đảm bảo độ chặt với cấp phối thiết kế. -Mộthiệnt−ợng hấu hét xảy ra khi đúc cọc tại chổ bằng ống rút thẳng đứng ở giai đoạn cuối cùng lμ vữa ximăng nổi lên trên mặt bêtông 1 lớp khá dμy. Vì vậy phải dự kiến khắc phục:
  65. • Tiếp tục đổ bêtông cho đến lúc mực bêtông trong lỗ khoan cao hơn đỉnh cọc để đảm bảo sau khi đập đầu cọc chất l−ợng bêtông còn lại đạt yêu cầu về c−ờng độ. • Tốt nhất lμ ngăn cản sự hình thμnh lớp vữa ximăng trên bằng cách mở cửa sổ trên ống vách để nó tự trμn ra ngoμi(tr−ờng hợp không rút vách).
  66. -Xuất phát từ đặc điểm công nghệ thi công cọc khoan nhồi, nếu không có kinh nghiệm trong thi công cũng nh− thiết kế thì th−ờng gặp rất nhiều sự cố xảy ratrongquátrìnhthicôngdẫnđếnviệcảnhh−ởng chất l−ợng khai thác công trình vμ cácsựcốkỹthuậtth−ờng rất khó phát hiện bằng mắt th−ờng. -Mức độ h− hỏng có thể từ nhỏ đến lớn vμ có thể sửa chữa đ−ợc hoặc không thể mμ phải thay thế cọc khác. Vì vậy, nếu công trình gặp sự cố sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng nh−: lμmtănggiáthμnh vμ kéo dμi thời gian thi công, đôi khi phải hủy bỏ ph−ơng án thi công cọc khoan nhồi mμ phải thay thế bằng giải pháp móng cọc khác có thể rất tốn kém vμ không kinh tế. -Các ví dụ về sự cố về cọc khoan nhồi thi công trong môi tr−ờng đất, công nghệ khoan tạo lỗ vμ đổ bêtông: • Cọc khoan nhồi đ−ờng kính 1m dμi 37m của Nhμ lμm việc 10 tầng của Tổng CTXDCT Giao thông 6 bị sự cố: khối l−ợng bêtông thực tế nhiều hơn rất nhiều so với khối l−ợng bêtông tính toán theo kích th−ớc lỗ khoan. • Cọc khoan nhồi đ−ờngkính0.80m dμi 44m của Nhμ máy ximăng Cần Thơbịsựcố: khốil−ợng bêtông thực tế nhiều hơn rất nhiều so với khối l−ợng bêtông theo kích th−ớc lỗ khoan.
  67. • Cầu Bình Điền bị sự cố: không hạ hết đ−ợc chiều dμilồngthép theo thiết kế, vμ sauđóquyết định rút lồng thép lên để thổi rửa lại nh−ng cũng không rút lên đ−ợc, mặc dù tr−ớc khi hạ lồng thép đã có công đoạn thổi rửa vμ kiểm tra chiều sâu lỗ khoan. Nguyên nhân chủ yếu do đất vách hố khoan bị sụt lở nhiều trong quá trình hạ lồng thép lμm trồi dột ngột đáy hố khoan chôn vùi 1 đoạn lồng thép trong thời gian chờ đợi quyết định xử lý do đó lồng thép không rút lên đ−ợc. Hình 21: Mô tả sự cố cọc khoan nhồi
  68. Hình 22: Lõi khoan cọc nhồi
  69. 7.1-Các h− hỏng th−ờng xảy ra trong cọc khoan nhồi: 7.1.1-Các h− hỏng ở mũi cọc: -H− hỏng nμyth−ờng rất hay xảy ra do bùn khoan lắng đọng ở đáy hố khoan vμ đất d−ớimũibịxáođộngvμ bị dẻo nhão do bentonite hấp thụ. H− hỏng nμy rất quan trọng đối với cọc đ−ợc thiết kế lμmviệccósựthamgiachịu lực của sức kháng mũi cọc, nhất lμ cọccómởrộngchâncọcvìlμmgiảm c−ờng độ tại bêtông mũi cọc vμ giảm khả năng chịu lực do lún nghiêm trọng gây ra. -Những h− hỏng nμycóthểlμ: • Bêtông mũi cọc bị xốp lμmgiảmchấtl−ợng bêtông mũi cọc, có thể sửa chữa bằng cách phun vữa ximăng. • Giảm sức kháng mũi cọc: do sự tiếp xúc mũi cọc với đất nền bị gián tiếp bởi lớp bùn lắng ở đáy hố khoan, hoặc do sự thay đổi thμnh phần của đất d−ới mũi cọc. 7.1.2-Các h− hỏng ở thân cọc: -Những h− hỏng nμy chủ yếu lμ tính không liên tục của thân cọc nh−: • Thân cọc phình ra hoặc dạng rẽ cây lμm cho khối l−ợng bêtông cọc tăng lên rất nhiều do sự cố sập thμnh vách lỗ khoan, hoặc do từ biến của lớp đất yếu d−ới tác dụng đẩy của bêtông t−ơi.
  70. • Thân cọc có hang hốc, rỗ tổ ong lμm giảm khả năng chịu tải của cọc theo vật liệu do sự l−u thông của n−ớc ngầm lμm trôi cục bộ bêtông t−ơi hoặc do bêtông không đủ độ sụt cần thiết. • Bêtông thân cọc bị đứt đoạn bởi thấu kính đất nằm ngang hoặc lẫn bùn đất, lẫn vữa bentonite trong thân cọc do có sự cố sập thμnh vách trong lúc đổ bêtông, hoặc nhấc ống đổ bêtông lên quá cao. • Thân cọc tiếp xúc gián tiếp với đất vách bởi lớp sét nhão −ớt. → Các h− hỏng nμy nếu phát hiện trong quá trình siêu âm thì phải tiến hμnh khoan lõi cọc. Những h− hỏng trong cọc khoan nhồi nμylμ do lẫn bùn đất, dung dịch bentonite (bêtông có mμuvμng nhạt) vμ tất cả bị đứt gãy khi khoan lấy lõi. 7.1.3-Các h− hỏng ở phần trên đầu cọc: -Bêtông đầu cọc bị xốp do bọt tạp chất, ximăng nhẹ nổi lên trên mặt bêtông. 7.2-Các sự cố vμ nguyên nhân xảy ra sự cố trong cọc khoan nhồi: 7.2.1-Trong công đoạn khoan tạo lỗ: -Các sự cố: • Vị trí lỗ khoan bị v−ớng phải vật cản nh− cọc thép, dầm thép hình, BTCT, nằm sâu trong lòng đất gây nhiều khó khăn cho việc khoan tạo lỗ đôi khi không thể trục vớt các vật cản lên đ−ợc.
  71. • Không hạ đ−ợc ống vách đến cao độ yêu cầu hoặc khoan không xuống do gặp đá mồ côi hoặc các vật cản khác. •Sậpthμnh vách lỗ khoan: đ−ợc phát hiện qua việc kiểm tra đ−ờng kính lỗ khoan, hoặc sự trồi lên đột ngột của đáy lỗ khoan; hoặc khối l−ợng đổ bêtông đầy cọc lớn hơn rất nhiều so với tính toán, • Dung dịch bentonite đông tụ nhanh vμ nhiều xuống đáy lỗ khoan: đ−ợc phát hiện qua việc đo kiểm tra bề dμy của lớp bùn lắng đọng ở đáy lỗ khoan, hoặc từ việc kiểm tra chất l−ợng dung dịch, •Lớpmμng sét bám quanh vách hố khoan quá dμy: đ−ợc phát hiện qua việc thử tải tĩnh của sức chịu tải do sức kháng hông rất thấp, -Các nguyên nhân: • Sự cố không hạ đ−ợc ống vách đến cao độ yêu cầu hoặc khoan không xuống: o Nguyên nhân sự cố nμy đã nói trên. Gặp sự cố nμy có thể dùng loại gμu thích hợp để phá vật cản nμy rối tiếp tục hạ tiếp, hoặc dùng các thiết bị khoan cắt, trục vớt vật cản lên. o Đối với những tr−ờng hợp đặc biệt không thể trục vớt vật cản lên đ−ợc phải dịch chuyển vị trí cọc khoan nhồi hoặc phải thay đổi ph−ơng án cọc khoan nhồi bằng loại móng cọc khác.
  72. • Sựcốsậpthμnh vách lỗ khoan: o Khi khoan gặp tầng đất quá yếu lại không có ống vách: 2 ƒ Tầng đất yếu th−ờng có môđun biến dạng Eo 0.05cm2/kg, độ sệt B > 0.75, 2 sức kháng xuyên mũi qc ≤ 4kg/cm , chỉ số xuyên tiêu chuẩn của đất N ≤ 4. ƒ Qua kinh nghiệm thi công ở vùng có địa chất nêu trên thì đều ở trạng thái dẻo chảy đến chảy. Vì vậy khi khoan tạo lỗ sẽ gây hiện t−ợng sập thμnh vách nếu không có ống vách mặc dù có dùng dung dịch bentonite để giữ ổn định. Do vậy, trong quá trình khoan cần kiểm tra lại địa chất để đối chiếu với số liệu thí nghiệm để có giải pháp xử lý kịp thời chẳng hạn nh− điều chỉnh lại chiều dμiốngvách. o Các chỉ tiêu kỹ thuật của dung dịch bentonite không thích hợp với địa tầng: ƒ Do mỗi loại đất có tính chất cơ lý hóa khác nhau cũng nh− sự khác nhau về thμnh phần vμ loại của dung dịch bentonite, cần th−ờng xuyên kiểm tra vμ điều chỉnh các chỉ tiêu kỹ thuật của dung dịch nh− tỷ trọng, độ nhớt, hμml−ợng cát, tỷ lệ chất keo,
  73. l−ợng mất n−ớc, lực cắt tĩnh, tính ổn định vμ độ pH cho phù hợp với các quy định vì chúng có ảnh h−ởng rất lớn đến việc giữổnđịnhlỗkhoan. o áp lực thủy động trong tầng cát, cát pha sét quá lớn: ƒ Khi khoan gặp tầng cát có chứa n−ớc ngầm với áp lực lớn, n−ớc ngầm có áp nμysẽchảyvμo trong hố khoan mang theo đất cát vμo vách hố khoan (cát chảy) lμm cho hố khoan tại tầng nμy rộng ra, có thể kéo theo các tầng phía trên bị sụp. Nếu gặp sự cố nμynênđ−a ống vách qua tầng nμy, hoặc dùng biện pháp hạ mực n−ớc ngầm tr−ớc khi khoan. o Do chọn kỹ thuật, thiết bị khoan không phù hợp với đất nền: ƒ Do tốc độ khoan quá nhanh, vữa bentonite ch−a kịp hấp thụ vμo thμnh vách, hoặc việc nâng hạ gμu quá nhanh gây ra hiệu ứng pitông dẫn đến sập thμnh vách lỗ khoan. Để tránh sập vách phải chọn loại khoan thích hợp với thao tác khoan nhẹ nhμng, tránh những động tác đột ngột. o Hạ lồng thép va vμothμnh vách lỗ khoan: ƒ Khi hạ lồng thép nhanh có thể va vμothμnh hố khoan dẫn đến sập vách. Do đó cần phải hạ lồng thép nhẹ nhμng vμ đúng tâm lỗ khoan để tránh sập vách.
  74. o Thời gian kéo dμi giữa khâu khoan tạo lỗ vμ đổ bêtông. • Sự cố do dung dịch bentonite đông tụ nhanh vμ nhiều xuống đáy lỗ khoan: o Nếu dung dịch bentonite chứa nhiều khoáng chất kaolinit thì dung dịch sẽ đông tụ mạnh. o Nếu độ pH <7 hay n−ớc lợ đến mặn thì khả năng đông tụ (phân hủy) dung dịch khoan sẽ xảy ra. o • Sựcốdo mμng áo sét bám quanh vách hố khoan quá dμy: o Do độ nhớt của dung dịch bentonite tăng lμmbềdμylớpmμng áo sét tăng theo, nguy hiểm hơn lμ mμnh áo sét nμy ở trạng thái dẻo nhớt dẫn đến việc giảm ma sát hông giữa cọc vμ đất rất nhiều gây khả năng chịu lực của cọc. 7.2.2-Trong cấu tạo, gia công vμ hạ lồng thép: -Các sự cố th−ờng xảy ra: • Không hạ đ−ợc lồng thép vμolỗkhoan. • ống vách bị lún. • Lồng thép bị ngập trong đất.
  75. -Các nguyên nhân: • Không hạ đ−ợc lồng thép vμo lỗ khoan do lồng thép bị biến dạng uốn cong trong quá trình cẩu lắp. Do vậy khi chế tạo cần tính toán đến biến dạng của lồng thép, bố trí móc cẩu cho phù hợp, hoặc nắn lại lồng thép vμ bố trí thêm móc cẩu để tránh biến dạng. •ống vách bị lún do treo lồng thép, trọng l−ợng lồng thép t−ơng đối nặng lμm lún ống. Khi đó có thể gia c−ờng chống lún cho ống vách hoặc không treo vμo ống vách • Lồng thép bị ngập trong đất. Theo quy định khi lồng thép chạm đáy thì nâng lên 5-10cm. Điều nμy khó thực hiện vì khoảng cách quá nhỏ cho việc điều khiển tời. Hơn nữa do lồng thép nặng nên khi chạm đáy đã lún vμo nền nên khi nâng hạ lồng thép trên thì lồng thép vẫn ngập trong đất. Vì vậy cần tùy theo điều kiện cụ thể để điều chỉnh khoảng cách nμy. 7.2.3-Trong công đoạn đúc cọc: -Các sự cố th−ờng xảy ra: • Tắc nghẽn bêtông trong ống. • Mực bêtông bị hạ xuống khi rút ống vách lên.
  76. • Khi rút ống vách kéo theo cả khối bêtông vμ phần cọc d−ới ống vách cũng bị lồng thép kéo theo hoặc tạo thμnh vòng rỗng trong bêtông. • Bêtông thân cọc bị phân tầng, rỗ vμ có vật lạ nh− thấu kính bùn, đất, vữa bentonite, đ−ợc phát hiện qua việc đo chất l−ợng cọc. -Các nguyên nhân: • Tắc nghẽn bêtông trong ống do hiện t−ợng hiệu ứng vòm khi bêtông đ−ợc giữ ở mức quá cao trong ống vách lμm cho bêtông không trμolên đ−ợc gây tắc nghẽn. Khi đó cần phải nâng ống dẫn bêtông lên nh−ng ống phải ngập trong bêtông ít nhất lμ 2m, quy định lμ 2-5m. • Mực bêtông bị hạ xuống khi rút ống vách lên do khi rút qua tầng đất yếu lμm đất bị từ biến d−ới áp lực của bêtông t−ơi lμmtăngthêmthể tích của bêtông, cọc sẽ bị phình ra. • Cả khối bêtông trong ống vách bị kéo lên khi rút ống vách do bêtông ng−ng kết quá sớm sẽ bám chặt vμo ống vách; ngoμiraphầncọcd−ới ống vách cũng bị lồng thép kéo theo hoặc tạo thμnh vòm rỗng trong bêtông. • Bêtông thân cọc bị phân tầng, rỗ tổ ong vμ có vật lạ do: o Thiết bị đổ bêtông không thích hợp hoặc tình trạng lμmviệcxấu.
  77. o Việc đổ bêtông không liên tục, hoặc do sự rút ống dẫn bêtông lên quá nhanh sẽ lμm lẫn bùn khoan trong bêtông. o Sử dụng bêtông có thμnh phần không thích hợp, độ sụt không đạt yêu cầu lμm bêtông rỗ hoặc phân tầng. oSựl−u thông n−ớc ngầm lμm trôi vữa ximăng chỉ còn lại cốt liệu. oSựsậpthμnh vách lỗ khoan trong lúc đổ bêtông lμm lẫn đất trong bêtông. 7.3-Các giải pháp xử lý các sự cố th−ờng xảy ra trong cọc khoan nhồi: 7.3.1-Giải pháp về việc sử dụng ống vách để giữ ổn định vách lỗ khoan: -Chức năng ống vách: •Địnhh−ớng lỗ khoan. • Giữ ổn định vách hố khoan khi khoan qua các địa tầng yếu, cát chảy, có n−ớc chảy ngầm. • Giữ dung dịch tạo cột áp lực trong quá trình khoan. •Lμm ván khuôn đổ bêtông cọc. -Đ−ờng kính trong, chiều dμyvμ chiều dμi ống vách phải chọn sao cho đảm bảo về mặt độ bền, c−ờng độ; phù hợp với đ−ờng kính cọc, đ−ờng kính ngoμi đầu khoan vμ đặc điểm địa hình, địa tầng nơi thi công.
  78. •Đ−ờng kính trong ống vách: DD⎡ tr= nk60 +( ữ 150mm) (5.1) ⎢ Trong đó: DD⎣ tr=1.1 ì nk +Dnk: đ−ờng kính ngoμi đầu khoan. +60 ữ 150mm vμ hệ số 1.1: mục đích để điều chỉnh độ nghiêng lệch khi cần thiết, đặc biệt nơi có bùn xô, cát chảy vμ nơi có n−ớc mặt. •Chiềudμyốngvách: ⎡δ1=( 1 ữ . 5) D % t tr (5.2) ⎢δ =9mm ữ 16 if D≤100 cm ⎢ t tr ⎢ ⎣δ t=16mm ữ 40 iftr D>100 cm •Chiềudμi ống vách: o Cao độ miệng ống vách cao hơn mực n−ớc thi công lμ 2m. o Cao độ đáy ống vách nằm trong tầng đất dính có ϕ≥10o, B ≤ 0.75 2 hoặc sức kháng xuyên mũi qc ≥ 4kg/cm . Với chiều dμyngμm trong tầng nμy sao cho ống không bị lún thì chiều dμinhỏnhấtđ−ợc tính theo công thức: L= L+ L+ 2 m (5.3) Trong đó: t n o +Lo: chiều cao tính từ MNTC đến đáy sông (m).
  79. +Ln: chiều dμingμmcủaốngvách(m), cóthểchọnsơbộthôngqua việc chọn cao độ đáy ống vách ngμmvμo tầng chịu lực không thấm n−ớc từ 0.5-2m. o Sau khi chọn đ−ợc Lt, ta kiểm tra điều kiện lún ống vách: PPgiu ≥ gaylun (5.4) Pdn+ u∑ i f i l ≥η t P Trong đó: +Pt, Pdn: trọng l−ợng vμ lực đẩy nổi của ống vách +u: chu vi ngoμi của tiết diện ngang ống vách. +fi, li: lực ma sát đơn vị ở mặt bên ống vách tại lớp đất thứ i vμ chiều dμylớpđấtthứi mμ ống vách đi qua. +η: hệ số an toμn, lấy bằng 1.5. • Trong tr−ờng hợp thi công trên cạn vμ có mực n−ớc ngầm thì đỉnh ống vách cao hơn mặt đất thi công lμ 0.5m vμ cao hơn mực n−ớc ngầm tối thiểu 2m. Đáy ống vách nằm cách mặt đất thi công từ 2-4m ở nơi đất tốt để tránh sạt lở miệng lỗ khoan do thiết bị vμ ph−ơng tiện đi lại gần hố khoan vμ không cho bùn đất rơi vμo hố khoan. Ngoμi ra phải thỏa mãn công thức (5.4).
  80. ⇒ Giữ ổn định vách lỗ khoan bằng ống vách lμ 1 trong những giải pháp rất đáng tin cậy nh−ng chi phí lại cao. Do đó chỉ sử dụng nó trong những tr−ờng hợp thật cần thiết, có thể kết hợp ống vách với dung dịch bentonite. 7.3.2-Giải pháp về việc sử dụng dung dịch bentonite để giữ ổn định vách lỗ khoan: -Thμnh phần vμ các đặc điểm cơ bản của các khoáng sét của dung dịch bentonite: Khoáng sét Chiều dμy hạt sét Tổng diện tích Hoạt tính (Ao-Amstron) mặt ngoμi mặt ngoμi (m2/g) (kg/cm2) Montmorillonite 10-50 800 1.5-7.2 Al2O3.4SiO2.nH2O Ilit 50-100 80 0.9 Al2O3.SiO2.H2O Kaolinit 100-1000 10 0.4 Al2O3.2SiO2.2H2O → Khả năng đông tụ dung dịch bentonite phụ thuộc vμochiềudμyhạt sét, nó cμng lớn thì cμng đông tụ mạnh, kaolinit đông tụ mạnh nhất, kế đến Ilit vμ ít nhất lμ Monymorillonite.
  81. -Trong các đặc điểm của dung dịch bentonite thì tỷ trọng, độ nhớt vμ độ pH không đạt yêu cầu thì sẽ gây ra sự cố cho cọc khoan nhồi nh− sập vách, giảm ma sát hông, giảm khả năng tính dính bám giữa cốt thép vμ bêtông vμ có lắng đọng đáy lỗ khoan. -Xác định tỷ trong bentonite theo điều kiện cân bằng ổn định vách hố khoan: •Ph−ơng trình cân bằng: Σáp lực đẩy = Σáp lực giữ Trong đó: +Σáp lực đẩy: gồm áp lực thủy tĩnh của mực n−ớc ngầm γn.zn, áp lực chủđộngcủađấtσx. +Σáp lực giữ: gồm áp lực thủy tĩnh của cột bentonite γb.zb, lực kháng cắt của cấu trúc áo sét τs. nγ nz + σ x= γ bz + bτ s (5.5) nγ z n+ σ x−τ s γ b = (5.6) z Trong đó: b +γb, zb: dung trọng vμ chiều cao của cột bentonite. +γn, zn: dung trọng vμ chiều cao của mực n−ớc ngầm.
  82. +σx: đ−ợc xác định theo lý thuyết cơ học đất: ν 2 ⎛ ϕ ⎞ (5.7) σ ξσx=z = . .γz . tg ⎜ 45− ⎟ 1−ν ⎝ 2 ⎠ với γ, ϕ, z: dung trọng, góc ma sát trong vμ chiều cao của cột đất; ν: hệ số poisson. +τx: đ−ợc xác định theo lý thuyết cơ học đất: (5.8) xτ z=.γ dn tg . b 'ϕ + c '= (γ − 1) zb .ϕ . tg+ ' c với γ, γdn, ϕ’, c’: dung trọng tự nhiên, đảy nổi, góc ma sát trong vμ lực dính của lớp áo sét. Đối với đất vách lμ đất cát: c’, ϕ’ của áo sét có thể tính đổi từ giá trị cu, ϕ của cát ban đầu nh− sau: +c’: có thể lấy bằng trị số trung bình của lực dính ban đầu cu vμ lực dính cs do đất nền hấp thụ bentonite; thông th−ờng lấy cs = 2cu: 1 c=' () c + c 2 u s (5.9) →'c 1 = . c5u
  83. +ϕ’: có thể lấy bằng góc ma sát trong của đất sét hoặc có thể theo công thức của Bolton: o ϕ'= ϕ − 3 +D 3 (5.10) với D lμ độ chặt t−ơng đối của cát. Đối với đất vách lμ đất sét: do độ ẩm tăng nên c’, ϕ’ của áo sét đều nhỏ hơn giá trị cu, ϕ của đất sét ban đầu, lực dính của lớp áo sét rất nhỏ nên có thể xem cs =0: +c’: đ−ợc xác định: (5.11) c' = α cu d r với α: hệ số triết giảm lực dính có thể lấy 0.55, cu: lực dính không thoát n−ớc ban đầu của đất nền, rd: hệ số triết giảm theo chiều sâu cọc tra ở hình 23 Hình 23: Đồ thị quan hệ giữa rd vμ H
  84. +ϕ’: có thể lấy bằng góc ma sát trong của đất sét hoặc có thể theo công thức: ϕ'= ϕ − 3o (5.12) ⇒ Nhận xét: • Loại cọc khoan nhồi ngoμicác−u điểm đã nói vẫn còn tồn tại 1 số nh−ợc điểm đ−ợc thể hiện qua các sự cố đã trình bμyởtrên. Cácsựcố trên đôi khi rất phức tạp khó sửa chữa khắc phục, có thể dẫn đến chi phí rất cao, hoặc không sửa chữa đ−ợc mμ phải thay cọc mới. Do đó cách tốt nhất lμ nên dự phòng các sự cố có thể xảy ra, hiểu rõ các nguyên nhân vμ có biện pháp phòng ngừa. • Khi thi công cọc khoan nhồi th−ờng gặp nhiều sự cố lμ do có quá nhiều yếutốảnhh−ởng đến nó nh−: o Điều kiện địa chất thủy văn: đất yếu, cát, sét, n−ớc trong đất, Trong khảo sát hiện nay chỉ xét về tính chất cơ - lý của nó mμ ch−a quan tâm đến tính chất hóa đất, hóa n−ớc, hiện t−ợng cát chảy vμ đất sụp. o Dung dịch bentonite: ch−a xét mối t−ơng tác thật đầy đủ giữa nó với môi tr−ờng đất nền.
  85. 7.4-Kiểm tra chất l−ợng cọc khoan nhồi sau thi công: -Chất l−ợng chế tạo cọc khoan nhồi đ−ợc kiểm tra theo 3 nội dung chủ yếu: •Chấtl−ợng khoan tạo lỗ. •Chấtl−ợng trộn đổ bêtông. •Chấtl−ợng cọc sau khi hoμnthμnh. 7.4.1-Kiểm tra chất l−ợng lỗ khoan: -Kiểm tra về vị trí tim cọc trên bình đồ, cao độ mặt đất, cao độ đỉnh ống vách, -Kiểm tra kích th−ớc vμ các đặc tr−ng hình học của lỗ khoan thực tế nh− đ−ờng kính, độ nghiêng, chiều sâu, -Kiểm tra các đặc tr−ng cơ lý của địa tầng đối chiếu với tμi liệu thiết kế, cứ 2m chiều sâu lại lấy 1 mẫu đất để kiểm tra. -Khi khoan vμ thổi rửa lμm vệ sinh đáy hố xong cần kiểm tra đánh giá chỉ tiêu của đất nền bằng thiết bị xuyên. 7.4.2-Kiểm tra chất l−ợng bêtông: -Tr−ớc khi trộn cần kiểm tra: chất l−ợng cốt liệu, ximăng, n−ớc vμ các chất phụ gia.
  86. -Trong khi trộn cần theo dõi kiểm tra: tỷ lệ thμnh phần, cân đong, độ sụt từng mẻ trộn, kỹ thuật trộn, vμ phải đúc mẫu bêtông đối chứng cho từng mẻ. -Trong khi đổ cần theo dõi vị trí vμ độ cao rót bêtông vμo phểu, tốc độ bêtông tụt xuống, độ ngập sâu của đáy ống ổng vμo lớp bêtông, kiểm tra sự thiếu hụt hay d− thừa bêtông thực tế với lý thuyết, 7.4.3-Kiểm tra chất l−ợng cọc khoan nhồi sau khi thi công: 7.4.3.1-Ph−ơng pháp kiểm tra bằng ép mẫu bêtông: -Khoan thân cọc lấy mẫu đ−ờng kính 50-150mm để thử c−ờng độ của bêtông → đánh giá chất l−ợng khá chính xác dù ch−a phải lμ toμnbộtiếtdiệncọc; tuy nhiên mất nhiều thời gian vμ tốn kém vì phải khoan 10 điểm trên 1 cọc. -Có thể kiểm tra bằng mẫu đối chứng đã đúc tr−ớc cho từng mẽ nh−ng không đánh giá đúng mức chất l−ợng bêtông thân cọc vì điều kiện của mẫu vμ cọc khác nhau. 7.4.3.2-Ph−ơng pháp kiểm tra không phá hoại: -Đây lμ các ph−ơng pháp dùng siêu âm, dùng tia gamma vμ dùng các ph−ơng pháp cơ học: tĩnh vμ động. -Dùng 2 ph−ơng pháp trên phải khoan lỗ hoặc đặt ống nhựa hoặc tôn φ100- 120mm tại 4-5 vị trí cách đều quanh lồng thép tr−ớc khi đổ bêtông, có chiều dμi suốt thân cọc vμ ống chịu đ−ợc áp lực 5atm, kín vμ không dò vữa ximăng.
  87. a/Ph−ơng pháp siêu âm: -Sóng siêu âm qua môi tr−ờng bêtông sẽ phát hiện những nơi có khuyết tật cũng nh− c−ờngđộyếu. Đầuthuvμ đầuphátđ−ợc thả xuống 2 lỗ cho tới cùng 1 độ sâu cần kiểm tra, tốt nhất lμ kiểm tra vòng quanh với nhiều lỗ thăm 4-5 lỗ. -Ngoμi ra còn có thể dùng thiết bị đo gồm 2 đầu thu phát gắb trên cùng 1 thanh bằng vật liệu cách âm đ−ợc hạ xuống với tốc độ đều. -Ph−ơng pháp nμy khá đơn giản cho kết quả tin cậy nh−ng giá thμnh không cao. b/Ph−ơng pháp bức xạ gamma: -Đầu phát lμ nguồn bức xạ vμ đầu thu lμ 1 bộ đếm, đ−ợc thả vμo2 lỗthăm. C−ờng độ bức xạ xuyên qua môi tr−ờng bêtông giữa 2lỗ. Nếu c−ờng độ bức xạ tăng thì trong bêtông có lỗ rỗng hoặc mật độ kém vμ ng−ợc lại. -Ph−ơng pháp nμy không tốn kém, ít thời gian (30phút cho 30m sâu) vμ kết quả đáng tin cậy. c/Ph−ơng pháp cơ học: -Xác định khả năng chịu lực nh− cọc đóng hoặc rung. -Ph−ơng pháp áp dụng có thể nén tĩnh hoặc động.
  88. ThankThank youyou forfor YourYour Attention!Attention!