cọc khoan nhồi vùng hang cát- xtơ

Tuy nhiên nội dung của công văn này cũng chưa đưa ra các biện pháp cụ thể nhằm khắc phục các sự cố phát sinh trong quá trình thi công cũng như nguyên tắc thiết kế cọc khoan nhồi trong v

GS TS NGUYỄN VIẾT TRUNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN TUẤN ANH, KS LÊ QUANG HANH

CỌC KHOAN NHỒI TRONG

VÙNG CÓ HANG ĐỘNG CASTƠ

NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG

HÀ NỘI THÁNG 11-2004

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của các công trình xây dựng quy mô lớn, móng cọc khoan nhồi ngày càng trở thành một hình thức móng sâu được dùng nhiều cho các công trình xây dựng, giao thông, thuỷ lợi, công nghiệp, nhà cao tầng và đặc biệt là trong các công trình cầu Sở dĩ việc áp dụng cọc khoan nhồi trong xây dựng cầu đường ô tô ở nước ta phát triển mạnh chủ yếu vì cọc khoan nhồi có các ưu điểm cơ bản như: Thiết bị đơn giản, thi công dễ dàng, đầu tư ít và đặc biệt là biến các công việc thi công dưới nước trở thành thi công trên mặt nước,

nó phù hợp với thực tế của Việt Nam Sử dụng cọc khoan nhồi đã đẩy nhanh được tiến độ thi công, có tác dụng lớn trong việc hạ giá thành xây dựng cầu

Đầu những năm 90, ở Việt Nam lần đầu tiên ngành xây dựng cầu đã ứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi đường kính F1.4m hạ sâu 30m khi thi công cầu Việt Trì

Từ đó đến nay công nghệ thi công cọc khoan nhồi được phát triển rất nhanh Chúng

ta đã làm chủ công nghệ thi công cọc đường kính từ 1¸ 2m hạ sâu trong đất từ 40 ¸ 60m, thậm chí sâu đến 80 ¸100 m Cọc khoan nhồi hiện nay có thể nói là giải pháp chủ yếu để giải quyết kỹ thuật móng sâu, trong các điều kiện địa chất đất yếu hoặc địa chất phức tạp, đặc biệt là trong vùng hang động castơ

Qua mấy chục năm áp dụng, thông qua việc nghiên cứu, thí nghiệm, tổng kết,

chúng ta đã có được Quy trình Thiết kế móng cọc 22TCN-21-86 trong đó có quy định việc thiết kế cọc khoan nhồi, Quy trình Thi công và Nghiệm thu cọc khoan nhồi 22TCN-257-2000 Chúng ta đã có phương pháp tính toán khả năng chịu tải

thẳng đứng và nằm ngang của cọc khoan nhồi nói chung, nhưng các tham số để xác

định khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi trong vùng có hang động castơ thì đến

nay vẫn chưa được tổng kết

1 Các ưu khuyết điểm của cọc khoan nhồi :

Trong nền đất dùng các loại máy khoan khoan thành các lỗ có đường kính và độ sâu nhất định, sau đó thả lồng cốt thép và đổ bê tông tạo thành cọc thì được gọi là cọc khoan nhồi

a Cọc khoan nhồi có các ưu điểm sau:

(1) Điều kiện áp dụng rất phổ biến: Cọc khoan nhồi có thể áp dụng rộng rãi với

các loại đất nền như: đất sét, đất cát, đất sỏi sạn, đất sỏi cuội, đá phong hoá, đá nguyên khối Thích hợp với các loại kết cấu cầu như: Dầm giản đơn, dầm liên tục, cầu vòm, cầu khung Có thể thi công được cả chỗ nước sâu

(2) Thiết bị thi công đơn giản: Các thiết bị thi công dễ chế tạo, thậm chí còn có

thể dùng các máy khoan thăm dò địa chất Các loại thiết bị lớn tương đối ít nên các đơn vị thi công cầu dễ đầu tư mua sắm thiết bị

(3) Dạng kết cấu mố trụ cầu đơn giản: Có thể dùng kết cấu mố trụ một hàng

cọc, thi công đơn giản, có thể tránh việc thi công dưới nước Đối với một số công trình cần tránh ảnh hưởng đến các công trình lân cận đã xây dựng hoặc khu vực dân

cư đông đúc thì cọc khoan nhồi rất thích hợp

(4) Giá thành hạ: Tiết kiệm kinh phí xây dựng

(5) Trong quá trình thi công vẫn có thể tiếp tục kiểm tra địa tầng: Có thể căn cứ

theo cấu tạo địa tầng và yêu cầu thiết kế để điều chỉnh chiều dài và đường kính cọc Không bị hạn chế bởi các điều kiện về xe cần trục và vận chuyển

Các ưu điểm trên có ý nghĩa rất lớn đối với việc thi công cầu

Việc sử dụng kết cấu móng cọc khoan nhồi trong cầu đường ô tô đã đẩy nhanh tiến độ thi công rõ rệt Ví dụ như cầu Đông Kinh chỉ trong 15 ngày đã thi công xong

10 cọc có đường kính 1000mm dài 15m xuyên vào nền đá vôi có nhiều hang động Hầu hết các cầu lớn thi công đúc hẫng ở nước ta trong vài năm gần đây đều dùng móng cọc khoan nhồi Cầu Hoàng Long, cầu Phù Đổng, cầu sông Gianh thi công nhanh cũng nhờ áp dụng kết cấu móng cọc khoan nhồi

Đặc biệt cầu Cần Thơ sắp xây dựng sẽ có mong cọc khoan nhồi sâu đến xấp xỉ 100m sẽ là một bước tiến mới trong xây dựng ở nước ta

So sánh cọc khoan nhồi với một số kết cấu móng khác

Dùng cho các loại đất, nước sâu vẫn dùng được Gặp mặt đá nghiêng thi công rất khó khăn

Kích thước và chiều dài cọc nhỏ Gặp đá, sỏi cuội không dùng được

Chiều dài cọc hạn chế

Thích hợp với các loại đất,

đá Đường kính và chiều dài cọc lớn

Không bị lở thành

Độ thích hợp lớn: các loại đất đá, kết cấu, chiều sâu nước đều dùng được

Yêu cầu

thiết bị Thiết bị rất ít

Thiết bị ít, đơn giản, cần bơm cao áp, máy nén khí

Thiết bị đóng cọc lớn, cần nhiều máy phức tạp

Thiết bị rất phức tạp, máy rung, cần trục lớn

Thiết bị thi công tương đối đơn giản

Vật liệu xây

dựng

Dưới đáy bệ không cần vật liệu

Giếng chìm tốn nhiều vật liệu

Dùng nhiều cốt thép

Dùng nhiều thép để hàn mặt bích

Dùng thép ít, vật liệu cho thi công ít

Giá thành Rất thấp

Giá thành có thể gấp 2¸3 lần cọc khoan nhồi

Giá thành xấp

xỉ hoặc cao hơn cọc khoan nhồi

Giá thành rất cao

Giá thành thấp

Tiến độ thi

công

Nước cạn thi công rất nhanh, nước sâu thi công chậm

Thi công rất chậm, đặc biệt khi đáy móng đặt trên nền đá

Khi đất nền khó, tiến độ thi công chậm

Tiến độ thi công nhanh

Tiến độ thi công tương đối nhanh

Vùng có

hang castơ Chỉ áp dụng

Không áp dụng được, Không đóng Áp dụng được Có khó khăn

cạn nghiêng đá vôi thành cao

b Một số nhược điểm của cọc khoan nhồi:

(1) Tác nghiệp tại hiện trường nhiều, khó thi công theo các phương pháp lắp ghép, công xưởng hoá

(2) Còn dùng nhiều đến lao động chân tay Chất lượng cọc phụ thuộc rất nhiều vào trình độ và kinh nghiệm của công nhân

(3) Sau khi cọc đúc xong, công tác kiểm tra đánh giá chất lượng cọc tương đối khó khăn

(4) Quá trình thi công còn tồn tại một số vấn đề khó xử lý như: Sụt lở thành vách, rửa lỗ khoan, mất dung dịch trong lỗ khoan

2 Phạm vi áp dụng:

(1) Chiều sâu nước và lưu tốc: Cọc khoan nhồi thi công trên bờ và vùng nước

cạn đã rất phổ biến, còn đối với việc thi công dưới nước thì cọc khoan nhồi cũng rất hiệu quả Trước mắt với chiều sâu nước tới 9m ta vẫn có khả năng thi công Với các phương pháp thi công cọc khoan nhồi hiện nay thì với lưu tốc nước tới 3m/sec và chiều sâu tới 5 ¸ 6m cũng có thể thi công được

(2) Nước có áp lực và chênh lệch mặt hố: Tại Hà Nội cũng có tầng cát chảy

(nước có áp lực), chúng ta cũng đã thi công xong hàng loạt cọc khoan nhồi có đường kính D = 800, 1000 và 1200mm dùng cho các nhà cao tầng

Ở các hang castơ sống cũng thường gặp hiện tượng nước có áp lực

Gặp trường hợp nước có áp lực cần tính toán kỹ chiều cao cột nước để tìm biện pháp khắc phục Tốt nhất phải có thiết bị giữ ổn định chiều cao cột nước trong ống vách

(3) Các loại đất: Cọc khoan nhồi có thể áp dụng cho các loại đất đá Khi gặp đá

vôi có hang castơ cần đặc biệt chú ý độ sâu và kích thước của hang

Khi gặp đất nền có góc nội ma sát nhỏ hơn 12° cần đặc biệt lưu ý hiện tượng lở thành vách

(4) Loại cọc khoan nhồi:Cọc ma sát thường được áp dụng phổ biến, chiều dài

cọc hiện nay tại Việt Nam đã đạt đến 87m (móng cầu Lạc Quần)

Khi tầng phủ mỏng và chiều sâu xói lớn thì dùng cọc chống là hợp lý nhất Cọc khoan nhồi trong vùng đá vôi thì dù sâu bao nhiêu cũng nên coi là cọc chống Với cọc chống thì nên bỏ qua khả năng chịu tải theo ma sát của lớp đất phủ Ngoài ra trong tầng đất phủ nếu có lớp đất yếu thì phải chú ý xét đến ma sát âm

3 Một số công trình điển hình sử dụng cọc khoan nhồi trong vùng castơ :

Đối với Việt Nam, đặc điểm địa hình chủ yếu là đồi núi (chiếm đến 3/4 diện tích) Trong đó đá vôi được coi là một tài nguyên khoáng sản lớn thứ 2 ở châu Á,

sau Trung Quốc với gần 6000 km2 lộ diện, chiếm gần 20% diện tích cả nước (tài liệu của VIBEKAP) Chúng ta có các hang động nổi tiếng như động Phong Nha (Quảng Bình) với hệ thống sông ngầm dài hàng trăm cây số, động Hòa Bình Việc

xử lý nền móng công trình qua khu vực này là một vấn đề rất khó khăn, trong đó giải pháp cọc khoan nhồi là sự lựa chọn hiệu quả nhất Một số công trình tiêu biểu như :

Móng trụ cầu Đông Kinh (Lạng Sơn ) sử dụng cọc khoan nhồi đường kính 100

cm, dài 10 ¸15 m, khả năng chịu tải của cọc 500 ¸ 600 tấn Cọc xuyên qua địa tầng

có hang động castơ, chân cọc tựa trên nền đá vôi, thi công bằng máy khoan GPS

1500 của Trung Quốc

Móng trụ cầu Non Nước (Ninh Bình) sử dụng cọc khoan nhồi đường kính 1.5m, cọc dài 40 ¸ 60m, khả năng chịu tải của cọc 910 ¸ 950 tấn Cọc xuyên qua địa tầng

có hang động castơ, chân cọc tựa trên nền đá vôi, thi công bằng máy khoan Leffer Móng mố trụ cầu Đá Bạc trên Quốc lộ 10, sử dụng móng cọc khoan nhồi đường kính 1.5 và 2m Cọc xuyên qua địa tầng hang castơ (có cả hang castơ sống và castơ chết), thi công bằng máy khoan QJ250-1

Móng mố trụ cầu Bợ (Hoà Bình) sử dụng cọc khoan nhồi đường kính 1.5m Cọc xuyên qua địa tầng hang castơ sống, quá trình khoan thường xuyên bị mất dung dịch, sử dụng máy khoan BAUER

Móng nhà máy xi măng Tam Điệp do Đan Mạch thiết kế và giám sát thi công,

sử dụng hàng trăm cọc khoan nhồi đường kính 100 ¸125 cm Toàn bộ nhà máy nằm trên khu vực hang động castơ

Móng mố trụ cầu Hoàng Long (Thanh Hoá) sử dụng cọc khoan nhồi đường kính 2m xuyên qua địa tầng hang castơ Trong quá trình khoan tạo lỗ đã sử dụng kết hợp 2 loại thiết bị: máy khoan gầu xoay ED 4000 để khoan tầng đất, sau đó dùng máy khoan theo nguyên lý tuần hoàn ngược TRC để khoan tiếp vào tầng đá gốc Móng nhà máy xi măng Hải Phòng hiện đang thi công, sử dụng cọc khoan nhồi đường kính D = 1m ¸1.25m, khối lượng cọc rất lớn Các cọc đều xuyên qua địa tầng hang castơ rất phức tạp

Đặc biệt đường Hồ Chí Minh giai đoạn I vượt qua khu vực Quảng Bình gồm 2 nhánh (nhánh Đông và nhánh Tây) Trong đó nhánh Tây đi trên đỉnh hệ thống hang động Phong Nha Các cầu xây dựng ở khu vực này đều sử dụng kết cấu móng cọc khoan nhồi để xuyên qua địa tầng hang động castơ Tiêu biểu như:

Cầu Troóc (Bố Trạch - Quảng Bình): Sử dụng móng cọc khoan nhồi đường kính D = 80 cm, sức chịu tải của cọc 420 ¸ 450 tấn Chiều dài cọc thay đổi từ 18 ¸ 28m Trong đó bề dày lớp đất phủ khoảng 8m, còn lại là đá vôi phong hoá nứt nẻ, hang rãnh castơ, có hang vòm cao 2.4m Sử dụng máy khoan đập cáp CZ-30 của Trung Quốc Giữ thành hố khoan bằng ống vách, việc khoan cọc gặp rất nhiều khó khăn

Cầu Trạ Ang (Bố Trạch- Quảng Bình): Sử dụng móng cọc khoan nhồi đường kính D = 100 cm Sức chịu tải của cọc 500 ¸ 600 tấn Chiều dài cọc thay đổi D =

19 ¸39 m Bề dày tầng đất lớp phủ khoảng 8 ¸10m Còn lại là đá vôi nứt nẻ, hang

rãnh castơ, có những cọc vượt qua 2 ¸3 tầng hang Sử dụng máy khoan GPS và đập cáp CZ-30 của Trung Quốc, giữ thành lỗ khoan bằng ống vách thép Việc khoan cọc rất khó khăn, mất rất nhiều thời gian, có cọc khoan đến 6 tháng

Cầu Vĩnh Sơn (Bố Trạch - Quảng Bình) thuộc nhánh Đông đường Hồ Chí Minh: Sử dụng kết cấu cọc khoan nhồi đường kính D = 1 m (mố 5 cọc, trụ 4 cọc), khi khoan kiểm tra mùn đầu cọc phát hiện bên dưới mũi cọc là hang động castơ (trần vòm hang còn khoảng 1 m ), phải xử lý mất nhiều thời gian

4 Hệ thống quy trình, quy phạm thiết kế, thi công và nghiệm thu cọc khoan nhồi:

Bộ GTVT và Bộ Xây dựng đã ban hành một số tiêu chuẩn liên quan đến công tác khảo sát, thiết kế thi công và nghiệm thu cọc khoan nhồi như :

- Quy trình khoan thăm dò địa chất công trình 22 TCN 259-2000

- Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế 20 TCN 21 - 86

- Cọc khoan nhồi - Yêu cầu về chất lượng thi công TCXD 206 - 1998

- Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu các công tác về nền móng TCXD 79-

1980

- Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu cọc khoan nhồi 22 TCN 257 - 2000

- Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 18 - 79

- Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-2001

- Quy trình thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của nền đá 22 TCN 57 - 84

Trong các quy trình quy phạm trên, chưa có một tài liệu nào chỉ dẫn chi tiết về

việc khảo sát thiết kế đối với các công trình đặt trên vùng địa chất có hang động castơ Trước bức xúc trong việc giải quyết các vấn đề liên quan đến các sự cố trong

thi công cọc khoan nhồi ở các cầu trên đường Hồ Chí Minh đi qua khu vực hang động castơ Bộ GTVT đã có văn bản số 351/GTVT-CGĐ ngày 12 tháng 2 năm

2001 hướng dẫn quá trình khảo sát thiết kế và thi công các công trình trên tuyến đường Hồ Chí Minh trong vùng địa chất có hang động castơ, trong khi chờ ban

hành chính thức “Hướng dẫn chi tiết quy định khảo sát thiết kế, thi công cọc khoan nhồi trong vùng hang động Castơ“ Tuy nhiên nội dung của công văn này

cũng chưa đưa ra các biện pháp cụ thể nhằm khắc phục các sự cố phát sinh trong quá trình thi công cũng như nguyên tắc thiết kế cọc khoan nhồi trong vùng hang động castơ

Một trong các vấn đề quan tâm hiện nay là các giải pháp để xử lý trong quá trình thi công cọc trong vùng hang động castơ Với các giải pháp như vậy thì việc tính toán sức chịu tải của cọc sẽ theo mô hình tính tóan nào cho phù hợp thực tế Vấn đề tổng kết các kinh nghiệm thiết kế và thi công cọc khoan nhồi trong vùng hang động castơ là rất cần thiết Trong tàI liệu này sẽ cố gằng đưa ra một số ý kiến bước đầu về vấn đề này

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ CÁC SỰ CỐ THƯỜNG GẶP KHI THI CÔNG

CỌC KHOAN NHỒI TRONG VÙNG HANG ĐỘNG CASTƠ

Đặc điểm công nghệ thi công cọc khoan nhồi là khoan tạo lỗ trong nền đất, giữ

ổn định vách hố khoan bằng ống vách, dung dịch bentonit Sau đó tiến hành đúc cọc theo phương pháp đổ bê tông trong nước Do vậy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thi công và có thể thường xẩy ra rất nhiều sự cố, có khi ảnh hưởng xấu đến chất lượng cọc khoan nhồi Các móng cọc khoan nhồi xây dựng trong vùng địa chất

có hang động castơ có những khó khăn riêng biệt và những sự cố riêng, ngoàI những sựcố như các cọc khoan nhồi thông thường

Trước tiên, xin giới thiệu vài nét về hiện tượng castơ

I/ HIỆN TƯỢNG CASTƠ:

I.1 Khái niệm:

Khi đá vôi, đá đôlômit, đá phấn, đá macnơ, thạch cao, anhiđrit, muối mỏ và muối kali bị nước trên mặt và nước dưới đất hoà tan và rửa lũa thì trên mặt đất hình thành những phễu, những hố sụt cùng những dạng khác của địa hình, còn ở bên trong đất đó là những chỗ trống, khe rãnh và hang đủ kiểu loại Người ta gọi tất cả những loại hình ở trên mặt và dưới đất được tạo nên bằng cách như vậy là castơ Hang castơ thường có ở những vùng nền đá vôi bị hoà tan trong nước như cacbonat, sunfat, muối mỏ và muối kali Castơ không thể tạo thành được ở các loại đất đá khác

Ngoài ra hang castơ có thể hình thành do cấu tạo địa tâng (ví dụ như ở Lạng Sơn)

I.2 Các loại hình trên mặt và dưới sâu của castơ:

Theo N.A Gvôzđetxky (1972) nhận xét rằng những loại hình castơ trên mặt gồm có: Gờ và rãnh, khe hẻm và mương xói không còn hoạt động, máng castơ, lòng chảo, bãi thấp, lỗ của miệng giếng, lỗ hé rộng và vực tự nhiên, vách đá dựng đứng

và dốc, hang lộ thiên và lối vào hang ngầm Tất cả những loại hình đó đều là những yếu tố quan trọng của cảnh quan castơ Đối với công tác thiết kế nền và móng công trình thì các dạng ngầm castơ (rãnh, đường thông thương, nhiều tầng hang ) có ý nghĩa đặc biệt, bởi vì cơ cấu hang ngầm rất phức tạp và cấu trúc bên

nhưng cách phân loại sau có ý nghĩa thực tế nhất đối với việc thiết kế nền móng

công trình: Đó là hang castơ sống và castơ chết

- Castơ sống: Đó là các hang hốc castơ, rãnh, mạch ngầm vẫn đang trong quá

trình castơ hoá, tức là vẫn có nước tích tụ hoặc lưu thông trong hang, rãnh, tiếp tục hoà tan đá để phát triển hệ thống hang, rãnh này Biểu hiện là trong lòng hang có thể là mạch nước hoặc bùn sét, hữu cơ

- Castơ chết: Đó là hệ thống hang, rãnh mương đã kết thúc quá trình castơ hoá,

biểu hiện là trong lòng hang, mương, rãnh khô hoặc được nhét đầy đất, đá

I.3 Thiết kế và xây dựng công trình ở vùng có castơ:

Sự tồn tại castơ ở một vùng nào đó bao giờ cũng chứng tỏ rằng đá có thể mất tính liền khối và ổn định, độ thấm nước của đá tăng lên, mức độ sũng nước thường rất lớn Vì vậy, việc thiết kế và xây dựng các công trình ở vùng castơ bao giờ cũng phải dựa trên kết quả nghiên cứu địa chất công trình chi tiết hơn so với các vùng không có castơ Trong các tài liệu nghiên cứu như vậy, phải nhận xét và đánh giá được các vấn đề sau với mức độ chi tiết tương ứng với từng giai đoạn khảo sát và thiết kế công trình:

(1) Chiều sâu và thế nằm của đá bị hoà tan kể từ mặt đất, địa hình của bề mặt

đá Chiều dày, thành phần và tính chất của các trầm tích phủ

(2) Chiều dày của các đá bị hoà tan, mức độ castơ hoá, sự phân bố không gian của các loại hình castơ trên mặt và dưới sâu, ảnh hưởng của chúng tới sự ổn định chung của khu vực

(3) Phạm vi chịu nén của công trình đang thiết kế, kích thước lan rộng của phạm vi đó trong đá bị castơ hoá, khả năng chịu tải của đá này cũng như của các trầm tích phủ

(4) Độ thấm nước và độ giàu nước của đá bị castơ hoá, chiều sâu, thế nằm của mực nước castơ, cột nước có áp khi thiết kế các công trình đặt móng sâu, công trình ngầm

(5) Cường độ phát triển của castơ, các dạng, loại hình và tần số xuất hiện castơ, nguyên nhân và điều kiện thúc đẩy nó phát triển

(6) Những nguyên tắc và phương pháp đang được áp dụng để xây dựng và đảm bảo sự ổn định của các công trình trên cơ sở đúc rút kinh nghiệm xây dựng và khai thác nhiều công trình trong khu vực đang nghiên cứu

(7) Xác định được bề dày của đá vôi nguyên khối dưới chân cọc dự kiến

(8) Biện pháp xử lý hang castơ ở phạm vi thân cọc

(9) Xác định được hang castơ do hình thành tại chỗ hay do cấu tạo địa tầng Hang castơ còn phát triển hay đã ổn định

Sau đây sẽ trình bày một số sự cố đã gặp ở một số cầu sử dụng kết cấu móng cọc nhồi qua vùng hang động castơ

I.4 Ví dụ về hiện trạng castơ ở nhà máy xi măng Tam Điệp:

Nhà máy xi măng Tam Điệp (Ninh Bình) do Đan Mạch thiết kế và giám sát thi công Móng sử dụng kết cấu cọc khoan nhồi Toàn bộ kết cấu móng sử dụng khoảng gần một nghìn cọc Trước khi khoan cọc nhồi, tư vấn giám sát đã cho khoan kiểm tra castơ tại tim mỗi cọc Tài liệu khoan kiểm tra castơ tại 175 cọc do Công ty Tư vấn xây dựng công trình thuỷ I thi công cho kết quả như sau:

Hình 1: Nhà máy xi măng Tam Điệp

1.50 §¸ v«i mÇu x¸m xanh phong ho¸ nøt nÎ m¹nh,

xuÊt hiÖn nhiÒu hang, r·nh Karster ®-îc lÊp nhÐt bïn sÐt.

HiÖn tr¹n g C as t¬ n h µ m¸y Xi m¨n g Ta m §iÖp

111 34

- 111 cọc (chiếm 63%) không có hiện tượng castơ

- 34 cọc (chiếm 19%) xuyên qua 1 tầng hang castơ

- 21 cọc (chiếm 12%) xuyên qua 2 tầng hang castơ

- 7 cọc (chiếm 4%) xuyên qua 3 tầng hang castơ

- 1 cọc (chiếm 0.6%) xuyên qua 4 tầng hang castơ

- 1 cọc (chiếm 0.6%) xuyên qua 5 tầng hang castơ

Hang castơ có chiều cao vòm từ 0.3 ¸ 3.2m Trong số 99 hang castơ trên có 77 hang castơ sống (trong chứa nước hoặc bùn nhão) chiếm 78%, còn lại là hang castơ chết

Có thể nói cấu trúc địa tầng trong vùng núi đá vôi của Việt Nam như Hoà Bình, Ninh Bình, Thanh Hoá, Quảng Bình rất phức tạp Cho nên việc thiết kế các kết cấu nền móng công trình xây dựng trên khu vực này cần phải đặc biệt chú trọng đến công tác khảo sát địa chất, nhằm đưa ra các giải pháp móng thích hợp

II/ MỘT SỐ VÍ DỤ CỤ THỂ VỀ SỰ CỐ MÓNG CẦU DÙNG CỌC KHOAN NHỒI TRONG VÙNG HANG CASTƠ

II.1 Cầu Troóc:

II.1.1 Giới thiệu chung:

Hình 2: Cầu Troóc - đường HCM

Cầu Troóc nằm ở đầu tuyến đường Hồ Chí Minh (nhánh Tây), cầu bắc qua sông Troóc thuộc địa phận huyện Bố Trạch - Quảng Bình, gần khu vực động Phong Nha Chế độ thuỷ văn của sông Troóc ảnh hưởng rất lớn của hệ thống hang động, ngầm ở bên dưới Bình thường nước chảy rất chậm, ít nước nhưng khi thượng nguồn có mưa, nước từ các hệ thống hang động chảy về rất nhanh

Khu vực xây dựng cầu tương đối bằng phẳng, hai bờ là 2 bãi đất rộng, lòng sông có vài vị trí lộ đá gốc liền khối, mặt cắt địa chất tại một số cọc ở mố, trụ như sau:

Các mố trụ có kết cấu móng cọc khoan nhồi đường kính F800mm Chiều dài cọc thay đổi L = 18 ¸ 29m

- Trong quá trình khảo sát thiết kế kỹ thuật (mỗi mố, trụ 1 lỗ khoan tại tim) Phát hiện thấy có hiện tượng hang động castơ và đã thiết kế cọc khoan nhồi trong

đó chỉ định dùng công nghệ khoan tạo lỗ có ống vách và để lại ống vách sau khi đổ

bê tông cọc

Trong bước bản vẽ thi công, theo yêu cầu của Bộ Giao thông vận tải tại mỗi vị trí tim cọc đều khoan săm 1 lỗ khoan địa chất để xác định chiều dài cọc chính thức đối với từng cọc, với nguyên tắc mũi cọc phải đặt trên đá liền khối tối thiểu 5 m Kết quả khoan săm cho thấy cao độ đặt mũi cọc rất khác nhau điều đó chứng tỏ hệ thống hang động castơ bên dưới phát triển rất phức tạp Ngoài ra cường độ đá vôi lớn R' = 1400 kG/cm2

II.1.2 Công nghệ khoan cọc nhồi cầu Troóc :

(1) Dưới thiệu năng lực máy khoan CZ-30 của Trung Quốc :

- Phương pháp khoan : Dùng phương pháp khoan đập

- Đường kính khoan : 600 ¸1500 mm

- Chiều sâu khoan lớn nhất : 80m

- Trọng lượng quả búa 2.5 tấn

- Bảo vệ thành hố khoan bằng ống vách thép và để lại sau khi đổ bê tông

(2) Trình tự các bước công nghệ :

*Bước 1 :

- San nền mặt bằng công trường, làm lán trại, đường vào công trường, đắp cạp

mở rộng mặt bằng thi công mố Đối với trụ đắp đường công vụ cho máy khoan xuống và đắp đào thi công trụ

- Thi công hệ thống thoát nước tạm

* Bước 2 :

- Lập, dựng và định vị ống vách

- Dùng búa đóng cọc chấn động để đóng ống vách xuống Để cho thành ống vách phía trên không bị biến dạng, phải đặt trên miệng ống 1 tấm thép dày 30mm

- Dùng búa đập đất, đá trong lòng ống vách, lấy mùn khoan bằng gàu

- Kiểm tra độ lắng động và mùn trong lỗ khoan

- Kiểm tra cao độ đáy lộ khoan

- Nghiệm thu lỗ khoan

- Bê tông đúc cọc được cấp từ trạm trộn đặt ở trên bờ

- Đổ bê tông cọc bằng ống dẫn thẳng đứng (ống tremie)

Hình trụ lỗ khoan cầu troóc - LK1

2

-1.66 11.00

11.00 S ét pha mầu xá m vàng nâu đỏ, đôi chỗ

lẫ n cát pha, cuội sỏi.

3a -5.86 15.20

4.20

Đá vôi mầu xám trắng, phong hoá nứt

nẻ mạnh, đôi chỗ vỡ vụn Xen kẹ p nhiều hanh rãnh Castơ đ-ợc lấ p nhét đầy bởi

9.00 2.0 3.0 4.0 710.50 6.0 8.0 12.0 20

0 10 20 30 40 50

0.00 8.50

lẫn cát pha, cuội s ỏi.

3a

-3.70 12.20

3.70

Đá vôi mầu xám trắng, phong hoá nứt

nẻ mạnh, đôi chỗ vỡ vụn Xen kẹp nhiều hanh rãnh Cas tơ đ-ợc lấp nhét đầy bởi

(1) Sự cố mất bỳa khoan ở dưới đỏy lỗ:

- Sự cố xảy ra khi khoan tạo lỗ cọc số 3 của mố Mo Theo kết quả khoan thăm dũ địa chất, cọc số 3 dài 22m (tớnh từ đỏy bệ) khi khoan gần đến cao độ mũi cọc, do đỏ gốc nứt nẻ, hang hốc cho nờn bỳa khoan bị trượt và kẹt vào hốc đỏ Đơn vị thi cụng

đó dựng mỏy khoan để giật bỳa lờn nhưng khụng được, càng giật, bỳa càng kẹt sõu

thêm Sau đó đơn vị thi công đã phải dùng 2 kích thủy lực 25 tấn đặt 2 bên, làm một tay đòn bằng thép, buộc cáp, kích đầu búa Kết quả là quả búa bị đứt làm đôi, phần trên búa bật lên, còn toàn bộ phần dưới búa vẫn kẹt lại dưới đáy lỗ khoan

Sau khi sự cố xảy ra, các bên hữu quan : Ban QLDA HCM, Ban khu vực, tư vấn giám sát, tư vấn thiết kế, đơn vị thi công đã bàn cách khắc phục, đưa ra rất nhiều biện pháp để xử lý, trong đó có cả biện pháp khoan bổ sung 01 cọc bên cạnh,

đổ bê tông lấp cọc đã khoan Sau rất nhiều thời gian sự cố trên mới được giải quyết

(2) Sự cố trượt búa, tụt ống vách:

- Sự cố xảy ra khi khoan cọc số 4 trụ T1

- Khi khoan cọc số 4 đến độ sâu khoảng

gần 20m Khi búa đang đập đá ở đáy lỗ khoan có

hiện tượng ống vách bị kéo tụt xuống Đơn vị thi

công ngừng khoan, cho người xuống điều tra

nguyên nhân: Một phần tiết diện lỗ khoan có đá

gốc tạo thành mặt nghiêng Trong quá trình hạ

ống vách bằng búa, đáy ống vách bị xé rách,

quăn lại và trượt theo mặt đá Khi búa khoan đập

đất đá đã đập vào ống vách và kéo luôn ống vách

tụt xuống Việc giải quyết sự cố này tuy không

nguy hiểm, khó khăn như sự cố trên nhưng cũng

mất rất nhiều thời gian

II.2 Cầu Trạ Ang :

II.2.1 Giới thiệu chung:

Cầu Trạ Ang nằm trên đường Hồ Chí Minh, nhánh phía tây Vị trí cầu sát với ngã tư giao giữa đường Hồ Chí Minh và đường 20, cầu thuộc huyện Bố Trạch- Quảng Bình

Mố trụ cầu có kết cấu móng cọc khoan nhồi đường kính D = 100 cm

sù cè tr-ît bóa, tôt èng v¸ch

Bóa khoan èng v¸ch

Trong quá trình thiết kế kỹ thuật cũng phát hiện thấy hệ thống hang động castơ rất phức tạp ở bên dưới Trong bước BVTC tiến hành khoan săm địa chất tại tim các cọc để quyết định cao độ mũi cọc Kết quả khoan cho thấy cao độ mũi cọc rất khác nhau Trong đó cọc dài nhất L = 39m, xuyên qua 3 tầng hang castơ

Cũng như cầu Troóc, kết quả thí nghiệm nén mẫu đá tại cầu Trạ Ang cho thấy

đá vôi ở đây có cường độ rất cao ( R' = 1400 kG/cm2)

II.2.2 Công nghệ :

Việc thi công cọc khoan nhồi tại cầu Trạ Ang cùng lúc sử dụng 2 loại máy khoan :

- Máy khoan đập cáp CZ -30 của Trung Quốc (như ở cầu Troóc)

- Máy khoan xoay: GPS -15 của Trung Quốc (tuần hoàn thuận)

+ Đường kính lỗ khoan: 0.8m, 1m, 1.2m và 1.5m

+ Độ sâu lỗ khoan có thể đạt: Đá 50m, tầng phủ 80m

+ Động cơ điện: Kiểu Y200L-4

- Cả hai loại máy này đều sử dụng ống vách thép để lại để giữ thành lỗ khoan trong quá trình khoan tạo lỗ Do đá vôi ở đây có cường độ lớn, rất cứng cho nên việc khoan bằng máy khoan xoay tỏ ra không có hiệu quả Cả ngày có khi chỉ khoan được khoảng 20cm

II.2.3 Trình tự các bước công nghệ: Giống như cầu Troóc

II.2.4 Sự cố kỹ thuật :

Do địa tầng đặt móng mố trụ ở cầu Trạ Ang có hệ thống hang động castơ rất phức tạp Có những cọc đi qua 3 tầng hang, mặt hang lồi lõm, nghiêng dẫn đến việc khoan rất khó khăn và thường xuyên xảy ra sự cố Sự cố hay gặp nhất khi khoan là sự cố kẹt búa, rơi búa đối với máy khoan đập cáp CZ-30 Trong đó nguy hiểm nhất là khi búa rơi ở độ sâu hơn 30m (tính từ mặt đất thiên nhiên), việc giải

quyết sự cố này mất nhiều

H×nh trô lç khoan cÇu tr¹ ang - lk1

cøng

5a 27.88 11.20 0.70

26.38 12.70

1.50 26.18 12.90 0.20

8.05 6.0 14.0 10.0 2410.20 7.0 26.0 30.0 56

0 10 20 30 40 50

Dẻo mề m đến dẻo cứng.

25.81 16.30 0.30

23.41 18.70

2.40 23.21 18.90 0.20

22.71 19.40 0.50

19.91 22.20

2.80 19.61 22.50 0.30

17.31 24.80

2.30 16.71 25.40 0.60

15.31 26.80

1.40 14.51 27.60 0.80

9.45 4.0 5.0 8.0 1310.50

10.95 3.0 5.0 7.0 1212.00 2.0 3.0 5.0 8

đáy cọc đặt trên vòm hang Castơ

quả, tiến độ rất chậm Việc sử dụng mỏy khoan đập cỏp tiến độ nhanh hơn nhưng rất hay gặp sự cố kỹ thuật phải xử lý

II.3 Cầu Bợ :

Việc khoan thăm dũ khảo sỏt địa chất chưa phản ỏnh hết thực trạng hang castơ dưới tầng địa chất dẫn đến việc ỏp dụng cụng nghệ chưa phự hợp dẫn đến sự cố kỹ thuật xảy ra tại cầu Bợ

Khi khoan cọc nhồi tại cầu Bợ, gặp hang castơ cú bựn nhóo (dấu hiệu là độ lỳn cần khoan tăng lờn đột ngột, cao độ dung dịch trong lỗ khoan dõng lờn) Việc xử lý hang castơ ở cầu Bợ cũng mất rất nhiều thời gian

II.4 Cầu Vĩnh Sơn:

Cầu Vĩnh Sơn thuộc dự ỏn đường Hồ Chớ Minh (nhỏnh đụng), vị trớ cầu tại huyện Bố Trạch - tỉnh Quảng Bỡnh

Quỏ trỡnh khoan thăm dũ địa chất ở bước

thiết kế kỹ thuật khụng phản ỏnh hết mức độ

hang castơ dưới địa tầng dẫn đến sự cố phải xử

lý mất thời gian và tốn kộm

Cầu Vĩnh Sơn cú sơ đồ nhịp 3x33m, múng

mố trụ sử dụng cọc khoan nhồi đường kớnh

D=1m (mố 5 cọc, trụ 4 cọc) Sau khi khoan và

đổ bờ tụng cọc khoan nhồi tại trụ T2 Tiến

hành khoan kiểm tra mựn ở mũi cọc phỏt hiện

thấy chõn cọc đặt trờn vũm hang castơ mà trần

hang cũn rất mỏng Sau đú đơn vị thi cụng đó

phải tiến hành mở rộng bệ múng trụ, khoan bổ

sung cọc Mất rất nhiều thời gian và lóng phớ

II.5 Cầu Đá bạc:

Cầu Đá Bạc Km6+262.98 nằm trong Dự án Cải tạo và nâng cấp QL10 gói thầu B1, đoạn Bí Chợ ¸ Ninh Bình do Chính phủ Việt Nam nhận vốn vay của Quỹ hợp tác kinh tế Hải ngoại Nhật bản để thực hiện

Cầu chính với ba nhịp dầm hộp liên tục sơ đồ 60 + 105 + 30 (m) theo phương pháp đúc hẫng cân bằng

Cầu dẫn hai bên nhịp chính gồm 4 nhịp dầm BTCT DUL, L = 35m

Trong thiết kế kỹ thuật, 2 trụ chính của nhịp liên tục (P5 và P6) được thiết kế đặt trên móng giếng chìm hở Tại trụ P5 (đặt gối di động) đường kính giếng chìm là 12m, tại trụ P6 (đặt gối cố định) đường kính giếng chìm là 14m Còn hai trụ biên của nhịp chính, các trụ của nhịp dẫn và 2 mố được thiết kế đặt trên nền móng cọc khoan nhồi đường kính D=1.5m Do công nghệ thi công giếng chìm phải đầu tư rất nhiều công nghệ mới nên đơn vị trúng thầu Tổng công ty xây dựng Thăng long đã xin phép Bộ GTVT đổi móng giếng chìm của 2 trụ chính P5, P6 thành móng cọc khoan nhồi đường kính 2m đồng bộ với công nghệ thi công móng kết cấu bên dưới của toàn cầu

Địa chất tại khu vực xây dựng cầu rất xấu, cấu tạo địa tầng gồm lớp trên là bùn sét dẻo chảy hoặc sét pha chiều dày trung bình 8 ¸ 12m ngay dưới là lớp đá phong hoá nứt nẻ mạnh, có rất nhiều hang castơ, xuất hiện tại tất cả các trụ cầu gây ra khó khăn cho công tác thi công cọc khoan nhồi

Phương án thi công cọc khoan nhồi:

Dùng máy khoan QJ250-1 trên hệ sàn đạo để khoan cọc khoan nhồi Các bước thi công tiến hành bình thường như các công nghệ khác Tuy nhiên, quá trình khoan cọc rất khó khăn do gặp các hang castơ sống (mất dung dịch khoan) hoặc các hang castơ chết tuy không mất dung dịch khoan nhưng việc xử lý bề mặt đá nghiêng rất phức tạp

II.6 Nhà máy xi măng Tam Điệp:

Quá trình thi công cọc khoan nhồi tại nhà máy xi măng Tam Điệp gặp rất nhiều

sự cố, đặc biệt trong công đoạn đổ bê tông Công nghệ khoan tạo lỗ đa số sử dụng phương pháp khoan xoay ống vách, khi đổ bê tông, ống vách sẽ được rút dần lên Mặc dù trước khi khoan tạo lỗ đã khoan thăm dò địa chất và nhà thầu đã sử dụng các biện pháp để xử lý hang castơ, nhưng do kết quả khoan địa chất không phản ánh hết hoặc mức độ nứt nẻ của đá vôi quá lớn nên khi đổ bê tông cọc có hiện tượng mất bê tông so với khối lượng bê tông tính toán theo lý thuyết Cá biệt tại một số cọc có hiện tượng khi đang đổ bê tông thì bê tông tươi bị tụt xuống rất nhanh, khối lượng bê tông thực tế và lý thuyết chênh nhau rất nhiều

III/ CÁC SỰ CỐ THƯỜNG XẢY RA CHO CỌC KHOAN NHỒI TRONG VÙNG HANG ĐỘNG CASTƠ:

Cọc khoan nhồi trong vùng hang động castơ cũng có thể gặp các sự cố thông thường như cọc khoan nhồi trong vùng địa chất thông thường, có thể tổng kết các

sự cố chính yếu nhất như:

III.1 Các dạng sự cố điển hình trong thi công móng cọc khoan nhồi nói chung:

III.1.1 Trong công đoạn khoan tạo lỗ:

Lựa chọn phương pháp khoan và máy khoan

Phạm vi áp dụng Phương pháp khoan lỗ

kính lỗ (cm)

Chiều sâu (m)

Tác dụng bentonit

1 Khoan xoay tuần hoàn

lỗ không phù hợp hay xảy ra các sự cố

- Vị trí khoan bị vướng phải các vật cản như các cọc thép, dầm thép hình, cọc

bê tông cốt thép hay cấu kiện cứng nằm sâu trong lòng đất gây khó khăn cho việc khoan tạo lỗ, đôi khi không thể trục vớt các vật cản lên được

- Không hạ ống chống đến cao độ yêu cầu hoặc khoan không xuống: Do gặp đá

mồ côi hoặc các vật cản khác

- Sập thành vách lỗ khoan

- Dung dịch bentonit đông tụ nhanh và nhiều xuống đáy lỗ khoan

- Lớp màng áo sét bám quanh thành vách hố khoan quá dày

III.1.2 Trong công đoạn gia công cốt thép:

- Không hạ được lồng cốt thép vào lỗ khoan

- ống vách bị lún (do treo lồng thép quá nặng vào ống vách)

III.1.3 Trong công đoạn đổ bê tông cọc:

- Tắc nghẽn bê tông trong ống

- Mực bê tông bị hạ xuống khi rút ống vách lên

- Khi rút ống vách lên làm kéo theo cả khối bê tông và phần cọc dưới ống vách cũng bị lồng thép kéo lên theo hoặc tạo thành vòng rỗng trong bê tông

- Bê tông thân cọc bị phân tầng, rỗ và có vật lạ (như : thấu kính bùn, đất, vữa bentonit )

Ngoài ra do tính chất rất phức tạp của địa tầng, cọc khoan nhồi trong vùng hang động castơ còn có thể gặp phải các sự cố khác, đặc biệt trong công đoạn khoan tạo

lỗ Có thể kể các sự cố điển hình sau:

III.2 Các dạng sự cố điển hình trong thi công móng cọc khoan nhồi trong vùng hang động castơ:

III.2.1 Sự cố không rút được đầu khoan lên

- Khái quát công nghệ : Do điều kiện địa chất phía trên chủ yếu là bùn, cát pha,

sét pha, mũi cọc được thiết kế ngập vào tầng đá tối thiểu 50 cm, trong vùng hang động castơ đá gốc thường rất cứng Dùng công nghệ khoan ống vách để giữ thành trong suốt quá trình khoan ống vách được giữ lại không rút lên

- Diễn biến sự cố: Do một nguyên nhân nào đó như mất điện máy phát, hỏng

cẩu.v.v làm gián đoạn quá trình khoan cọc, cần phải rút đầu khoan lên ngay ngay sau khi mất điện thì đầu khoan bị kẹt ở đáy lỗ không cẩu lên được cũng không thể nhổ lên được Hoặc đầu khoan bị mắc trong các hang hốc đá, có khi dây cáp bị đứt làm búa rơi xuống và kẹt vào các khe đá

III.2.2 Hiện tượng không hạ được ống chống xuống cao độ yêu cầu hoặc ống chống bị tụt xuống khi thi công:

- Khái quát công nghệ : Do điều kiện địa chất phía trên chủ yếu là bùn, cát pha,

sét pha, phủ bên trên, ngay bên dưới là lớp đá với các hang hốc, bề mặt lồi lõm, mũi cọc được thiết kế ngập vào tầng đá tối thiểu 50 cm, trong vùng hang động castơ

đá gốc thường rất cứng (cường độ có khi lên đến 1400 kG/cm2

) Dùng công nghệ khoan ống vách để giữ thành trong suốt quá trình khoan ống vách được giữ lại không rút lên

- Diễn biến sự cố: ống chống khi hạ xuống mặt đá bị trượt, bị xé rách khi búa

đập đất đá, lại tác dụng vào ống chống làm hư hỏng ống chống hoặc kéo tụt ống chống xuống

III.2.3 Sự cố cọc bị xiên do búa khoan vào hang hốc castơ hoặc mặt đá nghiêng:

- Khái quát công nghệ : Do điều kiện địa chất phía trên là lớp phủ mỏng hoặc

vỉa đá gốc lộ ngay trên bề mặt (như ở trụ T2 cầu Troóc), bề mặt đá gốc ngiêng hoặc

có các hang castơ, mũi cọc được thiết kế ngập vào tầng đá tối thiểu 50 cm Dùng công nghệ khoan ống vách để giữ thành trong suốt quá trình khoan, ống vách được giữ lại không rút lên hoặc dung công nghệ khoan không sử dụng ống vách

- Diễn biến sự cố: Khi búa khoan đập đất đá và đóng ống chống bị trượt theo

mặt đá và nghiêng theo mặt đá làm lệch vị trí cọc hoặc làm tim cọc bị nghiêng một góc so với phương thẳng đứng

III.2.4 Sự cố không rút được ống vách lên trong phương pháp thi công có ống vách:

Đây là hiện tượng khá phổ biến trong phương pháp thi công cọc có ống vách, vì việc rút ống vách khó hay không tuỳ thuộc vào chất đất mà ống vách đi qua và thao tác rút ống vách Ngoài ra do bề mặt đá gốc bị nghiêng lệch hoặc các hang hốc castơ làm cho tim cọc bị nghiêng lệch làm cho thiết bị nhổ ống vách không phát huy hết được năng lực

III.2.5 Sự cố sập vách hố khoan

Với phương pháp thi công cọc khoan nhồi khoan lỗ phản tuần hoàn ( dùng dung dịch giữ thành vách) sự cố xảy ra nhiều hơn so với phương pháp thi công dùng hoàn toàn ống vách do ngoài nhân tố chủ yếu là địa chất tác động đến quá trình khoan còn có nhân tố tác động chủ yếu khác là dung dịch giữ thành hố móng, trong đó việc quản lý dung dịch trong quá trình thi công đóng một vai trò quan trọng Ngoài

ra còn do tác động chủ yếu khác là do tác động từ thao tác công nghệ gây ra

(1) Do kém am hiểu một phần hay toàn bộ bản chất của đất nền và điều kiện địa chất, thuỷ văn của khu vực xây dựng công trình:

Hiện nay, công tác khảo sát, thăm dò địa chất nhiều khi chưa được quan tâm đúng mức Do kinh phí, đề cương khảo sát thường được trình duyệt với số lượng khoan hạn chế Kết quả khoan khảo sát chưa phản ánh được hết mức độ phức tạp của địa tầng bên dưới Mặt khác công tác điều tra, thí nghiệm trong phòng để xác định các yếu tố địa chất, thuỷ văn chưa được quan tâm đúng mức dẫn đến việc dùng các công nghệ, thành phần dung dịch khoan không thích hợp dẫn đến sự cố

(2) Hiện nay, mặc dù ở nước ta móng cọc khoan nhồi được áp dụng khá phổ biến nhưng chúng ta chưa ban hành được Tiêu chuẩn hướng dẫn quy trình khảo sát thiết kế, thi công cọc khoan nhồi trong vùng hang động castơ dẫn đến khi thi công cọc khoan nhồi gặp hang động caster thì cả Chủ đầu tư, Tư vấn giám sát và Đơn vị thi công đều lúng túng trong việc xử lý công nghệ, quyết định chiều dài cọc và đặc biệt là xử lý các sự cố xảy ra Kinh nghiệm cho thấy khi các sự cố xảy ra trong quá trình thi công cọc khoan nhồi gặp hang caster, việc xử lý sự cố thường mất rất nhiều thời gian, tốn kém, nguy hiểm và việc xử lý phụ thuộc rất nhiều vào năng lực chuyên môn của nhà thầu

(3) Do trình độ, kinh nghiệm của kỹ sư thiết kế: Trên cơ sở số liệu khoan thăm

dò địa chất với số lượng hạn hẹp, kỹ sư thiết kế chưa đủ kinh nghiệm để dự đoán hết tính chất phức tạp của địa tầng khu vực, không đánh giá hết các ảnh hưởng của hang động castơ trong quá trình thi công dẫn đến trong đồ án không có các lưu ý cần thiết để nhà thầu chuẩn bị các công nghệ phù hợp

(4) Do hợp đồng quy định quá eo hẹp hoặc tiến độ thi công với tiến độ không thích hợp làm cho các công tác chuẩn bị không chu đáo, các công tác kiểm tra bị bỏ sót dẫn đến sự cố xảy ra trong quá trình thi công

(5) Do năng lực chuyên môn và đạo đức nghề nghiệp của đội ngũ Tư vấn giám sát hiện trường chưa cao, trong quá trình giám sát thi công bỏ qua một số công tác chuẩn bị của nhà thầu, việc kiểm tra kỹ thuật ở các công đoạn không đến nơi đến chốn dẫn đến trong quá trình thi công xảy ra sự cố

IV.2 Các nguyên nhân do năng lực nhà thầu, công nghệ:

(1) Do nhà thầu không đủ năng lực hoặc cẩu thả trong quá trình thi công, vì khoan cọc nhồi trong hang động caster ngoài việc thường gặp các sự cố thông thường còn có thể gặp rất nhiều sự cố khác do tính chất phức tạp của địa tầng (2) Do không nắm vững được thị trường và có tầm nhìn tổng quan nên nhiều dây chuyền máy móc thiết bị và công nghệ nhập về đạt hiệu quả chưa cao, chỉ sử dụng cho một vài dự án mà không có khả năng sử dụng lại hoặc sử dụng lại ở các công trình khác thì rất hay bị trục trặc gây sự cố

(3) Do dây chuyền thiết bị không đồng bộ, công nghệ đưa ra không phù hợp với thực tế địa hình, địa chất, thuỷ văn dẫn đến gặp nhiều sự cố trong quá trình thi công và không đảm bảo chất lượng cọc nên phải xử lý hoặc khoan các cọc khác thay thế gây thiệt hại về kinh tế và ảnh hưởng đến tiến độ thi công công trình

(4) Do năng lực và kinh nghiệm củ đội ngũ công nhân và cán bộ kỹ thuật của nhà thầu còn hạn chế, quá trình thi công không tuân theo quy trình gây ra các sự cố không đáng có

IV.3 Các nguyên nhân do điều kiện địa tầng phức tạp:

- Một nguyên nhân khách quan khác dẫn đến các sự cố thường hay gặp phải

trong quá trình thi công cọc khoan nhồi trong vùng có hang động castơ là tính phức tạp của địa tầng Địa tầng chủ yếu có lớp phủ mỏng, không ổn định, ngay bên dưới

là lớp đá gốc rất cứng, cường độ có khi đến hơn 1400 kG/cm2, mặt đá lồi lõm hoặc nghiêng và đặc biệt là bên dưới là các hang hốc, có khi nhiều tầng hang liên tiếp Sự phức tạp của địa tầng dẫn đến một thực tế là rất khó tránh khỏi các sự cố trong quá trình thi công cọc khoan nhồi trong vùng hang động castơ, đó là điều chúng ta phải chấp nhận và tìm cách hạn chế tối thiểu các sự cố xảy ra

IV.4 Sự cố trong quá trình thi công và phương pháp quản lý chất lượng cọc khoan nhồi:

Cọc khoan nhồi thuỳ theo điều kiện địa chất công trình và thuỷ văn của hiện trường, có thể thi công theo phương pháp khô hoặc ướt Thực tế cho thấy rằng sự cố

và có nhiều vấn đề về chất lượng cọc trong phương pháp thi công ướt

Một trong các nguyên nhân gây sự cố chất lượng cọc khoan nhồi là những thiếu sót trong khâu quản lý chất lượng thi công cọc mà chủ yếu ở 3 khâu quan trọng sau đây :

Hình dạng lỗ khoan và đường kính hố khoan đối với phương pháp khoan xoay ống vách ta có thể hoàn toàn yên tâm, đối với phương pháp bảo vệ thành hố khoan bằng toàn ống vách cũng yên tâm Đối với phương pháp giữ ổn định thành hố khoan bằng dung dịch vữa sét, hình dạng lỗ khoan chỉ có thể đo bằng máy đo sóng âm Những sai số về mặt vị trí và kích thước cọc có thể căn cứ vào những quy định của các tiêu chuẩn tương ứng để xem xét và đánh giá

Sai số cho phép về lỗ cọc nhồi

(Theo TCXD 206 : 1998)

Sai số về vị trí cọc (mm) Phương pháp tạo

lỗ cọc

Sai số đường kính cọc (mm)

Sai số độ thẳng đứng (%)

Cọc đơn, cọc dưới móng bằng theo trục ngang, cọc biên trong nhóm cọc

Cọc dưới móng băng theo trục dọc, cọc ở trong nhóm cọc

D £ 1000 m m -0.1 D

và £ - 50

D/6 nhưng không lớn hơn 100

D/4 nhưng không lớn hơn 150

(1) Giá trị âm ở sai số cho phép về đường kính cọc là chỉ số mặt cắt cá biệt, khi có

mở rộng đáy cọc thì sai số cho phép ở đáy cọc là ± 100 mm

(2) Sai số cho phép về đường kính cọc khi dùng phương pháp đóng lại không chịu hạn chế của bảng này Sai số về độ nghiêng của cọc nghiêng không lớn hơn 15 % góc nghiêng của cọc

(3) Sai số cho phép về độ sâu lỗ khoan ± 100 mm

(4) H là khoảng cách giữa cốt cao mặt đất ở hiện trường thi công với cốt cao đầu cọc quy định trong thiết kế, D là đường kính thiết kế cọc

+ 15 cm đối với các công trình biển

Chú thích

ADSC : Hiệp hội các nhà thầu cọc khoan nhồi Mỹ;

FHWA : Cục đường bộ Liên bang Mỹ;

ACI : Viện bê tông Mỹ ;

ICE : Viện xây dựng dân dụng Anh;

CGS : Hiệp hội Địa kĩ thuật Canada

IV.4.1.2 Độ sạch ở đáy lỗ khoan (độ dày lớp cặn lắng cho phép):

- Để tránh mũi cọc tiếp xúc xấu với lớp đất đá chịu lực phải tiến hành thổi rửa cặn lắng của mùn khoan ở đáy lõ cọc trước khi đổ bê tông Độ dày của lớp cặn lắng (nếu còn) không được vượt quá các quy định sau:

- So sánh khối lượng đất lấy lên với thể tích hình học của cọc

- Theo lượng dùng dung dịch sét

- Dùng phương pháp siêu âm hoặc camera ghi chụp thành lỗ cọc Tình trạng lỗ cọc

- Theo chiều dài tời khoan

- Quả rọi

- Máy đo độ nghiêng, phương pháp siêu âm Kích thước lỗ

- Mẫu , calíp

- Theo đường kính ống giữ thành

- Theo độ mở của cánh mũi khoan khi mở rộng đáy

Tình trạng đáy lỗ

- Lấy mẫu và so sánh với đất lúc khoan

- Độ sạch của nước thổi rửa

- Phương pháp quả tạ rơi hoặc xuyên động

- Phương pháp chênh lệch điện trở hoặc điện dung

IV.4.2 Chất lượng dung dịch giữ thành ( nếu dùng phương pháp này) gồm :

+ Điều chế dung dịch phù hợp điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn

và công nghệ khoan;

+ Thu hồi, làm giàu và sử dụng lại;

+ Hệ thống thiết bị và dụng cụ để kiểm tra chất lượng dung dịch tại hiện trường

Những yêu cầu về chất lượng dung dịch sét để giữ thành có thể theo TCXD 206: 1998 Tuỳ theo công nghệ khoan và điều kiện địa chất công trình cụ thể sẽ điều chỉnh các tính năng của dung dịch cho phù hợp để phòng tránh sự sập thành vách lỗ cọc

Chỉ tiêu tính năng ban đầu của dung dịch ( nếu dùng )

( Theo TCXD 206 : 1998)

Hạng mục Chỉ tiêu tính năng Phương pháp

1 Khối lượng riêng 1.05-1.15 Tỉ trọng dung dịch sét hoặc Bomêkế

5 Lượng mất nước < 30mm/30 phút Dụng cụ đo độ mất nước

6 Độ dày của áo sét 1-3mm/ 30 phút

7.Lực cắt tĩnh 1 phút : 20-30mg/cm2

10 phút : 50-100 mg/cm2 Lực kế cắt tĩnh

8 Tính ổn định <0.03 g/cm2

IV.4.3 Công nghệ đổ bê tông vào cọc, gồm :

+ Độ lưu động (độ sụt) của bê tông tươi;

+ Công nghệ rót bê tông vào cọc;

+ Sự liên tục trong khâu cấp bê tông;

+ Sự di động và rút dần ống rót bê tông thích hợp;

+ Sự ổn định thành vách và lồng thép trong lỗ cọc lúc đổ bê tông

Độ sụt của bê tông cọc nhồi ( Theo TCXD 205: 1998 )

Đổ tự do trong nước, cốt thép có khoảng cách lớn cho phép bê tông dịch

chuyển dễ dàng

7.5- 12.5

Khoảng cách cốt thép không đủ lớn để cho phép bê tông dịch chuyển dễ

dàng, khi cốt ở đầu cọc nằm trong vùng vách tạm với đường kính cọc nhỏ

hơn 60mm

10-17.5

Khi bê tông được đổ dưới nước hoặc trong môi trường dung dịch sét

bentonít qua ống đổ ( tremie )

> 15

IV.4.4 Kiểm tra chất lượng cọc sau khi thi công:

Đối với cọc đóng, cọc rung hạ sau khi hạ cọc đến cao độ thiết kế không có sự

cố gẫy cọc, nứt cọc thì có thể xem là thi công đúng thiết kế, chỉ cần kiểm tra khả năng chịu lực của cọc Còn đối với cọc khoan nhồi cho dù thi công bằng phương pháp nào, vấn đề bê tông thân cọc và khả năng chịu lực của cọc chưa được xác định

rõ mà phải có những đánh giá và sử dụng các phương pháp truyền thống cũng như hiện đại để xác định

* Các khuyết tật và hư hỏng đối với cọc có thể là:

- Sai lệch vị trí tim cọc

- Bê tông đầu cọc bị thiếu hoặc đập đầu cọc đến cao độ thiết kế mà bê tông chưa đạt cường độ yêu cầu

- Cốt thép bị đẩy trồi hoặc tụt lồng cốt thép

- Thân cọc bị phình ra hoặc thắt lại, thân cọc có hang hốc

- Thấu kính cát nằm ngang thân cọc

- Hiện tượng rỗ tổ ong hoặc vữa tạo thành hang trong bê tông

- Mũi cọc bị xốp

- Bê tông thân cọc lẫn các mảnh vụn

SƠ ĐỒ KIỂM TRA TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG

CÔNG TÁC CHUẨN BỊ

- Kiểm tra toàn bộ dây chuyền thiết bị thi công

- Kiểm tra mặt bằng thi công

- Kiểm tra vị trí tim cọc

KHOAN TẠO LỖ

- Kiểm tra chất lượng vữa sét

- Kiểm tra độ thẳng lỗ khoan

- Kiểm tra địa chất lỗ khoan

LÀM SẠCH - Kiểm tra độ lắng của mùn khoan - Kiểm tra tình trạng lỗ khoan

LẮP LỒNG CỐT THÉP

& ỐNG ĐẶT SẴN CHO

VIỆC THỬ SIÊU ÂM VÀ

KHOAN LÕI

- Kiểm tra các lồng cốt thép đã gia công

- Kiểm tra chiều dài nối, chất lượng mối nối

- Kiểm tra các ống đặt sẵn

LẮP ỐNG ĐỔ BÊ TÔNG - Kiểm tra chiều dài đặt ống - Kiểm tra cao độ đáy ống

* Đối với cường độ bê tông thân cọc việc kiểm tra chất lượng thông qua việc thử độ sụt trước khi đổ, ép mẫu đúc khi đổ bê tông thân cọc, súng bật nảy đối với bê tông đầu cọc sau khi đập, thí nghiệm trên lõi khoan bê tông, theo tốc độ khoan lõi

(khoan thổi không lấy mẫu)

* Đối với sự nguyên vẹn của cọc, việc kiểm tra thông qua các phương pháp sau:

- So sánh khối lượng bê tông thực tế với khối lượng bê tông lý thuyết qua đường cong tiêu thụ bê tông

- Siêu âm, tán xạ gamma có đặt ống trước

- Phương pháp biến dạng nhỏ PIT, MIM

- Phương pháp biến dạng lớn PDA

* Các phương pháp cụ thể được trình bày dưới đây:

(1) Phương pháp khoan lõi:

Phương pháp khoan lõi để tiến hành kiểm tra trạng thái và cường độ là một phương pháp tương đối tin cậy trực quan

Kiểm tra trạng thái thân cọc xem thân cọc có nứt gẫy, kẹp bùn, bê tông có chắc hay không và kiểm tra chiều dày lớp cặn lắng

Khoan lõi là phương pháp kiểm nghiệm bán phá hoại dùng máy khoan bê tông khoan dọc theo thân cọc sâu xuống dưới mũi cọc 1.5 lần đường kính Đường kính mũi khoan có thể là 55mm, 71mm, 91mm và 100mm

Trong trường hợp chỉ kiểm tra cường độ bê tông và chiều dày lớp cặn lắng, không kiểm tra trạng thái cọc, đặt ống nhựa đường kính trong 102mm cách mũi cọc 0.5-1.0m

(2) Phương pháp thử động biến dạng lớn (PDA):

Phương pháp này xác định được khá chính xác vị trí và mức độ khuyết tật trên cọc, xác định được sức chịu tải của cọc (phân bố ma sát thành bên và sức chống mũi cọc), xây dựng biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị

(3) Các phương pháp thử không phá hoại:

* Phương pháp siêu âm:

Nguyên tắc của phương pháp này là sóng siêu âm được phát từ đầu phát và thu

từ đầu thu, từ đó kiểm tra được độ đồng nhất của bê tông và bất kỳ khuyết tật nào trên đường truyền sóng

Ưu điểm của phương pháp này là việc kiểm tra tương đối nhanh, xác định được khuyết tật khá chính xác, không bị hạn chế bởi chiều sâu, có thể thấy ngay kết quả trên màn hình

Nhược điểm của phương pháp này là phải đặt trước các ống, các mặt cắt sóng

âm quét được nằm trong phần bê tông cốt thép như vậy cả vỏ vành ngoài có chiều dày 8-10cm không được quét sóng âm và không kiểm tra được

* Phương pháp thử biến dạng nhỏ (PIT):

Sóng âm được tạo ra bằng búa tay gõ trên bề mặt đỉnh cọc Sóng phản hồi khi gặp bất thường được thu nhận bằng một cảm biến cũng đặt trên mặt đỉnh cọc, từ đó nhận biết được các bất thường và khuyết tật của cọc Thí nghiệm này chỉ có vùng ảnh hưởng khoảng 25-30 lần đường kính cọc và nếu độ sâu > 30d thì thí nghiệm không cho biết độ sâu > 30d có gì xảy ra

Thí nghiệm PIT chỉ có tác dụng cho cọc ngắn hoặc phần bê tông phía trên của cọc dài, nó chỉ cho kết quả định tính là cọc có khuyết tật ở vị trí nào đủ gần đỉnh cọc

mà không cho biết thực sự khuyết tật đúng là gì

* Phương pháp biến dạng nhỏ (MIM):

Đây là phương pháp phân tích trạng thái động của kết cấu kết hợp tính toán lý thuyết và đo thực tế Dùng phương pháp MIM tiến hành kiểm tra hoặc phân tích đặc

tính, trạng thái động của cọc là phương pháp tương đối hoàn chỉnh về lý thuyết, kết quả đáng tin cậy

Về thân cọc (Sau khi đã đổ bê tông) cần phải kiểm tra chất lượng của nó theo các thông số và phương pháp kiểm tra nêu ở bảng dưới đây

Khối lượng kiểm tra chất lượng bê tông thân cọc

- Khoan lấy lõi

- Siêu âm, tán xạ gamma có đặt ống trước

- Phương pháp biến dạng nhỏ (PIT, MIM), quan sát khuyết tật qua ống lấy lõi bằng camera vô tuyến

- Phương pháp biến dạng lớn PDA

100 1¸2%

+ Phương pháp khác 10¸25% + Phương pháp khác

³ 50 4% và không ít hơn 5

2-3 cọc lúc làm thử hoặc theo tỉ lệ cao hơn tuỳ công trình

Cường độ bê tông

thân cọc

- Thí nghiệm mẫu lúc đổ bê tông

- Thí nghiệm trên lõi bê tông lúc khoan

- Theo tốc độ khoan (khoan thổi không lấy lõi )

- Súng bật nẩy hoặc siêu âm đối với bê tông ở đầu cọc

Theo yêu cầu của tư vấn giám sát

35

Chú thích: (1) Thông thường cần kết hợp từ 2 phương pháp khác nhau trở lên để tiến hành so sánh cho một thông số kiểm tra nêu ở bảng này Khi cọc có L/D > 30 thì phương pháp kiểm tra ống đặt sẵn sẽ là chủ yếu

(2) Lớp bê tông bảo vệ, đường kính cọc và hình dạng bề mặt ngoài của cốt thép có thể kiểm tra ở chỗ đầu cọc, khi đã loại bỏ lớp bê tông cặn ở phía trên cốt đầu cọc

SƠ ĐỒ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỌC

SAU KHI THI CÔNG

SƠ ĐỒ ĐÁNH GIÁ VÀ XỬ LÝ CỌC KHOAN NHỒI

ĐÁNH GIÁ XẾP HẠNG

DỰ ÁN

ỨNG SUẤT TRUNG BÌNH RỦI RO TRUNG BÌNH KTCL THÔNG THƯỜNG LỰA CHỌN

I.1 Cầu Troóc - đường Hồ Chí Minh:

I.1.1 Sự cố kẹt búa khoan ở đáy lỗ:

(1) Diễn biến sự cố:

Như đã trình bày ở chương I Sự cố xảy ra ở cọc số 3 mố Mo, do đá gốc ở đáy

lỗ khoan nứt nẻ, hang hốc nên búa khoan bị trượt, mắc vào vách đá (sử dụng máy khoan đập cáp CZ-30 của Trung Quốc) Khi đơn vị thi công dùng máy khoan giật búa lên thì búa bị đứt làm đôi, đầu búa kẹt trong vách đá

(2) Giải pháp xử lý:

HOẶ

C

NDT TỐT CHẤP NHẬN

NDT THẤY NGHI NGỜ ĐÁNH GIÁ KỸ HƠN, KIỂM TRA GHI CHÉP CHẤT LƯỢNG, THẢO LUẬN VỚI THIẾT KẾ NẾU CÒN NGHI

THỬ TẢI ĐỘNG, XẾP HẠNG VÀ BỔ XUNG NẾU

CẦN

KHOAN LẤY MẪU

KHOAN THẤY KHÔNG

TỐT

KẾT QUẢ TỐT CHẤP NHẬN

LOẠI BỎ, THAY THẾ HOẶC SỬA CHỮA

- KHOAN LỖ RỬA SẠCH BẰNG NƯỚC ÁP LỰC CAO

VÀ PHUN VỮA

- KHOAN VÙNG THỢP QUA CHỖ KHUYẾT TẬT VÀ THAY THẾ BẰNG BT CƯỜNG ĐỘ CAO HOẶC THÉP

THÌ

Bóa khoan

èng v¸ch kÝch thuû lùc

Bóa khoan èng v¸ch

Do yêu cầu gấp về tiến độ, trong sự cố này có nhiều bên hữu quan (Tư vấn thiết kế, Tư vấn giám sát, Ban khu vực, Ban HCM) tham gia và đưa ra nhiều biện pháp giải quyết, trong đó có cả phương án lấp cọc đang thi công, mở rộng móng, khoan bù cọc khác ở bên cạnh

* Giải pháp xử lý 1: Dùng kích:

Do công nghệ khoan cọc này là dùng toàn

ống vách thép để giữ thành hố khoan nên khi

mắc búa vào hốc đá dưới đáy lỗ khoan thì ống

vách lại gây trở ngại lớn khi kéo búa lên theo

phương thẳng đứng

Trình tự phương án xử lý:

- Bơm hút nước trong hố khoan, do mố ở

trên bờ, chiều sâu cọc không lớn (khoảng 22m),

mặt khác toàn bộ thành hố đều là ống vách thép

nên việc bơm hút nước trong hố khoan cũng

tương đối dễ dàng

- Kiểm tra khí độc trong hố khoan

- Cho công nhân xuống nạo vét đất đá lấp đầu búa để lộ một phần đầu búa Hàn một móc vào đầu búa

- Dùng cáp bắt vào đầu móc đó và cố định vào một tay đòn bằng thép

- Dùng 02 kích (loại 25 tấn) kích 2 đầu tay đòn thép kết hợp với kê, chèn để kích đầu búa lên

Tuy nhiên, do đầu búa bị kẹt sâu vào hốc đá, cường độ đá rất cứng Nên kích bị đứt mối hàn bắt ở móc, bật kích, làm bị thương 2 công nhân kích kéo

* Giải pháp xử lý 2: Mở rộng ống vách kết hợp với đào đá thủ công:

- Sau khi sử dụng kích không có kết

quả, đơn vị thi công đã phải dùng giải

pháp tốn kém hơn, mất thời gian hơn

Trình tự phương án xử lý:

- Dùng máy khoan rút ống vách f800

lên

- Hạ ống vách f1000 xuống đến mặt

đá gốc, hơi lệch về phía đầu búa bị kẹt

- Lấy đất đá trong lòng hố khoan

- Dùng máy bơm hút nước trong hố

khoan và liên tục duy trì máy bơm để hút

cạn nước trong quá trình xử lý

- Cho công nhân dùng búa, choòng

Bóa khoan

èng v¸ch

§¸ héc

đục thủ công vỉa đá phía trên búa đến khi toàn bộ đầu búa đã lộ ra ngoài

- Hàn một móc vào đầu búa và dùng máy khoan kéo đầu búa lên

Phương án xử lý này có tiến độ rất chậm và nguy hiểm vì công nhân phải thi công ở dưới sâu, đá rất cứng Trong quá trình thi công phải liên tục hút nước và thông hơi xuống bên dưới

I.1.2 Sự cố trượt búa, tụt ống vách:

Do cầu Troóc nằm trong khu vực địa chất castơ rất phức tạp nên trong quá trình thi công gặp rất nhiều sự cố Tiếp sau sự cố kẹt búa đã trình bày ở trên là sự cố trượt búa, tụt ống vách

* Diễn biến sự cố:

Sự cố xảy ra khi khoan cọc số 4 đến độ sâu

gần 20m Búa khoan đang đập đá thì có hiện

tượng ống vách thép bị kéo tụt xuống Kiểm

tra cho thấy: một phần tiết diện lỗ khoan có đá

gốc tạo thành một mặt nghiêng, khi hạ ống

I.2 Cầu Trạ Ang - đường Hồ Chí Minh:

Vị trí cầu Trạ Ang nằm trên đỉnh hệ thống hang động Phong Nha Do địa tầng đặt mố trụ cầu Trạ Ang có hệ thống hang động castơ rất phức tạp, có những cọc xuyên qua 3 tầng hang, mặt hang nghiêng, lồi lõm dẫn đến quá trình khoan liên tục gặp các sự cố: Kẹt búa, rơi búa có những sự cố phải xử lý kéo dài, làm cho tiến độ thi công hạng mục cọc khoan nhồi rất chậm, có cọc phải thi công mất nửa năm mới xong

I.2.1 Công nghệ: