CHUYÊN ĐỀ BIỆN PHÁP THI CÔNG CỪ LARSEN VÀ CỌC

BIỆN PHÁP THI CÔNG CỌC

A BIỆN PHÁP THI CÔNG CỪ LARSEN:

Dùng cừ Larsen làm tường vây xung quanh, sau đó san đất tạo mặt bằng phục

vụ cho việc thi công cọc Sau khi thi công cọc và tường chắn xong, cừ sẽ được nhổ lên

để sử dụng lại

I/ THI CÔNG ÉP CỪ LARSEN BẰNG MÁY RUNG:

- Có 2 loại búa rung: loại dùng điện (thi công với xe cNu) và loại thuỷ lực gắn trên máy đào (excavator)

- Tần số rung thường trong khoảng từ 20 đến 40 Hz Lực ly tâm do búa tạo ra

có thể lên đến 4000 kN (tương đương 400 tấn)

- Điều cần lưu ý khi thi công là sự cộng hưởng gây ra bởi tần số rung có thể gây hại đến các công trình lân cận

HÌNH 1: CÁC PHẦN TỬ CỦA 1 BỘ BÚA RUNG

HÌNH 2: CẤU TẠO BÚA RUNG HÌNH 3: MÁY RUNG ĐANG THI CÔNG

H4: MÁY RUNG ĐIỆN VỚI CẨU H5: MÁY RUNG THUỶ LỰC GẮN TRÊN XE ĐÀO

Công nghệ đóng rung bằng búa rung

(1) Khái quát và những cải tiến của búa rung:

- Năm 1960, búa rung đã được nhập vào từ Liên Xô cũ, năm 1965 sau khi quốc sản hoá, búa rung của Nhật Bản đã đáp ứng được với nhu cầu của thời đại nhờ tính tiện lợi có thể kiêm đóng xuống và nhổ lên,vừa được phổ cập nhanh chóng vừa được

sử dụng mang tính đa năng Búa rung vừa giảm tiếng ồn vừa sử dụng mô tơ điện Gần đây nhờ có “giảm biên độ dao động xuất hiện do sử dụng mô tơ đầu“ hay “có bộ điều khiển khi dừng lại và khởi động không mômen”, do loại bỏ được tiếng ồn và dao động đột xuất do cộng hưởng của cần cầu và nền đất xuất hiện khi khởi động và dừng lại, công tác thi công giảm độ rung và tiếng ồn đã được thực hiện

(2) Cấu tạo của búa rung và nguyên lý đóng cọc

- Búa rung được cấu tạo tìư các bộ phận:

- Thiết bị giảm chấn;

- Máy tạo xung (thiết bị làm xuất hiện dao động)

- Máy kẹp cọc (thiết bị liên kết cứng giữa cọc và máy tạo xung, truyền lực dao động vào cọc);

- Thiết bị điều khiển (thiết bị điều khiển điện hay dầu)

- Khi tác dụng lực dao động vào nền đất xung quanh cọc ván thép bằng búa rung, sự kết hợp giưa các hạt đất cấu tạo nên đất nhất thời giảm xuống rõ rệt, liên kết giữa các hạt đất yếu đi, sức kháng của đất nhất thời giảm đi rõ rệt Đối với đất cát, do hiện tượng lưu động mà sức kháng của đất mất đi hẳn, đối với đất sét (đất dính hay đất sét), bằng lực dao động kết cấu khung của đất nên cọc thép có khả năng đóng xuống nhờ lực cắt Đất khi tác dụng lực dao động bằng tốc độ nào đó, liên kết giữa các hạt đất yếu đi, sức kháng của đất nhất thời nhở đi Độ lớn này có được hiệu quả khi tần

số dao động >50Hz đối với đất cát, >50Hz đối với đất sét Nguyên lý đóng cọc ván thép bằng búa rung là cho lực dao động cưỡng bức có được nhờ máy tạo xung tác dụng vào cọc ván thép bằng búa rung là cho lực dao động cưỡng bức có được nhờ máy tạo xung tác dụng vào cọc, bằng việc lợi dụng hiện tượng nói trên, tuỳ thuộc vào loại đất mà làm giảm lực ma sát xung quanh cọc ván thép và lực kháng đầu cọc xuống từ tĩnh sang động Để cọc ván thép được xuống, các điều kiện sau cần phải được thoả mãn:

P0 > Tv

(W+Wp) >Rv

(3) Phân loại các phương pháp

- Phương pháp đóng cọc sử dụng búa rung được chia làm 2 loại:

+ Phương pháp búa rung không sử dụng công nghệ hỗ trợ

+ Phương pháp búa rung sử dụng cắt bằng tia nước phun cao áp

Phương pháp sử dụng phun có thể đáp ứng cho tất cả các nền đất không liên quan đến sự khoẻ yếu của nền đất thi công, so với các phương pháp khác nó còn có đặc tính thi công nhanh chóng

- Đặc biệt nó có khả năng thi công nổi trội là đóng đến nền đá có giá trị tính đổi: N=200-500 hay nền cứng như có trộn lẫn đá đường kính 200mm

Ngoài ra khi đóng cọc ván thép, khi đối tượng bị ảnh hưởng bởi độ rung và tiếng ồn cần có biện pháp đối phó, sử dụng phương pháp này nhờ nước phun vào sẽ có hiệu quả giảm độ rung và tiếng ồn là đáng kể

Phương pháp búa rung được áp dụng cho nền đất có giá trị N nhỏ hơn 50 Người ta sử dụng loại máy búa rung áp lực dầu với máy móc cần thiết là cần cNu và búa rung (nhóm thiết bị tiêu chuNn của búa rung), do đó đây là phương pháp sử dụng

đa năng với máy móc sẵn có

 Ưu điểm nổi bật của cọc ván thép như sau:

- Khả năng chịu ứng suất động khá cao (cả trong quá trình thi công lẫn trong quá trình sử dụng)

- Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lượng khá bé

- Cọc ván thép có thể nối dễ dàng bằng mối nối hàn hoặc bulông nhằm gia tăng chiều dài

- Cọc ván thép có thể sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả về mặt kinh tế

 Nhược điểm: của cọc ván thép là tính bị ăn mòn trong môi trường làm

việc (khi sử dụng cọc ván thép trong các công trình vĩnh cữu) Tuy nhiên nhược điểm này hiện nay hoàn toàn có thể khắc phục bằng các phương pháp bảo vệ như sơn phủ chống ăn mòn, mạ kẽm, chống ăn mòn điện hóa hoặc có thể sử dụng loại cọc ván thép được chế tạo từ loại thép đặc biệt có tính chống ăn mòn cao Ngoài ra, mức độ ăn mòn của cọc ván thép theo thời gian trong các môi trường khác nhau cũng đã được nghiên cứu và ghi nhận lại Theo đó, tùy thuộc vào thời gian phục vụ của công trình được quy định trước, người thiết kế có thể chọn được loại cọc ván thép với độ dày phù hợp đã xét đến sự ăn mòn này

Với khả năng chịu tải trọng động cao, dễ thấy cọc ván thép rất phù hợp cho các

công trình cảng, cầu tàu, đê đập, ngoài áp lực đất còn chịu lực tác dụng của sóng biển Trên thế giới đã có rất nhiều công trình cảng được thiết kế trong đó cọc ván thép

(thường kết hợp với hệ tường neo và thanh neo) đóng vai trò làm tường chắn, đất được lấp đầy bên trong và bên trên là kết cấu nền cảng bê tông cốt thép với móng cọc ống thép hoặc cọc bê tông cốt thép ứng suất trước bên dưới

Việc thiết kế cơng trình cảng sử dụng cọc ván thép cĩ thể tiết kiệm về mặt chi phí hơn, vì nếu khơng dùng cọc ván thép thì số lượng cọc ống bên dưới kết cấu nền cảng sẽ phải tăng lên nhiều và phải thiết kế thêm cọc xiên để tiếp thu hồn tồn các tải trọng ngang tác dụng vào kết cấu nền cảng

III/ KIỂM TRA SỨC CHNU TẢI CỦA ĐẤT NỀN DƯỚI CHÂN TƯỜNG:

Trong trường hợp tổng quát, thì phải đảm bảo cho sức chịu của đất dưới chân tường lớn hơn tải trọng của công trình cộng với tải trọng bản thân của bức tường gây nên tai chân tường, tức là

Ptc - áp lực tiêu chuẩn dưới chân tường, T/m2 ;

Ntc - tải trọng công trình trên mỗi mét dài, T/m;

Gtc - trọng lượng bản thân của, mỗi mét dài tường, T/m;

Rtc - sức chịu tải của đất nền dưới chân tường,

xác định theo công thức (2–2)

b - chiều rộng của tường trong đất

Rtc = Abγ + Bhγ’ +Dctc Trong đó :

b – chiều rộng của bức tường

h – chiều sâu của bức tường, m;

γ – dung trọng của lớp đất dưới tường, T/m3;

γ’- dung trọng trung bình của các lớp đất từ chân

tường đến mặt đất, T/m3;

ctc – lực dính tiêu chuẩn của lớp đất dưới chân

tường, T/m2;

A, B, D – các thông số phụ thuộc góc ma sát

trong ϕ0 của lớp đất dưới chân tường, tra theo bảng

sau:

 Tính toán tường cừ Larsen như tường chắn không neo

- Sơ đồ tính được trình bày trong hình dưới đây:

Sơ đồ tính toán tường tầng hầm không neo a) sơ đồ tường; b) sơ đồ áp lực đất; c) biểu đồ monem

- Quan niệm rằng tường là một vật cứng, nên dưới tác dụng của áp lực đất, thì nó sẽ quay quanh, một điểm C, gọi là điểm ngàm, cách đáy hố đào một đoạn

Zc = 0,8h2 (trong đó h2 là chiều sâu của tường dưới đáy hố đào)

- Ở đây phải xác định hai số liệu quan trọng, đó là độ sâu cần thiết của tường và mômen uốn Mmax để tính cốt thép cho tường Trình tự được tiến hành như sau:

a) Xác định các hệ số áp lực chủ động và áp lực bị động của đất váo tường

- Hệ số áp lực chủ động:

λa = tg2 (450 – λ/2)

- Hệ số áp lực bị động

λp = tg2 (450 + λ/2) Hiệu số của hai áp lực chủ động và bị động là:

λ = λp – λa b) Xác định áp lực giới hạn của đất nền dưới chân tường :

qgh = γ[(h1 – h2) – h2λa] c) Aùp lực đất chủ động sau tường:

2 2 1

2

a h

Q = γ λ

Q2 = γZcλa d) Lực đẩy ngang lớn nhất dưới chân tường vào đất:

Ghi chú: Trong các công thức trên:

γ – dung trọng của đất;

ϕ – góc ma sát trong của đất

e) Chiều sâu ngàm của bức tường vào đất cần thiết để cho tường được ổn định khi thỏa điều kịên:

qmax ≤ qgh g) Xác định momen uốn lớn nhất Mmax tác dụng vào điểm nằm dưới đáy hố đào một đoạn Zo

0 1 a 1 1

a

Z = h λ  + + λ 

2

3 0

1

1

Z h

h

= + + −

B BIỆN PHÁP THI CÔNG CỌC

I ĐẶC ĐIỂM CỌC:

- Cọc BTCT tiết diện 30x30, mác 250, dài 10m, thép chịu lực 4 20 Φ , thép đai 6

Φ , ống xói nước đặt trong cọc Φ0,5- 1 inch (12,7 – 25,4 mm), lưu lương nước từ 120-240 lít/phút/ống, đầu phun có đướng kính 1,5 – 3 mm

- Sức chịu tải cọc theo vật liệu:

( ) 0, 7 110 30 30 2800 12,57( ) 93937, 2 93,94

VL

II PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CỌC:

- Chọn phương pháp thi công cọc: đóng cọc bằng búa chấn động xung kích kết hợp với xói nước

III CHỌN THIẾT BỊ THI CÔNG:

1, Chọn máy bơm:

- Bơm tạo áp lực nước:

+ Bơm tạo áp hịên nay đang dùng ở Vịêt Nam hầu hết cĩ xuất xứ

từ Nhật Bản và Trung Quốc Lý tưởng nhất nên dùng loại bơm hồi chuyển (máy bơm kiểu xoay) cho mỗi ống phun Bơm nên đựơc lựa chọn theo yêu cầu áp lực phun (khơng kể tới mất mát ở đầu ống phun Lưu lượng nước sẽ phụ thuộc vào loại đất, trong đất cĩ tính thấm, yêu cầu lưu lượng nước cao (120 đến 250 lít/phút/ống) và áp lực nước thấp

(khoảng 1Mpa) Trong khi đĩ, ở đất cĩ tính sét, cần áp lực nước cao hơn

(lớn hơn áp lực giới hạn của đất) và lưu lựơng nước sẽ thấp hơn

+ Chất lượng nước sẽ ảnh huởng đến chất lượng bơm Do vậy, lựa chọn bơm phải xét đến những ảnh hưởng của chất lượng nước sử dụng

- Bồn chứa nước: Nhiệm vụ của bồn chứa nước là đảm bảo duy trì một

lượng nứơc cần thiết để quá trình thi cơng khơng bị gián đoạn Bồn chứa nước nối giữa máy bơm cấp nước và máy bơm tạo áp Bồn cần đặt gần vị trí hạ cừ để

giảm mất mát lưu lượng nước cung cấp trong qúa trình phun

- Ống phun nước áp lực:

+ Ống phun nước được cấp nước bằng vịi nối từ bơm tạo áp, cĩ thể làm bằng thép hay PVC

+ Số lựơng ống phun tuỳ thuộc vào phạm vi phá hoại mong muốn

ở mũi cọc Vị trí bố trí ống phụ thuộc vào tiết dịên cọc, phạm vi gây ảnh hưởng của tia nước Đặc biệt, bố trí ống phun xĩi nước phải cân xứng để khơng làm xiên lệch cọc trong quá trình hạ Cụ thể bố trí theo đề xuất trên hình 3.3, trong trường hợp chỉ dùng một ống phun xĩi thì đặt tại vị trí giữa cọc Ống phun bằng thép phải được bọc nhựa bên ngồi hoặc được mạ kẽm để tránh bị ăn mịn khi tiếp xúc thường xuyên trong nước Nếu xét thấy mức độ ăn mịn khơng đáng kể thì khơng cần xét đến vấn

đề này

+ Đường kính ống sử dụng từ 0,5 đến 1 inch (12,7 đến 25,4 mm) với ống phun nước áp lực thấp từ 1,5 đến 4 Mpa Lượng nước tiêu thụ từ

120 đến 240 lít/phút/ống cĩ gắn đầu phun đặc biệt ở đầu ống (vị trí mũi cừ) với đường kính ống từ 1,5 đến 3mm

 Một số điểm chú ý khi thi cơng hạ cọc kết hợp phương pháp phun nước áp lực:

- Phun áp lực nước quá cao mà khơng đủ cơ sở xác định phạm vi ảnh hưởng của đất bị xĩi nước dễ gây tác động xấu cho các cơng trình lân cận, làm giảm sức chị tải của đất nền gây lún cơng trình

- Cần xác định cao độ dừng phun nước để cọc đến cao độ thiết kế đạt được sức chịu tải mong muốn Phạm vi dừng phun trên lý thuyết cần xác định bằng mơ hình thu nhỏ với loại địa chất cơng trình thực tế Tuy nhiên, theo quan sát đo đạc thu nhập từ một số cơng trình, cĩ thể dừng phun nước ở khoảng 0,5 đến 1m, so với cao độ thiết kế là đạt yêu cầu

2, Chọn cần trục phục vụ:

- Sức nâng của cần trục: cần trục có nhiệm vụ cẩu cọc lắp vào búa đóng

Q = 0.3 x 0.3 x 10 x 2,5 = 2,25 T

- Chiều cao nâng cần thiết:

H = hcọc + hat + ht Trong dó: hcọc : chiều dài cọc 10m

hat : khoảng an toàn 0,5m

ht : chiều cao thiết bị treo buộc 2,5m

H = 10 + 0,5 + 2,5 = 13m

- Chọn cần trục bánh xích mã hiệu: XKG – 30 chiều dài tay cần 15m

[ ]H =13m⇒Q=15 ;T R=9m

3, Chọn búa đóng cọc:

- Búa chấn động được dùng để đóng các loại cọc với khối lượng lớn, hiệu quả cao ở đất rời, cát, đất bão hoà nước

- Trọng lượng búa đóng cọc (kg) được xác định theo điều kiện:

(β P PF; )≤ ≤Q β P

Trong đó :

P - áp suất đơn vị cần thiết lên cọc (kG/cm2)

Q = Qbúa + Qcọc + Gt là trọng lượng búa, cọc, thiết bị treo búa, (kg)

1, 2

β β - hệ số chịu tải của cọc 0

P - lực kích động của máy chấn động (kG)

2 0

0

1

M

g

ξ

≥

Trong đó :

M - momen cục lệch tâm, (kGcm)

ω - vận tốc của cục lệch tâm

g - gia tốc trọng trường, g = 981 cm/s2

α - hệ số đàn hồi của đất

T - lực cản chống cắt tới hạn của dất ở độ sâu lớn nhất

i i

T =S∑τ h

ξ - hệ số duy trì dao động

A - biên độ dao động, cm

Q0 - trọng lượng của búa và cọc (không có phụ tải) (kg)

A0 - biên độ dao động ban đầu (cm)

S - chu vi tiết diện cọc (cm)

i

τ - lực cản chống cắt đơn vị (kG/cm2.kG/cm)

- Với đất cát bão hoà nước, cọc BTCT 30x30 cm, ta tra được các hệ số như sau:

i

τ = 0,07(kG/cm2); A = 1,4 (cm); P = 7 (kG/cm2);

α =0,7; β1 =0, 4;β2 =1, 0;

ξ= 1,0

Ta có :

3 0

0, 7 0, 07 0, 049

4 30 0, 07 1000 8400( )

2, 48 0, 3 0, 3 2, 5 10 4, 73( )

1, 4 4, 73 10 6622( ) 1

i i o

T

α

τ

ξ

∑

1

0

981 8400

35, 28( ) 6622

7 30 30 6300( )

6622 35, 28

8400( ) 981

gT

s M

M

g

ω

ω

−

×

×

Thoả điều kiện 1 0 0, 4 8400 3360( ) 6300( ) 8400( )

6300( )

kG



 Vậy ta chọn máy chấn động xung kích (rung - đập) mã hiệu VS -100 với các thông số kỹ thuật như sau:

- công suất động cơ: 22 kW

- nquay = 1100 vòng/phút

- Mlệchtâm,max = 1295 (kGcm)

- Frung,max = 17,5 tấn

- Biên độ dao động Ao= 6,3mm

- Kích thước giới hạn : cao 2,664m ; dài 0,76m; rộng 1,22m; trong lượng 2,48 tấn

4,Chọn giá búa đóng cọc:

- Chọn chiều cao giá búa:

Hgiá búa ≥ hcọc + hbúa + 3m =10 + 2,7 + 3 =15,7 (m)

- Chọn giá búa ghép trên máy xúc một gầu vạn năng có máy cơ sở là E –

10011 với các thông số sau:

+ H = 20,5m; hcọc,max = 12m + Sức nâng 10 tấn

+ Trọng lượng búa Gbúa,max = 5 tấn

+ Tầm với giá 6-8m

+ Vận tốc nâng búa cọc 23m/phút

+ Vận tốc di chuyển 10-30m/phút

C THI CÔNG ĐÀI VÀ THÂN ĐÊ

I/ SƠ BỘ CHỌN KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN:

- Do yêu cầu của bài tập là chọn búa đóng cọc và biện pháp thi công nên ta sơ bộ chọn kích thước tiết diện của bờ kè như sau:

+ Đài cọc: Rộng : 1,6 m

Cao : 0,7 m Dài : bằng chiều dài bờ kè cần làm ( 364 m ) + Thân kè: Cao : 2,2 m

Kích thước cụ thể như hình vẽ sau:

II/ KIỂM TRA TIẾT DIỆN:

- Ta tiến hành kiểm tra với 2 trường hợp nguy hiểm nhất :

1 Khi mực nước thủy triều cao nhất

2 Khi mực nước thủy triều thấp, nó chịu áp lực đất xô ngang

- Trường hợp 1: Ta không cần xét đến vì áp lực nước ở ngoài tác dụng vào sẽ cân bằng hoặc nhỏ hơn áp lực đất từ trong tác dụng ra

- Trường hợp 2: với áp lực đất từ trong tác dụng ra:

Áp lực đất chủ động:

1 2

2

P=E = λ γH

Trong đó :

γ : trọng lượng riêng của đất dắp

Ta chọn đắp bằng đất cát có 3

1.9 /T m

a

λ : Hệ số áp lực đất chủ động:

( ) ( ) ( ( ) ( ) ( ) )

2

2

cos

-a

ϕ α λ

−

=

P