Tổng quan về công nghệ thi công cọc khoan nhồi. tính toán, kiểm nghiệm hệ phao nổi

Trong suốt quá trình vừa qua, được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo Trường đại Học GTVT TP HCM, đặc biệt là sự quan tâm dạy bảo của các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Khí cùng với những nỗ lực học tập của bản thân em đã được giao nhận, hoàn thành đồ án tốt nghiệp - môn học cuối cùng trước khi trở thành một kỹ sư.

Lời nói đầu 1

Phần I: Đặc trưng công nghệ thi công cọc khoan nhồi 2

Chương1: Giới thiệu về công ty TNHH kỹ thuật nền móng&xây dựng Hồng Đức 2 1.1 Giới thiệu chung 2

1.2.Các ngành kinh doanh: 2

1.3.Cơ cấu tổ chức 2

1.4.Danh mục thiết bị 3

1.5.Công trình đã tham gia 5

Chương 2:Tổng quát công nghệ khoan cọc nhồi 10

2.1 Giới thiệi chung 10

2.2.Công nghệ thi công khoan cọc nhồi 13

2.7.Các loại thiết bị phục vụ thi công : 31

Phần II: Tính toán máy khoan và hệ phao nổi 33

Chương 3: Lựa chọn phương án 33

3.1 Phương án I: Lắp cần giàn lên máy cơ sở là máy xúc thuỷ lực 33

3.2 Phương án 2: Lắp cần hộp lên máy xúc thuỷ lực 34

Chương 4: Tính toán kết cấu thép cần 36

4.1 Khái niệm về kết cấu thép 36

4.2 Vật liệu chế tạo 36

4.3 Hình thức kết cấu 36

4.4 các trường hợp tảI trọng và tổ hợp tảI trọng 38

4.5 TảI trọng tính 39

4.6.Phương pháp tính kết cấu thép 54

4.7 Xác định nội lực trong giàn 55

4.8 Kiểm nghiệm lại trọng lượng bản thân kết cấu thép : 67

4.9.Tính mối ghép : 67

Chương 5 Tính toán cơ cấu nâng 72

5.1 Xác định chế độ làm việc của cơ cấu nâng 72

5.2 Sơ đồ độngcơ cấu nâng 73

5.3 Chọn cáp nâng 73

5.4 Tính toán tang và puly 74

5.5 Tính chọn động cơ thủy lực : 84

5.6 Chọn hộp giảm tốc 85

5.8 Tính toán chọn khớp nối 86

Chương 6: Tính toán cơ cấu quay cần kelly 90

6.1.Phân tích chung 90

6.2 Phân tính toán các chi tiết của cơ cấu xoay cần kelly 95

Chương 7: Hệ nổi và cách bố trí các thiết bị khoan cọc nhồi trên hệ 123

7.1.Hệ nổi, neo giữ hệ nổi 123

7.2 Tính toán hệ nổi 137

Tài liệu tham khảo 148

Lời nói đầu

Trong suốt quá trình vừa qua, được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo Trường đại Học GTVT TP HCM, đặc biệt là sự quan tâm dạy bảo của các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Khí cùng với những nỗ lực học tập của bản thân em đã được giao nhận, hoàn thành đồ án tốt nghiệp - môn học cuối cùng trước khi trở thành một kỹ sư Hiện nay và trong tương lai, ở nước ta cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, ngành xây dựng đang phát triển với tốc độ nhanh chóng, nước ta đang rất cần có những công nghệ hiện đại, áp dụng những thành quả khoa học kỹ thuật vào công cuộc xây dựng phát triển các đô thị hiện đại, các công trình lớn như nhà cao tầng, cầu cống, sân bay, bến cảng trong đó việc giải quyết xử lý nền móng cho các công trình lớn là một vấn đề rất quan trọng và cần thiết Công nghệ thi công khoan cọc nhồi có tác dụng rất hữu ích trong việc xử lý các vấn đề trên Công nghệ khoan cọc nhồi (cọc đổ bê tông tại chỗ) có thể giải quyết được các vấn đề kỹ thuật móng sâu trong nền địa chất phức tạp, ở những nơi mà các loại cọc đóng bằng búa xung kích, búa rung, loại cọc ống thép không thực hiện được hoặc đòi hỏi kinh phí rất cao, tiến

độ thi công kéo dài không đảm bảo tiến độ công trình Công nghệ thi công khoan cọc nhồi đã tạo thế chủ động cho ngành xây dựng của nước ta không những trong thi công các công trình cầu lớn mà cho cả các công trình cảng biển, cảng sông, nhà cao tầng

Thấy rõ được vai trò quan trọng trong công nghệ thi công khoan cọc nhồi đối với

ĐH GTVT TP HCM, dưới sự hướng dẫn chỉ bảo trực tiếp của thầy giáo Ts Lê ThiệnThành em đã được nhận làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Tổng quan về công nghệ thicông cọc khoan nhồi tính toán, kiểm nghiệm hệ phao nổi”

Một lần nữa, em xin trân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường đại Học GTVT

TP HCM, Khoa Cơ Khí, bộ môn Máy Xây Dựng, đặc biệt là thầy giáo T.s Lê ThiệnThành đã tạo điều kiện, trực tiếp giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành bản đồ án này

Em xin trân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện:

PHẦN I: ĐẶC TRƯNG CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY TNHH KĨ THUẬT NỀN MÓNG VÀ

XÂY DỰNG HỒNG ĐỨC 1.1 Giới thiệu chung

Công ty TNHH Kỹ thuật nền móng & Xây dựng Hồng Đức (HD FoundationEngineering & Construction Co., Ltd.) được thành lập năm 2000 theo Giấy phép kinhdoanh số 4102002561 do Sở Kế hoạch và Đầu tư Tp Hồ Chí Minh cấp

1.2.Các ngành kinh doanh:

 Khảo sát địa hình, địa chất công trình, địa chất thủy văn

 Thăm dò và khai thác nước ngầm

 Xử lý nước thải và nước cấp

yếu (bơm hút chân không), Khai thác và xử lý nước ngầm, Thi công móng công trình(cọc nhồi).

Từ năm 2003, Công ty đã và đang đầu tư thêm trang thiết bị, mở rộng các lĩnhvực hoạt động sang các hạng mục gần gũi về chuyên môn như thi công ép cọc, đóngcọc, thi công kè, bãi, xây lắp cơ khí,

Tình hình hoạt động trong các năm 2003, 2004 và 2005 cho thấy sự phát triểnđáng kể về số lượng các công trình thực hiện, doanh thu và quan trọng nhất là sự mởrộng các lĩnh vực hoạt động của Công ty

Với nhiều năm kinh nghiệm cùng với đội ngũ kỹ sư có năng lực và nhân viên taynghề cao, các dự án chúng tôi tham gia được phía đối tác đánh giá cao và tin tưởng

1.3.Cơ cấu tổ chức

1.3.1.Ban Lãnh đạo

Ông Nguyễn Trọng Khanh: Giám đốc

Ông Đặng Đức Hiệp: Phó Giám đốc Kỹ thuật

Ông Lê Văn Đồng: Phó Giám đốc Thi công

Bà Ngô Thị Cẩm: Kế toán trưởng

1.3.2 Đội khảo sát địa chất và địa chất thủy văn

Ông Nguyễn Văn Vinh: Đội trưởng

Ông Đào Tấn Thóa: Đội phó

1.3.3 Đội khảo sát địa hình

Ông Võ Minh Tuấn: Đội trưởng

Ông Lê Quang Trí: Đội phó

Ông Nguyễn Quốc Chính: Đội phó

1.3.4.Phòng thí nghiệm

Ông Đặng Đức Hiệp: Trưởng phòng

Cô Nguyễn Hoàng Vân: Phó phòng

Đội thi công cọc nhồi 1

Ông Phan Văn Bích: Đội trưởng

Đội thi công cọc nhồi 2

Đội thi công cọc nhồi 3

Ông Văn Thành Hưởng: Đội trưởng

Đội thi công cọc nhồi 4

Ông Bùi Văn Thuận: Đội trưởng

Đội thi công ép cọc:

Ông Lý Hồng Lợi: Đội trưởng

1.4.Danh mục thiết bị

Trong các năm 2002, 2003, 2004 và 2005, Công ty đã liên tục đầu tư một sốtrang thiết bị mới như các máy khoan cọc nhồi (Sumitomo, Hitachi) với khả năngkhoan cọc với đường kính từ 1.0 đến 2.5m, độ sâu khoan đến 60 - 70m, phục vụ thicông cọc khoan nhồi, trang thiết bị phòng thí nghiệm cơ học đất, các máy phục vụkhác (máy đào, máy ủi, máy phát điện ) cùng một loạt các máy móc cơ khí choxưởng cơ khí của Công ty

Công ty cũng đã đầu tư các trang thiết bị mới cho Phòng thí nghiệm Cơ học đất

và các thiết bị thí nghiệm hiện trường kỹ thuật cao như thiết bị xuyên tĩnh điện(Electric cone penetration), thí nghiệm nén hông (Pressuremeter),

1.4.1Thiết bị thi công

1 Máy cẩu thi công cọc khoan nhồi (06 cái) - Sumitomo, Hitachi, Nippon Sharyo(Nhật) Cẩu 30-40 tấn (khoan sâu 50-75 m, đường kính 1.0-2.5m)

2 Thiết bị ép cọc (2 bộ) 200 tấn

3 Thiết bị đóng cọc Nhật Bản K45 và M45

4 Thiết bị thi công bấc thấm Độ sâu đến 25m

5 Máy bơm chân không - Nhật, Mỹ - Tổng công suất 100 kWh

6 Máy đào, máy ủi - Nhật

7 Máy phát điện - Mỹ

8 Máy bơm các loại - Mỹ, Nhật

1.4.2.Thiết bị thi công xử lý nền

1 Máy phụt vửa cement áp lực tối đa đến 5 MPa, lưu lượng bơm 100-350 lít/ph

2 Máy trộn

3 Máy hàn nhiệt (thi công geomembrane) Thụy sĩ

1.4.3.Thiết bị khảo sát địa chất

1 Máy khoan và các dụng cụ đi kèm (XJ, XY, UGB, URB) - Trung Quốc, Nga - Khoan sâu đến 200m, đường kính đến 600mm

2 Thiết bị xuyên tĩnh hiện trường - CPT (cơ và điện) Geotech - Thụy ĐiểnGouda

- Hà Lan Sâu 50 - 60 máy lực ép 10 - 20 tấn

3 Thiết bị cắt cánh hiện trường (Vane shear) - ấn Độ, Trung Quốc - Sâu 40 m

4 Thiết bị thí nghiệm nén hông trong hố khoan (Pressuremeter) - Pháp - Sâu 60 m

5 Thiết bị thí nghiệm độ chặt bằng nón cát Gilson, Mỹ

6 Thiết bị thí nghiệm nén tĩnh (cọc, đĩa)

7 Thiết bị thí nghiệm CBR hiện trường USA

8 Thiết bị đo sâu điện Diapir-10R - Hungary

1.4.4.Thiết bị quan trắc địa kỹ thuật

1 Máy đo áp lực nước lỗ rỗng dùng khí Mỹ, Canada Độ chính xác 1 kPa

2 Máy đo áp lực nước lỗ rỗng dùng nước Anh Độ chính xác 1 kPa

3 Máy đo lún sâu (Magnetic Extensometer) SINCO, Geokon (Mỹ) Đo sâu 50 m

4 Máy đo chuyển vị ngang (Inclinometer) Geokon (Mỹ) Đo sâu 50 m

5 Máy đo đa năng bằng dây rung (Vibrating wire readout) Geokon (Mỹ)

6 Máy đo mực nước (Water level meter) SysGeo (ý) Đo sâu 50 m

1.4.5.Thiết bị khảo sát địa hình

1 Máy định vị GPS SR 9400, Trimble 4800 Leica (Thụy Sĩ), Trimble (Mỹ)

2 1ppmMáy toàn đạc điện tử TCA 2003, TCR 705, TC 600 Leica (Thụy Sĩ)

5 Máy đo sâu SYMRAP E300 USA Độ chính xác 0.1m

6 Thước thép, mia Invar, micrometer

1 Máy nén ba trục - Trung Quốc

2 Máy cắt ứng biến - Trung Quốc, Mỹ - áp lực đến 16 kg/cm2

3 Máy nén một trục - Trung Quốc - áp lực đến 40 kg/cm2

4 Thiết bị nén đơn - Mỹ, Trung Quốc

5 Thiết bị thí nghiệm CBR

6 Thiết bị đầm nện (tiêu chuẩn, hiệu chỉnh)

7 Cần Benkelman

1.5.Công trình đã tham gia

1.5.1.Thi công xây dựng

1 Nhà cao tầng Me Linh Point

2 Cầu Gia Hội - Huế

3 Cầu Chợ Dinh - Huế

4 Cảng Nghi Sơn - Thanh Hóa

5 Công ty Vạn Đức - Trảng Bàng

6 Cầu Vàm Đình - Cà Mau

7 Nhà máy Hyunjin - KCN Trảng Bàng

8 Cảng dầu thực vật, quận 7 - TpHCM

9 Cầu Lăng Cô - Huế

10.Cầu A1 - Điện Biên Phủ - Lai Châu

11.Nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 3

12.Cầu Cái Tư - Kiên Giang

13.Nhà máy xi măng Hà Tiên 2 - Trạm phân phối Cần Thơ

14.Cầu vượt Hòa Cầm - Đà Nẵng

15.Đập Thảo Long - Huế

16.Nhà xưởng số 2 Cty giày Khải Hoàn

17.Nhà xưởng số 3 Cty giày Khải Hoàn

18.Cty bảo hiểm PJICO Cần Thơ

19.Cầu Rạch Miễu - Bến Tre

20.C/c 50 Lê Hồng Phong - Nha Trang

21.Nhà máy đóng tàu Hyundai - Vinashin (Ninh Hòa - Nha Trang)

22.Cầu Tư Hiền (Thừa Thiên - Huế)

23.Cầu Thuận An (Thừa Thiên - Huế)

24.Cầu Hiệp Thượng (Hải Dương)

25.Cầu Kênh Ngang (TP HCM)

26.Đường cao tốc TpHCM - Trung Lương - Cầu Bến Lức - Cầu Bà Tồn 27.C/c Phước Long - Nha Trang

28.Cầu Thầy Tiêu, Quận 7, TpHCM

1.5.2.Xử lý nền móng

1 Thi công khoan phụt đập Thác Mơ

2 Thi công khoan phụt đập Đồng nai 4

3 Cty dầu nhờn Mekong - Vĩnh Long

4 Dự án Bourbon Bến Lức - Long An

5 Cảng dầu thực vật Vocarimex, Quận 7, TpHCM

6 Cảng dầu thực vật Vocarimex, Quận 7, TpHCM

7 Gia cố nền nhà xưởng Công ty P&G

8 Khu chế xuất Linh Trung 2

9 Nh/máy thủy điện Srok Phumiêng

10.Nhà máy thủy điện Cần Đơn

1.5.3.Khảo sát địa hình và địa chất công trình

1 KCN AMATA - Đồng Nai

2 Khu công nghiệp Cát Lái - TpHCM

3 Nhà máy Wall Ice cream - TpHCM

4 Hệ thống cầu thuộc quận 9 TpHCM

5 Nhà m nhiệt điện Trà Nóc - Cần Thơ

6 Hệ thống giao thông Định Quán

7 Dự án Bourbon Bến Lức - Long An

8 Khu Công nghiệp Tân Bình TpHCM

9 Cty Tainan Spinning - Đồng Nai

10.Nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 1 - Tuyến kênh lấy nước sạch

12.Cầu Câu Lâu - Quảng Nam

13.Dự án Lyonnaise cấp nước sạch

14.Khu dân cư Bình Phú, Q.6, TpHCM

15.Dự án mở rộng sân bay Tân Sơn nhất

16.Dự án đuôi hơi nhà máy Phú Mỹ 2.2

17.Khu chế xuất Linh trung 3

18.Nhà máy cement Hà Tiên 2.2

25.Cảng Tịnh Hòa - Tỉnh Quảng Ngãi

26.NM điện Nghi Sơn - Thanh Hóa

27.Nhà máy cement Hà Tiên 2.2 - Đợt 2

33.Cầu Đại Phước, Đồng Nai

34.Cảng Thị Vải - Bà Rịa - Vũng Tàu

35.Nhà máy điện Cà Mau

36.Khu dân cư Tây Tăng Long

37.NM lọc dầu Dung Quất - Quảng Ngãi

38.NM bán dẫn Intel - KCN cao TpHCM

39.NM nhiệt điện Ô Môn

40.NM nhiệt điện Ô Môn 2

41.Bể đúc hầm vượt sông Sài Gòn - Dự án Xa lộ Đông - Tây

1.5.4.Quan trắc địa kỹ thuật

1 Tuyến đường Cà Mau - Năm Căn

2 Cảng FLDC - TpHCM

3 Trạm phân phối cement Nghi Sơn Hiệp Phước, Nhà Bè, TpHCM

4 Cầu Câu Lâu

5 Nhà máy phân đạm Phú Mỹ - Dự án Khí điện đạm Phú Mỹ

6 Nhà máy thủy điện Cần Đơn - Bình Phước

7 Ký túc xác công nhân Tân Thuận

8 Khu căn hộ cao tầng Mỹ Thuận

9 Trạm nạp bình LPG

10.Nhà máy điện Cà Mau - Dự án Khí Điện Đạm Cà mau

11.Tuyến đường ống dẫn khí PM3 - Cà Mau

1.5.5.Dự án khai thác nước ngầm

1 Nhà máy sữa Foremost

2 Nhà máy Wall Ice cream - TpHCM

3 Nhà máy giấy Vĩnh Huê

4 Nhà máy superphoshat Long Thành

5 Sân bay Tân Sơn Nhất

6 Khu công nghiệp Tân Bình

7 Khu công nghiệp Trảng Bàng

8 Khu dân cư Hiệp Bình Chánh

9 Siêu thị METRO An Phú

10.Khu du lịch Giang Điền

11.Nhà máy sữa Nutifood

12.Siêu thị METRO Cần Thơ

13.Dự án cấp nước nh/m HOLCIM

14.Khảo sát địa chất

15.Khảo sát địa chất công trình, Khảo sát địa hình, Địa chất thủy văn

1.5.6.Xử lý nền móng

Xử lý nền móng: Khoan phụt beton gia cố móng cho các đập thủy điện, xử lý nềncác bến cảng, nhà xưởng, khu chế xuất

Từ năm 2003, Công ty đã đầu tư thêm trang thiết bị, mở rộng các lĩnh vực hoạtđộng sang các hạng mục gần gũi về chuyên môn như thi công ép cọc, đóng cọc, thicông kè, bãi, xây lắp cơ khí

Các dự án xử lý nền móng

1 Thi công khoan phụt đập Thác Mơ

2 Thi công khoan phụt đập Đồng nai

3 Cty dầu nhờn Mekong - Vĩnh Long

4 Dự án Bourbon Bến Lức - Long An

5 Cảng dầu thực vật Vocarimex, Quận 7, TpHCM

6 Gia cố nền nhà xưởng Công ty P&G

7 Khu chế xuất Linh Trung 2

8 Nhà máy thủy điện Srok Phumiêng

9 Nhà máy thủy điện Cần Đơn

CHƯƠNG 2:TỔNG QUÁT CÔNG NGHỆ KHOAN CỌC NHỒI

2.1 Giới thiệi chung

Cùng với sự phát triển các công trình xây dựng có quy mô lớn trong các ngànhxây dựng công nghiệp, nhà cao tầng, các công trình giao thông cầu, bến cảng móngcọc khoan nhồi đã được nghiên cứu và áp dụng nhiều trong xây dựng cầu đường, bếncảng, các vùng đất khác nhau, đặc biệt là ở những vùng đất yếu địa chất phức tạp.Công nghệ khoan cọc nhồi đã được sử dụng nhiều trong các công trình cầu lớn củanước ta như móng trụ neo móng trụ tháp phần cầu chính cầu Mỹ Thuận, sử dụng 36cọc khoan nhồi đường kính 250 cm, dài 55-100m, khả năng chịu tải của cọc là 3900T,

cọc xuyên qua địa tầng sét chảy đến sét dẻo mịn, ngàm vào tầng cát chặt 2-3m bằnggầu ngoạm hình bán cầu KD F3 _2400 E(S) của Đức, giữ ổn định vách lỗ khoan bằngống vách và dung dịch Bentonite; thi công móng mố trụ cầu Lạc Quần (Nam Định)dùng cọc khoan nhồi đường kính 150 cm, dài 85m, khả năng chịu tải của cọc 920-950T, cọc xuyên qua địa tầng sét chảy đến sét dẻo mềm, ngàm vào tầng cát chặt 2-3mthi công bằng máy khoan BS_680_R của Đức, giữ ổn định vách lỗ khoan bằng ốngvách và dung dịch Bentonite và nhiều công trình cầu lớn khác.

Công nghệ khoan cọc nhồi có thể áp dụng thích hợp với các loại nền đất đá, kể

cả vùng có hang castơ, thích hợp với các công trình cầu lớn tải trọng nặng, địa chấtnền đất là đất yếu hoặc có địa tầng thay đổi phức tạp Thích hợp cho nền móng cáccông trình cầu vượt xây dựng trong thành phố hay đi qua các khu dân cư đông đúc vì

nó đảm bảo được các vấn đề về môi trường cũng như tiến độ thi công cầu, thích hợpcho móng có tải trọng lớn như: nhà cao tầng có tầng ngầm các công trình cầu( cầudầm đơn giản, cầu khung T, cầu dầm liên hợp liên tục, cầu treo dây xiên nhất là khikết cấu nhịp siêu tĩnh vượt khẩu độ lớn, tải trọng truyền xuống móng lớn mà lại yêucầu lún rất ít hay hầu như không lún

Khác với hạ cọc phải đúc sẵn thành từng đoạn từng khẩu, chờ đủ cường độ mới

hạ cọc bằng nhiều công nghệ khác nhau, cọc khoan nhồi là loại cọc được đúc ngay tại

vị trí thiết kế, đã khoan lỗ sẵn trong đất nền

Cọc nhồi có ưu điểm:

Rút bớt được công đoạn đúc sẵn cọc, không còn khâu xây dựng bãi đúc, lắpdựng ván khuôn, chế tạo mặt bích hoặc mối nối cọc Đặc biệt, không cần điều độngnhững công cụ vận tải và bốc xếp cồng kềnh trong khâu vận chuyển cẩu lắp khá phứctạp, nhất là đối với những đoạn cọc quá dài hoặc cọc ống thành mỏng dễ bị nứt vỡ.Đồng thời cũng không cần đóng hạ cọc và độn ruột, hai công đoạn khá phức tạp, nhất

là khi gặp chướng ngại vật hoặc dị vật

Vì cọc đúc ngay tại móng, nên có khả năng thay đổi kích thước hình học, chẳnghạn chiều dài, đường kính cọc, số lượng cốt thép so với bản vẽ thiết kế để phù hợpvới thực trạng của đất nền được xác định chính xác hơn trong quá trình thi công Độ

nhằm mục đích tránh lãng phí vật liệu khi phải đập đầu cọc để liên kết với bệ móng.Trong đất dính, bất cứ tại phần nào, điểm nào, trên thân cọc vẫn có thể mở rộng thêm:chân cọc và phần thân cọc có thể mở rộng gấp 2-3 lần đường kính để tăng khả năngchịu tải của cọc tính theo vật liệu chịu được mômen lớn có thể phát sinh ở đỉnh cọc.Cọc khoan nhồi có khả năng sử dụng trong mọi loại địa tầng khác nhau dễ dàngvượt qua được những chướng ngại vật, nếu kích thước dị vật đó nhỏ hơn 1/3 đườngkính, có thể loại bỏ trực tiếp; nếu lớn hơn có thể dùng những công cụ đặc biệt để phá

bỏ chẳng hạn như dùng đầu khoan choòng, máy phá đá, hoặc cho nổ mìn, sử dụnghoá chất về nguyên tắc có thể đặt chân cọc ở bất cứ độ sâu nào( kể cả khoan sâu vào

đá gốc), với cùng một công nghệ tương đối nhất quán( khác với rung hạ cọc bằng búachấn động ) để tạo ra các sơ đồ chịu lực khác nhau: cọc chống, cọc ma sát, ngàmchân, tựa khớp hoặc các sơ đồ hỗn hợp

Cọc khoan nhồi thường tận dụng hết khả năng chịu lực theo vật liệu, do đó giảmđược số lượng cọc móng và cũng như cọc ống, một vài cọc có đường kính lớn có thểthay thế cho cả nhóm cọc đóng, tạo điều kiện cho thi công tập trung, giảm thời gian,giảm vật liệu Đặc biệt cốt thép chỉ bố trí theo yêu cầu chịu lực khi khai thác, khôngcần bố trí bổ sung nhiều cốt thép như cọc đúc sẵn chỉ để chịu lực trong quá trình thicông cọc(bốc xếp, vận chuyển, đóng cọc )

Không gây tiếng ồn, chấn động mạnh, làm ảnh hưởng tới môi trường sinh hoạtxung quanh, một điều kiện rất quan trọng khi xây dựng những công trình trong thànhphố, nhất là khi phải thi công trong những địa bàn chật hẹp, xen kẽ bên cạnh nhữngcông trình đô thị khác đã có

Cho phép có thể trực quan kiểm tra các lớp địa tầng bằng mẫu đấtl lấy lên từ hốđào, nếu cần có thể tiến hành trực tiếp tại hiện trường, đánh giá khả năng chịu lực củanền đất dưới đáy hố khoan, trước khi quyết định đổ bê tông tạo hình cho cọc đúc tạichỗ

Nhược điểm của cọc khoan nhồi:

Giá thành trên 1m dài cọc vẫn còn cao so với loại hình cọc đóng, cọc ép, cọcrung hạ

Chi phí khảo sát địa chất công trình cho việc thiết kế móng cọc khoan nhồi caohơn nhiều so với móng cọc khác, bởi vì việc thiết kế cọc khoan nhồi cần biết chi tiết

về các tính chất cơ - lý - hoá của đất, nước, cần dự báo đúng về các hiện tượng cátchảy, đất sập

Sản phẩm trong suốt quá trình thi công đều nằm sâu dưới lòng đất, các khuyết tật

dễ xảy ra không kiểm tra trực tiếp được bằng mắt thường, khó xác định chất lượngsản phẩm và nhất là các chỉ tiêu về sức chịu tải của cọc Chất lượng phụ thuộc chủquan vào trình độ kỹ thuật, khả năng tổ chức và kinh nghiệm chuyên môn của nhàthầu và đơn vị sản xuất, mặc dầu có thể được trang bị máy móc chuyên dụng và đồng

bộ, kể cả những thiết bị kiểm tra chất lượng và thử nghiệm công trình hiện đại

Thường đỉnh cọc nhồi phải kết thúc trên mặt đất, khó có thể kéo dài thân cọc lênphía trên, do đó buộc phải làm bệ móng ngập sâu dưới mặt đất hoặc đáy sông Vì vậykhông có lợi về mặt thi công nhất là đối với những công trình thi công trên sông biển,phải làm vòng vây ngăn nước tốn kém so với móng cọc đài cao

Rất dễ xảy ra khuyết tật ảnh hưởng đến chất lượng cọc chẳng hạn như:

-Hiện tượng thắt hẹp cục bộ thân cọc hoặc thay đổi kích thước tiết diện khiqua nhiều lớp đất đá khác nhau

-Bê tông xung quanh cọc dễ bị rửa trôi lớp xi măng khi gặp mạch ngầm vàgây ra hiện tượng rỗ “ kẹo lạc” ngay cả trong trường hợp dùng ống vách tạmthời( nhưng phải rút lên khi bê tông chưa kịp đông cứng)

-Ngoài ra còn rất nhiều nguyên nhân chủ quan khác làm cho cọc khoannhồi kém phẩm chất như do chất lượng khoan tạo lỗ không đúng kích thước, nghiênglệch sụt lở vách khoan, chất lượng xục rửa đaý lỗ khoan chưa tốt còn sót lại nhiều cặnlắng, bêtông bị trở ngại không xuống được cao độ thiết kế, phải tựa trên một lớp vậtliệu rời rạc, dễ lún Do khối lượng chất lượng trộn bê tông không đều, chất lượng đổ

bê tông không đúng quy cách, bị gián đoạn, tắc nghẽn, miệng ống dẫn không ngậpsâu trong bê tông, tốc độ bê tông xuống quá nhanh, thời gian tháo lắp ống quá lâu bêtông bị gián đoạn tạo ra những điểm dừng đổ và phân tầng Nói chung là do khôngnắm vững quy trình công nghệ, chủ quan, không tìm hiểu tình hình và dự liệu các

Thi công cọc phụ thuộc nhiều vào thời tiết, không những trong quá trình khoantạo lỗ chịu ảnh hưởng của biến động thời tiết(có khi phải ngừng thi công và lấp lỗkhoan tạm thời), mà đổ bê tông đúc cọc ngoài trời, nhất là tại vị trí sông nước, lạicàng chịu ảnh hưởng lớn của mưa bão, tác động không nhỏ tới chất lượng sản phẩm.

Do đó, phải có dự kiến phương án khắc phục

Riêng đối với đất cát nhiều khó khăn phức tạp có thể xảy ra, mở rộng chân cọcrất khó thực hiện đúng với kích thước mong muốn vì thành vách dễ bị sạt lở Trái vớicọc đóng làm chặt cát sỏi, khi khoan cọc sẽ làm cho cát sỏi bị rời lỏng, cấu trúc tựnhiên dù vốn có chặt chẽ nhưng dễ bị phá huỷ Cọc nhồi nếu bị lún trong cát sẽ gây rahiện tượng sụt mặt đất và dẫn tới những ảnh hưởng xấu cho cả những công trình xungquanh

Chi phí cho thiết bị kiểm tra chất lượng cọc tương đối cao, thí nghiệm thử tải cọcphức tạp và giá thành cao

2.2.Công nghệ thi công khoan cọc nhồi.

Trên thế giới có rất nhiều công nghệ và các loại thiết bị thi công cọc khoan nhồikhác nhau ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là sử dụng 3 phương pháp khoan cọc nhồivới các loại thiết bị và quy trình khoan khác nhau

* Phương pháp khoan thổi rửa ( phản tuần hoàn )

* Phương pháp khoan dùng ống vách

* Phương pháp khoan gầu trong dung dịch Bentônite

a- Phương pháp khoan thổi rửa: ( hay phản tuần hoàn )

Xuất hiện đã lâu và hiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi ở Trung Quốc Tại ViệtNam một số đơn vị liên doanh với Trung Quốc vẫn sử dụng công nghệ khoan này.Máy đào sử dụng guồng xoắn để phá đất, dung dịch Bentônite được bơm xuống đểgiữ vách hố đào, mùn khoan và dung dịch được máy bơm và máy nén khí đẩy từ đáy

hố khoan lên đưa vào bể lắng Lọc tách dung dịch Bentônite cho quay lại và mùnkhoan ướt được bơm vào xe téc và vận chuyển ra khỏi công trường, công việc đặt cốtthép và đổ bêtông được tiến hành bình thường

Ưu điểm của phương pháp này là giá thiết bị rẻ, thi công đơn giản, giá thành hạ.Nhược điểm là khoan chậm, chất lượng và độ tin cậy chưa cao

b- Phương pháp khoan dùng ống vách.

Xuất hiện từ thập niên 60 -70 của thế kỷ này, ống vách được hạ xuống và nânglên bằng cách vừa xoay vừa rung Trong phương pháp này không cần dùng đến dungdịch Bentônite để giữ vách hố khoan, đất trong lòng ống vách được lấy ra từ gầungoạm

Ưu điểm là không cần đến dung dịch Bentônite, công trường sạch chất lượng cọcđảm bảo

Nhược điểm là khó làm được cọc tới 30m, máy cồng kềnh, khi làm việc gây chấnđộng rung lớn, khó sử dụng cho việc xây chen trong thành phố

c- Phương pháp khoan gầu

Trong công nghệ khoan này gầu khoan thường ở loại thùng xoay cắt đất và đưa

ra ngoài, cần gầu khoan có dạng ăngten, thường là 3 đoạn truyền được chuyển độngxoay từ máy đào xuống gầu đào nhờ hệ thống rãnh Quá trình tạo lỗ được thực hiệntrong dung dịch sét Bentônite Dung dịch Bentônite được thu hồi, lọc và tái sử dụngvừa đảm bảo vệ sinh và giảm khối lượng chuyên chở, trong quá trình khoan có thểthay các đầu đào khác nhau để phù hợp với nền đất và có thể vượt qua các dị vậttrong lòng đất, việc đặt côt thép và đổ bêtông được tiến hành trong dung dịchBentônite

Ưu điểm của phương pháp là thi công nhanh, việc kiểm tra chất lượng thuận tiện

rõ ràng, đảm bảo vệ sinh môi trường, ít ảnh hưởng đến công trường xung quanh.Nhược điểm là thiết bị chuyên dụng, giá đắt, giá thành cọc cao, quy trình côngnghệ chặt chẽ, cán bộ kỹ thuật và công nhân phải lành nghề và có ý thức công nghiệp,

kỷ luật cao

Thi công hạ ống vách

Khoan đến cao độ đáy cọc

Thổi rửa,vét cặn lắng và thay dd mới

Cẩu hạ lắp lồng hạ cốt thép

Lắp ống đổ

bê tông

Đổ bê tông cọc và san lấp bề mặt

Thải cặn lắng

Xử lý Bentonite để tái sử dụng

Chuẩn bị

điều chế dd Bơm cấp Bentonite

Lắp ráp cơ giới, định

vị và cân chỉnh máy

Hỡnh 2.1:Quy trỡnh cụng nghệ thi cụng cọc khoan nhồi.

2.2.1.Chuẩn bị thi cụng.

Trước khi cụng cọc khoan nhồi, ngoài việc phải chuẩn bị thiết bị cần thiết, điềutra khả năng vận chuyển và hoạt động để ỏp dụng cỏc biện phỏp ngăn ngừa tiếng ồn,chấn động thỡ một việc quan nữa là phải thực hiện điều tra đầy đủ về tỡnh hỡnh phạm

vi xung quanh hiện trường

Về mặt vận chuyển thiết bị phải xem xột chủng loại, kớch thước, trọng lượng củathiết bị (kớch thước và trọng lượng khi thỏo rời để vận chuyển), khả năng tự hànhđược hay khụng, cú kinh tế khụng để lựa chọn được phương ỏn thớch hợp nhất Điềucần chỳ ý là mỏy khoan thuộc loại thiết bị lớn, trọng lượng nặng, nờn nhất thiết phảiđiều tra đầy đủ trước về phương ỏn và lộ trỡnh vận chuyển Khi tiến hành điều tra cỏccụng việc này, phải tỡm hiểu kỹ về trọng tải của xe vận tải, năng lực chở của xe kộo( rơmooc), mỏy bốc xếp, bề rộng đường đi bỏn kớnh quay, độ dốc, cường độ mặtđường, độ cao thụng thuỷ của cỏc vật chướng ngại trờn đường đi, tải trọng của cầucống, cú quy định hạn chế của bộ giao thụng hay khụng Phải bảo đảm cú đủ diện tớch

ở hiện trường thi cụng để lắp dựng thiết bị, chỗ xếp dụng cụ, phải thực hiện việc xử

lý, gia cố mặt đường và nền đất trong hiện trường để tạo điều kiện cho việc lắp dựngthiết bị và xe vận chuyển bờ tụng, đi lại Phải nghiờn cứu trước về vận chuyển đấtthừa, bựn giữ thành hố, thiết bị xử lý, dọn dẹp cỏc chướng ngại chỡm dưới mặt đất,cấp thoỏt nước, thiết bị điện, số lượng đường ống cần cú phải cú cỏc biện phỏp hạnchế tiếng ồn và chấn động, điều tra tỡnh hỡnh hiện trường

Khi thiết kế tổ chức thi công cọc khoan nhồi cần phải điều tra và thu thập các tài liệu sau:

1 Bản vẽ thiết kế móng cọc khoan nhồi, khả năng chịu tải, các yêu cầu thửtải và phương pháp kiểm tra nghiệm thu

2 Tài liệu điều tra về địa chất, thuỷ văn , nước ngầm

3 Tài liệu về bình đồ, địa hình nơi thi công, các công trình hạ tầng tại chỗnhư đường giao thông, mạng điện, nguồn nước phục vụ thi công

4 Nguồn vật liệu cung cấp cho công trình, vị trí đổ đất khoan

5 Tính năng và số lượng thiết bị thi công có thể huy động cho công trình

6 Các ảnh hưởng có thể tác động đến môi trường và công trình lân cận

7 Trình độ công nghệ và kỹ năng của đơn vị thi công

8 Các yêu cầu về kỹ thuật thi công, kiểm tra chất lượng đối với cọc khoannhồi

Nội dung của công tác thiết kế tổ chức thi công cọc khoan nhồi bao gồm:

1 Lập bản vẽ mặt bằng thi công tổng thể bao gồm vị trí cọc, bố trí các côngtrình phụ tạm như trạm bê tông, hệ thống sàn công tác, dây chuyền côngnghệ thiết bị thi công như máy khoan, các thiết bị đồng bộ đi kèm, hệthống cung cấp và tuần hoàn vữa sét, hệ thống cấp và xả nước, hệ thốngcấp điện, hệ thống đường công vụ

2 Lập các bản vẽ thể hiện các bước thi công, các tài liệu hướng dẫn các thaotác thi công đối với các thiết bị chủ yếu Lập hướng dẫn công nghệ thicông và các hướng dẫn các thiết bị đồng bộ

3 Lập tiến độ thi công công trình

4 Lập biểu kế hoạch sử dụng nhân lực

5 Lập biểu kế hoạch sử dụng thiết bị

6 Lập bảng tổng vật tư thi công công trình

7 Các biện pháp đảm bảo an toàn lao động và chất lượng công trình

Trước khi thi công khoan cọc nhồi, phải căn cứ vào các bản vẽ thiết kế thi công

để tiến hành xây dựng các công trình phụ trợ như:

2 Hệ thống cung cấp nước gồm nguồn nước (giếng nước, mương máng dẫnnước), các máy bơm, các bể chứa, hệ thống đường ống.

3 Hệ thống cấp điện gồm nguồn điện cao thế, hệ thống truyền dẫn cao và hạthế, trạm biến áp, trạm máy phát điện

4 Hệ thống cung cấp và tuần hoàn vữa sét gồm kho chứa bột Bentonite, trạmtrộn vữa sét, các máy bơm, các bể lắng, hệ thống lọc xoáy và hệ thống đườngống

5 Hệ thống cung cấp bê tông gồm các trạm bê tông, các kho xi măng, cácmáy bơm bê tông, và hệ thống đường ống

6 Các sàn đạo thi công và các khung dẫn hướng

2.2.2.Công tác khoan tạo lỗ.

Phương pháp khoan lỗ và máy khoan lỗ sẽ khác nhau căn cứ vào phương phápthi công và các thiết bị đã được lựa chọn Để nâng cao chất lượng tạo lỗ thì khi thicông phải rất cẩn thận và lưu tâm toàn diện Công tác khoan tạo lỗ có thể chia thànhhai dạng chủ yếu theo phương thức bảo vệ thành vách lỗ khoan đó là: (khoan lỗkhông có ống vách dùng dung dịch Bentônite để giữ vách và khoan tạo lỗ có ốngvách.)

a)Thiết bị khoan tạo lỗ

Thiết bị khoan lỗ khác nhau tuỳ theo tình hình của địa chất và từng loại cọc,thiết bị dùng cho mỗi loại phương pháp khoan đều đã có sản phẩm định hình, ngoàiviệc dùng thiết bị khoan tiêu chuẩn, có khi còn dùng các thiết bị cải tiến hoặc thiết bịgia công theo tiêu chuẩn mới

Các loại thiết bị làm lỗ tiêu chuẩn của máy thi công khoan cọc nhồi:

1 Thiết bị làm lỗ dùng trong phương pháp thi công có ống chống(gầungoạm)

2 Thiết bị tạo lỗ dùng trong phương pháp khoan lỗ phản tuần hoàn(trộn lẫnđất khoan và dung dịch giữ thành rồi rút lên bằng cần khoan)

3 Phương pháp khoan lỗ bằng guồng xoắn

b)ống vách

Theo đặc điểm kỹ thuật có thể chia ống vách làm hai loại:

- ống vách thuộc thiết bị khoan có kích thước về đường kính, chiều dài mỗi đoạnống được chế tạo theo tính năng, công suất của từng loại máy khoan ống vách nàyđược rút lên trong quá trình đổ bê tông

- ống vách theo yêu cầu thi công không thuộc thiết bị khoan và được để lại trongkết cấu với mục đích: gĩư thành vách, hoặc làm ván khuôn đối với phần cọc ngậmnước, cao hơn đáy sông; bảo vệ cọc bê tông cốt thép trong trường hợp sông có vậntốc lớn và nhiều phù sa ống vách được chế tạo bằng thép bản cuốn và hàn thành từngđoạn ống tại các xưởng cơ khí chuyên dụng

Nói chung ống vách có nhiệm vụ là định vị và dẫn hướng cho máy khoan, giữ ổnđịnh cho bề mặt hố khoan đảm bảo không bị sập thành phía trên hố khoan, ống váchbảo vệ hố khoan để đá sỏi và thiết bị không rơi xuống hố khoan Ngoài ra ống váchcòn có thể làm sàn đỡ tạm và thao tác cho việc buộc nối và lắp dựng cốt thép, lắpdựng và tháo dỡ ống đổ bê tông, ống vách được thu hồi lại sau khi đổ bê tông cọcnhồi xong

Công tác định vị, lắp đặt ống vách cần lưu ý những điểm sau:

 Khi lắp đặt ống vách ở trên cạn: công tác đo đạc định vị thực hiện bằngmáy kinh vĩ và thước thép, dùng cần cẩu để lắp đặt

 Khi lắp đặt ống thép vùng nước sâu: ngoài việc sử dụng các loại máy mócthiết bị trên để đo đạc và định vị cần dùng thêm hệ thống khung dẫn hướng, khungdẫn hướng dùng để ổn định ống vách phải đảm bảo ổn định dưới tác dụng của lựcthủy động

Định vị cọc trên mặt bằng cần dựa vào các mốc tọa độ chuẩn được xác định vàxây dựng trước, vị trí, kích thước và cao độ chân ống vách phải được định vị và hạđúng theo quy định thiết kế

Thiết bị hạ ống vách tùy thuộc vào điều kiện địa chất công trình, kích thước ốngvách, chiều sâu hạ để tính toán và chọn thiết bị hạ ống vách cho phù hợp, thiết bị hạống vách thường có những dạng sau:

* Sử dụng thiết bị xi lanh thủy lực kèm theo máy khoan để xoay lắc ống vách hạhoặc nhổ ống vách lên

* Sử dụng búa rung đóng ống vách xuống kết hợp với việc lấy đất bên tronglòng ống vách bằng máy khoan, gầu ngoạm, hoặc hút bùn Hạ ống vách bằng kíchthủy kích thủy lực ép xuống.

ống vách được hạ xuống bằng nhiều phương pháp:

* Phương pháp rung: sử dụng búa rung thông dụng thường hạ 6m ống váchtrong vòng 10 phút nhưng quá trình rung ảnh hưởng đến toàn bộ khu vực lân cận Đểkhắc phục hiện tượng trên trước khi hạ ống vách người ta đào sẵn một hố sâu khoảng2,5 -3m nhằm để bóc bỏ lớp đất cứng trên bề mặt nền đất, biện pháp này làm giảmthời gian rung của búa xuống còn 2-3 phút và giảm bớt ảnh hưởng đến công trình lâncận

* Phương pháp ép: Người ta sử dụng máy ép để ép ống vách xuống độ sâu cầnthiết, phương pháp này tránh được rung động nhưng thiết bị ép và tải lại cồng kềnh,khó khăn cho việc thi công và bố trí mặt bằng

* Phương pháp sử dụng chính máy khoan với gầu có lắp thêm đai cắt để mởrộng đường kính, khoan sẵn một lỗ đến hết độ sâu của ống vách, sử dụng cần cẩuhoặc máy đào đưa ống vách vào vị trí, hạ xuống đúng cao trình cần thiết, cũng có thểdùng cần Kelly Bar để gõ nhẹ lên ống vách, điều chỉnh độ thẳng đứng và đưa ốngvách xuống đến vị trí, sau khi đặt ống vách xong phải chèn chặt ống vách bằng đất sét

và nêm lại không cho ống vách dịch chuyển trong quá trình khoan (phương pháp nàyhay sử dụng)

c) Chuẩn bị khoan

Trước khi thi công khoan cọc nhồi cần phảỉ chuẩn bị đầy đủ hồ sơ tài liệu, thiết

bị máy móc và mặt bằng thi công đảm bảo các yêu cầu sau:

* Khoan thăm dò địa chất tại vị trí có lỗ khoan

* Chế tạo lồng cốt thép

* Thí nghiệm để chọn tỷ lệ hỗn hợp bê tông cọc

* Lập các quy trình công nghệ khoan cọc nhồi cụ thể để hướng dẫn, phổ biếncho cán bộ, công nhân tam gia thi công cọc khoan nhồi làm chủ công nghệ

Khi sử dụng máy khoan không có ống vách đi kèm thì cần phải bổ sung các yêu câudưới đây:

*Sản xuất các ống vách thép theo chiều dài mà thiết kế thi công yêu cầu.

* Làm các thí nghiệm để chọn tỷ lệ pha trộn thành phần vữa sét phù hợp với yêucầu của lỗ khoan

Dựa trên cơ sở phương pháp và thiết bị máy khoan, tùy theo từng vị trí cụ thểcủa cọc mà phải chuẩn bị mặt bằng để lắp đặt máy khoan Khi khả năng chịu tải củađất nền không đảm bảo để đặt máy và thiết bị thi công có thể chọn giải pháp gia cốnền đất sau:

* Dùng xe ủi san và nén chặt đất

* Đào bỏ lớp đất yếu thay đất tốt

* Gia cố đất bằng tà vẹt hoặc xi măng

* Lát mặt bằng tà vẹt, ván đầy bằng gỗ hoặc lát bằng thép tấm, thép hình

Khi kê bằng thép tấm cần chống trượt và xoay chân chống máy khoan

Đối với các máy khoan xoắn ốc hay máy khoan gầu xoay dùng để thi công trêncạn, máy cơ bản( bộ phận chính của máy) phải được đặt trên các tấm tôn dày 20mm,các chân máy phải được kê cứng và cân bằng để khi khoan không bị nghiêng hoặc diđộng

Đối với các máy khoan thuận hoặc nghịch đầu khoan được treo bằng giá khoanhoặc bằng cần cẩu, trước khi khoan phải định vị giá khoan cân bằng, đúng tim cọcthiết kế, các sàn công tác phải đảm bảo ổn định dưới tải trọng thi công và tải trọngđộng

d) Đo đạc trong khi khoan

công tác đo đạc trong khi khoan nhằm đạt được các mục tiêu sau:

* Định vị chính xác vị trí khoan

* Theo dõi chiều dày lớp địa chất của lỗ khoan

* Xác định vị trí, cao độ đầu khoan

định vị tim đầu khoan hoặc tim ống vách bằng các thiết bị đo đạc công trình theocác cọc mốc đã được xây dựng từ trước, trong quá trình khoan phải theo dõi tim cọcbằng máy kinh vĩ, đo đạc độ sâu lỗ khoan, đồng thời phải luôn quan sát và ghi chép

sự thay đổi các lớp địa chất qua mùn khoan lấy ra

Mèc chuÈn

Mèc phô Tim cäc

Hình 2.2 - sơ đồ định vị tim cọc

e) Khoan lỗ

Phải lựa chọn thiết bị khoan đủ năng lực và phù hợp với điều kiện địa chất thủy văncủa công trình để đảm bảo cho việc tạo lỗ khoan đạt yêu cầu thiết kế

Thiết bị thiết kế có các loại sau:

* Thiết bị trong phương pháp thi công có ống vách: gồm ống vách có chân sắc,gầu ngoạm được treo bằng đầu múp cáp

* Thiết bị trong phương pháp khoan phản tuần hoàn: đầu khoan được nối vớicần khoan cùng với dung dịch giữ thành kéo đất khỏi lỗ khoan

* Máy tạo lỗ trong phương pháp tạo lỗ bằng guồng xoắn

Khi lựa chọn thiết bị cần căn cứ vào tình hình địa chất cụ thể, kích thước cọc, phươngpháp thi công để lựa chọn cho thích hợp

Nhóm máy khoan dùng ống vách chỉ nên sử dụng trong đất đá mềm, những nơikhông có nước mặt mức nước ngầm thấp Những nơi có mực nước ngầm cao hoặccần dung dịch giữ thành chỉ nên dùng khi chiều sâu lỗ khoan không lớn, vì trong điềukiện đó các máy khoan mới phát huy tốt

Nhóm máy khoan vận hành ngược có thể sử dụng trên tầng đất đá, đặc biệt cóhiệu quả khi đường kính lỗ khoan lớn từ 30 - 100 m

Khi lựa chọn máy khoan cần xét tính kinh tế của mỗi loại máy với đường kính

và độ sâu cọc Không nên sử dụng máy khoan ống vách, trừ trường hợp không có giảipháp hiệu quả khác, do kéo dài thời gian và tốn kém do công tác ống vách

Trong trường hợp đất là nền bình thường thì việc tạo lỗ có đơn giản nhưng trongtrường hợp nền đất cứng, đá sỏi, đá mồ côi, hay tầng nham thạch thì tạo lỗ khó khăn

thậm chí không làm nổi, tùy tình hình cụ thể mà vận dụng các phương pháp tạo lỗ chothích hợp.

Phương pháp thi công có ống vách, công nghệ tạo lỗ sử dụng ống vách có ưuđiểm là vách lỗ khoan ổn định, đặc biệt khi tạo lỗ qua địa tầng bùn sụt cát chảy màcác phương pháp khác khó có thể khắc phục, nhưng cũng có nhược điểm sau: phải chiphí mua ống vách, hạ ống vách, đặc biệt có khi phải để lại toàn bộ hay một phần ốngvách; khi thi công trong địa tầng qua cuội sỏi gây khó khăn cho hạ ống vách và tạo lỗ;ảnh hưởng chất lượng bê tông và cọc khi rút ống vách Vì vậy công nghệ này áp dụng

có hiệu quả trong địa tầng bùn sụt, cát chảy với chiều sâu không lớn

Công nghệ khoan vận hành ngược, có tốc độ thi công nhanh, nhưng tốc độkhoan và tốc độ bàn quay phải phù hợp với đường kính lỗ khoan và từng loại đất đá.Công tác ổn định vách khoan cần được quan tâm, công tác này được ứng dụng rộngrãi khi có dung dịch giữ ổn định vách lỗ

Công nghệ khoan dùng guồng xoắn, thích hợp với đất dính, mềm, khi đó có thểkhông cần ống vách thậm chí không cần dung dịch giữ thành hơn nữa không gâytiếng ồn và chấn động lớn do đó thích hợp cho thi công ở đô thị, nhưng làm phươngpháp này cần chú ý không làm sạt lở vách khi nhấc guồng xoắn và xử lý khi gặp đá

mồ côi, tốt nhất khi gặp đá mồ côi thì nên sử dụng công nghệ có ống chống vách Khigặp đá tảng rất cứng ở sâu với lỗ khoan guồng xoắn hoặc khoan thùng không xuyênqua được phải dùng lưỡi khoan đặc biệt có răng cứng để phá vỡ chúng bằng cách chorơi tự do đầu khoan vào lỗ đã khoan hoặc có thể dùng thuốc nổ( nếu cho phép) hoặclấy máy đục đá thả vào lỗ khoan để phá đá tảng, đá mồ côi hoặc tầng nham thạchcứng.Trong quá trình khoan nếu xảy ra sự cố, hiện tượng bất thường( sụt lở thànhvách, lỗ khoan không thẳng, có sự thay đổi sai lệch về đường kính lỗ khoan thực tế sovới yêu cầu thiết kế) thì nhà thầu phải nghiên cứu, đề xuất giải pháp xử lý Phương án

xử lý sự cố của nhà thầu chỉ được thực hiện khi chủ đầu tư, tư vấn giám sát, tư vấnthiết kế thống nhất chấp thuận Phải chờ đến khi bê tông cọc bên cạnh trong cùng mộtmóng đạt tối thiểu 70% cường độ thiết kế mới được phép khoan tiếp Việc quyết địnhchọn thời điểm khoan còn phụ thuộc vào khoảng cách giữa các cọc trong móng, theo

cọc Đối với những lỗ khoan sử dụng dung dịch vữa sét để giữ thành vách, cần bù phụdung dịch liên tục trong quá trình khoan, ngừng khoan hoặc đổ bêtông Không được

để cao độ dung dịch trong lỗ khoan hạ xuống dưới mức quy định gây sụt lở vách Khingừng khoan lâu phải rút đầu khoan ra khỏi lỗ khoan, tránh mũi khoan bị chôn vùikhi sập vách, miệng hố khoan phải được đậy nắp, khi đưa mũi khoan lên để xả đấthoặc nối dài cần khoan phải rút từ từ không được cho đầu khoan va chạm vào váchgây sụt lở

Cao độ dung dịch khoan giữ ổn định thành vách phải cao hơn mực nước ngầmhoặc mực nước mặt trên 2m, tại những nơi nước ngầm hoặc có áp lực ngang khác cầnphải tính toán kỹ để quyết định cao độ này Trong quá trình khoan phải luôn theo dõiviệc cấp vữa sét cho bơm hút (phương pháp tuần hoàn ngược), nếu hết vữa sét dự trữthì phải ngừng ngay khoan, trong mọi trường hợp cấm để dung dịch khoan trong hốkhoan bị hạ thấp hơn 1m so với cao độ quy định

Trong khi khoan do cấu tạo nền đất rất khác nhau và có khi gặp dị vật nên đòi hỏingười chỉ huy khoan phải có nhiều kinh nghiệm để xử lý kịp thời, kết hợp với một sốcông cụ đặc biệt

- Khi khoan đến lớp đất cát, đất sỏi trơn nên dùng gầu thùng

- Khi khoan đến lớp đất sét, đất sét rắn nên dùng đầu khoan guồng xoắn ruột gà,lúc này đất được lấy lên theo cánh guồng xoắn

- Khi khoan gặp đá tảng cỡ nhỏ, dị vật lớn hơn cửa gàu nên sử dụng loại đầu cócấu tạo như gầu ngoạm hoặc kéo gắp bốc lên

- Khi khoan gặp lưỡi đá non, đá cố kết nên dùng gầu đập, mũi phá, khoan đá kếthợp với nhau để vượt qua những trở ngại dạng này

- Khi khoan gặp gốc cây, thân cây cổ trầm tích ở sâu nên dùng guồng xoắn ruột

gà xuyên qua rồi tiếp tục khoan như thường

f).Xử lý lắng cặn

Công tác xử lý lắng cặn phải được tiến hành trước khi tiến hành đổ bê tông, khikhoan cọc đến cao độ thiết kế, không được để bùn đất hoặc vữa sét làm đáy lỗ khoanlàm giảm khả năng chịu tải của cọc, đối với mỗi cọc sau khi khoan đều phải thực hiện

việc xử lý cặn lắng kỹ lưỡng, đây là một kỹ thuật khó và cần được thực hiện, kiểm trachất lượng thật kỹ.

Phương pháp xử lý lắng cặn có khác nhau tùy theo từng loại kỹ thuật thi cônglàm cọc, thiết bị xử lý, và các bước xử lý cũng khác nhau Cặn lắng có hại chia làmhai loại, loại chủ yếu là trong quá trình làm lỗ đất cát không kịp đưa lên sẽ lưu lại ởgần đáy lỗ, sau khi dừng việc làm lỗ thì lắng xuống đáy lỗ, loại cặn lắng này tạothành bởi những hạt có đường kính tương đối to, vì thế khi đã lắng đọng xuống đáyrồi thì không thể dùng biện pháp giản đơn mà moi lên được Loại khác là những hạtrất nhỏ nổi trong nước tuần hoàn hoặc nước trong lỗ, sau khi làm lỗ xong, qua mộtthời gian sẽ lắng dần xuống đáy lỗ Từ đó ta thấy, phương pháp xử lý cặn lắng có thểchia làm hai bước: bước 1_ xử lý cặn lắng có hạt thô, bước 2_xử lý cặn lắng có hạtsiêu nhỏ

Xử lý cặn lắng bước 1: là sau khi làm lỗ đạt đến độ sâu dự định, không nângthiết bị làm lỗ lên ngay mà tiếp tục làm thao tác thải đất lên, cho đến khi hoàn toànsạch sẽ cặn lắng ở gần đáy lỗ rồi mới thôi,

Xử lý cặn lắng bước 2: sẽ thực hiện trước khi thả khung cốt thép hoặc trước khi

đổ bê tông, phần lớn là dùng phương pháp rút cặn lắng bằng không khí đẩy nướctrong ống dẫn bình thường, hoặc phương pháp phản tuần hoàn bơm hút

2.2.3.Dung dịch khoan.

Yêu cầu chung:

Tùy theo điều kiện địa chất, thủy văn, nước ngầm, thiết bị khoan mà chọnphương pháp giữ thành vách lỗ khoan và chọn dung dịch khoan cho thích hợp

Dung dịch vữa sét Bentônite dùng để giữ thành vách gồm : nước, bột sét, CMC

và tác nhân phân tán khác, dung dịch vữa sét có thể sử dụng đối với nơi có lớp địatầng dễ sụt lở và đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Có thể dùng ở mọi địa tầng

- Dùng cho mọi loại thiết bị khoan và dạng mũi khoan

- Giữ cho mùn khoan không lắng đọng dưới đáy hố khoan và đưa chúng theodung dịch ra ngoài

Dung dịch khoan có thể là nước thường tại nơi mà địa tầng là đất dính như đấtsét, á sét, đất thịt, hoặc gơ nai phong hóa, đá

Dung dịch khoan phải chọn dựa trên cơ sở tính toán theo nguyên lý cân bằng áplực ngang, giữa cột dung dịch trong hố khoan và áp lực của đất, áp lực xung quanh lỗ.Đối với các lỗ khoan có lớp địa tầng dễ sụt lở, áp lực của cột dung dịch phải luôn lớnhơn áp lực ngang của đất và nước bên ngoài

Dung dịch dùng trong khoan nhồi phải có chất lượng tốt và không bị hư hỏngtheo thời gian, thành phần và tính chất của dung dịch vữa sét sử dụng cho mỗi lỗkhoan cần phải bảo đảm sự ổn định trong thời gian thi công Các thông số của dungdịch phải được chọn thích hợp với điều kiện của khu vực xây dựng và đảm bảo cácyêu cầu quy định trong quy trình, tùy theo điều kiện địa chất tại vị trí khoan cọc màchọn các chỉ tiêu về độ nhớt và khối lượng riêng của dung dịch cho thích hợp

Quy trình trộn dung dịch Bentônite :

- Thường trộn 20 -50 Kg bột Bentônite với 1m3 nước (tuỳ theo yêu cầu thiếtkế), ngoài ra tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật cụ thể cho thêm vào dung dịch một số chất phụgia mục đích là làm cho nó nặng thêm, khắc phục khả năng vón cục của bộtBentônite, tăng thêm độ sệt hoặc ngược lại giảm độ sệt bằng cách chuyển nó thànhthể lỏng, chống sự nhiểm bẩn của nó bởi ximăng hoặc thạch cao

- Đổ 80 % lượng nước theo tính toán vào thùng trộn

- Đổ từ từ lượng bột Bentônite theo thiết kế

- Trộn đều từ 15-20 phút

- Đổ từ từ lượng phụ gia nếu có

Các chỉ tiêu của dung dịch vữa sét:

Hạng mục Chỉ tiêu tính năng Phương pháp kiểm tra

Khối lượng riêng 1,05 – 1,15 Tỷ trọng kế dịch sét

2 Độ nhớt 18 – 45 (s) Phương pháp phễu 500/500cc

3 Hàm lượng cát < 6%

4.Tỷ lệ chất keo > 95% Phương pháp đong cốc

5 Lượng mất nước < 300ml/30 phút Dụng cụ đo lượng nước mất

6 Độ dày của áo sét 1 -3 mm/30 phút Dụng cụ đo lượng nước mất

b2 - M¸y trén

cao độ thiết kế phải treo lồng phía trên để khi đổ bê tông lồng cốt thép không bị uốndọc và đâm thủng nền đất đáy lỗ khoan.

Các bước cơ bản để lắp đặt và hạ các đoạn lồng cốt thép: nạo vét đáy lỗ; hạ từ từđoạn thứ nhất vào trong hố khoan cho đến cao độ đảm bảo thuận tiện cho việc nối đốttiếp theo; giữ lồng cốt thép bằng giá đỡ chuyên dụng được chế tạo bằng cốt thépđường kính lớn hoặc thép hình; đưa đoạn tiếp theo và thực hiện công tác nối lồng cốtthép; tháo giá đỡ và hạ tiếp lồng cốt thép; kiểm tra cao độ phía trên của lồng cốt thép;kiểm tra đáy lỗ khoan; neo lồng cốt thép để khi đổ bê tông lồng cốt thép không bị trồilên

Hình 2.4 - Sơ đồ cấu tạo lồng thép

2.2.5.Công tác đổ bê tông cọc khoan.

Đảm bảo việc sản xuất, cấp bê tông đủ cho công trình thi công không bị giánđoạn, bê tông phải đảm bảo yêu cầu chất lượng như về độ sụt

Lắp đặt ống đổ

Các đoạn ống được liên kết với nhau bằng gen Chiều dài ống đổ phải tới tận đáy

hố khoan, khoảng cách giữa đáy ống đổ và đáy hố khoan tuỳ thuộc vào đường kính

hố khoan và phải có biện pháp ống đổ dự phòng

ống đổ bê tông và mối nối được đảm bảo kín, cách nước, luôn luôn kiểm trachiều dài khi nối ống, tháo ống trong quá trình đổ

Đoạn ống đầu tiên khi thi công được nút kín bằng bóng cao su hoặc bọt xốp dày

>5cm nhằm đảm bảo không có sự tiếp xúc trực tiếp của mẻ bê tông đầu với đung dịchkhoan

Quá trình đổ bê tông.

Hình 2.6- Sơ đồ thi công đổ bê tông cọc

- Trước khi đổ bê tông cần phải có kế hoạch chặt chẽ về việc cung cấp bê tông giữađơn vị thi công và đơn vị cung cấp Cụ thể, bê tông phải đảm bảo cung cấp về sốlượng, chất lượng, liên tục không gián đoạn

- Cấp phối bê tông phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật theo yêu cầu thiết kế, không sửdụng cốt liệu đá lớn hơn 20mm Bê tông trước khi đổ phải có độ sụt là 16-20 cm.

- Công nghệ đổ bê tông được thực hiện sao cho bê tông cấp cho cọc liên tục không bịgián đoạn, tránh bê tông bị phân tầng

- Trường hợp dùng xe trộn để cấp bê tông, cần tính toán thời gian vận chuyển, nghiêncứu phương án đường đi và lựa chọn độ sụt xuất xưởng thích hợp

- Bê tông sử dụng cho cọc khoan nhồi có thể được trộn thêm phụ gia hoá dẻo với tỷ

lệ từ 0.8-1.2 % tuỳ thuộc vào môi trường cũng nhừng cự ly vận chuyển

- Bê tông trong ống đổ phải đủ độ cao và luôn luôn lớn hơn áp lực dung dịch xungquanh ống đổ có thể được nâng lên hạ xuống trong quá trình cấp bê tông nhưngkhông được thao tác quá mạnh và nhiều để tránh bê tông bị phân tầng Trong quátrình đổ, ống đổ được tháo dần ra song phải luôn đảm bảo nằm ngập trong bê tông vớichiều sâu không nhỏ hơn 2m Việc đổ diễn ra liên tục tạo thành dòng chảy tự do và bêtông chiếm chỗ đẩy dần bentonite ra khỏi hố khoan

- Các ống đổ bê tông được đặt lên giá đỡ và vệ sinh ngay sau khi tháo để tránh hiệntượng tắc ống cho những lần đổ sau

- Trong suốt quá trình đổ bê tông tránh không để bê tông tràn ra miệng phễu rơi vàotrong lòng cọc làm ảnh hưởng tới chất lượng của bentonite và bê tông cọc

- Trong quá trình đổ bê tông phải thường xuyên kiểm tra theo dõi cao độ chân ốngcho phù hợp và kiểm soát được chất lượng thành vách hố khoan

- Cao độ đổ bê tông cuối cùng phải cao hơn cao độ đáy đài cọc tối thiểu là 1-1.5m tuỳtheo thiết kế

- Quá trình đổ bê tông được thể hiện trong các báo cáo chi tiết theo các biểu mẫu cósẵn và có sự xác nhận của các bộ thi công và tư vấn giám sát

từ từ bằng cẩu.

Sau khi ống chống được rút lên cần kiểm tra khối lượng bê tông và cao độ đầucọc nhằm đảm bảo tiết diện cọc không bi thu nhỏ và bê tông không bị lẫn bùn đấtxung quanh do áp lực của đất, nước, mùn khoan trong trường hợp cần thiết phải bổ

Hình 2.7: Trình tự thi công cọc khoan nhồi

sung ngay bê tông trong quá trình rút ống Cần tiến hành lấp đầu cọc, lấp hố thu dungdịch Bentônite, tạo mặt bằng thuận lợi cho việc thi công cọc khác, không được phéprung động hoặc khoan cọc khác trong vòng 24h kể từ khi kết thúc đổ bê tông cọctrong phạm vi 5 lần đường kính cọc.

2.7.Các loại thiết bị phục vụ thi công :

a) Máy khoan : là thiết bị dùng để khoan lỗ trong đất Một số loại máy khoan đang

được sử dụng ở Việt Nam :

- Máy khoan cọc nhồi hãng HITACHI : KH-100, KH-125, KH-180

- Máy khoan cọc nhồi hãng BAUER : BG-15, BG-20, BG-30

- Máy khoan cọc nhồi hãng SOILMEC : R-6G, R-9G, R-12G

- Máy khoan cọc nhồi hãng NIPPON SHARYO : ED-4000, ED-5500

b) Thiết bị dùng để chế tạo và xử lý dung dịch bentônite.

- Máy trộn dung dịch(máy khuấy)

- Máy sàng cát, bơm (bơm chìm hoặc bơm hút nước)

- Thùng trộn, bể chứa dung dịch (xi lô)

- Các ống dẫn

c) Các thiết bị phục vụ cho quá trình thi công cọc

Hệ nổi trở thiết bị khoan, phục vụ thi công, chuyên chở vật liệu,( phao nổi , sàlan) khi thi công ở dưới nước

Cần cẩu, ô tô ben, mix, máy xúc máy ủi, máy đào gầu thuận, nghịch, máy hàn,máy phát điện, máy hàn, búa đóng cọc ( búa điezel, búa hơi, búa song động)

Bơm ly tâm, máy nén khí, máy hút thủy lực

PHẦN II: TÍNH TOÁN MÁY KHOAN VÀ HỆ PHAO NỔI

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN.

3.1 Phương án I: lắp cần giàn lên máy cơ sở là máy xúc thuỷ lựC(Hình 3.1)

Hình 3.1:Máy khoan kiểu cần giàn

5-cáp nâng hạ Kelley bar 6-cần máy khoan

9-cụm động cơ bộ công tác 10-gầu khoan

1 Ưu điểm:

 phương pháp này thuận tiện cho việc lắp đặt, tháo lắp

 Cơ cấu cần nhẹ nhàng giúp cho việc thi công đơn giản

 ổn định máy

 Lực cản gió ảnh hưởng tới cần nhỏ

 Thay đổi được tầm với nên ít phải di chuyển khi thi công, thích hợp với điềukiện thi công trên nước, thiết bị được đặt trên hệ phao nổi Máy có thể đứngtại một vị trí để tiến hành thi công nhiều cọc

2 Nhược điểm:

 Mất thời gian tháo lắp cần khi đưa máy thi công công trình

 Cơ cấu cần cồng kềnh

 Việc tăng chiều cao cần phức tạp

 Phức tạp khi di chuyển máy

3.2 Phương án 2: lắp cần hộp lên máy xúc thuỷ lực(Hình 3.2)

1 Ưu điểm:

 Cơ cấu cần gọn nhẹ

 Việc nâng hạ cơ cấu quay đẫn động cần kelly dễ dàng

 Dễ dàng di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác

 Nhờ hệ thống xilanh thuỷ lực mà cần có thể đưa ra phía trước dễ dàng khiđưa lồng cốt thép vào hố khoan

 Cần có thể gập lại khi di chuyển

 Dễ dàng thay thế các thiết bị hỏng trên máy

2 Nhược điểm:

 Việc chế tạo cần hộp khó khăn

 Giá thành sản xuất cao

 Chịu ảnh hưởng của gió lớn khi thi công do cần được chế tạo thành từnghộp

 ổn định của máy kém khi cần dài

 Không thay đổi được tầm với, nên trong quá trình tiến hành khoan cọc phải

di chuyển máy ( điều này rất phức tạp khi thi công trong điều kiện trênnước , đặt máy trên hệ phao nổi)

Hình 3.2:Máy khoan kiểu cần hộp

3 - Cơ cấu khung dẫn động 4 - Cơ cấu giá treo cần

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦN 4.1 Khái niệm về kết cấu thép

Trong các máy trục kết cấu kim loại chiếm một phần kim loại rất lớn Khối lượng kimloại dùng cho kết cấu kim loại chiếm 60%80% khối lượng kim loại toàn bộ máytrục, có khi còn hơn nữa Vì thế việc chọn kim loại thích hợp cho kết cấu kim loại để

sử dụng một cách kinh tế nhất là rất quan trọng.Kết cấu kim loại của máy trục gồmcác thép tấm và thép góc nối với nhau bằng hàn hay đinh tán Vì mối ghép hàn giacông nhanh và rẻ nên được dùng rộng rãi hơn.Các loại thép góc và thép tấm dùng chokết cấu kim loại máy trục có thể được chế tạo bằng thép cácbon, thép kết cấu hợp kimthấp hay hay bằng hợp kim nhôm

_ Độ giãn dài khi đứt:  = 21%

_ Khối lượng riêng:  = 7,83 T/m3

Trong mặt phẳng nằm ngang, tiết diện thay đổi và chiều rộng lớn nhất tại đuôi cần

B0 Đuôi cần được liên kết với bệ máy bởi 2 khớp.Vì vậy trong mặt phẳng nằmngang, cần được coi là một thanh ngàm cứng, có đầu cần là tự do Do đó cần có kếtcấu dạng hình thang, đuôi cần có chiều rộng lớn nhất còn đầu cần có chiều rộng nhỏnhất

Trong mặt phẳng nâng hàng cần được tính là một thanh có liên kết khớp ở haiđầu:một khớp bản lề ở đuôi cần và một khớp di động là cáp nâng cần ở đầu cần.Vìvậy hình dáng cần trong mặt phẳng nâng hàng thường có dạng hình thoi Hai đầu cần

có tiết diện nhỏ, chiều cao lớn nhất của tiết diện là ở đoạn giữa và giảm dần về haiphía đầu cần

Đoạn giữa cần thường không thay đổi tiết diện, có chiều rộng B=(11,5).H

Hình 4.1

Các cần thẳng dùng trong trường hợp khi dây cáp dùng để nâng hạ cần nối ở đầucần Các cần này có ưu điểm là nhẹ hơn và kết cấu đơn giản hơn Tuy nhiên nó khôngcho phép nâng vật nặng lên cao ở tầm với nhỏ nhất như là cần có trục gãy

Đối với các cần trục có trọng tải lớn cần được chế tạo kiểu dàn với tiết diện ngang tứ giác Thanh biên của các tứ giác đó được làm bằng thép góc Để giảm nhẹ trọng lượng, các cần được chế tạo theo kiểu dàn có độ cứng thay đổi

7.3.1 Các thông số cơ bản của kết cấu thép cần:

_ Chiều dài cần: L = 22m

_ Chiều cao tiết diện cần ở giữa chiều dài chọn phụ thuộc vào chiều dài cần L và thường lấy trong khoảng: