giáo trình kỹ thuật thi công

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CÔNG TÁC ĐẤT Trong xây dựng công nghiệp và dân dụng những công việc liên quan đến nền đất được thực hiện với các mục đích khác nhau như: chuẩn bị nền đất cho thi công

PHẦN A CÔNG TÁC ĐẤT (21 tiết)

CHƯƠNG 1 ĐẤT VÀ CÔNG TÁC ĐẤT TRONG XÂY DỰNG ( 3 tiết)

Nội dung chính

• Những khái niệm chung

• Các dạng công trình và công tác đất

• Phân cấp đất trong xây dựng

• Những tính chất của đất ảnh hưởng đến kỹ thuật thi công

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CÔNG TÁC ĐẤT

Trong xây dựng công nghiệp và dân dụng những công việc liên quan đến nền đất được thực hiện với các mục đích khác nhau như: chuẩn bị nền đất cho thi công móng, làm chặt đất lấp sau khi thi công móng, gia cố nền, làm chặt đất đắp, tạo không gian trong lòng đất cho các công trình ngầm (đường hầm, mêtrô) v.v gọi là công tác đất được đặc trưng bởi các quá trình cơ bản là đào và đắp Công tác đất bao gồm các công tác chuẩn bị và phục vụ được thực hiện trước hoặc đồng thời như công tác chuẩn bị mặt bằng, tiêu nước bề mặt, hạ mực nước ngầm, định vị giác móng công trình v.v Kết quả của các công tác đất tạo ra các

công trình đất (hình 1.1).

Hình 1.1 Các dạng công trình đất

a – hố móng; b – lấp hố móng; c – hố hẹp, rãnh chạy dài; d - đắp đất mặt bằng; e – đắp đường;

g – đào công trình ngầm dưới lòng đất; 1- công trình; 2 – đất lấp hố móng

Nói chung, khối lượng công tác đất chiếm một tỷ trọng lớn trong giá thành xây dựng công trình Theo các số liệu thống kê tính trung bình trên 1 m3 xây dựng công trình công nghiệp thì khối lượng đào đắp đất là 1,5 – 2 m3, và đối với công trình dân dụng thì khoảng 0,5 m3

Ngoài ra, công tác đất là công việc nặng nhọc, quá trình thi công phụ thuộc nhiều vào khí hậu, thời tiết v.v Ở những nơi có địa hình và địa chất phức tạp, thi công đất có thể gặp rất nhiều khó khăn Vì vậy, việc chọn phương án thi công đất có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đến việc làm giảm giá thành xây dựng, nâng cao chất lượng công trình và đẩy nhanh tiến độ thi công.

1.2 CÁC DẠNG CÔNG TRÌNH VÀ CÔNG TÁC ĐẤT

1.2.1 Các dạng công trình đất

Công trình đất có thể phân loại theo các cách như sau:

- Theo mục đích sử dụng: gồm loại công trình sử dụng trực tiếp như đê, đập,

mương, máng, đường đi, bãi chứa v.v và loại công trình đất phục vụ công trình khác như

hố móng, đường hầm đào, lớp đệm, lấp hố móng v.v

- Theo thời gian sử dụng: gồm loại công trình sử dụng lâu dài như đê đập, nền

đường, kênh mương, đường hầm v.v và loại công trình sử dụng ngắn hạn như nền đường tạm, hố móng, rãnh thoát nước v.v Khi công trình ngắn hạn người ta còn quan tâm đến thời gian sử dụng công trình trong mùa mưa hay mùa khô

- Theo sự phân bố khối lượng công tác: gồm loại công trình tập trung như hố móng,

san mặt bằng, đào hồ v.v và loại công trình chạy dài như đê, đập, nền đường giao thông v.v

1.2.2 Các loại công tác đất

Trong thi công đất thường gặp các loại công tác chính sau:

1.Đào: Hạ độ cao mặt đất tự nhiên xuống độ cao thiết kế Thể tích đất đào: V+

2.Đắp: Nâng độ cao mặt đất tự nhiên lên độ cao thiết kế Thể tích đất đắp: V –

3.San: Làm phẳng một diện tích đất San bao gồm đào và đắp, lượng đất được giữ nguyên San có thể kết hợp với đào và đắp Có trường hợp san kết hợp với đào hoặc đắp, khi đó lượng đất tổng mặt bằng có thể lấy đi hoặc chở đến

4.Hớt (bóc): lấy lớp đất không sử dụng ở trên (đất mùn, đất thực vật , đất ô nhiễm) Hớt theo độ dày lớp đất lấy đi

5.Lấp: làm cho chỗ đất trũng cao bằng khu vực xung quanh Lấp đất phụ thuộc độ cao

tự nhiên của khu vực xung quanh

1.3 PHÂN CẤP ĐẤT TRONG XÂY DỰNG

Trong thi công đất được phân cấp theo sự tiêu hao sức lao động vào quá trình thi công đất và theo phương pháp thi công – thi công thủ công và thi công cơ giới

Cấp đất càng cao thì càng khó thi công và sự tiêu hao sức lao động càng cao

1.3.1 Phân loại đất theo phương pháp thi công thủ công

Theo phương pháp thi công thủ công, đất được phân ra 9 nhóm (tham khảo giáo trình KTXD1), như ở hình Bảng 1.1

1.3.1 Phân loại đất theo thi công cơ giới

Theo thi công cơ giới, đất được chia ra làm 4 cấp:

- Cấp 1: Bao gồm đất trồng trọt, đất bùn, cát pha sét, cuội sỏi có kích thước nhỏ hơn 80 mm;

- Cấp 2: Bao gồm sét quánh, đất lẫn rễ cây, cát sỏi, cuội sỏi có kích thước lớn hơn 80 mm;

- Cấp 3: Bao gồm đất sét lẫn sỏi cuội, đất sét rắn chắc;

- Cấp 4: Bao gồm đất sét rắn, hoàng thổ rắn chắc, đá được làm tơi

Bảng 1.1 Phân loại đất theo thi công thủ công Nhóm

đất

chuẩn xác định nhóm đất

I − Đất phù sa, cát bồi, đất màu, đất mùn, đất hoang thổ, đất đen

− Đất đồi sụt lở hoặc đất nơi khác đem đến đổ (thuộc đất nhóm IV đổ

xuống) chưa bị nén chặt

Dùng xẻng xúc đễ dàng

II − Đất cát pha thịt hoặc thịt pha cát

− Đất cát pha sét

− Đất màu ẩm ướt nhưng chưa đến trạng thái dính dẻo

− Đất nhóm III, nhóm IV sụt lở hoặc đất nơi khác đem đến đổ đã bị

nén chặt nhưng chưa đến trạng thái nguyên thổ

− Đất phù sa, càt bồi, đất màu, đất mùn, đất hoang thổ, tơi xốp có lẫn

gốc rễ cây, mùn rác, sỏi đá, gạch vụn, mảnh sành kiến trúc đến 10%

thể tích, hoặc 50- 150 kg trong 1m3

Dùng xẻng cải tiến ấn nặng tay xúc được

III − Đất sét pha thịt, đất sét pha cát

− Đất sét vàng hay cát trắng, đất thịt, đất chua, đất kiềm ở trạng thái

ẩm mềm

− Đất cát pha thịt, thịt pha cát, cát pha sét có lẫn gốc rễ cây, sỏi đá,

mảnh vụn kiến trúc đến 10% thể tích hoặc 50- 150 kg trong 1m3

− Đất cát, đất đen, đất mùn có lẫn sỏi đá, mảnh vụn kiến trúc, mùn rác,

gốc rễ cây 10 – 20% thể tích hoặc 150- 300 kg trong 1m3

− Đất cát có lượng ngâm nước lớn trọng lượng 1,7t/m3 trở lên

Dùng xẻng cải tiến đạp bình thường

đã ngập xẻng

IV − Đất đen, đất mùn, ngâm nước mất dính

− Đất thịt, đất sét pha thịt, pha cát ngân nước nhưng chưa thành bùn

− Đất do thân lá cây mọc tạo thành dùng mai cuốc đào không thành

tảng mà vỡ mịn ra, rời rạc như xỉ

− Đất thịt, đất sét nặng kết cấu chặt

− Đất mặt, sườn đồi có nhiều cỏ lần cây sim, mua, rành rành

Dùng mai xắn được

− Đất nâu mềm

VI − Đất thịt, đất sét, đất nâu rắn chắc, cuốc ra chỉ được từng hòn nhỏ

− Đất chua, đất kiềm khô cứng

− Đất mặt đê, mặt đường đất cũ

− Đất mặt sườn đồi có lẫn sỏi đá, có sim, mua, rành rànhmọc đầy

− Đất thịt, đất sét kết cấu chặt lẫn cuội, sỏi, mảnh vụn kiến trúc, gốc rễ

cây 10 – 20% thể tích hoặc 50 − 150 kg/m3

− Đất vôi phong hóa già nằm trong đất, đào ra từng mảng được, khi

còn trong đất thì tương đối mềm, đào ra rắn dần lại, đập vỡ vụn ra như xỉ

Dùng cuốc bàn cuốc chối tay, phải dùng cuốc chìm to lưỡi để đào

VII − Đất đồi lẫn từng lớp sỏi, lượng sỏi 25 – 35% lẫn đá tảng, đá trái đến

20% thể tích

− Đất mặt đường đá dăm hoặc đường đất rải mảnh sành, gạch vỡ

− Đất cao lanh, đất thịt, đất sét kết cấu chặt, lẫn mảnh vụn kiến trúc,

gốc rễ cây 20 – 30% thể tích hoặc 300 – 500kg/m3

Dùng cuốc chim nhỏ lưỡi nặng đến 2,5kg

VIII − Đất lẫn đá tảng, đá trái 20 – 30% thể tích

− Đất mặt đường nhựa hỏng

− Đất lẫn vỏ loài trai ốc (đất sò) dính kết chặt, đào thành tảng được

(vùng ven biển thường đào để xây tường)

− Đất lẫn đá bọt

Dùng cuốc chim nhỏ lưỡi nặng trên 2,5kg hoặc dùng xà beng đào được

IX − Đất lẫn đá tảng, đá trái lớn hơn 30% thể tích, cuội sỏi giao kết bởi

1.4 NHỮNG TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT ẢNH HƯỞNG ĐẾN KỸ THUẬT THI CÔNG

Như ta đã biết, đất là một môi trường phức tạp có nhiều yếu tố ảnh hưởng (cơ, lý hoá) Tính chất và chất lượng đất ảnh hưởng đến độ bền vững của công trình đất, năng suất lao động và giá thành công tác đất

Để lựa chọn được phương pháp thi công đất tối ưu nhất, phải tính đến những tính chất

cơ bản của đất ảnh hưởng đến kỹ thuật thi công đất như sau: trọng lượng riêng, độ ẩm, độ tơi xốp, độ dốc tự nhiên; khả năng chống xói lở (lưu tốc)

1.4.1 Trọng lượng riêng của đất

- Định nghĩa: Trọng lượng riêng của đất γ là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất ở trạng thái tự nhiên.

- Công thức xác định: γ = G/V (kg/cm 3 )

Trong đó: G - trọng lượng của khối đất, kg; V - thể tích V khối đất, cm3

- Tính chất: Đất có trọng lượng riêng càng lớn thì chi phí để thi công càng cao.

1.4.2 Độ ẩm của đất

- Định nghĩa: Độ ẩm W của đất là tỷ lệ tính theo phần trăm (%) của lượng nước chứa trong một thể tích đất.

Trong đó: Gu: Trọng lượng mẫu đất ở trạng thái tự nhiên;

Gkh: Trọng lượng mẫu đất sau khi sấy khô;

Gn: Trọng lượng nước trong mẫu đất

- Tính chất: Độ ẩm của đất ảnh hưởng đến công lao động thi công, đến việc đảm bảo

an toàn thi công cũng như chất lượng công trình đất Đất ướt hay khô quá đều làm quá trình thi công đất khó khăn

+ Đất khô quá làm cho chi phí việc đào đất tăng lên, làm giảm năng suất đào đất

+ Đất ướt quá thì gây dính, cản trở độ cơ động của các thiết bị thi công, vệ sinh lao động trên công trường

+ Độ ẩm của đất ảnh hưởng rất lớn đến quá trình đầm đất: mỗi loại đất muốn đạt được năng suất và hiệu quả cao trong quá trình đầm thì đất phải có một độ ẩm trong giới hạn cho phép Độ ẩm mà ở đó đất có thể đầm chặt nhất gọi là độ ẩm đầm nén tối ưu

- Phân loại đất theo độ ẩm: Dựa vào độ ẩm người ta phân ra các loại đất như sau:

o o

−

=

ρ

(1.1)Trong đó : Vo: Thể tích đất nguyên thổ

V: Thể tích đất sau khi đào lên (chưa đầm nén hoặc đã đầm nén) + Có hai hệ số tơi xốp: ρ0: là độ tơi xốp ban đầu khi đất đào lên chưa đầm nén

ρ: là độ tơi xốp cuối cùng sau khi đất đã đầm nén

+ Đất càng rắn chắc thì độ tơi xốp càng lớn, khi thi công sẽ gặp nhiều khó khăn, giá thành thi công tăng.

+ Đất xốp, rỗng có độ tơi xốp nhỏ, có khi có giá trị âm

Ví dụ: loại đất bùn chứa nhiều lỗ rỗng, khi đào lên nước chảy hết, các hạt đất dịch chuyển lại gần nhau → giảm thể tích V < Vo→ρ < 0

Hình 1.2 Độ dốc tự nhiên của đất Công thức: i tg H

B

α

Trong đó: α - góc của mặt trượt tự nhiên

B - chiều rộng của mái dốc

H - chiều cao hố đào

Đại lượng nghịch đảo của độ dốc là độ soải của mái dốc m 1 B cotg

Khi đào các hố tạm thời phải tuân theo độ dốc cho phép cho ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Độ dốc cho phép lớn nhất của mái dốc đất đào Loại đất Độ dốc cho phép i cp

- Đất cứng ( khi đào phải dùng cuốc chim, xà beng): không quá 2m.

Để tính toán chiều sâu thẳng đứng mà không cần phải chống đỡ có thể dùng công thức sau (chưa kể hệ số an toàn):

0 2

2 cos90sin

2

th

c H

ϕγϕ

Trong đó: C – độ dính đơn vị của đất;

γ – trọng lượng riêng của đất;

φ – góc ma sát trong của đất

Tuy nhiên giá trị tính toán theo công thức này không được lớn hơn giá trị đã nêu ở qui định trên

1.4.5 Khả năng chống xói lở của đất (lưu tốc cho phép)

- Định nghĩa: Khả năng chống xói lở của đất là khả năng chống lại sự cuốn trôi của

dòng nước chảy của các hạt đất Với tốc độ tối đa của dòng chảy mà không gây xói lở cho đất gọi là lưu tốc cho phép

- Tính chất:

+ Đất có lưu tốc cho phép càng lớn thì khả năng chống xói mòn càng cao

+ Đối với các công trình bằng đất có tiếp xúc với dòng chảy như đập, kênh, mương… cần quan tâm đến tính chất này khi chọn đất thi công

+ Muốn tránh xói lở đất thì lưu tốc dòng nước chảy theo mặt đất không được lớn hơn một trị số ở đó các hạt đất bắt đầu bị lôi cuốn đi Trong bảng 1.3 là lưu tốc cho phép của một

số loại đất

Bảng 1.3 Lưu tốc cho phép của đất

Số TT Loại đất Lưu tốc cho phép

CHƯƠNG 2 CÔNG TÁC CHUẨN BỊ PHỤC VỤ THI CÔNG ĐẤT (3 tiết)

- Lưu ý tới nguồn điện, nước phục vụ cho công trình

- Xử lý hệ thảm thực vật thấp có thể dùng sức người hoặc dùng máy ủi

- Với các gốc cây quá to với đường kính trên 50 cm và đá mồ côi kích thước lớn thì biện pháp phá nhanh nhất là nổ mìn

- Lấp đất nơi có bùn ở dưới phải vét hết bùn để tránh hiện tượng không ổn định cho lớp đất đắp

Bàn giao mốc giới: Bàn giao mốc giới được thực hiện giữa chủ đầu tư và nhà thầu

xây dựng, có thể có sự tham gia của các bên liên quan

- Lập biên bản, ghi rõ ngày, tháng, năm, vị trí các mốc giới bàn giao

- Dẫn mốc giới tới những vị trí ổn định xung quanh công trường và phải có rào chắn bảo vệ

2.1.2 Tiêu nước bề mặt thi công

Với những công trình ở trong vùng đất trũng, mỗi khi mưa lớn thường bị ngập nước, gây ứ đọng làm cản trở đến việc thi công đào đắp đất Có thể làm đất nền mất đi tính chất vốn có Chi phí để sử lý khi đất xấu rất tốn Do đó việc tiêu nước bề mặt là hết sức cần thiết

Để khắc phục hiện tượng trên phải thực hiện việc thi công hệ thống thoát nước mặt để tiêu nước bề mặt công trình trong suốt quá trình thi công Tùy theo điều kiện cụ thể từng công trình mà có thể giải quyết theo các phương pháp khác nhau như: tạo độ dốc cho mặt bằng thi công, xây hệ thống mương, cống bê tông thoát nước có hố ga để dẫn nước về hệ thống thoát nước khu vực v.v Đối với các công trình lớn nên thi công hệ thống thoát nước mặt sử dụng vĩnh cửu theo thiết kế để tiết kiệm để tiết kiệm vốn đầu tư xây dựng

Hình 2.2 Hệ thống thoát nước mặt cho hố móng

1- Rãnh thoát nước; 2- Hố gom nước; 3- Máy bơm nước.

2.1.3 Chuẩn bị vị trí đổ đất

Trước khi thi công đào đất phải xác định chất lượng loại đất đào lên để có thể sử dụng nó vào các công tác thích hợp, xác định lượng đất cần lấp trở lại vào công trình (nếu chất lượng đất phù hợp yêu cầu công trình), lượng đất thừa cần chở ra khỏi công trình Đối với lượng đất sẽ lấp trở lại sau khi thi công móng, cần bố trí bãi chứa, tốt nhất bãi chứa gần vị trí xây dựng công trình mà không gây cản trở quá trình thi công móng, sau khi thi công móng dễ dàng sử dụng các máy xúc, máy ủi để lấp đất trở lại công trình

2.2 HẠ MỰC NƯỚC NGẦM

2.2.1 Khái niệm

Hạ mực nước ngầm là làm cho nước

ngầm hạ thấp cục bộ ở một vị trí nào đó bằng

phương pháp nhân tạo

Công tác hạ mực nước ngầm tiến hành khi đào hố móng mà đáy hố móng nằm

dưới mực nước ngầm (hình 2.3) Nếu không hạ mực nước ngầm, nước ngầm sẽ tràn vào

Hình 2.3 Hạ mực nước ngầm

gõy sụp lở thành hố đào và gõy khú khăn cho thi cụng đất, đặc biệt là trong trường hợp đào thủ cụng.

Chỳ ý: Việc hạ mực nước ngầm phải được tiến hành cho đến khi bờ tụng đạt một cường độ nào đú để trỏnh nước ngầm xõm nhập vào bờ tụng phỏ hỏng tớnh chất bờ tụng

và cú thể làm ăn mũn cốt thộp

Hiện nay, để hạ mực nước ngầm, thường sử dụng cỏc phương phỏp phổ biến như: đào rónh ngầm; sử dụng ống giếng lọc với bơm hỳt sõu; sử dụng ống lim lọc hỳt nụng, hỳt sõu

2.2.2 Cỏc phương phỏp hạ mực nước ngầm

1 Phương phỏp đào rónh ngầm

Nguyờn lý hoạt động: Nước hai bờn thấm vào rónh, theo những lớp dẫn nước

chảy vào hố thu và được bơm ra ngoài cụng trỡnh

Cấu tạo: Xung quanh khu vực

cần hạ MNN, đào hệ thống rónh ngầm,

sõu 1 – 2 m với độ dốc i = 0,03 – 0,04

Đỏy rónh là lớp dễ thấm: 50% cỏt hạt to

+ 50% sỏi nhỏ Phớa trờn dựng cỏc vầng

cỏ đỏnh mỏng để giữ cho nước phớa trờn khụng thấm vào lớp dễ thấm Dựng đất sột trờn

cựng để khụng cho đất rơi vào rónh (hỡnh 2.4).

Áp dụng: Phương phỏp này được ỏp dụng khi lưu lượng nước nhỏ, cụng trỡnh thi

cụng mựa mưa

2 Phương phỏp giếng thấm

Nguyờn lý hoạt động: Nước ngầm

được thu vào những giếng đào xung

quanh hố múng và được hỳt lờn bằng bơm

ly tõm

Cấu tạo: Độ sõu của giếng ấn định theo độ cao hỳt nước lờn của mỏy bơm và

điều kiện đảm bảo hạ mực nước ngầm thấp hơn đỏy hố múng Khi đào giếng để trỏnh đất

lớp dễ thấm

đất sét vầng cỏ

Hỡnh 2.5 Hạ mực nước ngầm bằng giếng thấm

ở thành giếng sụt lở ta dùng các thùng gỗ hở hai đáy để giữ vách đất, vừa đào giếng vừa

lắp thùng gỗ xuống (hình 2.5).

Áp dụng: Phương pháp giếng thấm áp dụng cho trường hợp hố móng nhỏ, hệ số

thấm k lớn, độ sâu hạ mực nước ngầm không quá 4 – 5 m Phương pháp này thích hợp trong trường hợp đất hạt thô có hàm lượng sỏi, cát cao

3 Phương pháp ống giếng với bơm

hút sâu

Nguyên lý hoạt động: Nước ngầm được hút lên từ giếng lọc bằng máy bơm hút

sâu

Cấu tạo: Gồm các bộ phận: ống giếng lọc, tổ máy bơm đặt trong mỗi giếng, ống

tập trung nước, trạm bơm và ống xả tháo nước (hình 2.6).

- Ống giếng lọc bằng thép với đường kính từ 200 - 450 mm, phía dưới có nhiều khe hở nhỏ là phần lọc, chiều dài phần lọc từ 2 – 3 m

- Máy bơm phổ biến dung loại máy bơm trục đứng ATH có nhóm bánh xe công tác đặt ở thân máy và bắt chặt vào trục đứng chung với ống hút có lưới ở đầu dưới Các loại máy bơm giếng sâu trục đứng thông dụng là ATH-8, ATH-10, ATH-14 với công suất trung bình tương ứng là 30 m3/h, 70 m3/h và 200 m3/h Các chỉ số 8, 10, 14 chỉ đường kính trong nhỏ nhất của lỗ giếng khoan tính bằng đơn vị inch

Hình 2.6 Hạ mực nước ngầm bằng giếng

lọc có máy bơm hút sâu

Thi công: Trước khi thi công, phải hạ ống giếng vào trong đất Có thể khoan lỗ

đối với đất rắn chắc hoặc dùng biện pháp xói bằng tia nước để hạ ống đối với đất dễ xói

lở như cát pha sét hoặc cát

- Với biện pháp xói bằng tia nước: đầu dưới ống giếng lắp thêm một mũi ống để phun ra những tia nước áp lực và nối mỗi ống đó với một ống dẫn nước cao áp (8 – 16 at) Nước phun ra từ ống sẽ phá lở đất và ống giếng tự tụt dần xuống Cứ làm như vậy

cho tới khi ống đạt độ sâu thiết kế (hình 2.7)

- Với đất dễ xói lở khi bị thấm nước (vách giếng thường bị sụt), để chống sụt vách đất, người ta bơm thêm khí ép (4 - 6 at) cùng với nước vào giếng

- Khi hạ ống trong đất lẫn cát sỏi thì sau khi xói nước, cát lẫn sỏi sẽ lấp khoảng trống xung quanh ống, tạo thành màng lọc tự nhiên

đường kính từ 3 – 10 mm xung quanh

ống giếng theo 1 ống bao Ống bao

này rộng hơn ống giếng từ 8 – 10 cm

Sỏi được đổ vào ống bao ngay sau khi

hạ ống tới độ sâu thiết kế, rồi bơm

nước với áp lực nhỏ để rút dần ống

bao lên

- Sau khi hạ ống giếng thì lắp máy bơm hút sâu vào trong ống

Để giúp cho việc hạ ống người ta thường dùng cần trục bánh xích

Ưu, nhược điểm:

- Ưu điểm:

+ Hiệu suất bơm cao, năng suất lớn nên có thể hạ sâu được mực nước ngầm;

+ Có thể nâng nước lên rất cao (80 - 100 m)

- Nhược điểm:

Hình 2.7 Hạ ống giếng bằng phương pháp xói nước

+ Tốn nhiều công trong việc thi công các giếng lọc có đường kính lớn;

+ Lắp ráp phức tạp, phải có đội chuyên môn;

+ Tổ máy rất nhạy khi nước có cát Cát lẫn trong nước làm máy bơm mau hỏng.+ Cấu trúc trên lỗ khoan ảnh hưởng đến móng công trình

- Khi hố móng rộng, lượng nước thấm lớn

- Khi thời gian làm việc trong hố móng kéo dài

4 Phương pháp dùng ống kim lọc hút nông

Nguyên lý hoạt động: Nước ngầm được hút lên từ hệ thống giếng lọc nhỏ (kim

lọc) từ đường ống tập trung nước nối liền với máy bơm ly tâm

Cấu tạo: Hệ thống kim lọc hạ nông là một hệ thống giếng lọc đường kính nhỏ bố

trí sít nhau theo đường thẳng ở quanh hố móng hoặc theo khu vực cần tiêu nước Những giếng lọc nhỏ nối liền với máy bơm chung bằng ống tập trung nước

Máy bơm dùng với thiết bị kim lọc hạ

nông là máy bơm ly tâm có chiều cao hút nước

lớn, có khi đến 8 – 9 mét cột nước Khi cần hạ

sâu hơn 4 – 5 mét, bố trị hạ nước theo hai tầng

Thiết bị kim lọc gồm một bộ kim lọc, một ống

hút tập trung nước nối ống kim lọc với máy bơm

(hình 2.8).

- Kim lọc là nhiều ống thép có đường kính nhỏ nối lại dài 9 - 10m gồm ba phần:

đoạn ống trên, đoạn lọc và đoạn cuối (hình 2.9) Phần trên là ống thép hút dẫn nước, tuỳ

theo chiều sâu cần đặt đoạn lọc mà có chiều dài khác nhau

- Đoạn lọc (hình 2.10) gồm hai ống lồng vào nhau có khoảng hở ở giữa Ống

trong là ống hút nước không đục lỗ, nối liền với ống hút nước ở trên Ống ngoài là một ống đục lỗ có đường kính lớn hơn một chút so với ống phần trên đoạn lọc Bên ngoài ống cuốn dây thép kiểu lò so, ngoài cuộn dây là lưới lọc như ở các ống giếng thông thường Đôi khi bên ngoài lưới lọc lại được bọc bởi một lưới thô hơn để đề phòng lưới lọc bị hư hỏng khi hạ kim lọc xuống hoặc khi rút nó lên khi kết thúc công việc

- Đoạn cuối của kim lọc gồm có van cầu, van hình vành khuyên và bộ phận xói đất hình răng cưa (có tác dụng định vị ống kim lọc và giảm tiết diện mũi để giảm áp lực đất lên mũi ống kim lọc)

- Ống hút tập trung nước gồm nhiều đoạn ống thép lắp ráp với nhau Những ống

này có đầu tê để nối với những đoạn ống thu nước (xem hình 2.8 và hình 2.9).

Hình 2.8 Thiết bị kim lọc hạ nông

1- ống tập trung nước; 2- đoạn ống ngắn; 3- khớp nối; 4- ống hút nước; 5- đoạn lọc.

Hình 2.9 Cấu tạo của bộ phận lọc

1- đoạn ống hút; 2- khớp nối; 3- Lưới lọc; 4-

lưới thép bảo vệ; 5- đoạn ống ngoài; 6-

đoạn ống trong (không đục lỗ); 7- van vành

khuyên; 8- van cầu; 9- lò xo

Hình 2.10 Hoạt động của kim lọc

a - khi hạ ống kim lọc vào trong đất;

b - khi hút nước ngầm lên.

Nguyên lý hoạt động của kim lọc:

Giai đoạn hạ ống kim lọc:

- Khi hạ kim lọc, người ta đặt thẳng đứng để đầu kim lọc đúng vào vị trí thiết kế; dùng búa gõ nhẹ cho kim cắm phần đầu vào đất Miệng ống hút nước nối với bơm cao

áp Khi cho bơm nước vào trong kim lọc dưới áp suất lớn (P = 4 – 5 atm với đất cát dễ xói lở, P = 6 – 8 atm với đất dính), nước được nén vào trong kim lọc, đẩy van hình khuyên đóng lại và nén van hình cầu xuống; nước theo các lỗ ở các răng nhọn phun ra

ngoài phun ra làm xói lở đất ở đầu kim lọc, kéo theo đất, bùn chảy lên mặt đất (hình 2.10

a) Do bị xói ở đầu kim, đất bị nhão ra và cuốn đi Dưới sức nén do trọng lượng bản thân,

kim lọc từ từ chìm xuống độ sâu cần hạ Khi cách độ sâu thiết kế 0,5 – 1 m thì ngừng xói nước, dùng búa đóng ống xuống độ sâu thiết kế để cho ống ổn định

Giai đoạn hoạt động của kim lọc :

Sau khi ống kim lọc được hạ ổn định ở độ sâu thiết kế, tiến hành chèn vào xung quanh phần lọc một lớp sỏi và cát hạt to để tạo thêm lớp lọc Lớp này vừa có tác dụng định vị ống vừa làm lớp lọc sơ bộ trước khi vào màng lọc Chèn một lớp đất sét trên miệng lỗ để giữ không cho không khí lọt vào trong ống kim lọc.

Ống hút nước nối với hệ thống ống gom nước và nối với bơm hút Khi bơm hút không hoạt động, nước ngầm và đất xunh quanh chèn chặt kim lọc Khi bơm hút nước lên, nước ngầm ngấm qua hệ thống lọc vào đẩy van vành khuyên mở ra, tràn vào ống để được hút lên Đồng thời do áp suất nước ngầm, van cầu đóng lại giữ không cho bùn cát

vào trong kim lọc (hình 2.10.b).

Hình 2.11 Sơ đồ bố trí hệ thống kim lọc

a - đối với hố đào hẹp; b - đối với công trình rộng

1 - đoạn ống hút; 2 - ống gom nước; 3 – máy bơm; 4 – mực nước ngầm; 5 – mực nước hạ

Sơ đồ bố trí: Sơ đồ bố trí hệ thống kim lọc tuỳ thuộc vào mực nước ngầm và diện

tích khu vực cần hạ Đối với hố đào hẹp, có thể bố trí một hàng kim lọc chạy dọc công

trình (hình 2.11.a); đối với công trình rộng ta đặt hai hàng kim lọc chạy hai bên (hình

2.11.b) Nếu muốn hạ mực nước ngầm xuống sâu, ta bố trí hai tầng kim lọc (h 2.12).

Bố trí hai tầng kim lọc sẽ tiết kiệm được lượng đất phải đào, tận dụng được ống kim lọc hút nông Áp dụng tốt trong trường hợp đất dễ thấm: hệ số thấm k = 1 – 100 m/ ngày đêm Tốt nhất k = 4 – 40 m/ ngày đêm Nếu k < 1m/ ngày đêm cần kết hợp kim lọc hút nông và phương pháp điện thấm

Hình 2.12 Kết hợp hai tầng kim lọc hạ nông

Hệ thống kim lọc có thể bố trí theo chuỗi hoặc theo vòng khép kín tuỳ thuộc khu đất cần hạ mực nước Lưu lượng nước của mỗi hệ thống xác định theo công thức (2.1) nếu là chuỗi, và (2.2) nếu là vòng:

F R

-=

p

-(2.2)

trong đó Q − Lưu lượng của hệ thống, tính bằng m3/s;

H − độ dầy của nước ngầm tính từ đầu kim trở lên, gây áp khi hút;

s − Mức nước muốn hạ xuống, m;

R – bán kính tác dụng của kim lọc, m;

K – hệ số lọc của đất, m/s;

F – diện tích khu đất trong vòng kim lọc;

l – chiều dài chuỗi kim lọc.

Căn cứ vào Q để chọn máy hút thích hợp.

Ưu nhược điểm:

- Thi công gọn nhẹ, hiệu quả cao Những công trình áp dụng biện pháp này giữ được cấu trúc nguyên dạng của nền, chủ động được tiến độ

- Hiệu suất bơm cao, chiều cao hút từ 8 – 9 m, tuy nhiên thực tế chỉ đạt được 4 –

5 m

- Lắp ráp phức tạp, phải có đội chuyên môn, giá thành thiết bị cao;

Áp dụng:

- Dùng để hạ nước ngầm cho những công trình nằm dưới mực nước ngầm Mực nước ngầm sau khi hạ phải thấp hơn đáy hố đào 0,5 – 1 m

- Dùng khi chiều sâu hạ nước ngầm không lớn

- Lưu lượng nước ngầm lớn Thời gian thi công dài

5 Phương pháp dùng ống kim lọc hút sâu

Cấu tạo : Ống kim lọc hút sâu có cấu tạo tương tự như ống kim lọc hút nông

nhưng đường kính ống lớn hơn, phần thân ống và phần lọc dài hơn Trong ống lọc có

thêm một ống mang miệng phun nhằm đưa nước lên cao (hình 2.13, 2.14).

Hình 2.13 Cấu tạo ống kim lọc hút sâu

1 – ống ngoài; 2 – ống trong; 3 – miệng phun;

4 – khớp nối; 5 – ống lọc trong; 6 – ống lọc

ngoài; 7 – van bi

Hình 2.14 Sơ đồ hoạt động của hệ thống kim lọc

hút sâu

1 - máy bơm; 2 - ống dẫn nước mồi; 3 - phần ống lọc;

4 - phần thân ống; 5 - máng gom nước; 6 - bể chứa

nước

Đối với những nơi đất cát, đất cát lẫn sỏi thì không cần đổ màng lọc xung quanh ống kim lọc hút sâu Nhưng khi dùng ở những nơi đất sét pha cát, đất ít thấm thì phải đổ màng lọc xung quanh ống

Áp dụng :

- Dùng khi ống kim lọc hút nông không hạ được nước ngầm

- Có thể hạ được mực nước ngầm xuống 18 m

- Không nên dùng thiết bị này để hạ mực nước ngầm xuống quá sâu vì phải có cột nước mồi quá lớn.

- Trong trường hợp nguồn nước thấm lớn (trên 5l/giây cho một ống kim lọc) và thời gian hạ mực nước ngầm khá dài thì nên áp dụng phương pháp ống giếng có máy bơm hút sâu vì có hiệu suất cao hơn

2.3 ĐỊNH VỊ, GIÁC MÓNG CÔNG TRÌNH

2.3.1 Định vị công trình

- Trước khi định vị và giác móng công trình phải nghiên cứu kỹ bản vẽ định vị công trình đã được phê duyệt, nhận bàn giao mốc giới ở hiện trường, nhận bàn giao cốt

chuẩn và mốc chuẩn Mốc chuẩn là mốc công trình

Cốt chuẩn có thể là cốt tương ứng với cốt cao độ quốc gia hoặc cốt tại một điểm nào đó của công trình cũ đang sử dụng Dụng cụ để định vị và giác móng công trình bao gồm máy trắc đạc, thước thép, ni vô, quả dọi, dây thép

1 Định vị công trình căn cứ vào góc hướng và góc phương vị

Đối với công trình đã biết mốc chuẩn A, góc hướng α, góc phương vị β và độ dài

m (khoảng cách từ mốc chuẩn đến một điểm công trình (hình 2.15), định vị công trình

tiến hành theo các bước sau:

- Dùng địa bàn xác định hướng bắc

- Đặt máy kinh vĩ tại A ngắm theo hướng bắc rối quay một góc α xác định tia AX

- Dùng thước đo khoảng cách m trên tia AX xác định được điểm B, giao điểm của

2 trục công trình

- Đặt máy taị B ngắm lại A và quay một góc β xác định được BI

` - Dùng thước đo độ dài xác định điểm E, BE chính là một cạnh công trình

Hình 2.15 Định vị công trình căn cứ vào góc hướng và góc phương vị

Như vậy ta xác định được điểm B và cạnh công trình BE, tiếp tục làm như vậy sẽ xác định được các trục tim đường bao của công trình trên khu đất xây dựng.

2 Khi công trình nằm gần các công trình đang khai thác

Khi thiết kế các công

trình xây chen, vị trí công trình

mới thường được xác định căn

cứ vào vị trí của các công trình

cũ: đường giao thông, trục của

các ngôi nhà Sau đây là một

ví dụ định vị công trình căn cứ

vào công trình cũ (hình 2.16).

Điều kiện cho trước: trục A’D’ của công trình mới trùng với trục AD của công trình cũ, khoảng cách DA’ là m mét Các bước tiến hành như sau :

- Kéo dài trục AD một đoạn m xác định được điểm A’

- Căn cứ bản vẽ thiết kế kéo dài DA’ xác định được D’ Như vậy đã xác định được điểm A’, điểm D’ và trục A’D’ của công trình mới

- Dùng máy kinh vĩ và thước dây tiếp tục xác định được các trục còn lại của công trình

2.3.2 Gửi mốc và bảo quản tim mốc trong quá trình thi công

Sau khi định vị được công trình, căn cứ vào bản vẽ thiết kế xác định các đường tim ngang, dọc của công trình Kéo dài các đường tim về các phía của công trình rồi làm mốc

1 Dùng cọc đơn

- Mỗi một trục được xác định bởi 2 cọc (hay nhiều cọc tuỳ theo mặt bằng công trình) Các cọc định vị được bố trí sao cho dễ nhìn thấy, không ảnh hưởng đến công tác thi công và được bảo vệ trong suốt thời gian thi công

- Cọc định vị có thể làm bằng gỗ với tiết diện 40x40x1000 mm, bằng thép ф20

hay bằng bê tông cốt thép (hình 2.17) Vị trí cọc phải đặt cách công trình từ 5 – 10 m,

sao cho nó không bị ảnh hưởng trong quá trình thi công

Hình 2.16 Định vị công trình căn cứ

vào công trình cũ

Hình 2.17 Cắm trục định vị bằng cọc đơn

- Phương pháp dùng cọc đơn dễ thao tác, dễ bảo quản, ít ảnh hưởng trong quá trình thi công Tuy nhiên cọc dễ bị đóng lệch, dẫn đến tim trục không chính xác Để khắc phục phải thường xuyên kiểm tra bằng máy kinh vĩ trong quá trình đóng

2 Dùng giá ngựa

- Giá ngựa bao gồm 2 cột gỗ và 1 tấm ván ngang bào phẳng được đóng vào phía

sau của cột có tác dụng để khi căng dây, ván không bị bật khỏi cột (hình 2.18).

Hình 2.18 Cắm trục định vị bằng giá ngựa

- Vị trí các trục được xác định và định vị bởi các đinh đóng trên tấm ván ngang.

- Khi dùng giá ngựa để làm dấu một tim, trục công trình thì khoảng cách giữa hai cột gỗ khoảng 0,4 – 0,6 m Khi dùng để làm dấu nhiều tim, trục công trình thì chiều dài ván ngang phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai tim (trục) biên

- Các giá ngựa thường được đặt cách cạnh ngoài công trình (hoặc mép hố móng) khoảng cách từ 2 – 3 m để cho chúng không cản trở đến việc đào đất và xây móng công trình

- Để đóng các đinh trên giá ngựa được chính xác, cần phải đo cẩn thận khoảng 2 đến 3 lần rồi vạch bằng bút chì lên ván ngang rồi đóng đinh làm dấu

- Định vị công trình bằng giá ngựa dễ thao tác, độ chính xác cao Tuy nhiên nếu

hệ thống giá ngựa dài sẽ gây cản trở trong giao thông phục vụ thi công

3 Gửi mốc lên các công trình cũ

Khi thi công các công trình

xây chen, mặt bằng hẹp không dùng

cọc đơn hay giá ngựa được, ta có

thể đánh dấu tim trục lên các công

trình lân cận (hình 2.19) Dấu mốc

tim trục công trình phải được sơn rõ

ràng, tại vị trí dễ quan sát, bảo quản

2.3.3 Giác móng công trình

Trước khi tiến hành giác móng cần nghiên cứu chi tiết bản vẽ thiết kế thi công và chuẩn bị đầy đủ các dụng cụ cần thiết

- Dựa vào bản vẽ thiết kế móng, tính chất của đất để xác định diện tích hố đào

- Kiểm tra lại vị trí các cọc mốc chuẩn (đã được bàn giao giữa bên giao thầu và bên thi công) Các cọc mốc chuẩn thường được đúc bằng bê tông, đặt ở những vị trí không vướng vào công trình và được bảo vệ suốt quá trình thi công Từ các trục định vị triển khai các đường tim móng.Từ đường tim phát triển ra bốn đỉnh của hố đào

- Dùng vôi bột rải theo chu vi của hố đào Tại mỗi hố đào, hay nhiều hố gần nhau phải có một cao độ chuẩn để tiện kiểm tra cao trình hố đào

- Sau khi định vị và giác móng công trình phải lập biên bản có sự xác nhận của chủ đầu tư, cơ quan thiết kế, cán bộ trắc địa và chỉ huy công trình

Hình 2.19 Định vị tim trục lên các công trình lân cận

CHƯƠNG 3 TÍNH KHỐI LƯỢNG CÔNG TÁC ĐẤT (3 tiết)

Nội dung chính • Xác định kích thước công trình đất và phương pháp tính

khối lượng công tác đất

• Tính khối lượng công tác đất theo hình khối

• Tính khối lượng công tác đất của công trình chạy dài

3.1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH ĐẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH KHỐI LƯỢNG CÔNG TÁC ĐẤT

Công trình bằng đất thường có kích thước rất lớn theo không gian 3 chiều, vì vậy nếu kích thước tính toán sai lệch một ít cũng có thể dẫn đến khối lượng công tác sai lệch rất lớn làm ảnh hưởng đến việc lập dự toán cũng như kế hoạch thi công Do vậy việc xác định kích thước công trình có một ý nghĩa lớn

Tính toán khối lượng công tác đất thường căn cứ vào bản vẽ công trình đất, còn trong thi công đào đất, khối lượng được tính toán bằng cách đo tại hiện trường

Đối với những công trình bằng đất như đường sá, mương máng, mặt nền thì lấy kích thước tính toán khối lượng đúng bằng kích thước công trình Còn đối với các công trình phục vụ công trình khác như hố móng, đường hầm thì kích thước tính toán phụ thuộc vào dụng cụ, máy móc thi công Nếu biện pháp thi công là thủ công thì kích thước lấy lớn hơn công trình chính (nhà, tunel) từ 20 – 30 cm Nếu thi công bằng cơ giới thì kích thước phải lấy lớn hơn công trình chính từ 2 – 5 cm, tuỳ theo loại máy thi công

Phương pháp tính toán khối lượng công tác đất dựa vào các công thức hình học không gian Khi hình dáng công trình có hình dạng đúng với hình học thông thường (hình trụ, hộp, nón ), ta chỉ việc áp dụng các công thức có sẵn Đối với những hình khối không đúng dạng hình học ta phải đưa về những cách tính gần đúng, sao cho sai số nằm trong phạm vi cho phép Đôi khi một công trình phải chia ra làm nhiều hình khối để tính mới đạt được độ chính xác mong muốn

3.2 TÍNH KHỐI LƯỢNG CÔNG TÁC ĐẤT THEO HÌNH KHỐI

Trong thực tế ta gặp các

công trình bằng đất có dạng

hình khối như hố móng (h.3.1

a), khối đất đắp (h.3.1 b) rất

phổ biến Không thể tính toán

khối lượng những công trình

này theo các công thức chính xác được

Để xác định khối lượng công tác đất trong trường hợp này, người ta tiến hành như sau: Đo vẽ dạng hình khối có hình dạng và các kích thước như trên hình 3.2 Đáy của công trình là hình chữ nhật có cạnh là a và b Mặt trên của công trình cũng là hình chữ nhật có cạnh là c và d Chiều cao của công trình lấy trung bình là H (ta coi đáy và mặt của công trình là hai mặt phẳng song song với nhau)

vuông góc lên đáy (mặt

trên) Qua bốn đỉnh của đáy

nhỏ và bốn chân của các

đường vuông góc nói trên ta dựng bốn mặt phẳng thẳng đứng như trên hình 3.2 Bốn mặt

phẳng này sẽ cắt hình khối ra chín khối nhỏ

Khi đó thể tích khối đất được xác định theo công thức sau:

3.3 TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CÔNG TRÌNH ĐẤT CHẠY DÀI

3.3.1 Theo phương pháp tiết diện trng

bình

Những công trình bằng đất như nền đường, mương máng là những công trình chạy dài Những công trình loại này thường có kích thước thứ ba lớn hơn hai kích thước kia rất nhiều Do mặt đất tự nhiên hầu như không bằng phẳng nên chiều cao của công trình luôn thay đổi Để tính toán khối lượng một cách chính xác người ta chia công trình ra thành nhiều đoạn, trong mỗi đoạn chiều cao thay đổi không đáng kể Công trình càng chia nhỏ làm nhiều đoạn, tính toán khối lượng càng chính xác, nhưng khối lượng tính toán lại tăng lên Sau khi đã chia ra thành từng đoạn, ta xác định các thông số hình học của tiết diện

trong đó F1 – diện tích tiết diện trước;

F 2− diện tích tiết diện sau;

Hình 3.3 Sơ đồ tính khối lượng công tác đất của

công trình chạy dài

F tb – diện tích của tiết diện trung bình; tại đó chiều cao của tiết diện

bằng trung bình cộng của chiều cao hai tiết diện trước và sau

Thể tích đúng (V) của hình khối thực tế nhỏ hơn V1 nhưng lớn hơn V2:

Vì vậy, công thức (3.7) và (3.8) chỉ áp dụng trong trường hợp công trình có

l < 50 m, và sự chênh lệch chiều cao của tiết diện đầu và cuối không quá 0,5 m

3.3.2 Theo phương pháp Winkler

Để tính chính xác hơn, Vinkler thành lập công thức tính như sau (hình 3.4).

Cho trượt tiết

mặt phẳng thẳng góc xuống mặt đáy công trình (C’D’FE) chia công trình ra 3 khối Khối

1 (V1) nằm giữa hai mặt phẳng thẳng đứng và hai khối hình chóp (V Vj1 , j2) nằm ngoài hai mặt phẳng đó

Thể tích công trình được tính theo công thức:

trong đó ϕ1 ; ϕ2 – diện tích đáy tam giác của khối hình chóp;

F1; F2 – diện tích tiết diện ở hai đầu công trình;

l – chiều dài công trình.

Trong trường hợp độ nghiêng của đáy công trình theo chiều ngang không lớn và

độ thoải của mái dốc (m) ở hai bên sườn công trình bằng nhau, ta có thể chấp nhận một

sai số để ϕ ϕ1 = 2 Như vậy:

Công thức (3.15) và (3.16) có hiệu quả khi (h − h’) > 0,5 m và l > 50 m Trong

các trường hợp khác có thể dùng công thức đơn giản V = F tb l

• Đào đất bằng máy đào

• Đào đất bằng máy đào gầu thuận

• Đào đất bằng máy đào gầu nghịch

• Đào đất bằng máy ủi

• Đào đất bằng máy cạp

Trong thi công xây dựng, chọn giải pháp đào, đắp đất có ý nghĩa quan trọng, liên quan đến giải pháp kinh tế, kỹ thuật chung của toàn công trình Chọn giải pháp thi công đất phụ thuộc vào khối lượng đào đắp, vào loại đất, vào điều kiện và mặt bằng thi công, yêu cầu của tiến độ thi công và các yếu tố công nghệ - tổ chức khác

Thi công đất trong xây dựng dân dụng và công nghiệp có thể tiến hành bằng nhiều phương pháp khác nhau, về cơ bản người ta chia ra bốn nhóm: cơ giới, thủy lực, nổ phá

và thủ công Trong xây dựng hiện đại khối lượng thi công đất bằng cơ giới chiếm 95%, thủy lực khoảng 2%, nổ phá khoảng 1%, tỷ trọng còn lại là các phương pháp khác bao gồm cả phương pháp thủ công Khối lương thi công đất bằng thủ công tuy không lớn nhưng ảnh hưởng đáng kể đến tổng chi phí nhân công, bởi vì năng suất thi công thủ công rất thấp, thấp hơn tùe 20 – 30 lần so với năng suất thi công bằng cơ giới

4.1 ĐÀO ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦ CÔNG

Đào đất bằng phương pháp thủ công là phương pháp truyền thống, hiện nay được

áp dụng cho những công trình nhỏ, khối lượng đào đắp ít

4.1.1 Dụng cụ thi công, vận chuyển

Dụng cụ dung để thi công đào đất thủ công là xẻng, cuốc, mai, cuốc chim, kéo cắt đất, chòong, búa v.v… Để vận chuyển đất người ta dùng quang gánh, xe cút kít, xe cải tiến, xe rùa Vận chuyển lên cao dùng băng chuyển, giàn đội

4.1.2 Nguyên tắc tổ chức thi công

a Nguyên tắc 1: Phải chọn dụng cụ thích ứng tuỳ theo từng loại đất.

Ví dụ: xúc đất dùng xẻng vuông, xẻng cong; đào đất dùng xẻng tròn; đất cứng dùng cuốc chim, xà beng; đấn lẫn sỏi cuội dùng choòng; đất mềm, tơi dùng xẻng

b Nguyên tắc 2: Phải có phương pháp làm giảm khó khăn cho thi công.

Ví dụ: Có biện pháp tiêu nước mặt, hạ mực nước ngầm, làm mềm đất khi đất cứng quá

c Nguyên tắc 3: Tổ chức thi công hợp lý: phải chia thành nhiều tổ, đội Mỗi tổ

đội thi công một tuyến, một khu độc lập Tổ chức vận chuyển hợp lý, thông thường hướng đào và hướng vận chuyển vuông góc với nhau Nếu đào sâu thì chia ra làm nhiều đợt, chiều dày đào đất tương ứng với dụng cụ thi công Có thể mỗi đợt do một tổ đào, các

tổ đào cách nhau sao cho mái dốc của hố đào nhỏ hơn độ dốc tự nhiên của đất Tổ đào đất cuối cùng đi đến đâu thì công việc cũng hoàn tất, không còn người, xe đi lại làm phá vỡ

cấu trúc của đất (hình 4.1).

Hình 4.1 Tổ chức thi công đất thủ công

a – mặt bằng đào đất ; b – mặt cắt a-a

h 1 , h 2 , h 3 – chiều sâu đợt đào; T 1 , T 2 , T 3 – các tổ thi công

4.1.3 Một số biện pháp thi công cụ thể

a Đào khi có nước ngầm hay trong mùa mưa

Khi đào đất ở khu vực có nhiều hoặc trong mùa mưa để đề phòng nước chảy tràn lan trên mặt bằng, cần đào trước một rãnh sâu thu nước vào một chỗ để bơm thoát đi

Rãnh thu nước luôn luôn thực hiện trước mỗi đợt đào (hình.4.2).

Hình 4.2 Đào đất ở nơi có nước

1, 2, 3, 4 - rãnh thu nước đào trước mỗi đợt

b Đào đất nơi có cát chảy, bùn chảy

Khi đào đất gặp cát chảy, bùn chảy phải làm hố có tầng lọc ngược để gạn lấy nước trong rồi mới bơm nước đi Không được bơm nước trực tiếp có cát Nước có cát bị bơm trực tiếp làm rỗng đất và phá hỏng cấu trúc đất nguyên thổ ở xung quanh, hoặc làm hư hỏng nhà lân cận vùng xây dựng

Đối với hố đào rộng có bùn chảy phải làm hàng cọc chống, lót phên và rơm cho

khỏi xô cát xuống sâu Nếu đào sâu cần làm theo dạng bậc thang (hình 4.3)

Thời điểm tốt nhất để thi công

đất là mùa khô, ít mưa Nếu phải thi

công đất vào mùa mưa cần có biện

pháp chống nước mưa ở mặt bằng chảy

vào hố móng, có hố thu nước dưới đáy

móng và dùng bơm hút cạn nước khi

hàng rào chắn cát và vét đất thành một rãnh, đồng thời đắp đất be bờ phía hàng rào (hình

4.4.)

Hình 4.3 Làm dạng bậc thang đối với hố đào sâu

khi có bùn, cát chảy

Hình 4.4 Tiêu nước cho mái dốc

1 – mái dốc; 2 – mực nước ngầm; 3 - ống tiêu nước; 4 – rãnh chứa nước; 5 – bờ be

4.2 CHỐNG VÁCH ĐẤT

4.2.1 Phạm vi áp dụng

Khi đào đất nếu chiều sâu không lớn và đất có độ dính kết tốt, ta có thể đào thẳng đứng Chiều sâu cho phép đào đất thẳng đứng không gây sụt lở có thể xác định theo công thức (4.1) hay dùng bảng 4.1

(4.1)

Trong đó: Htđ - chiều sâu tối đa cho phép đào thẳng đứng (m)

γ - trọng lượng riêng của đất (T/m3)

C - lực dính đơn vị của đất (T/m2)

φ - góc ma sát trong của đất (độ)

K - hệ số an toàn = 1,5 – 2,5

q - tải trọng đè trên mặt đất (T/m2) Các thông số γ; C; ϕ thay đổi theo độ ẩm ω của đất nên h td sẽ thay đổi theo mùa

Khi đào đất có chiều sâu lớn hơn h td cho phép thì ta phải đào theo độ dốc tự nhiên của đất để tránh sụt lở Tuy nhiên không phải lúc nào ta cũng có thể đào theo độ dốc tự nhiên của đất vì những lý do sau:

• Đào theo độ dốc tự nhiên làm tăng khối lượng đất đào cũng như đất lấp khi hoàn thành các công tác phần ngầm

• Địa hình không cho phép vì xung quanh có những công trình phải được bảo vệ

Mực nước ngầm cao hơn chiều sâu chôn móng

C

H td

)245(

.2

1

γ

Khi đó ta phải đào đất có chống vách đào Có những cách chống vách đất phổ biến như: bằng ván lát ngang; bằng ván lát đứng; bằng ván cừ thép hoặc ván cừ gỗ; giằng néo giữa mái đất.

Bảng 4.1 Chiều sâu đào đất thẳng đứng không cần gia cố

1- ván ngang; 2 - thanh đứng; 3 - thanh văng; 4 - gối tựa;

5 - thanh xiên; 6 - thanh duỗi; 7 - cọc thế

• Chuẩn bị:

- Ván được sử dụng ở đây là các loại tấm ván thường có chiều dầy từ 2 – 3 cm, rộng từ 20 – 25 cm

- Cọc chống là các loại gỗ thanh thường có tiết diện 6x8 cm, 8x10 cm, 8x12 cm

- Các thanh văng thường có tiết diện 5x5 cm, 6x6 cm , dài hơn khoảng cách 2 nẹp khoảng 2 cm

Thanh duçi gi÷

®Çu c©y chèng chÐo

5 6

7

- Áp dụng khi đất ẩm ướt, có bùn hay cát

chảy, độ sâu đào từ 2 - 4m

• Chuẩn bị : như trên

• Thi công:

- Ván được đóng xung quanh thành hố đào

- Đào đất đến đâu, đóng ván tới đó và dùng các nẹp ngang để liên kết, sau đó đóng các thanh văng liên kết ngang

- Để cho các nẹp ngang khỏi rơi khi liên kết, sử dụng các đoạn gỗ đỡ

- Nếu hố sâu phải dùng nhiều tầng ván dọc

Áp dụng khi chiều sâu hố đào > 2m, chiều rộng hố đào quá lớn Xung quanh hố đào còn đất rộng.

• Chuẩn bị: Xác định khoảng cách từ mép hố móng đến cọc giữ B với điều

B tg

- Đóng cọc giữ theo khoảng cách B

- Giằng cọc đứng vào cọc giữ bằng thanh giằng

4.3 ĐÀO ĐẤT BẰNG MÁY ĐÀO

4.3.1 Phân loại máy đào đất

Máy đào đất là một loại máy chủ lực trong thi công đất Các loại máy đào đất về

cơ bản được phân loại như sau:

- Theo tính năng làm việc máy đào đất được phân ra làm 2 loại: loại hoạt động

theo chu kỳ (loại một gầu) và loại hoạt động liên tục (loại nhiều gầu)

Loại hoạt động theo chu kỳ sử dụng đào những công trình đất dạng hố hẹp chạy dài, chiều rộng đến 2 m, độ sâu đến 2,5 - 3 m, bao gồm 2 dạng: dạng gầu xích đào hố thẳng đứng độ sâu đến 3 m và dạng gầu bánh đà (rôto) đào hố có ta luy độ sâu đến 2,5 m

(hình 4.8) Đi kèm các loại máy đào này có hệ thống băng tải chuyển đất lên phương tiện

vận chuyển

Hình 4.7 Chống vách đất bằng thanh giằng

1 – ván; 2 - cọc đứng; 3 - cọc giữ; 4 - thanh giằng

Hình 4.8 Máy đào nhiều gầu

a – dạng gầu xích; b – dạng bánh đà (rôto)

Trong thực tế xây dựng chủ yếu vẫn sử dụng loại máy đào một gầu theo chu kỳ Theo các số liệu thống kê, khối lượng đất được thực hiện bởi máy đào một gầu chiếm khoảng 45% tổng khối lượng công tác đất trong xây dựng Dung tích gầu của máy đào đất từ 0,15 – 2 m3, một số loại dung tích đến 4 m3

- Theo cấu tạo bộ phận di chuyển máy đào đất được chia ra làm 2 loại: loại bánh

hơi và loại bánh xích Loại bánh hơi có tầm với và chiều sâu đào lớn Hệ thống bánh hơi

cho phép máy đào di chuyển và làm việc được trong điều kiện thành phố chất hẹp, không làm hư hỏng mặt đường giao thông, chuyển động nhanh và linh hoạt trong phạm vi công trường, do đó có thể lập biện pháp tổ chức thi công một cách linh hoạt hơn

Tuy nhiên trong điều kiện thi công và vị trí đứng của máy đào là nền đất không ổn định, thường xuyên lầy lội, yêu cầu về sự di chuyển nhanh của máy đào trong phạm vị công trường, giữa các công trường không cần thiết thì phương án sử dụng máy đào bánh xích là tối ưu và hiệu quả hơn Máy đào bánh xích di chuyển tốt hầu như trên mọi nền đất, máy làm việc ổn định, cơ động và không cần chân chống phụ

- Theo phương thức truyền lực gầu xúc thì phân ra máy đào điều khiển bằng cáp

và máy đào thủy lực (hình 4.9) Máy đào điều khiển bằng cáp làm việc gây chấn động

lớn, nhưng sức đào khỏe, dung tích gầu lớn, phù hợp khi đào đất khô cứng Máy đào thủy lực làm việc nhẹ nhàng không gây chấn động, sức đào yếu hơn máy đào cáp Ngoài ra, chiều sâu đào tại vị trí máy của máy thủy lực lớn hơn máy cáp

Hình 4.9 Các loại loại máy đào một gầu

b – máy đào gầu thuận (dạng cáp và thủy lực); b – máy đào gầu nghịch (dạng cáp và thủy lực)

- Theo tính năng làm việc của gầu thì phân ra 2 loại: máy đào gầu thuận (gầu

ngửa) và máy đào gầu nghịch (gầu sấp) (hình 4.9) Máy đào gầu thuận khi xúc đất thì

hướng xúc của gầu là thẳng về phía trước so với vị trí làm việc của máy (xúc thuận), còn máy đào gầu nghịch thì hướng xúc của gầu lại ngược về vị trí làm việc của máy (xúc ngược)

4.3.2 Khu vực hoạt động và qui trình đào đất của máy đào một gầu

- Khu vực hoạt động: Máy đào đất một gầu hoạt động trong một khu vực tương

ứng với một vị trí đứng nhất định Khu vực hoạt động của máy đào gọi bao gồm diện tích đứng làm việc của máy, phần đất mà máy sẽ đào tại vị trí đứng, và diện tích để bố trí phương tiện vận chuyển hay để đổ đất sau khi đào Sau khi hoàn thành thao tác đào tại một vị trí, máy di chuyển đến vị trí mới và chu kỳ đào đất được lặp lại

Máy đào đất và phương tiện vận chuyển đất phải được bố trí sao cho góc quay trung bình của tay cần từ vị trí đào đến vị trí đổ là nhỏ nhất, thông thường thời gian quay

và đổ đất vào phương tiện vận chuyển chiếm gần 70% thời gian của một chu kỳ đào

- Khoang đào: Là diện tích được giới hạn bởi bán kính đào đất của máy tính từ vị

trí máy đứng, trong quá trình đào đất khoang đào được phát triển theo chiều di chuyển của máy

- Qui trình đào đất: Qui trình cơ bản một chu kỳ đào đất của máy đào một gầu

được mô tả theo sơ đồ sau (hình 4.10):

Hình 4.10 qui trình đào đất của máy đào một gầu

4.3.3 Căn cứ lựa chọn máy đào một gầu

Để lựa chọn máy đào một cách hiệu quả, căn cứ vào các điều kiện sau:

• Tình hình, đặc điểm địa chất, thủy văn nơi công trình thi công;

• Khối lượng đào đất;

• Đặc điểm công trình đất, kích thước hố đào;

• Đặc điểm của công trình liên quan: móng, cọc Ví dụ: trong trường hợp đã đóng, ép cọc thì phải đào bằng máy đào gầu nghịch

4.4 ĐÀO ĐẤT BẰNG MÁY ĐÀO GẦU THUẬN

4.4.1 Đặc điểm của đào đất bằng máy đào gầu thuận và phạm vi áp dụng

a Đặc điểm

- Máy đào gầu thuận có cánh tay gàu ngắn và xúc thuận nên có công suất và hiệu quả cao Máy có thể đào được hố sâu và rộng với đất từ cấp II – IV Nếu bố trí khoang đào thích hợp thì máy đào gầu thuận có năng suất cao nhất trong các loại máy đào một gầu

- Cao trình đào đất luôn cao hơn cao trình máy đứng Máy phải tạo rãnh để xuống

vị trí thi công Máy có thể đào được đất cấp I, II, III Nếu đất cứng hơn phải có biện pháp cáy phá đất trước khi đào

- Các tính năng kỹ thuật của máy đào sẽ được phát huy tối đa nếu xe vận chuyển

bố trí trong khoang đào (cùng cốt với máy đào) Khi đó, phải tạo đường cho xe vận chuyển Góc lên xuống mặt bằng thi công đào đất của đường vận chuyển phải nhỏ hơn

20o Nếu không đủ mặt bằng làm đường cần thay đổi biện pháp thi công Xe vận chuyển cũng có thể bố trí ở cốt cao hơn cốt làm việc của máy đào, trong trường hợp đó, độ sâu đào sẽ bị hạn chế

Xúc đất

vào gầu

Nâng gầu

Quay máy đến

vị trí đổ

Đổ đất vào xe vận chuyển

Quay máy ngược lại đến vị trí làm việc

Hạ gầu vào vị trí xúc

- Năng suất của đào đất bằng máy đào phụ thuộc vào nhiều vào việc lựa chọn tổ chức thi công của máy đào kết hợp với xe chuyển đất Nên chọn loại xe vận chuyển có dung tích thùng chứa được 4 - 6 gầu đào Nếu một xe chỉ chứa được 1 - 3 gầu thì sẽ phải

sử dụng nhiều xe, còn nếu chọn xe với dung tích hơn 7 gầu thì xe sẽ phải chờ lâu, cũng không có lợi về kinh tế

b Phạm vi áp dụng

- Thi công đào đất những nơi có nền đất ổn định không có nước ngầm Nếu có nước ngầm phải có biện pháp hạ mực nước ngầm rồi mới cho máy xuống và cần thường xuyên bảo đảm việc thoát nước cho khoang đào

- Cho những công trình có mặt bằng thi công rộng Phạm vi sử dụng hiệu quả của máy là những hố đào có chiều sâu > 5 m, thể tích đào lớn

- Dùng để khai thác đất, đá ở các mỏ khai thác

4.4.2 Thông số kỹ thuật của máy đào gầu thuận

Giới hạn tối đa của khu vực hoạt động của máy đào khi máy đứng tại một vị trí cố định phụ thuộc vào các thông số kỹ thuật (thông số thi công) của máy Các thông số kỹ

thuật cơ bản của máy đào gầu thuận được thể hiện ở hình 4.11

Hình 4.11 Thông số kỹ thuật của máy đào gầu thuận

• Rmax - bán kính đào lớn nhất, tương ứng với chiều cao đào Hđ;

• Rmin - bán kính đào nhỏ nhất;

• Rđ - bán kính đào tại vị trí máy đứng;

• Hmax(+) – chiều cao đào lớn nhất (cao hơn cao trình máy đứng);

• Hmax(-) – chiều sâu đào lớn nhất (thấp hơn cao trình máy đứng);