Luận văn thạc sĩ xây dựng Ứng dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong thi công tầng hầm các công trình xây chen trong thành phố hà nội

23 Chương 2 - Cơ sở khoa học của việc ứng dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong thi công tầng hầm các công trình xây chen trong phố tại Hà Nội..... 57 Chương 3 – nghiên cứu ứng dụng c

PHẠM ĐỨC MẠNH KHÓA: 2008-2011 LỚP: CH08X

øNG dông cäc khoan nhåi ®−êng kÝnh nhá trong

thi c«ng tÇng hÇm c¸c c«ng tr×nh x©y chen

trong phè t¹i Hµ Néi

LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

M∙ sè: 60.58.20

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS LÊ ANH DŨNG

Hµ Néi - 2011

PHẠM ĐỨC MẠNH

øNG dông cäc khoan nhåi ®−êng kÝnh nhá trong

thi c«ng tÇng hÇm c¸c c«ng tr×nh x©y chen

trong phè t¹i Hµ Néi

LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hµ Néi - 2011

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với TS Lê Anh Dũng – Bộ Xây dựng, ông Tạ Minh Hoàng giám đốc Công ty TNHH Xử lý Nền móng Công trình Đất Việt những người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu và đưa

ra nhiều ý kiến quý báu, cũng như tạo điều kiện thuận lợi động viên tác giả trong quá trình thực hiện luận văn

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo cô giáo, các cán bộ của khoa Sau đại học, khoa Xây dựng trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã tận tình hỗ trợ, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Tác giả

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn v¨n lµ trung thùc vµ ch−a tõng ®−îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

Hµ Néi, ngµy th¸ng 02 n¨m 2011

T¸c gi¶ luËn v¨n

Ph¹m §øc M¹nh

Mục lục

Mở đầu 1

1 Lý do nghiên cứu 1

2 Mục đích của đề tài 2

3 Phạm vi & phương pháp nghiên cứu 2

4 ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

Chương 1 - Tổng Quan về công nghệ cọc khoan nhồi đường kính nhỏ & thi công hố đào sâu 4

1.1 Tổng quan về thi công các hố đào sâu 4

1.1.1 Một số phương pháp gia cố thành hố đào phổ biến hiện nay 5

1.1.2 Một số sự cố và nguyên nhân của sự cố khi thi công hố đào 16

1.1.3 Vấn đề thi công tầng hầm công trình xây chen tại Hà Nội 18

1.2 Tổng quan về cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 19

1.2.1 Khái niệm 19

1.2.2 Lịch sử phát triển 19

1.2.3 Phạm vi ứng dụng 20

1.2.4 Lịch sử ứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ở Việt Nam 23

Chương 2 - Cơ sở khoa học của việc ứng dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong thi công tầng hầm các công trình xây chen trong phố tại Hà Nội 27

2.1 Đặc điểm điều kiện địa chất thủy văn tại Hà Nội 27

2.2 Cơ sở lý thuyết cho việc ứng dụng công nghệ 29

2.2.1 Xác định tải trọng tác dụng lên tường chắn 29

2.2.2 Tính toán kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng kiểu conson 30

2.2.3 Tính toán kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng với một tầng chống 40

2.2.4 Tính toán kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng với nhiều tầng chống 41

2.2.5 Thiết kế tường bằng phương pháp số 43

2.3 Các phương pháp khoan tạo lỗ khi thi công cọc khoan nhồi 44

2.3.1 Thi công cọc khoan nhồi bằng khoan khô 44

2.3.1 Thi công cọc tạo lỗ theo công nghệ tạo lỗ ướt 45

2.4 Vấn đề thi công tường chắn cọc khoan nhồi trên thế giới 45

2.4.1 Thi công tường dạng dãy cột (Contiguous pile wall) 45

2.4.2 Thi công tường dạng cọc hàng (Secant pile wall) 50

2.5 Một số thiết bị thi công khoan tạo lỗ cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ở Việt Nam và trên thế giới 54

2.5.1 Máy thi công cọc đường kính nhỏ Clo Zironi CR18 54

2.5.2 Máy thi công cọc đường kính nhỏ Clo Zironi CR14 55

2.5.3 Máy thi công cọc đường kính nhỏ Casagrande C6 55

2.5.4 Máy thi công cọc đường kính nhỏ Stealth T15000 56

2.5.5 Máy khoan cọc nhồi đường kính nhỏ sử dụng trong nước 57

Chương 3 – nghiên cứu ứng dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong thi công hố đào tầng hầm của các công trình xây chen có từ một đến hai tầng hầm trong phố tại Hà nội 59 3.1 Đặc điểm các công trình xây chen trong phố tại Hà Nội 59

3.1.1 Mặt bằng và điều kiện thi công 59

3.1.2 Những vấn đề đặt ra khi thiết kế và thi công các công trình xây chen trong phố với một đến hai tầng hầm 62

3.2 Phân tích lựa chọn phương án cọc hợp lý cho công trình xây chen có từ một đến hai tầng hầm trong phố cổ Hà Nội 64

3.3 Phân tích lựa chọn phương án tường cọc khoan nhồi sử dụng trong điều kiện xây chen tại Hà Nội 67

3.4 Tính toán thiết kế biện pháp 68

3.5 Qui trình công nghệ thi công tầng hầm công trình xây chen sử dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ (trường hợp sử dụng tường cọc khoan nhồi kiểu dãy cột) 68

3.5.1 Công tác định vị cọc 69

3.5.2 Hạ ống chống casing 69

3.5.3 Công tác khoan tạo lỗ, kiểm tra địa tầng, kiểm tra độ sâu 70

3.5.4 Công tác lấy phôi khoan 71

3.5.5 Công tác thép và hạ ống đổ 71

3.5.6 Công tác thổi rửa đáy hố khoan 73

3.5.7 Công tác đổ bê tông 75

3.5.8 Kiểm tra chất lượng cọc 76

3.5.9 Thi công hố đào 77

3.6 Các sự cố thường gặp khi thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ làm tường cọc vây 80

3.7 Các phương pháp thực nghiệm để quản lý chất lượng khi thi công hố tầng hầm công trình xây chen sử dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 80

3.8 Giới thiệu ví dụ thiết kế biện pháp thi công hố đào tầng hầm cho công trình sử dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ làm cọc vây tại Hà Nội 81

Kết luận và kiến nghị 91

1 Kết luận 91

2 Kiến nghị 91

3 Hướng nghiên cứu phát triển đề tài 92

Tài liệu tham khảo 93 Phụ lục tính toán

DANH MụC CáC BảNG BIểU

Bảng 1.1 Một số loại cừ được sử dụng phổ biến ở Việt Nam hiện nay 5

Bảng 1.2 Một số công trình tại Hà Nội đã ứng dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong thi công tầng hầm 20

Bảng 1.3 Một số công trình tại Hà Nội sử dụng móng cọc nhồi đường kính nhỏ 24

Bảng 1.4 Một số loại cừ được sử dụng phổ biến ở Việt Nam hiện nay 25

Bảng 2.1 Phân vùng Hà Nội theo mức độ thuận tiện cho xây dựng công trình 28

Bảng 2.2 Hệ số tỉ lệ m 35

Bảng 2.3 Hệ số k 35

Bảng 2.4 Hệ số tỉ lệ c 36

Bảng 2.5 Nội lực và chuyển dịch của cọc trong nền đàn hồi 39

Bảng 2.6 Một số thông số kỹ thuật máy Clo Zironi CR18 54

Bảng 2.7 Một số thông số kỹ thuật máy Clo Zironi CR14 55

Bảng 2.8 Một số thông số kỹ thuật máy Casagrande C6 56

Bảng 2.9 Một số thông số kỹ thuật máy Stealth T15000 57

Bảng 2.10 Thông số kỹ thuật của máy khoan cọc nhồi đường kính nhỏ sử dụng ở Việt Nam 57

Bảng 3.1 Khoảng cách nhỏ nhất giữa hệ kết cấu chắn giữ hố đào và công trình lân cận khi sử dụng các thiết bị thi công khác nhau 65

Bảng 3.2 Giá thành thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ 66

Bảng 3.3 Chỉ tiêu cơ lý lớp 1&2 82

Bảng 3.4 Chỉ tiêu cơ lý lớp 3 83

Bảng 3.5 Chỉ tiêu cơ lý lớp 4 83

Bảng 3.6 So sánh kết quả thu được tại một số công trình đã thi công 89

DANH MụC CáC HìNH Vẽ, Đồ THị

Hình 1.1 Cọc cừ Larssen 6

Hình 1.2 Cọc cừ dạng thép hình I 6

Hình 1.3 Gia cố thành hố đào sử dụng hệ tường cừ thép 7

Hình 1.4 Tường cọc xi măng đất 9

Hình 1.5 Tường cọc bản bê tông cốt thép 10

Hình 1.6 Tường chắn bằng cọc khoan nhồi 12

Hình 1.7 Thi công tường cọc khoan nhồi 13

Hình 1.8 Tường chắn Barrette cho một hố đào sâu 14

Hình 1.9 Thi công tường chắn Barrette 15

Hình 1.10 Nứt công trình liền kề do thi công hố móng (Hàng Mã - Hà Nội) 16

Hình 1.11 Lún công trình liền kề do thi công hố móng trung tâm đào tạo Trường đại học Kinh tế Quốc dân-Hà Nội 16

Hình 1.12 Sụp đổ công trình Viện KHXH do thi công hố móng của công trình cao ốc Pacific (43-45-47 Nguyễn Thị Minh Khai - Q1-HCM) 17

Hình 1.13 Móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ tại Hà Nội 20

Hình 1.14 Tường cọc khoan nhồi 21

Hình 1.15 Tường cọc khoan nhồi kiểu dãy cột 21

Hình 1.16 Tường cọc hàng liên tục (hard/solf) 22

Hình 1.17 Tường cọc hàng liên tục (hard/firm) 22

Hình 1.18 Tường cọc hàng tổ hợp 22

Hình 1.19 Mẫu tường cọc thi công trong thực tế 22

Hình 1.20 Phương án tăng khả năng chống giữ của tường cọc 23

Hình 1.21 Kết quả thi công trong thực tế 23

Hình 1.22 Tường cọc khoan nhồi tại một công trình xây chen trong phố tại Hà Nội 24 Hình 2.1 Sơ đồ phân khu địa chất công trình lãnh thổ Hà Nội theo mức độ thuận lợi đối với xây dựng 28

Hình 2.2 Tính cọc conson bằng phương pháp cân bằn tĩnh 30

Hình 2.3 Sơ đồ chuyển dịch của cọc bản conson và phân bố áp lực đất 32

Hình 2.4 Sơ đồ tính toán theo Blum 33

Hình 2.5 Qui luật biến đổi của hệ số nền 34

Hình 2.6 Sơ đồ tính toán coi cọc như dầm trên nền đàn hồi 36

Hình 2.7 Sơ đồ tính toán theo phương pháp “m” 38

Hình 2.8 Chuyển vị và góc xoay của cọc ở đáy hố móng dưới tác động của lực đơn vị và mô men đơn vị 38

Hình 2.9 Sơ đồ tính toán cân bằng tĩnh chắn giữ bằng cọc với 1 tầng chống 40

Hình 2.10 Sơ đồ tính toán theo phương pháp dầm đẳng trị 41

Hình 2.11 Sơ đồ tính toán theo các giai đoạn thi công 42

Hình 2.12 Máy khoan cọc bằng guồng xoắn của hãng Bauer 44

Hình 2.13 Dây chuyền thi công cọc khoan nhồi bằng phương pháp khoan khô 44

Hình 2.14 Máy khoan sử dụng cần khoan CFA-Komatsu 46

Hình 2.15 Kích thước máy khoan EM400SM-KOMATSU (mm) 46

Hình 2.16 Đánh dấu vị trí cọc 48

Hình 2.17 Hạ ống chống (casing) 48

Hình 2.18 Khoan cọc 49

Hình 2.19 Lắp đặt lồng thép 49

Hình 2.20 Đổ tông 49

Hình 2.21 Rút ống đổ 49

Hình 2.22 Hoàn thành tấm tường 50

Hình 2.23 Tường dẫn để thi công các cọc khoan nhồi 51

Hình 2.24 Thi công hệ tường dẫn (guide wall) 52

Hình 2.25 Lắp đặt ống chống (casing) 52

Hình 2.26 Khoan cọc thứ nhất và thứ 2(A và B) 52

Hình 2.27 Đổ bê tông cọc thứ nhất và thứ 2 (A và B) 52

Hình 2.28 Khoan cọc thứ 3(cọc C-male pile) 53

Hình 2.29 Sử dụng cẩu để lắp đặt lồng thép cho cọc thứ 3(cọc C-male pile) 53

Hình 2.30 Đổ bê tông cho cọc thứ 3(cọc C) 53

Hình 2.31 Hoàn thành đơn nguyên tường 53

Hình 2.32 Máy thi công cọc đường kính nhỏ Clo Zironi CR18 55

Hình 2.33 Máy thi công cọc đường kính nhỏ Clo Zironi CR18 55

Hình 2.34 Máy thi công cọc đường kính nhỏ Clo Zironi CR14 56

Hình 2.35 Máy thi công cọc đường kính nhỏ Casagrande C6 56

Hình 2.36 Máy thi công cọc đường kính nhỏ Stealth T15000 58

Hình 2.37 Máy khoan cọc nhồi đường kính nhỏ sử dụng ở Việt Nam 58

Hình 3.1 Mặt bằng biện pháp thi công - Nhà máy gia công thiết bị điện tử tin học phần mềm chuyên dụng và thiết bị điện - Công ty Coteccons Cầu Giấy– Hà Nội 60

Hình 3.2 Mặt bằng biện pháp thi công tầng hầm công trình văn phòng – 159 Triệu Việt Vương – Hà Nội 60

Hình 3.3 Mặt bằng biện pháp thi công tầng hầm công trình khách sạn – 39 Thợ Nhuộm – Hà Nội 61

Hình 3.4 Mặt bằng biện pháp thi công 2 tầng hầm công trình Văn phòng cho thuê – 135-137 Bùi Thị Xuân – Hà Nội theo phương pháp bán Top-down 61

Hình 3.5 Mặt bằng biện pháp thi công cọc vây công trình nhà ở kết hợp văn phòng – Công ty CP INOX Hòa Bình-132 Nguyễn Thái Học – Hà Nội 62

Hình 3.6 Hố đào 2 tầng hầm trong điều kiện xây chen công trình nhà ở kết hợp văn phòng – Công ty CP INOX Hòa Bình-132 Nguyễn Thái Học – Hà Nội 63

Hình 3.7 Thi công phá đầu cọc trong hố đào 63

Hình 3.8 Định vị tim cọc 69

Hình 3.9 Hạ ống chống và khoan tạo lỗ 70

Hình 3.10 Gia công cốt thép tại hiện trường 72

Hình 3.11 Công tác hạ lồng thép 73

Hình 3.12 Hạ ống đổ và đổ bê tông 73

Hình 3.13 Thổi rửa vệ sinh cọc bằng khí nén - Tuần hoàn nghịch 74

Hình 3.14 Bơm tuần hoàn thuận thổi rửa vệ sinh hố khoan 75

Hình 3.15 Đổ bê tông tươi mác 300 độ sụt 18+/-2 76

Hình 3.16 Thi công đào lộ hàng cọc vây sâu khoảng 60cm 77

Hình 3.17 Thi công đập đầu cọc và đổ hệ thống dầm khóa dầu cọc vây 78

Hình 3.18 Thi công dầm bo, lắp đặt hệ văng chống đợt I, cốt thép đài móng 78

Hình 3.19 Lắp đặt hệ văng chống đợt II 79

Hình 3.20 Thi công tường tầng hầm công trình 79

Hình 3.21 Mô hình đào đất Đợt 1+ Đợt 2 85

Hình 3.22 Mô hình đào đất Đợt 3 85

Hình 3.23 Mô hình tính toán ( trường hợp trục 1+ 6) 86

Hình 3.24 Nhập thông số đầu vào lớp 1&2 86

Hình 3.25 Nhập thông số đầu vào lớp 3 87

Hình 3.26 Tải trọng ngoài 87

Hình 3.27 Các giai đoạn đào ( trường hợp trục 1+ 6) 89

Hình 3.28 Một góc tầng hầm công trình sau khi thi công xong 89

Mở đầu

• Lý do nghiên cứu

Do quỹ đất phục vụ cho việc sản xuất kinh doanh trong phố tại Hà Nội có hạn đồng thời giá đất không ngừng tăng cao nên chủ đầu tư của các dự án tại đây luôn tìm cách tận dụng triệt để diện tích xây dựng khi cải tạo, xây mới các công trình của mình Tại Hà Nội những năm gần đây nhu cầu xây dựng các công trình có qui mô từ 9-15 tầng với 1 đến 2 tầng hầm trong điều kiện xây chen trong phố là rất lớn Việc thi công xây dựng loại công trình nói trên đã đặt ra rất nhiều vấn đề về kỹ thuật công nghệ cho các nhà thầu như kích thước của hệ kết cấu móng công trình phải nhỏ gọn trong khi vẫn phải đảm bảo khả năng chịu được tải trọng lớn truyền xuống từ các kết cấu phía trên, biện pháp thi công phải hợp lý trong điều kiện chật hẹp, biện pháp chắn giữ để bảo vệ thành vách hố đào nói riêng và biện pháp thi công các hạng mục phần ngầm nói chung phải đảm bảo an toàn và kinh tế trong điều kiện xây chen Nhiều biện pháp công nghệ thi công tầng hầm, gia cố nền khác nhau đã

được sử dụng để giải quyết những vấn đề này tuy nhiên các sự cố khi thi công công trình xây chen trong phố ảnh hưởng đến các công trình lân cận vẫn thường xuyên xảy ra làm thiệt hại không nhỏ về tài sản, uy tín của chủ đầu tư, nhà thầu và các bên liên quan Thực tiễn đã đặt ra cho những nhà thầu xây dựng Việt Nam một vấn đề mới, đòi hỏi những nghiên cứu chặt chẽ về lý thuyết và kinh nghiệm thực tế để hạn chế các sự cố, rui ro này

Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ (Small diameter bored piles) đã được nghiên cứu, ứng dụng từ rất lâu trên thế giới trong xử lý nền móng các công trình dân dụng hay các công trình ngầm Tuy nhiên ở Việt Nam công nghệ này mới chỉ được quan tâm ứng dụng nhiều trong những năm gần đây và nó đã nhanh chóng chứng tỏ là một giải pháp có hiệu quả cho các công trình xây chen tại một số đô thị lớn như Hà Nội, Hải Phòng, Thành phố Hồ Chí Minh với rất nhiều những ưu điểm như:

- Thiết bị thi công nhỏ gọn có thể thi công trong điều kiện chật hep;

- Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ có sức chịu tải lớn độ an toàn khi thi công cao;

- Giá thành thi công khá cạnh tranh;

Bên cạnh đó việc ứng dụng loại cọc này trong thực tế nước ta còn bị hạn chế nhiều bởi một số lý do sau:

- Hệ thống tiêu chuẩn qui phạm xây dựng phục vụ cho việc thiết kế và thi công chưa có;

- Chưa có nhiều nghiên cứu về việc ứng dụng công nghệ này vào các bài toán thực tế;

- Số lượng nhà thầu mạnh dạn ứng dụng công nghệ này còn chưa nhiều, hệ thống máy móc thiết bị phục vụ thi công còn chưa hoàn thiện

Tuy nhiên với những ưu thế vượt trội về hiệu quả kinh tế kỹ thuật so với các phương án khác cọc khoan nhồi đường kính nhỏ sẽ là lựa chọn hiệu quả của chủ đầu tư, các nhà thầu thiết kế trong hiện tại và tương lai cho các công trình xây chen trong phố tại Hà Nội

Từ năm 2004 trở lại đây một số nhà thầu qua việc nghiên cứu đặc điểm các công trình có 1 đến 2 tầng hầm trong phố tại Hà Nội đã ứng dụng công nghệ khoan cọc nhồi đường kính nhỏ với đường kính D300, D400, D500, D600 để tạo thành các bức tường vây nhằm gia cố thành hố đào và làm cọc chịu lực cho các công trình có qui mô từ 9 đến 15 tầng và giải pháp này tỏ ra là giải pháp rất hiệu quả trong việc giải quyết bài toán gia cố thành hố đào trong điều kiện xây chen nó đã góp phần làm hạn chế các sự cố khi thi công hố đào, tiết kiệm kinh phí cho chủ đầu tư Mặc dù thế vẫn còn rất nhiều vấn đề thực tế cũng như lý thuyết đang đặt ra cho việc ứng dụng giải pháp công nghệ còn khá mới này

Do đó việc nghiên cứu: “ứng dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong thi

công tầng hầm các công trình xây chen trong phố tại Hà Nội” là yêu cầu cấp bách

của thực tế

• Mục đích của đề tài

Nội dung của luận văn tập trung vào một số vấn đề sau: Thông qua việc đánh giá các chỉ tiêu về hiệu quả kinh tế cũng như kỹ thuật của việc ứng dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong thi công tầng hầm các công trình xây chen trong phố cổ

Hà Nội để:

- Phân tích lựa chọn biện pháp thi công tầng hầm cho các công trình xây chen

ở Hà Nội sử dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ;

- Tìm hiểu qui trình thi công, những vấn đề thực tế nảy sinh và đề xuất giải pháp để nâng cao hiệu quả, mức độ an toàn khi sử dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong thi công tầng hầm công trình xây chen;

- Phân tích, so sánh, đánh giá kết quả thi công thực tế với kết quả tính toán thiết kế theo các phương pháp phổ biến hiện nay

• Phạm vi và phương pháp nghiên cứu

Luận văn tập trung vào nghiên cứu việc ứng dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong thi công tầng hầm các công trình xây chen trong phố có từ 1 đến 2 tầng hầm và 9-15 tầng nổi với diện tích nhỏ và trung bình tại Hà Nội thông qua việc thu thập, tổng hợp các kết quả thi công thực tế kết hợp với tính toán lý thuyết để đưa ra các kết luận và kiến nghị cụ thể cho việc ứng dụng giải pháp công nghệ này trong thực tế

• ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ là cơ sở tin cậy :

- Cho các nhà đầu tư, các đơn vị tư vấn lựa chọn ứng dụng giải pháp công nghệ cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong thi công tầng hầm các công trình xây chen;`

- Cho các cơ quan quản lý công trình xây dựng thẩm tra, thẩm định và phê duyệt các dự án tương tự;

- Cho các nhà thầu thi công có được biện pháp thi công an toàn với hiệu quả kinh tế cao khi thi công tầng hầm các công trình xây chen trong phố tại Hà Nội

Chương 1 - Tổng Quan về công nghệ cọc khoan nhồi đường

kính nhỏ & thi công hố đào sâu

1.1 Tổng quan về thi công các hố đào sâu [5,10,12]

Khi thi công tầng hầm cho các công trình, việc chống giữ, gia cố thành hố đào là một vấn đề hết sức quan trọng và phức tạp Theo số liệu thống kê các sự cố khi thi công hố đào ở Anh cho đến 1980 thì các nguyên nhân chính bao gồm:

+ Thi công hố đào không có chống giữ: Chiếm 63%;

+ Tiến hành thi công phía trên kết cấu chắn giữ: Chiếm 20%;

+ Kết cấu chắn giữ không đảm bảo khả năng chịu lực: Chiếm 14%;

+ Mái dốc mất ổn định: Chiếm 3%;

Việc lựa chọn phương án gia cố thành hố đào cần đáp ứng một số nguyên tắc sau: + An toàn và tin cậy: Đáp ứng yêu cầu độ ổn định và sự biến dạng của kết cấu chắn giữ, đảm bảo an toàn cho công trình xung quanh

+ Tính hợp lý về kinh tế: Dưới tiền đề là đảm bảo an toàn, tin cậy cho kết cấu chắn giữ, phải xác định phương án có hiệu quả kinh tế kỹ thuật rõ ràng trên cơ sở tổng hợp các mặt thời gian, vật liệu, thiết bị, nhân công và bảo vệ môi trường xung quanh

+ Thuận lợi và bảo đảm thời gian cho thi công: Trên nguyên tắc an toàn tin cậy và hợp lý về kinh tế, đáp ứng tối đa những điều thuận lợi cho thi công (bao gồm bố trí chắn giữ hợp lý, thuận tiện cho việc đào đất), rút ngắn thời gian thi công

Kết cấu chắn giữ thường chỉ có tính tạm thời, khi móng thi công xong là hết tác dụng Một số vật liệu làm kết cấu chắn giữ có thể được sử dụng lại như cọc bản thép

và những phương tiện chắn giữ theo kiểu công cụ Nhưng cũng có một số kết cấu chắn giữ được chôn lâu dài trong đất như cọc tấm bê tông cốt thép, cọc nhồi, cọc trộn xi măng đất và tường liên tục trong đất Cũng có cả loại trong khi thi công móng thì làm kết cấu chắn giữ hố móng, thi công xong sẽ trở thành một bộ phận của kết cấu vĩnh cửu, làm thành tường ngoài cho tác tầng ngầm của công trình

1.1.1 Một số phương pháp gia cố thành hố đào phổ biến hiện nay

a/ Sử dụng tường cọc ván thép hình hoặc ống thép (sheet pile wall) [10]

Nội dung của phương pháp: Sử dụng thép máng, thép sấp ngửa móc vào nhau hoặc cọc bản thép khóa miệng bằng các thép hình với mặt cắt chữ U hoặc Z Dùng phương pháp đóng hoặc rung để hạ chúng vào trong đất Sau khi hoàn thành nhiệm

vụ chắn giữ có thể thu hồi sử dụng lại;

Lịch sử ứng dụng công nghệ: Cọc ván thép được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1908 tại Mỹ trong dự án Black Rock Harbour, tuy nhiên trước đó người ý đã sử dụng tường cọc bản bằng gỗ để làm tường vây khi thi công móng mố trụ cầu trong nước Bên cạnh gỗ và thép, cọc bản cũng có thể được chế tạo từ nhôm, từ bê tông ứng lực trước Tuy nhiên với những ưu điểm vượt trội, cọc ván thép vẫn chiếm tỉ lệ cao trong nhu cầu sử dụng

Cho đến nay cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước khác nhau

và được ứng dụng trên toàn thế giới với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng

được cải thiện Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thường còn có loại mặt cắt ngang Omega (W), dạng tấm phẳng (straight web) cho các kết cấu tường chắn tròn khép kín, dạng hộp (box pile) được cấu thành bởi 2 cọc U hoặc

4 cọc Z hàn với nhau Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà tường chắn có thể chỉ dùng cọc ván thép hoặc kết hợp sử dụng cọc ván thép với cọc ống thép (steel pipe pile) hoặc cọc thép hình H (King pile) nhằm tăng khả năng chịu mômen uốn

Phạm vi áp dụng: Phương pháp được sử dụng rộng rãi hiện nay cho nhiều loại công trình khác nhau từ các công trình thủy công như cảng bờ kè, cầu tàu, đê chắn, công trình cải tạo dòng chảy đến các công trình giao thông như các công trình cầu, hầm, bãi đậu xe ngầm.Trong xây dựng công trình dân dụng nó được sử dụng phổ biến trong việc gia cố thành các hố đào có độ sâu từ 3-6m;

Bảng 1.1: Một số loại cừ được sử dụng phổ biến ở Việt Nam hiện nay [22]

dụng và công nghiệp

JIS A5528 SY295; SY295

Công trình dân dụng và công nghiệp

JIS A5528 SY295; SY295

Công trình dân dụng và công nghiệp

JIS A5528 SY295; SY390

Công trình giao thông, bờ

đê, cảng biển

JIS A5528 SY295; SY390

Công trình giao thông, bờ

đê, cảng biển

Hình 1.1: Cọc cừ Larssen [20] Hình 1.2: Cọc cừ dạng thép hình I [22]

Hình 1.3: Gia cố thành hố đào sử dụng hệ tường cừ thép [10]

Ưu điểm:

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

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

- Thiết kế đơn giản, có tính định hình cao;

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

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

- Chất lượng của vật liệu làm cọc bản tin cậy do được chế tạo trong nhà máy;

- Thi công nhanh, thuận tiện và tương đối đơn giản trong tầng đất yếu;

- Khả năng ngăn nước tương đối tốt;

Nhược điểm:

- Khi thi công ép, đóng vào trong đất dễ gây ảnh hưởng đến công trình bên cạnh;

- Bị ăn mòn trong quá trình sử dụng;

- Chiều sâu hố đào không lớn;

- Công tác thu hồi lại các ván thép đã sử dụng khá khó khăn và tốn kém, trong nhiều trường hợp gây ảnh hưởng đến các công trình lân cận

b/ Chắn giữ bằng cọc trộn dưới sâu [12]

Nội dung của phương pháp: Trộn cưỡng chế đất với xi măng, vôi lợi dụng một loạt các phản ứng hóa học vật lý làm cho đất mềm đóng rắn lại thành một thể cọc có tính chỉnh thể, tính ổn định và có cường độ nhất định;

Khái quát về ứng dụng công nghệ:

- Sau đại chiến thế giới lần thứ 2, Mỹ là nước đầu tiên nghiên cứu về cọc xi măng trộn tại chỗ (MIP), đường kính cọc 0,3-0,4m dài 10-12m;

- Năm 1950 bắt đầu được nghiên cứu ứng dụng ở Nhật Bản, 1974 Trạm nghiên cứu

kỹ thuật bến cảng của Nhật hợp tác nghiên cứu thành công phương pháp trộn xi măng để gia cố (CMC);

- 1977 Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu trong phòng và nghiên cứu chế tạo máy 2 trục đầu tiên để trộn dưới sâu;

- 1990 Nhật Bản đưa ra công nghệ thi công trộn sâu mới gọi là phương pháp RR;

- Đầu những năm 80 ở Việt Nam đã sử dụng công nghệ của hãng Linden-Alimak (Thụy Điển) làm cọc xi măng/vôi đất đường kính 40cm sâu 10m cho công trình nhà 3-4 tầng

- Hiện nay chúng được sử dụng khá phổ biến ở Việt Nam

Phạm vi áp dụng:

Cọc xi măng đất là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu khá hiệu quả Cọc

xi măng đất được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho các công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng như: làm tường hào chống thấm cho đê đập, sửa chữa thấm máng cống và đáy cống, ổn định tường chắn, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố nền đường, mố cầu dẫn, gia cố đất xung quanh các hố đào có độ sâu 3-6m;

Hình 1.4: Tường cọc xi măng đất [22]

- ổn định thành hố đào;

- Ngăn được nước thấm vào hố đào;

- Khi dùng phương án tường chắn bằng cọc trộn dưới sâu thường không sử dụng hệ thanh chống, tạo điều kiện thi công hố móng rất thông thoáng;

- Qui trình thi công đơn giản, nhanh chóng;

- Giá thành rẻ hơn so với các phương án gia cố khác;

- Tính tự động hóa trong thi công cao;

- Khi thi công không ảnh hưởng đến các công trình bên cạnh

Nhược điểm:

- Phương pháp chưa thực sự phổ biến trong xử lý hố đào cho các công trình dân dụng;

- Khả năng chịu tải của cọc thấp nên chiều sâu hố đào không cao;

- Cọc sau khi sử dụng làm cọc biện pháp không tận dụng được làm cọc chịu tải cho công trình hay có thể thu hồi sử dụng lại;

- Do máy thi công hiện có trên thị trường có kích thước lớn nên cọc không phù hợp khi áp dụng cho các công trình xây chen có qui mô nhỏ

c/ Sử dụng cọc bản bê tông cốt thép, bê tông cốt thép ứng lực trước [12]

Nội dung của phương pháp: Đây là phương pháp gia cường hố đào sử dụng cọc bản

bê tông cốt thép dài 6-12m được đóng hoặc ép xuống đất tạo thành hệ tường chắn giữ cho hố đào Tùy thuộc vào tiết diện của cọc sau khi ép có thể phải xử lý loại bỏ phần đất tại vị trí tiếp giáp giữa hai cọc rồi đổ bê tông bù;

Hình1.5: Tường cọc bản bê tông cốt thép [22]

Khái quát về tình hình ứng dụng công nghệ:

- Cách đây hơn 50 năm, Tập đoàn PS MITSUBISHI (Nhật Bản) đã phát minh ra loại

“cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực” với kiểu dáng hình học dạng sóng của mặt cắt tiết diện và đã được xây dựng thử nghiệm rất có hiệu quả ở Nhật

- Cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực được ứng dụng lần đầu tiên tại Việt Nam khoảng năm 1999-2001 tại cụm công trình nhiệt điện Phú Mỹ - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu, làm kênh dẫn nước giải nhiệt cho nhà máy tuốc bin khí với chiều dài trên 1.000m, chiều rộng 45m, chiều sâu 8,7m - với sự giúp đỡ của các nhà tư vấn Nhật Bản và đặc biệt sự hướng dẫn trực tiếp công nghệ thi công lắp đặt của Nhà sáng chế

ra cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực - Tiến sĩ ITOSHIMA Hiện nay kênh này vẫn bền vững và Nhật đã chuyển giao công nghệ này cho ta

- Hiện nay Vinaconex Xuân Mai Là đơn vị đi đầu ở nước ta trong việc ứng dụng công nghệ này vào các công trình dân dụng và công nghiệp

Phạm vi áp dụng: Công nghệ được ứng dụng rộng rãi trong các thi công các hố đào

có độ sâu 3-10m của các công trình như bờ kè trục giao thông, cống mương, đê đập, tầng hầm công trình hay công trình ngầm thi công bằng phương pháp đào hở;

Ưu điểm:

- Cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực tận dụng được hết khả năng làm việc chịu nén của bê tông và chịu kéo của thép, tiết diện chịu lực ma sát tăng từ 1.5 - 3 lần so với loại cọc vuông có cùng tiết diện ngang (khả năng chịu tải của cọc tính theo đất nền tăng) Khả năng chịu lực tăng: mô men chống uốn, xoắn cao hơn cọc vuông bê tông thường, do đó chịu được mômen lớn hơn

- Sử dụng vật liệu cường độ cao(bê tông, cốt thép) nên tiết kiệm vật liệu Cường độ chịu lực cao nên khi thi công ít bị vỡ đầu cọc, mối nối

- Tuổi thọ cao Có thể ứng dụng trong nhiều điều kiện địa chất khác nhau

- Chế tạo trong công xưởng nên kiểm soát được chất lượng cọc, thi công nhanh, mỹ quan đẹp khi sử dụng ở kết cấu nổi trên mặt đất Chế tạo được cọc dài hơn (có thể

Nhược điểm:

- Công nghệ chế tạo phức tạp hơn cọc đóng thông thường Thi công đòi hỏi độ chính xác cao, thiết bị thi công hiện đại hơn (búa rung, búa thuỷ lực, máy cắt nước áp lực );

- Giá thành cao hơn cọc đóng truyền thống có cùng tiết diện Ma sát âm (nếu có) tác dụng lên cọc tăng gây bất lợi khi dùng cọc ván chịu lực như cọc ma sát trong vùng

d/ Sử dụng tường cọc khoan nhồi [1]

Nội dung của phương pháp: Sử dụng các cọc khoan nhồi được khoan sát nhau trên

đỉnh của tường cọc thường đổ 1 dầm bo bê tông cốt thép tạo thành dãy tường chắn

đất trong thi công các hố đào sâu;

Hình 1.6: Tường chắn bằng cọc khoan nhồi [22]

Khái quát về tình hình ứng dụng công nghệ: Tường cọc khoan nhồi (bored pile retaining wall) đã được sử dụng từ rất lâu trên thế giới trong gia cố thành các hố đào sâu ở Việt Nam việc sử dụng công nghệ này còn chưa được phổ biến, hiện tại giải pháp đã và đang được áp dụng cho một số công trình có qui mô nhỏ và vừa tại một

số đô thi lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh

Phạm vi áp dụng: Phương án gia cố này thích hợp với các hố đào có độ sâu từ 6-13m trong trường hợp các hố đào sâu hơn có thể kết hợp sử dụng neo hoặc hệ chống thép hình ;

Hình 1.7: Thi công tường cọc khoan nhồi [21]

- Quá trình thi công móng cọc, dễ thay đổi các thông số của cọc (chiều sâu, đường kính) Tăng sức chịu tải của cọc nhờ việc tăng đường kính và chiều sâu cọc, làm giảm bớt số lượng cọc cũng như thời gian thi công cọc

- Có thể xuyên qua các tầng sét cứng, cát chặt ở giữa nền đất để xuống các độ sâu lớn;

- Thích hợp thi công các hó đào với mặt bằng thi công phức tạp (hình tròn, mặt bằng không vuông vắn )

- Đầu cọc có thể chọn ở độ cao tùy ý cho phù hợp với kết cấu công trình và qui hoạch kiến trúc mặt bằng;

- Khó kiểm tra chất lượng hố cọc và thân cọc sau khi đổ bê tông

e/ Sử dụng tường liên tục trong đất [2,12]

Nội dung của phương pháp: Tường trong đất, hay còn được gọi là tường vây barrette,

là tường bêtông đổ tại chỗ, thường dày 600-800mm có thể được sử dụng để chắn giữ

ổn định hố đào sâu trong quá trình thi công Tường có thể được làm từ các đoạn cọc barette tiết diện chữ nhật, chiều rộng thay đổi từ 2.6 m đến 5.0m;

Hình 1.8: Tường chắn Barrette cho một hố đào sâu [21]

Khái quát về tình hình ứng dụng công nghệ:

- Tường Barrette lần đầu được thử nghiệm vào 1948 sau đó được thi công trong thực

tế lần đầu ở Italia năm 1950 bởi Icos ;

- 1961 hệ tường Barrette được sử dụng tại công trình Hyde Park Corner, Lon Don sau đó công nghệ trở nên phổ biến trên toàn Châu Âu ;

- Sự phát triển của công nghệ được thúc đẩy bởi sự cạnh tranh của công ty lớn đi đầu trong công nghệ này đó là: Icos ở Châu Âu và Mỹ, Soletanche và Bachy ở Pháp, Trevasani và Rodio ở ý Đầu những năm 70 tường được sử dụng ở Nhật từ đó nó trở thành phổ biến trên toàn thế giới ;

- ở Việt Nam được áp dụng lần đầu từ những năm 1995, 1996 ở Hà Nội Cho đến nay cùng với sự phát triển của công nghệ thi công Top down nó được ứng dụng trong hầu hết các công trình xây dựng có một hoặc nhiều tầng hầm ở Việt Nam Phạm vi áp dụng: Tường liên tục trong đất là giải pháp chống giữ phổ biến nhất hiện nay trong xây dựng tầng hầm các công trình dân dụng cũng như các công trình ngầm, công trình giao thông có qui mô lớn Các hố đào thích hợp cho phương án này có độ sâu >10m;

Hình 1.9: Thi công tường chắn Barrette [22]

Ưu điểm:

- Tiến độ thi công nhanh;

- Chống được vách đất với độ ổn định và an toàn cao nhất, chiều sâu hố đào chống giữ lớn;

Việc thi công hố đào có thể gây ra sự cố hoặc hư hỏng đối với các công trình lân cận, biểu hiện như sau:

- Nứt, tách nền, nứt tường hoặc kết cấu bao che, ngăn cách, hư hỏng cục bộ nhưng chưa tới mức gián đoạn hoạt động các đường ống, đường cáp hoặc hệ thống thiết bị công trình; nghiêng, lún công trình hoặc nứt, võng kết cấu chịu lực chính nhưng chưa tới mức cho phép;

- Sập đổ công trình hoặc một bộ phận công trình; sụt nền; gãy cấu kiện chịu lực chính,

đứt đường ống, đường cáp hoặc hệ thống thiết bị công trình; nghiêng, lún công trình hoặc nứt, võng kết cấu chịu lực chính quá mức cho phép;

Các biểu hiện nêu trên có thể xuất hiện ngay từ khi bắt đầu thi công kết cấu chống giữ thành hố đào như đóng cừ, thi công cọc, làm tường cừ barrette hoặc xuất hiện trong quá trình đào đất hố móng

Nguyên nhân dẫn đến sự cố, hư hỏng trên có thể do các yếu tố sau:

- Chấn động phát sinh khi thi công: Các chấn động phát sinh khi rung hạ cừ, hạ ống vách để khoan cọc nhồi có thể gây lún móng của các công trình lân cận tựa trên một

số loại đất rời, kém chặt hoặc gây hư hỏng kết cấu bằng các tác động trực tiếp lên chúng;

Hình 1.12: Sụp đổ công trình Viện KHXH do thi công hố đào của công trình Cao ốc Pacific (43-45-47 Nguyễn Thị Minh Khai, Q1, HCM) [11]

- Chuyển vị của đất:

+ Các chuyển vị thẳng đứng (lún hoặc trồi) và chuyển vị ngang của đất xảy ra khi thi công tường cừ hố đào (thường là cừ ván thép, cọc hoặc barrette), khi đào đất hố móng, khi hút nước ra khỏi hố đào hoặc khi thu hồi cừ ván thép

+ Khi rung hoặc ép tường cừ chế tạo sẵn thì bề mặt đất có xu hướng nâng lên và đất bị

đẩy ra xa Ngược lại khi thi công cọc khoan nhồi hoặc barrette thì bề mặt đất xung quanh bị lún xuống và đất dịch chuyển ngang hướng về vị trí khoan tạo lỗ

+ Khi thi công đào đất hố móng, đất nền ở khu vực xung quanh bị lún xuống và

chuyển dịch ngang về phía hố đào Chuyển dịch lớn thường phát sinh khi thi công

hố đào sâu trong đất yếu

+ Khi bơm hút nước để thi công hố đào, mực nước ngầm bị hạ thấp làm tăng độ lún

của đất nền ở khu vực xung quanh

+ Khi thu hồi cừ ván thép, đất chuyển dịch vào các khe rỗng do cừ để lại gây ra lún khu vực xung quanh tường cừ

- Mất ổn định: Hố đào có thể bị mất ổn định do hệ thống chống đỡ không đủ khả năng chịu lực hoặc do hiện tượng trượt sâu Trong trường hợp này các công trình liền kề hố đào bị chuyển vị lớn và có thể bị sập đổ ngay

- Sụt đất: Hiện tượng sập cục bộ thành rãnh đào và hố khoan khi thi công tường cừ

và cọc bằng phương pháp đổ tại chỗ có thể để lại các hốc nhỏ trong đất Các hốc với

qui mô lớn hơn được hình thành khi đất bị cuốn trôi theo dòng chảy của nước vào hố móng qua khe hở giữa các tấm cừ hoặc qua các khuyết tật trên kết cấu cừ Khi vòm

đất phía trên các hốc này bị sập sẽ gây ra hiện tượng sụt nền hoặc sự cố của các công trình trên nó Hiện tượng này có khả năng xảy ra khi hút nước hố đào để thi công móng, tầng hầm trong nền cát bão hòa nước

1.1.3 Vấn đề thi công tầng hầm các công trình xây chen tại Hà Nội

Trong những năm gần đây những sự cố lún nứt, thậm chí sụp đổ công trình lân cận

do đào đất khi thi công móng, tầng hầm các công trình xây chen là hiện tượng khá phổ biến xảy ra tại các đô thị lớn như Hà Nội hay TP Hồ Chí Minh

Nguyên nhân chủ yếu của vấn đề này là do các đơn vị thi công chưa áp dụng biện pháp kỹ thuật hợp lý để chống giữ thành hố đào Ngoài ra một nguyên nhân khác cũng phải kể đến là phần lớn các công trình ở Hà Nội đã được xây dựng từ những năm 1920 đến năm 1940 hoặc những nhà thấp tầng có chất lượng thấp được xây dựng trong những năm 1960 cho đến những năm cuối của thập kỷ 80 Kết cấu của công trình nói trên rất yếu, loại móng sử dụng cho các công trình này chủ yếu là móng nông (xây gạch) trên nền không hoặc có gia cố bằng các giải pháp đơn giản (đóng cọc tre, đệm cát), kết cấu phần thân chủ yếu là tường gạch chịu lực với vật liệu sử dụng có chất lượng kém lại chịu tác động của môi trường Chính vì vậy chúng rất dễ dàng bị hư hỏng khi đất nền bị biến dạng

Đối với các nhà thầu khi thi công các công trình xây chen nếu để xảy ra sự cố dù là những sự cố rất nhỏ đối với công trình bên cạnh thì vấn đề sẽ trở lên hết sức nghiêm trọng gây tốn kém về tiền bạc, làm chậm tiến độ thi công, giảm uy tín của nhà thầu trong một số trường hợp còn xảy ra kiện tụng đòi hỏi sự tham gia của các cơ quan chức năng Khi thi công công trình Thương mại Quốc tế (CIT), 17 Ngô Quyền, nhà thầu đã phải đền cho Textimex khoảng 20,000 USD và sau đó chủ công trình này đã phá bỏ ngôi nhà Đồng thời nhà thầu cũng phải đền cho Metropol hơn 100,000 USD

do những hư hỏng trong quá trình thi công phần ngầm gây ra Tại công trình Hanoi Centre Tower, khi tiến hành thi công đã làm hư hỏng đến nhà bảo tàng Hoả lò và nhà thầu đã phải bỏ ra một chi phí khoảng 100,000 USD để đền bù mới có thể tiếp tục thi công

ở Việt nam hiện nay, sự hiểu biết về hố đào còn rất hạn chế, hệ thống tiêu chuẩn qui phạm qui phạm phực vụ công tác này còn thiếu hoặc chưa hoàn thiện Các nhà quản

lý còn chưa đủ cơ sở pháp lý lảm căn cứ để đánh giá, giải quyết các tranh chấp, kiện tụng trong quá trình thi công hố đào các công trình xây chen

Theo báo cáo của các Sở Xây dựng thành phố Hà Nội và Hồ Chí Minh, hiện tượng lún nứt các hộ liền kề khi đào tầng hầm xuất hiện ở 87% công trình đã và đang thi công trong 10 năm gần đây Tuy vậy các Chủ đầu tư và các đơn vị thi công hầu như không đánh giá đúng tầm quan trọng của việc gia cố thành hố đào trong thi công hố

đào sâu

Có thể thấy rằng việc tính toán thiết kế biện pháp thi công hợp lý cho các các hố đào sâu luôn là một vấn đề khó, do vậy để thi công các hố đào ấy trong điều kiện xây chen giữa các công trình trong phố vốn có chất lượng kém lại càng khó khăn hơn, nó

là nguyên nhân của rất nhiều sự cố trong xây dựng công trình ở nước ta hiện nay Tuy vậy với những ưu thế của mình công nghệ thi công tầng hầm công trình sử dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ hoàn toàn có thể được được ứng dụng như một giải pháp cho vấn đề này

1.2 Tổng quan về cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

là cọc khoan nhồi đường kính nhỏ, cọc có đường kính lớn hơn 600mm được gọi

là cọc khoan nhồi đường kính lớn;

1.2.2 Lịch sử phát triển

Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ (Small diameter bored pile) lần đầu được giới thiệu ở Italia bởi Fernado Lizzi phục vụ cho việc khôi phục và gia cường móng của tòa nhà WWII bị hư hỏng;

Thập kỷ 60 thế kỷ trước: Cọc được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu trong việc sửa chữa gia cường các kết cấu cũ;

Giữa thập kỷ 70: Cọc lần đầu tiên được giới thiệu tại Mỹ (New York, Boston ); Thập kỷ 80: Được sử dụng rộng rãi ở Đông á;

Ngày nay cọc khoan nhồi đường kính nhỏ đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới (tại Italia, Mỹ, Trung Quốc ) với các ứng dụng khác nhau như xây dựng các công trình chen thành phố, cải tạo sửa chữa, phục hồi các công trình kiến trúc văn hoá

Bảng 1.2: Sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ sử dụng làm cọc chịu tải

Đường kính cọc

Hình 1.13: Móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ tại Hà Nội [1]

b/ Làm tường vây (bored pile wall):

Cọc khoan nhồi có thể được sử dụng một cách hiệu quả trong vai trò của các tường chắn đất biện pháp trong quá trình thi công tầng hầm công trình hay gia cố nền Loại tường này được sử dụng nhiều trong thi công các nhà cao tầng có móng sâu với nhiều

tầng hầm và một số loại công trình ngầm mà ở đó không gian thi công bị hạn chế Chúng giúp kiểm soát chuyển dịch của thành hố đào góp phần giảm thiểu ảnh hưởng

đến các kết cấu bên cạnh như ngăn cản nước ngầm tràn vào hố đào trong quá trình thi công

Hình 1.14: Tường cọc khoan nhồi [22]

Tường vây cọc khoan nhồi có thể tạo bởi một số dạng sau đây:

- Tường cọc theo kiểu dãy cột (Contiguous pile wall): Trong phương án này các cọc thường bố trí cách nhau một khoảng 150mm Sử dụng khi đất quanh hố đào tương đối tốt, mực nước ngầm thấp (nằm thấp hơn đáy hố đào) có thể tận dụng hiệu ứng vòm giữa hai cọc gần nhau Đây là phương án kinh tế và thi công nhanh nhất

Hình 1.15: Tường cọc khoan nhồi kiểu dãy cột

- Tường cọc hàng liên tục (Secant pile wall - hard/solf or hard/firm): Phương án này giống như tường theo kiểu dãy cột nhưng khoảng trống giữa các cọc được lấp đầy bởi hỗn hợp xi măng/bentonite (không có cốt thép) có cường độ thấp khoảng 1N/mm2 đến 2N/mm2 (đối với tường dạng Hard/solf) hoặc hỗn hợp bê tông cứng (firm concrete) có cường độ khoảng 10N/mm2 (tường Hard/firm) Việc thi công được bắt đầu từ cọc A (xem hình vẽ dưới) sau đó mới thi công cọc có cốt B Tường cọc liên tục được sử dụng trong vùng đất yếu không thể hình thành các vòm đất

Hình 1.16: Tường cọc hàng liên tục (hard/solf)

Hình 1.17: Tường cọc hàng liên tục (hard/firm)

- Tường cọc hàng tổ hợp (Secant pile wall-Hard/hard): Loại tường này rất giống loại tường cọc liên tục nêu trên nhưng trong trường hợp này các cọc thi công trước sử dụng hỗn hợp bê tông nặng với cường độ cao và thường là có cốt thép Tường cọc hàng tổ hợp sử dụng hiệu quả trong vùng đất yếu có mực nước ngầm cao

Hình 1.18: Tường cọc hàng tổ hợp

Hình 1.19: Mẫu tường cọc thi công trong thực tế [22]

Hình1.20: Phương án tăng khả năng

chống giữ của tường cọc [22]

Hình 1.21: Kết quả thi công trong thực

tế [22]

- Việc lựa chọn phương án tường ngoài điều kiện địa chất thủy văn của công trình còn

bị giới hạn bởi nhiều yếu tố khác: Không gian thi công, chiều sâu hố đào, thời gian thi công, giá thành và mức độ quan trọng của công trình Khi thi công các hố đào có chiều sâu lớn có thể kết hợp với hệ văng chống thép hình hoặc neo để nâng cao khả năng chắn giữ của tường

1.2.4 Lịch sử ứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ở Việt Nam a/ Tình hình ứng dụng công nghệ trong thực tế

Tại Việt Nam nói chung và tại Hà Nội nói riêng từ năm 2001 cọc khoan nhồi đường kính nhỏ đã được ứng dụng trong công trình xây dựng đầu tiên, đã được thị trường xây dựng thành phố Hà Nội chấp nhận và phát triển rất mạnh cho đến nay

Hiện nay công nghệ xử lý nền móng bằng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ đã áp dụng cho hàng ngàn công trình xây dựng dân dụng nhà ở dân dụng, nhà cao tầng khách sạn văn phòng nhiều tầng xây chen trong thành phố, nơi có mặt bằng thi công chật hẹp, dễ gây ảnh hưởng đến các công trình lân cận Tuy nhiên việc sử dụng loại cọc này chủ yếu là để làm cọc chịu lực cho công trình còn việc ứng dụng nó trong thi công tầng hầm công trình thí mới chỉ được ứng dụng trong một vài năm trở lại đây

Hình 1.22: Tường cọc khoan nhồi tại một công trình xây chen trong

phố tại Hà Nội [1]

Từ kết quả rất khả quan trong việc ứng dụng công nghệ này nhiều chủ đầu tư tại Hà Nội đã không ngần ngại lựa chọn công nghệ này cho công trình của mình và nó đang dần trở thành phổ biến trên thị trường

Bảng 1.3: Một số công trình tại Hà Nội đã ứng dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

trong thi công tầng hầm [1]

hầm

Phương án cọc sử dụng

cọc D600

4 Trụ sở Tập đoàn Tân Tạo-100 Triệu Việt

7 Trường Đại học RMIT-18 Ngô Tất Tố 01 52 cọc vây D300 Bảng 1.4: Một số công trình tại Hà Nội sử dụng móng cọc nhồi đường kính nhỏ [1]

tầng

Phương án cọc

sử dụng

b/ Tổng quan về hệ thống lý thuyết tính toán và qui phạm, tiêu chuẩn phục vụ thiết kế

và thi công

Mặc dù cọc khoan nhồi đường kính nhỏ đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong thực

tế nhưng ở nước ta chưa có nhiều những nghiên cứu có qui mô về việc ứng dụng loại công nghệ này Trong TCXDVN 205:1997 Móng cọc-Tiêu chuẩn thiết kế có đề cập

đến cọc khoan nhồi đường kính nhỏ thông qua việc đưa ra một số định nghĩa trong mục 3.3.6, bên cạnh đó trong thời gian sắp tới Bộ cũng sẽ ban hành tiêu chuẩn về thi công hố đào chuyển dịch từ tiêu chuẩn Trung Quốc JGJ 120-99 do Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng thực hiện trong đó có những qui định cơ bản cho việc ứng dụng cọc hàng, tường trong đất; quan trắc phòng ngừa sự cố trong thi công các hố

đào Tuy nhiên vẫn chưa có một tiêu chuẩn cụ thể cho việc ứng dụng loại cọc này do

đó việc thiết kế và thi công công trình có sử dụng công nghệ cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ở trong nước hiện đang phải sử dụng các tiêu chuẩn qui phạm cho cọc khoan nhồi đường kính lớn kết hợp tham khảo thêm một số tiêu chuẩn nước ngoài bao gồm:

- TCXDVN 205:1997 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế;

- TCXDVN 189:1996 Móng cọc tiết diện nhỏ - Tiêu chuẩn thiết kế;

- TCXDVN 326 : 2004 Cọc khoan nhồi - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu;

- TCXDVN 269:2002 “Cọc - Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục;

- TCXDVN 358: 2005 Cọc khoan nhồi - Phương pháp xung siêu âm xác định tính

đồng nhất của bê tông;

- BS 8004:1986 Code of practice for foundations;

- BS 8002-1994 Code of practice for earth retaining structures;

- IPS-C-CE-132-2004 Construction standard for Foundations, piles and retaining wall;

- EM 1110-2-2504-1994 Design of sheet pile wall

Việc không có một hệ thống tiêu chuẩn, qui phạm thống nhất đã đặt ra rất nhiều vấn

đề cho việc ứng dụng công nghệ này trong thực tế như:

- Gây khó khăn cho việc mở rộng phạm vi ứng dụng của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong thực tế (các nhà thầu tư vấn thiết kế, các chủ đầu tư không dám mạnh dạn

sử dụng công nghệ);

- Thiếu căn cứ làm cơ sở để nghiệm thu sản phẩm;

- Việc quản lý chất lượng trong thi công gặp nhiều khó khăn Chất lượng cọc phụ thuộc nhiều vào năng lực thi công của nhà thầu;

- Hạn chế phạm vi ứng dụng của công nghệ trong các công trình có vốn nhà nước, các dự án có qui mô lớn;

- Những đặc thù trong thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ so với các loại cọc khác hay các sự cố gặp phải được xử lý không thống nhất

Chương 2 - Cơ sở khoa học của việc ứng dụng cọc khoan nhồi

đường kính nhỏ trong thi công tầng hầm các công trình

xây chen trong phố tại Hà Nội 2.1 Đặc điểm điều kiện địa chất thủy văn tại Hà Nội

Bản đồ địa chất Hà Nội có thể được phân chia thành những đơn vị nhỏ hơn về mặt diện tích nhưng đồng nhất hơn môi trường địa chất, mức độ thuận tiện cho xây dựng công trình ngầm Đó là các phụ vùng I, II và III

- Phụ vùng I bao gồm toàn bộ diện tích huyện Sóc Sơn, huyện Đông Anh và phần phía bắc sông Đuống của huyện Gia Lâm

- Phụ vùng II bao gồm phần phía nam sông Đuống của huyện Gia Lâm và toàn bộ diện tích quận Tây Hồ

- Phụ vùng III bao gồm diện tích các quận Ba Đình, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Hoàn Kiếm, Cầu Giấy, Hoàng Mai, Thanh Xuân, huyện Thanh Trì và huyện Từ Liêm Phụ vùng I đặc trưng bởi cấu tạo địa chất đơn giản, trong mặt cắt địa chất vắng mặt các thành tạo đất yếu Đặc tính xây dựng của đất cao, ví dụ các lớp sét có độ ẩm tự nhiên thấp, khối lượng riêng cao, khối lượng thể tích cao, khối lượng cốt đất cao, góc ma sát trong lớn, độ rỗng thấp Các tầng nước dưới đất đều có lớp sét bảo vệ Phụ vùng II đặc trưng bởi các loại đất yếu như sét dẻo chảy với độ ẩm tự nhiên lớn, khối lượng riêng giảm chỉ có 2,64-2,69 g/cm3, khối lượng thể tích chỉ còn 1,04-1,43 g/cm3, độ rỗng xấp xỉ 50% và hệ số rỗng xấp xỉ bằng 1

Phụ vùng III đặc trưng bởi cấu tạo địa chất rất phức tạp, trong mặt cắt địa chất tồn tại nhiều lớp đất yếu với bề dày, thành phần trầm tích và tính chất vật lý và cơ học khác nhau và thay đổi không theo quy luật từ nơi này đến nơi khác

Mực nước ngầm tại Hà Nội nằm ở khá sâu và biến động theo từng khu vực khác nhau tuy nhiên vẫn tồn tại một lượng nước mặt ảnh hưởng không nhỏ đến việc thi công các hố đào Lượng nước mặt này có thể được xử lý bằng các phương pháp hạ mực nước ngầm thông thường

Tính chất cơ lý cơ bản của đất nền Hà Nội dựa trên kết quả phân tích của 7000 mẫu thí nghiệm:

Bảng 2.1 [7] : Phân vùng Hà Nội theo mức độ thuận tiện cho xây dựng công trình

Hà Nội theo mức độ thuận lợi đối với xây dựng