Chương 5 Thi công cọc

Tài liệu “ Thi công chuyên môn” được biên soạn với mục đích đáp ứng nhu cầu về tài liệu cho môn kỹ thuật thi công các công trình xây dựng, và phục vụ cho công tác dạy và học tập của giáo viên

Trang 1

Chương 5

THI CÔNG CỌC 5.1 Các loại cọc

5.1.1 Cọc tre

Cọc tre được nén ép làm chặt đất và một phần nào đó truyền áp lực của công trình xuống nền đất phía dưới nên trong thực tế không coi cọc tre là cọc mà chỉ coi là một giải pháp gia cố nền Cọc tre được sử dụng ở những vùng đất luôn ẩm ướt, không được sử dụng ở những vùng đất khô hoặc khi khô, khi ướt

Cọc tre được sử dụng có chiều dài từ 3÷ 4m; tre phải thẳng, dày mình, có đường kính từ 6 ÷ 10cm và phải là tre tươi

Để cọc tre đóng không bị vỡ đầu người ta cưa phẳng cách mấu khoảng 50mm, đầu dưới vót nhọn

5.1.2 Cọc gỗ

Được sử dụng ở những nơi luôn luôn có nước Gỗ làm cọc tốt nhất là gỗ dẻ, muồng, thông, tràm… Gỗ làm cọc là gỗ còn tươi, có độ ẩm W≥23%, dài 8÷12m, đường kính

12÷20cm Cọc được róc hết vỏ, đầu cọc được cưa phẳng và đóng đai thép rộng

40÷70mm, dày 10÷12mm Mũi vót nhọn 3÷4 cạnh để dễ đóng

5.1.3 Cọc thép

Gồm hai loại là cọc thép định hình và cọc ống thép

5.1.3.1 Cọc thép định hình

Cọc cừ thép là dạng cọc thép được áp dụng rộng rãi trong công trình bến tường cừ, công trình bảo vệ bờ, đê chắn sóng, làm đê quai, khi thi công các công trình thuỷ công

Nó có ưu điểm là sức chịu tải lớn, độ cứng lớn, đảm bảo ổn định và đảm bảo độ sâu Tuy nhiên nó có nhược điểm là dễ bị ăn mòn

Cọc thép được chế tạo từ các loại thép hình như thép C, I, thép góc có ưu điểm là chế tạo nhanh, khả năng chịu lực lớn, mômen kháng uốn lớn, chiều dài theo ý muốn 5.1.3.2 Cọc ống thép

Cọc ống thép có nhiều loại đường kính và chiều dài khác nhau Nó được sử dụng rộng rãi trong các công trình biển (dàn khoan) Ưu điểm của nó là có khả năng đàn hồi lớn, tạo được khung lớn

5.1.4 Cọc cát

Được sử dụng để gia cố nền tức là làm tăng độ chặt của đất nền và một phần nào đó truyền tải trọng của công trình xuống nền đất tốt phía dưới Việc thi công cọc cát bằng phương pháp dùng các ống bao bằng thép để đóng vào trong đất tạo lỗ, sau đó cho cát vào trong lòng ống vừa đầm chặt cát vừa từ từ rút ống lên Trường hợp nền đất sét thì không cần dùng ống bao mà dùng luôn ống đặc để đóng tạo lỗ, sau đó rút lên rồi tuồn cát vào Ưu điểm của phương pháp này là thay nền đất yếu bằng nền đất chặt hơn, tạo ra đường thấm nước cho nước thấm từ dưới lên

Trang 2

5.1.5 Cọc bêtông cốt thép

5.1.5.1 Cọc bêtông cốt thép đúc sẵn

Cọc vuông 20x20÷ 45x45(cm): Đây là loại cọc được sử dụng rộng rãi nhất trong

các công trình xây dựng, chiều dài cọc và cạnh cọc phải đảm bảo một tỷ lệ nhất định để

không bị quá mảnh dễ gây nứt gãy cọc trong quá trình cẩu và vận chuyển Mũi cọc được

vót đều 4 cạnh, đầu cọc được gia cường 6 tấm lưới thép φ6 Nếu cọc có chiều dài lớn thì

phải chia làm nhiều đoạn Việc bố trí móc cẩu để cẩu cọc dựa vào cơ sở mômen âm và

dương là gần như bằng nhau Tuỳ thuộc vào giá trị mômen lớn nhất xuất hiện trong cọc

mà ta có thể bố trí 1, 2 hoặc 3 móc cẩu

Cọc ống bêtông cốt thép: Là cọc có tiết diện rỗng, tròn Loại cọc này có ưu điểm là

tiết kiệm cốt thép, trọng lượng nhẹ, khả năng chịu lực tốt Hiện nay cọc ống bêtông cốt

thép ứng suất trước đã bắt đầu được sử dụng phổ biến ở Việt Nam

5.2 Tính toán bãi đúc cọc bêtông cốt thép

Hình 5.1 Đúc cọc bêtông cốt thép

5.2.1 Yêu cầu của bãi đúc

Tương tự như yêu cầu của bãi đúc khối xếp bêtông như đủ diện tích, kích thước, kết

cấu mặt bãi

5.2.2 Tính toán diện tích bãi đúc

Ở những công trường lớn, số lượng cọc nhiều phải xây dựng bãi đúc cọc Diện tích

bãi đúc cọc được tính theo công thức:

) )(

.(

1 m b b l N k

Trong đó:

_

N Số lượng đoạn cọc đúc trong một ngày;

_

t Thời gian cần thiết để lắp dụng ván khuôn, đặt cốt thép, đúc cọc, bảo dưỡng

cho đến ngày đạt cường độ để chuyển ra bãi chứa (ngày);

_

l Chiều dài của đoạn cọc (nếu có nhiều loại chiều dài các đoạn khác nhau thì lấy

là chiều dài đoạn lớn nhất;

Trang 3

b Chiều rộng của cọc;

_

1

b Khoảng cách giữa hai cọc;

_

k Hệ số kể đến đường đi lại và khoảng trống cần thiết khác (k =0,5)

Hình 5.2 Các cách bố trí bãi đúc

Trường hợp cọc đúc thành nhiều tầng thì khi tầng dưới đạt 25% cường độ thiết kế

thì mới đúc tầng trên Khi đó diện tích bãi đúc được tính theo công thức:

[( 1) ]..( )( )

1

1 l b b m n

t t n N k

Trong đó:

_n Số tầng cọc;

1

,

1

=

_t1 Thời gian cần thiết để cọc tầng dưới đạt 25% cường độ;

_t Thời gian đúc và bảo dưỡng tầng cọc trên cùng

(Trong thực tế, với các công trình lớn người ta không sử dụng phương pháp này)

5.3 Thiết bị đóng cọc

5.3.1 Các thiết bị đóng cọc

- Búa treo: Là một quả nặng bằng kim loại, trọng lương từ 500 ÷ 2000kG được

buộc bằng dây cáp và treo lên giá cao Dùng tời điện kéo cáp để nâng búa lên độ

cao từ 2,5 ÷ 4m rồi thả rơi tự do lên đầu cọc

- Búa hơi đơn động: áp dụng nguyên lý thuỷ lực, ngày nay ít sử dụng

- Búa hơi song động: ít sử dụng

- Búa Diezel: trình bày trong phần sau

- Búa rung:

- Nén cọc: Nén tĩnh bằng các khối bêtông lớn nhờ trọng lượng bản thân của các

khối bêtông

Trang 4

Để đóng được cọc người ta phải dùng một bộ thiết bị bao gồm quả búa, giá búa, thiết bị đặt giá (xe xích, phao) và các thiết bị phụ trợ khác (mũ cọc, máy đo đạc)

5.3.2 Búa Diezel

5.3.2.1 Cấu tạo

Hình 5.3 Búa Diezel

1 Thanh ngang trên; 2 Xi lanh; 3 Pittông; 4 Bầu dầu; 5 Van bơm dầu;

6 Thanh ngang dưới; 7 Mũ ôm đầu cọc; 8 Dây cáp treo; 9 Cọc

Búa Diezel hoạt động theo nguyên tắc đốt cháy nguyên liệu của động cơ đốt trong

Nó có ưu điểm là trọng lượng nhỏ, khi làm việc không cần nguồn nguyên liệu cung cấp

từ bên ngoài Nếu cọc mảnh đóng vào đất mềm, cọc xuống nhanh, nhiên liệu không cháy hết thì búa sẽ không nổ được hoặc khó nổ

5.3.2.2 Nguyên lý hoạt động

Dùng tời 8 kéo pittông 3 lên cao đến một độ cao nhất định rồi thả tự do Do ở đáy pittông được khoét lõm ôm khít lấy đầu bầu dầu nên khi pittông rơi tự do thì không khí bị nén chặt lại rất nhanh sinh ra nhiệt lượng lớn đồng thời khi van số 6 bơm dầu vào buồng đốt gặp nhiệt độ cao sẽ gây cháy Do buồng đốt kín nên sẽ tạo ra một áp lực lớn đẩy ngược pittông lên phía trên đồng thời sinh ra một phản lực tác dụng vào thanh ngang khác truyền qua cọc để nén cọc xuống phía dưới Xilanh lên cao rồi lại rơi tự do xuống để lạp lại chu kỳ như trên

Khi đóng cọc ở vùng đất yếu, cọc xuống nhanh nhưng hiệu quả của búa kém, nhiên liệu không cháy hết tạo ra áp suất nhỏ, pittông không thể lên được độ cao cần thiết nên búa không nổ được

Trang 5

5.3.3 Giá búa

Hình 5.4 Giá búa đóng cọc

Phao; 2 Máy phát điện; 3 Cabin công tác; 4 Tời điều khiển búa;

5 Tăng đơ; 6 Giá búa; 7 Quả búa; 8 Cọc; 9 Hệ thống tời - cáp – neo

Hình 5.5 Đóng cọc bằng búa đóng cọc đặt trên xà lan

Giá búa có nhiệm vụ treo cọc và dẫn hướng cho búa và cọc trong quá trình đóng cọc cho đúng với vị trí và độ xiên như thiết kế

Giá búa có hai loại là giá búa trên cạn và giá búa dưới nước

- Giá búa trên cạn: Dùng để đóng cọc ở trên cạn Giá di chuyển theo đường ray hoặc trên xe bánh xích Cũng có thể dùng giá búa trên cạn để đóng cọc ở dưới nước nhưng khi đó phải dùng hệ sàn đạo đóng trêm mặt nước cho giá búa di chuyển Giá búa này được sử dụng phổ biến trong các công trình xây dựng cầu đường, nhà cửa

- Giá búa trên phao (tàu đóng cọc): Giá búa này được đặt trên xà lan và được di chuyển bằng hệ thống tời – cáp – neo

Trang 6

5.4 Công tác đóng cọc

5.4.1 Di chuyển giá búa

5.4.1.1 Di chuyển giá búa trên cạn

Giá búa có chiều cao lớn, khi di chuyển dễ bị mất ổn định Do vậy khi di chuyển nó thường được di chuyển trên ray hoặc bánh xích Nếu di chuyển trên bánh xích thì tính cơ động cao nhưng khi đó phải đảm bảo được đường di chuyển cho phương tiện Nếu giá búa đặt trên ray thì nền đường phải được lu lèn chặt, lắp đặt hệ thống ray - tà vẹt sao cho

độ chênh lệch của đỉnh ray không quá 2cm để đảm bảo ổn định trong quá trình đóng cọc

Để tăng tốc độ đóng cọc, người ta phải lắp đặt nhiều ray tương ứng với các hàng cọc Giá búa di chuyển từ hàng ray này sang hàng ray khác là nhờ đường nối hoặc kích nâng giá, quay bánh xe di chuyển sang đường mới

Hình 5.6 Di chuyển giá búa trên cạn

5.4.1.2 Di chuyển giá búa dưới nước

Tàu đóng cọc có từ 4÷ 6 neo, vừa có nhiệm vụ giữ tàu ổn định trong quá trình đóng, vừa có nhiệm vụ di chuyển tàu từ vị trí cọc này sang vị trí cọc khác

Chú ý: Dù giá búa trên cạn hay dưới nước thì trong quá trình đóng và di chuyển

phải đảm bảo sao cho trọng tâm của búa nằm đúng tim cọc còn hướng của thanh dẫn trùng với hướng thiết kế của cọc

5.4.2 Sơ đồ di chuyển của giá búa và trình tự đóng cọc

5.4.2.1 Các sơ đồ đóng cọc

- Sơ đồ hàng chạy dài: được áp dụng cho công trình có các hàng cọc chạy dài song song với nhau, đóng hết hàng cọc này rồi mới đóng đến hàng cọc khác

Hình 5.7 Sơ đồ dạng chạy dài

- Sơ đồ chữ chi hàng dọc:

Hình 5.8 Sơ đồ chữ chi hàng dọc

- Sơ đồ chữ chi hàng ngang:

Hình 5.9 Sơ đồ chữ chi hàng ngang

Trang 7

Chú ý: Sơ đồ chữ chi hàng ngang khi đóng cọc xiên phải chú ý

- Sơ đồ bậc thang: Sơ đồ này có ưu điểm là tận dụng được mực nước đóng cọc, đẩy nhanh được tiến độ thi công, số lần làm neo là ít nhất

Hình 5.10 Sơ đồ bậc thang

- Sơ đồ dạng móng cọc: Không dùng được trong các công trình thuỷ công

Hình 5.11 Sơ đồ dạng móng cọc

Việc lập sơ đồ trình tự đóng cọc phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:

- Đóng được hết cọc trong nền cọc;

- Đường di chuyển của giá búa là ngắn nhất và dễ dàng thực hiện các thao tác di chuyển;

- Phải định vị được cọc trong quá trình đóng;

- Phù hợp với tiến độ thi công

5.4.2.2 Cẩu và vận chuyển cọc vào giá búa

* Cẩu và vận chuyển cọc vào giá búa trên cạn:

Cọc được vận chuyển đến vị trí của giá búa bằng xe goòng hoặc xe chuyên dùng sao cho cọc được nằm trước giá búa và được giá búa chia thành hai phần bằng nhau Quá trình cẩu và áp dựng cọc vào giá được chia thành 3 giai đoạn như sau:

Trang 8

Hình 5.12 Quá trình cẩu và dựng cọc vào giá búa

- Giai đoạn 1: Đưa cọc đến trước giá búa sao cho giá nằm chính giữa cọc Buộc liên kết 2 dây cáp của giá vào vị trí móc cẩu rồi nâng đều hai dây để cọc nằm ngang đến một cao độ nhất định sao cho khi cọc nằm thẳng đứng mà mũi cọc không chạm đất

- Giai đoạn 2: Vừa kéo dây a, vừa thả dây b để cho cọc dần dần vào vị trí thẳng đứng

- Giai đoạn 3: Dùng đòn bẩy điều chỉnh và áp cọc vào thanh dẫn giá búa Dùng hai đai ôm cọc để liên kết cọc với giá búa (hai đai ôm cọc này có thể trượt theo cọc trong quá trình đóng)

Trường hợp giá búa chỉ có một dây cẩu thì cần kết hợp với một cần trục để đỡ và áp dựng cọc

* Cẩu và vận chuyển cọc bằng giá búa dưới nước:

Cọc được vận chuyển đến vị trí xây dựng bằng xà lan ở giai đoạn 1 phải đưa xà lan chở cọc đến trước giá búa sao cho giá búa chia cọc thành 2 phần bằng nhau (phương của

xà lan vuông góc với phương tàu đóng cọc) Các giai đoạn còn lại tương tự như cẩu cọc vào giá búa ở trên cạn

5.4.2.3 Đóng cọc

* Thiết bị: Giá búa, quả búa, mũi cọc, cọc dẫn, máy kinh vĩ, máy thuỷ bình

* Quá trình đóng cọc:

Quá trình chuẩn bị: Sau khi cẩu lắp và áp dựng cọc vào giá búa, ta phải điều chỉnh giá búa và đưa cọc vào đúng vị trí cần đóng Trường hợp đóng cọc trên cạn, vị trí của cọc được xác định bằng máy kinh vĩ, thước thép và có thể đánh dấu sẵn bằng các cọc gỗ trên mặt bằng Trường hợp đóng cọc dưới nước, vị trí của các cọc được xác định bằng máy kinh vĩ (2 máy) đặt ở các mốc cơ sở (các mốc này được lập và chôn sẵn trước khi đóng cọc) Quá trình điều khiển cọc vào vị trí, người ta dùng hệ thống tời – cáp – neo để di chuyển phao sao cho 2 mặt vuông góc của cọc có đường tim trùng với dây đứng của màng dây chữ thập là được

Trang 9

Hình 5.13 Đóng cọc xiên bằng búa đặt trên xà lan

Hình 5.14 Định vị cọc xiên

Đối với cọc xiên thì tia ngắm thứ nhất nhìn vào mặt nghiêng của cọc thì dây đứng của màng dây chữ thập phải trùng với đường tim của mặt cọc; tia thứ 2 nhìn vào mặt đứng phải đảm bảo sao cho giao điểm của màng dây chữ thập phải trượt dọc trên đường tim của mặt cọc

Để đảm bảo cọc đóng được đúng theo độ xiên thiết kế người ta

phải dùng thước tam giác vuông có hai cạnh góc vuông theo tỷ lệ độ

xiên của cọc Khi áp cạnh huyền vào mặt xiên của cọc mà dây dọi trùng

với cạnh đứng của góc vuông là được Để điều chỉnh vị trí cọc xiên ta

làm như sau:

- Tia ngắm của máy kinh vĩ nhìn vào mặt nghiêng của cọc phải

đảm bảo sao cho dây đứng của màng chữ thập phải trùng với

đường tim của mặt cọc

Trang 10

- Tia ngắm nhìn vào mặt đứng của cọc phải được lùi lại một đoạn x= tgh α,

trong đó h là cao độ của tia ngắm hay cao độ thiết kế của đầu cọc sau khi đóng

và α là góc nghiêng của cọc

Sau khi điều chỉnh cọc vào đúng vị trí thì bắt đầu nhả tời giữ cọc để thả cọc xuống

Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân cọc, cọc sẽ tự lún Nếu đất quá yếu thì phải nhả

tời từ từ để tránh lệch vị trí Khi cọc hết lún thì phải nhả tời treo búa để áp búa lên đầu

cọc Dưới trọng lượng của búa thì cọc sẽ tiếp tục lún Khi cọc hết lún thì mới nổ búa để

đóng Chú ý trong quá trình này vẫn phải điều chỉnh vị trí của cọc

Quá trình đóng cọc phải sử dụng mũ đệm đầu cọc Trường hợp yêu cầu đóng cọc

ngập vào trong nước (trong thi công triền tàu) thì ta phải dùng cọc dẫn

Hình 5.15 Đóng cọc có sử dụng cọc dẫn

* Chọn chiều cao giá búa:

- Giá búa trên cạn:

Hình 5.16 Chiều cao giá búa trên cạn

c b h l

Trong đó:

_l Chiều dài cọc (m);

_h Chiều cao của búa (m);

Trang 11

_b Chiều cao nâng búa (m);

_c Chiều cao thiết bị treo búa (ròng rọc, móc cẩu, dây cáp) (m)

Sau khi xác định được H ttthì căn cứ vào lý lịch của thiết bị để lựa chọn búa có H sd

cho hợp lý Trường hợp mà giá trị H tt>H sd ta có thể sử dụng phương pháp sau để xử lý: Trường hợp cọc quá dài thì chia cọc thành những đoạn ngắn hơn;

Nếu H tt>H sd ít ta có thể đào một hố sâu 1÷ 1,5m tại vị trí đóng cọc;

Có thể bỏ búa ra khỏi giá, treo cọc lên giá để cho cọc tự lún vào trong đất nhờ trọng lượng bản thân rồi mới lắp búa lên để đóng cọc tiếp Trường hợp này hãn hữu mới áp dụng, khi ta cần đóng ít cọc, tiết kiệm tiền thuê máy

- Giá búa dưới nước:

Hình 5.17 Chiều cao giá búa dưới nước

Công thức tính toán tương tự như đối với giá búa trên cạn Trường hợp mà

tt

H >H sd, khi đó ta có thể lợi dụng mực nước thay đổi để đóng cọc và gọi mực nước phù hợp với công tác đóng cọc là mực nước đóng cọc Mực nước đó được tính toán như sau:

CT§¸y a

-d C CTMN§

CT§¸y C

CTMN§

+

=

⇒

⎪

⎩

⎪

⎨

⎧