Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi trên nền đá, áp dụng tại công trình nhà máy xi măng dầu khí 12 9

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định Tác giả luận văn Đỗ Ngọc Tú 1 i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô Trường Đại học Thủy Lợi; đặc biệt là các cán bộ, giảng viên Bộ môn Xây dựng dân dụng và Công nghiệp, Khoa Công trình, phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành bản luận văn này Tác giả xin cảm ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Tiến Chương, TS Nguyễn Ngọc Thắng đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả hoàn thành luận văn Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Lãnh đạo và đồng nghiệp nơi tác giả đang công tác đã quan tâm tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ, giúp đỡ tác giả trong việc thu thập thông tin, tài liệu trong quá trình thực hiện luận văn Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã thường xuyên chia sẻ khó khăn và động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để có thể hoàn thành luận văn này Do điều kiện thời gian và chuyên môn còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ dẫn và đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo, các nhà khoa học và các đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2018 Tác giả luận văn Đỗ Ngọc Tú 2 i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………………………i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii PHẦN MỞ ĐẦU .1 1 Tính cấp thiết của đề tài: 1 2 Mục đích của đề tài 2 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI 3 1.1 Giới thiệu tổng quan về cọc khoan nhồi 3 1.1.1 Khái niệm, ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng .3 1.1.1.1 Khái niệm .3 1.1.1.2 Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng 3 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cọc khoan nhồi .5 1.2 Quy trình thi công cọc khoan nhồi 6 1.2.1 Chuẩn bị thi công 7 1.2.2 Định vị cọc (Định vị công trình và hố khoan) 7 1.2.3 Công tác hạ ống vách (ống casing) 8 1.2.4 Công tác tạo lỗ khoan 9 1.2.5 Vét lắng làm sạch hố khoan 11 1.2.6 Công tác gia công và hạ cốt thép 11 1.2.7 Công tác lắp ống đổ bê tông 13 1.2.8 Xử lý cặn lắng đáy hố khoan trước khi đổ bê tông 13 1.2.9 Công tác bê tông 14 1.2.10 Công tác rút ống vách và vệ sinh đầu cọc 16 1.3 Các phương pháp kiểm tra trong quá trình thi công 16 1.3.1 Kiểm tra dung dịch khoan .16 1.3.2 Kiểm tra lỗ khoan cọc nhồi .18 1.3.3 Kiểm tra lồng thép 19 1.3.4 Kiểm tra Bê tông .19 1.4 Kiểm tra chất lượng cọc sau thi công .20 1.4.1 Nhóm đánh giá chất lượng vật liệu thân cọc 20 3 3 1.4.2 Nhóm đánh giá sức mang tải của cọc 20 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THI CÔNG KHOAN CỌC NHỒI TRONG NỀN ĐÁ 22 2.1 Giải pháp thi công cọc khoan nhồi trong nền đá .22 2.1.1 Đặc điểm phương pháp thi công cọc khoan nhồi trong nền đá .22 4 4 2.1.2 Thiết bị công nghệ thi công khoan tạo lỗ 23 2.1.2.1 Máy khoan cọc nhồi kiểu gầu xoay dạng cột buồm 23 2.1.2.2 Máy khoan tuần hoàn ngược RCD 28 2.1.2.3 Thiết bị khoan nhồi bằng phương pháp đập cáp 29 2.1.3 Các phương pháp sử dụng ở Việt Nam và tham khảo trên thế giới 30 2.1.3.1 Cọc khoan nhồi theo công nghệ khoan khô 30 2.1.3.2 Cọc khoan nhồi có sử dụng ống vách 31 2.1.3.3 Cọc khoan nhồi không dùng ống vách 31 2.2 Các sự cố và khuyết tật của cọc khoan nhồi trong nền đá thường gặp 32 2.2.1 Sự cố thường gặp cọc khoan nhồi trong nền đất, đá 33 2.2.2 Một số ví dụ điển hình về sự cố cọc khoan nhồi trong nền đá 34 2.2.2.1 Sự cố cát chảy trong quá trình khoan tạo lỗ 34 2.2.2.2 Sự cố gãy gầu khoan do hang động castơ 35 2.2.2.3 Sự cố mất bê tông do hang động castơ 35 2.2.2.4 Sự cố tắc ống đổ bê tông 36 2.3 Các nguyên nhân gây sự cố cọc khoan nhồi trong nền đá 37 2.3.1 Các nguyên nhân gây hư hỏng trong quá trình khoan tạo lỗ 37 2.3.1.1 Không rút được đầu khoan lên, gẫy cần khoan, gầu khoan, đứt cáp rơi búa 37 2.3.1.2 Sự cố ống chống bị tụt xuống khi thi công 38 2.3.1.3 Cọc bị xiên do khoan vào hang hốc castơ hoặc mặt đá nghiêng 38 2.3.1.4 Sự cố không rút được ống vách lên trong biện pháp thi công có sử dụng ống vách 38 2.3.1.5 Sự cố sập thành vách hố khoan trong quá trình khoan 39 2.3.1.6 Sự cố mất dung dịch khoan đột ngột khi gặp hang castơ 40 2.3.1.7 Sự cố do dung dịch bentonine đông tụ nhanh và nhiều xuống đáy lỗ khoan 40 2.3.2 Các nguyên nhân hư hỏng trong công đoạn gia công và hạ lồng cốt thép 40 2.3.2.1 Sự cố không hạ được lồng cốt thép vào hố khoan 40 2.3.2.2 Ống vách bị lún (do treo lồng thép quá nặng vào ống vách) 40 2.3.3 Các nguyên nhân hư hỏng trong quá trình đổ bê tông đúc cọc 40 2.3.3.1 Sự cố tắc nghẽn bê tông trong ống 40 2.3.3.2 Sự cố cả khối bê tông trong ống bị kéo lên khi rút ống vách lên 41 2.3.3.3 Sự cố bê tông thân cọc bị phân tầng, rỗ tổ ong và có vật lạ (như: thấu kính bùn, đất, vữa, bentonite ) 41 2.4 Biện pháp xử lý sự cố cọc khoan nhồi trong nền đá 41 2.4.1 Biện pháp xử lý sự cố cọc khoan nhồi trong quá trình khoan tạo lỗ 41 2.4.1.1 Không rút được đầu khoan lên, gẫy cần khoan, gầu khoan, đứt cáp rơi búa 41 2.4.1.2 Sự cố ống chống bị tụt xuống khi thi công 43 5 5 2.4.1.3 Cọc bị xiên do khoan vào hang hốc castơ hoặc mặt đá nghiêng 43 2.4.1.4 Sự cố không rút được ống vách lên trong phương pháp thi công có ống vách 44 2.4.1.5 Sự cố sập thành vách hố khoan trong quá trình khoan 44 2.4.1.6 Sự cố mất dung dịch khoan đột ngột khi gặp hang castơ 44 2.4.2 Các biện pháp xử lý sự cố trong công đoạn gia công và hạ cốt thép 45 2.4.3 Các biện pháp xử lý sự cố trong quá trình đổ bê tông đúc cọc .45 2.5 Các biện pháp phòng ngừa sự cố 46 2.5.1 Đề phòng sự sụt lở thành hố trong phương pháp thi công không có ống chống 46 2.5.2 Đề phòng không rút được ống chống lên trong phương pháp thi công ống chống 48 2.5.3 Đề phòng thiết bị thi công rơi vào trong hố 49 2.5.4 Đề phòng khung cốt thép bị trồi lên 50 2.5.5 Đề phòng khung cốt thép bị nén cong vênh 51 2.5.6 Đề phòng nước vào trong ống dẫn 51 2.5.7 Đề phòng có khí độc ở trong hố khoan 52 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI TRÊN NỀN ĐÁ TẠI CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY XI MĂNG DẦU KHÍ 12-9 55 3.1 Giới thiệu chung về dự án 55 3.1.1 Giới thiệu công trình .55 3.2 Đề xuất công nghệ thi công cọc khoan nhồi cho công trình 58 3.2.1 Thi công bằng máy khoan KH180 và máy khoan đập cáp CK1500 .59 3.2.1.1 Cơ sở lựa chọn biện pháp thi công .59 3.2.1.2 Trình tự thi công 62 3.2.1.3 Các giải pháp trong quá trình thi công 70 3.2.2 Thi công bằng máy khoan gầu xoay BAUER BG28 và máy khoan SOILMEC SR-60C khoan các cọc có hang castơ .75 3.2.2.1 Cơ sở lựa chọn biện pháp thi công .75 3.2.1.2 Trình tự thi công 78 3.3 Các biện pháp thi công cọc qua hang castơ .89 3.3.1 Biện pháp trong quá trình khoan cọc 89 3.3.1.1 Khoan thăm dò địa chất 89 3.3.1.2 Dùng ống vách khi xuyên qua hang castơ lớn .90 3.3.1.3 Đổ bê tông nghèo 92 3.3.2 Gải pháp trong quá trình là sạch hố khoan 94 3.3.2.1 Các biện pháp làm sạch hố khoan 94 3.3.2.2 Dùng ống vách khi hang castơ nhỏ, thông giữa các cọc 97 3.3.3 Gải pháp trong quá trình đổ bê tông .98 3.3.4 Các biện pháp an toàn khi thi công cọc khoan nhồi 99 6 6 Kết luận chương 3 100 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 101 1 Kết luận 101 2 Kiến nghị 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 PHỤ LỤC 104 7 7 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các quá trình chủ yếu thi công cọc khoan nhồi 7 Hình 1.2 Định vị cọc 8 Hình 1.3 Khoan tạo lỗ, bơm dung dịch Bentonite giữ thành 11 Hình 1.4 Gia công lắp dựng cốt thép cọc 12 Hình 1.5 Ống Tremie, ống thổi rửa và lắp ống thổi rửa hố khoan 13 Hình: 1.6 Xử lý cặn lắng hạt mịn theo phương pháp thổi rửa bằng khí nén 14 Hình 1.7 Lắp ống đổ Bê tông, đổ bê tông trongdung dịch Bentonite và đo mặt dâng bê tông .16 Hình 2.1 Máy khoan Bauer .25 Hình 2.2 Máy khoan SOILMEC .26 Hình 2.3 Máy khoan SANY 27 Hình 2.4 Máy khoan tuần hoàn dạng mâm xoay 29 Hình 2.5 Máy khoan đập cáp CK-2000 (Trung Quốc) .29 Hình 2.6 Hố khoan địa chất cảng nhập than nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng 1 34 Hình 2.7 Trục vớt cần khoan, gầu khoan BG28 .42 Hình 3.1 Máy khoan đất HITACHI- KH180 59 Hình 3.2 Sơ đồ trình tự thi công khoan đá bằng máy đập cáp 63 Hình 3.3 Gầu gắp đất máy khoan đập cáp .68 Hình 3.4 Tuần hoàn Bentonite 69 Hình 3.5 Máy khoan Bauer - BG28 75 Hình 3.6 Sơ đồ trình tự thi công khoan đá bằng máy khoan BG28 79 Hình 3.7 Ống vách phụ qua hang castơ 92 Hình 3.8 Xử lý hang castơ bằng bê tông nghèo cọc CN-12 Si lô xi măng 93 Hình 3.9 Tuần hoàn bằng Bơm hút bùn 96 Hình 3.10 Mặt bằng hạng mục Nhà nghiền than 97 Hình 3.11 Ống vách dùng cho cọc CN11, CN12 hạng mục Nhà nghiền than 98 Hình 3.12 Ống vách quây qua hang Castơ cọc CN3-06 hạng mục bệ lò 99 viii 7 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Chỉ tiêu tính năng ban đầu của dung dịch Bentonite 17 Bảng 1.2 Các thông số cần kiểm tra về lỗ khoan cọc nhồi 18 Bảng 2.1 Phân cấp đá theo cường độ kháng nén: TCVN 11676 : 2016 23 Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật một số loại máy khoan BAUER 25 Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật một số loại máy khoan SOILMEC 26 Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật một số loại máy khoan SANY 27 Bảng 2.5 Máy khoan tuần hoàn dạng mâm xoay của Trung Quốc 28 Bảng: 2.6 Thông số kỹ thuật các loại máy khoan đập cáp 30 Bảng 3.1 Tổng hợp các hạng mục tại dự án Xi măng 12-9 55 Bảng 3.2 Tổng hợp các hạng mục khoan cọc nhồi tại dự án Xi măng 12-9 58 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật máy khoan KH180 60 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật máy khoan đập cáp CK1500 60 Bảng 3.5 Giá trị một dây chuyền khoan bằng máy khoan đập cáp và KH180 61 Bảng 3.6 Sử dụng xung trình và bentonite cho các tầng đất 67 Bảng 3.7 Kích thước gầu khoan đá 76 Bảng 3.8 Kích thước gầu khoan cắt vành 76 Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật máy khoan Bauer BG28 76 Bảng 3.10 Giá trị một dây chuyền thiết bị khoan bằng máy khoan BG28 77 Bảng 3.11 Bảo dưỡng định kỳ cần kelly trong việc khoan đất 85 Bảng 3.12 Giá trị khối lượng biện pháp thi công cọc CN2-12 94 viii 8 PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài: Công cuộc đổi mới và hiện đại hóa đất nước đang diễn ra mạnh mẽ trong đời sống xã hội đặc biệt là trong lĩnh vực kinh tế Sự phát triển mạnh của kinh tế đòi hỏi ngày càng cấp bách đầu tư xây dựng và mở rộng cơ sở hạ tầng Đó là việc xây dựng mới và hiện đại hóa các khu công nghiệp, các nhà máy, các khu dân cư nhà cao tầng, các công trình giao thông như: cầu đường, bến cảng, kho hàng nặng Quá trình xây dựng các công trình tại những vùng địa chất yếu, phức tạp đặt ra cho các chuyên gia, các kỹ sư xây dựng những thách thức trong việc tìm kiếm và áp dụng các giải pháp xử lý nền móng công trình trên nền địa chất phức tạp Ở nước ta hiện nay, phương án móng cọc được lựa chọn thiết kế cho hầu hết các công trình dân dụng và công nghiệp có tải trọng lớn trên nền đất yếu Thi công cọc có nhiều giải pháp khác nhau, như dùng búa đóng cọc Diezen, dùng búa rung động hạ cọc dùng máy ép cọc tĩnh, cọc khoan nhồi bê tông cốt thép Tuy nhiên tùy thuộc đặc điểm công trình, điều kiện địa chất mặt bằng thi công mỗi gải pháp cọc có những ưu điểm, nhược điểm riêng khác nhau Móng cọc đúc sẵn do nhược điểm gây chấn động mạnh, tiếng ồn lớn hoặc ô nhiễm môi trường trong quá trình thi công cọc bằng búa đóng Diezen nên phạm vi sử dụng bị hạn chế trong xây dựng ở các thành phố hay khu vực đông dân cư; giải pháp ép trực tiếp hoặc khoan lỗ rồi hạ cọc đúc sẵn cũng có nhiều hạn chế như lực ép thường không lớn, kích thước cọc (đường kính, độ dài) không thể tăng tùy ý, dẫn tới sức chịu tải của loại cọc này cũng không lớn Do đó, giải pháp cọc khoan nhồi bê tông cốt thép ngày càng được ưa chuộng và sử dụng rộng rãi ở Việt Nam Đặc điểm công nghệ thi công cọc khoan nhồi là khoan tạo lỗ trong nền đất, giữ ổn định vách hố khoan bằng ống vách dung dịch bentonite Sau đó tiến hành đúc cọc theo phương pháp đổ bê tông dưới nước Do vậy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thi công và có thể xảy ra nhiều sự cố, ảnh hưởng đến chất lượng cọc khoan nhồi Giải pháp cọc khoan nhồi xây dựng trên nền đá, hang động castơ có những khó khăn và sự cố riêng bên cạnh các sự cố thường gặp khi thi công trên nền 1 1 Hố khoan địa chất cọc PA-14 hạng mục Tháp trao đổi nhiệt 114 Phụ lục số:04 BẢNG THỐNG KÊ HỐ KHOAN ĐỊA CHẤT Hạng mục: Silo Clinker K T T h T ê ô n n g 12 C c N 3 C 4 N C N 5 C 6 N C 7 N C N 8 C 9 N C N 1 C 01 N C 11 N C 21 N C 31 N C N 14 C 51 N C N 16 C 71 N C 81 N C 92 N C 02 N C N 21 C 22 N C N 23 C 42 N C 52 N C 62 N C 72 N C N 28 C 93 N C 0 N C h i ề 1 1 5u 0 , , 0 5 2 0 73 , 7 2 3 0 , 7 2 5 2 71 5 2 1 5 0 , 2 0 0 , 0 1 52 8 82 , , 4 5 115 3 C 1 13 N , C 23 N C 33 N C 43 N C 0 0 53 N C N 36 C 73 N C 83 N C 94 N C 1 04 N C 14 N C 24 N C 34 C N 2 2 1 44 N C 54 N C 3 64 N C 74 N C 84 N C 2 0 95 NT 0TN 3 1 ổ 1 0 116 Hố khoan địa chất cọc CN3-01 hạng mục Si lô Clinker 117 Hố khoan địa chất cọc CN3-13 hạng mục Si lô Clinker 118 Hố khoan địa chất cọc CN3-23 hạng mục Si lô Clinker 119 Hố khoan địa chất cọc CN3-28 hạng mục Si lô Clinker 120 Hố khoan địa chất cọc CN3-30 hạng mục Si lô Clinker 121 Hố khoan địa chất cọc CN3-45 hạng mục Si lô Clinker 122 Phụ lục số:05 BẢNG THỐNG KÊ HỐ KHOAN ĐỊA CHẤT Hạng mục: Silo xi măng S T T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 01 1 12 31 41 51 16 71 81 92 02 12 2 32 42 52 62 27 82 93 03 13 23 3 43 5 C h h h h a a a K T h Ch ê aa n 3 5 4 0 1 123 3 63 73 83 94 04 14 42 24 24 24 42 24 42 24 24 24 24 24 24 24 42 24 24 24 2 T ổ 3 0 1 0 0 2 1 5 124 Hố khoan địa chất cọc CN2-12 hạng mục Si lô xi măng 125 Hố khoan địa chất cọc CN2-54 hạng mục Si lô xi măng 126 Hố khoan địa chất cọc CN2-56 hạng mục Si lô xi măng 127 Phụ lục số:06 BẢNG THỐNG KÊ HỐ KHOAN ĐỊA CHẤT Hạng mục: Bệ lò C K hi S T h h h ha c T ê aa a a n T n 1 C 11 N C 21 N C 31 N C 0 41 N C 0 51 N C 1 61 N C N 17 C 0 0 81 N C 0 91 N C 0 2 N C 3 N C 0 ,0 4 N C 5 N C N 6 C 7 N C 8 N C 9 N C 4 N ,0 1 C 02 NT 0 N T 1 ổ 0 128 ... thi công cọc khoan nhồi áp dụng dự án xi măng Dầu khí 12- 9 Đối tượng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài nghiên cứu ứng dụng quy trình thi cơng cọc khoan nhồi đá,. .. gặp thi công 1 đất Hiện chưa có quy chuẩn, tiêu chuẩn, dẫn kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi đá Do tác giả chọn đề tài “ Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi đá, áp dụng cơng trình. .. quy trình thi cơng cọc khoan nhồi phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi đề cập 21 21 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THI CÔNG KHOAN CỌC NHỒI TRONG NỀN ĐÁ 2.1 Giải pháp thi công cọc khoan nhồi đá 2.1.1