Ch-ơng 3: móng cọc đ-ờng kính lớn Ch-ơng móng cọc đ-ờng kính lớn Bài 1: Giới thiệu cọc ®-êng kÝnh lín I VÊn ®Ị chung vỊ cäc ®-êng kính lớn Khái quát chung Cọc đ-ờng kính lớn th-ờng có đ-ờng kính 800 ~ 2500 mm (và lớn hơn) Hiện nay, cầu lớn nhà cao tầng sử dụng móng cọc cọc đ-ờng kính lớn Ưu điểm cọc đ-ờng kính lớn - Đối với móng sử dụng cọc vuông (đ-ờng kính nhỏ) tải trọng tăng tăng số cọc mà khả tăng kích th-ớc chiều dài cọc hạn chế thiết bị đóng cọc Khi phải mở réng bƯ cäc g©y l·ng phÝ lín vỊ kÝnh tÕ Nếu thay cọc đ-ờng kính lớn nên hạ đến độ sâu lớn nhiều so với cọc đ-ờng kính nhỏ, đặt mũi cọc tầng đất tốt tầng đá gốc nằm d-ới sâu - Sức chịu tải cọc ®-êng kÝnh lín th-êng lín h¬n rÊt nhiỊu so víi cọc đ-ờng kính nhỏ, số l-ợng cọc móng giảm đáng kể, có nghĩa kích th-ớc bệ cọc giảm công tác thi công rút ngắn lại làm giảm thời gian thi công công trình, giảm đ-ợc chi phí quản lý chung, nhân công chi phí kho b·i - Cäc ®-êng kÝnh lín cã ®é cøng t-ơng đối lớn, nên độ cứng hệ bệ~cọc có độ cứng tốt so với hệ bệ~cọc mãng cäc ®-êng kÝnh nhá, ®ã mãng cäc ®-êng kính lớn có khả chịu lực ngang mômen tốt - Hiện có nhiều công nghệ đại thi công cọc đ-ờng kính lớn, mở nhiều triển vọng phát triển móng cọc ®-êng kÝnh lín Nh-ỵc ®iĨm cđa mãng cäc ®-êng kÝnh lín Mãng cäc ®-êng kÝnh lín chØ kinh tế số l-ợng cọc móng nhiều, số l-ợng cọc móng cọc đ-ờng kính lớn th-ờng tính kinh tế Phải đầu t- máy móc thiết bị đại, giá trị đầu t- máy móc thiết bị ban đầu th-ờng cao, nên làm cho nhà thầu gặp khó khăn tài Do số l-ợng cọc sức chịu tải cọc lớn, thi công để xảy vấn đề hỏng hay cọc có vấn đề chất l-ợng khó khăn để xử lý móng Do thi công đòi hỏi mày móc phải chuyên dụng tình trạng phục vụ tốt, trình độ nhân viên kỹ thuật phải nắm vững có chuyên môn giỏi, làm cho nhà thầu gặp khó khăn vấn đề nhân lực 139 Ch-ơng 3: móng cọc đ-ờng kính lớn II Ưu nh-ợc điểm cọc èng B.t.c.t ®-êng kÝnh lín Cäc èng B.T.C.T ®-êng kÝnh lớn đà sử dụng cho công trình xây dựng cầu Việt Nam có loại đ-ờng kính từ 800mm đến 1600mm Nh-ng hay sử dụng loại có đ-ờng kính 1000mm Cọc ống bê tông cốt thép đ-ờng kính lớn đà đ-ợc chế đúc nằm với đ-ờng kính từ 3m cho cầu Việt Trì - Vĩnh Phú nh-ng không đ-ợc sử dụng Đ-ờng kính cọc ống phụ thuộc vào khả rung hạ thiết bị có ( 1.6m) Năm 1964, cọc bê tông cốt thép 1550 đ-ợc áp dụng cầu Hàm Rồng Loại đ-ờng kính th-ờng đ-ợc áp dụng thời gian qua 1000 mm, ví dụ nh- cầu Đò Quan, Phú L-ơng, Quang Trung Cần Thơ, Trung Hà Việc đúc cọc ống 1600mm sử dụng ph-ơng pháp đúc ly tâm ph-ơng pháp đúc nằm bÃi đúc gần công tr-ờng Việc hạ cọc ống bê tông cốt thép đ-ợc thực búa chấn động kết hợp xói hút lấy đất lòng cọc Khi hạ cọc đến cao độ thiết kế th-ờng lấp lòng cọc bê tông đổ theo ph-ơng pháp ống dịch chuyển thẳng đứng Bên cạnh ph-ơng án cọc ống B.T.C.T, giải pháp cọc ống B.T.C.T ứng suất tr-ớc đ-ợc tổ chức T- vấn thiết kế quan tâm Giải pháp cọc ống B.T.C.T ứng suất tr-ớc 1000 mm đà đ-ợc sử dụng cho cầu An D-ơng II Hải Phòng Quốc Lộ Ưu điểm mômen uốn g©y nøt cho phÐp rÊt lín so víi vËy thích hợp với tr-ờng hợp cọc chịu tải trọng ngang lớn dễ dàng việc vận chuyển, cẩu lắp, khắc phục phần xâm thực n-ớc biển kéo dài tuổi thọ cọc Nh-ng giải pháp ch-a đ-ợc thực ch-a tự sản xuất đ-ợc cọc ống B.T.C.T ứng suất tr-ớc đ-ờng kính lớn mà phải nhập ngoại giá thành tới chân công trình cao Ưu ®iĨm - So víi cäc khoan nhåi, cäc èng cã -u điểm việc thi công cọc không phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết nh- điều kiện địa chất thuỷ văn - Cọc ống bê tông cốt thép đ-ờng kính lớn rung hạ qua nhiều tầng đất mềm yếu, hạ cọc qua tầng cát chảy hạ cọc nơi có mực n-ớc ngầm cao Đối với tr-ờng hợp thi công móng cọc khoan nhồi phải sử dụng ph-ơng pháp khoan vách xoay ph-ơng pháp khác có ống chống để lại không rút lên sau thi công, gây tèn kÐm lín - ViƯc chÕ t¹o cäc èng th-ờng đ-ợc công x-ởng hóa dễ dàng kiểm tra chất l-ợng tr-ớc rung hạ Khi rung hạ đến cao độ thiết kế yên tâm chất l-ợng - Cọc ống sau hạ xuống đến chiều sâu thiết kế đổ bê tông lấp lòng không (tuỳ thuộc điều kiện cụ thể công trình), cọc ống B.T.C.T đ-ờng kính lớn so với loại cọc khác cọc ống loại tiết kiệm vật liệu Nh-ợc điểm 140 Việc hạ cọc ống th-ờng phức tạp tèn nhiỊu thêi gian thi c«ng so víi cäc khoan nhồi Đặc biệt hạ cọc qua tầng địa chất phức tạp có lẫn đá tảng vật liệu phế thải công tác lấy ch-ớng ngại vật gặp nhiều khó khăn Ch-ơng 3: móng cọc đ-ờng kính lớn Hạ cọc búa chấn động nên tạo rung chấn ảnh h-ởng vùng xung quanh nên thi công công trình mà gần công trình khác bị biến dạng gây nguy hiểm III Ưu nh-ợc điểm móng cọc khoan nhồi Ưu điểm - Thời gian thi công nhanh, điều kiện địa chất đặc biệt ngày thi công từ ~ cọc, giảm đáng kể thời gian thi công móng - Có thể xây dựng công trình gần công trình kiến trúc mà trình sử dụng lây dài đà có biến dạng lớn Ph-ơng án đóng cọc, rung hạ cọc t-ờng vây cọc ván thép gây rung động làm phát triển biến dạng công trình lân cận - Thi công khu dân c-, thành phốnhững nơi theo tiêu chuẩn môi tr-ờng không cho phép gây tiếng ồn lớn - Móng công trình đặt bÃi thải, có loại vật liệu khác không sử dụng đ-ợc giải pháp móng khác mặt kỹ thuật - Vì điều kiện đất tải trọng mà kích th-ớc cọc v-ợt kích th-ớc cọc đóng - Thi công đ-ợc tr-ờng hợp chiều cao thi công hạn chế nh- nhà x-ởng họăc gầm cầu - Móng công trình đặt đất đá phong hoá có thành phần độ chặt khác - Thi công cải tạo nâng cấp công trình sử dụng Nh-ợc điểm Đòi hỏi dây chuyền máy móc thi công đồng bộ, giá trị đầu t- cao Khi thi công qua vùng có hang động Karst, nơi đá bị nứt nẻ lớn đất yếu phải sử dụng ống chống để lại không rút lên, sau đổ bê tông nên giá thành cao Khó kiểm tra chất l-ợng lỗ cọc thân cọc sau đổ bê tông nh- việc tiếp xúc mũi cọc hố móng không đ-a ch-ơng trình quản lý chất l-ợng tốt thiết bị kiểm tra không đạt độ xác yêu cầu L-ợng đất bùn thải lớn gây ảnh h-ởng đến mặt khu vực thi công, gây ô nhiễm môi tr-ờng, đặc biệt thi công thành phố Phải đặc biệt quan tâm đến điều kiện địa chất khu vực thi công, biện pháp chống vách hợp lý gây lún sập làm biến dạng vùng đất xung quanh, nguy hiểm cho công trình liền kề Đòi hỏi đội ngũ cán thi công phải có trình độ cao chuyên ngành địa kỹ thuật 141 Ch-ơng 3: móng cọc đ-ờng kính lớn Bài 2: cấu tạo móng cọc ống Đ-ờng kính lớn I Cọc ống bê tông cốt thép Thông số cọc - Đ-ờng kính cọc D = 800 ~ 2000 mm - ChiỊu dµi cäc th-êng tõ 20 ~ 50 m (cã thĨ lín h¬n 50 ~ 70m nữa) Chiều dài đốt cọc từ ~ 10m - Bê tông chế tạo cọc tối thiểu phải có mác #300 Chiều dày bê tông thành cäc th-êng tõ ~ 20cm Cèt thÐp cho cäc (1) Cèt thÐp däc - Th-êng cã ®-êng kÝnh tõ 12 ~ 25mm (CT5), sè tÝnh to¸n định Cốt thép dọc đ-ợc bố trí suốt chiều dài cọc nh-ng thay đổi số l-ỵng thÐp - Cèt thÐp däc, nÕu cã sè l-ợng mặt cắt ngang đ-ợc bố trí lớp đặt khoảng phần chiều dày bê tông thành cọc Còn số l-ợng nhiều đ-ợc bố trí thành lớp hai mép bê tông thành cọc (2) Cốt thép đai - Dùng cốt ®ai xo¾n cã ®-êng kÝnh tõ ~ 10mm - B-ớc cốt đai từ 50 ~ 200mm, đầu đốt cọc b-ớc cốt đai dày từ 50, 75mm đốt cọc b-ớc cốt đai từ 100 ~ 200mm Mối nối đốt cọc Th-ờng có cách nối sau: (1) Nối bulông + mặt bích - Ưu: thi công nhanh thuận tiện Không đòi hỏi máy móc hỗ trợ - Nh-ợc: tính đồng đốt cọc Cần chế tạo xác không khó lắp ráp tr-ờng Đồng thời phải có biện pháp chống gỉ cho bulông nối (2) Nối hàn 142 Ch-ơng 3: móng cọc đ-ờng kính lớn - Ưu: thi công nhanh đảm bảo tính an toàn cao - Nh-ợc: tính đồng đốt cọc Chất l-ợng đ-ờng hàn cần phải kiểm soát Và hàn nhiệt độ cao làm ảnh h-ởng đến tính chất bê tông thép vùng xung quanh chỗ hàn Đồng thời phải ý đến việc chống gỉ cho mối nối Liên kết cọc vào bệ cọc chân cọc vào tầng đá gốc (1) Liên kết cọc vào bệ cọc Cọc sau thi công, phần bê tông đầu cọc bị đập vỡ để chừa cốt thép dọc đ-ợc đổ bê tông bệ cọc, phần cọc không bị đập vỡ ngập vào bƯ cäc víi chiỊu dµi tèi thiĨu lµ 15 cm Phần cốt thép dọc cọc sau đập vỡ phần bê tôngóit dài 20D~40D (D: đ-ờng kính cốt thép), đ-ợc bố trí cấu tạo lại đầy đủ với cốt đai cọc nh- thiết kế kỹ thuật, đ-ợc đổ bê tông bệ cọc (2) Liên kết chân cọc vào tầng đá gốc Khi hạ cọc đến tầng đá gốc, lấy đất lòng cọc, dùng mũi khoan đá để khoan tạo lỗ vào tầng đá gốc chiều sâu D (đ-ờng kính cọc) 1m Sau lắp dựng lồng thép có đầy đủ cốt dọc cốt đai (với chiều dài tối thiểu 2D) Cuối đổ bê tông đoạn chân cọc với chiều dài 2D (nếu lòng cọc không đổ bê tông lấp lòng) Ví dụ thông số cọc ống D=1000mm Đối với cọc bê tông cốt thép 1000 mm th-ờng đúc nằm chỗ đốt dài m, thông số chủ yếu nh- sau: Mác bê tông đúc cọc: R400 kg/cm2, cốt thép chủ: 32 22mm CT5, cốt đai xoắn 6mm b-ớc 50mm đoạn đầu đốt, b-ớc 100 mm đoạn đốt Mối nối đốt 32 bu lông 22mm vị trí mặt bích Chiều dày thành cọc 120 mm Việc chế tạo cọc ống bê tông cốt thép 1000 mm cần ý đến việc chế tạo mặt bích bảo d-ỡng bê tông sau đúc Độ xác mặt bích định độ xác khả nối ghép đoạn cọc ống Sau đúc cọc 4h bảo d-ỡng cọc n-ớc nóng lòng cọc việc đúc bÃi tr-ờng Các sai số cho phép chế tạo mặt bích nh- sau: Đ-ờng kính mặt bích: + mm Đ-ờng kÝnh mỈt bÝch: ± mm Cù ly tim lỗ bắt bu lông: Độ nghiên mặt bích so víi ®-êng tim cäc: ± mm 0.2 % Các sai số cho phép chế tạo cọc ống: Chiều dài đốt cọc: 20 mm Đ-ờng kính ngoài: + mm 143 Ch-ơng 3: móng cọc ®-êng kÝnh lín ChiỊu dµy thµnh èng: ChiỊu dày lớp phòng hộ: + mm mm Độ nghiêng đ-ờng tim cọc: < 0.2% 144 + 10 mm – mm H×nh 88 - Cèt thép cọc ống BTCT cầu Tân Đệ (Thái bình) 145 SEC T I O N B- B SC A LE 1:10 SEC T IO N A - A SC A LE 1:10 SC A LE 1:2 SEC T IO N A - A A A B B Ch-¬ng 3: móng cọc đ-ờng kính lớn Ch-ơng 3: móng cọc đ-ờng kính lớn Bài Thi công cọc ống đ-ờng kính lớn II Công nghệ hạ cọc bê tông cốt thép đ-ờng kính lớn Thiết bị lựa chọn thiết bị Hạ cọc ống bê tông cốt thép đ-ờng kính lớn th-ờng sử dụng búa chấn động kết hợp với việc lấy đất lòng cọc Để lấy đất lòng cọc sử dụng gầu ngoạm xói hút Búa chấn động có phận lệch tâm Khi thi công, búa đ-ợc gắn chặt vào đầu cọc, cho búa hoạt động lệch tâm quay tạo chuyển động dao động dọc trục, chuyển động truyền dọc theo chân cọc làm phá vỡ kết cấu đất xung quanh thân cọc d-ới mũi cọc làm giảm ma sát, d-ới trọng l-ợng búa cọc, cọc đ-ợc hạ đến chiều sâu thiết kế Việc chọn búa để hạ cọc ống phải phù hợp với sức chịu tải cọc Búa phù hợp có thông số kỹ thuật thoả mÃn đẳng thức sau: 150.N d 0.5Q 1 Ptt nK K 0.7Q (158) Trong đó: Ptt Sức chịu tải tính toán cọc (T) Q Trọng l-ợng toàn hệ thống chấn động gồm: cọc, búa chấn động, đầu cọc (T) Nd Công suất danh nghĩa động điện búa chấn động (kW) K Mômen lệch tâm búa chấn động (T.cm) n Số vòng quay lệch tâm phút Hệ số phụ thuộc vào tính chất đất Đối với việc hạ cọc ống đ-ờng kính lớn cho công trình cầu thời gian qua th-ờng sử dụng loại búa chấn động B170 BY16 Trình tự thi công Cọc ống bê tông cốt thép đ-ờng kính 1000 mm thi công búa chấn động kết hợp với xói hút đất lòng cọc đ-ợc thực qua b-ớc sau: 1) Lắp dựng hệ thống sàn đạo, khung dẫn h-ớng phục vụ thi công 2) Dùng cần cẩu cọc ống (một đốt rời hai đốt đà liên kết với tuỳ thuộc vào khoảng cách từ cao độ đáy sông đến đỉnh sàn thi công) đặt vào ô dự kiện hạ cọc 146 Ch-ơng 3: móng cọc đ-ờng kính lớn khung dẫn h-ớng Cọc phải đặt xác vào vị trí đảm bảo độ xác theo ph-ơng thẳng đứng Bằng trọng l-ợng thân cọc cắm sâu vào tầng bùn phủ đến m Kẹp cọc vào khung dẫn h-íng tr-íc th¸o mãc cÈu tr¸nh cäc tiÕp tơc tụt xuống Cẩu nối đốt tiếp theo, tháo hệ thống kĐp cäc víi khung dÉn h-íng, h¹ mãc cÈu, cäc tụt xuống trọng l-ợng thân 3) Búa chấn động B170 t-ơng đ-ơng đ-ợc lắp tổ hợp với chụp đầu cọc sàn thi công, dùng cẩu cẩu tổ hợp búa chấn động lên đầu cọc, liên kết búa chấn động chụp đầu cọc nh- chụp đầu cọc mặt bích đầu cọc phải dùng rông đen vênh để chống lỏng Nối nguồn điện 380V/50 Hz qua tủ điều khiển vào búa chấn động Đóng điện chờ búa chấn động hoạt động khoảng 1-2 phút, dừng lại để xiết lại bulông liên kết Việc hạ cọc đ-ợc thực theo tõng chu kú tõ ®Õn 10 phót, sau ®ã dừng lại để kiểm tra tình trạng liên kết Khi mép đà giáo cách sàn thi công khoảng 0,5 m dừng lại, tháo búa chấn động đặt xuống sàn thi công để nối đoạn cọc 4) Tiếp tục hạ cọc tốc độ hạ cọc giảm xuống ~ cm/phút ngừng hạ coc, tháo búa chấn động ra, lắp máy hút bùn có gắn vòi xói (Máy xói hút kết hợp) để lấy đất lòng cọc Trong trình xói hút đảm bảo l-u l-ợng bơm vào lòng cọc lớn l-u l-ợng n-ớc hút Phải khống chế cao độ xói hút cao cao độ chân cọc từ 0.5 ữ m tuỳ thuộc vào lớp đất cọc xuyên qua trừ tr-ờng hợp lớp đất hạ cọc lớp sét dẻo cứng xói hút đến chân cọc Sau tiếp tục lắp búa chấn động hạ cọc 5) Để hạ đầu cọc xuống cao ®é thiÕt kÕ sư dơng ®o¹n cäc dÉn b»ng thÐp 6) Làm vệ sinh lòng cọc, đặt lồng cốt thép (nếu có) đổ bê tông độn ruột cọc ph-ơng pháp rút ống thẳng đứng, cần ý đến độ linh động bê tông chiều sâu nằm bê tông ống đổ bê tông Đối với tr-ờng hợp cần hạ cọc ống đến tầng đá gốc vững th-ờng sử dụng hai loại khoan xoay khoan choòng Khoan xoay có -u điểm trọng l-ợng nhỏ nh-ng tốc độ khoan chậm nhiều so với khoan choòng Trong trình hạ cọc, tốc độ hạ giảm đột ngột cần dừng lại Việc xử lý ch-ớng ngại vật nh- tảng đá mồ côi, vỉa đá nghiêng đ-ợc thực nh- sau: Làm lòng cọc để lộ ch-ớng ngại vật vỉa đá Đổ bê tông bịt đáy che phủ Dùng khoan khoan phá ch-ớng ngại vật Tiếp tục hạ cọc Bài 4: Cấu tạo cọc khoan nhồi I cấu tạo cọc khoan nhồi đ-ờng kính lớn Một số tiêu chuẩn Bộ GTVT Bộ Xây Dựng dùng cho thiết kế, thi công nghiƯm thu cäc khoan nhåi: (1) Tiªu chn kü tht công trình giao thông 22TCN 272-05 (2) Tiêu chuẩn XDVN 326-2004: Cọc khoan nhồi, thi công nghiệm thu 147 Ch-ơng 3: móng cọc đ-ờng kính lớn (3) Tiêu chuẩn TCXD 206-1998: Cọc khoan nhồi Thi công nghiệm thu (4) Tiêu chuẩn 22TCN 257-2000: Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu cọc khoan nhồi (5) Tiêu chuẩn 22TCN 272-05: Tiêu chuẩn thiết kế cầu Thông số cọc Các cọc bê tông đúc chỗ có mặt cắt đặn có dạng thon đoạn đúc vỏ ống thép có mở rộng chân đúc lỗ giếng khoan Diện tích chân cọc nhỏ phải 64 500 mm2 Diện tích mặt cắt ngang mũi cọc phải 32300 mm2 Với đoạn kéo dài phía chân cọc, kích th-ớc nhỏ phải lấy theo quy định cọc đúc sẵn Điều 5.13.4.3 §-êng kÝnh cäc khoan th-êng D=800 ~ 2500mm (cã thÓ lên tới 3000 ~ 4000 mm) tối thiểu không đ-ợc nhỏ 750mm Nếu trụ dạng thân cột ®-êng kÝnh cđa cét trơ Ýt nhÊt ph¶i b»ng ®-êng kính cọc khoan Bê tông chế tạo cọc tối thiểu phải có mác 300 Chiều sâu chôn cọc khoan phải đủ để cung cấp khả chịu tải thẳng đứng ngang phù hợp chuyển vị chấp nhận đ-ợc Chiều dài cọc th-ờng từ 30 ~ 50 m (có thể đến 100m) Mũi cọc th-ờng đ-ợc đặt vào tầng đá gốc lớp đất tốt cã chØ sè SPT th-êng kho¶ng 50 Thùc tÕ thiÕt kế, đặt mũi cọc tầng đá cứng hay sét chặt có trị số SPT khoảng N 50 tính tới thành phần sức chống mũi cọc, không tính phần ma sát thành bên xác định sức chịu tải cọc Trong đất sÐt cøng cã thĨ sư dơng cäc më réng ch©n để tăng diện tích mũi cọc để giảm áp lực chống mũi hay để tăng sức kháng nhổ Với cọc ngàm vào đá yêu cầu có ống vách xuyên qua lớp đất bên trên, hồ sơ thi công phải rõ đ-ờng kính hốc đá khoan phải nhỏ đ-ờng kính vách 150 mm Với cọc ngàm vào đá không cần có ống vách qua lớp đất bên trên, đ-ờng kính hốc khoan đ-ờng kính thân cọc qua lớp đất Việc thiết kế phải dựa vào đ-ờng kính hốc đá cụ thể Trong đất dính cứng, dùng đáy mở rộng, loe hình chuông doa mũi cọc để tăng thêm diện tích tựa nhằm giảm áp lực đầu cọc đơn vị để tạo thêm sức kháng chống tải trọng kéo lên Khi đáy hố khoan đ-ợc dọn kiểm tra tr-ớc đổ bê tông, toàn diện tích đáy coi hữu hiệu việc truyền tải Trong thực tế, phải xét tới việc chôn cọc tới độ sâu lớn để tránh khó khăn chi phí cho việc đào mở rộng đáy 148 Tránh dùng cọc nghiêng Khi cần tăng sức kháng đỡ theo ph-ơng ngang nên tăng đ-ờng kính cäc hay sè l-ỵng cäc ... 1.15 1 6-2 0 1 9-2 8 2 0-2 5 Khối l-ợng riêng Độ nhớt Hàm l-ợng c¸t 95 §é mÊt n-íc