Cọc khoan nhồi ngày càng được sử dụng rộng rãi và là giải pháp lựa chọn hợp lí cho móng các công trình có tải trọng lớn như các nhà cao tầng, nhà công nghiệp, hay các công trình cầu giao thông vận tải,...
NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG Mai Đức Triều * Phạm Tuấn Anh ** TỔNG QUÁT CHUNG Cọc khoan nhồi ngày sử dụng rộng rãi giải pháp lựa chọn hợp lí cho móng cơng trình có tải trọng lớn nhà cao tầng, nhà công nghiệp, hay cơng trình cầu giao thơng vận tải, Do cắm sâu lòng đất khơng thể thẩm định chất lượng mắt thường cộng với đặc điểm thiếu đồng đất nền, móng cọc, khác với loại hình kết cấu bên trên, ln phải tiến hành kiểm tra bổ sung trước nghiệm thu Bên cạnh cọc khoan nhồi/cọc barette/tường đất đặc thù công nghệ thi công đổ bê tông chỗ lỗ khoan, thường có diện dung dịch khoan bentonite nên chất lượng cọc lại khó kiểm sốt Cọc bị thay đổi thiết diện sập vách, phân lớp, lẫn bentonite tạp chất độ sụt bê tông không đảm bảo qui trình đổ khơng hợp lý, nhiều khuyết tật cọc xảy (hình 1) Kỹ thuật kiểm tra không thân cọc sử dụng phổ biến giới Việt Nam bao gồm phương pháp sau: + Phương pháp sóng ứng suất nhỏ kiểm tra tính tồn vẹn cọc Hình Khuyết tật cọc khoan nhồi + Phương pháp thấu xạ sóng âm qua thân cọc kiểm tra chất lượng bê tơng (Superonic Téting - SST) + Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc để xác định sức chịu tải cọc theo phương dọc trục Các phương pháp nêu khác phương thức thực hiện, thời gian thực hiện, kinh phí độ tincủa kết nên kết hợp kết tốt với kinh phí hợp lí Nói chung, thí nghiệm sóng ứng suất biến dạng nhỏ khơng u cầu chuẩn bị trước thời gian thực ngắn nhất, kinh phí thực thấp nên thường sử dụng với số lượng lớn phương pháp thấu xạ âm đòi hỏi có chuẩn bị trước từ thi công làm giảm tính khách quan phép thử phương pháp khoan lấy lõi cần thời gian thực dài kinh phí lớn phương pháp thường thực với số lượng hạn chế Số lượng thí nghiệm theoTCXD 206:1998 Việt Nam: Tập III, trang 468 + Thí nghiệm PIT: 50% + Thí nghiệm SST : 20% + Thí nghiệm nén tĩnh cọc cọc : (1 - 2)% Các Tiêu chuẩn, Qui phạm sau dùng để đánh giá chất lượng: TCXD 206:1998; ASTM D5882-96; NF P94-160-4 (đánh giá theo kết thí nghiệm PIT) TCXD 206:1998; ASTM C597-91; NF P94-160-1 (đánh giá theo kết thí nghiệm thấu âm) Theo thiết kế số lượng cọc thí nghiệm là: Thí nghiệm PIT: 65 cọc Thí nghiệm SST: 12 cọc Thí nghiệm nén tĩnh cọc : cọc CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG TRONG Q TRÌNH THI CƠNG CỌC KHOAN NHỒI Ở CÁC DỰ ÁN NHÀ CAO TẦNG Phương pháp sóng ứng suất nhỏ kiểm tra tính tồn vẹn cọc Nguyên lí thí nghiệm Tác động lên đầu cọc lực va đủ để gây sóng ứng suất lan truyền dọc thân cọc không gây biến dạng đáng kể cho cọc Thu nhận tín hiệu phản hồi sóng ứng suất từ vị trí khác dọc thân cọc thay đổi trở kháng cọc đất để phân tích nhằm xác định vị trị mức độ thay đổi vị trí mức độ thay đổi tính toàn vẹn thân cọc Chất lượng cọc đánh giá thơng qua số lượng, vị trí mức thay đổi nói so với cọc chuẩn theo thiết kế Ưu điểm phương pháp: Khơng cần có chuẩn bị trước đặc biệt cho cọc thí nghiệm mà cần tạo đầu cọc diện phẳng đường kính chừng 5-10 cm đủ Thiết bị thí nghiệm gọn nhẹ, thao tác thí nghiệm đơn giản (tạo lực va búa tay), phân tích kết nhanh phần mềm chuyên dụng cho kết thị lên hình Nhược điểm phương pháp: Vì lực va nhỏ, tín hiệu phản hồi thu đến độ sâu khơng q 30 lần đường kính cọc (đủ u cầu cơng trình này) Sau khuyết tật đầu tiên, khuyết tật khó đánh giá cách tin cậy tín hiệu yếu Thiết bị thí nghiệm Bộ thiết bị thí nghiệm chuyên dụng bao gồm - Búa cầm tay để tạo lực va đầu cọc * Trường CĐ Cơ điện XD Việt Xô - ** ĐH Công nghệ giao thông vận tải Số 64.2019 XÂY DỰNG & ĐÔ THỊ 87 NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG - Gia tốc kế để xác định thay đổi gia tốc hạt đầu cọc sóng ứng suất phản hồi gây - Bộ vi xử lí ghi nhận thay đổi gia tốc thời gian tương ứng, số hóa tín hiệu phục vụ lưu trữ xử lí - Máy tính phần mềm xử lí số liệu báo cáo Thiết bị dùng thiết bị PIT Hãng PDI Mỹ chế tạo; thiết bị IFCO Hãng TNO Hà Lan chế tạo thiết bị có nhiều tính ưu việt dùng cho cơng trình Thí nghiệm báo cáo kết a) Chuẩn bị thí nghiệm: Chuẩn bị nguồn điện (điện sinh hoạt) đến gần vị trí thí nghiệm, lắp đặt thiết bị kiểm tra hoạt động bình thường thiết bị Tạo diện phẳng, đầu cọc với đường kính chừng 5-10cm, gán gia tốc kế vào diện (bằng keo chuyên dùng) Cọc đập đến phần bêtông cứng (hoặc đập hết đầu cọc), mặt bêtông làm nhẵn b) Thí nghiệm - Bật cơng tác đưa tiếp nhận tín hiệu vào trạng thái làm việc - Vào thông tin nhận dạng cọc - Dùng búa cầm tay gõ lên đầu cọc ghi nhận (tự động) tín hiệu - Thay đổi vị trí gõ để thu nhận thêm thơng tin c) Xử lí báo cáo kết Tín hiệu đo phân tích phần mềm chuyên dụng để ghi nhận thay đổi vận tốc sóng truyền, xác định mức độ vị trí khuyết tật (nếu có) in dạng biểu chuẩn làm sở cho Kỹ sư Tư vấn đánh giá chất lượng cọc Trong dự án sau nhận tín hiệu từ thiết bị hình khơng có khuyết tật Phương pháp thấu xạ sóng âm qua thân cọc kiểm tra chất lượng bêtông (Superronic Teting – SST) Nguyên lý thí nghiệm Sử dụng đơi phát thu sóng âm truyền qua tiết diện ngang cọc dọc theo thân cọc (gọi đầu dò), tính tốn xác định vận tốc truyền sóng dựa vào đặc tính truyền sóng loại vật liệu khác để đánh giá chất lượng cọc Sự thay đổi vận tốc truyền vị trí ảnh hưởng thay đổi chất lượng vật liệu, chẳng hạn có mặt bùn, đất, khe nứt Ví trí thay đổi xác định theo vận tốc thời gian di chuyển đầu dò đo trực tiếp vị trí khuyết tật cọc Để đưa đầu dò vào thân cọc, thí nghiệm cần có chuẩn bị trước cách đặt sẵn ống rỗng dọc theo suốt chiều dài cọc Số lượng ống tuỳ thuộc vào kích thước tiết diện cọc Với cọc nhồi đường kính 1200mm cần đặt ống bố trí theo hình tam giác đủ Ưu điểm phương pháp Cho phép thu nhận thơng tin trực tiếp từ vị trí cụ thể cách nhanh chóng, xác; giải tỏa nghi ngờ tín hiệu cách xác định lại vị trí nghi ngờ cách dễ dàng; Khi kết hợp với thông tin khác cọc điều kiện địa chất, kỹ thuật chất lượng thi cơng đánh giá tương đối xác chất lượng bê tơng cọc suốt chiều dài cọc; Có thể đánh giá 88 HỌC VIỆN CÁN BỘ QUẢN LÝ XÂY DỰNG VÀ ĐÔ THỊ sơ cường độ bê tông Nhược điểm phương pháp: Không phát rõ chất lượng bê tơng ngồi vùng đặt ống chưa đánh giá hết chất lượng bê tơng tồn tiết diện ngang Thiết bị thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm thấu âm bao gồm - Bộ đầu dò (đầu phát đầu thu) - Bộ vi xử lí tiếp nhận tín hiệu, khuyếch đại thị lên hình trực tiếp - Máy tính phần mềm chuyên dụng cho tính tốn kết chất lượng cọc cường độ bê tông Các thiết bị cần thiết phương pháp siêu âm truyền qua Thí nghiệm báo cáo kết a) Chuẩn bị thí nghiệm Ngồi việc lắp đặt, chuẩn bị kiểm tra hoạt động bình thường thiết bị thí nghiệm, việc chuẩn bị cọc thí nghiệm có đòi hỏi đặc biệt Cọc thí nghiệm phải lắp đặt trước ống rỗng theo suốt chiều dài cọc ống nhựa ống thép có đường kính thích hợp với đầu dò, đầu ống bịt kín Kiểm tra thông suốt ống làm ống Bơm đầy nước vào ống để tạo môi trường liên tục cho sóng âm Đưa thiết bị vào trạng thái làm việc, thả song song hai đầu dò vào hai ống hiệu chỉnh thời gian, tần số để có ảnh rõ nét Đưa đầu dò xuống tận đáy ống b) Thí nghiệm Vào thơng tin nhận dạng cọc Kéo đầu dò lên cho chúng ln ln độ cao với tốc độ thích hợp theo dõi ảnh hình đánh dấu vị trí có nghi ngờ với mức khuyếch đại cao để xác định xác khuyết tật (nếu có) c) Báo cáo kết Đưa số liệu lưu vi xử lí sang máy tính có phần mềm chun dụng để tiến hành phân tích xây dựng mặt cắt dọc cọc theo đôi ống dẫn dạng biểu chuẩn, in thành báo cáo làm sở cho Kỹ sư Tư vấn đánh giá chất lượng cọc Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc để xác định sức chịu tải cọc theo phương dọc trục Mục đích yêu cầu thí nghiệm Thí nghiệm nén thử tải trọng tĩnh cọc bê tơng cốt thép cơng trình nhằm xác định khả chịu tải NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG thực tế cọc, qua đánh giá khả làm việc lâu dài cọc công trình Tải trọng u cầu thí nghiệm 200% tải trọng thiết kế Cơng tác thí nghiệm Cọc cơng trình thí nghiệm phương pháp: Thí nghiệm thử tải trọng tĩnh nén dọc trục Khối lượng cọc thí nghiệm theo định thiết kế Cơng tác thí nghiệm xử lý số liệu thực theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 189-190-1996 số tiêu chuẩn ngành có liên quan Phương pháp thí nghiệm phương pháp trì tải trọng thí nghiệm tĩnh dọc trục đầu cọc thử cấp tải thí nghiệm Hệ thống thiết bị thí nghiệm Cọc thí nghiệm tải trọng tĩnh tiến hành phương pháp chất đối trọng Hệ thí nghiệm a) Hệ đối trọng: Hệ đối trọng sử dụng cơng trình hệ bao gồm cục bê tông cốt thép đúc sẵn xếp thành khối dầm thép Hệ đối trọng bao gồm khối BTCT đúc sẵn có trọng lượng tối thiểu 1,25 lần tải trọng thí nghiệm Hệ dầm giá chất tải thí nghiệm là: hệ bao gồm 02 dầm I, dài 7m, 12 I, dài 12m hệ gối đỡ Hệ dầm tính tốn đủ chịu lực khơng biến dạng chất tải suốt q trình thí nghiệm Hệ gối đỡ: Là hệ bao gồm 16 khối bê tơng cốt thép đúc sẵn đặt đất có tác dụng đỡ hệ dầm chất tải Hệ gối phải tính tốn đủ tiết diện đảm bảo khơng gây lún chất tải trọng phục vụ thí nghiệm, khơng gây ảnh hưởng đến làm việc cọc thiết bị khác q trình thí nghiệm b) Hệ thống gia tải - Hệ thống gia tải thí nghiệm cơng trình sử dụng 04 kích thuỷ lực có sức nângmỗi 500 Hệ kích ày đặt đầu cọc thí nghiệm, trục kích nén trùng với trục cọc thí nghiệm Trên đầu kích có đệm thép, có phận tự điều chỉnh đảm bảo cho việc truyền lực nén dọc theo trục cọc thí nghiệm đọc đồng hồ thuỷ lực hệ số sức nâng kích thuỷ lực - Hệ bơm dầu thuỷ lực: Hệ thống bơm dầu thuỷ lực gắn liền kích thuỷ lực cung cấp dầu vào kích nhằm điều chỉnh sức nâng kích theo ý muốn Lưu lượng bơm 3lít/phút, áp suất tối đa 400kg/cm2 c) Hệ thống đo biến dạng - Hệ thống đo biến dạng bao gồm 04 đồng hồ đo lún có dải đo 0-50 mm, xác 0,01mm gắn chặt lên thân cọc thí nghiệm thơng qua hệ gá đỡ gông thép Đồng hồ Chi cục tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Hà Nội kiểm định - Hệ gá đỡ đồng hồ đo lún: Là hệ gá đỡ có chân từ tính nam châm gắn chặt vào hệ gông thép gắn đầu cọc thí nghiệm - Hệ gơng đầu cọc: Hệ chế tạo khung thép hình đủ cứng gắn chặt vào thân cọc bulông, không bị ảnh hưởng hệ thống gia tải nằm đầu cọc - Hệ thống mốc chuẩn: Hệ thống mốc chuẩn dùng cơng trình thép hình chơn chân bê tông Độ cứng mốc chuẩn đảm bảo khơng bị biến dạng q trình thí nghiệm không chịu ảnh hưởng tác động bên ngồi Quy trình thí nghiệm a Thí nghiệm nén thử tải trọng tĩnh cọc khoan nhồi BTCT tiến hành theo tiêu chuẩn Việt Nam, TCXD189190-1996 b Cọc định thí nghiệm với tải trọng lớn 200% tải trọng tính tốn thiết kế c Cọc đủ thời gian "nghỉ" theo quy định thiết kế (07 ngày theo yêu cầu thiết kế) d Phương pháp gia tải: Tải trọng thí nghiệm chia thành cấp gia tải, cấp 25% tải trọng thí nghiệm e Tăng tải trọng thí nghiệm: Tải trọng thí nghiệm tăng theo theo hai chu trình thí nghiệm Chu trình I cấp tải trọng tăng 25%, 50%, 75%,100% tải trọng thí nghiệm Mỗi cấp tải trì theo dõi thời gian tối thiểu đạt độ lún quy ước Sau tải trọng giảm theo cấp sau: Ghi giá trị sau tăng tải, ghi kết thứ sau 15 phút, kết thứ sau 30 phút, kết thứ sau 45 phút, kết thứ sau 60 phút, Từ quan sát thứ 2, - Hệ thống đo lực: Hệ thống đo lực sử dụng đồng hồ thuỷ lực có dải đo 0-400kg/cm2 Đồng hồ Chi cục Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng Hà Nội kiểm định Lực nén tác động lên đầu cọc thí nghiệm tính thơng qua số ghi kết 30 phút lần, thứ trở 60 phút ghi lần sau 45 phút, kết thứ sau 60 phút, Từ quan sát thứ 2, ghi kết 30 phút lần, thứ trở 60 phút ghi lần Số 64.2019 XÂY DỰNG & ĐÔ THỊ 89 NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG Độ lún ổn định quy ước: Độ lún cọc gọi ổn định quy ước tốc độ chuyển vị lún cọc đất không 0,20mm quan sát cuối cùng.Sự sai khác dụng cụ đo (đồng hồ đo lún) không vượt quá: + 50% độ lún nhỏ 1mm + 30% độ lún từ - mm + 20% độ lún lớn mm Việc thí nghiệm dừng chưa đạt tới tải trọng thí nghiệm lớn mà độ lún tụt cọc vượt 25mm Việc thí nghiệm dừng đầu cọc bị hỏng trình thí nghiệm Việc thí nghiệm dừng thiết bị thí nghiệm bị hư hỏng sai lệch q trình thí nghiệm.Việc thí nghiệm dừng cấp tải trọng thí nghiệm cọc khơng đạt yêu cầu độ lún ổn định quy ước Biện pháp kỹ thuật thi công nén tĩnh cọc Công tác chuẩn bị thí nghiệm: Cơng tác bao gồm nhiều bước tiến hành nhằm phục vụ tốt cho cơng tác thí nghiệm Các bước chuẩn bị bao gồm: a) Kiểm tra gia cố đầu cọc thí nghiệm: Việc kiểm tra gia cố đầu cọc thí nghiệm phải tuân theo quy định tiêu chuẩn TCXD-88-82 190-1996 - Khi trường kiểm tra, cọc thí nghiệm đạt yêu cầu để tiến hành thí nghiệm gia cố lại mặt cọc theo yêu cầu thiết kế - Tất cọc thí nghiệm đạt yêu cầu sai số độ nghiêng (nằm phạm vi sai số cho phép) b) Kiểm tra hệ thống thiết bị thí nghiệm: - Hệ thống thiết bị thí nghiệm chuyển đến cơng trình phải kiểm tra chặt chẽ trước đưa vào sử dụng Kích thuỷ lực phải kiểm tra sức nâng, đồng hồ kiểm tra độ nhạy - Hệ thống đối trọng phải kiểm tra tổng tải trọng đảm bảo vượt tối thiểu 1,25 lần tải trọng dự kiến thí nghiệm - Kiểm tra mức độ an toàn hệ dầm giá chất tải hệ gối đỡ c) Chất tải phục vụ thí nghiệm: - Việc chất đối trọng phục vụ cơng tác thí nghiệm thực cẩu có sức nâng 12,5 - Việc lắp đặt gối đỡ phải đảm bảo theo quy định quy phạm để đảm bảo không gây ảnh hưởng tới làm việc cọc q trình thí nghiệm đến hệ mốc chuẩn thiết bị khác (khoảng cách gần hệ gối đỡ tới vị trí tim cọc khơng nhỏ lần đường kính lớn cọc - trường hợp cạnh lớn cọc lớn 1,5 mét tới tim cọc thí nghiệm) - Sau lắp đặt xong hệ gối đỡ, tiến hành việc xếp hệ dầm chất tải Hệ dầm phải kiểm tra liên kết đảm bảo chắn trước tiến hành chất đối trọng - Chất đối trọng: Khi chất đối trọng bê tông lên giá 90 HỌC VIỆN CÁN BỘ QUẢN LÝ XÂY DỰNG VÀ ĐƠ THỊ thép, khối bê tơng liên kết với (dạng xếp kiêu gạch) thành khối vững chắc, đảm bảo an tồn thí nghiệm Sau tiến hành kết thúc trình chất đối trọng phục vụ thí nghiệm, cán kỹ thuật phụ trách kiểm tra tính ổn định tồn hệ thống thiết bị thí nghiệm lần cuối trước tiến hành thí nghiệm Tiến hành cơng tác thí nghiệm: Cơng tác thí nghiệm tiến hành sau hoàn tất bước nêu a Sau chuẩn bị xong đầu cọc thí nghiệm phải báo cho chủ đầu tư, tư vấn giám sát cơng trình kiểm tra cọc đủ điều kiện tiến hành thí nghiệm chuyển sang bước thi công b Sau thực xong phần việc nêu điều 1.c trên, cán thi cơng cơng trình có trách nhiệm thơng báo cho chủ đầu tư, đơn vị tư vấn thiết kế đơn vị tư vấn giám sát biết tiến hành thí nghiệm c Việc tiến hành thí nghiệm thực theo quy trình nêu điều 2-4 nêu d Việc thí nghiệm phải tiến hành liên tục kết thúc thí nghiệm Khi có cố có bất thường q trình thí nghiệm, kỹ thuật thi cơng cơng trường có trách nhiệm thơng báo kịp thời cho chủ đầu tư, đơn vị thiết kế tư vấn giám sát để có biện pháp xử lý thích hợp e Các số liệu ghi chép phải đầy đủ, rõ ràng khơng tẩy xố chuyển văn phòng xử lý kịp thời f Nhân lực bố trí thí nghiệm: Trong hệ thí nghiệm bố trí 02 người theo dõi (01 kỹ thuật viên ghi chép kết quả, 01 công nhân phụ việc) g Phải dùng bạt che chắn khu vực thí nghiệm tránh ảnh hưởng thời tiết tác động khác từ bên ảnh hưởng tới kết thí nghiệm Để kiểm sốt chất lượng q trình cọc khoan nhồi ngồi việc giám sát chặt chẽ q trình thi cơng cần phải thực thí nghiệm để kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi Bài báo đưa giải pháp thông dụng nhất, hữu hiệu phương pháp sóng ứng suất nhỏ, phương pháp thấu xạ sóng âm qua thân cọc, phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc để kiểm sốt chất lượng q trình thi cơng cọc khoan nhồi cơng trình nhà cao tầng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCVN 9395:2012 - Cọc khoan nhồi – Thi công nghiệm thu [2] TCVN 9393:2012, Cọc- Phương pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh ép dọc trục [3] TCVN 9396:2012, Cọc khoan nhồi - Phương pháp xung siêu âm xác định tính đồng bê tơng [4] TCVN 9397:2012, Cọc - Thí nghiệm kiểm tra khuyết tật phương pháp động biến dạng nhỏ [5] TCXD 206:1998 Cọc khoan nhồi – Yêu cầu chất lượng thi công ... thân cọc, phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc để kiểm sốt chất lượng q trình thi cơng cọc khoan nhồi cơng trình nhà cao tầng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCVN 9395:2012 - Cọc khoan nhồi – Thi công. .. từ bên ảnh hưởng tới kết thí nghiệm Để kiểm sốt chất lượng q trình cọc khoan nhồi việc giám sát chặt chẽ q trình thi cơng cần phải thực thí nghiệm để kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi Bài báo... biểu chuẩn làm sở cho Kỹ sư Tư vấn đánh giá chất lượng cọc Trong dự án sau nhận tín hiệu từ thi t bị hình khơng có khuyết tật Phương pháp thấu xạ sóng âm qua thân cọc kiểm tra chất lượng bêtông