Các sự cố khi sử dụng móng cọc khoan nhồi

Cọc khoan nhồi là loại cọc tiết diện tròn được thi công bằng cách khoan tạo lỗ trong đất sau đó lấp đầy bằng bê tông cốt thép (BTCT). Cọc khoan nhồi sử dụng nhiều cho công trình nhà cao tầng, công trình cầu hoặc nhà trong khu vực xây chen,…

Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2014 29 CÁC SỰ CỐ KHI SỬ DỤNG MÓNG CỌC KHOAN NHỒI ThS Phạm Ngọc Tân Phó Trưởng Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung Tóm tắt: Cọc khoan nhồi loại cọc tiết diện tròn thi cơng cách khoan tạo lỗ đất sau lấp đầy bê tông cốt thép (BTCT) Cọc khoan nhồi sử dụng nhiều cho cơng trình nhà cao tầng, cơng trình cầu nhà khu vực xây chen,…Tuy nhiên, thực tế xây dựng nhiều nguyên nhân khác mà cố cọc khoan nhồi xảy nhiều, điều mặt ảnh hưởng đến tiến độ cơng trình, làm tăng chi phí đồng thời ảnh hưởng đến chất lượng chịu tải móng Do thi cơng móng cọc khoan nhồi phải biết cố xảy để từ biết cách phòng tránh xử lý cố xảy Từ khóa: Cọc khoan nhồi, cố cọc nhồi Đặc điểm, phạm vi áp dụng móng cọc nhồi - Cọc nhồi loại cọc chế tạo chỗ cách tạo hố khoan đất sau thi cơng trực tiếp vật liệu (thường BTCT) vào hố để hình thành cọc Cọc nhồi thường gặp cọc khoan nhồi - Móng cọc khoan nhồi áp dụng rộng rãi ngành cầu đường, thuỷ lợi, xây dựng dân dụng công nghiệp Đặc biệt cơng trình có tải trọng lớn cầu, nhà cao tầng hay cơng trình đặt đất yếu nhà xây chen đô thị, - Ở nước ta cọc khoan nhồi sử dụng từ năm 80, từ hình thức tạo lỗ thủ cơng có thiết bị tạo lỗ đổ bê tông quy trình khác 1.1 Những ưu điểm cọc khoan nhồi + Có sức chịu tải lớn, với đường kính lớn chiều sâu lớn tới hàng nghìn + Thiết bị thi cơng nhỏ gọn nên thi cơng điều kiện xây dựng chật hẹp Trong q trình thi cơng khơng gây trồi đất xung quanh, không gây lún nứt, cơng trình kế cận khơng ảnh hưởng đến cọc xung quanh phần móng kết cấu cơng trình kế cận + Cơng nghệ thi công cọc khoan nhồi giải vấn đề kỹ thuật móng sâu địa chất phức tạp, nơi mà loại cọc đóng búa xung kích hay búa rung có mặt cắt vng tròn có đường kính D < 600mm Vì thi công cọc dễ dàng qua lớp cát chặt dày mà cọc đóng ép khó xuyên qua + Có thể mở rộng đường kính tăng chiều dài cọc đến độ sâu tuỳ ý (đường kính phổ biến từ 60 250cm; chiều dài cọc đến 100m) Khi điều kiện địa chất thiết bị thi cơng cho phép, mở rộng mũi cọc mở rộng thân cọc để làm tăng sức chịu tải cọc Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2014 + Lượng thép bố trí cọc thường so với loại cọc lắp ghép (với cọc đài thấp) + Tính an tồn lao động cao cọc ép 1.2 Những khuyết điểm cọc 30 khoan nhồi phức tạp (trong số trường hợp phải bỏ để làm cọc mới) + Công nghệ thi cơng đòi hỏi kỹ thuật cao để tránh tượng phân tầng thi công bê tông nước có áp, cọc qua lớp đất yếu có chiều dầy lớn + Giá thành cao so với phương án cọc đóng cọc ép xây dựng cơng trình thấp tầng (theo thống kê: cơng trình 12 tầng giá thành phương án cọc khoan nhồi cao - 2,5 lần so với phương án khác – xây dựng nhà cao tầng hay cầu lớn, phương án cọc khoan nhồi lại hợp lý hơn) + Mơi trường thi cơng sình lầy, dơ bẩn 1.3 Các bước thiết kế móng cọc khoan nhồi - Xác định tải trọng xuống móng - Chọn độ sâu chơn móng (cọc đài thấp) - Lựa chọn thơng số cọc: Đường kính, chiều dài, bê tơng cọc, thép dọc,… - Tính tốn sức chịu tải cọc - Xác định số lượng cọc, bố trí cọc - Kiểm tra tải trọng đứng tác dụng lên cọc - Kiểm tra khả chịu tải ngang - Kiểm tra áp lực đất điều kiện biến dạng (tính lún) - Tính tốn cấu tạo đài cọc Hình Hạ lồng thép thi công cọc khoan nhồi Một số vấn đề cần lưu ý sử dụng cọc khoan nhồi Khi sử dụng cọc khoan nhồi, vào tài liệu địa chất người thiết kế xác định chiều sâu cọc cho sức chịu tải đất tương đương với sức chịu tải vật liệu cọc (Pvl tương đương Pđn), điều với phương pháp cọc đóng ép tĩnh khơng đạt được, điều kiện đưa đến giải pháp móng hợp lý kinh tế Cọc khoan nhồi thường thiết kế để mang tải lớn nên chất lượng khoan nhồi + Yêu cầu kỹ thuật thi cơng cao, khó kiểm tra xác chất lượng bê tơng nhồi vào cọc, đòi hỏi lành nghề đội ngũ công nhân việc giám sát chặt chẽ nhằm tn thủ quy trình thi cơng Vì vậy, việc kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi phức tạp, gây tốn thi công + Ma sát thành cọc với đất giảm đáng kể so với cọc đóng cọc ép trình khoan tạo lỗ + Việc xử lý khuyết tật cọc Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2014 cọc luôn vấn đề quan tâm Khâu quan trọng để định chất lượng cọc khâu thi cơng, bao gồm kỹ thuật, thiết bị, lực đơn vị thi cơng, nghiêm túc thực quy trình công nghệ chặt chẽ, kinh nghiệm xử lý gặp trường hợp cụ thể Tuy nhiên, thực tế nhiều lý khác mà cố cọc khoan nhồi xảy nhiều, điều mặt ảnh hưởng đến tiến độ cơng trình, làm tăng chi phí đồng thời ảnh hưởng đến chất lượng chịu tải móng Do thi cơng móng cọc khoan nhồi phải biết cố xảy để từ biết cách phòng tránh xử lý cố xảy Dưới số cố thường gặp sử dụng cọc khoan nhồi: 2.1 Sự cố không rút gầu khoan lên - Khái quát công nghệ: Thông thường cọc phải xuyên qua cát chảy, sỏi dày dùng cơng nghệ khoan ống vách để giữ thành suốt trình khoan Ống vách giữ lại không rút lên - Diễn biến cố: Do nguyên nhân điện máy phát, hỏng cẩu, v.v… làm gián đoạn trình khoan cọc, cần phải rút đầu khoan lên sau điện đầu khoan bị kẹt đáy lỗ khơng cẩu lên nhổ lên - Nguyên nhân: Hiện tượng sập vách phần đất khoan đáy ống vách chưa kịp hạ xảy sau điện làm nghiêng đầu khoan, đầu 31 khoan bị vướng vào đáy ống vách bị toàn phần đất sập xuống bao phủ Do rút đầu khoan lên - Biện pháp xử lý: Cách 1: Rút ống vách lên khoảng 20 cm sau rút đầu khoan, sau rút đầu khoan lên lại hạ ống vách xuống Cách 2: Nếu nhổ ống vách ống vách hạ sâu, lực ma sát lớn, ta phải dùng biện pháp xói hút Cách tiến hành sau: Dùng vòi xói áp lực cao xói hút phần đất bị sập xói sâu xuống đầu khoan mục đích làm cho đầu khoan trơi xuống theo phương thẳng đứng để khỏi bị nghiêng vào thành vách Sau cẩu rút đầu khoan Lưu ý: Trong suốt q trình xói hút ln giữ cho mực nước lỗ khoan ổn định đầy ống vách để giữ ổn định thành lỗ khoan đáy ống vách 2.2 Sự cố không tút ống vách lên giải pháp sử dụng ống vách Nguyên nhân: Do điều kiện đất (chủ yếu tầng cát) Lực ma sát ống chống với đất xung quanh lớn lực nhổ lên (lực nhổ lực rung) khả cẩu lên thiết bị làm lỗ khơng đủ Trong tầng cát cố kẹp ống thường xảy ra, ảnh hưởng nước ngầm lớn, ngồi ảnh hưởng mật độ cát với việc cát cố kết lại tác dụng lực rung Còn tầng sét, lực dính tương đối lớn tồn đất sét nở v.v Ống vách thiết bị tạo lỗ nghiêng lệch nên thiết bị nhổ ống vách không phát huy hết lực Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2014 Lưỡi nhọn ống vách bị mài mòn lên làm tăng lực ma sát ống vách với tầng đất Thời gian hai lần lắc ống dài làm cho khó rút ống, đặc biệt ống vách xuyên vào tầng chịu lực Bê tông đổ lượng lớn rút ống vách đổ bê tơng có độ sụt q thấp làm tăng ma sát ống vách bê tông Biện pháp phòng ngừa, khắc phục: Chọn phương pháp thi công thiết bị thi công đảm bảo lực thiết bị đủ đáp ứng nhu cầu cho công nghệ khoan cọc Sau kết thúc việc làm lỗ trước lúc đổ bê tông phải thường xuyên rung lắc ống, đồng thời phải thử nâng hạ ống lên chút (khoảng 15 cm) để xem có rút ống lên hay không Trong lúc thử không đổ bê tông vào Khi sử dụng lực thân máy mà nhổ ống chống khơng lên thay kích dầu có lực lớn để kích nhổ ống lên Trước lắc ống lợi dụng van chuyển thao tác, lúc lắc với góc độ nhỏ làm cho lực cản giảm đi, từ từ trở lại trạng thái bình thường lại nhổ lên, phải đảm bảo hướng nhổ lên máy trùng với hướng nhổ lên ống Nếu ống bị nghiêng lệch phải sửa đổi máy cho chuẩn Nếu phát lưỡi nhọn ống vách bị mài mòn phải kịp thời dùng phương pháp hàn chồng để bổ xung 2.3 Sự cố sập vách hố khoan Các nguyên nhân chủ yếu trạng thái tĩnh: 32 + Độ dài ống vách tầng địa chất phía khơng đủ qua tầng địa chất phức tạp + Duy trì áp lực cột dung dịch khơng đủ + Mực nước ngầm có áp lực tương đối cao; + Trong tầng cuội sỏi có nước chảy khơng có nước, hố xuất hiện tượng dung dịch + Tỷ trọng nồng độ dung dịch không đủ + Sử dụng dung dịch giữ thành không thoả đáng + Do tốc độ làm lỗ nhanh nên chưa kịp hình thành màng dung dịch lỗ - Các nguyên nhân chủ yếu trạng thái động: + Ống vách bị biến dạng đột ngột hình dạng khơng phù hợp + Ống vách bị đóng cong vênh, điều chỉnh lại làm cho đất bị bung + Dùng gầu ngoạm kiểu búa, đào xúc mạnh cuội sỏi đáy ống vách làm cho đất xung quanh bị bung + Khi trực tiếp để bàn quay lên ống giữ, phản lực chấn động quay làm giảm lực dính ống vách với tầng đất + Khi hạ cốt thép va vào thành hố phá vỡ màng dung dịch thành hố + Thời gian chờ đổ bê tông lâu (qui định thông thường không 24 h) làm cho dụng dịch giữ thành bị tách nước dẫn đến phần dung dịch phía khơng đạt u cầu tỷ trọng nên sập vách - Ngoài có ngun nhân quan trọng khác áp dụng công nghệ khoan không phù hợp với tầng địa chất Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2014 - Các biện pháp đề phòng sụt lở thành hố: Tùy vào nguyên nhân trên, để đề phòng sụt lở thành hố phải ý vấn đề sau: + Khi lắp dựng ống vách phải ý độ thẳng đứng ống giữ + Công tác quản lý dung dịch chặt chẽ phương pháp thi cơng phản tuần hồn + Khi xuất nước ngầm có áp, tốt nên hạ ống vách qua tầng nước ngầm Khi làm lỗ gặp phải tầng cuội sỏi mà làm cho rò rỉ nhiều dung dịch phải dừng lại để xem xét nên tiếp tục xử lý hay thay đổi phương án Vì công tác điều tra khảo sát địa chất ban đầu quan trọng + Duy trì tốc độ khoan lỗ theo qui định tránh tình trạng tốc độ làm lỗ nhanh khiến màng dung dịch chưa kịp hình thành thành lỗ nên dễ bị sụt lở + Cần phải thường xuyên kiểm tra dung dịch trình chờ đổ bê tơng để có giải pháp xử lý kịp thời tránh trường hợp dung dịch bị lắng đọng tách 33 nước làm sập vách + Khi làm lỗ guồng xoắn, để đề phòng đầu quay lên xuống làm sạt lở thành lỗ, phải thao tác với tốc độ lên xuống thích hợp phải điều chỉnh cho vừa phải thành ngồi đầu quay với cạnh ngồi dao cắt gọt cho có cự ly phù hợp + Khi thả khung cốt thép phải thực cẩn thận tránh cho cốt thép va chạm mạnh vào thành lỗ Sau thả khung cốt thép xong phải thực việc dọn đất cát bị sạt lở, thường dùng phương pháp trộn phun nước, sau dùng phương pháp khơng khí đẩy nước, bơm cát v.v để hút thứ bùn trộn đẩy lên, lúc phải ý bơm nước áp lực không mạnh tránh làm cho lỗ khoan bị phá hoại nhiều + Khi làm lỗ guồng xoắn, để đề phòng đầu cuộn quay lên xuống làm sạt lở thành lỗ, phải thao tác với tốc độ lên xuống thích hợp phải điều chỉnh cho vừa phải thành đầu cuộn quay với cạnh dao cắt gọt cho cự ly phù hợp Hình Sự cố phình thân cọc sạt lở thành hố khoan Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2014 2.4 Sự cố trồi thép đổ bê tông 2.4.1 Trường hợp trồi cốt thép ảnh hưởng trình rút ống vách Nguyên nhân 1: Thành ống bị méo mó, lồi lõm Cách phòng ngừa: Kiểm tra kỹ thành ống vách phần đáy Nếu bị biến dạng méo mó phải nắn sửa Nguyên nhân 2: Cự ly đường kính ngồi khung cốt thép với thành ống vách nhỏ quá, bị kẹp cốt liệu to vào rút ống vách cốt thép bị kéo lên theo Cách phòng ngừa: Quản lý chặt chẽ cốt liệu bê tông Cự ly thành ống vách thành cốt đai lớn đảm bảo gấp lần đường kính lớn cốt liệu thô Nguyên nhân 3: Do thân khung cốt thép bị cong vênh, ống vách bị nghiêng làm cho cốt thép đè chặt vào thành ống Cách phòng ngừa: Phải tăng cường độ xác khâu gia cơng cốt thép, đề phòng vận chuyển bị biến dạng kiểm tra độ thẳng đứng ống vách trước thả lồng cốt thép Cách xử lý cố: Khi bắt đầu đổ bê tông thấy phát cốt thép bị trồi lên phải dừng việc đổ bê tông lại kiên nhẫn rung ống vách, di động lên xuống quay theo chiều để cắt đứt vướng khung cốt thép ống vách Trong đổ bê tông, rút ống lên mà đồng thời cốt thép bê tơng lên theo cố nghiêm trọng: thân cọc với tầng đất không liên kết chặt, xuất khoảng hổng Cho nên trường hợp không rút tiếp ống lên trước gia cố tăng cường đất bị lún xuống 34 2.4.2 Trường hợp cốt thép bị trồi lên lực đẩy động bê tông (Đây nguyên nhân gây cố trồi thép) Lực đẩy động bê tông xuất đáy lỗ khoan bê tông rơi từ miệng ống xuống (thế chuyển thành động năng) Chiều cao rơi bê tông lớn, tốc độ đổ bê tơng nhanh lực đẩy động lớn Cốt thép không bị trồi lực đẩy động nhỏ trọng lượng lồng thép Vì giảm thiểu trồi cốt thép hạn chế tối đa chiều cao rơi bê tông tốc độ đổ bê tông Chiều cao khống chế vào trọng lượng lồng thép Mặt khác coi bê tơng rơi xuống đáy lỗ khoan đàn hồi việc giảm thiểu tốc độ đổ bê tông làm giảm thiểu phản lực đẩy đáy lỗ khoan 2.5 Sự cố tụt cốt thép công nghệ khoan xoay vách Nguyên nhân: Khi xoay ống vách cốt thép chủ bị xoay theo tỳ vào ống vách qua kê cốt liệu lớn Nhất toàn khung cốt thép tỳ lên ống vách thông qua kê không dùng hệ khung cốt thép treo tạm thời đổ bê tơng ảnh hưởng dao động cốt thép xoay ống vách lớn Khi tác động việc xoay ống vách trọng lượng khung cốt thép tồn khung cốt thép phần bị tụt xuống Biện pháp xử lý phòng ngừa: Khung cốt thép dùng mối nối buộc phải buộc thật chắn cẩn thận mối nối cốt thép chủ với cốt chủ, cốt chủ với cốt đai cốt thép với Thông báo Khoa học Công nghệ * Số 1-2014 Để hạn chế ảnh hưởng tác động ống vách xoay vách tốt nên dùng cốt thép tạm nối với cốt chủ nhơ lên khỏi ống vách treo tồn lồng cốt thép lúc đổ bê tông Cách hạn chế tối đa lực tỳ lồng thép lên ống vách Nếu việc treo vướng cho cơng tác đổ bê tơng khơng treo phải thường xuyên theo dõi cao độ cốt thép phụ tạm xoay ống vách phải treo lên 2.6 Hư hỏng bê tông cọc Hư hỏng ống đoạn khoan tạo lỗ: Kỹ thuật, thiết bị khoan loại cọc ấn định thích hợp với đất Sự dung dịch khoan bất ngờ (khi gặp hang Caster) trồi lên đột ngột đất bị sụt lở vào lỗ khoan Sự quản lý khoan tạo lỗ sử dụng loại dung dịch có thành phần khơng thích hợp với đất Sự nghiêng lệch bấp bênh hệ thống khoan tạo lỗ máy gặp đá mồ côi lớp đá nghiêng Làm lỗ khoan không đầy đủ, đáy lỗ khoan có lớp cặn dày nhiều sinh tiếp xúc không tốt mũi cọc làm nhiễm bẩn bê tông Do công đoạn đổ bê tơng cọc Th iết bị đổ bê tơng khơng thích hợp Sai sót việc nối ống đổ bê tơng, dứt đoạn đổ bê tông, rút ống dẫn bê tông nhanh 35 Hàm lượng cốt liệu không dẫn đến lượng bê tông chiếm chỗ ban đầu không đủ đổ nhanh (chẳng hạn ống dẫn đai bọc) Sử dụng bê tơng có thành phần khơng thích hợp, khơng đủ tính dẻo dễ phân tầng Sự lưu thông mạch nước ngầm làm trôi cục bê tông tươi Sự xắp xếp lại đất làm suy giảm ma sát thành bên khả chịu lực mũi cọc Thời hạn giãn cách kéo dài khâu khoan tạo lỗ đổ bê tông cọc gây sụt lở đất vách lỗ khoan lắng đọng chất cặn đáy lỗ khoan, cố thơng thường xảy cơng trường thi công số lượng lớn cọc khoan nhồi 2.7 Sự cố gặp hang Caster khoan Dấu hiệu thường thấy mũi khoan gặp hang Caster độ lún cần khoan tăng đột ngột, cao độ dung dịch lỗ khoan bị tụt xuống gặp hang rỗng dâng lên hang có nước có áp bùn nhão Việc gặp hang Caster có nhiều bùn nhão nhiều cơng trình, khiến phải xử lý nhiều thời gian, việc sử dụng ống vách phụ qua hang Caster giải pháp áp dụng hiệu Trong trường hợp phát trước có hang Caster sử dụng thiết bị khoan xoay ống vách phương pháp hiệu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Quảng 2006 Nền móng nhà cao tầng, NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Tô Văn Lận Bài giảng chuyên đề xử lý đất yếu, ĐH Kiến trúc TP Hồ Chí Minh [3] Phạm Ngọc Tân Bài giảng lớp giám sát chuyên đề Nền Móng, ĐH Xây dựng Miền Trung  ... tạo đài cọc Hình Hạ lồng thép thi công cọc khoan nhồi Một số vấn đề cần lưu ý sử dụng cọc khoan nhồi Khi sử dụng cọc khoan nhồi, vào tài liệu địa chất người thiết kế xác định chiều sâu cọc cho... biết cố xảy để từ biết cách phòng tránh xử lý cố xảy Dưới số cố thường gặp sử dụng cọc khoan nhồi: 2.1 Sự cố không rút gầu khoan lên - Khái quát công nghệ: Thông thường cọc phải xuyên qua cát... lớn, phương án cọc khoan nhồi lại hợp lý hơn) + Môi trường thi cơng sình lầy, dơ bẩn 1.3 Các bước thiết kế móng cọc khoan nhồi - Xác định tải trọng xuống móng - Chọn độ sâu chơn móng (cọc đài thấp)