Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi trên nền đá, áp dụng

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Đỗ Ngọc Tú i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy cô Trường Đại học Thủy Lợi; đặc biệt cán bộ, giảng viên Bộ môn Xây dựng dân dụng Công nghiệp, Khoa Công trình, phịng Đào tạo Đại học Sau đại học giúp đỡ tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin cảm ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Tiến Chương, TS Nguyễn Ngọc Thắng trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả hồn thành luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo đồng nghiệp nơi tác giả công tác quan tâm tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ, giúp đỡ tác giả việc thu thập thông tin, tài liệu trình thực luận văn Xin cảm ơn gia đình, bạn bè thường xun chia sẻ khó khăn động viên tác giả suốt trình học tập nghiên cứu để hồn thành luận văn Do điều kiện thời gian chuyên mơn cịn hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận dẫn đóng góp ý kiến thầy giáo, cô giáo, nhà khoa học đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả luận văn Đỗ Ngọc Tú ii 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 Tính cấp thiết đề tài: Mục đích đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu .2 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI 1.1 Giới thiệu tổng quan cọc khoan nhồi 1.1.1 Khái niệm, ưu nhược điểm phạm vi áp dụng .3 1.1.1.1 Khái niệm .3 1.1.1.2 Ưu nhược điểm phạm vi áp dụng 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cọc khoan nhồi .5 1.2 Quy trình thi cơng cọc khoan nhồi 1.2.1 Chuẩn bị thi công 1.2.2 Định vị cọc (Định vị cơng trình hố khoan) 1.2.3 Công tác hạ ống vách (ống casing) 1.2.4 Công tác tạo lỗ khoan 1.2.5 Vét lắng làm hố khoan 11 1.2.6 Công tác gia công 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 đổ bê tông 13 1.2.9 Công tác bê tông 14 1.2.10 Công tác rút ống vách vệ sinh đầu cọc .16 1.3 Các phương pháp kiểm tra q trình thi cơng 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 1.4.2 Nhóm đánh giá sức mang tải cọc 20 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THI CÔNG KHOAN CỌC NHỒI TRONG NỀN ĐÁ 22 2.1 Giải pháp thi công cọc khoan nhồi đá .22 2.1.1 Đặc điểm phương pháp thi công cọc khoan nhồi đá .22 iii 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 phương pháp đập cáp 29 2.1.3 Các phương pháp sử dụng Việt Nam tham khảo 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 cố khuyết tật cọc khoan nhồi đá thường gặp 32 2.2.1 Sự cố thường gặp cọc khoan nhồi đất, đá 33 2.2.2 Một số ví dụ điển hình cố cọc khoan nhồi đá 34 2.2.2.1 Sự cố cát chảy trình khoan tạo lỗ 34 2.2.2.2 Sự cố gãy gầu khoan hang động castơ 35 2.2.2.3 Sự cố bê tông hang động castơ 35 2.2.2.4 Sự cố tắc ống đổ bê tông 36 2.3 Các nguyên nhân gây cố cọc khoan nhồi đá 37 2.3.1 Các nguyên nhân gây hư hỏng trình khoan tạo lỗ 37 2.3.1.1 Không rút đầu khoan lên, gẫy cần khoan, gầu khoan, đứt cáp rơi búa 37 2.3.1.2 Sự cố ống chống bị tụt xuống thi công 38 2.3.1.3 Cọc bị xiên khoan vào hang hốc castơ mặt đá nghiêng 38 2.3.1.4 Sự cố không rút ống vách lên biện pháp thi cơng có sử dụng ống vách 38 2.3.1.5 Sự cố sập thành vách hố khoan trình khoan 39 2.3.1.6 Sự cố dung dịch khoan đột ngột gặp hang castơ 40 2.3.1.7 Sự cố dung dịch bentonine đông tụ nhanh nhiều xuống đáy lỗ khoan 40 2.3.2 Các nguyên nhân hư hỏng công đoạn gia công hạ lồng cốt thép 40 2.3.2.1 Sự cố không hạ lồng cốt thép vào hố khoan 40 2.3.2.2 Ống vách bị lún (do treo lồng thép nặng vào ống vách) 40 2.3.3 Các nguyên nhân hư hỏng q trình đổ bê tơng đúc cọc 40 2.3.3.1 Sự cố tắc nghẽn bê tông ống 40 2.3.3.2 Sự cố khối bê tông ống bị kéo lên rút ống vách lên 41 2.3.3.3 Sự cố bê tông thân cọc bị phân tầng, rỗ tổ ong có vật lạ (như: thấu kính bùn, đất, vữa, bentonite ) 41 2.4 Biện pháp xử lý cố cọc khoan nhồi đá 41 2.4.1 Biện pháp xử lý cố cọc khoan nhồi trình khoan tạo lỗ 41 2.4.1.1 Khơng rút đầu khoan lên, gẫy cần khoan, gầu khoan, đứt cáp rơi búa 41 2.4.1.2 Sự cố ống chống bị tụt xuống thi công 43 iv 2.4.1.3 Cọc bị xiên khoan vào hang hốc castơ mặt đá nghiêng 43 2.4.1.4 Sự cố không rút ống vách lên phương pháp thi công có ống vách 44 2.4.1.5 Sự cố sập thành vách hố khoan trình khoan 44 2.4.1.6 Sự cố dung dịch khoan đột ngột gặp hang castơ 44 2.4.2 Các biện pháp xử lý cố công đoạn gia công hạ cốt thép 45 2.4.3 Các biện pháp xử lý cố q trình đổ bê tơng đúc cọc .45 2.5 Các biện pháp phòng ngừa cố 46 2.5.1 Đề phòng sụt lở thành hố phương pháp thi cơng khơng có ống chống 46 2.5.2 Đề phịng khơng rút ống chống lên phương pháp thi công ống chống 48 2.5.3 Đề phòng thiết bị thi công rơi vào 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 ống dẫn 51 2.5.7 Đề phịng có khí độc hố khoan 52 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI TRÊN NỀN ĐÁ TẠI CƠNG TRÌNH NHÀ MÁY XI MĂNG DẦU KHÍ 12-9 55 3.1 Giới thiệu chung dự án 55 3.1.1 Giới thiệu cơng trình .55 3.2 Đề xuất công nghệ thi cơng cọc khoan nhồi cho cơng trình 58 3.2.1 Thi công máy khoan KH180 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 cơng 62 3.2.1.3 Các giải pháp q trình thi cơng 70 3.2.2 Thi công máy khoan gầu xoay BAUER BG28 máy khoan SOILMEC SR-60C khoan 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 cơng 78 3.3 Các biện pháp thi công cọc qua hang castơ .89 3.3.1 Biện pháp trình khoan cọc 89 3.3.1.1 Khoan thăm dò địa chất 89 3.3.1.2 Dùng ống vách xuyên qua hang castơ lớn .90 3.3.1.3 Đổ bê tông nghèo 92 3.3.2 Gải pháp trình hố khoan 94 3.3.2.1 Các biện pháp làm hố khoan 94 3.3.2.2 Dùng ống vách hang castơ nhỏ, thông cọc 97 3.3.3 Gải pháp trình đổ bê tông .98 3.3.4 Các biện pháp an tồn thi cơng cọc khoan nhồi 99 v Kết luận chương 100 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 101 Kết luận 101 Kiến nghị 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 PHỤ LỤC 104 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các q trình chủ yếu thi công cọc khoan nhồi Hình 1.2 Định vị cọc 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 lắp ống thổi rửa hố khoan 13 Hình: 1.6 Xử lý cặn lắng hạt mịn theo phương pháp thổi rửa khí nén 14 Hình 1.7 Lắp ống đổ Bê tơng, đổ bê tông trongdung dịch Bentonite 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 hồn 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 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 cơng khoan đá 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 cơng khoan đá máy khoan BG28 79 Hình 3.7 Ống vách phụ qua hang castơ 92 Hình 3.8 Xử lý hang castơ bê tông nghèo cọc CN-12 Si lô xi măng 93 Hình 3.9 Tuần hồn Bơm hút bùn 96 Hình 3.10 Mặt 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 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Chỉ tiêu tính ban đầu dung dịch Bentonite 17 Bảng 1.2 Các thông số cần kiểm tra 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 số loại máy khoan BAUER 25 Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật số loại máy khoan SOILMEC 26 Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật số loại máy khoan SANY 27 Bảng 2.5 Máy khoan tuần hoàn dạng mâm xoay Trung Quốc 28 Bảng: 2.6 Thông số kỹ thuật loại máy khoan đập cáp 30 Bảng 3.1 Tổng hợp hạng mục dự án Xi măng 12-9 55 Bảng 3.2 Tổng hợp hạng mục khoan cọc nhồi 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 dây chuyền khoan máy khoan đập cáp KH180 61 Bảng 3.6 Sử dụng xung trình bentonite cho 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 dây chuyền thiết bị khoan máy khoan BG28 77 Bảng 3.11 Bảo dưỡng định kỳ cần kelly việc khoan đất 85 Bảng 3.12 Giá trị khối lượng biện pháp thi công cọc CN2-12 94 viii PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Cơng đổi đại hóa đất nước diễn mạnh mẽ đời sống xã hội đặc biệt lĩnh vực kinh tế Sự phát triển mạnh kinh tế đòi hỏi ngày cấp bách đầu tư xây dựng mở rộng sở hạ tầng Đó việc xây dựng đại hóa khu cơng nghiệp, nhà máy, khu dân cư nhà cao tầng, cơng trình giao thông như: cầu đường, bến cảng, kho hàng nặng Q trình xây dựng cơng trình vùng địa chất yếu, phức tạp đặt cho chuyên gia, kỹ sư xây dựng thách thức việc tìm kiếm áp dụng giải pháp xử lý móng cơng trình địa chất phức tạp Ở nước ta nay, phương án móng cọc lựa chọn thiết kế cho hầu hết công trình dân dụng cơng nghiệp có tải trọng lớn đất yếu Thi cơng cọc có nhiều giải pháp khác nhau, 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 cơng trình, điều kiện địa chất mặt thi cơng gải pháp cọc có ưu điểm, nhược điểm riêng khác Móng cọc đúc sẵn nhược điểm gây chấn động mạnh, tiếng ồn lớn nhiễm mơi trường q trình thi cơng cọc búa đóng Diezen nên phạm vi sử dụng bị hạn chế xây dựng thành phố hay khu vực đông dân cư; giải pháp ép trực tiếp khoan lỗ hạ cọc đúc sẵn có nhiều hạn chế lực ép thường khơng lớn, kích thước cọc (đường kính, độ dài) khơng thể tăng tùy ý, dẫn tới sức chịu tải loại cọc khơng lớn Do đó, giải pháp cọc khoan nhồi bê tông cốt thép ngày ưa chuộng sử dụng rộng rãi Việt Nam Đặc điểm công nghệ thi công cọc khoan nhồi khoan tạo lỗ đất, giữ ổn định vách hố khoan ống vách dung dịch bentonite Sau tiến hành đúc cọc theo phương pháp đổ bê tông nước Do có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến q trình thi cơng xảy nhiều cố, ảnh hưởng đến chất lượng cọc khoan nhồi Giải pháp cọc khoan nhồi xây dựng đá, hang động castơ có khó khăn cố riêng bên cạnh cố thường gặp thi công 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 nhà máy Xi măng Dầu khí 12-9.” để tìm hiểu, nghiên cứu thực trạng công nghệ thi công cọc khoan nhồi đá; sở cơng trình thực tế áp dụng, nhằm đưa số biện pháp kỹ thuật để hồn thiện quy trình, cơng nghệ thi cơng, nâng cao cơng tác kiểm sốt chất lượng, đẩy nhanh tiến độ thi công cọc đá Mục đích đề tài - Đề xuất số biện pháp thi công cọc khoan nhồi đá - Nghiên cứu lựa chọn biện pháp kỹ thuật 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, phân tích yếu tố ảnh hưởng đến trình thi cơng, kiểm tra, kiểm sốt chất lượng cọc khoan nhồi đá b Phạm vi nghiên cứu Phân tích đề xuất biện pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi cho hạng mục công trình dự án xi măng Dầu khí 12-9 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Để phân tích, nghiên cứu giải vấn đề đề tài, tác giả dự kiến sử dụng số phương pháp sau: - Phương pháp kế thừa: Kế thừa nghiên cứu lý luận khoa học, dự án, văn quy định nhà nước liên quan đến đề tài - Phương pháp thống kê - Phương pháp tổng hợp phân tích thơng tin - Phương pháp chun gia: Tham vấn chuyên gia lĩnh vực thi công - Một số phương pháp khác 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 Chiều cao hang castơ (m) STT Tên cọc Khơng có Castơ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 x x x x x x x x x x hang tầng hang tầng 3,5 5,6 4,7 x x 0,5 1,8 x x x x x x x x 1,3 x x x x x x 123 hang tầng hang tầng 36 37 38 39 40 41 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 Tổng cộng x x x x x x 3,5 0,5 1,5 x 0,5 x 0,5 x x x x x x x x 42 2,5 2,5 15 124 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 Chiều cao hang castơ (m) STT Tên cọc Khơng có castơ 11 12 13 14 15 16 17 18 19 10 20 CN3-01 CN3-02 CN3-03 CN3-04 CN3-05 CN3-06 CN3-07 CN3-08 CN3-09 CN2-10 CN2-11 CN2-12 CN2-13 CN2-14 CN2-15 CN2-16 CN2-17 CN2-18 CN2-19 TN 01 x x x Tổng cộng 10 hang tầng hang tầng 0,5 0,5 1,8 x 0,9 0,5 0,9 0,5 x 0,50 0,5 x x x x 4,50 0,5 x 128 hang tầng hang tầng Hố khoan địa chất cọc CN3-06 hạng mục Bệ lò 129 Phụ lục số:07 BẢNG THỐNG KÊ HỐ KHOAN ĐỊA CHẤT Hạng mục: Silo bột liệu Chiều cao hang castơ (m) STT Tên cọc Không có castơ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 CN3-01 CN3-02 CN3-03 CN3-04 CN3-05 CN3-06 CN3-07 CN3-08 CN3-09 CN3-10 CN3-11 CN3-12 CN3-13 CN3-14 CN3-15 CN3-16 CN3-17 CN3-18 CN3-19 CN3-20 CN3-21 CN3-22 CN3-23 CN3-24 CN3-25 TN-01 Tổng cộng x x hang tầng hang tầng 7,8 x 0,7 0,5 x x 2,9 1,2 6,5 x x 2,9 3,7 x x 1,5 x 0,5 x x x 1,30 x 14 130 hang tầng hang tầng Hố khoan địa chất cọc CN3-09 hạng mục Si lô bột liệu 131 ... thường gặp thi công 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 thi cơng cọc khoan nhồi phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi đề cập 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 Đặc... lượng, đẩy nhanh tiến độ thi cơng cọc đá Mục đích đề tài - Đề xuất số biện pháp thi công cọc khoan nhồi đá - Nghiên cứu lựa chọn biện pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi áp dụng dự án xi măng Dầu