BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐNA CHẤT NGUYỄN CHÍ CAO NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐÁY LỖ KHOAN CỌC NHỒI TẠI VÙNG HÀ NỘI Chuyên ngành:kỹ thuật khoan khai thác công nghệ dầu khí Mã số: 60.53.50 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Cao Ngọc Lâm HÀ NỘI - 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐNA CHẤT NGUYỄN CHÍ CAO NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐÁY LỖ KHOAN CỌC NHỒI TẠI VÙNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NI - 2009 lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các kết nghiên cứu trình bày luận văn trung thực cha đợc công bố công trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2009 Tác giả luận văn Nguyễn ChÝ Cao môc lôc môc lôc Danh mơc biĨu b¶ng danh môc h×nh vÏ Mở đầu CH−¬NG 11 Tæng quan vỊ khoan cäc nhåi ë viƯt nam nãi chung Hà Nội nói riêng 11 1.1 Thiết bị khoan đào 12 1.2 ThiÕt bÞ khoan xoay 17 1.3 Thiết bị khoan đập cáp: 19 1.4 Các công nghệ khoan tạo lỗ cọc nhồi 21 1.4.1 C«ng nghệ khoan đào 22 1.4.2 C«ng nghƯ khoan xoay cã röa 24 1.4.3 Công nghệ khoan đập 28 1.5 Quy trình công nghÖ khoan cäc nhåi 30 1.5.1 Công tác chuẩn bị 30 1.5.2 Khoan tạo lỗ để thả ống dẫn hớng bảo vƯ miƯng giÕng 32 1.5.3 H¹ èng chèng (Casing) 34 1.5.4 Khoan tạo lỗ từ chân ống chống dẫn hớng đến đáy lỗ khoan 36 1.5.5 Làm đáy lỗ khoan 38 1.5.6 H¹ lång cèt thÐp 39 1.5.7 Đổ bê tông 42 Ch−¬ng 45 C¬ së lý thuyÕt thiÕt kÕ cäc khoan nhåi 45 2.1 Tính toán tải trọng thiết kế cọc khoan nhåi 45 2.2 HiÖn trạng xử lý đáy cọc khoan nhồi vùng Hà Nội 46 2.3 Các phơng pháp kiểm tra đánh giá chất lợng cọc khoan nhồi 47 Ch−¬ng 49 Giải pháp kỹ thuật công nghệ thi công xử lý đáy cọc khoan nhồi khu vực Hà Nội 49 3.1 Công nghệ thiết bị làm đáy lố khoan trớc đổ bê tông 49 3.1.1 Công nghệ thiết bị bơm rửa khí nén (bơm eclíp) 49 3.1.2 Phơng pháp thổi rửa bơm điện chìm 57 3.2 Phơng pháp xử lý mở rộng chân đế (khoan mở đáy) 59 3.2.1 Thiết bị khoan mở đáy 59 3.2.2 Các bớc tiến hành khoan mở đáy nh sau: 64 3.3 Phơng pháp xói rửa đáy bơm vữa xi măng gia cờng đáy cọc khoan nhồi64 3.3.1 Thiết bị thi công 65 3.3.2 Công tác chuẩn bị 68 3.3.3 Khoan thông đáy cọc 69 3.3.4 Lµm đáy cọc khí nén nớc áp lực cao 69 3.3.5 Bơm vữa đáy cäc 71 ch−¬ng 74 Thử nghiệm kết nghiên cứu cho công trình keangnam hanoi landmark tower 74 4.1 Đặc điểm địa chất khu vùc x©y dùng 76 4.2 Lựa chọn thiết bị thi công phơng pháp xử lý đáy 78 4.2.1 Lựa chọn thiết bị thi công 78 4.2.2 Lùa chọn phơng pháp xử lý đáy 78 4.3 Phơng pháp thử tải OSTERBERG 80 4.3.1 Cơ chế tạo tải trọng dùng cho việc thử 80 4.3.2 Nguyªn tắc chọn vị trí đặt hộp tải 82 4.3.3 Nguyên tắc xác định tải trọng giới hạn cọc 83 4.3.4 DiƠn biÕn thư t¶i : 85 4.3.5 Phân tích kết thử tải 86 KÕt luËn kiến nghị 90 KÕt luËn 90 KiÕn nghÞ 91 Tµi liƯu tham kh¶o 92 Danh mơc biĨu b¶ng B¶ng 1.1: Thống kê thiết bị máy thi công cọc khoan nhồi 30 B¶ng 3.1: Mèi quan hƯ giữ k c: 54 Bảng 3.2: Mối liên hệ W d : 55 Bảng 3.3: Tốc độ chuyển động hỗn hợp khí ( v1 ) 55 B¶ng 3.4 : Quan hƯ N P k 56 Bảng 3.5: Chỉ tiêu thông số ban đầu dung dịch bentonite 56 Bảng 3.6: Lựa chọn thông số kỹ thuật bơm điện chìm 58 Bảng 3.7: So sánh tải trọng cọc khoan nhồi mở rộng đáy 59 danh mục hình vẽ Hình 1.1: Thiết bị máy khoan cọc nhồi tháp khoan dạng cột 14 Hình 1.2: Thiết bị máy khoan cọc nhồi đầu khoan treo thăng cáp 15 Hình 1.3: Thiết bị khoan cọc nhồi đầu khoan điều chỉnh xy lanh thuỷ lực 16 Hình 1.4: Thiết bị khoan xoay rưa ng−ỵc 18 Hình 1.5: Máy khoan đập cấu đập cáp tự động 20 Hình 1.6: Thiết bị khoan đập cáp dïng têi kÐo th¶ 21 Hình 1.7: Máy khoan đào kiểu ED 5500 23 H×nh 1.8: Gầu khoan đào 24 Hình 1.9: Sơ đồ khoan tuần hoàn thuận 26 Hình 1.10: Sơ đồ khoan tuần hoàn nghÞch 27 Hình 3.1: Sơ đồ thổi rửa máy nén khÝ 53 Hình 3.2: Sơ đồ bơm thổi rửa bơm điện ch×m 58 H×nh 3.3: Các buớc tiến hành khoan mở đáy đổ bê tông cọc khoan nhồi 60 Hình 3.4: Thiết bị khoan mở đáy dùng cho cọc khoan nhồi 60 Hình 3.5: Gầu khoan mở đáy 61 Hình 3.6: Mô tả trình khoan mở đáy 62 Hình 3.7: Sơ đồ xilanh điều khiển gầu mở đáy 63 Hình 3.8: Máy khoan mũi cọc kiểm tra 66 H×nh 3.9: Hệ thống bơm cao áp xói rửa mũi cọc bơm vữa xi măng 66 Hình 3.10: Hệ thống trộn vữa xi măng 67 Hình 3.11: Máy khoan mịi cäc, kiĨm tra ¸p lùc 67 H×nh 3.12: Thỉi rưa b»ng n−íc cã ¸p lùc 200kG/cm2 68 Hình 3.13: Số thứ tự ống thả xuống ®¸y cäc 70 Hình 4.1: Sơ đồ bố trí mặt cọc công trình KeangNam 75 Hình 4.2: Sơ đồ cấu trúc cọc khoan nhồi 77 H×nh 4.3: Sơ đồ xói rửa đáy lỗ khoan 80 Hình 4.4: Nguyên lý tạo lực truyền lực hộp tải 82 Hình 4.5: Thiết bị đo chuyển vị thẳng đứng đỉnh cọc 87 Mở đầu Tính cấp thiết đề tài Xây dựng nhà cao tầng đô thị Việt Nam nói chung Hà Nội nói riêng giải pháp hữu hiệu đồng thời xu hớng tất yếu phát triển đô thị đáp ứng nhu cầu nhà văn phòng làm việc thủ đô Xây dựng nhà cao tầng đ đợc đầu t phát triển tơng lai Tại Hà Nội đ có nhiều dự án có quy mô lớn mặt chiều cao xây dựng nhà đầu t nớc triển khai Các dự án siêu cao tầng đợc xây dựng Hà Nội nh: Keangnam Hà Nội Landmark Tower, Bitixco, Nam đàn Plaza Đó nhà cao tầng Việt nam giới Vấn đề đặt cho nhà thiết kế xử lý móng để đảm bảo an toàn cho nhà cao tầng siêu cao tầng Thủ đô Hiện nay, phơng pháp khoan cọc nhồi, tờng balet giải pháp xử lý móng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật xây dựng công trình Với yêu cầu chất lợng cao, chịu đợc tải trọng lớn cọc khoan nhồi Vấn đề xử lý đáy lỗ khoan nhằm khai thác sức chịu tải cọc khoan nhồi yêu cầu cấp thiết công tác thi công xử lý móng Vì vậy, việc nghiên cứu giải pháp xử lý đáy cọc khoan nhồi vùng Hà Nội cần thiết yêu cầu cấp thiết công tác xây dựng nhà cao tầng Việt Nam Mục đích nghiên cứu luận văn Nghiên cứu giải pháp xử lý đáy lỗ khoan cọc khoan nhồi nhằm đảm bảo chất lợng cọc khoan nhồi tăng khả chịu tải, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, đem lại hiệu kinh tế cho dự án, công trình - Trong thiết kế cọc khoan nhồi sức chịu tải cọc khoan nhồi chi tính đến thành phần lực ma sát thành bên thờng bỏ qua tính toán thành phần chịu lực mũi cọc (cọc chống) đáp ứng yêu cầu kỹ thuật thiết 78 4.2 Lựa chọn thiết bị thi công phơng pháp xử lý đáy 4.2.1 Lựa chọn thiết bị thi công Với địa tầng nh trên, tác giả đ lựa chọn thiết bị khoan xoay tuần hoàn ngợc để thi công cọc khoan nhồi Cụ thể tác giả sử dụng máy khoan RCD Với loại thiết bị cho phép khoan qua tầng cuội sỏi đá cát kết dễ dàng đồng thời ổn định tốt thành vách lỗ khoan suốt trình thi công 4.2.2 Lựa chọn phơng pháp xử lý đáy Để tăng khả chịu tải cọc khoan nhồi, tác giả đ lựa chọn phơng pháp xói rửa bơm vữa xi măng gia cờng đáy cọc Các thiết bị thi công xói rửa bao gồm: + Máy khoan đầu quay thủy lực GTX150 + Hệ thống bơm áp lực 250-350 KG/cm2 + Bộ cần khoan đầu phun tia + Thùng trộn vữa xi măng Quy tr×nh xãi rưa xư lý cäc khoan nhåi nh− sau: Sau bê tông cọc khoan nhồi đ đông cứng, ta tiến hành xử lý đáy cọc theo công nghệ sau: - Khoan lỗ khoan đối xứng (đờng kính 76mm) vị trí bố trí ống siêu âm máy khoan đá sâu đáy cọc 3m theo hình vẽ 4.3 - Sử dụng thiết bị bơm áp lực cao tiến hành bơm xói rửa + Quy trình xói rửa tiến hành theo bớc sau: - Thả đầu tia xói rửa tới đáy lỗ khoan, sau di chuyển dần lên đến vùng xói rửa tiến hành bơm rửa với áp lực 200kG/Cm2 Khi đầu phun bắn 79 tia nớc có áp lớn phá vỡ phần bê tông nhiễm bẩn bùn cát dới đáy cọc Bê tông mác thấp bùn cát lắng đọng bị phá vỡ tạo thành dòng chảy tuần hoàn ( qua lỗ khoan đối xứng) dâng lên miệng lỗ khoan( Hình 4-3) Công tác kết thúc nớc thoát miệng lỗ khoan không bùn, cát bẩn - Bơm rửa tuần hoàn từ ống sang ống đến nớc từ ống dâng lên dừng lại, chuyển thứ tự ngợc lại nghĩa bơm xói rửa từ ống sang ống Công tác kết thúc nớc lên không bị nhiễm bẩn - Quy trình đợc lặp lại tuần hoàn (từ 2-3 lần) nớc lên hết bùn bẩn Lợng nớc tràn lên miệng lỗ khoan đợc thu gom vào hệ thống thoát nớc để không làm lầy lội mặt - Bơm vữa xi măng vào đáy cọc: Vữa xi măng đợc hòa trộn theo tỷ lệ X/N 1,5 Sau bơm xói rửa kết thúc, dùng máy bơm áp lực bơm vữa xi măng qua đầu bơm tia vào vïng xãi rưa víi ¸p lùc 200kG/cm2 Khi xt hiƯn vữa trào lên mặt ống tạm dừng, hàn bịt ống bơm tiếp vào ống với áp lực nh ổn định Sau đo hàn bịt ống để giữ áp suất ổn định thêi gian 10 80 TÇng ci sái Tầng đá cát kết Hình 4.3 Sơ đồ xói rửa đáy lỗ khoan ống siêu âm 100mm Lỗ khoan xói rửa ( 76mm) – Vïng xãi rưa – Dßng xãi rưa 4.3 Phơng pháp thử tải OSTERBERG 4.3.1 Cơ chế tạo tải trọng dùng cho việc thử Phơng pháp OSTERBERG phơng pháp thử tải tĩnh, tải trọng thử phản ánh trực tiếp trạng thái chịu lực cọc bớc thử Tải trọng tĩnh dùng để thử đợc tạo hộp tải (The Osterberg Cell) đặt sẵn cọc thi công Hộp tải thực chất kích thủy lực hoạt động nhờ áp lực bơm thủy lực đặt mặt đất truyền theo ống dẫn vào hộp tải Hộp tải 81 hoạt động theo chiều đối : đẩy phần cọc hộp tải lên chống sức kháng cắt đất quanh thân cọc phần cọc này; đẩy phần cọc dới hộp tải xuống dới chống sức kháng nén đất dới mũi cọc với sức kháng cắt đất quanh thân cọc phần cọc (hình 4-4) Nh vậy, đối trọng dùng ®Ĩ thư søc kh¸ng nÐn cđa ®Êt nỊn d−íi mịi cọc tải trọng cọc sức kháng cắt đất quanh thân cọc phần cọc hộp tải; đối trọng dùng để thử sức kháng cắt đất quanh thân cọc phần cọc hộp tải sức kháng nén đất dới mũi cọc với sức kháng cắt đất quanh thân cọc phần cọc dới hộp tải Lực nén dọc chuyển vị mặt bích mặt bích dới hộp tải đợc đo cảm biến có dây dẫn nối lên mặt đất biểu thị đồng hồ Tải đợc tăng xảy ba tình : - Sức kháng cắt giới hạn đất quanh thân cọc phần cọc hộp tải đạt tới trớc - Sức kháng nén giới hạn đất dới mũi cọc với sức kháng cắt giới hạn đất quanh thân cọc phần cọc dới hộp tải đạt tới trớc - Sức kháng giới hạn hai phần cọc nêu đạt tới lúc Từ kết đo đợc trình thử tải vẽ biểu đồ quan hệ (Q-S) lực nén dọc (Q) chuyển vị phần cọc phía ( s+ ) phần cọc phía dới hộp tải (s- ) 82 Hình 4.4 : Nguyên lý tạo lực truyền lực hộp tải 4.3.2 Nguyên tắc chọn vị trí đặt hộp tải Vị trí đặt hộp tải đợc xác định gần theo nguyên tắc để cho đối trọng phần cọc hộp tải phần cọc dới hộp tải xấp xỉ nhau, nhờ thử đợc cấp tải trọng tiến gần tới mức giới hạn : G+ + F + = (F - + F e ) - G- (4.1) Trongđó: - G+, G- tơng ứng trọng lợng phần cọc phần cọc dới hộp tải có xét đến hiệu ứng đẩy nằm dới mức nớc ngầm; - F+, F- tơng ứng tổng sức kháng cắt đất quanh thân cọc phần cọc hộp tải phần cọc dới hộp tải; - Fe sức kháng nén ®Êt nỊn d−íi mịi cäc 83 Do mịi cäc khoan nhồi đợc hạ lớp đất chịu lực tốt có sức kháng mũi cọc cao, theo nguyên tắc nêu công thức (4.1), vị trí hộp tải thờng nằm gần mũi cọc công trình cọc thử d=200 cm hộp tải đợc đặt cách mũi cọc m; cọc thử d=150 cm hộp tải đặt cách mũi cọc 6m 4.3.3 Nguyên tắc xác định tải trọng giới hạn cọc Do phơng pháp OSTERBERG phơng pháp thử tải tĩnh, nên nguyên tắc, để xác định tải trọng giới hạn cọc áp dụng nguyên tắc thử tải tĩnh truyền thống Dới số khống chế kỹ thuật đ đợc áp dụng cho việc thử sở tham khảo Quy phạm móng cọc 2.02.03-85 CH Liên bang Nga [3]: 1) Cấp tăng tải: Bằng khoảng7-10 % sức chịu tải giới hạn theo đất dự kiến cọc 2) Điều kiện tăng tải : Tải trọng cấp đợc giữ chuyển vị cọc dừng lại đợc tăng cấp tải Chuyển vị cọc đợc xem dừng lại tốc độ chuyển vị không vợt 0.1mm thêi gian 60 mịi cäc h¹ lớp cát sét cứng 3) Cấp hạ tải : Cấp hạ tải tối đa lần cấp tăng tải 4) Điều kiện dừng thử : a) Khi tổng chuyển vị s