Chơng I:
Các hiện trạng và các khuyết tật xảy ra trong thi công cọc khoan nhồi, biện
pháp đề phòng và cách khắc phục
I. Mở đầu
Trong những năm gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ xây dựng nói chung và sự phát triển của xây dựng cầu đờng nói riêng, nhiều phơng pháp thi công hiện đại đã đợc đa vào nớc ta và đợc các kỹ s tiếp thu nắm bắt kỹ thuật khá nhanh vì vậy mà ngành xây dựng cầu trong nớc đã có những bớc tiến nhảy vọt. Nhiều cầu lớn đã và đang đợc xây dựng với sự thi công của các nhà thầu trong và ngoài nớc nhng chiếm tỉ lệ lớn là các nhà thầu trong nớc và có sự t vấn, giám sát của các công ty t vấn thiết kế nớc ngoài. Từ đó có thể thấy rằng sự lớn mạnh về trình độ kỹ thuật và tay nghề của cán bộ công nhân và kỹ s cầu.
Song song với sự phát triển chung của ngành cầu thì các loại kết cấu mới cũng đợc áp dụng. Trong xây dựng cầu lớn ở nớc ta hiện nay hầu hết kết cấu phần dới nh móng mố trụ đều đợc đặt trên các cọc khoan nhồi đờng kính lớn. Điều đó cho thấy cọc khoan nhồi là loại cọc có nhiều u điểm hơn các loại cọc tr- ớc đây chúng ta đã sử dụng. Cọc khoan nhồi đợc sử dụng lần đầu tiên trong công trình giao thông là cầu Việt Trì, lúc đó cầu Việt Trì đợc đặt trên hệ thống móng cọc khoan nhồi đờng kính 1,4m và sâu 30m. Từ đó đã mở ra cho ngành xây dựng cầu của chúng ta một loại kết cấu mới. Đến nay, với sự phát triển vệ công nghệ cũng nh kinh nghiệm thi công mà chúng ta đã có thể thi công đợc những cọc khoan nhồi có đờng kính lên tới 2,5m với chiều sâu 80ữ 100m nh ở cầu Mỹ Thuận. Cọc khoan nhồi cũng đợc sử dụng trong rất nhiều cầu mới xây dựng nh: Cầu Sông Gianh, Hàm Rồng, Đuống, Bắc Giang, Đáp Cầu, Hoà Bình, Tân Đệ, Mỹ Thuận, Thanh Trì và rất nhiều cầu khác.
Cọc khoan nhồi đợc quan tâm sử dụng rất rộng rãi, với kinh nghiệm thi công rất nhiều cầu nh vậy nhng việc thi công cọc khoan nhồi thực tế vẫn cha thực sự hoàn thiện, chất lợng cọc cha đảm bảo, đó không phải là do các công ty t vấn thiết kế cha đủ trình độ và cha tính toán một cách chính xác mà nguyên nhân chủ yếu là trong quá trình thi công, nguyên nhân sâu xa của nó vẫn là do con ngời. Với thiết bị máy móc hiện có đủ để chúng ta có thể làm tốt hơn nhng chúng ta vẫn cha làm đợc điều đó. Nhng một nguyên nhân nữa là việc thi công cọc khoan nhồi cũng tơng đối khó khăn vì đây là loại móng sâu và đờng kính lớn vì vậy mà không tránh khỏi xuất hiện những khuyết tật và sự cố trong qúa trình thi công.
Để có thể biết đợc nguyên nhân và cách khắc phục những sự cố và khuyết tật xảy ra trong quá trình thi công cọc khoan nhồi và từ đó đề ra các biện pháp phóng tránh thì ta phải hiểu rõ đợc trình tự thi công, từng công tác thì mới có thể đa ra đợc những kết luận và dự đoán chính xác các h hỏng và sự cố xảy ra ở khâu nào. Vì vậy mà trình tự thi công cọc khoan nhồi cũng đợc giới thiệu ở chơng này nhng chỉ với những khái niệm, chỉ dẫn, trình tự thi công cơ bản nhất chứ không
đi sâu vào tìm hiểu một cách chi tiết nhng cũng đủ đảm bảo cho chúng ta có một cái nhìn tổng quát. Sau đây là trình tự thi công cọc khoan nhồi.
I.1. Công tác khoan tạo lỗ:
Công tác khoan tạo lỗ là một trong ba công tác chính của việc thi công cọc khoan nhồi. Trong công tác khoan tạo lỗ bao gồm việc lựa chọn thiết bị khoan, ống vách, dung dịch khoan.
Việc tạo lỗ có thể thực hiện bằng nhiều loại thiết bị khoan khác nhau và công nghệ khác nhau. Mỗi công nghệ khoan cần có các qui định thông số khoan cụ thể đảm bảo chất lợng tạo lỗ. Nhng với mỗi một mặt cắt địa chất, mỗi một lớp đất thì thích dụng với một loại máy khoan khác nhau vì vậy để nâng cao năng suất khoan thì phải chọn loại máy khoan phù hợp với từng loại đất đá.
- Phơng pháp thi công khô : áp dụng để thi công các cọc ngắn nằm ở trên cạn trong đó có hai biện pháp sau :
+ Khoan bằng máy khoan mũi xoắn ruột gà, không cần biện pháp chống vách, lỗ khoan có đờng kính nhỏ ≤ 50cm.
+ Đào giếng đứng bằng thủ công, có thể có biện pháp chống vách bằng ván ép ngang, đào đến đâu thì dùng vách chống cho tới khi đến đáy hoặc các đốt giếng hạ tụt dần xuống, áp dụng để thi công cọc có đờng kính lớn.
- Phơng pháp thi công ớt : là phơng pháp chủ yếu để thi công cọc khoan nhồi, áp dụng cho tất cả các trờng hợp thi công cọc có chiều dài lớn, nằm trong khu vực chịu ảnh hởng của nớc ngầm hoặc bị ngập nớc. Có ba biện pháp sau :
+ Khoan bằng máy đào gàu có ống chống vách xoay liên tục :
Đầu khoan làm việc theo nguyên lý của máy đào gàu ngoạm đợc treo trên cần cẩu và thả rơi tự do để miệng gàu cạp vào nền.
Khi kéo gầu lên miệng gầu tự đóng là lấy đất kéo ra khỏi lỗ khoan. Sau khi xả đất nó tiếp tục chu trình lấy đất.
Do gầu có trọng lợng lớn đợc thả rơi tự do nên gây xung kích, để giữ cho thành lỗ khoan không bị sập lở trong qua trình
khoan đào phải sử dụng ống chống vách bằng thép hạ dần xuống cùng với chiều sâu khoan cọc.
Đặc điểm ống chống vách : Mỗi đoạn ống có chiều dài 6m, gồm hai lớp thép có độ cứng cao và trọng lợng nhẹ. Các đoạn ống đựoc nối khít với nhau bằng 6 bu lông vặn chìm nên mối nối rất nhẵn cả hai mặt trong và ngoài không cản trở việc hạ ống cũng nh việc lấy đất. Giữa hai lớp của ống có các sờn tăng cờng dạng dọc chuối, miệng ống đợc bọc bằng hai vành thép đúc mộng âm dơng và khoan lỗ để lắp bu lông. Đờng kính ống phù hợp với đờng kính cọc khoan. Đốt dới cùng đợc trang bị lỡi cắt để xuyên qua các lớp đất cứng.
ống vách đợc hạ bằng thiết bị xoay ép thuỷ lực. Thiết bị này kẹp giữ chặt thành ống và vừa xoay vừa ép ống xuống bằng hệ thống kích thuỷ lực và nó cũng là thiết bị dùng để rút ống lên trong quá trình đổ bê tông cọc.
Sau khi hạ đến cao độ thiết kế, đáy ống phải thấp hơn cao độ đáy cọc 1m.
Máy khoan đào gầu
Máy khoan Bauer
Oscillator Quả búa
Trớc khi thi công phải vệ sinh đáy cọc bằng biện pháp xói hút.
Các loại máy của các hãng : Leffer, Bauer.
Ưu điểm : thành vách luôn đợc giữ ổn định, lỗ khoan thẳng, có thể khắc phục đợc hiện tợng bùn chảy, cát đùn.
Nhợc điểm : giá thành đắt do phải khấu hao ống chống vách, công nghệ thi
công phức tạp, không qua đợc lớp đất có lẫn cuội sỏi, chiều sâu cọc hạn
chế.
Phạm vi áp dụng : Dùng cho nền cát, cát pha không có cuội sỏi, chiều sâu khoan cọc không quá 40m.
+ Khoan guồng xoắn :
Sử dụng khoan xoay với đầu khoan có trang bị lỡi cắt hoặc các răng gầu để phá đất đá đồng thời là gầu chứa đất để đa ra khỏi lỗ khoan.
Thành lỗ khoan đựoc giữ ổn định bằng một đoạn ống vách trên miệng lỗ, phần còn lại đợc giữ bằng vữa sét.
Đầu khoan liên tục lấy đất ra khỏi lỗ khoan để xả đất và nối dài thêm cần khoan.
Khi khoan lỗ khoan đựoc mở rộng hơn đờng kính đầu khoan để đề phòng khi rút đầu khoan lên tạo khoảng chân không ở đáy lỗ làm thành lỗ bị kéo sập.
Khi lấy đất ra khỏi lỗ khoan, vữa sét liên tục đợc cấp bù vào lỗ khoan để tạo áp lực giữ cho thành vách ổn định.
Các loại máy của các hãng : Hitachi.
Ưu điểm : dể thực hiện, giá thành rẻ.
Nhợc điểm : kích thớc lỗ khoan không chính xác, dễ sập lỡ thành vách do phải liên tục lấy đầu khoan lên, tốc độ khoan chậm.
Phạm vi áp dụng : nền đất tốt ổn định, chiều sâu cọc không lớn dới 40m.
+ Các biện pháp khoan tuần hoàn : Tuần hoàn là biện pháp có sử dụng dung dịch khoan để chống vách, đất đá trong lỗ khoan bị đầu khoan gọt phá tạo thành mùn khoan và bị khuấy trộn lẫn cùng dung dịch khoan đợc lấy lên bằng bơm hút hoặc đẩy. Sau khi lắng đọng dung dịch khoan đợc bơm trở lại lỗ khoan. Cấp dung dịch khoan và bơm hút mùn khoan tạo thành một chu trình kín gọi là khoan tuần hoàn. Đầu khoan không lấy lên khỏi lỗ khoan mà liên tục xoay phá đất đá. Căn cứ vào biện pháp lấy mùn khoan có hai biện pháp :
Biện pháp tuần hoàn thuận : Dung dịch khoan đợc bơm vào dọc theo cần khao và đi thẳng xuống dới, đẩy mùn khoan trộn lẫn dung dịch chảy dâng lên miệng lỗ khoan rồi tự chảy tràn ra khỏi lỗ khoan hoặc đợc bơm hút ra bể chứa bùn thải. Biện pháp này phù hợp với nền đất mềm khi bị phá có tỉ trọng tơng đơng với tỉ trọng mùn khoan thì mới có thể đẩy nổi lên trên miệng lỗ khoan đợc. Ưu điểm : tốc độ khoan nhanh, thành lỗ ít bị va chạm xây xát nên ít bị sụt lở, cần khoan gọn, dung dichị khoan có thể tự chảy mà không cần bơm hút. Nhợc điểm : dung dịch khoan rất dể mất nớc do trộn lẫn mùn khoan, dung dịch nở thành bùn nhão, cản trở đầu khoan và cần khoan làm việc.
Biện pháp tuần hoàn nghịch : Dung dịch khoan đợc bơm vào lỗ khoan từ phía trên miệng lỗ và chảy ép xuống đáy tại đây mùn khoan hoà lẫn cùng với dung dịch và đợc thổi ngợc lên dọc theo cần khoan bằng hơi ép và xả ra theo đờng ống dẫn vào bể lắng. Dung dịch bơm quay trở lại sử dụng tiếp, đất thải xả ra ngoài. Ưu điểm : dể bảo vệ thành vách lỗ khoan, đầu khoan hoạt động liên tục nên năng suất cao, mùn khoan chỉ đọng ở dới đáy lỗ khoan, phía trên là dung dịch sạch nên việc vệ sinh lỗ khoan dễ dàng. Nhợc điểm : phải bố trí thêm thiết bị cấp hơi ép, trong quá trình bơm có thể cuốn cả những hòn đá quá cỡ vào ống nên dễ tắc ống. áp dụng : đất nền có lẫn cuội sỏi, khoan vào nền đá, phù hợp với thi công trong điều kiện ngập nớc sâu (thi công trên sàn đạo hoặc hệ nổi).
Sau công việc chọn loại thiết bị khoan thì phải xem xét đến khả năng phải sử dụng ống vách không. Nếu có thì phải chế tạo thông thờng ống vách đợc sử dụng để :
- Giữ thành vách.
- Làm ván khuôn đối với phần cọc ngập trong nớc, cao hơn đáy sông. - Bảo vệ cọc trong trờng hợp sông có vận tốc lớn.
Dung dịch khoan cũng có tác dụng giữ ổn định thành vách. Dung dịch khoan thờng đợc sử dụng hiện nay là dung dịch vữa sét bentonit. Dung dịch này gồm có: nớc, bột sét, CMC và tác nhân phân tán khác. Tác dụng của dung dịch này là tạo ra một lớp màng mỏng trên thành lỗ cọc để chịu áp lực nớc tĩnh đề phòng sập lở. Chiều dày của lớp màng mỏng này thờng từ 1 ữ3mm tuỳ thuộc voà từng loại đất và tính chất của dung dịch. Làm chậm tốc độ lắng xuống của các hạt cát, giữ trạng thái huyền phù nhằm hạn chế cặn lắng đáy lỗ cọc. Cao độ của dung dịch khoan phải cao hơn cao độ mực nớc ngầm hoặc mức nớc tự nhiên, 1 đến 2m. Việc lựa chọn thành phần dung dịch khoan phải đợc tính toán dựa trên nguyên lí cân bằng áp lực ngang, giữa cột dung dịch trong hố khoan và áp lực của đất và n- ớc xung quanh vách lỗ. Đối với lỗ khoan qua tầng đất yếu thì áp lực của cột dung dịch luôn lớn hơn áp lực ngang của đất và nớc bên ngoài.
I.2. Công tác gia công và hạ lồng cốt thép.
I.2.1. Gia công lồng cốt thép.
Lồng cốt thép phải gia công đảm bảo yêu cầu thiết kế về: quy cách chủng loại thép, phẩm cấp que hàn, quy cách mối hàn.
Lòng cốt thép có thể chế tạo sẵn trong nhà máy hoặc tại công trờng. Thông thờng các lòng cốt thép đợc chế tạo tại công trờng để thuận tiện cho việc lắp đặt lồng cốt thép.
Để định vị trí chính xác tâm và tránh sự va chạm của lòng cốt thép với thành vách, cần phải sử dụng thiết bị định tâm và con đệm bao gồm con cữ hoặc con đệm bằng bê tông.
Để phục vụ cho việc kiểm tra chất lợng cọc sau khi thi công xong thì trên các lồng, ngời ta gắn các ống nhựa có đờng kính 5 - 6 công nghiệp phục vụ siêu âm và 10,2 ữ11,4 cm để khoan lấy mẫu.
I.2.2. Hạ lồng cốt thép
Các thao tác dựng và đặt lồng cốt thép vào lỗ khoan phải đợc thực hiện khẩn trơng để hạn chế tôí đa lợng mùn khoan sinh ra trớc khi đổ bê tông. (không đợc quá 1giờ kể từ khi thu don song lỗ khoan)
Khi hạ lồng cốt thép đến cao độ thiết kế phải treo lồng phíatrên để khi đổ bê tông lồng cốt thép không bị uốn dọc và đâm thủng nền đất đáy lỗ khoan. Khoảng cách giữa đáy lỗ khoan và lồng cốt thép là10công nghiệp.
I.2.3. Công tác đổ bê tông:
Sau khi lồng cốt thép đợc hạ vào đúng vị trí thì công việc đổ bê tông đợc tiến hành. Bê tông đợc đa vào từ các trạm trộn tại công trờng hoặc các bê tông thơng phẩm sau đó đổ vào máy bơm bê tông hoặc rót trực tiếp vào phẫu đổ bê tông của phơng pháp ống rút thẳng đứng. Chiều sâu ngập của ống phải lớn hơn 2m nhng phải đảm bảo cho bê tông có thể tụt xuống đợc. Sau khi có đợc những hiểu biết
