- Cọc khoan nhồi mở rộng chân có khả năng hạ giá thμnh do chiều sâu khoan cọc giảm vμbớt đ−ợc bêtông cọc Cần so sánh thờ
Sử dụng búa rung đóng ống vách xuống kết hợp với việc lấy đất bên trong lòng ống vách bằng máy khoan, gμ u ngoạm
hoặc hút bùn.
3.2.2-Vữa sét (bùn khoan):
-Ngoμi giải pháp dùng ống vách, để giữ ổn định lỗ khoan chống sập lở, trong công nghệ khoan nhồi th−ờng dùng vữa sét có tỷ trọng cao: dung dịch bentonite, 1 dung dịch có hạt rất mịn, hoạt tính vμ các xúc biến cao, tỷ trọng lớn hơn n−ớc.
- Nói chung, trong công nghệ cọc khoan nhồi vữa sét có các tác dụng chính sau:
• Giữ cho vách khoan đ−ợc ổn định, không bị sạt lở vì do:
o Vữa sét có tính xúc biến cao chui vμo kẽ giữa các hạt rời tạo thμnh mμng liên kết dμy 2-4mm bọc quanh vách lỗ khoan.
o Nó có tỷ trọng lớn nên tạo ra áp lực ngang đủ đảm bảo điều kiện cân bằng cơ học cho phần tử vách.
• Lμ dịch thể có tỷ trọng cao vμ ở trạng thái sệt, lực đẩy nổi lμm cho mạt khoan vμ cát đá không lắng chìm đ−ợc d−ới đáy hố khoan→nên lấy đ−ợc dễ dμng vμ do không v−ớng mạt khoan ở đáy lỗ→nên đẩy nhanh tốc độ khoan nhất lμ khoan choòng. Khi mở rộng chân cọc nhất thiết phải dùng vữa sét hoặc dung dịch khoan.
- Dung dịch vữa sét trong cọc khoan nhồi phải đảm bảo các chỉ tiêu sau:
• Tỷ trọng phải lớn để tạo ra áp lực tác dụng lên vách lỗ khoan giữ ổn định thμnh vách → dung dịch bentonite có tỷ trọng 1.05-1.25kg/cm3, các dung dịch khác 1.15-1.35kg/cm3.
→ Chỉ tiêu nμy đ−ợc đo bằng tỷ trọng kế ở hiện tr−ờng.
• Để chống sự lắng đọng của mạt khoan, dung dịch có độ nhớt Marsh từ 1-20s đến 30-36s, đây lμ 1 đặc điểm biểu thị tính linh động dung dịch.
→ Chỉ tiêu nμy đ−ợc xác định bằng côn Marsh hoặc đo bằng thời gian chảy của 500cm3 dung dịch qua phểu chuẩn.
• Độ pH của n−ớc cao hay thấp đều có khả năng ảnh h−ởng chất l−ợng dung dịch vì gây ra phản ứng hoá học. Độ pH cho phép từ 7-9.5. Vùng n−ớc lợ vμ n−ớc mặn dung dịch sẽ bị phân huỷ→phải xử lý tr−ớc khi sử dụng.
• Độ phân tầng lớn sẽ gây ra kết tủa cơ học (tách n−ớc). Độ phân tầng 1 ngμy đêm không lớn hơn 4-8%; đây lμ 1 đặc tr−ng cho tính ổn định cấu trúc của dung dịch.
→ Đo bằng trọng l−ợng n−ớc trên mặt dung dịch trong ống nghiệm sau 1 ngμy đêm.
• Độ thất thoát n−ớc biểu thị khả năng ổn định hμm l−ợng n−ớc khi tiếp xúc với đất đá. Trị số thất thoát cho phép khoảng 10-25cm3 sau 30phút, nếu lớn hơn sẽ thay đổi chất l−ợng dung dịch vμ tạo ra lớp vỏ dμy bọc xung quanh lỗ khoan quá 4mm.
→ Chỉ tiêu nμy đo bằng hiệu tỷ trọng của 2 nửa cột dung dịch ở phía trên vμ phía d−ới 1ống đặc biệt có mở khoá ở giữa trong 1 ngμy đêm.
• ứng suất cắt tĩnh lμ đặc tr−ng độ bền cấu trúc vμ tính xúc biến của dung dịch, trị số nμy khoảng 15-40mg/cm2.
• Hμm l−ợng cát trong dung dịch phải <8% theo trọng l−ợng vμ độ lắng cát phải ≤5%.
- Chú ý:
• Cμng khoan sâu vữa sét cμng giảm mật độ vì các hạt sét đã xâm nhập vμo những lỗ rỗng để tạo vách→phải bổ sung vμ điều chỉnh tỷ lệ thμnh phần vữa sét trong lỗ khoan.
• Nếu mực dung dịch tụt đột ngột phải dừng khoan để tìm nguyên nhân vμ có biện pháp xử lý kịp thời.
- Bơm vữa sét vμo lỗ khoan th−ờng dùng các loại máy bơm chuyên dụng, áp suất có thể tới 49MPa, bơm đến 1 khối l−ợng vữa sét 1403lít/phút.
- Quá trình khoan có 3 việc chính: khoan phá cấu trúc đất đá, lấy phôi khoan ra khỏi lỗ vμ gia cố chống sạt lỡ vách khoan. Tùy theo điều kiện địa chất thủy văn cụ thể, trong xây dựng cầu có thể dùng các ph−ơng pháp sau:
4.1-Công nghệ dùng ống vách:
- ống vách th−ờng lắp chân xén bằng hợp kim cứng vμ sắc. Khi xoay ống, trọng l−ợng bản thân vμ kích nén lμm cho ống hạ dần xuống→thả gμu ngoạm kiểu búa nặng xuống để phá vμ đμo lấy đất trong ống vách ra, ống vách có tác dụng ngăn không cho đất bên ngoμi sạt lỡ vμo lỗ đμo.
- Tr−ờng hợp gặp đất chặt hoặc đá, dùng gμu ngoạm không hiệu quả, tốt nhất dùng đầu khoan choòng.
- Đất đá lẫn sỏi cuội, đá mồ côi,...th−ờng gây khó khăn cho công việc khoan tạo lỗ theo công nghệ nμy. Những năm gần đây, gμu ngoạm đcợc chế tạo đặc biệt nhằm lμm cho hμm cứng hơn để phá đất đá vμ tạo lỗ. Nếu khối đá kích cỡ nhỏ từ 10-50cm, dù kẹt d−ới chân ống vách cũng có thể ngoạm lên đ−ợc sau khi lừa khối đá vμo trong ống 1 cách khéo léo (rút nhẹ vμ xoay ống vách để lái khối đá vμo bên trong).
-Nếu gặp khối đá lớn không đ−a đ−ợc ống vμo, có thể phá đá bằng ph−ơng pháp khác: dùng thuốc nổ nh−ng khống chế mức tối thiểu từ 30-100g cho mỗi ngòi nổ rồi dùng gμu ngoạm đμo lên; tr−ờng hợp không đ−ợc gây nổ phải dùng máy phá đá có l−ỡi đục tất cả nặng 4tấn hoặc có thể dùng hoá chất.
- Nguyên tắc hạ ống vách ở nơi đất cứng: tr−ớc khi hạ phải cho đầu khoan đi tiền trạm 1 đoạn nếu cần còn phải đμo rộng thêm ra khoảng 20cm để ống vách bớt cản lực sẽ dễ dμng tụt xuống. Đối với đất dính, việc đμo tiền trạm sẽ dễ dμng vμ sâu hơn có khi đến 6m. Đối với đất rời dễ lún sụt, đất sét yếu hoặc phù sa thì không những tránh đμo tiền trạm mμ còn phải đảm bảo ổn định của đất trong ống vách không bị trồi.
-Khi khoan vμ hạ ống vách th−ờng xảy ra các tr−ờng hợp sau:
• Trong lớp đất cát sỏi ngậm n−ớc, nếu đμo tiền trạm cát sẽ đùn vμo lμm cho đất xung quanh bị rời rã vμ tạo những khe rỗng bên ngoμi ống vách. Mặc nhiên, đ−ờng kính cọc sẽ rộng hơn đ−ờng kính danh định, ảnh h−ởng tới khối l−ợng bêtông đúc cọc sau nμy. Cho nên th−ờng phải bơm thêm n−ớc vμo lỗ khoan, tạo độ chênh mực n−ớc trong lỗ khoan cao hơn mực n−ớc ngầm bên ngoμi để khắc phục hiện t−ợng trên.
• N−ớc trong ống vách (nếu có) sẽ cản trở vμ lμm giảm năng suất của gμu ngoạm: tốc độ rơi tự do chậm hơn, động năng khi cắm vμo đất giảm nhiều, không đủ sức ngoạm 1 khối l−ợng đất đầy gμu. Do đó cần khắc phục bằng cách ghép thêm 1 trọng l−ợng bổ sung vμo gμu ngoạm phù hợp với sức cẩu của máy. Hiện nay, những gμu ngoạm có gắn máy chấn động đã đ−ợc sử dụng để lμm việc d−ới n−ớc rất hiệu quả.
4.2-Công nghệ dùng máy khoan vận hμnh ng−ợc:
- Thực chất công nghệ nμy lμ dùng cần khoan để hút dung dịch hổn hợp mùn mạt khoan vμ vữa sét bằng nhiều cách khác nhau: máy hút thuỷ lực, erlip, bơm chìm, phun n−ớc vòi xói,...
- Trong công nghệ nμy, th−−ờng dùng các đầu khoan đặc biệt gồm 3 phần cơ bản: phần cố định, phần chuyển động vμ phần các mũi dao. Trục hoặc cần khoan đ−−ờng kính khoảng 15cm có tác dụng treo đầu khoan vμ lμm ống hút dung dịch lẫn phôi mạt khoan ra ngoμi.
- Tùy theo địa chất có thể sử dụng những loại đầu khoan:
• Đối với đất có trị số SPT N<50, th−ờng dùng loại đầu khoan 4 hoặc 3 cánh hμm, răng bịt hợp kim cứng.
• Đối với đất đá rắn, dùng đầu khoan kiểu bánh răng có tính năng lμ mũi dao đ−ợc chế tạo từ hợp kim cứng có khả năng khoan vμo đá c−ờng độ tới 70MPa, có khi tới 97MPa. Các bánh răng của đầu khoan tạo ra các chuyển động quay cho muic dao trung tâm vμ 3 mũi dao vệ tinh. Quỹ đạo của các mũi vệ tinh có dạng đặc biệt, đảm bảo các vết xén không trùng nhau, mμ chỉ chờm vết sau lên vết tr−ớc; đồng thời lùa đ−ợc phối khoan vμo ống rỗng của cần khoan vμ đ−ợc hút ra ngoμi (vận hμnh ng−ợc).
• Đối với loại nham thạch mềm hơn, c−ờng độ khoản 30MPa, có thể dùng đầu khoan kiểu gμu ngoạm vμ đầu khoan kiểu bánh răng.
• Tr−ờng hợp dùng đầu khoan kiểu bánh răng nếu gặp đá mồ côi sẽ khó khăn, cho dù ống rỗng của cần khoan dùng tới mức tối đa khoảng 326mm. Do đó th−ờng phải dùng gμu ngoạm hoặc đầu khoan bánh răng đặc biệt để phá đá. Nếu đá mồ côi nằm t−ơng đối nông, có thể dùng thợ lặn xuống phá đá, hoặc đóng ống vách vμ bơm hút n−ớc để phá đá bằng các biện pháp thông th−ờng.
- Trong công nghệ khoan vận hμnh ng−ợc có thể không dùng ống vách mμ
- Tốc độ khoan tạo lỗ vμ tốc độ của bμn quay phải điều chỉnh phù hợp loại đất đá vμ đ−ờng kính đầu khoan. Nếu quay nhanh quá → hoặc trục khoan sẽ bị rung lắc (đá rắn), hoặc lỗ đáy ống của trục khoan có thể bị tắc đồng thời không đủ thời gian hình thμnh mμng bùn vμ cũng có thể phá vỡ mμng sét đang lọt vμo bít những lỗ rỗng trong các hạt đất.
- Nếu không đủ đảm bảo ổn định thμnh vách đμo, phải bổ sung vữa sét bentonite hoặ dung dịch CMC,... cần cho khoan tạo lỗ.
- Khi máy hoạt động sẽ không tránh khỏi hiện t−ợng văng ngang của đầu khoan. Vì không dùng ống vách nên đ−ờng kính lỗ khoan th−ờng bị rộng hơn so với đ−ờng kính thiết kế, khối l−ợng bêtông sẽ tăng thêm. Trong đất rời đ−ờng kính lỗ khoan tất nhiên lớn hơn trong đất dính. Những đầu khoan có lắp bộ ổn định sẽ tránh đ−ợc hiện t−ợng nμy.
4.3-Công nghệ khoan lỗ bằng đầu khoan đμo đất:
- Đầu khoan đất kiểu gμu rất đ−ợc thông dụng để đμo đất. Gμu có trọng l−ợng khá nặng vμ trang thiết bị các l−ỡi xén đất hoặc nhiều mũi dao dể phá vật ch−ớng ngại vμ mở rộng lỗ khoan, nhờ trọng l−ợng nμy mμ các mũi dao vμ
l−ỡi xén khi quay quanh trục khoan sẽ xén đất theo đ−ờng cắt nhất định, các mũi dao có thể tiện đứt rễ cây hoặc phá các tảng ch−ớng ngại vật khác nh− bêtông, gạch vụn. Tuy nhiên, khi gặp các loại đá mồ côi th−ờng đầu khoan khó giải quyết mμ phải dùng những biện pháp đã nêu trên.
- Mũi khoan chủ yếu để xén vμ cắt đất yếu thông th−ờng, nên khi gặp đất chặt hoặc lẫn nhiều cuội sỏi, l−ỡi xén hay các mũi dao của gμu khoan dex bị sứt mẻ hoặc mau mòn, tuy rằng cũng đã bịt hợp kim rất cứng. Phải định kỳ thay thế lớp bịt mũi dao khi quá mòn hoặc bị gẫy, nếu không năng suất giảm, đồng thời trục khoan cũng dễ bị mμi mòn vì lệch tâm.
- Khi khoan trên cạn, có thể không cần dung dịch khoan hoặc n−ớc, vách khoan vẫn ổn định→gμu sẽ phát huy toμn bộ năng suất nh−ng nếu khoan với tốc độ nhanh th−ờng để lại vết lõm xoắn ốc trên vách lỗ khoan khó suy ra thể tích bêtông cần theo dõi.
- Khi khoan nơi có n−ớc ngầm hoặc n−ớc mặt, tốt nhất lμ dùng dung dịch vữa sét hoặc các loại bùn hoá học để giữa ổn định vách khoan. Nếu khoan trong đất sét, á sét có thể chỉ dùng n−ớc bơm bổ sung vμo lỗ, giữ cố định mực n−ớc trong ống cao hơn bên ngoμi khoảng 2m.
- Tránh di chuyển gμu khoan quá nhiều lần trong lỗ đμo, nhất lμ nhấc hạ quá nhanh để giảm bớt tổn hại cho vách khoan do xáo trộn nhiều, hình thμnh dòng chảy khá mạnh ở giữa gμu khoan vμ vách đμo, đồng thời sinh ra sự chệnh lệch áp lực giữa 2 không gian trên vμ d−ới gμu khoan.
4.4-Vấn đề an toμn lao động vμ đảm bảo chất l−ợng khi khoan cọc:
- Qua các lớp đất yếu vμ rời rạc nên chống sạt lở bằng ống vách tạm thời, trong khi đổ bêtông có thể rút dần lên để dùng cho cọc khác.
- Mặt trong ống vách không đ−ợc có đất dính bám, nhất lμ tr−ớc khi đổ bêtông đúc cọc.
- ống vách cần hạ xuống lớp đất không thấm n−ớc ở độ sâu đủ để n−ớc không thấm vμo lỗ khoan kể từ lúc vệ sinh đáy lỗ cho tới khi bêtông đúc cọc đã cao hơn mực n−ớc ngầm.
- Khối l−ợng đất đá lấy ra phải phù hợp với thể tích lý thuyết, căn cứ vμo mức độ nh− thừa sẽ đánh giá mức độ ổn định của lỗ khoan.
- Cần so sánh đất đá lấy ra khỏi lỗ khoan với số liệu thiết kế. Khi cần thiết nhất lμ khi tới đất tốt đặt chân cọc, cần lấy mẫu đất thí nghiệm để kiểm tra số liệu thiết kế.
- Nếu lỗ khoan nông vμ đ−ờng kính nhỏ mμ ng−ời không thể xuống đ−ợc, lúc đó phải dùng đèn chiếu rọi xuống lỗ khoan. Nếu ch−a sạch hết đất đá, vụn khoan cần vệ sinh lại.
- Khi khoan lỗ đủ rộng nên cho ng−ời xuống thị sát ngay tr−ớc khi đổ bêtông. Nếu không khả năng đổ bêtông khô (do không hút hết n−ớc) phải chuyển sang ph−ơng pháp ống đổ rút thẳng đứng.
- Thời gian lúc khoan đến khi đúc cọc không để kéo dμi quá 6h. Thời gian sau khi lμm vệ sinh đáy lỗ khoan tới khi đổ bêtông còn quy định chặt chẽ hơn. - Nếu có ng−ời xuống lμm việc ở đáy lỗ khoan, phải treo 1 ống nhỏ hơn lỗ
khoan 1 chút để bảo vệ an toμn cho công nhân không bị th−ơng vong do đất đá vách hố khoan sụt lở. Bản thân ống treo cũng phải cột buộc chắc chắn vμ
miệng ống phải nhô cao khỏi mặt đất, bảo vệ dụng cụ vμ đất đá không rơi vμo lỗ khoan.
- Công nhân lμm việc trong hố khoan phải đội mũ vμ đeo dây bảo hiểm để khi bị th−ơng hoặc gặp hơi ngạt có thể kéo lên nhanh chóng để cấp cứu.
- Khi có ng−ời lμm việc d−ới đáy lỗ khoan, trên mặt đất phải bố trí ng−ời cảnh giới, túc trực th−ờng xuyên, bảo đảm không cho 1 vật dụng nμo để gần lỗ khoan. Phải giữ tuyệt đối an toμn trong khi vận chuyển bất cứ 1 vật dụng nμo xuống lỗ khoan do yêu cầu công việc.
- Cần kiểm tra th−ờng xuyên để phát hiện hơi độc ở lỗ khoan, nhất lμ đi qua lớp than bùn hoặc đất có lẫn chất hữu cơ; đặc biệt tại các vùng khai thác khí đốt hoặc có đ−ờng ống dẫn khí cũ mới đều xem xét. Đèn an toμn vμ các máy dò khí độc cũng phải luôn luôn mang theo khi kiểm tra vμ lμm việc d−ới lỗ khoan cọc.
4.5-Thổi rửa lỗ khoan:
-Vệ sinh đáy vμ thμnh lỗ khoan tr−ớc khi đúc cọc lμ 1 việc rất quan trọng vì:
• Các lớp mạt khoan, đất đá vμ dung dịch vữa sét sẽ lắng đọng tạo ra 1 lớp đệm yếu d−ới chân cọc khi chịu lực sẽ lún.
• Nếu không đùn hết cặn lắng, khi đổ bêtông sẽ tạo ra những ổ mùn đất lμm giảm sức chịu tải của cọc.
→ Vì vậy, khi khoan xong cũng nh− tr−ớc kho đổ bêtông phải thổi rửa sạch lỗ khoan.
- Ph−ơng pháp thổi rửa tuỳ thiết bị vμ công nghệ khoan cọc, nh−ng th−ờng phải tiến hμnh theo 2 giai đoạn:
• Giai đoạn 1: Ngay sau khi kết thúc khoan tạo lỗ, phải đ−a hết các mạt khoan vμ sỏi cát hạt thô ra ngoμi. Đối với công nghệ dùng ống vách: sau khi khoan xong 20-30 phút→chờ lắng đọng→dùng gμu ngoạm lấy lên vμ cuối cùng bơm hút n−ớc tới khi n−ớc xã không còn lẫn cát sỏi. Đối với công nghệ khoan vận hμnh ng−ợc: sau khi kết thúc công việc khoan lỗ→ cho máy chạy không tải 10 phút→mở bơm hút tới khi chỉ còn n−ớc trắng thải ra ngoμi. Đối với công nghệ dùng đầu khoan kiểu thùng: sau 1 thời gian cặn lắng đọng→dùng l−ỡi xén gạt vμo thùng vμ
• Giai đoạn 2: Tr−ớc khi đổ bêtông cần đẩy ra ngoμi tất cả các hạt mịn còn lại ở trạng thái lơ lững bằng ống hút dùng khí nén. Miệng phun khí