- 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
1. ống vách 2 Bêtông 3 Hiệu ứng vòm 4 áp lực đất 5 N−ớc thấm trên mặt bêtông
• Ngoμi ra còn nhiều nguyên nhân khác có thể xảy ra khuyết tật trong cọc bêtông đúc tại chổ, phải l−u ý phòng ngừa:
• N−ớc ở đáy hố khoan vẫn còn sót, ch−a vét hết mùn khoan,..cũng lμ
nguyên nhân lμm cho bêtông phân rời, cọc dễ lún, nhất chân cọc đã đ−ợc mở rộng.
• N−ớc chảy ngầm chung quanh bêtông mới đổ khi rút ống vách sẽ lμm trôi ximăng lớp vỏ ngoμi.
• Các khe, hốc chứa đầy n−ớc ở bên ngoμi ống vách (đ−ợc tạo thμnh khi hạ ống), khi rút ống lên, bêtông sẽ dồn vμo thế chỗ vμ n−ớc có áp sẽ thẩm thấu qua bêtông lμm cho bêtông phân rời.
6.2-Tr−ờng hợp lỗ khoan có n−ớc hoặc dung dịch:
-Nếu không có khả năng hút cạn n−ớc trong lỗ khoan hoặc khi dùng bùn sét, lúc đó trong lỗ cọc khoan lμ 1 cột chất lỏng rất sâu. Do đó ph−ơng pháp đổ bêtông có hiệu quả vμ hay dùng lμ đổ bêtông d−ới n−ớc bằng ống rút thẳng đứng. Thực chất cũng t−ơng tự công nghệ đổ bêtông d−ới n−ớc để bị đáy các hố móng, cọc ống vμ bệ cọc nh−ngởc đây có những đặc điểm riêng: lỗ hẹp, n−ớc sâu vμ có tỷ trọng cao. Do đó, bêtông cần bơm liên tục vμo miệng phểu vμ ống đổ phải kín để tránh n−ớc rỉ lμm thay đổi tỷ lệ N/X trong bêtông.
- Trình tự thi công sau khi khoan vμ kiểm tra lỗ nh− sau: • Thổi rửa lμm vệ sinh lỗ khoan.
• Hạ lồng thép đến cao độ thiết kế.
• Láp phểu vμ hạ ống đổ đến đáy lỗ khoan.
• Khẩn tr−ơng đổ bêtông liên tục vμo lỗ theo ph−ơng pháp rút ống thẳng đứng.
6.2.1-Vệ sinh đáy lỗ khoan:
- Mục đích không để lắng đọng mạt khoan vμ các loại thμnh phần hạt còn sót d−ới đáy hố khoan tr−ớc khi đổ bêtông. Nếu dùng vữa sét vμ dung dịch khoan có thể dễ dμng sục lên để các thμnh phần đó nổi lửng lơ. Nh−ng nếu dung trong dung dịch khoan lớn hơn 1250kg/cm3 vμ hμm l−ợng cát > 10% cũng phải thổi rửa đáy cọc. Nếu không dùng vữa sét, phải hút sạch các chất lắng đọng ra ngoμi bằng các máy hút thủy lực hoặc các erlip cho đến khi thấy n−ớc trong.
- Thời gian cho phép từ khi lμm xong vệ sinh lỗ khoan đến bắt đầu đổ bêtông không quá 3h đối với tr−ờng hợp dùng vữa sét vμ không quá 2h đối với tr−ờng hợp đúc cọc trong n−ớc không có dung dịch khoan hoặc vữa sét.
- Th−ờng dọn vệ sinh đáy lỗ khoan ít nhất 2 lần:
• Lần 1: ngay khi công tác khoan cọc chấm dứt đã phải hút vét hết mạt khoan. Có thể trực tiếp dùng ngay đầu khoan nâng lên 1 chút vμ tiếp tục cho quay, đồng thời hút sạch mạt khoan ra ngoμi cho tới miệng ống xả chỉ có n−ớc trắng.
• Lần 2: ngay tr−ớc khi đặt ống đổ bêtông, dùng máy hút bùn để lần nữa vét sạch những đất đá vμ tạp chất rơi xuống hố khoan vμ lắng đọng trong thời gian nhấc búa khoan, hạ lồng thép.
6.2.2-Hổn hợp bêtông:
- Bêtông đổ d−ới n−ớc th−ờng thiết kế mác 350-400, l−ợng ximăng tối thiểu 350-400kg/1m3 bêtông; độ sụt 12.5-18cm có khi tới 25cm, khi dùng vữa sét cần độ sụt lớn để bảo đảm tính linh động nhất cuối quá trình đổ bêtông.
- Dùng phụ gia hoá dẻo lμ giải pháp tốt nhất tránh đ−ợc hiệu ứng vòm nh−ng phụ gia không đ−ợc có phản ứng hoá học với thμnh phần vữa sét vμ không tác hại đến chất l−ợng bêtông cốt thép; để tránh nguy cơ bêtông đông kết tr−ớc khi rút ống vách có thể dùng phụ gia lμm chậm quá trình nμy.
- Cốt liệu thô, n−ớc, ximăng đều phải xét nghiệm kiểm chứng kèm theo biên bản nghiệm thu. Kích th−ớc lớn nhất của sỏi đá không đ−ợc lớn quá:
• Theo chiều dọc: không lớn hơn 1/4 khoảng cách giữa 2 cốt đai. • Theo chiều ngang: không lớn hơn 1/2 khoảng cách giữa cốt chủ. • Theo chiều dμy lớp bêtông bảo vệ: khống 1/2 chiều dμy.
• Theo đ−ờng kính ống đổ bêtông: không lớn quá 1/4 đ−ờng kính trong của ống.
• Kích cỡ đá dăm khoảng 5-20mm; cát thô có hạt lớn nhất lμ 5mm, hμm l−ợng cát trong vữa bêtông phải <50%;.
• Tỷ lệ N/X khoảng 0.5-0.55, có thể bổ sung phụ gia hoá dẻo để giảm l−ợng ximăng (8-10%) vμ tăng tính linh động của bêtông.
⇒Cốt liệu vμ n−ớc phải đong đo chính xác theo liều l−ợng thiết kế, theo dõi quá trình trộn đổ để kịp thời điều chỉnh l−ợng n−ớc của mẻ trộn.
6.2.3-ống vμ phểu đổ bêtông:
- Thiết bị đổ cũng nh− thiết bị trong ph−ơng pháp đổ rút ống thẳng đứng sao cho khi đổ bêtông đùn liên tục, không tắc nghẽn, không phân tầng, không phân ly cốt liệu vμ vữa ximăng.
- Ngoμi tiêu chuẩn về độ cứng (ống dμy 6-8mm), khi lắp ống phải đảm bảo các yêu cầu sau đây:
• ống đổ vμ các mối nối phải kín vμ khít.
• Mặt ngoμi vμ mặt trong ống phải nhẵn, nếu bám bẩn hoặc bêtông cũ dính sót lại phải lμm sạch.
• Đ−ờng kính trong ống ≥4 lần kích th−ớc cốt liệu thô, đ−ờng kính ngoμi
≤1/2 lần đ−ờng kính thiết kế cọc; th−ờng dùng đ−ờng kính ≥200mm (150mm cho cọc nhỏ).
• Chiều dμi mỗi đoạn ống từ 1-4m đựơc nối nhau theo chiều sâu vừa đủ; tiết điện ống phải đều không móp méo lμm cản trở bêtông di chuyển trong ống.
• Các mối nối phải đảm bảo chặt chẽ, các đốt thẳng hμng không gãy khúc.
• Phểu rót bêtông đủ cứng vμ ghép chặt chẽ với ống đổ bằng ren, bulông, roan cao su,...tháo lắp nhanh vμ dễ dμng, độ dốc phểu từ 60o-80o.
• Nút giữ cấu tạo theo nhiều cách khác nhau, th−ờng bằng cao su có dây treo (gọi lμ cầu) tác dụng nh− đáy tạm thời cũng nh− phanh hãm giữ cho cột bêtông ban đầu tụt xuống từ từ tránh cho bêtông rơi tự do xuống độ sâu rất lớn gây tình trạng phân ly cốt liệu vμ vữa ximăng. Ngoμi ra nó nh− 1 bơm đẩy n−ớc hoặc dung dịch vữa sét trong ống vμ đẩy theo cả mạt khoan còn sót ở đáy lỗ khoan để bêtông t−ơi trμn ra thế chổ→yêu cầu nút giữ khít, vμ dễ tr−ợt.
6.2.4-Trình tự hạ ống rút thẳng đứng vμ đổ bêtông đúc cọc nhồi:
- Nối các đoạn ống theo 1 tổ hợp nhất định, lắp phểu, tiến hμnh điều chỉnh cả hệ bảo đảm đúng tâm lố lhoan vμ không chạm lồng cốt thép; cố định cả hệ vμo các thanh xμ kẹp.
- Thả ống cao su xuống đáy lỗ khoan vμ bơm khí nén áp lực 5atm để sục bùn cát lắng đọng trong 15 phút.
Hình 19: Phểu đổ
- Hệ ống đổ đ−ợc cẩu hạ xuống đáy lỗ khoan, sau đo nâng chừng 20cm để tạo cửa thoát cho bêtông ở chân ống.
- Đặt cầu cách đáy phểu khoảng 0.8m bảo đảm khít vμ thăng bằng trong ống đổ, cầu đ−ợc giữ chắc chắn bằng 1 sợi thép φ2-3mm.
- Bơm bêtông đầy phểu, tránh bơm trực tiếp vμo đúng nút hãm lμm nút nghiêng lệch hoặc lật úp.
- Cắt sợi dây thép treo nút, bêtông sẽ đẩy nút tr−ợt theo ống xuống d−ới trong khi đó bêtông vẫn đ−ợc bơm liên tục vμo phểu.
- Từ từ hạ ống cho ngập trong bêtông nh−ng vẫn đảm bảo tốc độ di chuyển của bêtông trong ống (th−ờng chậm để bêtông không bị phân tầng ≤120mm/s). - Khi độ sâu của ống trong bêtông quá 2m vμ tốc độ bêtông trong giảm nhiều
có thể rút ống lên 1 chút. Tốc độ di chuyển của bêtông trong ống nhanh hay chậm đ−ợc điều chỉnh bằng cách rút hoặc hạ ống từ từ theo ph−ơng đứng, tuyệt đối không rút ống khỏi bêtông; ống đổ ngập sâu trong bêtông ít nhất 2m vμ không lớn quá 5m.
- Tốc độ cung cấp bêtông ở phểu cũng phải giữ điều độ phù hợp vận tốc di chuyển trong ống. Nếu cung ứng nhanh, bêtông sẽ trμn miệng phểu vμ rơi xuống lỗ khoan gây khó khăn việc xác định cao độ của mặt bêtông trong quá trình đúc cọc. Nếu chậm quá gây nhiều hậu quả xấu, dòng bêtông có thể bị gián đoạn...
- Nâng hạ ống hết sức nhẹ nhμng nếu không dung dịch bùn đất vμ mạt khoan sẽ trộn lẫn vμo trong bêtông, nhất lμ khi có hiện t−ợng lắc ngang,...
- Nếu bêtông không di chuyển, ống bị tắc nghẽn. Lúc nμy cấm không đ−ợc lắc ngang hoặc dùng xμ beng gõ, đập vμo ống đổ mμ chỉ đ−ợc sử dụng vồ gỗ đồng thời nâng hạ ống lên xuống nhanh tạo ra lực quán tính lμm cho bêtông tiếp tục ra vμ khắc phục đ−ợc hiện t−ợng trong ống. Chú ý việc nâng ống không đ−ợc rút ra khỏi bêtông vμ luôn ngập trong bêtông ít nhất lμ 1m. Trong tr−ờng hợp không giải quyết đ−ợc phải dùng phụ hoá hoá dẽo vμ phụ gia chậm đông kết bêtông.
- Phải luôn theo dõi sự liên tục của cột bêtông trong lỗ khoan bằng cách so sánh thể tích lỗ khoan với khối l−ợng bêtông đã đổ trong từng thời đoạn thi công.
- Đoạn 1.5m đầu cọc phải đ−ợc đầm rung để đảm bảo độ chặt với cấp phối thiết kế.
- Một hiện t−ợng hấu hét xảy ra khi đúc cọc tại chổ bằng ống rút thẳng đứng ở giai đoạn cuối cùng lμ vữa ximăng nổi lên trên mặt bêtông 1 lớp khá dμy. Vì vậy phải dự kiến khắc phục:
• Tiếp tục đổ bêtông cho đến lúc mực bêtông trong lỗ khoan cao hơn đỉnh cọc để đảm bảo sau khi đập đầu cọc chất l−ợng bêtông còn lại đạt yêu cầu về c−ờng độ.
• Tốt nhất lμ ngăn cản sự hình thμnh lớp vữa ximăng trên bằng cách mở cửa sổ trên ống vách để nó tự trμn ra ngoμi (tr−ờng hợp không rút vách).
-Xuất phát từ đặc điểm công nghệ thi công cọc khoan nhồi, nếu không có kinh nghiệm trong thi công cũng nh− thiết kế thì th−ờng gặp rất nhiều sự cố xảy ra trong quá trình thi công dẫn đến việc ảnh h−ởng chất l−ợng khai thác công trình vμ các sự cố kỹ thuật th−ờng rất khó phát hiện bằng mắt th−ờng. -Mức độ h− hỏng có thể từ nhỏ đến lớn vμ có thể sửa chữa đ−ợc hoặc không thể
mμ phải thay thế cọc khác. Vì vậy, nếu công trình gặp sự cố sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng nh−: lμm tăng giá thμnh vμ kéo dμi thời gian thi công, đôi khi phải hủy bỏ ph−ơng án thi công cọc khoan nhồi mμ phải thay thế bằng giải pháp móng cọc khác có thể rất tốn kém vμ không kinh tế.
-Các ví dụ về sự cố về cọc khoan nhồi thi công trong môi tr−ờng đất, công nghệ khoan tạo lỗ vμ đổ bêtông:
• Cọc khoan nhồi đ−ờng kính 1m dμi 37m của Nhμ lμm việc 10 tầng của Tổng CTXDCT Giao thông 6 bị sự cố: khối l−ợng bêtông thực tế nhiều hơn rất nhiều so với khối l−ợng bêtông tính toán theo kích th−ớc lỗ khoan.
• Cọc khoan nhồi đ−ờng kính 0.80m dμi 44m của Nhμ máy ximăng Cần Thơ bị sự cố: khối l−ợng bêtông thực tế nhiều hơn rất nhiều so với khối l−ợng bêtông theo kích th−ớc lỗ khoan.
• Cầu Bình Điền bị sự cố: không hạ hết đ−ợc chiều dμi lồng thép theo thiết kế, vμ sau đó quyết định rút lồng thép lên để thổi rửa lại nh−ng cũng không rút lên đ−ợc, mặc dù tr−ớc khi hạ lồng thép đã có công đoạn thổi rửa vμ kiểm tra chiều sâu lỗ khoan. Nguyên nhân chủ yếu do đất vách hố khoan bị sụt lở nhiều trong quá trình hạ lồng thép lμm trồi dột ngột đáy hố khoan chôn vùi 1 đoạn lồng thép trong thời gian chờ đợi quyết định xử lý do đó lồng thép không rút lên đ−ợc.
7.1-Các h− hỏng th−ờng xảy ra trong cọc khoan nhồi:
7.1.1-Các h− hỏng ở mũi cọc:
-H− hỏng nμy th−ờng rất hay xảy ra do bùn khoan lắng đọng ở đáy hố khoan vμ đất d−ới mũi bị xáo động vμ bị dẻo nhão do bentonite hấp thụ. H− hỏng nμy rất quan trọng đối với cọc đ−ợc thiết kế lμm việc có sự tham gia chịu lực của sức kháng mũi cọc, nhất lμ cọc có mở rộng chân cọc vì lμm giảm c−ờng độ tại bêtông mũi cọc vμ giảm khả năng chịu lực do lún nghiêm trọng gây ra.
-Những h− hỏng nμy có thể lμ:
• Bêtông mũi cọc bị xốp lμm giảm chất l−ợng bêtông mũi cọc, có thể sửa chữa bằng cách phun vữa ximăng.
• Giảm sức kháng mũi cọc: do sự tiếp xúc mũi cọc với đất nền bị gián tiếp bởi lớp bùn lắng ở đáy hố khoan, hoặc do sự thay đổi thμnh phần của đất d−ới mũi cọc.
7.1.2-Các h− hỏng ở thân cọc:
-Những h− hỏng nμy chủ yếu lμ tính không liên tục của thân cọc nh−:
• Thân cọc phình ra hoặc dạng rẽ cây lμm cho khối l−ợng bêtông cọc tăng lên rất nhiều do sự cố sập thμnh vách lỗ khoan, hoặc do từ biến của lớp đất yếu d−ới tác dụng đẩy của bêtông t−ơi.
• Thân cọc có hang hốc, rỗ tổ ong lμm giảm khả năng chịu tải của cọc theo vật liệu do sự l−u thông của n−ớc ngầm lμm trôi cục bộ bêtông t−ơi hoặc do bêtông không đủ độ sụt cần thiết.
• Bêtông thân cọc bị đứt đoạn bởi thấu kính đất nằm ngang hoặc lẫn bùn đất, lẫn vữa bentonite trong thân cọc do có sự cố sập thμnh vách trong lúc đổ bêtông, hoặc nhấc ống đổ bêtông lên quá cao.
• Thân cọc tiếp xúc gián tiếp với đất vách bởi lớp sét nhão −ớt.
→ Các h− hỏng nμy nếu phát hiện trong quá trình siêu âm thì phải tiến hμnh khoan lõi cọc. Những h− hỏng trong cọc khoan nhồi nμy lμ do lẫn bùn đất, dung dịch bentonite (bêtông có mμu vμng nhạt) vμ tất cả bị đứt gãy khi khoan lấy lõi.
7.1.3-Các h− hỏng ở phần trên đầu cọc:
-Bêtông đầu cọc bị xốp do bọt tạp chất, ximăng nhẹ nổi lên trên mặt bêtông.
7.2-Các sự cố vμ nguyên nhân xảy ra sự cố trong cọc khoan nhồi:
7.2.1-Trong công đoạn khoan tạo lỗ:
-Các sự cố:
• Vị trí lỗ khoan bị v−ớng phải vật cản nh− cọc thép, dầm thép hình, BTCT,... nằm sâu trong lòng đất gây nhiều khó khăn cho việc khoan tạo lỗ đôi khi không thể trục vớt các vật cản lên đ−ợc.
• Không hạ đ−ợc ống vách đến cao độ yêu cầu hoặc khoan không xuống do gặp đá mồ côi hoặc các vật cản khác.
• Sập thμnh vách lỗ khoan: đ−ợc phát hiện qua việc kiểm tra đ−ờng kính lỗ khoan, hoặc sự trồi lên đột ngột của đáy lỗ khoan; hoặc khối l−ợng đổ bêtông đầy cọc lớn hơn rất nhiều so với tính toán,...
• Dung dịch bentonite đông tụ nhanh vμ nhiều xuống đáy lỗ khoan: đ−ợc phát hiện qua việc đo kiểm tra bề dμy của lớp bùn lắng đọng ở đáy lỗ khoan, hoặc từ việc kiểm tra chất l−ợng dung dịch,...
• Lớp mμng sét bám quanh vách hố khoan quá dμy: đ−ợc phát hiện qua việc thử tải tĩnh của sức chịu tải do sức kháng hông rất thấp,...
-Các nguyên nhân:
• Sự cố không hạ đ−ợc ống vách đến cao độ yêu cầu hoặc khoan không xuống:
o Nguyên nhân sự cố nμy đã nói trên. Gặp sự cố nμy có thể dùng loại gμu thích hợp để phá vật cản nμy rối tiếp tục hạ tiếp, hoặc dùng các thiết bị khoan cắt, trục vớt vật cản lên.
o Đối với những tr−ờng hợp đặc biệt không thể trục vớt vật cản lên đ−ợc phải dịch chuyển vị trí cọc khoan nhồi hoặc phải thay đổi ph−ơng án cọc khoan nhồi bằng loại móng cọc khác.
• Sự cố sập thμnh vách lỗ khoan:
o Khi khoan gặp tầng đất quá yếu lại không có ống vách:
Tầng đất yếu th−ờng có môđun biến dạng Eo < 50kg/cm2, góc nội ma sát ϕ < 10o, hệ số nén a > 0.05cm2/kg, độ sệt B > 0.75, sức kháng xuyên mũi qc ≤ 4kg/cm2, chỉ số xuyên tiêu chuẩn của đất N ≤ 4.
Qua kinh nghiệm thi công ở vùng có địa chất nêu trên thì đều ở trạng thái dẻo chảy đến chảy. Vì vậy khi khoan tạo lỗ sẽ gây hiện t−ợng sập thμnh vách nếu không có ống vách mặc dù có