Chương 4: THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG
4.1 Tiến trình thực nghiệm khoan cọc
Thực nghiệm tại hiện trường phải tuân thủ các quy định về an tồn lao động, cĩ sự giám sát chặt chẽ về chất lượng của người nghiên cứu. Quá trình thi cơng cọc được thực hiện theo lưu đồ và các thiết bị sau:
Lưu đồ thực nghiệm hiện trường
cần khoan, mũi khoan, vật liệu cho cọc,... như mơ tả trong Hình 4.2
Trang 80
4.1.1 Cơng tác chuẩn bị
Mặt bằng bố trí hố khoan
Q trình khoan thực nghiệm tác giả tiến hành khoan 3 hố khoan khác nhau và khoảng cách giữa các hố là 3m với sơ đồ hình tam giác. Mặt bằng và vị trí cọc khoan thể hiện trong Hình 4.3.
Hình 4.3: Vị trí các hố khoan
Khoan khảo sát địa chất
Để đánh giá trực tiếp trước khi tiến hành tại khu vực thực nghiệm, tác giả đã tiến hành khoan khảo sát lại một lần nữa tại vị trí khoan cọc CFA (Hình 4.4). Mục đích của việc khoan khảo sát này nhằm đánh giá chính xác qua quan sát trực tiếp mẫu đất lấy được. Thí nghiệm đĩng SPT cũng được thực hiện ngay sau khi lấy mẫu và chiều sâu hố khoan là 6m, số lần đĩng SPT là 03 lần tại độ sâu 1m, 2m, 3m,4.5m và 6m. Qua thực nghiệm khoan khảo sát cho thấy mơ tả của mẫu đất tại vị trí tương đương với kết quả như báo cáo khảo sát
Trang 82 Vật liệu cho cọc:
Vật liệu sử dụng cho cọc báo gồm nước, xi măng, cát, đá, phụ gia được trộn với cấp phối theo TCVN 4316: 2003 và TCVN 5574 : 2012.
Hình 4.5: vật liệu choc cọc CFA và cọc khoan nhồi
- Vữa: Vữa được sử dụng trong thực nghiệm này theo tiêu chuẩn TCVN 4316:
2003 và TCVN 4314: 2003 cĩ mác M7,5 cĩ ường độ chịu nén trung bình 7.5Mpa. Với việc bơm vữa liên tục và thi cơng rất nhanh (một cọc mất khoảng 3-5 phút), khả năng ling động của vữa cịn rất tốt.
Bảng 4.1: Cấp phối vật liệu cho 1m3 vữa xi măng – cát mịn Vật liệu dùng cho 1m3 Xi măng (Kg) PC40 Cát vàng (m3) ML 2 Thể tích Trộn M7,5 296,03 1,12 0.147m3/cọc
- Bê tơng: Bê tơng B15 (M200) đá 1x2 trộn thủ cơng sử dụng được lấy theo
tiêu chuẩn TCVN 5574 : 2012 như sau:
Bảng 4.2: Cấp phối vật liệu cho 1m3 bê tơng Vật liệu dùng cho 1m3 Đá dăm (m3) Cát vàng (m3) Xi măng PCB4 (Kg) Thể tích Trộn B20 0,86 0,483 278 0.15m3/cọc
- Cốt thép trong cọc: Cốt thép dọc đĩ đường kính 12mm và thép đai đường
kính 6mm với khoảng cách giữa các đai là 150mm. Cốt thép được lắp dựng hình trụ vuơng với các thơng số như sau:
Hình 4.6: Bố trí cốt thép cho trong cọc
Lắp đặt dàn khoan và mũi khoan.
Mũi khoan được chế tạo và gắn trực tiếp vào cần khoan của dàn khoan XY. Một khĩ khăn trong thao tác tháo lắp thiết bị nối mũi khoan chính là thiết bị tháo lắp do đĩ phải đào 1 hố rộng 1x1x1.2 (m) để cĩ thể thi cơng. Đây chính là một khĩ khăn lớn trong thao tác thay mũi khoan trong một khơng gian
Trang 84
thao tác hẹp tốn thời gian và làm ảnh hưởng nhiều đến tiến độ chung. Hình 4.7 mơ tả quá trình lắp đặt mũi khoan CFA và dàn khoan XY1.
số liệu về quá trình trồi đất, nở hơng của đất trên bề mặt lỗ khoan theo các nội dung trong Bảng 4.3 và Hình 4.8.
Trang 86
Bảng 4.3: Các thơng số quan trắc và đo trong khi thi cơng cọc
STT Thơng số Nội dung
1 Phạm vi đất trồi đứng Đo chiều cao đất tương ứng với chiều cao
5cm/lần
2 Phạm vi đất trồi ngang Đo chiều ngang cuối cùng khi đạt chiều sâu
thiết kế
3 Tốc độ quay Tương ứng với từng cấp số trong thao tác máy
4 Lực nén Ghi số liệu trên đồng hồ đo áp lực
5 Áp lực vữa
Ghi số liệu qua đồng hồ đo áp lực
Đồng hồ đo áp lực đã được kiểm định theo quy định của nhà sản xuất
6 Chiều sâu khoan cọc Đo chiều sâu trong một khoảng thời gian,
hoặc thời gian cho một đoạn mũi cọc
7 Thời gian thi cơng Tính từ thời điểm bắt đầu khoan đoạn thứ nhất
đến khi kết thúc hố khoan
4.1.2 Tiến hành thực nghiệm
Quá trình khoan cọc
Cọc được khoan liên tục bằng cách sử dụng một mũi khoan cĩ lưỡi liên tục dọc suất chiều dài cọc, vì vậy thời gian giảm tối đa trong việc tạo lỗ khoan. Trong khi khoan thì đất sẽ lấp đầy trong các rãnh của lưỡi khoan, điều này làm ổn định thành hố khoan.
Đối với một cọc CFA quá trình thi cơng và ghi chép số liệu được phân thành 3 giai đoạn tương ứng với 3 đoạn mũi cọc, tuy nghiên trong từng đoạn mũi sẽ ghi chép thêm thơng tin cho từng độ sâu mà đoạn mũi cọc đĩ xuyên qua. Hình 4.9 – a,b,c,e,f là của giai đoạn 1 tương ứng với đoạn mũi khoan. Hình 4.10 - a,b,c là giai đoạn 2 tương ứng với đoạn mũi khoan giữa. Hình 4.10 - d,e,f là giai đoạn 3 tương ứng với đoạn cuối của mũi khoan, sau giai đoạn này là quá trình bơm vữa cho cọc CFA.
Trang 88
Hình 4.10: Thi cơng mũi khoan 2 và 3
- Tĩm lược q trình khoan cọc:
Ba vị trí cọc đã được thực hiện trong ba lần khoan khác nhau, trong đĩ 1 cọc thực hiện dưới thời tiết mưa. Tất cả các cọc đều được khoan bằng 1 mũi khoan duy nhất cĩ đường kính mũi khoan được thiết kế D=200mm và dung sai dự kiến cho
đường kính cọc là D= 200 10mm, cọc được khoan ở độ sâu 1.0 m so với mặt đất.
trong sét pha cát (CFA và khoan nhồi). Lượng đất trồi dừng trên bề mặt hố khoan ở chiều sâu khoảng 2m đến 2.5m và chiều cao đất trồi khơng đổi đến khi kết thúc hố khoan.
Trộn và bơm vữa
Sau khi đạt được chiều sâu thiết kế mũi khoan sẽ được nâng lên một đoạn ngắn 0.1m và vữa được bơm cĩ áp lực ngay khi nhấc lên. Vữa được bơm liên tục dưới áp lực từ 0.5-0.7 Mpa và giá trị này được đo bằng đồng hồ tại đầu cần khoan, mũi khoan cũng được nhấc lên liên tục song song với bơm vữa. Để tránh tình trạng mũi khoan bị “treo” thì máy khoan cần duy trì một tốc độ quay chậm. Quá trình bơm vữa khơng bị dán đoạn trên cả 02 cọc thử nghiệm CFA do lượng vữa tính tốn đủ cho 1 lần bơm tồn thân cọc và lượng vữa bơm vượt 15 % so với khối lượng vữa dự kiến. Chi tiết quá trình trộn và bơm vữa được mơ tả trong Hình 4.1. Phụ gia được cho vào khi vữa trước khi trộn như Hình 4.11a,b; Hình 4.11c,d là thao tác trộn vữa trong thùng bơm, thao tác này làm liên tục khi bơm; Hình 4.11e,f cho thầy vữa được bơm với áp lực cao đã đầy cọc và tràn lên miệng hố khoan.
- Các lưu ý khi trộn và bơm vữa:
Cát cho vữa phải được làm sạch hồn tồn cặn và rác. Vữa phải được trộn đều hồn tồn (khơng bị vĩn cục). Điều quan trọng và phải duy trì khi bơm vữa là khuấy vữa liên tục giúp cho vữa luơn đều, khơng bị lắng cát. Vữa rất dễ hay bị tắc trên trong khi bơm, để khắc phục điều này, cần gõ nhẹ vào thành ống trong khi bơm.
Trang 90
Hình 4.11: Quy trình trộn và bơm vữa
Rút mũi:
Áp lực vữa được duy trì trong khoảng 0.5 -1.0 Mpa và áp lực này nhỏ hơn
cơng suất của máy khoan, do đĩ vữa cĩ thể bơm vữa với áp lực cao hơn dự kiến. Khi mũi khoan từ từ rút lên thì áp lực phun vữa vẫn duy trì, áp lực này cũng hỗ trợ quá trình rút mũi khoan, và cĩ xu hướng đẩy mũi khoan lên.
Trang 92 - Tĩm lược quá trình rút mũi:
Trong khi rút mũi thì đất trên lưỡi khoan sẽ bị hụt, khi này vữa chảy lên phía trên của lưỡi khoan và trồi lên mặt đất (Hình 4.12– 4) trong khi mũi khoan vẫn chưa được đưa lên hồn tồn. Nếu khoan được kéo quá nhanh so với khả năng của máy bơm cung cấp vữa thì đất sẽ cĩ xu hướng sụp đổ vào bên trong hố và tạo thành khối khơng đồng nhất chứa đất trộn lẫn vữa khi đĩ cọc sẽ khơng đồng nhất như mong muốn. Mũi khoan được rút lên mà khơng cĩ tốc độ quy của cần khoan (Hình 4.12– 3,5). Qua quan sát trong Hình 4.12– 7,8 cho thấy đất bị dính trong mũi khoan là khá nhiều và cĩ thể chiếm từ 1/3-1/4 thể tích đất trong hố khoan, điều này cũng nĩi lên được đất được lấy ra khỏi hố khoan đa số nằm trên mũi khoan. Để lượng đất lấy đi là ít nhất thì điều kiện cần là mũi khoan phải cĩ thể tích lớn tương ứng với ống của trục khoan cĩ đường kính lớn hơn hoặc bằng đường kính hố khoan.
Hao tổn vật liệu vữa / bê tơng
Kích thước mũi khoan cọc D200 với chiều sâu cọc L=4.0m, tác giả dự kiến khối lượng hao hụt vữa là 10% trên tổng hể tích cọc khi đĩ việc xác định lượng vữa thi cơng cho cọc được thể hiện trong sau:
Bảng 4.4: Thể tích vữa sử dụng Cọc Thể tích thực Lượng vữa/BT dự kiến Thực tế % hao hụt Ghi chú CFA 1 0,126 0,138 0,145 15,2% Vữa CFA 2 0,126 0,138 0,144 14,3% Vữa
Khoan nhồi 0,126 0,138 0,137 9,0% Bê tơng
Hạ cốt thép và vệ sinh đầu cọc
Sau khi kết thúc quá trình rút mũi và bơm vữa thì cốt thép được đưa trực tiếp xuống hố khoan trong lúc này vữa trương đối lỏng và độ linh động cao do cĩ tác nhân giảm nước - hĩa dẻo của phụ gia. Sau đĩ cốt thép được hạ cho suốt chiều dài thân cọc và khơng gặp khĩ khăn.
Hình 4.13 Mơ tả quá trình hồn thiện đầu cọc: Cơng tác hồn thiện đầu cọc được thực hiện sau 7 ngày thi cơng, đầu cọc được đục bỏ 10cm đầu tiên và vệ sinh
như Hình 4.13-5,6.
Hình 4.13: Cốt thép trong cọc và hồn thiện đầu cọc
Đổ bê tơng cọc khoan nhồi
Tạo lỗ cọc khoan nhồi được thực hiện bằng mũi khoan cọc CFA, sau khi đạt chiều sâu thiết kế thì mũi được rút trực tiếp sau đĩ tiến hành hút bỏ bùn và nước trong hố. khi vệ dinh hố khoan xong cốt thép được vào trong hố cùng với ống dẫn
Trang 94
bê tơng dài suốt chiều dài cọc. Quy trình đổ bê tơng thực hiện ngay sau khi cơng việc hạ lồng thép kết thúc.
4.2 Thực nhiệm nén tĩnh cọc tại hiện trường
Phương pháp và quy trình thử nghiệm trong nghiên cứu đề tài dựa trên tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCVN 9393:2012 “cọc – phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục”. Thí nghiệm nén tĩnh cọc được thực hiện theo phương pháp gia tải từng cấp lên đầu cọc theo phương pháp dọc trục. Tải đồ trọng tác dụng lên dàn được tao ra bằng kích thủy lực, với đối trọng là các neo vít vào lịng đất. hệ neo đối trọng cĩ tổng tải lớn hơn 1.2 lần tải trọng Qmax dự kiến tác dụng lên đầu cọc.
Sơ đồ hệ nén tĩnh
Sơ đồ hệ nén tĩnh bao gồm hai hệ chính đĩ là: Hệ gia tải và hệ giữ tải như thể hiện trong Hình 4.14 bên dưới với sơ đồ thiết kế và thực tế ngồi hiện trường.
(a) Sơ đồ thiết kế (b) Sơ đồ thực tế
Hình 4.14. Sơ đồ hệ nén tĩnh thực nghiệm Dầm phụ Bulong liên kết Thép tấm Giá treo đồng hồ Kích thủy lực Dầm chịu lực Neo thủ công Đồng hồ đo c.vị Tăng chống Cọc thí nghiệm
và chiều nang là 1,1m, tuy nhiên phải đảm bảo khoảng cách từ cọc neo đến cọc thí nghiệm phải lớn hơn 1m, sơ đồ bố trí như Hình 4.15
Hình 4.15: Mặt bằng thi cơng neo
Quy trình thực nghiệm nén tĩnh hiện trường
Quy trình nén tĩnh hiện trường tác giả bám sát theo tiêu chuẩn TCVN 9393:2012, quy trình này được tĩm lược qua lưu đồ Hình 4.16a,b bao gồm các bước chính sau:
- Bước 1. Gia cơng đầu cọc và đặt hệ kích
- Bước 2. Cắt tẩy đầu cọc đến phần bê tơng đặc chắc, tạo phẳng bề mặt
- Bước 3. Lắp đặt hệ kích và căn chỉnh
- Bước 4. Gia cố nền và lắp đặt gối đỡ, dàn tải trọng
- Bước 5. Lắp đặt dầm chính, dầm phụ, lắp đặt đối trọng
- Bước 6. Lắp đặt hệ đồng hồ đo chuyển vị
- Bước 7. Lắp đặt hệ bơm, đồng hồ thuỷ lực
Trang 96
Hình 4.16: Lưu đồ thực hiện nén tĩnh hiện trường
Thiết bị nén tĩnh
Thiết bị trong hệ nén tĩnh là những sản phẩm chế tạo được trình bài trong Chương 3 bao gồm 09 thiết bị chính đĩ là: Đồng hồ đo chuyển vị, kích thủy lực, dầm chính chịu lực, dầm phụ, neo thủ cơng, tăng chống, hệ định vị đồng hồ... Các thiết bị này liên kết với nhau thành hệ nén tĩnh thể hiện trong Hình 4.17
4.2.1 Cơng tác chuẩn bị
Gia cơng đầu cọc
Đầu cọc được gia cơng bằng hỗn hợp vữa cĩ phụ gia cường độ cao và được thi cơng trước thời điểm nén tĩnh là 7 ngày (Hình 4.18), sau đĩ được vệ sinh sạch bụi bẩn, cĩ thể mài bằng đầu cọc nếu đầu cọc chưa thật sự phẳng. Cuối cùng dùng thiết bị thước thủy để kiểm tra độ bằng của đầu cọc.
Trang 98
Hình 4.18: Gia cơng đầu cọc
Lắp đặt cọc neo giữ tải
Tồn bộ cọc neo được neo vào đất bằng thủ cơng nhờ thiết bị tay xoay neo liên kết tại đầu neo. Tay xoay neo với cánh tay địn mỗi bên dài 0.6m và đủ khả năng chịu lực cho 8 người cĩ thể cùng lúc xoay neo. Điểm đáng lưu ý trong khi neo cọc chính là khả năng giữ thăng bằng giúp cọc neo luơn được thẳng đứng, nếu cọc nghiên rất khĩ cĩ thể neo vào trong đất. Giai đoạn đầu khi xoay neo rất quan trọng, trong giai đoạn này thì việc gia tải lên đầu neo được tăng lên là khá lớn và thực thế thực nghiệm thì tải trọng nằng trong khoảng từ 0.5 kN đến 1,5 kN. Tải trọng càng lớn thì neo sẽ dễ xâm nhập vào đất hơn. Tất cả quá trình neo phải theo tuần tự các bước như Hình 4.19. Trong trường hợp neo khĩ xâm nhập vào đất do gặp loại đất cứng, lúc này cĩ thể tưới nước làm ẩm đất trước 1 ngày khi thi cơng neo.
Lắp đặt hệ gia tải:
Trình tự lắp đặt hệ gia tải trải qua 8 bước như thể hiện trong Hình 4.20. Quá trình lắp đặt phải chú ý đến việc siết chặt các bulong neo để định vị đầu neo liên kết với dầm phụ và luơn kiểm tra trạng thái căn bằng của hệ, bên cạnh đĩ cần hiệu chỉnh về 0 cho tất cả các đồng hồ trước khi gia tải.
Lắp đặt hệ đồng hồ đo chuyển vị:
Trang 100
lên đầu cọc và đồng hồ được gắn vào giá treo (Hình 4.2-7), Hệ đồng hồ độc lập với hệ gia tải và cho kết quả chính xác (đồng hồ đã được hiệu chuẩn trước khi thực nghiệm)
Hình 4.20: Quá trình lắp đặt hệ gia tải – giữ tải
Các thơng số về cọc cho quá trình nén tĩnh:
Số lượng cọc : 3
Kích thước cọc : D200,L400
Tải trọng cực hạn tính tốn - Cọc CFA : 4.5 kN (5 tấn)
- Cọc khoan nhồi : 4.0 kN (4.5 tấn)
Cấp gia tải : 20% tải trọng cực hạn-
tác giả đề xuất quy trình gia tải như sau:
Bảng 4.5: Các thơng số tải trong và thời gian cho quá trình gia tải
Chu kỳ % tải trọng