Ta có thể vận dụng phơng pháp khoan xoay để mở rộng đáy cọc, làm tăng cờng khả năng chịu lực mũi cọc tại lớp đất đặt mũi cọc.
Nguyên lý cơ bản để thi công cọc mở rộng đáy bằng gầu đào là cho một gầu khoan đợc đa vào trong lỗ cọc khoan, khi tới đáy cọc, nó có thể mở rộng ra và tạo đáy mở rộng cho chân cọc.
Thiết bị gầu khoan mở rộng mũi cọc (underreaming) có nhiều loại hình dạng khác nhau, tuy nhiên, hình dạng phổ biến nhất là những cánh mở rộng tiêu chuẩn, thờng
cắt với góc cắt là 45o đến 60o, với đờng kính lớn nhất mở
rộng chân cọc không lớn hơn 3 lần đờng kính thân cọc. Một loại khác dùng để mở rộng chân cọc là gầu khoan cắt, có hình dạng quả chuông. Thiết bị này có những cánh đợc nối bằng các khớp nối, có thể mở ra ngoài bởi lực đẩy bên trong trên cần khoan Kelly, đã đợc đặt chính giữa. Sau đó, các cánh này đợc xoay quanh hố và cắt đất xung quanh hố khoan. Sau khi chu trình khoan cắt đất đ- ợc hoàn thành, cần khoan đợc kéo lên, cánh cắt đất đợc thu lại và thiết bị mở rộng đợc nâng lên. Đất bùn đợc chuyển bởi thùng hứng đất đặt dới quả chuông
(underreaming tool), cần chú ý đo lợng thời gian cắt đất và chuyển một khối lợng nhất định có thể trong một chu trình khoan mở rộng đáy cọc bằng gầu khoan. Quá trình trên đợc tiếp diễn cho tới khi đáy cọc mở rộng đợc hình thành.
Đờng kính mà thiết bị có thể mở rộng thờng đạt tới khoảng 3,7m, đặc biệt với các loại thiết bị đặc biệt, đờng kính có thể mở rộng tới 7,3m. Thờng thì công nghệ mở rộng đáy cọc đợc áp dụng với các cọc khoan có đờng kính cọc không đợc nhỏ hơn 0,76m.
Công nghệ trên thờng đợc áp dụng cho các loại đất cố kết, đất cứng. Nếu thi công tại điều kiện đất nền không thích hợp (đất xốp, mềm, bão hoà nớc) có thể xảy ra trờng hợp sập hố đào. Do vậy, các hệ số của đất về sức kháng của đất, hình dạng các lớp đất, tính thấm của đất và quá trình thấm của nớc ngầm tại các lớp đất cần đợc quan tâm trớc khi thi công.
Nhợc điểm của phơng pháp này là ngoài khả năng bị sập thành và làm giảm lực nén của các lớp đât liền kề chân cọc, mà còn có thể những loại đất mềm đợc giữ lại trong thiết bị, là nguyên nhân gây ra mắc kẹp cánh khoan và làm ảnh hởng tới chất lợng chân cọc.
Chi phí để thực hiện phơng pháp mở rộng chân cọc phụ thuộc vào đờng kính cọc mở rộng theo yêu cầu, với lợng thể tích bê tông đổ vào tạo chân cọc mở rộng. Tuy nhiên, trong những điều kiện đất nền phức tạp, khó khăn nh đất sét cuội lẫn các thấu kính bùn và cát hoặc trong đất nền không cố kết, đất mềm…là không thể thi công mở rộng chân cọc bằng phơng pháp này. Ngoài ra ta cần phải so sánh giữa thời gian thi công mở rộng chân cọc với thời gian khoan tiếp để tăng chiều dài cọc, bảo đảm thân cọc vẫn thẳng và đạt đợc sức chịu tải tơng đơng.
Trong các loại đất cố kết, đất mà có tỷ lệ sét cao thì có thể áp dụng đợc phơng pháp này khi khoan trong nớc hoặc bùn bentonite, đem lại hiệu quả kinh tế và khả năng chịu lực của cọc cao.
Chú ý khi dùng máy khoan mở rộng chân cọc trong đất kém ổn định, nhất thiết phải dùng dung dịch vữa sét hoặc phải giữ cho cột nớc trong lỗ khoan luôn luôn cao hơn mức nớc ngầm khoảng 2m.
Theo kinh nghiệm thiết kế của Trung Quốc,
độ cao hp vào trong tầng chịu lực của mũi có mở rộng đáy phải xác định theo các
yêu cầu sau:
- Đất sét và đất thuộc loại cát: hp≥ 1.5m;
- Đá cuội cát hoặc tảng đá cuội: hp ≥ 0.5m;
- Nham gốc hp ≥ (0.5 - 1.0)d, d là đờng kính thân cọc;
Khi phải chống động đất mà từ lớp chịu lực trở lên là loại đất có thể hoá lỏng, độ sâu của cọc trong lớp chịu lực phải tăng gấp đôi yêu cầu trên.
Ngoài ra, chiều sâu ngàm cần thiết của cọc có thể lấy theo bảng sau:
Kí hiệu Loại đất Dc/B
1 Đất sét 2
3 Cát có N60≤ 12 N60 = 13 ữ 29 N60≥ 30 6 9 12 4 Đá vôi mềm, cát lẫn nhiều vỏ sò, hến 6 Chú thích : B - Đờng kính cọc;
N60: giá trị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn quy về N60
Bảng II.15: Giới thiệu một số phơng pháp và thiết bị thi công cọc có chân mở rộng ở Nhật Bản Tên phơng pháp Năm Nhãn thiết bị Đờng kính (m) Các nhãn khác Thân cọc Mở rộng 1 2 3 4 5 6 OJP (Obayashi Jumbo pile) 1971 - 1.5-2.0 3.0-4.0 - TKR 1977 TKP-0920 TKR-2041 0.9-1.9 2.0-4.0 1.0-2.0 2.1-4.1 TKR:1224; 1428; 1736 OMR/A 1977 OMR/A1 OMR/A6 1.0-1.1 2.6-3.0 1.3-2.0 3.1-4.1 A:2; 3; 4; 5; 6; 7 SH (shimizu) 1978 - 1.0 1.2 1.832 2.178 - TFP (Tokyo Free diam.pile) 1978 -1980 TT-0305TT-0811 0.91.3 2.74.1 TT-0610 ZTR 1981 RRC-10U RRC-30U 1.0-1.2 2.0-3.0 1.2-1.5 2.2-4.1 RRC:15U:20U KNAP ( Kajima Nihonkiso Advanced Pile) 1982 KNAP 0812 KNAP 1832 0.8-1.2 1.8-3.2 1.0-1.8 2.0-4.1 KNAP:1220;1530 HAMAN 1981-1987 1220 3041 0.9-1.2 2.4-3.0 1.2-2.0 3.0-4.0 HAMAN:1418; 1423; 2233; 2539 TBP 1984 TBP-I TBP-V 0.8-1.9 2.4-4.0 2.0 4.1 TBP: II; III, IV ACE 1984 ACE.0845 ACE.2241 0.8-1.4 2.2-4.0 0.9-1.5 2.3-4.1 ACE: 1017; 1219;…;1833; 2037 WING 1984 WING 0920 WING 2241 0.9 2.2 2.0 4.1 WING: 1229;1738
KOBELL 1985-1986 K 1420 K 3341 0.9-2.0 1.8-4.1 1.4-2.0 3.3-4.1 K: 1826; 2333 OMR/B 1985 B0712 B2541 0.7-1.1 2.5-4.0 0.8-1.2 2.6-4.1 B:0814; 0915; 1018; 1119; 1221; 1223; 1424; 1526;…; 2441 MEP 1986-1991 MEP 0920 MEP 2241 0.9-1.2 2.2-2.3 1.3-2.0 3.3-4.1 MEP:1220;1428; 1736 WF 1987 Chữ nhật 2.2 4.4 D= 0.6; 0.8;1.0; 1.2m OM 1989 BK 10 BK 23 1.0-1.3 2.3-3.0 1.2-1.7 2.5-4.1 - ANS 1980-1990 x 0920 x 2540 0.9-1.5 2.5-3.0 1.0-2.1 2.6-4.1 - KBK 1990 Trụ tròn 0.7 2.0 1.15 2.80 D=0.8; 0.9; 1.0;1.1; 1.2;…1.9m NMR 1992 NMR 0920 NMR 2041 0.9-1.9 2.0-4.0 1.0-2.0 2.1-4.1 NMR: 1224;1428; 1736 II. 3. 2. 2. Cọc Franki thi công mở rộng đáy bằng phơng pháp phun phụt vữa áp lực cao
Đờng kính đáy cọc có thể đợc mở rộng bởi phơng pháp phun phụt vữa bê tông áp lực cao sau khi cọc khoan nhồi đã đợc thi công. Công nghệ phun áp suất thông thờng đợc áp dụng. Phơng pháp phun phụt vữa bê tông áp suất cao có một số những lợi ích sau nh: Khả năng chịu lực của đất tăng bởi quá trình thấm (loại đất ma sát) và điều kiện ứng suất (ứng suất giới hạn) dới và xung quanh đáy cọc đợc cải thiện. Trong trờng hợp đó, các thành phần đặc trng của cọc và có khả năng chịu lực tơng ứng sẽ đợc cải thiện.
Một phơng pháp khác dùng để tăng đờng kính cọc khoan nhồi là thi công mở rộng thân cọc. Phơng pháp thi công mở rộng thân đã đợc phát triển hơn 15 năm qua, quy trình thi công bao gồm một ống thép mỏng, kín đợc đa vào hố khoan bằng phơng pháp khoan, đóng, rung, kích hoặc đặt vào hố khoan đã đợc khoan sẵn. Sau khi đa ống thép vào, quá trình mở rộng thân đợc thi công bằng phơng pháp phun phụt vữa áp lực cao. Theo phơng pháp này, đất nền, thân cọc với thể tích và hình dạng đã biết trớc có thể đợc thi công tới độ sâu bất kì. Trong suốt quá trình mở rộng, và nh kết quả về áp suất cao mở rộng thân, một vùng đất cứng đợc tạo thành, với khoảng cách dự kiến khoảng gấp 2 lần đờng kính cọc. Quá trình mở rộng có thể tăng cờng mức độ chặt của đất xốp và loại đất có hạt có độ chặt trung bình. Với loại đất dạng cố kết, phơng pháp có thể tăng cờng độ và độ cứng của đất. Phơng pháp mở rộng thân có thể sử dụng để tăng cờng khả năng chịu lực của cọc đóng và cọc khoan nhồi.
Giá trị của tia áp suất thờng từ 0.5 - 3 MPa (khoảng 5 - 30 bar) và phụ thuộc vào điều kiện loại đất và chiều sâu móng yêu cầu. Trong suốt quá trình thi công, một
số các thông số quan trọng nh tỷ lệ thấm, áp suất và thể tích của vữa phun, có thể đợc ghi lại bởi chơng trình thu nhận dữ liệu. Chơng trình này có thể điều khiển quá trình mở rộng thân và chân cọc, mà còn cung cấp các thông tin có giá trị gợi ý của điều kiện địa chất của đất tại mức độ thi công cọc.
II. 4. Các dạng cọc Franki khác, quy trình thi công, u nhợc điểm từng loại II. 4. 1. Cọc Franki Composite Pile
* Nguyên lý chung
Cọc Franki tổ hợp là 1 dạng cọc đợc thi công tại những nơi mà khó khăn hoặc không
thích hợp cho cọc đúc tại chỗ. Trong trờng
hợp này, 1 trục đúc sẵn (bằng thép hoặc bê tông) đợc đa xuống sau khi quá trình mở rộng đáy cọc đợc thi công theo phơng pháp thông thờng.
* Phơng pháp chế tạo
Cọc Franki tổ hợp đợc thi công theo 4 b- ớc sau:
- Đóng ống chìm vào trong đất đạt tới độ sâu yêu cầu.
- Thi công mở rộng đáy bằng búa đóng phần bê tông khô dới đáy cọc cho tới khi đạt chối.
- Một cọc tiết diện hình bát giác hoặc tiết diện tròn, đợc chế tạo bởi cọc bê tông cốt thép đúc sẵn hoặc bê tông ứng suất trớc, đợc hạ vào trong ống. Để đảm bảo sự liên kết tốt với đáy cọc, sau khi hạ, tiến hành đóng một vài nhát búa vào cọc bằng búa đóng.
- ống đóng đợc rút lên. Kết thúc cọc.
* Ưu nhợc điểm
Cọc Franki tổ hợp có những u điểm sau:
- Đầu cọc có thể ngắt tại bất kì mức nào dới nền.
- Cọc có thể đóng trong nớc và do vậy nó thích hợp với công trình trụ cầu và bến cảng...
- Trục cọc thờng phẳng, dọc vậy thành phần ma sát cọc thờng bị loại bỏ. Chấp nhận một số phơng pháp tính toán thì thành phần ma sát âm là không ảnh hởng. Thành phần ma sát âm thỉnh thoảng gặp phải tại những đất không cố kết.
- Cọc mang lại khả năng chịu lực tốt bởi vì lực của búa đóng và bởi vì nó đợc mở rộng đáy.
- Trong một số loại đất có tính hoá học, trục cọc có thể đợc phủ bởi một lớp sơn bảo vệ chống lại sự ăn mòn.
II. 4. 2. Cọc Franki Excavated Pile
* Nguyên lý chung
Trong một số trờng hợp đất sét, cọc Franki đợc mở rộng đáy có thể đợc thi công bằng phơng pháp đào các lớp đất dới, không phải bởi phơng pháp chuyển vị bên. Điều này có thể là nguyên nhân hoặc là bởi đất không nén hoặc bởi vì tránh rung nền làm phá vỡ đất.
* Phơng pháp chế tạo:
Thi công cọc Franki bằng phơng pháp đào bằng các thiết bị Franki thông thờng và một quả chuông sáng chế.
Quả chuông bao gồm 2 má cắt mỏng, tiết diện hình trụ nằm phía trong tiết diện ống đợc đóng xuống bởi búa thép. Quả chuông đợc hạ thấp dần dần xuống đáy của ống thép đóng. Khi hai hàm thép của quả chuông đầy đất sét, quả chuông đợc rút lên dần dần và đợc làm sạch đất ở trong bằng thiết bị cơ khí đặc biệt. ống đóng đợc chìm dần xuống hố khoan, bằng cách dùng trọng lợng thiết bị, chuyển thiết bị xuống bằng dây cáp truyền động bởi puli truyền. Quá trình thi công đợc lặp lại cho tới khi ống đợc đa tới độ sâu theo yêu cầu.
Tiếp đó, cọc Franki đợc thi công theo phơng pháp thông thờng.
* Ưu nhợc điểm
- Tránh đợc sự phá vỡ cấu trúc đất do biện pháp thi công là biện pháp đào đất, không phải biện pháp đóng.
II. 4. 3. Cọc Franki Pile with casing topdriven
* Nguyên lý chung
Phơng pháp thi công đóng đỉnh ống casing là một phơng pháp thi công nhanh và có thể sử dụng các dạng búa đóng thông thờng để thi công. Dới đáy ống casing đợc hàn một tấm thép dùng để bịt ống casing, đặt một nút bê tông khô nh các dạng cọc Franki thông thờng. Tuy nhiên, việc đóng ống casing làm tăng ứng suất trong ống. Theo đó, tiếng ồn khi thi công cao hơn so với các cọc Franki thông thờng (đợc đóng trong ống). Sau khi ống casing đợc đóng tới độ sâu yêu cầu, một búa đóng tạo chân cọc mở rộng đợc sử dụng. Thân cọc dạng này thờng đợc thi công bằng vữa bê tông ớt (có độ sụt cao) mà không phải đầm nén. Sau đó, ống casing đợc rút lên bằng búa rung nhỏ.
* Phơng pháp chế tạo:
- ống casing đợc hàn bịt đáy tạm thời bằng một tấm thép.
- Đóng ống casing bằng búa từ trên đỉnh ống.
- Sau khi đóng ống đến độ sâu theo yêu cầu, tiến hành phá bỏ tấm bịt đáy ống casing.
- Đổ bê tông khô vào đáy cọc, tạo chân cọc mở rộng bằng búa đóng trong ống.
- Hạ lồng thép.
- Đổ bê tông tạo thân cọc bằng vữa bê tông có độ sụt cao. - Hoàn thành quá trình đổ bê tông.
- Rút ống casing bằng phơng pháp rung.
- Thi công nhanh tuy nhiên có độ ồn cao và khi rút ống casing lên có độ rung nên không thích hợp khi thi công ở những nơi yêu cầu hạn chế độ ồn và rung. II. 4. 4. Cọc Franki VB
* Nguyên lý chung
Cọc Franki VB (Verdrọngungsbohr) là dạng cọc
“khoan chuyển vị”, do ngời Đức ứng dụng. Loại cọc này tận dụng các u điểm của cọc khoan nhồi (phơng pháp thi công cọc) và hiệu quả của cọc đóng mở rộng đáy. Một trục khoan lớn đợc hoạt động bằng sự kết hợp giữa lực xoay và lực nén dùng để đa ống casing xuống. Sau khi đa ống casing tới độ sâu yêu cầu, tiến hành thi công mở rộng chân cọc bằng phơng pháp đóng thông thờng. Sau đó tiến hành hạ lồng thép neo vào chân cọc, đổ bê tông thân cọc.
Cọc Franki VB đợc áp dụng tại những nơi mà cọc đóng Franki thông thờng không đợc áp dụng vì các điều kiện môi trờng. Bởi vì cọc Franki VB Pfahl khi thi công không có tiếng ồn và độ rung, do vậy nó rất thích hợp
khi thi công trong khu vực thành phố. Hệ thống cọc VB rất đa dạng và có thể thi công với nhiều dạng đờng kính và chiều dài cọc.
* Phơng pháp chế tạo:
- ống casing đợc thi công tới độ sâu
theo yêu cầu bằng phơng pháp nén kết hợp với xoay. Đáy ống casing đợc hàn kín bởi một tấm thép.
- Khi hạ ống casing tới độ sâu theo yêu cầu, tiến hành thi công mở rộng đáy cọc Franki nh thông thờng.
- Tiến hành hạ lồng thép, neo lồng thép vào chân cọc mở rộng.
- Đổ bê tông thân cọc, luôn bơm bổ
sung bê tông trong khi rút ống casing lên để đảm bảo chất lợng thân cọc. - Kết thúc quá trình đổ bê tông, hoàn thành cọc Franki VB.
II. 4. 5. Cọc Mini Franki
Cọc Franki Mini là một dạng cọc Franki đờng kính 250mm , là dạng cọc có đờng kính nhỏ nhất trong hệ thống cọc Franki, đã đợc phát triển và chế tạo bởi Franki hơn 50 năm qua. Cọc Franki này đợc gợi ý thích hợp khi thi công qua các tầng đất chịu nén cả trên và dới mức nớc ngầm. Dạng cọc này có thể thi công tựa mũi cọc trực tiếp lên nền đất thiên nhiên mà còn có thể mở rộng đáy cọc tại những lớp đất màng sét hoặc cát thô.
Cọc Franki Mini có đờng kính đặc trng là 250mm, tải trọng làm việc là 250kN, khả năng chịu kéo là 75kN, thi công tới chiều sâu max là 16m.
Dạng cọc này kinh tế, giá cả thấp