Thi công cọc khoan nhồi

CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT VÀ TỔ CHỨC THI CÔNG CỌC

8.1. Thi công cọc khoan nhồi

Khái niệm về cọc khoan nhồi

- Cọc khoan nhồi là loại cọc được thi công bằng cách khoan tạo lỗ lấy đất ra khỏi lòng cọc, sau đó lấp đầy lỗ bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ.

- Sử dụng cọc theo thiết kế có:

+ Đường kính cọc: D= 0,6m .

+ Chiều dài cọc trong móng là 18,45 m.

+ Đài là móng cao 1,5 m.

+ Giằng móng có kích thước: 300x500.

Chọn phương pháp thi công cọc khoan nhồi

Phương pháp thi công dùng gầu xoay và dung dịch bentonite giữ vách

- Phương pháp này lấy đất lên bằng gầu xoay có đường kính bằng đường kính cọc và được gắn trên cần Kelly của máy khoan. Gầu có răng cắt đất và nắp để đổ đất ra ngoài.

- Dùng ống vách bằng thép (hạ xuống bằng máy rung 68 m) để giữ thành, tránh sập vách thi công. Sau đó vách được giữ bằng dung dịch vữa sét Bentonite.

- Vách hố khoan được giữ ổn định nhờ dung dịch Bentonite. Quá trình tạo lỗ được thực hiện trong dung dịch Bentonite. Trong quá trình khoan có thể thay đổi các gầu khoan khác nhau để phù hợp với nền đất đào và để khắc phục các dị tật trong lòng đất.

- Khi tới độ sâu thiết kế, tiến hành thổi rửa đáy hố khoan bằng phương pháp: Bơm ngược, thổi khí nén hay khoan lại (khi chiều dày lớp mùn đáy > 5m). Độ sạch của đáy hố khoan được kiểm tra bằng hàm lượng cát trong dung dịch Bentonite. Lượng mùn còn sót lại được lấy ra nốt khi đổ bê tông theo phương pháp vữa dâng.

- Ưu điểm: Thi công nhanh, việc kiểm tra chất lượng dễ dàng, thuận tiện, đảm bảo vệ sinh môi trường và ít ảnh hưởng đến các công trình lân cận.

- Nhược điểm: Phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng giá đắt, giá thành cọc cao.

Quy trình thi công cọc khoan nhồi bằng máy khoan gầu xoay

Công tác thi công cọc khoan nhồi được tiến hành trên một diện tích xây dựng khoảng 800m2. Số lượng cọc khoan nhồi là 55 cọc có đường kính là 0,6m.

QUY TRÌNH THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

Các bước tiến hành thi công cọc khoan nhồi Gồm các quá trình chính sau:

1- Công tác chuẩn bị.

2- Công tác định vị tim cọc.

3- Công tác hạ ống vách, khoan và bơm dung dịch bentonite.

4- Xác nhận độ sâu hố khoan và xử lí cặn lắng đáy hố cọc (khoan tạo lỗ).

5- Công tác chuẩn bị hạ lồng thép.

6- Lắp đặt cốt thép.

7- Lắp ống đổ bê tông.

8- Thổi rửa hố khoan.

9- Đổ bê tông.

10- Rút ống vách tạm.

Hình 8. 1 Quy trình hạ cọc khoan nhồi Công tác chuẩn bị

Vệ sinh mặt bằng trước khi thi công.Chuẩn bị các loại thiết bị cần thiết cho thi công và vận chuyển, áp dụng các biện pháp ngăn ngừa tiếng ồn và chấn động,...

Phải đảm bảo phải có đủ diện tích hiện trường để lắp dựng thiết bị, ngoài ra còn phải thực hiện việc xử lý gia cố mặt đường và nền đất trong khu vực thi công để thuận tiện cho công việc lắp dựng thiết bị và xe cộ đi lại.

Định vị công trình và hố khoan

* Định vị:

Hình 8. 2 Định vị máy

* Giác móng:

Đồng thời với quá trình định vị, xác định các trục chi tiết trung gian. Tiến hành tương tự để xác định chính xác giao điểm của các trục và đưa các trục ra ngoài phạm vi thi công móng, cố định các mốc bằng cột bê tông chôn sâu xuống đất.

* Xác định tim cọc:

Sau khi giác móng công trình, căn cứ vào các trục đã được xác định tiến hành định vị các tim cọc bằng các phương pháp hình học đơn giản.

* Kiểm tra công tác chuẩn bị:

Kiểm tra vị trí hố khoan, thiết bị phục vụ thi công, khả năng làm việc của máy móc, hệ thống cung cấp nước, điện, thoát nước, nguyên vật liệu…

Hạ ống vách

* Tác dụng của ống vách:

- Định vị và dẫn hướng cho máy khoan.

- Giữ ổn định cho bề mặt hố khoan và chống sập thành phần trên hố khoan.

- Bảo vệ để đất đá, thiết bị không rơi xuống hố khoan.

- Làm sàn đỡ tạm và thao tác để buộc nối và lắp dựng cốt thép, lắp dựng và tháo dỡ ống đổ bê tông.

* Chọn phương pháp hạ ống vách.

+ Phương pháp rung:

Dùng các loại búa rung để đưa ống xuống độ sâu cần thiết. Thông thường mất khoảng 10 phút để đạt độ sâu 6m. Do quá trinh rung ảnh hưởng đến toàn bộ khu vực lân cận nên để khắc phục hiện tượng trên trước khi hạ ống vách người ta đào sẵn một hố sâu từ 2,5-3,0m tại vị trí hạ cọc với mục đích bóc bỏ lớp cứng trên bề mặt đất giảm thời gian của búa rung xuống còn khoảng 2-3 phút.

* Thiết bị:

Ống vách có kích thước và cấu tạo như sau:

Hình 8. 3 Ống vách

Chọn búa rung ICE 416. Bảng dưới đây cho biết chế độ rung khi điều chỉnh và khi rung mạnh của búa rung ICE 416.

Bảng 8. 1 Thông số kỹ thuật bú rung ICE 416 Chế độ

Thông số

Tốc độ động cơ (vòng/ phút)

Áp suất hệ kẹp

(bar)

Áp suất hệ rung (bar)

Áp suất hệ hồi

(bar)

Lực li tâm (tấn)

Nhẹ 1800 300 100 10 50

Mạnh 2150  2200 300 100 18 64

Búa rung để hạ vách chống tạm là búa rung thuỷ lực 4 quả lệch tâm từng cặp 2 quả quay ngược chiều nhau, giảm chấn bằng cao su. Búa do hãng ICE (International Construction Equipment) chế tạo với các thông số kỹ thuật sau:

* Quá trình hạ ống vách:

- Đào hố mồi :

Khi hạ ống vách của cọc đầu tiên, thời gian rung đến độ sâu 6m, kéo dài khoảng 10 phút, quá trình rung với thời gian dài, ảnh hưởng toàn bộ các khu vực lân cận. Để khắc phục hiện tượng trên, trước khi hạ ống vách người ta dùng máy đào thủy lực, đào một hố sâu 2,5m rộng 1,0x1,0m ở chính vị trí tim cọc. Sau đó lấp đất trả lại.

Loại bỏ các vật lạ có kích thước lớn gây khó khăn cho việc hạ ống vách đi xuống. Công đoạn này tạo ra độ xốp và độ đồng nhất của đất, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hiệu chỉnh và việc nâng hạ ống vách thẳng đứng đúng tâm.

- Chuẩn bị máy rung:

Dùng cẩu chuyển trạm bơm thủy lực, ống dẫn và máy rung ra vị trí thi công.

600

6000

- Lắp máy rung vào ống vách:

Cẩu đầu rung lắp vào đỉnh ống vách, cho bơm thủy lực làm việc, mở van cơ cấu kẹp chặt máy rung với ống vách, áp suất kẹp đạt 300 bar, cho rung nhẹ để rút ống vách đưa ra vị trí tâm cọc.

- Rung hạ ống vách:

Từ hai mốc kiểm tra đặt thước để chỉnh cho ống vách vào đúng tim. Ngắm kiểm tra độ thẳng đứng. Cho búa rung chế độ nhẹ, thả phanh từ từ cho vách chống đi xuống, vừa rung vừa kiểm tra độ nghiêng lệch cho tới khi xuống hết đoạn dẫn hướng 2,5 m. Bắt đầu tăng cho búa hoạt động ở chế độ mạnh, thả phanh chùng cáp để ống xuống với tốc độ lớn nhất.

Vách chống được rung cắm xuống đất tới khi đỉnh của nó cách mặt đất 5,4 m thì dừng lại. Xả dầu thuỷ lực của hệ rung và hệ kẹp, cắt máy bơm. Cẩu búa rung đặt vào giá. Công đoạn hạ ống được hoàn thành.

Công tác khoan tạo lỗ

Quá trình này được thực hiện sau khi đặt xong ống vách tạm. Áp dụng phương pháp khoan gầu: Theo công nghê khoan này, gầu khoan thường có dạng thùng xoay cắt đất và đưa ra ngoài. Cần gầu khoan có dạng ăng–ten, thường là 3 đoạn truyền được chuyển động xoay từ máy đào xuống gầu nhờ hệ thống rãnh.

Vách hố khoan được giữ ổn định nhờ dung dịch bentonite. Quá trình tạo lỗ được thực hiện trong dung dịch bentonite, Khi khoan có thể thay thế các gầu khoan khác nhau để phù hợp với nền đất đào và để khắc phục các dị tật trong lòng đất. Việc đặt côt thép và đổ bê tông được tiến hành trong dung dich bentonite. Dung dịch bentonite được thu hồi và tái sử dụng.

Ưu điểm của phương pháp này thi công nhanh, việc kiểm tra chất lượng dễ dàng thuận lợi, đảm bảo vệ sinh môi trường và ít ảnh hưởng đến công trinh lân cận.

Nhược điểm của phương pháp này là phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng, giá thành cao, đòi hỏi quy trình công nghê rất chặt chẽ, cán bộ công nhân kĩ thuật phải kinh nghiệm và chuyên môn.

* Máy thi công:

Độ sâu hố khoan so với mặt bằng thi công (cốt -1,0 m) là 21 m; cọc đường kính D=600mm.

- Máy khoan: Chọn máy Hitachi KH-125 có các thông số kỹ thuật:

Bảng 8. 2 Thông số kỹ thuật máy KH-125 Chiều dài giá khoan (m) 19 Đường kính lỗ lớn nhất (mm) 1500

Chiều sâu khoan (m) 43 Tốc độ quay(vòng/phút) 1224

Mô men quay (KNm) 4051 Trọng lượng (T) 36,8 Áp lực lên đất (MPa) 0,017

Hình 8. 4 Máy khoan KH125 - Máy trộn Bentônite:

Máy trộn theo nguyên lý khuấy bằng áp lực nước do bơm ly tâm:

- Thiết bị cấp nước:

Gồm hai máy công suất 5,5 kW với công suất 1m3/phút trong đó chỉ sử dụng một máy, còn máy kia dự phòng. Lượng nước lấy từ nguồn cung cấp nước chung của thành phố. Đường ống dẫn nước đến máy bơm có đường kính D=25, với lượng nước 0,08 m3/phút. Ngoài ra để rửa ống chống và ống dẫn bê tông có đường ống cấp nước đường kính D=25. Xác định dung lượng bể lắng: Để kể đến nhân tố rò rỉ và đủ để lắng đọng thì dung tích phải bằng 1,5 thể tích của hố khoan.

* Yêu cầu đối với dung dịch Bentonite:

Dung dịch Bentonite trước khi dùng để khoan cần có các chỉ số sau:

Bảng 8. 3 Các thông số dung dịch Bentonite

* Công tác khoan:

Tên chỉ tiêu Chỉ tiêu tính năng Phương pháp kiểm tra 1. Khối lượng riêng 1.05  1.15g/cm3 Tỷ trọng kế hoặc Bomêkế

2. Độ nhớt 18  45giây Phễu 500/700cc

3. Hàm lượng cát < 6%

4. Tỷ lệ chất keo > 95% Đong cốc

5. Lượng mất nước < 30ml/30phút Dụng cụ đo lượng mất nước 6. Độ dày áo sét 1  3mm/30phút Dụng cụ đo lượng mất nước

1phút: 20  30mg/cm2 10 phút 50  100mg/cm2 8. Tính ổn định < 0.03g/cm2

9. Độ pH 7  9 Giấy thử pH

7. Lực cắt tĩnh Lực kế cắt tĩnh

Hình 8. 5 Mũi khoan - Hạ mũi khoan:

+ Mũi khoan được hạ thẳng đứng xuống tâm hố khoan với tốc độ khoảng 1,5m/s.

+ Góc nghiêng của cần dẫn từ 78,50830, góc nghiêng giá đỡ ổ quay cần Kelly cũng phải đạt 78,50830 thì cần Kelly mới đảm bảo vuông góc với mặt đất.

+ Khi mũi khoan đã chạm tới đáy hố máy bắt đầu quay.

+ Tốc độ quay ban đầu của mũi khoan chậm khoảng 14-16 vòng/phút, sau đó nhanh dần 18-22 vòng/phút.

+ Trong quá trình khoan, cần khoan có thể được nâng lên hạ xuống 1-2 lần để giảm bớt ma sát thành và lấy đất đầy vào gầu.

+ Nên dùng tốc độ thấp khi khoan (14 v/p) để tăng mô men quay.

+ Chiều sâu hố khoan được xác định thông qua chiều dài cần khoan.

Yêu cầu:

- Trong quá trình khoan người lái máy phải điều chỉnh hệ thống xi lanh trong máy khoan dể đảm bảo cần khoan luôn ở vị trí thẳng đứng. Độ nghiêng của hố khoan không được vượt quá 1% chiều dài cọc .

-Khi khoan qua chiều sâu của ống vách, việc giữ thành hố được thực hiện bằng vữa bentonite.

-Trong quá trình khoan, dung dịch bentonite luôn được đổ đầy vào lỗ khoan.

-Hai hố khoan ở cạnh nhau phải khoan cách nhau 23 ngày để khỏi ảnh hưởng đến bê tông cọc. Khoan hố mới phải cách hố khoan trước là L >=5d

* Kiểm tra hố khoan:

Sau khi xong, dừng khoảng 30 phút đo kiểm tra chiều sâu hố khoan, nếu lớp bùn đất ở đáy lớn hơn 1 m thì phải khoan tiếp nếu nhỏ hơn 1 m thì có thể hạ lồng cốt thép.

- Kiểm tra độ thẳng đứng và đường kính lỗ cọc: Ta dùng máy siêu âm để đo.

Có 2 loại cặn lắng :

+ Các lắng hạt thô: Trong qua trình tạo lỗ đất cát rơi vãi hơặc không kịp đưa lên sau thì mùn khoan sẽ lắng xuống đáy hố. Loại cặn lắng này tạo bới các hạt đường kính tương đối to, do đó khi đã lặng đóng xuống đáy sẽ rất khó moi lên.

+ Cặn lắng hạt mịn: đây là nhưng hạt rất nhỏ lơ lững trong dung dịch bentonite sau khi khoan tạo lỗ xong một thời gian mới lắng dần xuống đáy lỗ.

Các bước xử lí cặn lắng: Vì trong hố khoan có 2 loại cặm lắng khác nhau như trên nên việc xử lí chúng phải tiến hành theo 2 bước:

+ Bước 1: Xử lý cặn lắng thô: Đối với phương pháp khoan gầu sau khi lỗ khoan đã đạt đến độ sâu thiết kế dự định thì không đưa gầu khoan lên vội mà tiếp tục cho gầu xoay để vét bùn đất cho đến khi đáy hố khoan hết cặn lắng mới thôi.

+ Bước 2: Xử lý cặn lắng hạt mịn: Bước này sẽ được thực hiện trước khi đổ bê tông.

❖ Công tác chuẩn bị và hạ lồng thép

* Máy thi công:

- Chọn cần trục để thi công hạ ống vách, thổi rửa, hạ lồng cốt thép, đổ bêtông:

Cần cẩu phục vụ công tác lắp cốt thép, lắp ống vách, ống đổ bê tông,...

+ Khối lượng cần phải cẩu lớn nhất là ống đổ bê tông:

( 22 12) ( 2 2)

. . .25. 0.3 0, 27

+0,2= .7,85 0, 2 2,83

4 4

L D D

Q  −  − T

= + =

+ Chiều cao móc cẩu: Hm= HL+h1+h2+h3

Trong đó:HL =0,5m (chiều cao lắp đặt)

h1=0,6m (chiều cao ống sinh trên mặt đất), h2=11,7m (chiều cao lồng thép)

h3=1,5m (chiều cao dây treo buộc), h4=1,5m (chiều cao hệ puly đầu cần) => Hm=0,5+0,6+11,7+1,5+1,5 = 15,8 m.

+ Chiều dài tay cần tối thiểu:

Lmin= 0 15,8 1,50 75 75 14,8 H hc

Sin Sin m

− = − =

hc = 1,5m (Khoảng cách từ khớp quay tay cần đến cao trình máy đứng) - Tầm với tối thiểu : Rmin= r + 0 15,8 1,50

1,5 5,33

75 75

H hc

tg tg m

− = + − =

r = 1,5m (Khoảng cách từ khớp quay tay cần đến trục máy đứng) - Chọn cần cẩu bánh xích MKG-25BR tay cần dài L = 18,5 m.

- Chọn R= 7,0m > Rmin = 5,33m tra bảng đặc tính cần trục của máy với R

= 7,0m ta có các đặc trưng kỹ thuật như sau: [Q]=11,5T>Q= 2,83T, [H]=16,5m

>Hm=15,8m thỏa mãn các yêu cầu.

Hình 8. 6 Máy cẩu MKG-25BR

L=1 8500 (m

m)

600 11700

1425

4600 1350 4150

6 8 24

16 18 20 22

14 12 10

4

2 4 6 8 10 12 18 20

12 14 16

MKG-25BR: L=18.5m

f (R,H) f (Q,R) 14

10

500

[ ]

[H]

[Q]

* Chế tạo lồng thép:

- Địa điểm buộc khung cốt thép phải lựa chọn sao cho việc lắp dựng khung cốt thép được thuận tiện, tốt nhất là được buộc ngay tại hiện trường.

- Cụ thể, với cọc khoan nhồi dài 27,3 m, ta chia thành 3 lồng thép, 2 lồng có chiều dài 11,7m, lồng còn lại có chiều dài 3,9m. Chiều dài đoạn nối cốt thép giữa cỏc lồng là 0,6m. Mỗi đoạn là một lồng thộp gồm 12 thanh cốt dọc ỉ16, chiều dài mối nối chồng là 0,6m, chiều dài mối hàn từ 50  200 mm, chiều cao đường hàn là 5 mm, cốt đai dựng thộp trũn ỉ10 khoảng cỏch a = 200 mm. Cỏc lồng cốt thép này khi hạ xuống hố khoan, đoạn trên nối với đoạn dưới bằng liên kết hàn, chiều dài đoạn nối hai lồng cốt thép là 0,5m.

Cứ cách khoảng 2m lại buộc vào lồng 4 miếng đệm bằng bêtông dày khoảng 5 cm vòng xung quanh để định vị lồng cốt thép trong hố khoan, không cho cốt thép nằm sát thành hố khi đổ bêtông có thể làm hở cốt thép.

Cỏch 2m ta tạo một đai ỉ16 gia cường cho ống thộp.

* Hạ khung cốt thép:

Dùng cần cẩu nâng lồng cốt thép lên theo phương thẳng đứng rồi từ từ hạ xuống trong lòng hố khoan, đến khi đầu trên của lồng cốt thép cách miệng ống vách khoảng 120 cm thì dừng lại. Dùng hai ống thép tròn 60 luồng qua lồng thép và gác hai đầu ống thép lên miệng ống vách, để tránh trường hợp ống thép bị lăn dùng mỏ hàn chấm hàn ống thép vào ống vách và vào lồng cốt thép.

- Tiếp tục cẩu lắp đoạn lồng thép tiếp theo như đã làm với đoạn trước, điều chỉnh để các cây thép chủ tiếp xúc dọc với nhau và đủ chiều dài nối thì thực hiện liên kết theo yêu cầu thiết kế.

- Sau khi kiểm tra các liên kết thì rút hai ống thép đỡ lồng thép ra và cần cẩu tiếp tục hạ lồng thép xuống theo phương thẳng đứng. Công tác hạ lồng thép đựợc lặp lại cho đến khi hạ đủ chiều sâu thiêt kế, lồng thép được đặt cách đáy hố đào 10 cm để tạo lớp bê tông bảo vệ.

❖ Hạ ống Tremie

Mỗi đoạn ống dài 3m được nối với nhau bằng các ren, một số ống có chiều dài thay đổi 0,5m, 1,5m, 2m để lắp linh động, phù hợp với chiều dài hố khoan. Đáy ống cuối cùng hình vát, đường kính ống là 300mm, đoạn trên cùng làm le ra tỳ vào giá đỡ bắc ngang qua miệng vách casince.

+ Chuẩn bị: tập kết ống lại vị trí thuận tiện cho thi công, kiểm tra các ren.

+ Lắp giá đỡ: giá đỡ dung làm hệ đỡ của ống đổ bê tông. Giá đỡ có cấu tạo đặc biệt bằng hai nữa đường tròn có bản lề ở hai góc. Với cấu tạo như vậy có thể dễ dàng tháo lắp ống thối rửa

+ Lắp ống đổ: ống đổ có đầu vát được hạ đầu tiên, tiếp theo hạ các ống đổ có chiều dài 3m, cuối cùng hạ các ống có chiều dài linh hoạt để phù hợp với chiều sâu hố đào.

Công tác đổ bê tông

* Chuẩn bị :

- Thu hồi ống thổi khí.

- Tháo ống thu hồi dung dịch bentonite, thay vào đó là máng đổ bê tông trên miệng.

- Đổi ống cấp thành ống thu dung dịch bentonite trào ra do khối bê tông đổ vào chiếm chỗ.

* Đổ bê tông :

- Lỗ khoan sau khi được vét ít hơn 3 giờ thì tiến hành đổ bê tông. Nếu quá trình này quá dài thì phải lấy mẫu tại dung dịch tại hố khoan. Khi đặc tính dung dịch không tốt thì phải lưu chuyển dung dịch cho tới khi đạt yêu cầu.

- Với mẻ bê tông đầu tiên phải sử dụng nút bằng bao tải chứa vữa xi măng nhão, đảm bảo cho bê tông không bị tiếp xúc trực tiếp với nước hoặc dung dich khoan, loại trừ khoảng chân không khi đổ bê tông.

Bê tông được đổ từ xe chuyên dụng qua máng vào phểu của ống đổ bê tông. Bê tông đẩy nút hãm đi tận đáy hố. Nhấc ỗng dẫn lên để nút hãm và bê tông tháo ra ngoài lập tức hạ ống dẫn xuống để đoạn mũi ống dẫn ngập vào phần bê tông vừa mới tháo ra.

Tiếp tục bơm bê tông vào phễu và được đổ liên tục. Bê tông được đưa xuống sâu trong lòng khối bê tông đổ trước, qua miệng ống tràn ra xung quanh để nâng phần bê tông lúc đầu lên. Bê tông được đổ liên tục đồng thời ống dẫn cũng cùng được rút lên dần với yêu cầu ống dẫn luôn chìm vào trong bê tông khoảng 2-3m.

Vì vậy bê tông cần phải có độ linh động lớn để phần bê tông rơi từ phễu xuống có thể gây ra áp lực đẩy được cột bê tông lên trên. Như vậy, chỉ có một lớp bê tông trên cùng tiếp xúc với nước được đẩy lên trên và phá bỏ sau này. Phần bê tông còn lại vẫn giữ nguyên chất lượng như khi chế tạo.

- Khi dung dịch Bentonite được đẩy trào ra thì cần dùng bơm cát để thu hồi kịp thời về máy lọc, tránh không để bê tông rơi vào Bentonite gây tác hại keo hoá làm tăng độ nhớt của Bentonite.

- Khi thấy đỉnh bê tông dâng lên gần tới cốt thép thì cần đổ từ từ tránh lực đẩy làm đứt mối hàn râu cốt thép vào vách.