5.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY
5.1.1 KHÁI QUÁT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI
MỞ RỘNG ĐÁY
Có thể dễ dàng nhận thấy các phương pháp thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy có nguyên tắc tương tự như các phương pháp thi công cọc khoan nhồi.
Cũng bao gồm các giai đoạn chính là khoan tạo lỗ, lắp đặt lồng cốt thép, đổ bê tông và hoàn thiện cọc. Tuy nhiên có thêm một giai đoạn quan trọng là giai đoạn khoan mở rộng đáy cọc. Như vậy, các phương pháp thi công cọc khoan nhồi đã và đang được sử dụng ở nước ta và trên thế giới đều có thể được sử dụng để thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy. Và việc lựa chọn phương pháp thi công chủ yếu dựa vào các yếu tố cơ bản sau:
- Đặc điểm quy mô của công trình được xây dựng.
- Khả năng về tài chính của chủ đầu tư.
- Năng lực, trình độ của các đơn vị thiết kế, tư vấn giám sát, đơn vị thi coâng.
- Đặc điểm vị trí địa lý, địa hình của công trình xây dựng.
- Điều kiện địa chất, thủy văn của khu đất được xây dựng.
- Các yêu cầu về môi trường đối với các công trình xung quanh như:
tiếng ồn, chấn động…
- Các yêu cầu về đặc tính kỹ thuật của cọc như: chiều dài, đường kính cọc…
- Ngoài ra, việc lựa chọn phương pháp thi công còn quan tâm tới vấn đề hiệu quả kinh tế của phương pháp được chọn.
Hiện nay, trên thế giới có 3 phương pháp thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy khá phổ biến, được phân chia căn cứ vào phương pháp khoan tạo lỗ cọc. Đó là: phương pháp khoan sử dụng ống vách, phương pháp khoan đất và phương pháp khoan tuần hoàn ngược.
§ Phương pháp khoan có sử dụng ống vách:
Phương pháp này sử dụng ống chống vách giữ ổn định thành vách hố khoan trong suốt quá trình khoan hoặc chỉ một đoạn chiều dài lỗ khoan. Ống chống vách có thể được rút lên hoặc không rút lên sau khi khoan. Ngoài ra, ống chống vách có thể là một bộ phận kết hợp của đầu khoan, trong trường hợp ống vách sẽ di chuyển theo đầu khoan xuống suốt chiều hố khoan và sẽ được rút lên trên sau khi kết thúc quá trình khoan.
Phương pháp này có ưu điểm đương nhiên là thành vách hố khoan được giữ ổn định ở mức tối đa, các hiện tượng, sự cố do sạt lỡ thành vách hầu như được loại bỏ. Ngoài ra, đối với phương pháp này không sử dụng dung dịch bentonite nên chất lượng bê tông trong cọc được đảm bảo, khả năng chịu tải của cọc được vận dụng tối đa do loại bỏ hiện tượng suy giảm thành phần ma sát và thành phần kháng mũi do sự xâm nhập của dung dịch bentonite vào thành vách và đáy hố khoan.
Nhược điểm của phương pháp này là khó có thể sử dụng ống vách cho cọc có chiều dài quá lớn do chi phí tăng. Việc hạ ống vách cũng gặp khó khăn khi trong đất có các lớp đá cứng.
Đối với điều kiện địa chất đồng bằng sông Cửu Long thì phương pháp này nên được áp dụng đối với các lớp đất bùn, đất sét yếu có bề dày không lớn lắm để giải quyết vấn đề ổn định thành vách đối với các lớp đất này. Tuy nhiên khi các tầng đất có chiều dày quá lớn thì có thể sử dụng ống chống vách kết hợp với dung dịch bentonite giữ ổn định thành vách để giảm chi phí cho quá trình thi công.
§ Phương pháp khoan đất:
Nguyên tắc của phương pháp khoan đất là quá trình khoan sẽ kết hợp lấy đất ra khỏi hố khoan. Phương pháp này sử dụng một đầu khoan có dạng guồng xoắn hoặc gầu khoan xoay. Trong đó, gầu khoan xoay là loại được sử dụng phổ biến hơn. Thiết bị này hoạt động chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân của gầu và cần khoan. Khi thiết bị hoạt động, gầu khoan quay quanh trục khoan sẽ xén đất theo những đường cắt nhất định. Đất cắt sẽ được gạt vào gầu, khi đầy đất cánh xén của gầu sẽ khép lại và đầu khoan được kéo lên đổ đất ra ngoài. Sau đó tiếp tục chu kỳ khoan mới, quá trình khoan sẽ được thực hiện liên tục theo một chu kỳ tương tự.
Phương pháp này có những ưu điểm sau:
- Ít gây tiếng ồn và chấn động đến môi trường xung quanh.
- Không yêu cầu phải có mặt bằng thi công lớn vì không cần bố trí nhiều loại thiết bị.
- Xử lý đất đào dễ dàng do sử dụng xe vận chuyển ngay khi đất được lấy lên khỏi mặt đất.
- Đất lấy lên có thể được kiểm tra đối chứng với kết quả khảo sát dễ dàng.
- Có thể sử dụng thích hợp với nhiều loại đất nền.
- Mức độ chính xác của hố khoan khá phù hợp với yêu cầu thiết kế.
Tuy nhiên phương pháp này cũng có một số nhược điểm sau:
- Đặc tính của dung dịch vữa sét rất dễ bị thay đổi nên cần thiết phải thường xuyên theo dõi chất lượng của vữa.
- Rất khó khăn trong việc làm sạch đáy hố khoan bằng chính gầu khoan.
§ Phương pháp khoan phản tuần hoàn:
Nguyên tắc của phương pháp này là việc lấy đất ra ngoài hố khoan sẽ được thực hiện bằng cách bơm hút dung dịch vữa sét + đất. Trong phương pháp này, cần khoan được chế tạo rỗng nhằm mục đích có thể hút hỗn hợp mùn khoan (đất đá được đào) và dung dịch bentonite ra ngoài. Việc bơm hút sẽ được thực hiện bằng các hệ thống bơm khí nén, máy hút thủy lực, … đặt chìm bên trong. Hỗn hợp mùn khoan và vữa sét được bơm lên sẽ cho lắng đọng vào các bể chứa. Đất đá sẽ lắng lại trong bể chứa, còn vữa bentonite sẽ được lọc sạch và thêm phụ gia điều chỉnh đến đạt chất lượng yêu cầu và được bơm trở lại hố khoan.
Phương pháp này có những ưu điểm sau:
- Năng suất cao, thời gian thi công rất nhanh do đất được đào và vận chuyển ra ngoài liên tục.
- Có thể thi công được những cọc có đường kính và độ sâu lớn.
- Không gây tiếng ồn và chấn động đến môi trường xung quanh.
- Có thể áp dụng trong những điều kiện địa chất khác nhau, do đầu khoan có thể được linh động tháo lắp, thay đổi dễ dàng.
Tuy nhiên cũng có một số nhược điểm sau:
- Đất đào khó có thể tái sử dụng.
- Đòi hỏi phải có mặt bằng rộng lớn để vận hành các thiết bị.
- Chi phí tương đối cao so với các phương pháp khác.
- Khó kiểm tra chất lượng đất nền.
Có thể thấy rằng cả 2 phương pháp thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy theo phương pháp khoan đất và phương pháp khoan phản tuần hoàn đều có thể được sử dụng cho địa chất khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Vì việc giữ ổn định thành vách bằng dung dịch bentonite là tương đối phù hợp về các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế. Tuy nhiên, trong một số trường hợp cần kết hợp với việc sử dụng ống chống vách để giữ ổn định thành hố khoan, đặc biệt là khi có sự xuất hiện của dòng thủy động. Tóm lại, tùy vào điều kiện cụ thể của từng công trình mà chúng ta có thể lựa chọn một phương pháp hợp lý.