TA VÀ TRÊN THẾ GIỚI
A. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.2 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY
Cọc khoan nhồi mở rộng đáy cũng là một dạng cọc khoan nhồi nhưng phần đáy cọc được mở rộng nhằm làm tăng diện tích tiết diện dưới đáy cọc qua đó gia tăng sức chống mũi của cọc.
Cọc khoan nhồi mở rộng đáy thường sử dụng cho các công trình xây dựng trong đất yếu vì khi đó thành phần ma sát thân cọc không đáng kể, việc gia tăng phản lực mũi cọc sẽ làm gia tăng đáng kể khả năng mang tải của cọc đồng thời giảm thiểu khả năng ảnh hưởng của ma sát âm.
Cọc khoan nhồi mở rộng đáy cũng rất thích hợp cho các công trình nhà cao tầng, có tải trọng lớn và mômen lớn do việc mở rộng đáy cọc có thể làm gia tăng đáng kể khả năng chống lật, chống nhổ của nền móng công trình.
Ngoài ra việc sử dụng cọc khoan nhồi mở rộng đáy có thể làm giảm chi phí xây dựng vì có thể giảm tiết diện thân cọc và chiều dài cọc mà vẩn đảm bảo khả năng mang tải thiết kế của cọc.
1.2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY
Phương pháp cọc khoan nhồi mở rộng đáy xuất hiện từ những năm cuối thế kỷ 19 ở các nước châu Mỹ và châu Âu. Tiền thân của phương pháp cọc khoan nhồi mở rộng đáy là phương pháp Chicago (1892), lúc đó được thi công bằng phương pháp thủ công dùng ống chống bằng gỗ. Sau đó phát triển thêm bằng cách sử dụng ống chống vách bằng thép, nhưng vẫn đào bằng thủ công (phương pháp Gaw). Năm 1930 Nhật đã sử dụng phương pháp này để thi công những cọc có đường kính mở rộng 1.4-5.0m, chiều dài 10-20m.
Năm 1955, công ty Shimizu đã sử dụng thiết bị cơ giới, thủy lực để hạ ống chống vách bằng thép và tạo lỗ cọc nhồi, nhưng việc mở rộng đáy vẫn thực hiện bằng phương pháp thủ công sau khi bơm hút hết nước.
Năm 1966, đã có nhiều thiết bị thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy bằng cơ giới được giới thiệu, tuy nhiên máy có công suất nhỏ và không hiệu quả nên phương pháp này vẫn chưa được phổ biến.
Đến năm 1972, các thiết bị thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy được phát triển một cách mạnh mẽ. Xuất hiện nhiều loại máy có công suất rất lớn kèm theo các qui trình quản lý kỹ thuật rất chặt chẽ cho nên công tác thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy đã được cơ giới hóa một cách khá hoàn chỉnh. Điều này khiến cho giải pháp cọc khoan nhồi mở rộng đáy ngày càng được sử dụng rộng rãi và phát triển mạnh mẽ cho đến ngày nay.
1.2.3 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY HIỆN NAY TRÊN THẾ GIỚI
Năm 1961 COOKE, R.W và T.WHITAKER đã làm nhiều mô hình cọc có đáy mở rộng nhằm chứng minh khả năng ưu việt về khả năng chịu lực và tính kinh tế của loại cọc này.
Năm 1969 D.MOHAN đã thiết kế và xây dựng quy trình thi công cọc khoan nhồi mở rộng nhiều tầng. Nghiên cứu này đề cập đến các vấn đề ứng xử của cọc với 2 tầng mở rộng trở lên và so sánh khả năng chịu tải giữa cọc mở rộng nhiều tầng với cọc thẳng. Qua đó khẳng định khả năng kinh tế của cọc mở rộng đáy và cọc mở rộng nhiều tầng đối với móng nặng và móng nhẹ, khả năng thay thế cọc thẳng có đường kính và chiều dài lớn cũng như tìm ra khoảng cách hợp lý giữ các khoảng mở rộng.
Năm 1972 CAI DEZHUANG đã thiết kế ra một loại cọc mới dựa trên cơ sở của cọc mở rộng đáy, gọi là cọc ép nhiều hướng. Cọc này cũng được mở rộng đáy như thông thường nhưng trên thân cọc còn được thi công các phần nhô ra bám vào đất, phân bố đều theo chu vi cọc. Bằng phương pháp này khả năng chịu tải của cọc được tăng lên đáng kể, đồng thời khả năng chịu nhổ và khả năng chịu chấn động tốt hơn rất nhiều so với các loại cọc bình thường.
Năm 1979 SLIWINSKI Z.J đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi mở rộng đáy chủ yếu là trong quá trình thi công , đồng thời tác giả cũng đưa ra các giải pháp phòng tránh để đảm bảo sự chịu lực của cọc.
Năm 1991 KIYOSHI YAMASHITA và TAKUHEI FUKUHARA đã nghiên cứu và phân tích sự ảnh hưởng giảm yếu của vùng đất xung quanh hố khoan cọc nhồi bằng cách sử dụng phương pháp so sánh tỷ lệ giữa sức chống cắt của các lớp đất trước và sau khi đào hố khoan.
Năm 1992 MORI H. đã tổng kết lịch sử phát triển công nghệ và thiết bị khoan cọc nhồi mở rộng đáy trên thế giới, qua đó rút ra các ưu nhược điểm của các phương pháp thi công này. Tác giả còn so sánh khả năng chịu lực và kinh tế giữa cọc thẳng và cọc khoan nhồi mổ rộng đáy. Sau đó tác giả còn trình bày hệ thống TFP vừa được phát triển gần đó và giới thiệu qui trình điều khiển và kiểm tra bằng màn hình trong quá trình mở rộng đáy.
Năm 1994 CAI MING đã trình bày nguyên lý hoạt động và khả năng ứng dụng của thiết bị thi công cọc ép nhiều hướng do chính tác giả thiết kế.
Năm 1998 tập thể các tác giả TATSURO MURO, SOICHIRO KAWAHARA, WEIMIN ZHAO, ZHU WENNONG đã thiết kế, chế tạo
thành công một loại máy khoan mở rộng đáy trong xây nhà ở. Đây là một thiết bị khoan nhỏ với d=400 mm và D=1200 mm, với chiều sâu tối đa là 6 m, tổng trọng lượng của thiết bị là 1.2 Tấn. Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong việc khoan móng cho các công trình nhẹ, đặc biệt cho những nhà nhỏ ở thành phố hoặc nông thôn.
1.2.4 KHÁI QUÁT VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY
Cũng giống như tính toán cọc khoan nhồi, các phương pháp tính toán cọc khoan nhồi mở rộng đáy có thể được tính theo 2 kết quả: kết quả thí nghiệm đất trong phòng và kết quả thí nghiệm hiện trường. Tuy nhiên lưu ý đến thành phần sức chống mũi vì nó là thành phần chịu lực khá quan trọng của cọc nhồi mở rộng đáy.
Theo TCVN 205-1998, sức chịu tải của cọc khoan nhồi mở rộng đáy được tính toán theo công thức sau (theo kết quả thí nghiệm trong phòng):
)
( × × + ×∑ × ×
×
= r p p f si i
tc m m q A u m f h
Q Trong đó:
m: hệ số điều kiện làm việc lấy bằng 1, trong điều kiện đất sét no nước G<0.85 lấy m=0.8.
mr: mở rộng đáy bằng nổ mìn lấy bằng 1.3, các phương pháp khác thì laáy baèng 0.9
mf: hệ số điều kiện làm việc của đất nền xung quanh cọc.
Với các kết quả thí nghiệm hiện trường, sức chịu tải cọc khoan nhồi mở rộng đáy có thể tính toán theo 2 cách: tính theo kết quả xuyên tĩnh và tính theo kết quả xuyên tiêu chuẩn. Công thức tính có thể được viết như sau:
p p s s
u A f A q
Q = × + ×
Trong đó fs và qp được xác định theo những công thức khác nhau tùy theo phương pháp vá kết quả thí nghiệm. Đồng thời đối với 2 loại đất rời và đất dính cũng có cách tính toán khác nhau.
Phần các công thức tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi mở rộng đáy sẽ được đề cập chi tiết hơn trong chương 4 của luận án này.
1.2.5 KHÁI QUÁT VỀ PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY
Phương pháp thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy có thể nói là tương tự như phương pháp thi công cọc khoan nhồi không mở rộng đáy, chỉ thêm
công đoạn mở rộng đáy cọc. Có thể kể đến các phương pháp mở rộng đáy cọc như sau:
- Phương pháp đào thủ công: ngày nay ít được sử dụng.
- Phương pháp khoan: được sử dụng phổ biến, bao gồm phương pháp khoan đất và phương pháp khoan phản tuần hoàn.
- Phương pháp nổ mìn: hiệu quả mở rộng đáy lớn, tuy nhiên việc quản lý chất lượng, hình dáng đáy mở rộng rất phức tạp do rất khó kiểm soát được diễn biến quá trình nổ mìn.
Tùy theo tình hình cụ thể của tầng đất cần mở rộng đáy và các yêu cầu về kinh tế cũng như kỹ thuật mà có thể chọn các phương pháp mở rộng đáy khác nhau.
Như vậy, nói chung quá trình thi công cọc khoan nhồi mở rộng đáy cũng phải trải qua các bước cơ bản sau đây (xem hình 1-5):
+ Bước 1: định vị hố khoan.
+ Bước 2: khoan mồi và đặt ống vách định hướng.
+ Bước 3: khoan lỗ cọc thẳng với đường kính d.
+ Bước 4: hạ thiết bị khoan mở rộng đáy xuống đáy hố khoan.
+ Bước 5: bắt đầu mở cánh khoan mở rộng đáy.
+ Bước 6: tiến hành khoan mở rộng đáy.
+ Bước 7: hoàn thiện khoan mở rộng đáy.
+ Bước 8: kiểm tra thành vách và đáy hố khoan.
+ Bước 9: hạ lồng cốt thép xuống đáy hố khoan.
+ Bước 10-12: đổ bê tông tạo cọc.
+ Bước 13: hoàn thiện và kết thúc.
+ Bước 14: rút ống chống vách và lấp đầu cọc.
Phần này sẽ được trình bày chi tiết ở chương 5 trong luận án này.
ỉ MỘT SỐ HèNH ẢNH CÁC THIẾT BỊ KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY
Hình 1 -6: Thiết bị khoan mở rộng đáy cọc khoan nhồi bằng phương pháp khoan phản tuần hoàn (Nhật).
1. TB đóng hoàn toàn 2. TB đang hoạt động 3. TB mở rộng hoàn toàn
Hình 1 -7: Thiết bị khoan mở rộng đáy cọc khoan nhồi bằng phương pháp khoan đất (phương pháp OMR/B - Nhật).
1. Gầu đóng hoàn toàn 2. Gầu đang hoạt động 3. Gầu mở rộng hoàn toàn
1.2.6 NHỮNG ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA CỌC KHOAN NHỒI CÓ MỞ RỘNG ĐÁY SO VỚI CỌC KHOAN NHỒI KHÔNG MỞ RỘNG ĐÁY
Đ ệu ẹieồm
1. Có khả năng chịu tải lớn hơn nhiều so với các dạng cọc thẳng có cùng chiều dài hoặc cùng tiết diện thân cọc.
2. Tiết kiệm giá thành xây dựng do có thể giảm đến 1/2 lần lượng bê tông, cốt thép cho cọc và khối lượng đất cần khoan đào so với các loại cọc thẳng có cùng đường kính.
3. Có thể rút ngắn đáng kể thời gian thi công.
4. Giảm ảnh hưởng của ma sát âm xung quanh thân cọc và tăng sức chống nhổ cho cọc.
5. Rất thích hợp cho các công trình xây dựng trên nền đất yếu có thành phần ma sát không đáng kể
Đ Khuyeỏt ủieồm
1. Rất khó khăn trong việc quản lý chất lượng thi công cọc, đòi hỏi phải có 1 quy trình quản lý kỹ thuật rất chặt chẽ và chi tiết. Vì nếu có 1 sai lầm nhỏ trong quá trình thiết kế hoặc thi công thì cũng có thể gây ra những hậu quả rất lớn về mặt kỹ thuật cũng như kinh tế.
2. Việc mở rộng đáy sẽ gặp nhiều khó khăn khi gặp phải những tầng đất cát, đất bùn hoặc nước ngầm trong đất có áp lực lớn gây ra sạt lỡ phần đáy mở rộng.