q R bt PR b tR /L R /B R= 106,76 T/m P
3.2. Quy trình công nghệ thi công cọc khoan nhồi, tường barrette.
3.2.1. Phương pháp thi công cọc khoan nhồi. Công tác chuẩn bị
Chuẩn bị hiện trường: Điều tra mặt bằng thi công, công trình ngầm, công trình xung quanh. Thiết kế phương án tổ chức mặt bằng xây dựng …
Lên phương án di chuyển máy khoan cọc đến công trường, gia cố nền đường trong khu vực thi công cho các phương tiện vận chuyển.
Chuẩn bị các máy móc thiết bị phục vụ thi công cọc khoan nhồi.
Thiết bị chính để thi công cọc khoan nhồi là máy khoan tạo lỗ cọc. Các thiết bị phụ trợ: thiết bị hạ ống vách; cần cẩu bánh xích phụ trợ trong cẩu lắp lồng thép và đổ bê tông, hệ thống thiết bị cung cấp dung dịch bentonite, thiết bị bơm phục vụ công tác làm sạch hố khoan, các thiết bị phục vụ đổ bê tông.
Mỗi loại máy khoan được mô tả qua các đặc tính kỹ thuật: kích thước giá, đường kính khoan; chiều sâu khoan, mômen quay của mâm xoay, sức nâng của tời, trọng lượng máy, công suất máy... Tùy theo địa tầng, đối với
mỗi loại máy khoan có thể sử dụng nhiều loại mũi khoan khác nhau, có thể chia ra làm 3 nhóm cơ bản như sau:
Nhóm 1: Mũi khoan guồng xoắn (ruột gà). Khoan nhanh, sức cắt phá lớn. Lực cản lớn, không khoan được địa tầng đất đá cứng, nều đất quá nhão không giữ được, đất bị tụt, không đưa lên được. Áp dụng cho đất dẻo, dẻo nửa cứng.
Nhóm 2: Mũi khoan nghiền: gồm 3 nhánh, đầu nhánh có nhiều đĩa quay, khoan theo nguyên lý tuần hoàn. Áp dụng cho tầng đất đá cứng. Không khoan được đất mềm.
Nhóm 3: Khoan gầu – mũi khoan hình gầu, đầu khoan có 3 – 4 cánh, trong quá trình khoan đất được đưa vào gầu và đưa lên. Khoan được đất rời, đất chảy, đất dính. Kho gặp đất đá cứng phải kết hợp với búa để đập vỡ trước khi khoan.
Tùy theo điều kiện địa chất, thủy văn, yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thi công mà lựa chọn máy khoan cho thích hợp với các yêu cầu cơ bản sau:
Công suất máy phù hợp với yêu cầu (đủ để xoay gầu khoan thắng ma sát đất).
Chiều dài khoan và chiều sâu khoan thỏa mãn yêu cầu. Mũi khoan phù hợp với địa tầng.
Hiện nay, trên thị trường xây dựng dân dụng Việt Nam một số dạng máy khoan được sử dụng khá phổ biến là máy khoan guồng xoắn và máy khoan gầu.
Chuẩn bị hệ thống cấp dung dịch bentonite. Chuẩn bị sẵn sàng kế hoạch cấp vữa bê tông. Gia công lồng cốt thép.
Định vị vị trí tâm cọc: đây là công tác quan trọng quyết định đến độ chính xác của cọc sau khi thi công so với bản vẽ thiết kế. Từ mặt bằng định vị móng cọc lập hệ thống định vị và lưới khống chế cho công trình theo tạo độ. Các lưới định vị này được chuyển dời và cố định vào các công trình lân cận hoặc lập các mốc định vị. Các mốc này được đúc cố định, rào chắn và bảo vệ suốt trong quá trình thi công, đảm bảo không bị ảnh hưởng của lún và hư hại trong quá trình thi công.
Công tác khoan mồi và hạ ống vách, ống bao.
Ống vách hay còn gọi là ống chống, ống casing là ống thép, chiều dày δ = 15 – 20mm; chiều dài L = 4 – 6m, đường kính D lớn hơn đường kính gầu khoan koảng 10 cm. Ống vách được đặt ở phần trên miệng hố khoan và cao hơn mặt đất khoảng 0,6m.
* Ống vách có nhiệm vụ:
Định vị cọc 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 rời xuống hố khoan.
Làm chỗ tựa lắp sàn đỡ tạm và thao tác để buộc nối và lắp dựng cốt thép, lắp dựng và tháo dỡ tấm bê tông.
Sau khi đổ bê tông cọc nhồi xong, ống vách sẽ rút lên và sử dụng lại. * Các phương pháp hạ ống vách:
Phương pháp rung: sử dụng búa rung lắp ở đầu cần trục, máy đào để hạ ống vách, thời gian hạ khoảng 10 – 15 phút. Chú ý để quá trình rung không làm ảnh hưởng đến công trình xung quanh.
Phương pháp ép: dùng máy ép thủy lực để ép ống vách – PP này ít gây rung động nhưng thiết bị cồng kềnh, thi công phức tạp, thời gian lâu.
Sử dụng chính máy khoan để hạ ống: Đây là phương pháp áp dụng phổ biến hiện nay: Người ta lắp vào gầu khoan một đai sắt để mở rộng hố đào, khoan (khoan mồi) đến độ sâu của ống vách thì dùng cần cẩu hoặc máy đào đưa ống vách vào vị trí và hạ xuống cao trình cần thiết, dùng cần gõ nhẹ lên ống vách để điều chỉnh độ thẳng đứng. Sau khi đặt xong ống vách phải chèn chặt. Sau khi đặt xong ống vách phải chèn chặt bằng đất sét và hệ giằng chống để ống vách không di chuyển được trong quá trình khoan.
Hạ ống bao: ống bao là đoạn ống thép dài 1– 1.2m, đường kính bằng khoảng 1.7 - 2 lần đường kính ống vách. Ống bao được hạ đồng tâm với ống vách, cao độ đầu ống bao cao hơn cao độ đầu ống vách 10 – 15cm. Ống bao có tác dụng không cho dung dịch khoan tràn ra mặt bằng thi công. Trên thân ống bao có tạo 1 lỗ đường kính 10 cm để lắp ống thu hồi dung dịch Bentonite.
Sau khi hạ xong ống vách và ống bao, ta lắp dựng sàn công tác để phục vụ thi công. Cao độ sàn công tác bằng cao độ đầu ống bao.
Công tác khoan tạo lỗ.
Công tác khoan tạo lỗ được thực hiện sau khi đặt xong ống vách, ống bao và sàn công tác. Đất lấy ra khỏi lòng cọc được thực hiện bằng thiết bị khoan đặc biệt. Đầu khoan lấy đất có thể là loại guồng xoắn cho lớp đất sét hoặc là loại thùng cho lớp đất mềm, bùn chảy, cát.
Cần khoan có cấu tạo dạng ống lồng truyền được chuyển động khoan. Ống trong cùng gắn với gầu khoan, ống ngoài cùng nối với dây cáp được gắn với động cơ xoay của máy khoan. Cần có thể kéo dài đến độ sâu cần thiết. Dung dịch bentonite có thể bơm xuống lỗ khoan trong lòng cần khoan.
Cần của máy khoan có tốc độ xoay từ 20 – 30 vòng/phút, công suất khoan có thể đạt 8 – 15 mP
3
P
/giờ đối với loại cọc đường kính 1 – 1,2m.
Khi khoan đầy đất, gầu sẽ được kéo lên từ từ với tốc độ 0,3 – 0,5 m/s, với tốc độ này sẽ không gây hiệu ứng piston làm sập thành hố khoan.
Trong khi khoan, do cấu tạo nền đất thay đổi hoặc khi gặp dị vật đồi hỏi người chỉ huy thi công phải có kinh nghiệm để xử lý kịp thời kết hợp với các công cụ đặc biệt như mũi khoan phá đá, mũi khoan cắt, gầu ngoạm, búa máy.
Giữ vách thành hố khoan.
Để giữ vách thành lỗ khoan không bị sập có 2 phương pháp: Phương pháp ống vách.
Ống vách (có thể là ống thép, ống bê tông) thả dần theo chiều sâu khoan (hoặc ép ống vách trước, sau đó khoan trong ống vách). Thi công theo phương pháp này cọc đảm bảo chất lượng. Nhưng đòi hỏi thiết bị và trình độ thi công cao. Chi phí cho ống vách lớn nếu để ống vách trong kết cấu.
Phương pháp dùng dung dịch.
Dùng dung dịch khoan đặc biệt: dung dịch sét bentonite hoặc dung dịch polimer để giữa vách thành hố khoan. Trên thực tế dung dịch bentonite được sử dụng rộng rãi hơn vì nguồn cung lớn và giá thành rẻ hơn.
Dung dịch bentonite là dung dịch sét cao lanh hạt mịn (có thể thêm phụ gia), có dung trọng lớn hơn dung trọng của nước. Dung dịch bentonite không ăn mòn thép, không có hại cho bê tông, không lắng đọng trong thời gian đổ bê tông.
Dung dịch bentonite có các tác dụng chính như sau:
Giữ cho thành hố khoan không bị sập nhờ kết hợp với quá trình khoan, dung dịch chui vào khe, kẽ quyện với cát tạo thành một màng đàn hồi (áo sét)
dầy 1 – 3 mm bọc quanh vách thành lỗ khoan, giữ cho vách không bị sụt lở và ngăn không cho nước thẩm thấu qua vách. Màng đàn hồi này làm giảm ma sát giữa bê tông và vách khi đổ bê tông theo PP rút ống.
Tạo môi trường nặng gây áp lực trong hố khoan lớn hơn hoặc cân bằng với áp lực bên ngoài hố chống sụt vách và nâng mùn khoan nổi lên mặt để trào ra hoặc hút khỏi hố bơm.
Do dung dich bentonite có tầm quan trọng đặc biệt đối với chất lượng hố khoan do đó cấp đầy đủ dung dịch trong suốt quá trình khoan. Cao trình dung dịch ít nhất phải cao hơn cao trình nước ngầm từ 1,2 – 1,5m. Quá trình kiểm tra chất lượng dung dịch cũng phải được thực hiện thường xuyên để đảm bảo chất lượng dung dịch. Các thông số kỹ thuật chủ yếu của bentonite được khống chế như sau: Dung trọng γ = 1,05 – 1,2. Hàm lượng cát: <6%. Độ nhớt η = 18 – 45 s. Lượng mất nước: < 30 ml/30 phút. Độ pH: 7 – 9. Liều lượng trộn: 30 – 50 kg/mP 3 P .
Dung dịch bentonite thu hồi được đưa qua một hệ thống lắng lọc, kiểm tra và đưa trở lại hố khoan.
Kiểm tra chiều sâu, đường kính lỗ khoan.
Chiều sâu lỗ khoan có thể xác định bằng chiều dài cần khoan. Để xác định chính xác hơn, người ta dùng một quả dọi đáy bằng buộc vào đầu thước dây thả xuống đáy để đo chiều sâu hố đào. Sai số cho phép về độ sâu lỗ khoan ± 100 mm.
Trong suốt quá trình đào phải kiểm tra độ thẳng đứng của cọc thông qua cần khoan. Giới hạn độ nghiêng cho phép của cọc không được quá 1%.
Đường kính của cọc được kiểm tra bằng thiết bị đo đường kính giếng bao gồm: đầu đo, dây thép, bộ khuyếch đại, máy ghi âm.
Đo độ dày lớp cặn đáy có thể bằng phương pháp (thả chùy hoặc sóng âm...)
Làm sạch hố khoan (xử lý cặn hố khoan)
Cặn lắng trong lỗ khoan sẽ ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của mũi cọc, có thể gây lún, nứt trong quá trình sử dụng. Vì thế mỗi cọc đều phải xử lý cặn lắng rất kỹ lưỡng.
Cặn lắng gồm 2 loại: Cặn lắng hạt thô – đất cát rơi vãi lắng xuống trong quá trình tạo lỗ; Cặn lắng hạt mịn - là loại hạt rất nhỏ lơ lửng trong dung dịch bentonite, sau khi khoan một thời gian sau mới lắng xuống đáy lỗ.
Xử lý cặn lắng hạt thô: Kiểm tra đáy lỗ khoan bằng quả dọi (H2 < H1 sau 30 phút). Dùng gầu bằng đáy để vét bùn đất cho đến sạch (Kiểm tra lại).
Xử lý cặn lắng hạt mịn: Bước này có thể được thực hiện trước hoặc sau khi hạ lồng cốt thép. Có 2 phương pháp:
PP1: Thổi rửa hố khoan bằng cách thay dung dịch bentonite: hút dung dịch bẩn ra bằng máy bơm, đồng thời bơm bổ sung dung dịch mới. (vẽ hình).
PP2: Thổi rửa tĩnh: Đặt một ống thẳng (có thể kết hợp là ống đổ bê tông) xuống chiều sâu cách đáy lỗ khoan một khoảng cách D/2. Bơm khí nén với áp lực 4 – 8 at vào ống, dung dịch bẩn sẽ dâng lên và trào ra miệng ống, đồng thời bơm bổ sung dung dịch sạch bentonite vào lỗ khoan. Thời gian thổi rửa từ 20 – 30 phút.
Sau khi thổi rửa, kiểm tra độ sạch đáy lỗ, nếu lớp bùn lắng ≤ 10 cm thì kiểm tra dung dịch bentonite lấy từ đáy hố khoan. Hố khoan được coi là sạch
nếu dung dịch ở đáy thảo mãn: Tỷ trọng γ = 1,04 – 1,2g/cmP
3
P
; độ nhớt η = 20– 30s; độ pH = 9–12.
Chế tạo và gia công cốt thép.
Lồng cốt thép bao gồm cốt thép chủ với D ≥ 25 mm, cốt thép đai D = 12 – 14 mm, và các đai thi công, gia cường giữ ổn định cho lồng thép khi cẩu lắp (có thể thu hồi, có thể để lại), có ít nhất 3 đai gia cường. Lồng cốt thép có chiều dài bằng chiều dài cây thép.
Chế tạo gia công lồng cốt thép được thực hiện trên giá.
Lớp bê tông bảo vệ phải đạt từ 5 – 7 cm, được đảm bảo bằng việc đặt các con kê hình tròn bằng bê tông, D = 15 cm, có lỗ để luồn thép.
Dùng cần cẩu bách xích để cẩu lồng cốt thép, thiết bị treo buộc là đòn cẩu. Lồng được giữ bằng 2 ống thép gác qua ống vách để nối các lồng với nhau. Mối nối có thể là hàn, nếu thép cường độ cao thì nối buộc, hoặc nối ren, nối ép.
Để chống đẩy nổi lồng thép khi đổ bê tông, 6 – 8 thanh thép chủ được kéo dài chống đáy hố khoan, khi đổ bê tông tạo thành neo giữ cho lồng khỏi nổi.
Khi hạ hết chiều sâu lỗ khoan, phải có đủ số thanh thép chủ kéo dài để hàn vào ống vách, giữ lồng không bị tụt và định vị lồng sắt trong quá trình đổ bê tông.
Quá trình hạ lống sắt yêu cầu phải chính xác, từ từ, không được va chạm váo vách thành hố khoan.
Các ống thép (hoặc nhựa) đường kính D = 40 - 60 mm được buộc vào lồng thép để phục vụ công tác siêu âm đánh giá chất lượng cọc theo chỉ dẫn của thiết kế. Đầu dưới của ống đến đáy lồng thép, đầu trên cao hơn đầu cọc > 20 cm. Số lượng ống trong mỗi cọc và số lượng cọc buộc ống theo qui định của thiết kế. (50% số cọc đặt ống, KT 25% ngẫu nhiên).
Tổ hợp ống đổ bê tông.
Ống đổ bê tông là các ống thép dày khoảng 3 mm, D = 25 – 30 cm, được chế tạo thành từng đoạn có các modul cơ bản 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 5,0 và 6,0 m để có thể tổ hợp tùy theo chiều sâu hỗ khoan.
Ống đổ được lắp dần từng đoạn từ dưới lên. Để lắp ống đổ người ta sử dụng một hệ giá đỡ đặc biệt đặt trên miệng vách ống. Trên giá có 2 nửa vành
khuyên bản lề, ống đổ sẽ được giữ lại trên hai nửa vành khuyên này để nối đoạn ống phía trên.
Đáy dưới của ống đổ được đặt cách đáy hố khoan ≥ 60 cm (có tài liệu = 20 cm) để tránh bị tắc ống. Đáy ống đổ được cấu tạo hình lõm để bê tông dễ dàng thoát ra.
Hình 3.19: Cấu tạo ống đổ và sàn công tác
Nút hãm: khi tổ hợp ống đổ người ta đặt một hút hãm (bằng bóng cao su, bùi nhùi trộn vữa XM, miếng bọt biển) vào đáy phễu đổ để ngăn cách giữa bê tông và dung dịch bentonite trong ống đổ.
Yêu cầu kỹ thuật khi tổ hợp ống đổ: ống đổ phải kín, nếu không BT dễ tắc, khó di chuyển trong ống.
Công tác đổ bê tông và rút ống vách.
Bê tông phải được đổ ngay sau khi kết thúc thổi rửa hố khoan.
Độ sụt của bê tông trong khoảng 18 ± 1 cm. Lượng XM tối thiểu là 350 kg/mP
3
P
tắc thời gian bắt đầu ninh kết của XM phải lớn hơn thời gian rút ống (To > T rút ống).
Thử độ sụt trước khi đổ đối với mỗi xe vận chuyển trước khi đổ BT. Trong quá trình đổ lấy mẫu thí nghiệm né cường độ bê tông ở phần đầu cọc, thân cọc và mũi cọc. Mỗi tổ mẫu không ít hơn 3 mẫu (thường lấy 6 mẫu 15 x 15).
Quá trình đổ bê tông phải được tiến hành liên tục từ khi bắt đầu đến khi kết thúc. Thời gian đổ bê tông 1 cọc không nên vượt quá 4 – 5 tiếng. Trong khoảng 1,5 giờ sau khi trộn bê tông phải được đổ hết. Tốc độ đổ bê tông thích hợp là vào khoảng 0,6 mP
3
P
/phút.
Trong quá trình đổ bê tông, ống đổ được rút dần lên bằng cách cắt đốt từng đoạn, sao cho ống luôn ngập trong bê tông từ 2 – 3 m. Phần đầu cọc là bê tông kém chất lượng phải đập bỏ, vì vậy Htc = Htk + a (a = 1 – 1,5 m là đoạn sẽ đập bỏ).
Sau khi đổ bê tông xong, các liên kết của ống vách được tháo dỡ. Ống vách được kéo lên từ từ và thẳng đứng bằng cần cẩu. Sau đó lấp đất và rào chắn bảo vệ đầu cọc.
Nếu thi công trong 1 ngày, thì cọc thi công tiếp theo phải cách cọc mới thi công một khoảng cách tối thiểu là 5D, thi công sau 24h thì cách 3D (D – đường kính cọc khoan nhồi). Nguyên tắc chung: chỉ được thi công cọc bên