CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG MÁY KHOAN CỌC NHỒI GPS Ở VIỆT NAM 1. Công nghê khoan cọc nhồi Khoan cọc nhồi có mục đích tạo cọc (đúc cọc) tại chỗ. Công nghệ khoan cọc nhồi gồm hai bước cơ bản là tạo lỗ khoan bằng máy khoan chuyên dùng và đúc cọc bêtông sau khi tạo lỗ. Công nghệ khoan cọc nhồi ra đời từ năm 1950 và ngày càng phát triển mạnh mẽ.
Nó cho phép tạo ra các móng cọc chịu lực rất lớn để xây dựng các công trình như : Cầu, các toà nhà cao tầng, các công trình thuỷ lợi và thuỷ điện…Nói chung các loại cọc khoan nhồi đường kính lớn thi công theo công nghệ hiện đại có thể phân theo ba nhóm công nghệ chính như sau : 1. Công nghệ đúc “khô” Trình tự công nghệ này được mô tả như sau (hình 1.1) : Khoan tạo lỗ và mở rộng chân cọc (nếu yêu cầu). Đổ bê tông bịt đáy hoặc bằng ống rút thẳng đứng (nếu hút nước ảnh hưởng trạng thái ổn định của lỗ cọc) hoặc bằng “vòi voi” (chú ý hạn chế độ cao rơi tự do của bê tông, tránh hiện tượng phân tầng). Đặt lồng thép phần trên cọc (không nhất thiết phải bố trí suốt chiều dài cọc nhưng chiều dài lồng cốt thép cũng không được ngắn quá một nửa độ sâu của lỗ khoan).
Chú ý bảo đảm lớp bêtông bảo vệ cốt thép không vượt quá những trị số quy định. Đúc nốt phần cọc còn lại hoàn toàn trên khô sau khi hút nước.1 : Công nghệ đúc khô cọc khoan nhồi a.Đổ bê tông bịt đáy; c.Đặt lồng thép và đổ bê tông cọc Nguyễn Hiếu Thuận – Lớp CGH49 Trang 9 Kiều Minh Huy – Lớp CGH49 Lại Thị Khánh Trâm – Lớp KTXD51 Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 1.Ống rótbê tông; 4.Cốt thép cọc A.Vùng đất dính; B.Bê tông bịt đáy; C.Bê tông cọc Đặc điểm công nghệ : Công nghệ này thường sử dụng trong trường hợp trên suốt chiều sâu khoan cọc là đất dính, sát chặt. Đối với cát pha sét phương pháp này cũng có thể sử dụng được khi mực nước ngầm thấp hơn đáy lỗ khoan hoặc lưu lượng nước thấm vào không đáng kể, có khả năng bơm hút cạn, không sập vách hố khoan, không ảnh hưởng chất lượng bê tông đổ trực tiếp. Công nghệ dùng ống vách Trình tự công nghệ được mô tả dưới đây (hình1.2), bao gồm các bước : Khoan tạo lỗ trong lớp đất dính Thêm vữa sét vào lỗ khi đã khoan đến lớp đất rời, thấm nước.
Hạ ống vách khi đã qua hết lớp đất rời. Lấy hết vữa sét và làm khô lỗ khoan. Tiếp tục khoan cho tới độ sâu thiết kế trong lớp đất “khô”. Mở rộng chân bằng cách xén gá lắp tại đầu khoan.
Đổ bê tông và đồng thời kéo ống vách ra khỏi lỗ khoan.2 : Công nghệ khoan dùng ống vách a)Khoan lỗ, b)Thêm vữa sét, c)Hạ ống vách, d)Lấy ống vách và làm khô lỗ khoan , e)Tiếp tục khoan tới độ sâu thiết kế, f)Mở rộng chân, g)Đổ bê tông và kéo ống vách 1. Thiết bị mở rộng chân cọc, 5. Cốt thép cọc A- Đất dính, B- Đất rời, C- Cọc đúc hoàn chỉnh. Nguyễn Hiếu Thuận – Lớp CGH49 Trang 10 Kiều Minh Huy – Lớp CGH49 Lại Thị Khánh Trâm – Lớp KTXD51 Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Đặc điểm công nghệ : Ống vách thường sử dụng trong trường hợp thi công nơi có nước mặt hoặc lỗ khoan cọc xuyên qua các tầng đất sét nhão cát sỏi cuội có cấu trúc rời rạc.
Có hai trường hợp : Nếu để ống vách lại, khoảng cách giữa vỏ ngoài ống và đất đang có đầy vữa sét (hoặc dung dịch khoan), phải được thay thế bằng cách bơm vữa ximăng có chất phụ gia với áp suất cao trong một ống dẫn đưa sâu vào khe, xuống tận đáy của lớp vữa sét. Vữa ximăng sẽ thay chỗ dần và đẩy vữa sét (hoặc dung dịch khoan) còn sót lại trong khe ra ngoài. Nếu rút ống vách ra khỏi lỗ khoan, cần phải tiến hành ngay trong khi bê tông vẫn còn ở thế nhão và mặt thoáng của bê tông tươi trong ống lúc nào cũng phải cao hơn mặt thoáng của vữa sét để lượng bê tông đủ thay thế cho vữa sét còn tồn đọng ở bên ngoài chung quanh vỏ ống vách. Công nghệ dùng vữa sét hoặc dung dịch khoan Trình tự công nghệ gồm có các bước được trình bày trên (hình 1.3), bao gồm : Khoan qua lớp đất dính.
Thêm vữa sét khi gặp lớp đất dễ sạt lở hoặc có nước ngầm. Đặt lồng thép vào hố khoan vẫn đầy vữa sét. Đổ bêtông dưới nước bằng ống rút thẳng đứng cho tới khi bê tông thay chỗ và dồn hết vữa sét ra ngoài bể chứa.3 : Công nghệ dùng vữa sét. Định tâm lỗ, 2.ống vách tạm, 3.
Khoan trong đất, 4. Đặt cốt thép, 6. Cọc hoàn chỉnh. Nguyễn Hiếu Thuận – Lớp CGH49 Trang 11 Kiều Minh Huy – Lớp CGH49 Lại Thị Khánh Trâm – Lớp KTXD51 Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên Đặc điểm công nghệ : Công nghệ này có thể sử dụng để thay thế ống vách trong mọi tình huống địa chất.
Trường hợp dùng ống vách nhưng không có khả năng cản được triệt để nước ngầm chảy vào lỗ khoan, chẳng hạn ở bãi sông, dùng vữa sét thường đạt hiệu quả tốt. Giới thiệu chung về máy khoan cọc nhồi Năm 1950 theo kiến nghị của giáo sư Khlebnikov.H (trườngMADI) ở Liên Xô cũ đã chế tạo thử nghiệm và đưa vào sử dụng tổ hợp máy khoan nhồi tạo ra cọc có chân mở rộng, để tạo tăng cường sức chịu tải của nền đất.4 : Sơ đồ thiết bị khoan thuộc hệ Khlebnikov 1.trống dẫn hướng; 5.Kích thuỷ lực; 6.Phay Sau đó, Tenmikaelian và đồng nghiệp đã phát triển và hoàn thiện tổ hợp khoan với các đặc điểm như : Có khả năng tạo lỗ và đúc cọc đường kính từ 0,9 đến 1,7m, độ sâu tối đa 40m. Tùy theo tốc độ hạ mũi phay và mỏ cân cọc có thể tạo ra hốc mở rộng hình quay hình tròn xoay. Toàn bộ chiều cao gần 2m, đường kính mở rộng 2,2-3,5m.
Khi khoan cọc thẳng và xiên có thể dùng ngay giá búa đóng cọc. Một trong những hãng chế tạo máy khoan nhồi nổi tiếng là hãng BAUER (Đức) với những tổ hợp máy có tính năng hiện đại, năng suất cao và có thể thi công qua nhiều địa tầng phức tạp, với các bộ công tác thích hợp. Nguyễn Hiếu Thuận – Lớp CGH49 Trang 12 Kiều Minh Huy – Lớp CGH49 Lại Thị Khánh Trâm – Lớp KTXD51 Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 3 4 2 5 1 Hình 1.5 : Tổ máy khoan BAURE BS.Thiết bị mâm xoay ống vách, 2.Máy cơ sở Nói chung, máy khoan cọc nhồi rất đa dạng và phong phú về kết cấu và chủng loại : Ở Liên Xô có máy khoan cọc nhồi kiểu MBH, máy khoan hệ Khlebnikov… Ở Pháp có tổ hợp khoan Benoto EDF… Ở Đức có các loại máy khoan của hãng Salzigitter: PS-150, S-200, S-300. Ở Nhật có rất nhiều hãng sản xuất máy khoan nhồi như : Hitachi, Nippon Sharyo, Sumitomo,… Ở Trung Quốc có : GPS, QJ,… dưới đây là một số dạng máy và thiết bị khoan cọc nhồi đặc trưng.
Máy khoan dùng ống vách Đầu khoan hoạt đông theo nguyên tắc gầu ngoạm nhưng có khối lượng nặng bảo đảm năng suất phá và bốc đất đá cao. Nguyễn Hiếu Thuận – Lớp CGH49 Trang 13 Kiều Minh Huy – Lớp CGH49 Lại Thị Khánh Trâm – Lớp KTXD51 Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên 1 2 3 4 5 Hình 1.6 : Sơ đồ cấu tạo của thiết bị khoan dùng ống vách 1.Cáp treo gầu đào; 2. xi lanh nâng hạ; 3. Mâm xoay ống vách, 4.
ống vách có răng cắt đất. Các loại máy kiểu này : Hãng Benoto( pháp), VD : EDF55, N6. Hãng Hitachi, VD : KH-150 , KH-200. Hãng Kato, VD : 50 TH, 20 THC , 30THC.
Hãng Bauer, VD : BG7, BG9, BG14, BG22. Hãng Nippon sharyo, VD : RT-100 , RT- 150, RT150A, RT-200. Máy khoan đất Đặc điểm công nghệ : Máy khoan đất có gầu khoan làm việc theo nguyên tắc xoắn vít hoặc gầu xoay dùng rất hiệu quả cho những cọc đường kính lớn trong nền đất và đá yếu. Trường hợp đất dính, dùng đầu khoan kiểu vít xoáy( giống xoắn) đất phôi khoan sau khi xén sẽ liên tục được chuyển ra ngoài.
Trường hợp đất quá dẻo và ngập nước nên dùng loại gầu khoan kiều gầu, đất khoan do cánh xén cắt, được gạt vào gầu, khi đầy đất, cánh xén khép lại và đầu khoan được kéo lên đổ đất ra ngoài. Do không dùng ống vách và nhiều trường hợp không dùng cả vữa sét nên rất thông Nguyễn Hiếu Thuận – Lớp CGH49 Trang 14 Kiều Minh Huy – Lớp CGH49 Lại Thị Khánh Trâm – Lớp KTXD51 Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên dụng trong các điều kiện địa chất khác nhau, kể cả khi trong đất có rễ cây, đá tảng…. Chỉ những lớp đất khả năng sạt lở vào lỗ khoan mới chống tạm thời bằng một đoạn ống vách.7 : Máy khoan dùng gầu xoay. Cáp treo thanh kely; 2.
Mâm xoay thanh kely 4. ống vách tạm; 5. Gầu xoay đào Dùng máy khoan tạo lỗ kiểu vít xoắn liên tục, có trục khoan rỗng đáy ống bịt kín xoắn liên tục, có trục khoan rỗng, đáy ống kín. Khi khoan xong máy được quay ngược chiều, đồng thời vữa xi măng cát hoặc bê tông cốt liệu nhỏ hơn được bơm xuống theo trục khoan với áp lực bảo đảm lớn hơn áp lực thuỷ tĩnh để chống sập lỗ vách lỗ khoan, các loại máy khoan nay : Nippon sharyo : DH 350, DH400, ED4000, ED6500.
Hitachi : U106EB, U106, ALED, KH100D. Máy khoan vận hành ngược Các đầu khoan trong máy vận hành ngược cũng có nhiều loại khác nhau, tuỳ theo đất đá, các hoạt động đào đất, hút nước và bùn khoan bổ sung dung dịch khoan theo nguyên tắc tuần hoàn xuất phát từ máy khoan kiểu PS của hãng Salzgitter với các đặc điểm sau : Mô men quay thường nhỏ hơn nhiều loại vừa khoan được trong đất vừa khoan trong đá cứng. Tuy nhiên việc lựa chọn đầu khoan nên căn cứ vào cường độ chịu nén của đất đá.