CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC VÀ MÓNG CỌC 1. Khái niệm chung về cọc và móng cọc [2] Móng cọc là loại móng sâu, có tác dụng truyền tải trọng từ công trình tới lớp đất có cường độ lớn ở đầu mũi cọc và xung quanh móng. Móng cọc gồm 3 bộ phận: cọc, đài cọc và đất bao quanh. Cọc là bộ phận chính có tác dụng truyền tải trọng công trình lên đất ở mũi cọc và lớp đât xung quanh.
Đài cọc có tác dụng tạo liên kết giữa các cọc thành một khối liên kết và phân bố tải trọng công trình lên các cọc. Đất bao quanh được lèn chặt tiếp thu một phần tải trọng công trình chống uốn cho cọc.1 Cấu tạo móng cọc 1- cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần trên * Phân loại cọc: theo 4 cơ sở + Phân loại: theo tác dụng làm việc giữa đất và cọc: - Cọc chống: truyền tải trọng lên lớp đất đá có cường độ lớn, vì thế lực ma sát ở mặt xung quanh cọc thực tế không xuất hiện và khả năng chịu tải của cọc chỉ phụ thuộc khả năng chịu tải của đất đầu mũi cọc. Khái quát về cọc khoan nhồi [3] Cọc khoan nhồi là một loại cọc tiết diện tròn được thi công bằng cách khoan tạo lỗ trong đất sau đó lấp đầy bằng bê tông cốt thép. Cọc khoan nhồi không gây đẩy chèn đất xung quanh, vì việc hạ cọc làm thay đổi rất ít trạng thái ứng suất trong đất.
Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính nhỏ: Đường kính từ 300 - 700mm (cọc mini); chịu tải trọng từ 30 - 160 tấn/đầu cọc; thường dùng cho các nhà 4, 5 tầng. Trên thực tế, loại cọc mini-btct dùng tốt cho các nhà có diện tích 70m2 × 4 tầng. Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính lớn: Thường cọc có đường kính D = 800 - 3000mm, sâu 35 - 60m và có thể >100m. Ở Việt Nam, cọc khoan nhồi dùng cho nhà cao tầng: D = khoảng 800 - 1500mm, dùng cho móng trụ cầu: D = khoảng 1000 - 2500mm So với các loại cọc khác thì cọc khoan nhồi thi công thuận lợi trong các vùng gần công trình đã xây dựng trước, trong khu đông dân cư.
Quá trình thi công ít ảnh hưởng đến công trình bên cạnh và không gây tiếng ồn lớn. Với đặc điểm thi công là công đoạn khoan tạo lỗ đi trước nên có thể kiểm tra lại điều kiện địa chất công trình của từng cọc và có thể dễ dàng thay đổi kích thước, nhất là chiều sâu để phù hợp với điều kiện địa chất công trình thực tế.2 Mô phỏng quá trình thi công cọc khoan nhồi Phạm vi áp dụng của cọc khoan nhồi: + Thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng có hang castơ. + Thích hợp sử dụng cho móng công trình có tải trọng lớn như: Nhà cao tầng có tầng ngầm, các công trình cầu (cầu dầm đơn giản, cầu khung T, cầu dầm liên hợp liên tục, cầu treo dây xiên, nhất là khi kết cấu siêu tĩnh vượt khẩu độ lớn, tải trọng truyền xuống móng lớn mà lại yêu cầu lún rất ít hay hầu như không lún). Công nghệ thi công cọc khoan nhồi [4] Trên thế giới có rất nhiều công nghệ và các loại thiết bị thi công cọc khoan nhồi khác nhau.
Ở Việt nam hiện nay chủ yếu sử dụng 2 phương pháp khoan cọc nhồi với các loại thiết bị và quy trình khoan khác nhau như sau: 1. Phương pháp khoan dùng ống vách: Phương pháp này thường được sử dụng khi thi công những cọc nằm kề sát với công trình có sẵn hoặc do những điều kiện địa chất đặc biệt. Cọc khoan nhồi có dùng ống vách thép rất thuận lợi cho thi công vì không phải lo việc sập thành hố khoan, công trình ít bị bẩn vì không phải sử dụng dung dịch Bentonite, chất lượng cọc rất cao. Nhược điểm của phương pháp này là máy thi công lớn, cồng kềnh, khi máy làm việc thì gây rung và tiếng ồn lớn và rất khó thi công đối với những cọc có độ dài trên 30m.3 Thi công cọc khoan nhồi có sử dụng ống vách Hình 1.4 Ống vách trong thực tế thi công 1.
Phương pháp khoan không dùng ống vách: Đây là công nghệ khoan rất phổ biến. Ưu điểm của phương pháp này là thi công nhanh, đảm bảo vệ sinh môi trường và ít ảnh hưởng đến các công trình xung quanh. Phương pháp này thích hợp với loại đất sét mềm, nửa cứng nửa mềm, đất cát mịn, cát thô hoặc có lẫn sỏi cỡ hạt từ 20-100mm.5: Thi công cọc khoan nhồi không dùng ống vách Có 2 phương pháp dùng cọc khoan nhồi không sử dụng ống vách: a. Phương pháp khoan thổi rửa (phản tuần hoàn): Máy đào sử dụng guồng xoắn để phá đất, dung dịch Bentonite được bơm xuống hố để giữ vách hố đào.
Mùn khoan và dung dịch được máy bơm và máy nén khí đẩy từ hố khoan lên đưa vào bể lắng để lọc tách dung dịch Bentonite tái sử dụng. Công việc đặt cốt thép và để bê tông tiến hành bình thường. - Ưu điểm: Phương pháp này có giá thiết bị rẻ, thi công đơn giản, giá thành hạ. - Nhược điểm: Tốc độ khoan chậm, chất lượng và độ tin cậy chưa cao.
Phương pháp khoan gầu: 7 Hình 1.6: Phương pháp khoan gầu Theo công nghệ 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.
Trong quá trình khoan có thể thay các gầu khác nhau để phù hợp với nền đất đào và để khắc phục các dị tật trong long đất. - 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. Phương pháp này đòi hỏi quy trình công nghệ rất chặt chẽ, cán bộ kỹ thuật và công nhân phải thành thạo, có ý thức tổ chức kỷ luật cao.
Do phương pháp này khoan nhanh hơn và chất lượng đảm bảo hơn các phương pháp khác, nên hiện nay các công trình lớn ở Việt Nam chủ yếu sử dụng phương pháp này bằng các thiết bị của Đức (Bauer), Italia (Soil-Mec) và của Nhật (Hitachi).3 Các bước thi công cọc khoan nhồi: Hình 1.7: Thi công cọc khoan nhồi 1. Chuẩn bị: Chuẩn bị dung dịch khoan, cốt thép cọc, ống siêu âm, thùng chứa đất khoan, máy khoan và các thiết bị phụ trợ (cần cẩu, máy bơm, máy trộn dung dịch, máy lọc cát, tổ hợp ống đổ, sàn công tác phục vụ đổ bê tông, xe chở đất khoan) cùng các thiết bị để kiểm tra dung dịch khoan, lỗ khoan,. Dung dịch khoan: Đây là loại dung dịch làm nhiệm vụ thay thế chỗ cho đất được lấy ra khỏi hố đào, chúng phải có khả năng tạo màng keo (tỉ lệ keo > 95%) phủ lên bề mặt thành đất hố đào nhằm tăng tính ổn định của thành vách hố đào. Lựa chọn dung dịch khoan phụ thuộc vào điều kiện địa chất thủy văn, nước ngầm, thiết bị khoan.
Dung dịch bentonite dùng giữ thành hố khoan nơi địa tầng dễ sụt lở cho mọi loại thiết bị khoan, giữ cho mùn khoan không lắng đọng dưới đáy hố khoan và đưa mùn khoan ra ngoài phải đảm bảo được yêu cầu giữ ổn định vách hố khoan trong suốt quá trình thi 9 công cọc. Khi mực nước ngầm cao (lên đến mặt đất) cho phép tăng tỷ trọng dung dịch bằng các chất có tỷ trọng cao như barit, cát magnetic. Dung dịch polime hoặc các hoá phẩm khác ngoài các chức năng giữ ổn định thành hố khoan phải kiểm tra ảnh hưởng của nó đến môi trường đất-nước (tại khu vực công trình và nơi chôn lấp đất khoan). Dung dịch bentonite trước khi đưa xuống hố khoan để tiến hành khoan phải đảm bảo các thông số theo bảng sau (TCVN 9395:2012) Tên chỉ tiêu Chỉ tiêu tính năng Phương pháp kiểm tra 1.
Khối lượng riêng Từ 1,05 g/cm³ đến 1,15 g/cm³ Tỷ trọng kế hoặc Bom kế 2. Độ nhớt Từ 18 s đến 45 s Phễu 500/700 cm³ 3. Tỷ lệ chất keo > 95 % Đong cốc 5. Lượng mất nước < 30 mL/30min Dụng cụ đo lượng mất nước 6.
Độ dày áo sét Từ 1 mm đến 3 mm sau 30 min Dụng cụ đo lượng mất nước 7. Lực cắt tĩnh 1 min: từ 20 mg/cm2 đến 30 Lực kế cắt tĩnh mg/cm2 10 min: từ 50 mg/cm2 đến 100 mg/cm2 8. Tính ổn định < 0,03 g/cm2 9. Độ pH 7 đến 9 Giấy thử pH 1.
Tạo lỗ khoan: Trước khi khoan tạo lỗ, kiểm tra độ thẳng đứng theo dây dọi (hoặc dựa vào mực thuỷ chuẩn) của tháp dẫn hướng cần khoan để đảm bảo lỗ khoan không bị xiên lệch quá độ 10 lệch nghiêng cho phép(1/100). Trong quá trình khoan tạo lỗ, dung dịch khoan sẽ được tạo ra và đi tuần hoàn từ đáy giếng khoan rồi trồi lên hố lắng và mang theo một phần bùn khoan nhỏ lên cùng. Nếu trong quá trình khoan gặp địa tầng thấm lớn, dung dịch khoan sẽ bị thấm nhanh, phải nhanh chóng điều chỉnh tỉ trọng của dung dịch bằng cách hoà thêm vào một lượng bột sét tương thích. Ngoài nhiệm vụ vận chuyển mùn khoan trên hố lắng, dung dịch còn có nhiệm vụ giữ cân bằng thuỷ tĩnh nhằm ổn định thành hố khoan.
Do đó, trong mọi trường hợp ngừng thi công do thời tiết hay phải ngừng qua đêm… người kỹ thuật phải xác định và bảo đảm dung dịch luôn đầy trong hố khoan. Lỗ khoan cần đảm bảo theo quy định sau (TCVN 9395:2012): Thông số kiểm tra Phương pháp kiểm tra Tình trạng lỗ cọc - Kiểm tra bằng mặt có đèn rọi - Dùng siêu âm hoặc camera ghi chụp hình lỗ cọc Độ thẳng đứng và độ sâu - Theo chiều dài cần khoan và mũi khoan - Thước dây - Quả dọi - Máy đo độ nghiêng Kích thước lỗ - Calip, thước xếp mở và tự ghi đường kính - Thiết bị đo đường kính lỗ khoan (dạng cơ, siêu âm.) - Theo độ mở của cánh mũi khoan khi mở rộng đáy Độ lắng đáy lỗ - Thả chuỳ (hình chóp nặng 1 kg) - Tỷ lệ điện trở - Điện dung - So sánh độ sâu đo bằng thước dây trước và sau khi vét, thổi rửa CHÚ THÍCH: Kích thước lỗ khoan khuyến khích Nhà thầu tự kiểm tra để hoàn thiện công nghệ, hiện tại trong thực tế chưa bắt buộc phải đo đường kính lỗ (chỉ khống chế chiều sâu, độ lắng đáy và khối lượng bê tông).