Giới thiệu chung
Cọc khoan nhồi là một giải pháp cho các công trình chịu tải trọng lớn. Cọc khoan nhồi được áp dụng rộng rãi vào các loại hình công trình như nhà cao tầng, công trình cầu, hầm và các công trình cảng biển…
Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đòi hỏi Nhà thầu phải có đủ năng lực và kinh nghiệm về nhân lực, thiết bị, quy trình thi công và các ứng xử khi xảy ra các sự cố trong quá trình thi công cọc khoan nhồi.
Trong bài viết tác giả sẽ mô tả và phân tích chi tiết công nghệ thi công cọc khoan nhồi để cung cấp cho các kỹ sư một số kiến thức và kinh nghiệm trong việc khởi nghiệp về công nghệ này.
Đặc điểm công nghệ và các thiết bị thi công cọc khoan nhồi
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 là sử dụng 3 phương pháp khoan cọc nhồi với các loại thiết bị và quy trình khoan khác nhau như sau:
* Phương pháp khoan thổi rửa (còn gọi là phương pháp khoan phản tuần hoàn).
* Phương pháp khoan dùng ống vách.
* Phương pháp khoan gầu trong dung dịch bentonite.
A. PHƯƠNG PHÁP KHOAN THỔI RỬA
Phương pháp khoan thổi rửa hay còn gọi là phản tuần hoàn
– Sơ lược công nghệ: Máy đào sử dụng guồng xoắn để phá đất. Dung dịch bentonite được bơm xuống để giữ vách hố đào. Mùn khoan và dung dịch được máy bơm và máy nén khí đẩy từ đáy hố khoan lên đưa vào bể lắng. Lọc tách dung dịch bentonite cho quay lại và mùn khoan ướt được bơm vào xe téc hoặc các công chứa mùn khoan và vận chuyển ra khỏi công trường.
– Ưu điểm: giá thiết bị rẻ. thi công đơn giản, giá thành hạ.
– Nhược điểm: Khoan chậm chất lượng và độ tin cậy chưa cao.
B. PHƯƠNG PHÁP KHOAN DÙNG ỐNG VÁCH
– Sơ lược công nghệ: Xuất hiện từ trập niên 60~70 của thế kỷ này ống vách được hạ xuống và nâng lên bằng cách vừa xoay vừa rung. Trong phương pháp này không cần dùng đến dung dịch bentonite để giữ vách hố khoan. Đất trong lòng ống vách được lấy ra bằng gầu ngoạm.
– Ưu điểm: của phương pháp này là: không cần đến dung dịch benlonitc, công trường sạch, chất lượng cọc đảm bảo.
– Nhược điểm: của phương pháp này là khó làm được cọc đến 30m, máy cồng kềnh, khi làm việc gây chấn động rung lớn, khó sử dụng cho việc xây chen trong thành phố.
C. PHƯƠNG PHÁP KHOAN GẦU
– Sơ lược công nghệ:
Gầu khoan ở 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 dài xuống gầu đào nhờ hệ thống rãnh. Vách hố khoan được giữ ổn định bằng dung địch betonite. Quá trình tạo lỗ được thực hiện trong dung dịch sét bentonite.
Dung dịch sét bentonite được thu hồi lọc và tái sử dụng vừa đảm bảo vệ sinh và giảm khối lượng chuyên chở. Trong quá trình khoan có thể thay các đầu đào khác nhau để phù hợp với nền đất và có thể vượt qua các dị vật trong lòng đất. Việc đặt cốt thép và đổ bê tông được tiến hành trong dung dịch bentonite. Các thiết bị đào thông dụng ở Việt Nam là Bauer (Đức), Soil-Mec (Italia) và Hitachi (Nhật Bản).
– Ưu điểm: thi công nhanh, việc kiểm tra chất lượng thuận tiện rõ ràng, bảo đảm vệ sinh môi trường. Ít ảnh hưởng đến công trình xung quanh.
– Nhược điểm: thiết bị chuyên dụng, giá đắt, giá thành cọc cao, quy trình công nghệ phải tuân thủ chặt chẽ, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và công nhân phải lành nghề và có ý thức công nghiệp và kỷ luật cao.
Do phương pháp này khoan nhanh hơn và chất lượng đảm bảo hơn nên ở Việt Nam hiện nay chủ yếu sử dụng phương pháp khoan này.
MỘT SỐ Ý KIẾN
– Với việc hiểu được các phương pháp thi công từ bài trên. Người cán bộ dự toán có thể áp dụng được các mã đơn giá, mã hiệu định mức rất rõ ràng. Không còn tình trạng rất hay gặp trong các hồ sơ dự toán: Sử dụng phương pháp khoan dùng ống vách, nhưng vẫn có đầu việc Sử dụng dung dịch bentonite chống sụt thành hố khoan.
– Xem qua phân tích nhược điểm nói trên, căn cứ vào điều kiện cụ thể của công trình (về địa chất, về khả năng huy động thiết bị, lượng chi phí…) có thể chọn phương pháp thi công từ đó đơn giá tương ứng trong bản dự toán.
– Dung dịch betonite trong các phương pháp được sử dụng tuần hoàn (lọc tách sử dụng lại), mùn khoan tách ra được chở đi. Hiểu được vấn đề này việc áp dụng đơn giá cho 2 công tác này sẽ rõ ràng.
– Phương pháp dùng ống vách, ống được hạ xuống và nâng lên, chấn động rung lớn, tính chi phí hao phí ống vách là rất cần thiết.
– Định mức dùng để xác định chi phí (giá) cho công tác khoan cọc nhồi trong tập ĐM dự toán XDCT phần xây dựng số 1776/BXD-VP có mã hiệu AC.3000 cho 2 phương pháp:
+ AC.31000 Khoan tạo lỗ bằng phương pháp khoan có ống vách (không sử dụng dung dịch khoan)
+ AC.32000 Khoan tạo lỗ bằng phương pháp khoan xoay phản tuần hoàn (có sử dụng dung dịch khoan).
Cọc khoan nhồi tuần hoàn dung dịch là giải pháp móng có nhiều ưu điểm về mặt thiết kế, căn cứ vào tài liệu địa chất người thiết kế có thể xác định được chiều sâu cọc sao cho sức chịu tải của nền tương đương với sức chịu tải vật liệu của cọc (Pvl tương đương Pđn), về điều này với phương pháp cọc đóng hoặc ép tĩnh không đạt được, đó là điều kiện đưa đến giải pháp nền móng hợp lý và kinh tế hơn.
Quy trình kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi
Thi công được ở những địa hình chật hẹp. Tuy nhiên cũng có những khuyết điểm về quản lý thi công, khó kiểm tra được chất lượng bêtông nhồi vào cọc. Do đó đòi hỏi kinh nghiệm và tay nghề của nhà thầu và giám sát thi công, việc giám sát thi công phải thật chặt chẽ, tuân thủ đầy đủ các quy trình.
I. CÔNG TÁC CHUẨN BỊ
1. Chuẩn bị mặt bằng
– Mặt bằng trước khi tiến hành thi công phải được san phẳng.
– Đảm bảo cứng không bị lún máy móc khi thi công.
– Đảm bảo đường rãnh thoát nước phòng khi trời mưa to.
H1-Mat bang thi cong
2. Định vị tim mốc
– Xác định từng vị trí tim cọc và tim cột, dùng cọc tre để đánh dấu.
– Bố trí các tim cột, các mốc phụ trên tường vách để khi mất dấu có thể dùng phương pháp căng dây để phục hồi lại những tim bị mất.
– Sai số tim cọc sau khi thi công xong nhỏ hơn D/4 nhưng không lớn quá 15cm đối với cọc giữa và nhỏ hơn D/6 nhưng không lớn quá 10cm đối với cọc biên.
H2-Dinh vi tim coc
3. Tập kết thiết bị – vật tư
– Sau khi công tác chuẩn bị mặt bằng hoàn chỉnh tiến hành tập kết thiết bị, vật tư.
– Thiết bị được tập kết gọn gàng, bố trí vị trí đặt ống đổ bê tông, cần khoan và các thiết bị phục vụ công tác thi công…
– Vật tư sắt đảm bảo để nơi cao ráo tránh ngập nước và lẫn sình đất.
H3-Tap ket vat tu thi cong
II. CÁC BƯỚC CÔNG NGHỆ THI CÔNG
Xem video minh họa: Tại đây
– Mỗi máy khoan được bố trí ở một khu vực nhất định để tránh vướng víu trong công tác thi công.
– Bố trí khoan trình tự từ trong ra ngoài tránh tình trạng xe khoan chạy trên đầu cọc mới đổ bêtông xong.
– Tim sau chỉ khoan cạnh tim trước khi bêtông của tim trước đạt lớn hơn 24 tiếng.
H4-So do khoan coc
2. Công tác khoan cọc
– Khi đưa máy vào vị trí, căn chỉnh đúng tim mốc đã định vị trước đó.
– Kê kích máy đảm bảo chắc chắn đảm bảo không bị lún nghiêng khi máy hoạt động.
– Kiểm tra độ thẳng đứng của tháp bằng 2 bọt thuỷ chuẩn được gắn ở hai bên thân tháp khoan (trong quá trình khoan cũng vẫn liên tục phải theo dõi hai bọt thuỷ này).
H5-Khoan tao lo
Sau khi cân chỉnh máy xong dùng mũi khoan phá khoan một đoạn sâu khoản 2m và hạ ống vách, ống vách có chiều dài là (6~9)m để chống sạt lở và mất nước trong khi khoan. Chiều dài ống vách tạm phụ thuộc vào địa chất các lớp mặt khi thi công trên cạn và phụ thuộc vào đáy lòng sông, địa chất bên dưới khi khoan trên sông.
– Tiến hành khoan bằng mũi khoan phá tới cao độ thiết kế của cọc.
– Khi khoan theo dõi địa chất và ghi lại, nếu có khác biệt nhiều so với tài liệu thăm dò địa chất thì báo ngay cho chủ đầu tư và tư vấn thiết kế biết để điều chỉnh chiều sâu cọc.
– Trong khi khoan cần kiểm tra lượng bentonite phù hợp.
* Đối với cọc đường kính từ 500mm trở lên thì phải kiểm tra bằng các thí nghiệm tỷ trọng dung dịch, độ nhớt, độ lắng cát theo tiêu chuẩn quy định (Do khoan bằng phương pháp tuần hoàn dung dịch nên ta thường kiểm tra khi thổi rửa, vệ sinh hố khoan). Đối với các công trình cầu, đường kính cọc khoan nhồi từ 1000mm trở lên.
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 Bomê kế
|
2. Độ nhớt
|
Từ 18 s đến 45 s
|
Phễu 500/700 cm³
|
3. Hàm lượng cát
|
< 6 %
|
|
4. 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 mg/cm2
10 min: từ 50 mg/cm2 đến 100 mg/cm2
|
Lực kế cắt tĩnh
|
8. Tính ổn định
|
< 0,03 g/cm2
|
|
9. Độ pH
|
7 đến 9
|
Giấy thử pH
|
– Dung dịch bentonite có tác dụng đưa mùn khoan từ đáy hố khoan trồi lên hố dung dịch và có tác dụng giữ thành hố khoan không bị sập. do đó trong mọi trường hợp ngừng thi công do thời tiết, phải dừng qua đêm do hết giờ làm việc … thì vẫn phải đảm bảo hố khoan luôn được bơm đầy dung dịch.
– Trong quá trình khoan nếu qua tầng thấm lớn thấy mất nước nhanh thì phải nhanh chóng cho thêm bentonite vào dung dịch để chống thấm.
– Thi công trong mực nước ngầm cao cần chú ý không khoan hai tim cọc gần nhau để tránh xông nước giữa cọc nọ qua cọc kia dẫn đến sạt lở thành vách.
– Sau khi khoan xong lần 1 tiến hành hạ mũi khoan núp B xuống để kéo hết sình đất còn lại lên. công đoạn này có thể làm từ 1 đến 2 lần.
– Khi hạ mũi khoan núp B vẫn thao tác như khi khoan mũi phá. nhưng khi kéo lên thì không được xoay mũi khoan để tránh sình đất lọt xuống lại hố khoan.
3. Công tác kiểm tra độ sâu của hố khoan
– Dùng thước dây có treo quả dọi thả xuống hố khoan hoặc đo theo chiều dài của cần khoan hay ống đổ bê tông.
– Trong khi khoan một số mùn khoan còn nằm lại trong hố khoan nên ta không thể thả dọi để kiểm tra được do đó lúc này ta kiểm tra cao độ hố khoan dựa vào chiều dài và số lượng cần khoan để tính, chiều dài mỗi cần khoan là 3.05m.- Sau khi dùng mũi khoan núp B kéo hết mùn khoan lên ta thả dọi để kiểm tra hố khoan sau đó mới thả lồng thép vào ống đổ bêtông.
– Sau khi thả xong lồng thép và ống đổ bê tông ta tiến hành thả dọi đo lại cao độ hố khoan để xác định chiều dày lớp cặn lắng.
– Tiến hành thổi rửa vệ sinh hố khoan xong ta thả dọi đo cao độ hố khoan một lần nữa để xác định lại lớp cặn lắng phải đảm bảo < 10cm.
– Nếu trường hợp thổi rửa vệ sinh xong mà chưa có bê tông đổ ngay thì trước khi đổ bê tông ta phải kiểm tra lại lần nữa để đảm bảo lớp cặn lắng nằm trong giới hạn cho phép.
4. Công tác gia công và lắp đặt lồng cốt thép
– Công tác gia công cốt thép được thực hiện ở nơi khô ráo và được kiểm tra, nghiệm thu trước khi hạ xuống hố khoan.
– Lồng thép được gia công thành từng lồng dài 5,8m hay 11,7m tuỳ thuộc vào thiết kế và được buộc đầy đủ các con kê bằng bê tông đảm bảo lớp bê tông bảo vệ bằng bánh xe trượt.- Khi hạ lồng thép phải giữ cho lồng thẳng đứng, đoạn nọ nối với đoạn kia phải đảm bảo đúng tâm lồng thép.
– Mối nối cốt thép sử dụng mối nối bằng bắt cóc, chiều dài đoạn nối chồng cốt thép là 30D và được nối bằng hai cóc xiết. số thanh cần nối là 50% tổng số mối nối. các thanh còn lại được buộc bằng dây kẽm.
– Khi thả lồng thép phải chú ý không để đầu lồng thép chọc vào thành vách.
– Lồng thép khi thả không được để chạm đáy và phải cách đáy hố khoan khoảng 100 mm như trong bản vẽ thiết kế.>
Với các cọc cần kiểm tra siêu âm
+ Ống siêu âm được làm bằng thép hoặc nhựa PVC có đường kính là 49mm, chiều dày là 3mm
+ Bố trí hai ống đối xứng nhau qua tim cọc suốt chiều dài từ đầu cọc tới đáy cọc.
+ Ống thép siêu âm được buộc vào cốt thép chủ bằng dây kẽm và được nối với nhau bằng măng xông có gien đảm bảo kín khít tránh bê tông chảy vào làm tắc ống. Riêng ở lồng thép dưới cùng được đính hàn vào thép chủ để đảm bảo định vị đúng vị trí.
+ Trong khi hạ ống siêu âm phải được bịt kín hai đầu dưới và hạ tới đâu phải bơm đầy nước tới đó. Sau khi hạ xong và bơm đầy nước vào ống ta bịt kín nốt đầu trên lại để khi đổ bê tông tránh bê tông rới vào làm tắc ống.
5. Công tác vệ sinh hố khoan
– Đây là công đoạn quan trọng nhất trong quá trình thi công khoan nhồi. Sau khi khoan đến độ sâu thiết kế lượng phôi khoan không thể trồi lên hết. Khi ngừng khoan, những phôi khoan lơ lửng trong dung dịch hoặc những phôi khoan có kích thước lớn mà dung dịch không đưa lên khỏi hố khoan sẽ lắng trở lại trong đáy hố khoan.
– Ta chia công đoạn xử lý cặn lắng làm 2 bước.
Các công đoạn xử lý như sau:
* Xử lý cặn lắng bước 1: Xử lý cặn lắng là các hạt có đường kính lớn.
Công tác này làm ngay sau khi khoan tạo lỗ xong. Sau khi khoan tới cao độ thiết kế không nâng ngay thiết bị khoan lên mà để vậy tiếp tục bơm nước thải đất lên. Sau đó kéo mũi khoan lên và đưa mũi khoan có núp B xuống để kéo những cặn lắng là những cục đất lớn lên công tác này làm cho tới khi không thấy đất được kéo lên nữa (thường kéo mũi khoan núp B khoảng 1-2 lần).
* Xử lý cặn lắng bước 2: Xử lý cặn lắng là các hạt có đường kính nhỏ
Công tác này làm trước khi đổ bê tông. Sau khi xử lý cặn lắng bước 1 ta đưa lồng thép và ống đổ bê tông xuống dưới tới đáy hố khoan, đưa một ống dẫn khí vào trong lòng ống đổ BT tới cách đáy 2 m dùng khí nén bơm ngược dung dịch hố khoan ra ngoài bằng đường ống đổ BT, các phôi khoan có xu hướng lắng xuống sẽ bị hút vào trong ống đổ BT đẩy ngược lên và thoát ra ngoài miệng ống đổ (xem hình vẽ) cho đến khi không còn cặn lắng lẫn lộn và đạt yêu cầu.
– Dùng thước có quả dọi để kiểm tra cặn lắng hố khoan phải <10 cm.
– Sau khi xử lý xong phải tiến hành đổ BT ngay.
* Chú ý: Trong quá trình bơm khí nén, hố khoan phải luôn luôn được cấp dung dịch đầy để đảm bảo hố khoan không bị sạt lở. Trong thực hành giám sát hai bên sẽ tiến hành đổ vào hố khoan một số đá mi hoặc đá 1*2, khi bơm lên dùng giỏ lưới hứng lại để kiểm tra. Nếu lượng đá 1*2 từ đáy hố khoan mà ống bơm dung dịch có thể bơm ra được một phần lớn của lượng đá đổ vào hố khoan và không có bùn đất kèm theo thì chấp nhận công tác vệ sinh đạt yêu cầu.
6. Công tác đổ bê tông cọc
– Ống đổ bê tông là một ống thép đường kính từ 114mm đến 138 mm tuỳ vào đường kính cọc được nối bởi nhiều đoạn mỗi đoạn dài 1.5 m miệng ống đổ được lắp một phiễu để rót bê tông.
– Đối với thi công cọc đường kính từ 400 đến 500mm cho các công trình lớn trước khi đổ bê tông ta cần làm quả bóng ngăn nước, quả bóng ngăn nước này được làm bằng xi măng nhào dẻo và được bọc bằng một lớp vải mỏng. Khi xuống tới đáy lớp vải mỏng sẽ bung ra và xi măng sẽ hòa lẫn vào bê tông sẽ tốt hơn cho bê tông đáy cọc.
– Khi bắt đầu đổ bê tông không được nhồi và kéo ống đổ lên cho tới khi bê tông đầy lên miệng phễu đổ.
– Về nguyên tắc, công trình bê tông làm cọc khoan nhồi phải tuân theo các qui định về đổ bê tông dưới nước. Phương pháp thi công bê tông đổ dưới nước của cọc khoan nhồi là dùng ống dẫn.
– Trước khi đổ bêtông phải kiểm tra các công cụ đo lường cấp phối để quy ngược lại lượng bêtông tương ứng cần thiết.Tổng lượng bê tông đổ vào cọc thực tế không được lớn quá 20% lượng bê tông tính theo đường kính danh định của cọc
– Bê tông được đưa xuống đáy hố khoan thông qua ống đổ, bê tông dâng cao dần lên và đẩy nước dung dịch trào lên trên miệng hố khoan. Ống đổ bê tông luôn ngập trong bê tông tối thiểu là 2.0 m để đảm bảo bê tông không bị lẫn dung dịch.
– Công tác đầm bê tông được thực hiện bằng chính ống đổ bê tông thông qua động tác nhắp ống.
– Thời gian đổ bêtông cho cọc không được kéo dài quá 4 giờ (để đảm bảo chất lượng, cường độ bêtông suốt chiều dài cọc). Nếu quá trình thi công đổ bêtông ống bị nghẹt … thì có biện pháp xử lý nhanh chóng, thời gian xử lý không vượt quá giới hạn trên. Trong trường hợp không xử lý được thì phải ngừng thi công ít nhất là 24 giờ, sau đó vệ sinh hố khoan lại một lần nữa mới tiếp tục đổ bêtông.
* Quy trình cắt ống đổ:
Kỹ thuật viên và giám sát có thể theo dõi cao độ của mức bêtông dâng lên trong hố khoan bằng cách tính sơ bộ lượng bêtông được bơm vào cọc theo đường kính danh định của cọc, nhưng thực tế đường kính sẽ lớn từ 10% đến 20% tuỳ theo tầng khoan hoặc kiểm tra trực tiếp bằng cách thả quả rọi xuống đo.
– Trong thực hành trước khi cắt ống đổ phải thả chùng cable, nâng ống đổ để xác định “độ ngồi” của ống đổ trong bêtông thì cho cắt ống đổ.
– Sau khi bê tông lên tới miệng ống sinh cách mặt đất 20cm ta kéo cao ống sinh lên cách mặt đất là 1m và tiếp tục đổ bê tông.
– Khi bêtông dâng lên miệng ống sinh, dù công tác vệ sinh đã được làm kỹ lưỡng nhưng lớp bêtông trên cùng cũng thường nhiễm bùn trong quá trình dâng lên. Nên cho lớp bêtông này trào ra khỏi miệng hố khoan bỏ đi cho tới khi bằng mắt thường xác định được lớp bêtông kế tiếp đạt yêu cầu thì ngưng đổ.
– Thể tích bê tông đổ vào cọc không lớn quá 20% thể tích cọc danh định. Nếu khi đổ thấy lượng bê tông lớn hơn thì báo cho tư vấn giám sát và thiết kế biết để xem xét xử lý.
– Sau khi đổ bê tông xong khoản 20 – 30 phút tiến hành rút ống sinh lên hoàn tất công việc đổ bê tông.
– Những cọc gần nhau thì khi thi công cọc sau phải chờ cho bê tông cọc trước đạt tối thiểu là 24 giờ mới tiến hành khoan.
Vấn đề thí nghiệm bêtông:
• Trước khi đổ bê tông tiến hành đo độ sụt bằng côn đo tiêu chuẩn đảm bảo độ sụt Sn = 180 ± 20mm
• Lấy mẫu thí nghiệm bê tông bằng mẫu vuông 15x15x15 cm hoặc mẫu hình lăng trụ có kích thước DxH = 15x30cm (với D là đường kính, H là chiều cao của mẫu) để kiểm tra cường độ bê tông.
