Giới thiệu công nghệ khoan, dung dịch bentonite và các phơng pháp thi công khoan cọc nhôi
Giới thiệu các công nghệ khoan cọc nhồi hiện nay
1 Công nghệ khoan nhồi đơn giản.
I.1 Các đặc điểm thi công.
Phương pháp này chỉ áp dụng khi đất nền có đủ độ dính và chặt, nằm trên mực nước ngầm, không cần bảo vệ thành hố khoan ngoại trừ đoạn đầu Phương pháp có thể sử dụng cho các loại cọc và baret với nhiều kích thước khác nhau Tuy nhiên, việc áp dụng còn hạn chế do các loại đất nền thường ngâm trong nước ngầm, dẫn đến độ sâu của cọc không vượt quá 20 mét.
Hố khoan được thi công trong đất nền bằng các thiết bị cơ khí như guồng xoắn và gàu đào, với mục tiêu chính là giữ vững thành hố khoan Mỗi công trình cần thực hiện một thí nghiệm khoan thử để đảm bảo chất lượng Tiết diện hố khoan có thể là hình tròn (cọc) hoặc hình dạng bất kỳ (baret) Trong trường hợp xảy ra sụt lở, có thể áp dụng phương pháp thi công khác, thường là khoan trong dung dịch sét (bentonite).
I.2 Các quy định về cấu tạo.
Các cọc có thể không cần sử dụng cốt thép hoặc chỉ cần một phần cốt thép (thường là 1/3 trên đầu cọc) khi tải trọng của công trình hoặc đất nền chỉ tạo ra áp lực đúng tâm trên trục lý thuyết của cọc Quyết định này thuộc về người thiết kế.
Khi cọc không được bố trí cốt thép, có thể sử dụng các thanh thép chờ để cấy vào bê tông tơi Thông thường, các cọc chịu nén sử dụng thép chờ nhằm giữ vị trí của cọc trong nền đất cho đến khi bê tông đạt đủ khả năng chịu lực Các thanh thép chờ này cần được định vị chính xác khi bê tông được san phẳng ít nhất 1 mét dưới mặt bằng thao tác.
- Các cọc chịu các lực uốn, các cọc xiên và các cọc chịu kéo thì phải đặt cốt thép trên suốt chiều dài cọc.
Các lồng cốt thép của cọc được cấu tạo từ các cốt thép dọc hình trụ, được gắn chặt với nhau bằng các thép đai vòng hoặc đai xoắn ốc Chiều dài của lồng cốt thép cần đảm bảo liên kết chính xác với kết cấu theo thiết kế Số lượng cốt thép dọc tối thiểu trong cọc là 5 thanh, với đường kính không nhỏ hơn 12 mm Tiết diện tổng cộng của cốt thép tối thiểu phải đạt 0.5% tiết diện cọc, áp dụng cho trường hợp tiết diện cọc là 0.5 m².
2 Công nghệ thi công khoan cọc nhồi có ống vách.
2.1 Các đặc điểm thi công: Khi dùng dung dịch sét pha bentonite mà vẫn không giữ đợc thành hố khoan khỏi sụt lở hoặc mất dung dịch (có hang cactơ) thì phải dùng toàn bộ ống vách để bảo vệ thành hố.
Việc khoan được thực hiện trong đất bằng các phương tiện cơ giới như máy khoan và gầu gạm, dưới sự bảo vệ của ống vách, với đáy ống luôn nằm phía dưới đáy lỗ khoan Ống vách có thể được cắm đến độ sâu cuối cùng bằng cách rung hoặc ép xuống, đồng thời xoay dần theo tiến trình khoan Đường kính của cọc tương ứng với đường kính ngoài của đầu bịt ống vách.
Lỗ khoan được lấp đầy bằng bê tông có độ linh động cao, và ống được rút ra sao cho chân ống vách luôn nằm thấp hơn ít nhất 1m so với mức bê tông, ngoại trừ ở cốt san phẳng.
Đáy ống vách luôn nằm ở vị trí thấp nhất của lỗ khoan Trong quá trình khoan, cần đảm bảo rằng đất và nước không xâm nhập vào ống vách, đồng thời phải xem xét khả năng hút của mũi khoan để duy trì áp suất ổn định tại đáy ống vách.
- Lỗ khoan đợc nạo vét ít hơn 2 giờ trớc lúc bắt đầu đổ bê tông, trừ khi có biện pháp đặc biệt chống sự lắng đọng.
- Mức nớc trong hố khoan trong lúc đổ bê tông phải thờng xuyên cao hơn mức tĩnh cao của các lớp có nớc ngầm bên cạnh.
Khi khoan qua lớp đất cát bụi ngập nước, việc kiểm tra để tránh tạo thành túi rỗng xung quanh ống vách là rất quan trọng Đặc biệt, gần 3 cọc đầu tiên của công trình, khoan thăm dò với đường kính nhỏ được thực hiện để kiểm tra các lớp đất nguy hiểm Hoạt động thăm dò này mang lại hai tác dụng chính.
+ Thứ nhất là dò tìm các túi rỗng bằng cách nhận xét sự tự rơi dụng cụ khoan
+ Thứ hai là cho phép nớc thoát ra không làm phân tầng bê tông.
Khi cần thiết thì việc khoan thăm dò đợc thực hiện sau khi khoan và trớc lúc đổ bê tông ở sát gần ngay với ống vách đã đặt
Nếu không thực hiện các mũi khoan thăm dò, khi rút ống vách chứa đầy bê tông, nước sẽ nhanh chóng chiếm chỗ các túi và tạo ra áp lực lớn Điều này có thể dẫn đến hiện tượng nước bị đẩy ra ngoài, xuất hiện trong một khoảng thời gian nhất định, hoặc ở ngoại vi bê tông, hoặc theo các thanh thép dọc, hình thành các mạch nước phun nhỏ Kết quả là một phần bê tông có thể bị phân tầng.
- Thi công đổ bê tông:
+ Nếu nhận thấy nớc ở đáy hố khoan không có, có thể đổ bê tông hố khoan bằng 1 ống độc lập.
Khi có nước trong hố khoan, cần sử dụng hệ ống đổ bê tông, bao gồm nhiều đoạn ống kim loại và một phễu hoặc máng nghiêng ở trên Các mối nối giữa các đoạn ống phải kín khít, với đường kính trong tối thiểu là 15 cm và chiều dài toàn bộ bằng chiều dài cọc Trước khi đổ bê tông, hệ ống được hạ xuống đáy hố và nâng lên tối đa 15 cm Sau khi thực hiện mẻ đổ bê tông đầu tiên, cần tránh hiện tượng phân tầng bằng cách đặt một nút ở giữa; chân ống đổ bê tông không được nằm dưới mặt bê tông trong cọc ít hơn 2m.
• Lu ý: Khi mồi ống đổ bê tông nên tránh
+ Đổ trực tiếp bê tông
+ Sử dụng giấy làm nút + Việc nhấc nút lên (thờng là cái xẻng) trớc khi một vòm đủ đợc hình thành ở trong phễu.
Trong quá trình đổ bê tông, cần phải đổ từ từ để tránh hình thành túi không khí khi bê tông chảy xuống ống cắm dưới phễu Việc rút ống chỉ nên thực hiện sau khi đã kiểm tra mức cao của bề mặt bê tông và đảm bảo có lớp bảo vệ tối thiểu 2 m Ngoài ra, chỉ sử dụng các ống đổ bê tông đã được cọ rửa sạch sẽ.
3 Công nghệ thi công khoan cọc nhồi trong dung dịch.
3.1 Các đặc điểm thi công:
Việc khoan đất được thực hiện bằng các phương tiện cơ giới như máy khoan và gầu gạm, dưới sự bảo vệ của dung dịch khoan Kết quả khoan có thể tạo ra các hình dạng khác nhau, bao gồm cọc hình tròn hoặc baret với các kích thước khác nhau Đường kính của cọc và chiều rộng trong các baret phụ thuộc vào kích thước của dụng cụ khoan sử dụng.
Lỗ khoan được lấp đầy bằng bê tông có độ linh động cao thông qua hệ thống đổ bê tông Quá trình này được thực hiện bằng cách sử dụng một ống kỹ thuật rút ống.
Chế tạo dung dịch bentonite (bùn khoan)
bentonite dùng để giữ cho thành hố đào của cọc không bị sạt lở.
1 Tính chất dung dịch bentonite mới trớc khi dùng )
Bentonite bột được sản xuất tại các nhà máy và thường được đóng gói thành từng bao 50 kg, tương tự như bao xi măng Hiện nay, Việt Nam chủ yếu nhập bentonite từ Đức thông qua công ty ERBSLOH Tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của quá trình khoan, đào và tính chất địa tầng, lượng bột bentonite cần hòa tan vào 1m³ nước có thể dao động từ 20 kg đến 50 kg.
Một dung dịch mới trớc lúc sử dụng phải có đặc tính sau ®©y:
- Dung dịch nằm trong khoảng từ 1,01 đến 1,05 (trừ trờng hợp loại bùn sét đặc biệt, có thể sử dụng đến 1,15 ).
- Độ tách nớc dới 30 cm 3
- Đờng kính hạt dới 3mm.
+ Dung trọng thông thờng đợc đo bặng cân dung trọng ( thÝ dô c©n Baroid).
Độ nhớt Marsh được xác định bằng cách sử dụng các phễu tiêu chuẩn có lỗ chảy đường kính 4,75 mm, cho phép 1 lít dung dịch bentonite chảy qua Thời gian để 1 lít dung dịch bentonite chảy hết phải lớn hơn 35 giây.
+ Độ tách nớc đợc đo bởi một dụng cụ lọc ép baroid dới áp lực 0,7 Mpa trong 30 phót.
+ Hàm lợng cát đợc đo bởi một dụng cụ “êlutriomêtre”.
+ Đờng kính hạt đợc đo bằng rây tiêu chuẩn có đờng kính lỗ rây thích hợp.
2 Sử dụng và sử lý dung dịch bentonite ( bùn khoan)
Quá trình chế tạo, sử dụng, thu hồi, xử lý và tái sử dụng dung dịch bentonite ( dung dịch khoan, bùn khoan ) đợc thể hiện trên sơ đồ:
Trạm sử lý bù n khoan ống dẫn bù n mớ i mt Bơm chì m Đ ang đào d - Tuần hoàn dung dịch bentonite
Bể chứa bằng thép và bể chứa bằng cao su có khung thép cứng chắc, được sử dụng để lưu trữ dung dịch bentonite Việc chế tạo dung dịch bentonite yêu cầu máy trộn chuyên dụng và phễu trộn để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Hình 1 - Sơ đồ sử lý dung dịch bentonite.
Quá trình thực hiện nh sau:
Chế tạo dung dịch bentonite mới gồm:
- Các bao bentonite bột đợc chứa trong kho (bao) hoặc trong silô (bột)
- Chế tạo dung dịch bentonite:
+ có thể dùng phễu trộn đơn giản.
+ Có thể dùng máy trộn.
Trộn 20 kg đến 50 kg bột bentonite với 1 m³ nước theo yêu cầu thiết kế Tùy vào yêu cầu kỹ thuật, có thể thêm một số chất phụ gia để tăng trọng lượng, giảm khả năng vón cục của bột bentonite, điều chỉnh độ sệt hoặc chuyển sang thể lỏng, ngăn ngừa nhiễm bẩn bởi ximăng hoặc thạch cao, và điều chỉnh độ pH cũng như tính tách nước.
Sau khi chuẩn bị, tiến hành đổ dung dịch khoan vào bể chứa, có thể là bể chứa bằng thép, bể xây bằng gạch, bể cao su có khung thép, hoặc xilô, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể.
Để đảm bảo hiệu quả trong quá trình khoan, cần sử dụng dung dịch bentonite theo hình thức tuần hoàn Trong suốt quá trình đào hố, dung dịch khoan phải luôn được duy trì đầy đủ trong lỗ khoan bằng cách bổ sung dung dịch mới khi gầu đào xuống sâu Tuy nhiên, dung dịch bentonite có thể bị nhiễm bẩn bởi đất và cát, dẫn đến giảm khả năng ổn định thành hố, vì vậy cần phải thay thế dung dịch này thường xuyên Để thực hiện việc này, bùn bẩn cần được hút ra khỏi hố khoan và đưa về trạm xử lý, có thể sử dụng bơm chìm đặt ở đáy hố hoặc bơm hút có màng lọc đặt trên mặt đất.
Dung dịch khoan, hay bùn khoan, được đưa về trạm xử lý để loại bỏ các tạp chất Sau quá trình xử lý, dung dịch khoan mới sẽ được tái sử dụng Dung dịch sau khi xử lý cần đảm bảo các đặc tính nhất định để phù hợp với yêu cầu trong quá trình khoan.
- Dung trọng dới 1,2 (trừ loại dung dịch nặng đặc biệt).
- Độ nhớt Marsh nằm giữa 35 đến 40 giây.
- Độ tách nớc dới 40 cm 3
Chọn phơng pháp thi công công trình
Với đầu đề thiết kế là máy khoan cọc nhồi lắp trên máy cơ sở là máy xúc thuỷ lực, khoan hố có đờng kính cọc là 1 m, chiều sâu
Phương pháp thi công khoan cọc nhồi cho loại cấp đất IV với chiều sâu 50m sử dụng dung dịch Bentonite sau khi đã hạ ống vách.
1 Sơ đồ thi công cọc khoan nhồi.
Thi công hạ ống vách Khoan đến cao độ đáy cọc
Thổi rửa,vét cặn lắng và thay dd mí i
Cẩu hạ lắp lồng hạ cốt thÐp
Lắp ống đổ bê tông Đ ổ bê tông cọc và san lấp bề mặt
Xử lý Bentonite để tái sử dụng
Chuẩn bị ®iÒu chÕ dd Bơm cấp Bentonite
Lắp ráp cơ giớ i, định vị và cân chỉnh máy
Trước khi tiến hành thi công cọc khoan nhồi, cần nghiên cứu kỹ lưỡng các tài liệu thiết kế kỹ thuật, quy trình công nghệ, và tài liệu khảo sát địa chất công trình Đồng thời, cần chú ý đến các công trình ngầm hiện có trong khu vực thi công như điện, cáp quang, hệ thống thoát nước và cấp nước để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình thi công.
Chuẩn bị mặt bằng cho thi công bao gồm việc xác định vị trí các tim mốc, hệ trục công trình, đường vào, hệ thống đặt thiết bị cơ sở, khu vực thi công lồng thép và kho cho các công trình phụ trợ Các cán bộ kỹ thuật cần nắm vững hồ sơ thiết kế cọc, địa chất công trình, đường kính, cấu tạo cốt thép, đáy cọc, đáy đài và cao độ cắt cọc, cũng như cấu tạo ống siêu âm để đảm bảo tiến độ và chất lượng công trình.
Dựa trên các thiết bị đã được phê duyệt, tiến độ thi công chi tiết cho từng cọc sẽ được lập nhằm đảm bảo tuân thủ yêu cầu của bên A và tư vấn giám sát Từ đó, sẽ xây dựng tiến độ thi công tổng thể và sơ đồ khoan cho toàn bộ khu vực cọc.
- Chuẩn bi các bảng biểu nhật kí công trờng theo dõi quá trình thi công và chất lợng thi công.
- Chuẩn bị đầy đủ thiết bị máy móc kiểm tra độ sụt của bê tông, kiểm tra dung dich bentonite.
- Dung dich Bentonite phải luôn đảm bảo chất lợng và số lợng cho công tác thi công.
- Chuẩn bị đầy đủ và đảm bảo nguồn nớc trộn Pentonite.
- Hệ thống cung cấp điện phải an toàn và đáp ứng đợc công suất của máy móc thiết bị thi công.
- Kiểm tra và đảm bảo chắc chắn tất cả các thiết bị trong tình trạng hoạt động tốt và sẵn sàng làm việc.
- Vị trí của máy phải an toàn chắc chắn và thuận tiện
Định vị cọc cần dựa trên tài liệu thiết kế quy hoạch tổng thể và mặt bằng bố trí cọc của dự án Việc xác định vị trí tim cọc được thực hiện bằng hai máy kinh vĩ giao hội hoặc máy kinh vĩ điện tử Trong quá trình này, cần có sự kiểm tra và nghiệm thu từ kỹ sư chuyên môn.
- Sai số cho phép của vị trí tim cọc là: ± 30 mm
- Đồng thời lập các mốc phụ để xác định và kiểm tra lại tim, cốt cọc
Hình 2 - sơ đồ định vị tim cọc
4.1 Hạ ống vách: Sau khi định vị vị trí tim cọc, tiến hành khoan với tốc độ chậm đến chiều sâu bằng chiều dài ống vách Dừng khoan và hạ ống vách, chiều dài ống vách đợc xác định căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất ống vách phải đợc hạ với chiều sâu tối thiểu qua các lớp đất yếu bên trên Trong qúa trình thi công từng cọc, phụ thuộc vào đăc điểm địa chất các lớp đất phía trên có thể hạ thêm ống vách nếu gặp phải địa chất yếu. ống vách có tác dụng bảo vệ thành hố khoan ở đầu cọc, tránh tr- ờng hợp sập lở đất bề mặt khi thi công, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc neo giữ cốt thép ống vách phải đợc giữ thẳng đứng chăc chắn không bị xô lệch, trợt trong quá trình thi công Vị trí ống vách, độ thẳng đứng phải đợc kỹ thuật bên A và t vấn giám sát kiểm tra thu Các yêu cầu kỹ thuật về hạ ống vách:
+ Sai số tọa độ : +/-50 - 75mm
+ Sai số gia công theo độ tròn +/- 5 mm
+ Sai số về độ thẳng đứng
