Chương 7. THIẾT KẾ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT VÀ TỔ CHỨC THI CÔNG CÁC CÔNG TÁC CHỦ YẾU PHẦN NGẦM
7.1. Thi công cọc khoan nhồi
7.1.4. Các bước tiến hành thi công cọc nhồi
*Quy trình thi công cọc khoan nhồi bằng máy khoan gàu tiến hành như sau:
-Công tác chuẩn bị, định vị tim cọc và đài cọc.
-Rung hạ ống vách, khoan tạo lỗ.
-Vét đáy hố khoan.
-Lắp đặt cốt thép.
-Lắp ống đổ bê tông.
-Thổi rửa đáy hố khoan.
-Đổ bê tông.
-Rút ống vách và kiểm tra chất lượng cọc.
Hình 0.1: Trình tự thi công cọc khoan nhồi (Xem phụ lục I) b) Công tác chuẩn bị trước khi thi công
Trước khi thi công cọc, mặt bằng được dọn sạch cỏ rác và các vật cản kiến trúc. Để việc thi công cọc khoan nhồi đạt hiệu quả cao thì ngoài việc chuẩn bị các loại thiết bị thi công cần thiết, điều tra khả năng vận chuyển, áp dụng các biện pháp ngăn ngừa tiếng ồn và chấn động, còn phải tiến hành điều tra đầy đủ các mặt về tình hình phạm vi chung quanh hiện trường.
Cần chú ý: máy khoan thuộc loại thiết bị lớn rất nặng nên nhất thiết phải điều tra đầy đủ về phương án và lộ trình vận chuyển. Phải đảm bảo có đủ diện tích hiện trường để lắp dựng thiết bị, ngoài ra còn phải thực hiện việc xử lý gia cố mặt đường và nền đất trong khu vực thi công để thuận tiện cho công việc lắp dựng thiết bị và xe cộ đi lại.
Cần chú ý xác định các vật kiến trúc ngầm để xem xét khả năng gây ảnh hưởng đến khu vực và công trình lân cận, cũng như có biện pháp xử lý thích hợp.
c) Định vị công trình và hố khoan 2 Định vị
Đây là một công tác hết sức quan trọng, phải xác định vị trí của các trục, tim của toàn công trường và vị trí chính xác các giao điểm của các trục đó. Trên cơ sở đó và hồ sơ thiết kế, ta xác định vị trí tim của từng cọc.
Hình 0.1: Định vị công trình và hố khoan (Xem phụ lục I) Trình tự các bước:
o Xác định điểm mốc đầu tiên của công trình (thường là góc của công trình) và một tường của công trình.
o Xác định góc còn lại của công trình bằng máy kinh vĩ hoặc thuỷ bình. Đặt máy tại điểm mốc B lấy hướng gốc A cố định và mở một góc bằng α.
o Ngắm về hướng điểm M, cố định hướng và đo khoảng cách a, theo hướng xác định của máy ta sẽ xác định chính xác điểm M.
o Đặt máy ở điểm M, ngắm về B, cố định hướng và mở một góc β, xác định điểm N bằng cách đo chiều dài đoạn MN theo hướng đã định.
o Cứ tiếp tục như vậy ta sẽ hoàn thành được công tác định vị công trình trên mặt bằng xây dựng.
Sai số theo ISO-7976-1:1989 (E), đo bằng máy kinh vĩ và thước đo thép với chiều dài cần đo 20m ÷ 30m là ± 15mm.
d) Hạ ống vách (ống casing)
*Tác dụng của ống vách:
Định vị và dẫn hướng cho máy khoan.
Giữ ổn định cho bề mặt và chống sập thành hố khoan do thiết bị, phương tiện di chuyển trên mặt đất.
Bảo vệ không cho đất đá, thiết bị rơi xuống hố khoan.
Làm gá đỡ tạm và thao tác buộc, nối, lắp dựng cốt thép, ống đổ bê tông.
Giữ dung dịch bentonite luôn cao hơn mực nước ngầm để duy trì độ chênh áp.
Trong phạm vi đồ án, ta sử dụng phương pháp rung để hạ ống vách.
Phương pháp rung:
Dùng các loại búa rung để đưa ống vách xuống độ sâu cần thiết. Thông thường, mất khoảng 10 phút để đạt độ sâu 6m. Do quá trình rung ảnh hưởng đến toàn bộ khu vực lân cận nên để khắc phục hiện tượng trên trước khi hạ ống vách người ta thường đào sẵn một hố sâu từ 2,5 ÷ 3,0m tại vị trí hạ cọc với mục đích bóc bỏ lớp cứng trên bề mặt đất, giảm thời gian hạ ống vách của búa rung xuống còn khoảng 2 ÷ 3phút.
Trong quá trình hạ ống, việc kiểm tra độ thẳng đứng được thực hiện liên tục bằng cách điều chỉnh vị trí của máy rung thông qua cần cẩu, ống vách được hạ xuống cho đến khi đỉnh ống vách cách mặt đất 0,5m.
Thiết bị: Ống vách, búa rung.
Hình 0.1: Kích thước ống vách
Bảng 1.1: Thông số búa rung KE 416 (Xem phụ lục II) Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật của búa KE 416 (Xem phụ lục II) e) Quá trình hạ ống vách:
Đào hố mồi: Khi hạ ống vách của cọc đầu tiên, thời gian rung đến độ sâu 6m, kéo dài khoảng 10phút, quá trình rung với thời gian dài, ảnh hưởng đến các khu vực lân cận.
Để khắc phục hiện tượng trên, trước khi hạ ống vách người ta dùng máy đào thủy lực, đào một hố sâu 2,5m, rộng 1,5x1,5m ở chính vị trí tim cọc. Sau đó lấp đất trả lại.
Hình 0.1: Bố trí máy rung hạ ống vách (Xem phụ lục I)
Chuẩn bị máy rung: Dùng cẩu chuyển trạm bơm thủy lực, ống dẫn và máy rung vào vị trí thi công.
Lắp máy rung vào ống vách: Cẩu đầu rung lắp vào đỉnh casing, cho bơm thủy lực làm việc, mở van cơ cấu kẹp để kẹp chặt máy rung với casing, áp suất kẹp đạt 300bar, tương đương với lực kẹp 100 tấn, cho rung nhẹ để rút casing đưa vào vị trí tâm cọc.
Rung hạ ống vách:
Từ hai mốc kiểm tra, đặt thước để chỉnh cho vách casing vào đúng tim. Thả phanh cho vách cắm vào đất, sau đó lại phanh giữ. Ngắm kiểm tra độ thẳng đứng. Cho búa rung ở chế độ nhẹ, thả phanh từ từ cho vách chống đi xuống, vừa rung vừa kiểm tra độ nghiêng lệch (nếu casing bị nghiêng, xê dịch ngang thì dùng cẩu lái cho casing thẳng đứng và đúng tâm) cho tới khi xuống hết đoạn dẫn hướng 2,5m. Bắt đầu tăng dần cho búa hoạt động ở chế độ mạnh để casing hạ xuống với tốc độ lớn nhất.
Vách chống được rung cắm xuống đất cho tới khi đỉnh của nó cách mặt đất 0,6m thì dừng lại. Xả dầu thuỷ lực của hệ rung và hệ kẹp, cắt máy bơm. Cẩu búa rung đặt vào giá.
Công đoạn hạ ống vách được hoàn thành, ống vách được hạ xuống với sai số của tâm móng theo cả hai phương không được lớn hơn 30mm.
o Chú ý:
Khi hạ ống vách, nếu áp lực ở đồng hồ quá lớn thì phải thử nhổ ngược ống vách lên 2cm, nếu công việc này dễ dàng thì ta mới được phép đóng ống dẫn xuống tiếp.
Trong quá trình hạ ống vách việc kiểm tra phải được thực hiện liên tục bằng các thiết bị đo đạc và bằng cách điều chỉnh vị trí của búa rung thông qua cẩu.
f) Công tác khoan tạo lỗ o Phương pháp khoan gàu.
Theo công nghệ khoan này, gàu khoan thường có dạng thùng xoay cắt đất và đưa ra ngoài. Cần gàu khoan có dang ăngten, thường là 3 đoạn truyền được chuyển động xoay từ máy đào xuống gàu 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 khi khoan có thể thay thế các gàu khoan khác nhau để phù hợp với nền đất đào và khắc phục các dị tật trong lòng đất. Việc đặt cốt thép và đổ bê tông được tiến hành trong dung dịch bentonite.
Ưu điểm của phương pháp này là thi công nhanh, việc kiểm tra chất lượng dễ dàng thuận lợi, đảm bảo vệ sinh môi trường và ít ảnh hưởng đến công trình lân cận.
Nhược điểm của phương pháp này là phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng, giá thành cao, đòi hỏi quy trình công nghê rất chặt chẽ, cán bộ công nhân kĩ thuật phải thành thạo, có ý thức chuyên môn và kĩ luật cao.
3 Công tác chuẩn bị:
Trước khi tiến hành khoan tạo lỗ cần thực hiện một số công tác chuẩn bị như sau:
o Đặt áo bao: Đó là ống thép có đường kính lớn hơn đường kính cọc 1,6 ÷ 1,7 lần, cao 0,7 ÷ 1m để chứa dung dịch vữa sét bentonite, áo bao được cắm vào đất 0,3 ÷ 0,4m nhờ cần cẩu và thiết bị rung.
o Lắp đường ống dẫn dung dịch bentonite từ máy trộn và bơm ra đến miệng hố khoan, đồng thời, lắp một đường ống hút dung dịch bentonite về bể lọc.
o Trải tấm thép dưới hai bánh xích máy khoan để đảm bảo độ ổn định của máy trong quá trình làm việc, chống sập lở miệng lỗ khoan.
o Điều chỉnh, định vị máy khoan nằm ở vị trí thăng bằng và thẳng đứng; có thể dùng gỗ mỏng để điều chỉnh, kê dưới dải xích. Trong suốt quá trình khoan luôn có 2 máy kinh vĩ để điều chỉnh độ thăng bằng và thẳng đứng của máy và cần khoan.
o Kiểm tra, tính toán vị trí để đổ đất từ hố khoan đến các thiết bị vận chuyển lấy đất mang đi.
o Kiểm tra hệ thống điện nước và các thiết bị phục vụ, đảm bảo cho quá trình thi công được liên tục, không gián đoạn.
4 Yêu cầu đối với dung dịch Bentonite:
Tỉ lệ pha bentonite khoảng 4%, 20 ÷ 50kg bentonite trong 1m3 nước. Dung dịch Bentonite trước khi dùng để khoan cần có các chỉ số sau:
Bảng 1.1: Chỉ số của dung dịch Bentonite trước khi dùng để khoan (Phụ lục II) 5 Công tác khoan:
o Hạ mũi khoan:
Mũi khoan được hạ thẳng đứng xuống tâm hố khoan với tốc độ khoảng 1,5 (m/s). Góc nghiêng của cần dẫn từ (78,50 ÷ 830), góc nghiêng giá đỡ ổ quay cần Kelly cũng phải đạt (78,50 ÷ 830) thì cần Kelly mới đảm bảo vuông góc với mặt đất.
Hình 0.2: Gàu khoan (Xem phụ lục I) o Việc khoan:
Khi mũi khoan đã chạm tới đáy hố, máy bắt đầu quay. Tốc độ quay ban đầu của mũi khoan chậm (khoảng 14 - 16 vòng/phút), sau đó nhanh dần (18 - 22 vòng/phút).
Trong quá trình khoan, cần khoan có thể được nâng lên hạ xuống 1 - 2 lần để giảm bớt ma sát thành và lấy đất đầy vào gàu.
Nên dùng tốc độ thấp khi khoan (14 vòng/phút) để tăng mô men quay. Khi gặp địa chất rắn, khoan không xuống nên dùng cần khoan xoắn ruột gà (auger flight) có lắp mũi dao (auger head) Φ800 để tiến hành khoan phá nhằm bảo vệ gàu khoan.
Chiều sâu hố khoan được xác định thông qua chiều dài cần khoan.
o Rút cần khoan:
Việc rút cần khoan được thực hiện khi đất đã nạp đầy vào gàu khoan, từ từ rút cần khoan lên với tốc độ khoảng 0,3 ÷ 0,5 m/s. Tốc độ rút cần khoan không được quá nhanh sẽ tạo hiệu ứng pít-tông trong lòng hố khoan, dễ gây sập thành. Đường kính lỗ khoan phải lớn hơn đường kính mũi khoan từ 5 ÷ 10mm.
Đất lấy lên được tháo dỡ, đổ vào nơi quy định và vận chuyển đi nơi khác.
6 Yêu cầu:
o Trong quá trình khoan, người lái máy phải điều chỉnh hệ thống xi lanh trong máy khoan để đảm bảo cần khoan luôn ở vị trí thẳng đứng. Độ nghiêng của hố khoan không được vượt quá 1% chiều dài cọc.
o Khi khoan qua chiều sâu của ống vách, việc giữ thành hố được thực hiện bằng dung dịch bentonite.
o Trong quá trình khoan, dung dịch bentonite luôn được bổ sung đầy vào lỗ khoan.
Sau mỗi lần lấy đất ra khỏi lòng hố khoan, bentonite phải được đổ đầy vào trong để chiếm chỗ. Chất lượng bentonite sẽ giảm dần theo thời gian do các thành phần của đất bị lắng đọng lại. Mực bentonite trong hố khoan phải luôn cao hơn mực nước ngầm tĩnh cao nhất của các tầng nước ngầm chảy qua hoặc lân cận lỗ khoan 1m.
o Hai hố khoan ở cạnh nhau phải khoan cách nhau 2 ÷ 3 ngày để khỏi ảnh hưởng đến bê tông cọc. Bán kính ảnh hưởng của hố khoan là 6 m. Khoan hố mới phải cách hố khoan trước là L >= 3d và 6m, đảm bảo giao thông trên công trường không bị cản trở.
Hình 0.3: Công tác khoan tạo lỗ (Xem phụ lục I) g) Kiểm tra hố khoan
Sau khi khoan xong, dừng khoảng 30 phút để đo kiểm tra chiều sâu hố khoan. Ðộ lắng được xác định bằng chênh lệch chiều sâu giữa hai lần đo lúc khoan xong và sau 30 phút. Nếu lớp bùn đất ở đáy lớn hơn 1m thì phải khoan tiếp nếu nhỏ hơn 1m có thể hạ lồng cốt thép.
o Kiểm tra độ thẳng đứng và đường kính lỗ cọc:
Trong quá trình thi công cọc khoan nhồi việc bảo đảm đường kính và độ thẳng đứng của cọc là điều then chốt để phát huy được hiệu quả của cọc, do đó, ta cần đo kiểm tra cẩn thận độ thẳng đứng và đường kính thực tế của cọc. Để thực hiện công tác này ta dùng máy siêu âm để đo.
Thiết bị đo như sau: Thiết bị là một dụng cụ thu phát lưỡng dụng gồm bộ phát siêu âm, bộ ghi và tời cuốn. Thả thiết bị xuống dần tại vị trí ngay giữa tim cọc. Sau khi sóng siêu âm phát ra và đập vào thành lỗ, căn cứ vào thời gian tiếp nhận lại phản xạ của sóng siêu âm này để đo cự ly đến thành lỗ. Từ đó, phán đoán độ thẳng đứng của lỗ cọc. Với thiết bị đo này ngoài việc đo đường kính của lỗ cọc còn có thể xác nhận được lỗ cọc có bị sạt lở hay không, cũng như xác định độ thẳng đứng của lỗ cọc.
Dùng thước đo: Thả thước dây xuống từ từ, cán bộ kỹ thuật tiến hành công tác đo sẽ nhận biết được khi quả nặng chạm vào bề mặt trên lớp mùn khoan. Lúc này, căn cứ số đọc trên thước ta xác định được chiều sâu từ miệng ống vách đến mặt lớp mùn khoan.
Đối chiếu với độ sâu khi khoan sẽ xác định được chiều dày lớp mùn khoan dưới đáy hố.
Công tác đo chiều sâu hố khoan yêu cầu phải làm chính xác, vì nó ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của cọc sau này.
h) Xử lý cặn lắng đáy hố khoan
Cặn lắng ảnh hưởng rất nhiều tới sức chịu tải của cọc. Cọc khoan nhồi chịu tải rất lớn nếu để đọng lại dưới đáy hố khoan bùn đất hoặc bentonite ở dạng bùn nhão sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng tới khả năng chịu lực của mũi cọc, gây sụt lún cho kết cấu bên trên, làm cho công trình bị dịch chuyển gây ra biến dạng và nứt. Vì thế, mỗi cọc đều phải sử lý cặn lắng rất kỹ lưỡng.
Có 2 loại cặn lắng:
o Các lắng hạt thô: Trong quá trình tạo lỗ, đất cát rơi vãi hoặc không kịp đưa lên thì mùn khoan sẽ lắng xuống đáy hố. Loại cặn lắng này tạo bởi các hạt đường kính tương đối lớn, do đó, khi đã lặng đóng xuống đáy sẽ rất khó lấy lên.
o Cặn lắng hạt mịn: Đây là nhưng hạt rất nhỏ lơ lửng trong dung dịch bentonite.
Sau khi khoan tạo lỗ xong một thời gian mới lắng dần xuống đáy lỗ khoan.
Các bước xử lý cặn lắng: Vì trong hố khoan có 2 loại cặn lắng khác nhau như trên nên việc xử lý chúng phải tiến hành theo 2 bước:
o Bước 1: Xử lý cặn lắng thô, đối với phương pháp khoan gàu sau khi lỗ khoan đã đạt đến độ sâu thiết kế thì không đưa gàu khoan lên vội mà đợi một lát, sau đó tiếp tục cho gàu quay để vét bùn đất cho đến khi đáy hố khoan hết cặn lắng mới thôi.
o Bước 2: Xử lý cặn lắng mịn, bước này sẽ được thực hiện trước khi đổ bê tông.
Có nhiều phương pháp xử lý cặn lắng hạt mịn.
Phương pháp luân chuyển bentonite: Theo phương pháp này người ta dùng một máy bơm công suất khoảng 45 ÷ 60 m3/h treo vào một sợi cáp và thả xuống đáy hố khoan nhưng luôn nằm trong ống đổ bê tông. Một đường ống có đường kính φ = 80 ÷ 100mm được gắn vào đầu trên của máy bơm và cố định vào cáp treo máy bơm. Ống này đưa dung dịch bùn bentonite về máy lọc. Trong quá trình luân chuyển, dung dịch bentonite luôn được bổ sung vào miệng hố khoan và người ta thường xuyên kiểm tra các chỉ tiêu của bùn bentonite bơm ra. Khi dung dịch này đạt chỉ tiêu sạch và độ lắng đạt yêu cầu ≤ 10cm thì ngừng bơm và kết thúc công đoạn luân chuyển bentonite này.
i) Công tác chuẩn bị và hạ lồng thép
Hình 0.1: Chế tạo, hạ khung cốt thép, buộc cốt thép (Xem phụ lục I) 7 Chế tạo khung cốt thép
Hình 0.2: Đệm định vị lồng thép (Xem phụ lục I) Chiều dài lồng thép dao động trong khoảng 8 ÷ 11,7m.
Cụ thể, với cọc khoan nhồi dài 30,8m (kể đoạn đập vỡ đầu cọc 0,6m), ta chia thành 3 lồng thép, 2 lồng có chiều dài 11,7m; lồng còn lại có chiều dài 8,6m. Mỗi đoạn là một lồng thộp gồm 16 thanh cốt dọc ỉ18. Chiều dài đoạn nối cốt thộp giữa cỏc lồng là 0,6m.
Cốt đai rời dựng thộp trũn ỉ10 khoảng cỏch a = 200mm.
Đệm định vị được làm bằng bê tông cấp độ bền B30, gắn vào các vị trí xác định trên lồng cốt thép, mỗi đoạn khung thép đặt 3 đệm định vị trên cùng một cao độ, mục đích:
Định vị lồng cốt thép trong hố khoan.
Tạo lớp bê tông bảo vệ.
Tránh va lồng thép vào vách hố đào sẽ tạo nhiều cặn lắng hơn hay xấu hơn có thể gây sụp vách hố đào.
Hình 0.3: Quy cách nối thép (Xem phụ lục I)