Thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

ini có đường kính từ 300 - 600mm, chịu tải trọng lớn, thường từ 30 - 160 tấn trên một đầu cọc. Trên thực tế cọc khoan nhồi mini bê tông cốt thép sử dụng tốt nhất đối với những nhà nhiều tầng (3 - 10 tầng). Cọc khoan nhồi mini bê tông cốt thép ổn định hơn cọc ép bê tông cốt thép. Giá thành thì lại chỉ ngang bằng hoặc rẻ hơn cọc ép bê tông cốt thép, công nghệ thi công không quá phức tạp. Chính giá thành và chất lượng của cọc khoan nhồi mini bê tông cốt thép đã đem lại sự lựa chọn đúng đắn cho người sử dụng. Từ khóa: Cọc nhồi tiết diện nhỏ, thi công cọc nhồi. 1. Đặc điểm cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ 1.1.Ưu điểm Căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất, người thiết kế có thể xác định được chiều sâu cọc sao cho sức chịu tải của đất nền tương đương với sức chịu tải do vật liệu làm cọc. Khả năng chịu tải trên mỗi đầu cọc cao nên số lượng cọc trong móng giảm. Vì vậy giá thành sẽ rẻ hơn các loại móng cọc bằng bê tông cốt thép khác. Thêm vào đó, phần đài cọc nhỏ gọn nên tránh hiện tượng đài consol (đài cọc chịu tải trọng lệch tâm). Thiết bị thi công nhỏ gọn nên có thể thi công trong điều kiện xây dựng chật hẹp. Không gây bất kỳ ảnh hưởng nào đối với phần nền móng và kết cấu của các công trình kế cận. Độ an toàn trong thiết kế và thi công cao. Bê tông đổ liên tục từ đáy hố khoan lên trên nên tránh được tình trạng chắp nối giữa các cọc. Nhờ thanh dẫn hướng, độ nghiêng lệch của cọc đảm bảo nằm trong giới hạn cho phép. Không có khớp nối như cọc ép, cọc đóng, đảm bảo truyền tải trọng đúng tâm, thi công nhanh. Có thể khoan xuyên tầng đất cứng. Khi gặp chướng ngại vật hoặc tầng đất tốt giả định có thể khoan phá để xuống sâu hơn đến tầng đất chịu lực. Xác định được địa tầng mà cọc xuyên qua, từ đó xác định chính xác chiều sâu cọc để đảm bảo an toàn. Xác định được độ ngậm của cọc trong các tầng đất tốt. Cọc khoan nhồi mini có thể khoan tới lớp đất chịu lực tốt xen kẹp bên trên lớp đất xấu mà không thể đóng hoặc ép cọc bê tông cốt thép thông thường. Cọc khoan nhồi không có mối nối nên giải quyết được vấn đề lệch tim cọc so với cọc ép hoặc đóng. Chiều sâu khoan cọc có thể tới 40m, do đó điều kiện chống lật được loại bỏ. Chiều sâu khoan cọc đảm bảo do đó đài móng cũng giảm về kích thước. Không phải đào bỏ đi phần nền móng công trình cũ mà vẫn triển khai thi công được móng cọc khoan nhồi. Khối lượng Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 37 đào đắp đất ít, không ảnh hưởng đến nhà bên cạnh. Đường kính cọc tăng giảm và tùy theo sức chịu tải tính toán: 300, 400, 500, 600,... Với công trình cần tải trọng lớn hơn có thể thiết kế mở rộng đáy cọc. 1.2. Nhược điểm Khó kiểm tra chính xác chất lượng bê tông nhồi vào cọc sau khi thi công, do đó đòi hỏi sự lành nghề của đội ngũ công nhân và việc giám sát chặt chẽ nhằm tuân thủ các quy trình thi công. Môi trường thi công sình lầy, dơ bẩn. Chiều sâu thi công bị hạn chế trong giới hạn từ 120-150 lần đường kính cọc. 2. Quy trình thi công cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ (300; 400; 500mm) Để đảm bảo chất lượng cọc khoan nhồi, trong quá trình thi công phải đảm bảo thực hiện đầy đủ và đúng kỹ thuật những bước sau: 2.1. Định vị tim cọc Căn cứ vào bản vẽ thiết kế để triển khai, do đặc điểm hiện trường thi công cọc nhồi rất sình lầy (vì phôi khoan và dung dịch trộn lẫn) rất dễ làm mất dấu định vị của các cọc, hoặc thiết bị khoan di chuyển sẽ làm lệch, phá dấu định vị. Do vậy cách làm tiện ích nhất như sau: Chọn hai trục trên bản vẽ vuông góc tạo thành hệ tọa độ khống chế, 4 mốc của hệ trục này được gửi lên chỗ an toàn nhất (có thể ở bên ngoài khu vực xây dựng). Từ hệ tọa độ này sẽ triển khai xác định các vị trí tim cọc. Trước khi tiến hành khoan tại vị trí mỗi tim cọc phải kiểm tra lại một lần nữa. Sai số định vị tim cọc sau khi thi công không được lệch quá 1/3 đường kính cọc. 2.2. Khoan tạo lỗ, kiểm tra địa tầng, kiểm tra độ sâu 2.2.1. Khoan tạo lỗ Trước khi khoan tạo lỗ phải kiểm tra độ thẳng đứng của tháp dẫn hướng cần khoan để đảm bảo lỗ khoan không bị xiên lệch quá độ nghiêng cho phép (1/100). Kiểm tra độ thẳng đứng của tháp bằng 2 bọt thủy chuẩn được gắn ở hai bên thân tháp khoan (trong quá trình khoan cũng vẫn liên tục phải theo dõi hai bọt thủy này). Sau khi cân chỉnh máy xong dùng mũi khoan phá khoan một đoạn sâu bằng chiều dài ống vách (ống vách có chiều dài thường là 2- 6m) để chống sạt lở và mất nước trong khi khoan. Trong quá trình khoan tạo lỗ, dung dịch khoan sẽ đi tuần hoàn từ đáy giếng khoan rồi trồi lên hố lắng và mang theo một phần mùn 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 hòa thêm vào một lượng bột sét hoặc bentonite tương thích. Ngoài nhiệm vụ vận chuyển mùn khoan lên hố lắng, dung dịch còn có nhiệm vụ giữ cân bằng thủy 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 chắc chắn rằng hố khoan đầy dung dịch và không bị thấm đi trong thời gian ngừng thi công. Trong khi khoan cần kiểm tra lượng bentonite phù hợp. Đối với cọc đường kính từ 500mm trở lên thì phải kiểm tra các chỉ tiêu tính năng của dung Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 38 dịch bentonite bằng các thí nghiệm tỷ trọng dung dịch, độ nhớt, độ lắng cát theo tiêu chuẩn TCVN 9395-2012. 2.2.2. Kiểm tra địa tầng Trước tiên kỹ thuật viên thi công hoặc kỹ sư giám sát phải đọc kỹ hồ sơ khảo sát địa chất để nắm rõ địa tầng mô tả trước khi thi công. Kỹ thuật viên phải có nhiều kinh nghiệm để nhận biết được các địa tầng thực tế có thể sai lệch nhiều hoặc gần đúng như cột địa tầng mô tả trong hồ sơ khảo sát địa chất ban đầu. Điều này phải dựa vào tốc độ khoan, màu sắc dung dịch, thành phần mùn khoan, mức độ rung, lắc của máy khoan. Kết quả địa tầng của từng cọc được ghi rõ trong hồ sơ lý lịch của cọc. Trong trường hợp địa tầng mô tả ở lý lịch cọc quá khác biệt với hồ sơ khảo sát địa chất ban đầu, giám sát thi công phải báo cho chủ đầu tư và tư vấn thiết kế biết để có những quyết định cần thiết (thay đổi chiều sâu cọc). 2.2.3. Kiểm tra độ sâu của hố khoan Dùng thước dây có treo quả dọi thả xuống hố khoan sau khi vệ sinh hố khoan hoặc đo chiều dài của từng cần khoan (hoặc ống đổ bê tông) để xác định. Trong khi khoan một số mùn khoan còn nằm lại trong hố khoan nên ta không thể thả dọi để kiểm tra trực tiếp được, do đó lúc này ta kiểm tra cao độ hố khoan dựa vào chiều dài và số lượng cần khoan để tính. Sau khi dùng gầu khoan lấy hết mùn khoan lên ta thả dọi để kiểm tra hố khoan sau đó mới thả lồng thép và ống đổ bê tông. Sau khi thả xong lồng thép và ống đổ bê tông, 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 ở đáy hố khoan phải đảm bảo nhỏ hơn 10cm. 2.3. Lấy cặn lắng (phôi khoan) ở đáy hố khoan Ta dùng mũi khoan có nắp (mũi khoan lapel) thả xuống tận đáy hố để xoay nhẹ và kéo đất lên. Sau đó thả lồng sắt và các ống đổ bê tông được nối xuống hố khoan. 2.4. Gia công lắp đặt lồng thép Căn cứ vào bản vẽ thiết kế để kiểm tra cốt thép. Đường kính của thép đai, thép dọc, loại thép đều được kiểm tra bởi giám sát của hai bên trước khi đưa vào hố khoan. Chiều dài phần thép nối chồng giữa các cốt thép theo thiết kế, thường khoảng 20d (với d: đường kính cốt thép dọc). Kiểm tra con kê bảo vệ và neo lồng thép vào miệng hố khoan. Với các cọc cần kiểm tra bằng siêu âm thì phải lắp ống kiểm tra: + Ống siêu âm được làm bằng thép hoặc nhựa PVC có đường kính là 40 - 60mm, chiều dày là 3mm. + Bố trí hai ống đối xứng nhau qua tim cọc suốt chiều dài từ đầu cọc tới đáy cọc. + Ống siêu âm được buộc hay hàn cố định vào cốt thép chủ để đảm bảo định vị đúng vị trí và được nối với nhau bằng măng xông có ren đảm bảo kín khít tránh bê tông chảy vào làm tắc ống. + Trong khi hạ ống siêu âm phải được bịt kín 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 để khi đổ bê tông tránh bê tông rới vào làm tắc ống. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 39 2.5. Lắp ống đổ bê tông Ông đổ bê tông là một ống thép đường kính từ 114mm đến 138 mm tuỳ vào đường kính cọc, được nối bởi nhiều đoạn bằng ren và được thả đến khi cách đáy hố khoan khoảng 200, miệng ống đổ được lắp một phiễu để rót bê tông. Ống đổ bê tông phải được làm sạch các bùn đất, vữa bê tông còn dính trong lần đổ trước hoặc trong lúc bảo quản và di chuyển. 2.6. Vệ sinh hố khoan Đây là công đoạn quan trọng nhất trong quá trình thi công cọc khoan nhồi. Trong quá trình khoan lượng phôi khoan không thể trồi lên hết. Thêm vào đó, khi ngừng khoan, những phôi khoan lơ lửng trong dung dịch sẽ lắng trở lại xuống đáy hố khoan, hoặc những phôi khoan có kích thước lớn mà dung dịch không thể đưa lên khỏi hố khoan được. Vì vậy, sau khi khoan đến chiều sâu thiết kế cần tiến hành vệ sinh hố khoan. Có 2 phương pháp vệ sinh hố khoan: Phương pháp 1: Phương pháp dùng khí nén. Dùng ống PVC hoặc ống kim loại có đường kính từ 60 đến 100mm (càng lớn càng dễ bơm) đưa vào trong lòng ống đổ bê tông và xuống tới đáy hố. Dùng khí nén áp suất cao, thổi ngược dung dịch từ trong lòng ống đổ ra ngoài. Trong khi đó, phía ngoài vành xuyến (khoảng không gian giữa thành ống đổ và thành giếng khoan), dung dịch khoan được cấp bổ sung liên tục và di chuyển vào bên trong ống đổ ra ngoài. Trong quá trình vận động, dung dịch sẽ mang các vật liệu còn sót lại trong hố lên khỏi miệng hố khoan. Quá trình được tiến hành cho đến khi không còn cặn lắng lẫn trong dung dịch là được. Chú ý: + Trong quá trình bơm khí nén, hố khoan phải luôn luôn được cấp dung dịch đủ nhằm ổn định thành hố khoan. Phương pháp 2: Phương pháp bơm ép ngược. Đối với những địa tầng có tính bở rời, dễ bị sạt lở như địa tầng cát, á cát, bùn lỏng, ta phải dùng bơm ép ngược trong quá trình vệ sinh hố khoan. Dùng máy Diezel bơm ép dung dịch vào trong ống đổ, luồng dung dịch này sẽ tuần hoàn trong ống đổ xuống đáy thoát ra ở miệng dưới của ống đổ tuần hoàn lên trên trong vành xuyến giữa ống đổ và thành lỗ khoan, trào ra ngoài về hố dung dịch. Trong quá trình tuần hoàn này, dung dịch sẽ mang theo các vật liệu bở rời lên khỏi hố khoan. Chú ý: Trong quá trình bơm ép ngược ta phải kê máng máy và chuẩn bị dụng cụ đổ bê tông cho đầy đủ. Khi dừng ép ngược thì phải đổ bê tông ngay, tránh tình trạng vật liệu bở rời lắng đọng. 2.7. Đổ bê tông Đây là điều kiện rất quan trọng trong thi công cọc nhồi. Người thi công cũng như giám sát phải tuân thủ theo các điểm sau: Cấp phối bê tông phải đúng tiêu chuẩn, vật liệu không lẫn lộn các loại tạp chất. Bê tông được tiến hành đo độ sụt bằng côn đo tiêu chuẩn đảm bảo độ sụt là 180 ± 20mm. Trước khi đổ bê tông phải kiểm tra dung tích các công cụ đo lường cấp phối để qui ngược lại lượng bê tông tương ứng cần thiết. Thời gian đổ bê tông cho một cọc không quá 6 giờ (để đảm bảo chất lượng, Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 40 độ đồng nhất và cường độ bê tông suốt chiều dài cọc). Nếu trong quá trình thi công đổ bê tông ống bị tắc cần có biện pháp xử lý nhanh chóng, kể cả thời gian xử lý thì thời gian đổ bê tông không được vượt quá giới hạn nêu 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 (theo 2 phương pháp nêu ở trên) mới tiếp tục đổ bê tông. Đối với thi công cọc đường kính từ 400 trở lên cho các công trình lớn trước khi đổ bê tông ta cần dùng quả bóng ngăn nước (van trượt). Trước khi đổ bê tông cần phải kểm tra van trượt hoặc bong bóng cao su đã được đặt vào miệng ống đổ. Van trượt hoặc bong bóng cao su khi để vào miệng ống đổ dùng tay kéo thử lên xuống nhẹ nhàng không được lỏng hoặc chặt quá. 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 tư vấn giám sát báo cho chủ đầu tư và tư vấn thiết kế biết để xem xét xử lý. 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. Chú ý: + Khi rút ống đổ: Kỹ thuật viên và giám sát theo dõi cao độ của mức bê tông dâng lên trong hố khoan bằng cách tính sơ bộ lượng bê tông đổ qua từng mẻ trộn và theo đường kính danh định của cọc (thực tế đường kính sẽ lớn hơn 20% 40% tùy theo địa tầng khoan qua). Ống đổ được rút lên sao cho đảm bảo độ ngập của ống đổ trong bê tông là 1,5m 2m. + Khi bê tông dâng lên miệng hố khoan, lớp bê tông trên cùng thường bị nhiễm bùn trong quá trình dâng lên. Nên cho lớp bê tông này trào ra khỏi miệng hố khoan, bỏ đi cho tới khi xác định được lớp bê tông kế tiếp đạt yêu cầu thì ngừng đổ. 2.8. Rút ống vách Sau khi đổ bê tông xong khoảng 20-30 phút, tiến hành rút ống vách lên. Kết thúc quá trình thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ. 3. Phương pháp kiểm tra cọc Số lượng cọc cần kiểm tra sức chịu tải được quy định dựa trên mức độ hoàn thiện công nghệ của Nhà thầu, mức độ rủi ro khi thi công, tầm quan trọng của công trình, được quy định cụ thể theo TCVN 9395:2012 nhưng tối thiểu là mỗi loại đường kính 1 cọc, tối đa là 2% tổng số cọc. Kết quả thí nghiệm là căn cứ pháp lý để nghiệm thu móng cọc. Phương pháp kiểm tra sức chịu tải của cọc đơn chủ yếu là thử tĩnh (nén tĩnh, nhổ tĩnh, nén ngang) theo tiêu chuẩn hiện hành. Đối với các cọc không thể thử tĩnh được (do điều kiện mặt bằng,...) thì dùng phương pháp thí nghiệm động biến dạng lớn (PDA), Osterberg, Statnamic ... 3.1. Phương pháp kiểm tra bằng nén tĩnh Theo bản vẽ thi công cọc, đơn vị thiết kế chọn một số cọc thí nghiệm (số lượng cọc thí nghiệm phụ thuộc tổng số cọc trong công trình). Quy định trên 15 cọc thì bắt buộc phải có cọc thí nghiệm. Trong quá trình thi công các cọc dự định sau này phục vụ làm neo giằng Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 41 cho thí nghiệm nén tĩnh cọc khác sẽ được để sắt leo chờ. Nếu mặt bằng thi công cho phép nén tĩnh bằng chất tải như cách thông thường đối ép cọc. 3.2. Phương pháp siêu âm Trong quá trình thi công đơn vị thi công phải đặt hai ống thép hoặc nhựa chờ suốt chiều dài cọc phục vụ cho siêu âm sau này. Đường kính ống siêu âm phụ thuộc đơn vị thiết kế đưa ra nhưng thường 40 - 60mm. Ống siêu âm thường đặt 50% tổng số cọc và sẽ kiểm tra 25% bất kỳ. Phương pháp này có thể áp dụng rộng rãi được nếu khâu quản lý chất lượng thi công được đảm bảo. Việc đảm bảo chất lượng thi công loại cọc này có thể sẽ khó hơn so với loại cọc khoan nhồi đường kính lớn nên cần phải làm chủ được công nghệ, bởi vì nếu làm hỏng thì rất khó sửa chữa hoặc không sửa chữa được. Tùy điều kiện kinh tế của chủ công trình mà có những biện pháp thí nghiệm khác nhau. Với công trình lớn thường chọn cả hai phương án. 4. Kết luận Cọc khoan nhồi là một giải pháp móng có nhiều ưu điểm. Điều này với phương pháp cọc đóng, nén tĩnh hoặc ép neo không thực hiện được. Tổng giá thành xây dựng của móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép chỉ tương đương với tổng giá thành của móng cọc ép bê tông cốt thép. Đó là điều kiện đưa đến giải pháp nền móng hợp lý và kinh tế hơn. Các công trình đã và đang sử dụng Cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ ở thành phố Tuy Hòa tỉnh Phú Yên: Khu đô thị Hưng Phú; Cao ốc văn phòng Công ty Pymepharco Phú Yên BÁO CÁO TỔNG HỢP THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI Tên công trình:.. Địa điểm:... 1. Số hiệu cọc:... 2. Vị trí cọc X=...... ;Y= ....... Thời tiết:. 3. Bản vẽ số: .. Ngày khởi công: . Ngày hoàn thành:.. 4. Thông tin chung TT Đặc điểm cọc Thiết kế Thực tế 1 Cao độ tự nhiên, m 2 Cao độ kết thúc đổ BT, m 3 Cao độ đáy cọc, m 4 Cao độ cắt cọc, m 5 Cao độ đỉnh ống vách, m 6 Cao độ đỉnh cốt thép, m 7 Chiều dài cọc, m Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 42 TT Đặc điểm cọc Thiết kế Thực tế 8 Đường kính cọc, m 9 Chiều sâu khoan, m 10 Chiều dài ống vách, m 11 Chiều dài cốt thép, m 12 Thể tích bê tông, m3 13 Chênh lệch bê tông, m3 14 Thời gian khoan tạo lỗ, h 15 Thời gian đổ bê tông, h 16 Tổng thời gian thi công, h 5. Độ lệch tâm x= y= 6. Ghi chú Kỹ thuật nhà thầu Tư vấn giám sát TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Đình Đức, Lê Kiều. 2004. Kỹ thuật thi công tập 1, NXB Xây dựng Hà Nội, 254 trang. [2] Nguyễn Văn Quảng. 2011. Chỉ dẫn thiết kế và thi công cọc Baret tường trong đất và neo trong đất, NXB Xây dựng Hà Nội, 94 trang. [3] Ngô Văn Quỳ. 2001. Các phương pháp thi công xây dựng, NXB Giao thông vận tải - Hà Nội, 181 trang. [4] Tiêu chuẩn quốc gia, TCVN 9395:2012. Cọc khoan nhồi - Thi công và nghiệm thu.