Tài liệu Nghiên cứu đề xuất quy trình quản lý nhằm nâng cao chất lượng cọc khoan nhồi ứng dụng cho công trình times city

LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn, tác giả đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Nguyễn Hữu Huế những ý kiến về chuyên môn quý báu của các thầy cô giáo trong khoa Công trình – Trường Đại học Thủy lợi. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Trường đại học Thủy lợi đã chỉ bảo và hướng dẫn khoa học và cơ quan cung cấp số liệu trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Do trình độ, kinh nghiệm cũng như thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên Luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý độc giả. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Công Sáng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn này là sản phẩm nghiên cứu của riêng cá nhân tôi. Các số liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được ai công bố trong tất cả các công trình nào trước đây. Tất cả các trích dẫn đã được ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Công Sáng MỤC LỤC MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... - 1 - Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................. - 1 - I. II. Mục đích của đề tài.................................................................................................... - 2 III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .............................................................. - 2 IV. Kết quả dự kiến đạt được .......................................................................................... - 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN BẰng CỌC KHOAN NHỒI ...................................................................................................................... - 4 - 1.1. Các công nghệ xử lý nền hiện nay ở việt nam .......................................................... - 4 1.1.1. Nhóm biện pháp cải tạo phạm vi nông ........................................................... - 6 1.1.2. Nhóm biện pháp cải tạo phạm vi sâu ............................................................ - 10 - 1.2. Quy trình khảo sát, thiết kế, thi công cọc khoan nhồi ...........................................- 15 1.2.1. Quy trình khảo sát cọc khoan nhồi ............................................................... - 15 1.2.2. Quy trình thiết kế cọc khoan nhồi ................................................................. - 16 1.2.3. Quy trình thi công cọc khoan nhồi................................................................ - 17 1.2.4. Các phương pháp thí nghiệm, kiểm tra trong quá trình thi công ................. - 21 1.2.5. Các thí nghiệm, kiểm tra sau khi thi công cọc xong ..................................... - 28 - 1.3 Quy trình quản lý chất lượng cọc khoan nhồi ở việt nam .....................................- 32 1.3.1 Quản lý thi công lỗ cọc ................................................................................. - 32 1.3.2 Quản lý dung dich để giữ thành lỗ cọc ......................................................... - 35 1.3.3 Quản lý khung cốt thép ................................................................................. - 36 1.3.4 Quản lý ống thăm dò ..................................................................................... - 37 1.3.5 Quản lý chất lượng thi công bê tông ............................................................ - 37 1.3.6 Quản lý chất lượng làm cọc .......................................................................... - 39 - Kết luận chương I ............................................................................................................- 41 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ CÁC SỰ CỐ VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG, GIẢM CHẤT LƯỢNG CỦA CỌC KHOAN NHỒI ............................ - 42 - 2.1. Các sự cố và khuyết tật của cọc khoan nhồi thường gặp ......................................- 42 2.2. Đánh giá nguyên nhân gây hư hỏng sự cố cọc khoan nhồi. .................................- 50 2.2.1. Đánh giá nguyên nhân gây hư hỏng sự cố cọc khoan nhồi trong công đoạn khoan tạo lỗ. ........................................................................................................... - 51 - 2.2.2. Đánh giá nguyên nhân gây hư hỏng sự cố cọc khoan nhồi trong công đoạn đổ bê tông đúc cọc ....................................................................................................... - 54 - 2.3. Đề xuất các biện pháp xử lý sự cố cọc khoan nhồi ...............................................- 56 2.3.1. Biện pháp xử lý sự cố cọc khoan nhồi trong công đoạn thi công tạo lỗ....... - 56 2.3.2 Quy trình quản lý biện pháp xử lý sự cố cọc khoan nhồi ............................. - 58 2.3.3 Cách Phòng ngừa sự cố. ............................................................................... - 63 - Kết luận chương 2............................................................................................................- 75 CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG CỌC KHOAN NHỒI .................................................... - 76 - 3.1 Đề xuất quy trình quản lý trong bước khảo sát, thiết kế......................................- 76 3.2.1 Quy trình quản lý trong bước khảo sát ......................................................... - 76 3.2.2. Đề xuất quy trình để quản lý trong bước thiết kế ......................................... - 82 - 3.2 Đề xuất quy trình quản lý trong bước thi công, bảo dưỡng ..................................- 86 3.3.1. Đề xuất quy trình quản lý trong bước thi công ............................................. - 86 3.3.2. Quản lý thi công khung cốt thép ................................................................... - 90 3.3.3. Quản lý chất lượng thi công bê tông ............................................................ - 91 3.3.4. Đề xuất quy trình quản lý trong bước bảo dưỡng ........................................ - 93 3.3.5 Đề xuất quy trình quản lý trong bước thí nghiệm, kiểm tra ......................... - 96 3.3.6 Biên bản thi công ......................................................................................... - 107 3.3.7. Quản lý chất lượng bằng cọc mở đáy ......................................................... - 108 - 3.3 Giới thiệu chung về công trình............................................................................. - 110 3.1.1. Tổng quan về công trình Time city ............................................................. - 110 3.3.3. Quy mô dự án Times City ........................................................................... - 111 - 3.4 Đề xuất quy trình quản lý chất lượng cọc khoan nhồi cho công trình Times City ................................................................................................................................ - 113 3.4.1. Nội dung của quản lý chất lượngcọc khoan nhồi ....................................... - 113 - Kết luận chương 3......................................................................................................... - 134 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... - 135 - 1. Kết luận ..................................................................................................................... - 135 2. Kiến nghị ................................................................................................................... - 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... - 137 - DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sự cố tụt lồng cốt thép (cọc bên tay trái) ..................................................... - 2 - Hình 1.2 Các loại mũi khoan ......................................................................................... - 13 Hình 1.3 Sơ đồ quy trình thi công ................................................................................. - 19 Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thi công ................................................................................. - 87 Hình 3.2: Sơ đồ quy trình kiểm tra trong quá trình thi công ....................................... - 103 Hình 3.3: Sơ đồ quy trình kiểm tra chất lượng cọc sau thi công ................................. - 104 Hình 3.4 Sơ đồ quy trình giám sát cọc khoan nhồi ..................................................... - 106 Hình 3.5 Quá trình thi công cọc mở đáy...................................................................... - 109 Hình 3.6 Mặt bằng tổng thể công trình ........................................................................ - 111 Hình 3.7 Phối cảnh công trình [19] .............................................................................. - 113 - DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Phân loại các kỹ thuật công nghệ xử lý nền ........................................ - 5 Bảng 2.1 Tỉ trọng dịch của dung tươi ................................................................. - 57 Bảng 2.2 Trị số độ dính thích hợp của dung dịch dùng trong phương pháp không ống chống ............................................................................................................. - 58 Bảng 3.1 Khối lượng và thành phần khảo sát tối thiểu cho cọc khoan nhồi công trình Times City ................................................................................................... - 78 Bảng 3.2 So sánh tính năng của dung dịch bentonit với dung dịch tổng hợp ...... - 89 Bảng 3.3 Trị số độ dính thích hợp của dung dịch ................................................ - 89 Bảng 3.4 Ví dụ hạng mục cần thí nghiệm ............................................................ - 92 Bảng 3.5 Ví dụ về hạng mục và số lần thí nghiệm quản lý thường ngày (xưởng sản xuất bê tông thương phẩm) .................................................................................. - 93 - -1- MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu xây dựng công trình có tải trọng lớn như: Cầu, đường, nhà cao tầng, Đập thủy điện, Cống, Tràn và bến cảng ở nước ta ngày càng nhiều. Quá trình xây dựng công trình ở những vùng có điều kiện địa chất yếu, phức tạp trên toàn lãnh thổ Việt Nam như vùng châu thổ khắp Bắc, Trung, Nam đòi hỏi các nhà xây dựng phải tìm kiếm và áp dụng các phương pháp xử lý nền đất yếu phù hợp với điều kiện từng vùng để thỏa mãn các yêu cầu về kỹ thuật, thời gian và giá thành hợp lý. Rất nhiều các biện pháp gia cố nền đất yếu đã được áp dụng như: bơm hút chân không, bấc thấm, cọc tre, cọc tràm, cọc cát, cọc vôi đất, cọc xi măng đất, cọc bê tông cốt thép, v.v...Nhưng các biện pháp trên vẫn còn khá nhiều nhược điểm trong việc gia cố chịu lực ổn định đối với công trình có tải trọng lớn và có nhiều hạn chế, ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, kéo dài thời gian thi công công trình, sức mang tải không lớn... . Do đó, cọc khoan nhồi (tạo lỗ trong đất, đặt cốt thép rồi đổ bê tông vào) ngày càng được coi trọng và ưa chuộng trong việc xử lý nền móng ở nước ta. Tuy nhiên thực tế thi công cho thấy, bên cạnh những công nghệ làm cọc ngày càng tiên tiến và kinh nghiệm tốt ngày càng tích lũy, cũng đã bộc lộ nhiều sai sót về mặt kỹ thuật và đã xảy ra một số sự cố đáng tiếc. Do đó cần phải quan tâm tới công tác quản lý, kiểm tra và đánh giá chất lượng cọc khoan nhồi và đề ra các giải pháp khắc phục. Vì vậy để có một sản phẩm cọc khoan nhồi chất lượng cần phải cần phải nghiên cứu đề xuất quy trình quản lý phù hợp nhằm nâng cao chất lượng cho cọc khoan nhồi -2- Hình 1.1. Sự cố tụt lồng cốt thép (cọc bên tay trái) II. Mục đích của đề tài Nghiên cứu đề xuất quy trình quản lý nhằm nâng cao chất lượng cọc khoan nhồi III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 1. Cách tiếp cận Đối tượng nghiên cứu của đề tài là công nghệ thi công cọc khoan nhồi. Vì vậy, hướng tiếp cận của đề tài sẽ là: 1.1. Tiếp cận từ tổng thể đến chi tiết (tiếp cận hệ thống) Để thực hiện tốt đề tài thì việc tiếp cận các kết quả về cọc khoan nhồi đã được nghiên cứu trước đây, các công nghệ thiết kế, thi công trong và ngoài nước, nhằm đúc rút các kinh nghiệm và vận dụng thích hợp cho công trình nghiên cứu. 1.2. Tiếp cận kế thừa Có nhiều đề tài nghiên cứu, phân tích về các khía cạnh khác nhau của chất lượng cọc khoan nhồi cũng như các sự cố trong thi công cọc khoan nhồi. Do đó, cần kế thừa các kết quả nghiên cứu đó để giảm bớt khối lượng tính toán trong luận văn. 2. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập các tài liệu liên quan: các tài liệu về cọc khoan nhồi, các khuyết tật thường gặp, các tài liệu liên quan đến công trình; -3- - Phương pháp phân tích thống kê: thống kê, phân tích các số liệu thu thập được; - Phương pháp chuyên gia: trao đổi với thầy hướng dẫn và các chuyên gia có kinh nghiệm nhằm đánh giá và đưa ra giải pháp kết cấu phù hợp nhất. IV. Kết quả dự kiến đạt được - Quy trình quản lý nhằm nâng cao chất lượng cọc khoan nhồi. - Đề xuất quy trình quản lý các biện pháp xử lý sự cố cọc khoan nhồi - Ứng dụng kết quả nghiên cứu cho công trình Times city – Hà Nội. -4- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC KHOAN NHỒI 1.1. Các công nghệ xử lý nền hiện nay ở việt nam Hiện nay trên thế giới có nhiều công nghệ cải tạo nền và xử lý nền đất yếu. Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của địa chất nơi xây dựng công trình, không gian và thời gian... Tùy theo từng điều kiện cụ thể mà lựa chọn các biện pháp xử lý nền cho hợp lý. Có nhiều biện pháp xử lý gia cố nền đất yếu cụ thể như: Bệ phản áp, đệm cát, đệm đất, đệm đá sỏi, cọc tre, cọc cừ tràm, gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, thiết bị tiêu nước thẳng đứng, bấc thấm, cố kết bằng hút chân không, cọc vôi đất, cọc xi măng đất, cọc cát, cọc bê tông cốt thép, cọc khoan nhồi. Sau đây các công nghệ được khái quát như sau: Tùy theo mục đích, tính chất và điều kiện thực tế có nhiều biện pháp công nghệ cải tạo và xử lý khác nhau cho nền đất yếu. Việc áp dụng hợp lý các phương pháp sẽ có tác dụng làm tăng cường độ của đất, giảm độ lún tổng cộng cũng như sự chênh lệch lún, từ đó đảm bảo được tính ổn định khi khai thác, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí xây dựng cho công trình. Chính vì vậy việc lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp cho từng loại đất riêng biệt là rất quan trọng, tùy vào từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý và được phân loại như sau: -5Phân loại các kỹ thuật công nghệ xử lý nền Phương pháp Tên phương pháp Ghi chú luận 1. Thay thế + Phương pháp thay thế Bao gồm phương pháp nổ mìn 2. Thoát nước + Phương pháp gia tải trước không hỗ trợ Cố kết đất sét thoát nước * Hạ mực nước + Phương pháp gia tải trước với thoát nước trong lớp cát để đứng làm khô hoặc tăng + Phương pháp cọc vôi đất áp lực cố kết có + Phương pháp bơm hút chân không kết hiệu trong đất sét hợp gia tải nằm trên lớp cát + Giếng hạ mực nước ** Xử lý chống + Giếng sâu hóa lỏng + Đá dăm/sỏi thoát nước 3. Nén + Đóng cọc Tỉ trọng của cát + Phương pháp cọc cát nén chặt rời + Phương pháp đầm rung + Đầm nặng (Phương pháp cố kết động) 4. Gia cố hóa học + Phương pháp trộn sâu (gia cố bằng trộn) Bao gồm gia cố và điện hóa vật liệu lớp đệm + Bơm trộn vữa + Gia cố điện hóa 5. Xử lý nhiệt 6 . Gia cường + Phương pháp nhiệt hóa Cho xử lý tạm + Phương pháp đông cứng thời + Tấm phủ và lưới trên bề mặt toàn bộ yếu Bao gồm vải địa + Gia cố đất gia cường + Phương pháp cọc cát đầm chặt * Trong trường hợp đất dính -6- Đối với nền đất yếu có tính nén lún cao, để tăng nhanh tốc độ lún và giảm thiểu lún dư của nền đắp khi khai thác thì việc sử dụng các biện pháp tiêu nước thẳng đứng như bắc thấm, giếng cát... kết hợp với gia tải đem lại hiệu quả kinh tế cao. Để tăng cường độ chặt cho nền đất yếu cũng như đảm bảo tính ổn định của nền đắp thì các biện pháp như cọc đất gia cố xi măng, bệ phản áp, tường rọ đá... là những giải pháp thông dụng. Ngoài ra việc cải tạo xử lý nền đất yếu còn được phân loại làm 2 nhóm biện pháp xử lý nền đất yếu là: Nhóm biện pháp cải tạo phạm vi nông và nhóm biện pháp cải tạo phạm vi sâu. 1.1.1. Nhóm biện pháp cải tạo phạm vi nông Đối với lớp đất yếu có chiều dày không lớn nằm trực tiếp dưới móng công trình thì có thể áp dụng các biện pháp xử lý như đệm cát, đệm đá, đệm đất, bệ phản áp ...để gia cố nền. Nhóm biện pháp này nhằm mục đích tăng cường khả năng chịu lực, hạn chế biến dạng (đặc biệt biến dạng không đồng đều) của nền đất dưới tác dụng của tải trọng công trình. Trong thực tế đệm cát, đệm sỏi, đệm đất còn dùng để thay thế lớp đất yếu có chiều dày không lớn hơn 3m dưới móng tường, cột trong các công trình dân dụng, công nghiệp và dưới bản đáy các công trình thủy lợi. Đối với nền đường đắp trên bùn lầy thì áp dụng bệ phản áp để khống chế khả năng phát triển của vùng biến dạng dẻo do lớp đất yếu gây ra là một trong những biện pháp xử lý hiệu quả. 1.1.1.1. Bệ phản áp Sử dụng bệ phản áp là phương án thiết kế kinh tế và thông lệ nhất, ở những nơi có sẵn đất để đặt phản áp, và không có sự hạn chế nào khác về khoảng đất trống trong thi công cũng như thời gian vận hành sử dụng. Phương pháp này đã được xem xét, áp dụng cho những nơi không tồn tại giới hạn về đất và khoảng trống.Việc tính toán bệ phản áp thường áp dụng cách tính dựa vào sự phát triển của vùng biến dạng dẻo dưới tác dụng của tải trọng công trình. 1.1.1.2. Đệm cát Phương pháp đệm cát là phương pháp thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng công trình một lớp đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu lực, giảm bớt -7- độ lún, làm tăng ổn định khi công trình chịu tải ngang. Ngoài ra để tăng khả năng chịu tải của đất yếu và ngăn đất yếu hòa lẫn vào vật liệu đắp, vải địa kỹ thuật không dệt đã được áp dụng với đệm cát. Ưu điểm là thi công đơn giản, kích thước móng và chiều sâu chôn móng sẽ giảm vì áp lực tiêu chuẩn truyền lên lớp đệm cát sẽ tăng. Nhược điểm là không dùng cho các công trình có chiều dày lớp đất yếu lớn (>3m) và nơi nước ngầm có áp lực tác dụng trong phạm vi lớp đệm cát. 1.1.1.3. Đệm đất Khi công trình xây dựng trên nền đất đắp ở trạng thái ẩm ít và mực nước ngầm ở dưới sâu thì có thể dùng phương pháp đệm đất. Đệm đất là phương pháp thay thế lớp đất yếu bằng lớp vật liệu đệm là đất sét pha cát lấy ở trong khu vực xây dựng. Vì phương pháp đệm đất tận dụng được vật liêu địa phương nên kinh tế hơn so với phương pháp đệm cát. Việc tính toán trong phương pháp đệm đất cũng tương tự như việc tính toán đối với đệm cát. 1.1.1.4. Cải tạo nền bằng cọc tre Đóng cọc tre là một phương pháp gia cố nền đất yếu hay dùng trong dân gian thường chỉ dùng dưới móng chịu tải không lớn (móng nhà dân, móng dưới cống...)Miền nam thường dùng cọc cừ hay cọc tràm do nguyên liệu sẵn có. Đóng cọc tre là để nâng cao độ chặt của đất, giảm hệ số rỗng dẫn đến nâng cao sức chịu tải của đất nền. Không đóng cọc tre trong đất cát vì đất cát không giữ được nước, thường chỉ đóng cọc tre trong nền đất sét có nước. Thông thường người ta đóng 16 – 25 cọc/ m2 vì dễ chia (khoảng cách cọc 20 – 25cm). 1.1.1.5. Cải tạo nền đất bằng cọc tràm (cừ tràm) Cọc cừ tràm được người Pháp sử dụng cách đây trên 100 năm, (ví dụ nhà hát Thành phố Hồ Chí Minh). Một thời gian rất dài khi mà cọc bê tông cốt thép chưa được sử dụng rộng rãi, những căn hộ ở Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và miền Tây Nam Bộ nói chung thường dùng cừ tràm như một giải pháp gia cố móng khi -8- xây trên nền đất yếu.Trong số đó có những căn hộ cấp 4, đến những chung cư 3 đến 6 tầng đang tồn tại đến nay là một minh chứng cho kinh nghiệm của những người đi trước trong việc sử dụng cừ tràm như một giải pháp hiệu quả gia cố nền móng cho những công trình nhỏ và thấp tầng. Đa phần thiết kế móng cọc tràm theo kinh nghiệm vì thế nó chủ yếu được sử dụng cho nhà dân. Thông thường 16 cọc/m2, cần thiết phải đóng cừ tràm rộng ra ngoài diện tích móng, mỗi cạnh từ 0,1 – 0,2m để tăng sức chống cắt của cung trượt. 1.1.1.6. Cải tạo đất bằng cọc cát Hiện nay, để xử lý đất yếu người ta có thể dùng công nghệ cọc cát đầm hay viết tắt là cọc cát. Phương pháp cọc cát đầm là một phương pháp để làm ổn định nền đất yếu bằng cách thi công các cọc cát được đầm kỹ với đường kính lớn bằng quá trình lặp đi lặp lại rút hạ cọc ống thép được rung. Phương pháp này tạo ra các ống mao dẫn (là cọc cát) làm giảm mực nước ngầm trong đất, làm chặt đất và cải thiện chỉ tiêu cơ lý của đất nền. Một vài dạng của phương pháp này đã có từ thế kỷ 19 do các kỹ sư trong quân đội Pháp dùng đầu tiên, nhưng phải tới 50 năm sau thì người Đức mới áp dụng các công nghệ hiện đại cho phương pháp này. Cọc cát đã được thiết kế ở một số công trình xây dựng dân dụng và giao thông ở Việt Nam khi cần nhanh tiến độ thi công. Cọc cát áp dụng cho nền đất yếu có chiều dày > 3m. Mực nước ngầm (tại thời điểm thi công) phải ở sâu (nếu lớn hơn độ sâu đỉnh cọc cát thì tốt nhất). Các lớp đất trong phạm vi gia cố bị ép chặt khi đóng lỗ tạo cọc cát (không xuất hiện tình huống gia tăng áp lực nước lỗ rỗng khi tạo lỗ, và giảm áp lực này khi kéo ống vách lên, đầm cát tạo cọc cát). Do đó nếu nước trồi lên mặt đất thì đây là quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng và hiệu quả nén chặt đất không cao. Khi đó đất đang cố kết, mà với đất dính thì cần thời gian, không thể có hiệu quả tức thời. 1.1.1.7. Gia cố nền đất bằng bấc thấm Bấc thấm đứng được sử dụng để xử lý gia cố nền đất yếu, trong thời gian ngắn có thể đạt tới 95% độ ổn định dài hạn, tạo khởi động cho quá trình ổn định tự nhiên ở giai đoạn sau. Quá trình gia cố có thể được tăng tốc bằng gia tải. -9- Sử dụng bấc thấm để xử lý gia cố nền đất yếu thu được các kết quả như sau: + Giảm thiểu tối đa sự xáo trộn các lớp đất. + Khả năng tương thích cao của lõi cũng như vỏ bấc thấm với nhiều loại đất. + Dễ dàng thi công, hiệu suất có thể đạt tới 8.000m/ngày. + Không cần cấp nước khi thi công. + Bấc có thể đóng được xuống độ sâu trên 40m. 1.1.1.8. Cố kết bằng hút chân không Phương pháp này được sử dụng thường xuyên tại Nhật Bản trong xây dựng công trình từ những năm 1960 đến năm 1980. Tại Trung Quốc, công trình sử dụng đường băng số 2 Sân bay Quốc tế Phố Đông Thượng Hải là một phương án “sân bay hướng ra đại dương”. Sau khi sử dụng công nghệ này không chỉ giải quyết được vấn đề lún sâu của nền đất trên bờ biển mà còn tiết kiệm được cả nhiều triệu USD tiền vốn đầu tư. Hơn nữa chất lượng công trình được các chuyên gia đánh giá “tốt nhất, vượt xa yêu cầu thiết kế”. Ngoài ra còn có nhiều công trình khác như: Công trình xử lý nền đất ở cảng Tam Kỳ, công trình cảng Tân Thành, Ninh Ba, Chiết Giang (Trung Quốc). Tại Việt Nam, nhà máy khí điện đạm Cà Mau, nhà máy DAP, dự án Long Thành – Dầu Giây, Nhà máy sợi Polyester Đình Vũ, nhà máy điện CTHH Nhơn Trạch Đồng Nai, Cảng Đình Vũ Hải Phòng...đã dùng công nghệ bơm hút chân không để hút nước trong đất làm cho đất cố kết rất nhanh chỉ trong thời gian ngắn. Mặc dù đã ứng dụng cho một số công trình nhưng ứng xử thật sự của phương pháp này trong xây dựng chưa tốt vì một số nguyên nhân sau: - Rất khó làm kín khí. - Có giới hạn về độ sâu gia cố. - Hiệu quả thấp đối với nền gồm các tầng cát với hệ số thấm cao nằm xen kẹp. - Giá thành cao do sử dụng các cọc cừ ngăn cách vùng cần gia cố nhằm làm tăng độ chân không. 1.1.1.9. Cọc xi măng đất Từ rất lâu trên Thế Giới cọc xi măng đất đã được dùng để cải tạo đất. Mục đích của phương pháp này là cải thiện các đặc trưng của đất, như tăng cường độ - 10 - kháng cắt, giảm tính nén lún, bằng cách trộn đất nền với xi măng (vữa xi măng) để chúng tương tác với đất. Sự đổi mới tốt hơn nhờ trao đổi ion tại các hạt sét, gắn kết các hạt đất và lấp các lỗ rỗng bởi các sản phẩm của phản ứng hóa học. Trộn sâu phân loại theo chất kết dính (xi măng, vôi, thạch cao, tro bay...) và phương pháp trộn (khô/ướt, quay/phun tia, guồng xoắn hoặc lưỡi cắt). Ở Việt Nam phổ biến hai công nghệ thi công cọc xi măng đất là: Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) và công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là Jet grouting: khoan phụt vữa cao áp) là công nghệ của Nhật Bản. Khoan phụt vữa cao áp là một quá trình bê tông hóa đất. Nhờ có tia nước và tia vữa phun ra với áp suất cao (200 – 400 atm), vận tốc lớn ≥ 100 m/s, các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hòa trộn với vữa phụt đông cứng tạo thành một khối đồng nhất “xi măng – đất”. [9] 1.1.2. Nhóm biện pháp cải tạo phạm vi sâu 1.1.2.1. Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn Nhóm biện pháp cải tạo phạm vi nông tuy có những hiệu quả nhất định nhưng còn rất nhiều hạn chế đối với việc xử lý các công trình ở mức tương đối lớn chúng chỉ có khả năng xử lý nền trong phạm vi nông. Do đó để xử lý nền trong phạm vi sâu phải sử dụng đến cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc khoan nhồi. Ngày nay cọc bê tông cốt thép được dùng phổ biến nhất ở Việt Nam để xử lý tầng đất yếu có chiều sâu lớn nằm dưới móng các công trình loại lớn và quan trọng. Cọc thường có tiết diện vuông 20x20cm hoặc 30x30cm. Số lượng và chiều dài cọc được xác định thông qua tính toán thiết kế. Cọc bê tông cốt thép có thể là cọc chống hoặc cọc treo tùy thuộc vào đặc điểm của nền và tải trọng công trình đặt trên nó. Trên thế giới cũng như ở Việt Nam giải pháp này được dùng từ lâu và đã cơ bản hoàn thiện các quy trình từ khảo sát, thiết kế cho đến thi công và nghiệm thu. Tuy vậy trong quá trình sử dụng để xử lý nền móng vẫn còn nhiều hạn chế nhất định không thể khắc phục được dẫn đến hiệu quả sử dụng cọc chưa cao. Ví dụ như dễ làm cho đất xung quanh đẩy trồi, tiếng ồn lớn, không dễ dàng đóng xuyên qua được tầng đất cứng, thi công cọc dễ bị xiên, tiết diện cọc không lớn, số lượng cọc trong đài móng nhiều,…Do đó cọc khoan nhồi là giải pháp xử lý nền móng hiệu quả nhất. - 11 - 1.1.2.2. Cọc khoan nhồi Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của các công trình xây dựng quy mô lớn, móng cọc khoan nhồi ngày càng trở thành một hình thức móng sâu được dùng nhiều cho các công trình xây dựng, giao thông, thủy lợi, công nghiệp, đặc biệt là trong các công trình cầu và nhà cao tầng. Cọc khoan nhồi được ứng dụng lần đầu tiên ở Việt Nam vào đầu những năm 90 với đường kính Φ 1,4m hạ sâu 30m khi thi công cầu Việt trì. Ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp bắt đầu ứng dụng vào năm 1996 đó là công trình nhà máy xi măng Tam Điệp – Ninh Bình do Đan Mạch thiết kế và giám sát thi công. Từ đó đến nay công nghệ thi công cọc khoan nhồi được phát triển rất nhanh. Bên cạnh đó cũng có nhiều khuyết điểm trong thi công, trong quản lý dẫn đến chúng ta chưa thể làm chủ toàn bộcông nghệ cọc khoan nhồi. Cọc khoan nhồi hiện nay có thể nói là giải pháp chủ yếu để giải quyết kỹ thuật móng sâu, trong các điều kiện địa chất đất yếu hoặc địa chất phức tạp, đặc biệt là trong vùng hang động casto. Sở dĩ việc áp dụng cọc khoan nhồi trong xây dựng nhà cao tầng và cầu ở nước ta phát triển mạnh chủ yếu vì cọc khoan nhồi có các ưu điểm cơ bản như: tiến độ thi công nhanh(đặc biệt là thi công topdown, hầm, cầu, cảng…), điều kiện áp dụng rất phổ biến áp dụng rộng rãi với tất cả các loại đất nền, thích hợp với các loại kết cấu. khoan được vào đá, sức chịu tải lớn, kích thước cọc lớn, thiết bị đơn giản có thể dùng các máy khoan thăm dò địa chất, trong quá trình thi công vẫn có thể tiếp tục kiểm tra địa tầng, có thể căn cứ theo cấu tạo địa tầng và yêu cầu thiết kế để điều chỉnh chiều dài và đường kính cọc và đặc biệt là biến các công việc thi công dưới nước trở thành thi công trên mặt nước, nó phù hợp với thực tế của Việt Nạm. Vì thế sử dụng cọc khoan nhồi đã đẩy nhanh được tiến độ thi công, có tác dụng lớn trong việc hạ giá thành xây dựng cầu. Cọc khoan nhồi là: Loại cọc tiết diện tròn được thi công bằng cách khoan tạo lỗ trong đất sau đó lấp đầy bằng bê tông cốt thép.Thông thường có đường kính lớn đến 3m, chiều sâu đến 120m (Cầu Cần Thơ), sức chịu tải của một cọc có thể đạt tới 4000 tấn. - 12 - Phương pháp thi công thường là khoan tạo lỗ bằng thiết bị khoan chuyên dụng đặc biệt giữ ổn định thành vách bằng ống chống thép hoặc một đoạn ống vách kết hợp với dung dịch bentonite. Tuỳ theo điều kiện địa chất và điều kiện thi công mà sử dụng các loại thiết bị khác nhau, nhưng chủ yếu gồm các dạng chính như sau: - Máy khoan gầu xoay được sử dụng đối với địa chất là cát, đất sỏi sạn, cát pha cuội sỏi (các mố trụ trên cạn hoặc khi có thể đắp đảo để thi công) ví dụ như Sany 150, Bauer... - Máy khoan theo nguyên lý tuần hoàn ngược được dùng cho các công trình dưới sông, có nước ngập, khoan vào tầng đá gốc hay đá phong hoá như trường hợp trụ 2, trụ 3 cầu Việt-Trì, các trụ cầu Hàm rồng, cầu Gianh, ví dụ: máy khoan xoay mài RCD ANNY 2500, RCD 2000. - Máy khoan vách xoay được dùng cho các công trình có tầng địa chất phức tạp, ví dụ có tầng cát chẩy, hoặc các công trình gần những công trình đã hiện có trước như trong các dự án cầu đường sắt Hà nội - TP Hồ chí Minh,v.v... ví dụ: Lefer, CZ30 Tuy nhiên trong nhiều dự án xây dựng đã sử dụng kết hợp các loại thiết bị khác nhau để phát huy thế mạnh của mỗi loại, ví dụ : dùng máy khoan gầu xoay ED 4000 để khoan tầng đất cho các trụ trên cạn của cầu Hàm-rồng vì tốc độ khoan đất của loại, máy này rất nhanh, sau đó dùng máy khoan theo nguyên lý tuần hoàn ngược TRC để khoan tiếp vào tầng đá gốc. Đối với nước ta, công nghệ móng cọc khoan nhồi đã được các Nhà thầu áp dụng mạnh mẽ trong xây dựng. Tuy nhiên vì kinh nghiệm thiết kế, thi công và kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi chưa nhiều nên thường gặp một số sự cố trong thi công làm ảnh hưởng đến chất lượng và giá thành xây dựng. Cọc khoan nhồi đòi hỏi công nghệ và thiết bị thi công phức tạp, giá thành cao và thường dùng cho công trình có tải trọng và áp lực đáy móng lớn như các nhà cao tầng, móng trụ cầu, cảng vv… - 13 - Cọc khoan nhồi có ưu điểm hơn so với các loại cọc đóng cọc ép được thi công theo công nghệ đặc biệt với các thiết bị đặc biệt. Người ta dùng loại máy khoan chuyên dụng với các dạng mũi khoan khác nhau để tạo lỗ. Hình 1.2 Các loại mũi khoan a) Ưu điểm của cọc khoan nhồi: - Về mặt kết cấu: + 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 (Pvl≈ Pđn). Điều này với phương pháp cọc đóng, nén tĩnh hoặc ép neo không thực hiện được. Đó là điều kiện đưa đến giải pháp nền móng hợp lý và kinh tế hơn. + Khả năng chịu lực cao hơn 1,2 lần so với các công nghệ khác, + Cọc khoan nhồi có thể được đặt vào những lớp đất rất cứng, thậm chí tới lớp đá mà cọc đóng không thể tới được. + Có tiết diện và độ sâu mũi cọc lớn hơn nhiều so với cọc chế tạo sẵn do vậy sức chịu tải lớn hơn nhiều so với cọc chế tạo sẵn. - 14 - + Số lượng cọc trong một đài cọc ít, việc bố trí các đài cọc (Cùng các công trình ngầm) trong công trình được dễ dàng hơn. + Sức chịu tải ngang của cọc khoan nhồi là rất lớn, việc thi công cọc nhồi có chấn dung nhỏ hơn nhiều so với cọc đóng, thi công cọc nhồi không gây hiện tượng trồi đất ở xung quanh, không đẩy ngang các cọc sẵn có xung quanh. + Thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng có hang castơ. + Thích hợp với các công trình lớn, tải trọng nặng, địa chất nền móng là đất hoặc có địa tầng thay đổi phức tạp. + Không gây ảnh hưởng đến các công trình xây dựng liền kề (lún nứt, hiện tượng trồi đất, lún sụt cục bộ, ). Xây dựng nhà cao tầng tại các khu dân cư đông đúc, nhà xây chen, nhà xây liền kề mặt phố, nhà biệt thự vì nó khắc phục được các sự cố lún nứt các nhà liền kề, lấy lại thăng bằng các nhà đã xây dựng bị nghiêng lún trong khi sử dụng, gia cố móng nhà bị yếu, có thể thi công tại các địa điểm chật hẹp hoặc trong ngõ ngách nhỏ. + Công nghệ này tạo ra một khối cọc bê tông đúc liền khối (không phải hàn nối như công nghệ đóng cọc khác), cho nên tăng khả năng chịu lực và độ bền cho móng của các công trình công nghiệp, cầu giao thông quy mô lớn,.. - Về mặt thi công + Công nghệ này đảm bảo việc khoan nhồi cọc bê tông theo phương thẳng đứng, không bị xiên nghiêng như các phương pháp khác. + Chi phí: giảm được 20-30% chi phí cho xây dựng móng công trình + Độ chính xác của cọc theo phương thẳng đứng cao hơn so với công nghệ ép cọc khác + Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đã tạo thế chủ động cho ngành xây dựng công trình giao thông, không những trong thi công các công trình cầu lớn mà cho cả công trình cầu cảng, cảng biển, cảng sông nhà cao tầng. b) Nhược điểm: - Đòi hỏi thiết bị tốt và chuyên gia có nhiều kinh nghiệm. - Thi công khá phức tạp khi vùng địa chất là hang casto.