Tài liệu Nghiên cứu giải pháp ứng dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trên địa bàn thành phố sóc trăng

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu kết quả trình bày trong luận văn này là đúng sự thật, có nguồn gốc rõ ràng và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Tác giả Nguyễn Xuân Vinh Hiển i LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành là thành quả của sự cố gắng, nỗ lực hết mình và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội, đặc biệt dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy TS. Nguyễn Văn Lộc. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, đã tận tâm hướng dẫn khoa học suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến khi hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công trình đã giúp đỡ và tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả Nguyễn Xuân Vinh Hiển ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ii MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH..................................................................................... vi DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG..................................................................................vii MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................... 1 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 1 3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 1 4. Kết quả dự kiến đạt được............................................................................................. 2 5. Bố cục luận văn ........................................................................................................... 2 Mở đầu ............................................................................................................................. 2 Chương 1. Tổng quan về móng cọc và cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ........................ 2 Chương 2. Phương pháp tính toán cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ............................... 2 Chương 3. Tính toán, ứng dụng cho công trình nhà dân dụng trên địa bàn thành phố Sóc Trăng ......................................................................................................................... 2 Kết luận và kiến nghị ....................................................................................................... 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC VÀ CỌC KHOAN NHỒI ĐƯỜNG KÍNH NHỎ .................................................................................................................... 3 1.1. Tổng quan về móng cọc ............................................................................................ 3 1.1.1 Định nghĩa và phân loại .......................................................................................... 3 1.1.1.1 Định nghĩa: .......................................................................................................... 3 1.1.2 Dự báo sức chịu tải của cọc .................................................................................... 5 1.2. Tổng quan về móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ............................................... 5 1.2.1 Khái niệm ............................................................................................................... 5 1.2.2 Lịch sử phát triển .................................................................................................... 5 1.2.3 Phạm vi ứng dụng ................................................................................................... 6 1.2.4 Phân loại cọc đường kính nhỏ ................................................................................ 7 1.3. Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ............................................... 7 1.3.1. Định vị tim cọc .................................................................................................... 7 iii 1.3.2. Khoan tạo lỗ, kiểm tra địa tầng, kiểm tra độ sâu ................................................ 8 1.3.2.1. Khoan tạo lỗ ....................................................................................................... 8 1.3.2.2. Kiểm tra địa tầng ................................................................................................ 9 1.3.2.3. Kiểm tra độ sâu của hố khoan .......................................................................... 10 1.3.3. Lấy phôi khoan ................................................................................................. 10 1.3.4. Gia công lồng thép và thả ống đổ ..................................................................... 10 1.3.5. Vệ sinh hố khoan .............................................................................................. 11 1.3.6. Đổ bê tông ......................................................................................................... 12 1.3.7. Phương pháp kiểm tra: ...................................................................................... 13 1.4. Kết luận chương 1 ................................................................................................... 14 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỌC KHOAN NHỒI ĐƯỜNG KÍNH NHỎ .................................................................................................................. 15 2.1. Khái niệm về sức chịu tải của cọc đơn.................................................................... 15 2.1.1. Định nghĩa ......................................................................................................... 15 2.2. Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo độ bền vật liệu ............................. 16 2.3. Tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền................................................................... 17 2.3.1. Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm trong phòng: .............. 17 2.3.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền: ........................ 21 2.3.3. Sức chịu tải của cọc ma sát chịu nén đúng tâm ................................................ 23 2.3.4. Sức chịu tải của cọc khi chịu tải trọng nhổ ....................................................... 27 2.3.5. Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT): ..... 27 2.3.6. Sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT): .............................. 29 2.3.7. Sức chịu tải của cọc theo TCVN....................................................................... 31 2.4. Độ lún của nhóm cọc .............................................................................................. 37 2.4.1. Xác định khối móng cọc ................................................................................... 37 2.4.2. Tính lún cho móng cọc (quy ước) ..................................................................... 39 2.5. Kết luận chương 2: .................................................................................................. 41 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH NHÀ DÂN DỤNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG ........................................... 42 3.1. Giới thiệu về công trình .......................................................................................... 42 3.1.1. Quy mô của dự án. ............................................................................................ 42 iv 3.1.2. Các kích thước chi tiết kết cấu phần trên của hạng mục được chọn để tính toán nền móng. ...................................................................................................................... 42 3.1.3. Các điều kiện địa chất, thủy văn cơ bản............................................................ 45 3.2. Tính toán các loại tải trọng tác dụng lên công trình và tính toán nội lực cho từng chân cột .......................................................................................................................... 46 3.3. Phân tích và đề xuất các phương án xử lý nền cho công trinhg.............................. 55 3.4. Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ................................... 57 3.4.1. Chọn loại móng cọc và vật liệu làm cọc. .......................................................... 57 3.4.1.1. Chọn loại móng cọc. ......................................................................................... 57 3.4.1.2. Chọn kích thước cọc và đài cọc........................................................................ 57 3.4.1.3. Chọn cột đại diện để thiết kế ............................................................................ 57 3.4.1.4. Nguyên tắc tính toán sức chịu tải của cọc. ....................................................... 58 3.4.2. Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo vật liệu làm cọc ..................... 58 3.4.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền : ..................................................... 59 3.4.4. Xác định số lượng cọc ....................................................................................... 63 3.4.4.1. Xác định số lượng cọc cột điển hình cột 1 ....................................................... 63 3.4.4.2. Bố trí cọc. ......................................................................................................... 67 3.4.5. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc ................................................................... 69 3.4.6. Kiểm tra móng cọc và nền của nó theo trạng thái giới hạn II ........................... 71 3.4.7. Kiểm tra lún cho móng cọc ............................................................................... 76 3.5. Sử dụng phần mềm Geoslop tính toán sức chịu tải của cọc. .................................. 79 3.5.1. Trường hợp tính toán ........................................................................................ 79 3.5.2. Tính ứng suất và biến dạng cho móng cọc theo modul SIGMA/W .................. 82 3.5.2.1. Trình tự tính toán theo modul SIGMA/W ........................................................ 82 3.5.2.2. Kết quả tính theo modul SIGMA/W ................................................................ 83 3.6. Phân tích các kết quả tính và nhận xét. ................................................................... 86 3.7. Kết luận chương 3 ................................................................................................... 87 1. Kết luận và kiến nghị ................................................................................................. 88 2. Một số điểm còn tồn tại ............................................................................................. 88 3. Kiến nghị ................................................................................................................... 88 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1a: Cấu tạo móng cọc đài thấp: 1- cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần trên ............ 3 Hình 1.1b: Cấu tạo móng cọc đày cao: 1 cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần trên .............. 3 Hình 1.2 Khoan tạo lỗ cọc ............................................................................................... 9 Hình 1.3 Cho cốt thép vào lỗ khoan ............................................................................. 10 Hình 1.4 Hình ảnh các bước thi công cọc khoan nhồi mini .......................................... 13 Hình 2.1: Sơ đồ tính lún của móng cọc ......................................................................... 37 Hình 2.2: Xác định kích thước móng khối quy ước đối với nền đồng chất .................. 38 Hình 2.3: Xác định kích thước móng khối quy ước khi trong nền có tầng đất yếu ..... 38 Hình 2.4 Xác định kích thước móng khối quy .............................................................. 39 ước đối với nền đất nhiều lớp ........................................................................................ 39 Hình 3.1: Mặt đứng tòa nhà theo phương Y. ................................................................ 44 Hình 3.2: Mặt bằng tòa nhà ........................................................................................... 45 Hình 3.3 : Mặt cắt địa chất khu vực xây dựng công trình ............................................. 46 Hình 3.4: Mô phỏng mô hình tòa nhà trên Sap2000 ..................................................... 47 Hình 3.5: Mặt bằng bố trí cột trên công trình ............................................................... 48 Hình 3.6: Bố trí cọc trong đài 4 cọc. ............................................................................. 67 Hình 3.7: Bố trí cọc trong đài 5 cọc. ............................................................................. 67 Hình 3.8: Bố trí cọc trong đài 6 cọc. ............................................................................. 68 Hình 3.9: Bố trí cọc trong đài 9 cọc. ............................................................................. 68 Hình 3.10: Bố trí móng cọc cho toàn bộ côt trong công trình ...................................... 69 Hình 3.11: Sơ đồ tính toán móng cọc cột 1 .................................................................. 70 Hình 3.12: Sơ đồ khối móng quy ước .......................................................................... 72 Hình 3.13. Khối móng quy ước ..................................................................................... 74 Hình 3.14. Ứng suất đáy khối móng quy ước ............................................................... 78 Hình 3.15. Sơ đồ tính lún cho móng cọc ....................................................................... 81 Hình 3.16. :. Sơ đồ mô hình tính toán của bài toán ....................................................... 83 Hình 3.17. Lưới chuyển vị ............................................................................................ 83 Hình 3.18. Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng .................................................. 84 Hình 3.19. Đường đẳng chuyển vị ngang ..................................................................... 84 Hình 3.20. Đường đẳng ứng suất theo phương đứng .................................................... 85 Hình 5.21. Các giá trị lún tại điểm tâm móng ............................................................... 85 Hình 3.22:. Biểu đồ chuyển vị theo phương Y ............................................................. 86 vi DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG Bảng 2.1. Bảng xác định hệ số ktc ................................................................................. 17 Bảng 2.2. Sức kháng ma sát giữa thành cọc và đất fi .................................................... 18 Bảng 2.3. Hệ số mf......................................................................................................... 19 Bảng 2.4- các hệ số của công thức (2.4)........................................................................ 20 Bảng 2.5- Trị số qp ......................................................................................................... 21 Bảng 2.6. Sức kháng ma sát giữa thành cọc và đất fi .................................................... 24 Bảng 2.7. Hệ số mf ........................................................................................................ 25 Bảng 2.8. Các hệ số của công thức trên ........................................................................ 26 Bảng 2.9. Trị số qp ......................................................................................................... 27 Bảng 2.10. Bảng xác định hệ số Kc và α theo loại đất .................................................. 29 Bảng 2.11. Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất γcf ............................................ 34 Bảng 2.12 - Các hệ số α1, α2 , α3 và α4 trong công thức (2.24) ................................. 35 Bảng 2.13. Cường độ sức kháng qb, của đất dính dưới mũi cọc nhồi .......................... 36 Bảng 2.14. Giá trị hệ số Ko để xác định các ứng suất σz ............................................... 40 dưới tâm diện tích chịu tải ............................................................................................. 40 Bảng3.1: Tài liệu địa chất nền và các chỉ tiêu cơ lý dung trong tính toán. ................... 46 Bảng 3.2: Kết quả tính toán nội lực chân cột từ phần mềm Sap2000. .......................... 49 Bảng 3.3: Sức chịu tải dọc trục theo điều kiện vật liệu. ............................................... 58 Bảng 3.4 : Bảng tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền của cọc D450 mm. ................ 60 Bảng 3.5 : Bảng tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền của cọc D500 mm. ................ 61 Bảng 3.6 : Bảng tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền của cọc D600 mm. ................ 62 Bảng 3.7 : Kết quả sức chịu tải của cọc đơn ................................................................. 63 Bảng 3.8: Sơ bộ tính toán số lượng cọc cho phương án tiết diện D500. ....................... 64 Bảng 3.9. Cường độ tiêu chuẩn của đất nền dưới cọc ................................................... 76 Bảng 3.10: Tính ứng suất tại tâm móng. ....................................................................... 78 vii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây tốc độ phát triển công nghiệp và đô thị hóa ngày càng nhanh, nhiều hệ thống giao thông, khu công nghiệp, khu đô thị phát triển mạnh đòi hỏi phải có nhiều giải pháp xử lý, gia cố nền móng đảm bảo hiệu quả ổn định cho công trình xây dựng. Việc lựa chọn giải pháp móng hợp lý trong điều kiện phức tạp cả về địa chất và thi công là vấn đề được đặc biệt quan tâm. Để gia cố và xây dựng móng công trình có quy mô vừa và nhỏ trong điều kiện đất nền yếu hay điều kiện thi công khó khăn chật hẹp (nhà xây chèn) là một vấn đề đặt ra trong điều kiện thi công hiện tại trên địa bàn thành phố Sóc Trăng. Do đó, việc nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ trong địa bàn thành phố Sóc Trăng là cấp thiết. Các nghiên cứu này bước đầu có thể cung cấp cơ sở cho việc xây dựng phương pháp tính toán và thiết kế cọc siêu nhỏ trong điều thành phố Sóc Trăng. Giải quyết vấn đề trên đây sẽ giúp hoàn thiện thêm lý thuyết tính toán và ứng dụng móng cọc trong điều kiện địa chất của thành phố Sóc Trăng, đồng thời tăng thêm sự lựa chọn cho người thiết kế về các giải pháp móng khi thiết kế các công trình xây dựng. Xuất phát từ yêu cầu trên việc nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ vào điều kiện thành phố Sóc Trăng để xử lý, gia cố nền móng các công trình xây dựng là rất cần thiết. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Phân tích, xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ theo lý thuyết và xác định độ lún của móng cọc. - Ứng dụng tính toán xử lý nền cho công trình tòa nhà 10 tầng ở thành phố Sóc Trăng. 3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về cọc khoan nhồi, phân loại cọc khoan nhồi đường kính nhỏ. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi 1 - Phương pháp phân tích lý thuyết: nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi. - Phương pháp phần tử hữu hạn, với việc sử dụng phần mềm Geo-slope, Plaxis để phân tích, kiểm tra biến dạng. - Áp dụng tính toán cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong điều kiện thực tế trên địa bàn thành phố Sóc Trăng. 4. Kết quả dự kiến đạt được - Hiểu biết cơ sở lý thuyết tính toán móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ. - Ứng dụng tính toán móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ xử lý nền cho công trình tòa nhà 10 tầng ở thành phố Sóc Trăng. 5. Bố cục luận văn Mở đầu Chương 1. Tổng quan về móng cọc và cọc khoan nhồi đường kính nhỏ Chương 2. Phương pháp tính toán cọc khoan nhồi đường kính nhỏ Chương 3. Tính toán, ứng dụng cho công trình nhà dân dụng trên địa bàn thành phố Sóc Trăng Kết luận và kiến nghị 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC VÀ CỌC KHOAN NHỒI ĐƯỜNG KÍNH NHỎ 1.1. Tổng quan về móng cọc [2] 1.1.1 Định nghĩa và phân loại 1.1.1.1 Định nghĩa: Móng cọc là một trong những móng đựơc sử dụng rộng rãi hiện nay. Người ta có thề đóng, hạ những đoạn cọc lớn xuống các tầng đất sâu, nhờ đó tăng khả năng chịu tải trọng của móng. Hình 1.1a,b thể hiện 2 loại móng cọc: móng cọc đài thấp và đài cao. Móng cọc bao gồm 3 bộ phận: cọc, đài cọc, đất bao quanh cọc. - Cọc là bộ phận chính có tác dụng truyền tải trọng từ công trình lên đất ở đầu mũi và xung quanh cọc. - Đài cọc liên kết các cọc thành một khối và phân phối tải trọng công trình lên các cọc. - Đất xung quanh cọc tiếp thu một phần tải trọng và phân bố đều hơn lên đất đầu mũi cọc. Hình 1.1a: Cấu tạo móng cọc đài thấp: 1- cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần trên Hình 1.1b: Cấu tạo móng cọc đày cao: 1 cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần trên 3 1.1.2 Phân loại Các loại cọc hiện nay khá đa dạng về chủng loại vật liệu, kích thước và biện pháp thi công. Mỗi loại cọc đều có những ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng khác nhau. - Theo vật liệu người ta chia cọc ra thành các loại như sau: Cọc gỗ: vật liệu sử dụng là gỗ, dài từ 5-7m, đường kính từ 20-30cm. Cọc tre: Sử dụng các loại tre gốc, đặc chắc. Cọc bê tông: Vật liệu sử dụng là bê tông, sử dụng cho cọc chịu nén. Cọc bê tông cốt thép: vật liệu sử dụng là bê tông cốt thép, loại cọc ày được sử dụng nhiều nhất. Cọc thép: Vật liệu là thép I, H, C, loại cọc này dễ bị gỉ khi tiếp xúc với nước, đặc biệt là nước măn. Ngoài ra có có các loại cọc thép bê tông, cọc liên hợp, tuy nhiên các loại cọc này ít được sử dụng - Theo phương thức làm việc người ta chia cọc thành các loại như sau: Cọc chống: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu là lực chống của đất, đá tại mũi cọc. Cọc ma sát: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu là do ma sát mặt bên của cọc và đất xung quanh thân cọc. Cọc hổn họp: Là cọc có sức chịu tải kết hợp giữa hai loại trên. - Theo phương pháp hạ cọc người ta phân ra thành các loại sau: Cọc đóng: Là cọc được chế tạo sẵn, được hạ xuống bằng búa treo hoặc búa Diezel hoặc hạ xuống bằng búa máy rung có thể khoan dẩn hoặc không. Cọc ép: Là cọc được chế tạo sẵn, được hạ xuống bằng thiết bị ép thủy lực. Cọc khoan nhồi: Là cọc có tiết diện hình tròn được thi công bằng cách khoan tạo lỗ trong đất với phương pháp khoan hoặc ống thiết bị 4 1.1.2 Dự báo sức chịu tải của cọc Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 10304: 2014- Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế. Để dự báo sức chịu tải của cọc người ta có thể dùng các phương pháp sau: - Theo độ bền của đất nền; - theo chỉ tiêu cơ lý của đất đá; - Theo kết quả xuyên tĩnh (CPT); - Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT); - Theo kết quả các thí nghiệm hiện trường; - Theo kết quả nén tĩnh cọc/ 1.1.3 Dự báo độ lún của móng cọc Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 10304: 2014- Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế. Để dự báo sức độ lún của móng cọc người ta có thể dùng các phương pháp sau: - Dựa trên quan hệ ứng suất, biến dạng theo lý thuyết bán không gian biến dạng. - Phương pháp móng khối quy ước - Theo lý thuyết bài toán phẳng - Phương pháp lớp biến dạng tuyến tính 1.2. Tổng quan về móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ [4] 1.2.1 Khái niệm Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ-cọc mini (Micropile) là loại cọc có đường kính từ 300-600 (mm). Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ được dùng hiệu quả cho công trình có diện tích nhỏ hơn 70m2 và chiều cao lớn hơn 4 tầng. Cọc bê tông cốt thép có đường kính nhỏ từ 300-600 (mm) có sức chịu tải từ 30 đến 120 tấn trên 1 cọc tùy thuộc vào địa chất công trình. 1.2.2 Lịch sử phát triển 5 Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ đã được nghiên cứu phát triển cách đây trên 100 năm xuất phát từ nhu cầu cải tạo sửa chữa các công trình kiến trúc cổ đại tại ltalia do kiến trúc sư P.Lizz phát minh và đưa vào ứng dụng. Với lịch sử phát triển 100 năm cọc khoan nhồi đường kính nhỏ đã sử dụng rộng rãi trên thế giới (Ý, Mỹ, Đức, Trung Quốc ….) với các ứng dụng khác nhau như xây dựng các công trình xây chèn trong thành phố, cải tạo sửa chữa, phục hồi các công trình kiến trúc văn hóa. Ban đầu, đa số các ứng dụng của cọc siêu nhỏ là được sử dụng vào việc xây móng kết cấu tại các môi trường đô thị. Bắt đầu từ năm 1957, có thêm nhiều các nhu cầu kỹ thuật bắt nguồn từ việc giới thiệu hệ thống cọc siêu nhỏ dạng mắt lưới. Các hệ thống này bao gồm nhiều loại cọc siêu nhỏ dạng thẳng đứng và dạng nghiêng kết hợp với mạng lưới ba chiều, tạo ra một kết cấu phức hợp hạn chế chuyển vị ngang. Mạng lưới cọc siêu nhỏ dạng mắt lưới được ứng dụng vào quá trình làm ổn định độ dốc, gia cố tường bờ kè, bảo vệ các kết cấu chôn ngầm, các móng đỡ kết cấu và mặt đất khác. Nhà thầu Fondedile đã giới thiệu cách sử dụng cọc siêu nhỏ tại Bắc Mỹ vào năm 1973 thông qua một số ứng dụng trong thi công xây móng tại các khu vực ở New York và Boston. Hiện nay, chi phí xây dựng và nhu cầu kỹ thuật tại các nước trên thế giới là tương đối giống nhau và do đó, tiếp tục thúc đẩy sự phát triển của nhu cầu sử dụng cọc siêu nhỏ. Từ năm 2001 đã được ứng dụng trong công trình xây dựng đầu tiên tại thành phố Hà nội, đã dược thị trường xây dựng thành phố Hà Nội chấp nhận và phát triển rất mạnh cho đến nay . Hiện nay công nghệ sử lý bằng khoan nhồi đường kính nhỏ đã áp dụng cho hàng ngàn công trình xây dựng dân dụng nhà ở dân cư, nhà cao tầng khách sạn văn phòng .Tuy nhiên, ưu thế chính của công nghệ chính là các công trình nhiều tầng xây chen trong thành phố, nơi có mặt bằng thi công chật hẹp, dễ gây ảnh hưởng đến các công trình lân cận. Chính vì vậy, nhiều chủ đầu tư đã quyết định chọn giải pháp thi công này cho công trình của mình. 1.2.3 Phạm vi ứng dụng Cọc nhồi đường kính nhỏ được nghiên cứu, ứng dụng như một giải pháp trung gian giữa cọc đóng, ép và cọc nhồi đường kính lớn.Với các ưu điểm về kỹ thuật, độ an toàn 6 của cọc nhồi đường kính lớn và giá thành cọc ép, phạm vi áp dụng của cọc nhồi đường kính nhỏ khá rộng, từ công trình thấp tầng đến cao tầng, áp dụng trong mọi các điều kiện khác nhau, không ảnh hưởng đến các công trình lân cận, có thể sử dụng làm cọc nhổ, cọc chịu uốn …. Đặc biệt, thiết bị thi công nhỏ gọn, cọc khoan nhồi đường kính nhỏ có thể thi công tốt trong điều kiện mặt bằng chật hẹp và sức chịu tải cao. Các công trình có yêu cầu về bảo đảm an toàn cho các công trình lân cận, cần tránh xảy ra tranh chấp, đền bù hư hỏng cho quá trình xây dựng.Ngoài ra, cọc khoan nhồi đường kính nhỏ còn áp dụng cho các công trình cầu, móng hàng rào, tường bao cho tầng hầm, công trình trên bờ sông..., các công trình có địa tầng xen kẹp phức tạp. 1.2.4 Phân loại cọc đường kính nhỏ Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính nhỏ: Đường kính từ 300÷700mm (cọc mini); chịu tải trọng từ 30÷160 tấn/đầu cọc; thường dùng cho các nhà 4, 5 tầng. Trên thực tế, loại cọc mini-BTCT dùng tốt cho các nhà có diện tích >70m2 × 4 tầng. Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính lớn: Thường cọc có đường kính D=800÷3000mm, sâu 35÷60m và có thể >100m. Phân loại theo tác dụng làm việc giữa đất và cọc - Cọc chống: truyền tải trọng lên lớp đất đá có cường độ lớn, vì thế lực ma sát ở mặt xung quanh cọc thực tế không xuất hiện và khả năng chịu tải của cọc chỉ phụ thuộc khả năng chịu tải của đất đầu mũi cọc. - Cọc treo (cọc ma sát): Đất bao quanh cọc là đất chịu nén (đất yếu) và tải trọng được truyền lên nền nhờ lực ma sát ở xung quanh cọc và cường độ của đất đầu mũi cọc. - Nói chung cọc khoan nhồi thường có chiều dài lớn để vươn tới tầng đá gốc hoặc các lớp đất đá có cường độ lớn ở sâu, do đó khả năng chịu tải của cọc phụ thuộc vào cả khả năng chịu tải của đất đầu mũi cọc và sức kháng của đất xung quanh cọc. 1.3. Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ [5] 1.3.1. Định vị tim cọc 7 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. 1.3.2. Khoan tạo lỗ, kiểm tra địa tầng, kiểm tra độ sâu 1.3.2.1. Khoan tạo lỗ Trước khi khoan tạo lỗ phải kiểm tra độ thẳng đứng dây dọi 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 lệch xiên hiện trường tiện lợi và nhanh nhất bằng cách xem việc lắp ráp các ống đổ bê tông từng đoạn. Ống đổ bê tông có đầu hở để đưa bê tông xuống đáy hố, khi lỗ khoan bị lệch nghiêng thì không thể đưa ống đổ xuống đáy hố được, tự thân ống bằng kim loại sẽ xuống theo đường dây dọi do trọng lượng bản thân ống gây ra. Trong quá trính 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 căn 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. 8 Hình 1.2 Khoan tạo lỗ cọc 1.3.2.2. 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 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 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 lí lịch 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 bên tư vấn thiết kế biết để có những quyết định cần thiết. 9 1.3.2.3. 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. 1.3.3. Lấy phôi khoan Ta dùng mũi khoan có nắp (mũi khoan lapel) thả xuống tận đáy hố để kéo đất lên. Khi cần thiết phải kéo hai lần. Sau đó thả lồng sắt và các ống đổ bê tông được nối và thả xuống đáy hố. 1.3.4. Gia công lồng thép và thả ống đổ 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 giếng khoan. Chiều dài phần sắt nối chống giữa các cốt thép≈20d (với d: đường kính cốt thép dọc). Kiểm tra con kê bảo vệ và neo lồng sắt vào miệng hố khoan. Ống đổ phải được làm sạch các bùn đất. Vữa bê tông còn dính trong lần đổ trước hoặc trong lúc bảo quản và di chuyển. Hình 1.3 Cho cốt thép vào lỗ khoan 10 1.3.5. 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 dùng khí nén: - Dùng ống PVC hoặc ống kim loại có đường kính từ 60 đến 100 mm (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 thô còn sót lại trong giếng lên khỏi miệng giếng. Quá trình được tiến hành cho đến khi không còn cặn lắng, không còn vật liệu thô 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 giếng. + Trong thực tế, để kiểm tra độ sạch của hố khoan, giám sát hai bên tiến hành cho vào giếng một ít đá 1×2 cm. Trong quá trình thổi dùng lưới hứng lại để kiểm tra. Khi lượng đá 1×2 cm từ đáy hố khoan được thổi lên miệng hố một phần của lượng đá đổ vào thì chấp nhận công tác vệ sinh đạt yêu cầu. 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. 11 - Dùng máy Diezel bơm ép dung dịch vào trong ống đổ, luồng dung dịch này sẽ tuần hoàn trong ống đổ xuống đáy và thoát ra ở miệng dưới của ống đổ và 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 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. 1.3.6. Đổ bê tông - Mác bê tông ghi trong bản vẽ thiết kế. 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 đá 1×2 cm phải đúng tiêu chuẩn, không lẫn lộn các loại tạp chất khác. + Cát phải đảm bảo chất lượng đổ bê tông, không để lẫn lộn cuội sỏi hoặc tạp chất. - 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, cường độ bê tông suốt chiều dài cọc). Nếu 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. - 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. Rút ống đổ: 12