Công nghệ thi công cọc khoan nhồi
Trên thế giới có rất nhiều công nghệ và các loại thiết bị thi công cọc khoan nhồi khác nhau. Ở Việt nam hiện nay chủ yếu là sử dụng 3 phương pháp khoan cọc nhồi với các loại thiết bị và quy trình khoan khác nhau
I/ Giới thiệu chung:
Cọc khoan nhồi là một trong những giải pháp móng được áp dụng rộng rãi trong xây dựng nhà cao tầng ở trên thế giới và ở Việt Nam. Chúng thường được thiết kế để mang tải lớn nên chất lượng của cọc luôn luôn là vấn đề được quan tâm nhất. Khâu quan trọng nhất để quyết định chất lượng của cọc là khâu thi công, nó bao gồm cả kỹ thuật, thiết bị, năng lực của đơn vị thi công, sự nghiêm túc thực hiên qui trình công nghệ chặt chẽ, kinh nghiệm xử lý khi gặp các trường hợp cụ thể. Ở phần này chúng ta sẽ nghiên cứu chi tiết quá trình thi công cọc khoan nhồi và một số kinh nghiệm với mục đích cung cấp cho các kỹ sư thi công một số kiến thức và kinh nghiệm ban đầu của công nghệ này.Đặc điểm công nghệ và các thiết bị thiết bị thi công cọc khoan nhồi:Trên thế giới có rất nhiều công nghệ và các loại thiết bị thi công cọc khoan nhồi khác nhau. Ở Việt nam hiện nay chủ yếu là sử dụng 3 phương pháp khoan cọc nhồi với các loại thiết bị và quy trình khoan khác nhau như sau:
*
Phương pháp khoan thổi rửa. [còn gọi là phương pháp khoan phản tuần hoàn].* Phương pháp khoan dùng ống vách.
* Phương pháp khoan gầu trong dung dịch bentonite.
A. Phương pháp khoan thổi rửa [hay phản tuần hoàn]:
Xuất hiện đã lâu và hiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi ở Trung Quốc. Tại Việt Nam một số đơn vị xây dựng liên doanh với Trung Quốc vẫn sử dụng trong công nghệ khoan này. Máy đào sử dụng guồng xoắn để phá đất. dung dịch bentonite được bơm xuống để giữ vách hố đào. Mùn khoan và dung dịch được máy bơm và máy nén khí đẩy từ đáy hố khoan lên đưa vào bể lắng. Lọc tách đung dịch bentonite cho quay lại và mùn khoan ướt được bơm vào xe téc và vận chuyển ra khỏi công trường. Công việc đặt cốt thép và đổ
bê tông tiến hành bình thường.
- Ưu điểm: giá thiết bị rẻ. thi công đơn giản, giá thành hạ.
- Nhược điểm: Khoan chậm chất lượng và độ tin cậy chưa cao.
B. Phương pháp khoan dùng ống vách:
Xuất hiện từ trập niên 60~70 của thế kỷ này ống vách được hạ xuống và nâng lên bằng cách vừa xoay vừa rung. Trong phương pháp này không cần dùng đến dung dịch bentonite để giữ vách hố khoan. Đất trong lòng ống vách được lấy ra bằng gầu ngoạm.
Việc đặt cốt thép và đổ bê tông được tiến hành hình thường.
- Ưu điểm của phương pháp này là: không cần đến dung dịch benlonitc, công trường sạch, chất lượng cọc đảm bảo.
- Nhược điểm của phương pháp này là khó làm được cọc đến 30m, máy cồng kềnh, khi làm việc gây chấn động rung lớn, khó sử dụng cho việc xây chen trong thành phố.
C. Phương pháp khoan gầu:
Trong công nghệ khoan này gầu khoan thường ở dạng thùng xoay cắt đất và đưa ra ngoài, cần gầu khoan có dạng ăng ten thường là 3 đoạn truyền được chuyển động xoay từ máy dài xuống gầu đào nhờ hệ thống rãnh. Vách hố khoan được giữ ổn định bằng dung địch betonite. Quá trình tạo lỗ được thực hiện trong dung dịch sét bentonite.
Dung dịch sét bentonite được thu hồi lọc và tái sử dụng vừa đảm bảo vệ sinh và giảm khối lượng chuyên chở. Trong quá trình khoan có thể thay các đầu đào khác nhau để phù hợp với nền đất và có thể vượt qua các dị vật trong lòng đất. Việc đặt cốt thép và đổ bê tông được tiến hành trong dung dịch bentonite. Các thiết bị đào thông dụng ở Việt Nam là Bauer [Đức], Soil-Mec [Italia] và Hitachi [Nhật Bản].
- Ưu điểm: thi công nhanh, việc kiểm tra chất lượng thuận tiện rõ ràng, bảo đảm vệ sinh môi trường. Ít ảnh hưởng đến công trình xung quanh.
- Nhược điểm: thiết bị chuyên dụng, giá đắt, giá thành cọc cao, quy trình công nghệ phải tuân thủ chặt chẽ, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và công nhân phải lành nghề và có ý thức công nghiệp và kỷ luật cao.
Do phương pháp này khoan nhanh hơn và chất lượng đảm bảo hơn nên ở Việt Nam hiện nay chủ yếu sử dụng phương pháp khoan này.
Một vài ý kiến:
- Với việc hiểu được các phương pháp thi công từ bài trên. Người cán bộ dự toán có thể áp dụng được các mã đơn giá, mã hiệu định mức rất rõ ràng. Không còn tình trạng rất hay gặp trong các hồ sơ dự toán: Sử dụng phương pháp khoan dùng ống vách, nhưng vẫn có đầu việc Sử dụng dung dịch bentonite chống sụt thành hố khoan.
- Xem qua phân tích nhược điểm nói trên, căn cứ vào điều kiện cụ thể của công trình [về địa chất, về khả năng huy động thiết bị, lượng chi phí...] có thể chọn phương pháp thi công từ đó đơn giá tương ứng trong bản dự toán.
- Dung dịch betonite trong các phương pháp được sử dụng tuần hoàn [lọc tách sử dụng lại], mùn khoan tách ra được chở đi. Hiểu được vấn đề này việc áp dụng đơn giá cho 2 công tác này sẽ rõ ràng.
- Phương pháp dùng ống vách, ống được hạ xuống và nâng lên, chấn động rung lớn, tính chi phí hao phí ống vách là rất cần thiết.
- Định mức dùng để xác định chi phí [giá] cho công tác khoan cọc nhồi trong tập ĐM dự toán XDCT phần xây dựng số 1776/BXD-VP có mã hiệu AC.3000 cho 2 phương pháp:
+ AC.31000 Khoan tạo lỗ bằng phương pháp khoan có ống vách [không sử dụng dung dịch khoan]
+ AC.32000 Khoan tạo lỗ bằng phương pháp khoan xoay phản tuần hoàn [có sử dụng dung dịch khoan]
II/ Quy trình và ưu nhược điểm cọc khoan nhồi .
*Ưu điểm:
- Tùy theo điều kiện địa chất và tải trọng của công trình, trên tổng thể giá thành của phương án xử lý nền móng khi sử dụng cọc nhồi đường kính nhỏ hợp lý do khả năng chịu tải trên mỗi đầu cọc khá cao nên số lượng cọc trong móng giảm. Thêm vào đó phần đài cọc, giằng móng giảm thiểu do số lượng cọc ít, cọc có thể thi công sát công trình bên cạnh [cách>=10cm] nên không phải thiết kế đài cọc kiểu consol dẫn đến làm giảm kích thước đài cọc.- Thiết bị thi công nhỏ gọn nên có thể thi công trong điều kiện xây dựng chật hẹp. Không gây ảnh hưởng 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 được đổ liên tục từ đáy hố khoan lên trên nên tránh được tình trạng chấp nối giữa các cọc. Độ nghiêng lệch của các cọc nằm trong giới hạn cho phép.
- Thời gian thi công nhanh.
- Xác định địa tầng từng cọc xuyên qua một các trực quan, từ đó có thể xác định chính xác chiều sâu cọc để đảm bảo an toàn. Xác định được độ ngầm của cọc vào tầng đất tốt. [Sét dẻo cứng, cát hạt trung, cát thô chặt vừa]
- Sử dụng tốt cho trường hợp lớp đất tốt xen kẹp bên trên lớp đất xấu mà không thể đóng hoặc ép cọc BTCT thông thường.
- Thiết bị thi công đa dạng có thể lựa chọn tùy theo mục đích và điều kiện thi công, phần lớn thiết bị được sản xuất tại Việt Nam, phụ tùng dễ thay thế.
- Dễ thi công móng và đà kiềng, khối lượng bê tông và cốt thép ít, đào đắp đất ít, không ảnh hưởng nhà bên cạnh hoặc ngược lại.
- Đường kính cọc tăng giảm và tùy theo sức chịu tải tính toán: Ø300, 350, 40, 500, 600,…
- Không có trên lệch giữa các tim cọc, từ đó khi tính toán cho móng & đà kiềng không cần đặt hệ số an toàn lớn, tiết kiệm được chi phí cho công trình.
- Không đào nền để làm móng, giữ nguyên sự ổn định của đất nền.
- Biết rõ ràng địa tầng, từng lớp bên dưới, từ đó có thể tính toán chính xác sức chịu tải của cọc. Khi đưa ra thực tế rất ít sai lệch, xác định địa tầng đất chịu lực tốt.
- Tính bền vững và ổn định của công trình rất cao, không bị ảnh hưởng khi nhà liền kề đào móng xây dựng, không bị nghiêng lún.
- Không có khớp nối như cọc ép, đảm bảo truyền tải trọng đúng tâm.
- Dễ kiểm soát tỷ lệ trộn bê tông và cốt thép khi đổ cọc. Mác bê tông rất cao.
- Kết quả thí nghiệm thực tế:
° Cọc Ø 300 đạt 30 – 60 T/ cọc
° Cọc Ø 350 đạt 50 – 80 T/ cọc
° Cọc Ø 400 đạt 60 – 90 T/ cọc
° Cọc Ø 500 đạt 80 – 130 T/ cọc
° Cọc Ø 600 đạt 100 – 160 T/ cọc
- Thực tế cho thấy cọc khoan nhồi không có nhiều khuyết tật.
- Thi công mọi địa hình [kể cả trên sông]
- Tính an toàn lao động cao hơn cọc ép.
- Giá thành thấp hơn so với cọc ép
- Có thể khoan xuyên tầng đất cứng.
- Đưa tải của công trình xuống tầng đất chịu lực [cát hạt thô]
- Khi gặp chướng ngại vật hoặc tầng đất tốt giả định có thể khoan phá để xuống sâu hơn đến tầng đất chịu lực.
- Phạm vi ứng dụng:
- Các công trình nhà cao tầng xây chen trong thành phố.
- cac cong trình đòi hỏi sức chịu tải cao
- Gia cố nền cho các công trình sửa chữa, cải tạo, nâng tầng.
- Các công trình có mặt bằng thi công chật hẹp [không thể đưa các thiết bị thông thường vào thi công].
- 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.
- 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.
* Nhược điểm :
- Khó kiểm tra chính xác chất lượng bê tông nhồi vào cọc, 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.
- Trong một số trường hợp địa chất yếu