1 CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI ĐƯỜNG KÍNH NHỎ 1. Giới thiệu Trong khoảng thời gian gần đây xu hướng các nhà dân trên địa bàn Hà Nội, TP Hồ Chí Minh thường sử dụng Cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ hay cọc khoan nhồi mini bê tông cốt thép cho nền móng. Thường cọc khoan nhồi bêtông cốt thép mini có Đường Kính từ 300–600 (mm). Trên thực tế Cọc khoan nhồi Mini bê tông cốt thép sử dụng tốt nhất đối với những nhà cao tầng có diện tích > 70 m 2 x 4 tầng.Cọc Khoan Nhồi Mini bê tông cốt thép có tiết diện cọc thường từ 300-600 mm,chịu tải trọng lớn thường từ 30 - 160 tấn trên một đầu cọc.Về ưu điểm thì Cọc Khoan Nhồi Mini bê tông cốt thép ổn định hơn ép cọc bê tông cốt thép.Giá thành thì lại chỉ ngang bằng hoặc rẻ hơn ép cọc bê tông cốt thép.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. Cọc khoan nhồi là một giải pháp móng có nhiều 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 (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. 2. Ưu điểm Hình ảnh thi công lồng thép cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ 2 Hình ảnh thi công khoan tạo lỗ cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ • Giá thành rẻ hơn các loại móng cọc bằng bê tông cốt thép khác nhờ vào khả năng chịu tải trên mỗi đầu cọc cao nên số lượng cọc trong móng giảm. Thêm vào đó, phần đài cọc nhỏ gọn nên tránh hiện tượng đài consol (đài cọc chịu tải trọng lệch tâm).Tổng giá thành xây dựng của móng Cọc khoan nhồi bêtông cốt thép chỉ tương đương với tổng giá thành của móng ép cọc bêtông cốt thép. • Thi công nhanh, gọn và được giám sát chặt chẽ. • 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 - nếu có bên thi công hoàn toàn chịu trách nhiệm bồi thường. • 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 tháp dẫn hướng, độ nghiêng lệch của cọc đảm bảo nằm trong giới hạn cho phép. • Không có khớp nối như cọc ép, đảm bảo truyền tải trọng đúng tâm. •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 mà cọc ép 3 neo không làm được và cọc khoan nhồi không có mối nối nên giải quyết được vấn đề >2 mối nối cho 1 tim cọc so với cọc ép. • Sử dụng tốt cho trường hợp lớp đất tốt xen kẹp bên trên lớp đất xấu mà không thể đóng hoặc ép cọc bê tông cốt thép thông thường. • Chiều sâu khoan cọc tối đa 40 m do đó điều kiện chống lật được loại bỏ.Chiều sâu khoan cọc đảm bảo do đó đài móng cũng giảm về kích thước. • 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, 400, 500, 600,… • Dễ kiểm soát tỷ lệ trộn bê tông và cốt thép khi đổ cọc. Mác bê tông rất cao. • Không phải đào bỏ đi phần nền móng công trình cũ mà vẫn triển khai thi công được móng cọc khoan nhồi • Kết cấu thép dài liên tục 11,7 m. • Với công trình cần tải trọng lớn hơn có thể thiết kếmở đáy(Chân Voi) . 3. 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 (ví dụ: vùng Quận 8, Bình Chánh, Quận 7, Nhà Bè (Sài Gòn)) thường phải khoan sâu >36m. Cốt thép nếu đúng phải đạt 2/3 chiều dài cọc nhưng để giảm giá thành các nhà thầu khoan nhồi thường chỉ đặt thép chủ dài 11.7m (khỏang 1/3 chiều sâu hạ cọc nếu cọc sâu 36m). - Về độ mảnh, không nên khoan sâu quá nếu có tầng đất yếu (có người chuyên thi công cọc mini cho biêt không nên khoan quá 30m) 4 4. Quy trình thi công cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ : 300 mm; 400 mm; 500 mm 5 6 - 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 : 1. Định vị tim cọc và di chuyển thiết bị đến vị trí khoan. 2. Khoan tạo lỗ, kiểm tra địa tầng, kiểm tra độ sâu. 3. Lấy phôi khoan. 4. Gia công lồng thép và thả ống đổ. 5. Vệ sinh hố khoan. 6. Đổ bêtông. 4.1. 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. 4.2. Khoan tạo lỗ, kiểm tra địa tầng, kiểm tra độ sâu  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 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. 7 - 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.  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.  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. 4.3. 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. 4.4. 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. 4.5. 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 8 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 qúa 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 1x2 cm. Trong quá trình thổi dùng lưới hứng lại để kiểm tra. Khi lượng đá 1x2 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. - 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. 4.6. 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 1x2 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. 9 - 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 : - 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). Khi nâng ống đổ lên chiều cao nâng không vuợt quá 1.5m. Độ ngập của ống đổ trong bê tông khi đạt yêu cầu thì cho rút ống. - 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 bằng mắt thường xác định được lớp bê tông kế tiếp đạt yêu cầu thì ngừng đổ. Kết thúc quá trình thi công cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ. 4.7. Phương pháp kiểm tra Có hai phương pháp kiểm tra: bằng nén tĩnh và siêu âm Phương pháp kiểm tra bằng nén tĩnh:Thường chọn phương án này vì giá rẻ -Trong 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 không thí nghiệm sẽ được để sắt leo chờ phục vụ cho neo nén tĩnh cọc thí nghiệm sau này.Nếu diện tích rộng nén tính bằng chất tải như cách thông thường đối ép cọc. Phương pháp siêu âm:Không thường chọn vì giá cao -Trong quá trình thi công đơn vị thi công phải đặt 02 ống thép chờ suốt chiều dài cọc phục vụ cho siêu âm sau này.Đường kính ống thép phụ thuộc đơn vị thiết kế đưa ra nhưng thường 10 D40 - D60 ≥ Đây cũng là một nguyên nhân đội giá thành nên cao.Ống siêu âm thường đặt 50% tổng số cọc và sẽ kiểm tra 25% bất kỳ. Loại cọc 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. Cần phải phải làm chủ được công nghệ, bởi vì nếu làm hỏng thì rất khó sửa chữa hoặc không sửa chữa được.[1]. Tùy Kinh tế của chủ công trình mà có những biện pháp thí nghiệm khác nhau. Với công trình lớn thường chọn cả hai phưong án. . Ưu điểm Hình ảnh thi công lồng thép cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ 2 Hình ảnh thi công khoan tạo lỗ cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ • Giá thành rẻ. sử dụng Cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ hay cọc khoan nhồi mini bê tông cốt thép cho nền móng. Thường cọc khoan nhồi bêtông cốt thép mini có Đường Kính từ