bài giảng môn học thiết kế hệ thống cầu đường, chương 5 doc

• §Æc ®iÓm cña cäc khoan nhåi
• Ph©n lo¹i cäc khoan nhåi
• ThiÕt bÞ khoan vμ më réng ch©n cäc khoan nhåi
• C«ng nghÖ gia c«ng vμ h¹ lång thÐp
• C«ng nghÖ ®æ bªt«ng
- Cọc bêtông đúc tại chỗ đợc thi công bằng cách đo đất, đóng
khuôn hay khoan lỗ sâu trong đất tới cao trình thiết kế rồi đổ
bêtông lấp đầy lỗ tạo ra cọc ngay tại vị trí thiết kế.
- Có nhiều cách tạo lỗ:
Đo thủ công.
Đóng 1 ống thép hay ống vách lm khuôn.
Khoan bằng các tổ hợp máy khoan hiện đại.
- Những loại cọc ny có thể khác nhau về đặc điểm công nghệ:
Không hoặc có ống vách.
Không hoặc có chân mở rộng.
Khác nhau về công nghệ tạo lỗ, lấy đất, đúc cọc,
- Cọc đúc tại chỗ đợc thi công theo công nghệ khác nhau:
Công nghệ hổn hợp đóng khuôn v đúc cọc tại chỗ, gọi
l cọc nhồi.
Công nghệ khoan v đúc cọc, gọi l cọc khoan nhồi.
Hình 1: Một số loại cọc bêtông đúc tại chỗ đờng kính lớn
a. Loại có ống vách b. Loại không dùng ống vách
c. Loại có mở rộng chân d.Loại tăng cờng ma sát quanh thân cọc
- u điểm:
Rút bớt đợc công đoạn đúc sẵn cọc
Không cần điều động những công cụ vận tải, bốc xếp cồng
kềnh, cẩu lắp phức tạp nhất.
Cókhảnăngthayđổikíchthớc hình học để phù hợp với
thực trạng của đất nền đợc phát hiện chính xác hơn trong

quá trình thi công.
Cao độ đầu cọc cũng có thể quyết định lại cho phù hợp điều
kiện địa hình v địa chất.
Trong đất dính tại bất kỳ phần no, điểm no trên thân cọc
vẫn có thể mở rộng thêm gấp 2-3 lần đờng kính; phần trên
đỉnh cũng dễ dng mở rộng đờng kính.
Có khả năng sử dụng trong mọi địa tầng khác nhau, dễ dng
vợt qua chớng ngại vật.
Thờng tận dụng hết khả năng chịu lực theo vật liệu.
Không gây tiếng ồn v chấn động mạnh lmảnhhởng công
trình v môi trờng xung quanh.
Có thể trực quan kiểm tra các lớp địa tầng bằng mẫu đất lấy
lên từ hố đo; có thể thí nghiệm ngay tại hiện trờng, đánh
giá khả năng chịu lực của đất đáy hố khoan.
• Cã thÓ sö dông ®Ó më réng cÇu cò, còng nh− sö dông tèt ë
nh÷ng n¬i ®Þa h×nh dèc.
H×nh 2
-Nhợc điểm:
Sản phẩm trong suốt quá trình thi công nằm sâu dới lòng
đất, các khuyết tật xảy ra không kiểm tra trực tiếp bằng mắt
thờng.
Thờng đỉnh cọc nhồi phải kết thúc trên mặt đất, khó có thể
kéo di thân cọc lên phía trên phải lm bệ móng ngập sâu
dới mặt đất hoặc đáy sông
Rất dễ xảy ra các khuyết tật, ảnh hởng đến chất lợng cọc.
Thi công phụ thuộc vo thời tiết, có khi phải dừng thi công
v lấp lỗ khoan tạm thời. Hiện trờng thi công dễ bị lầy lội
khi sử dụng vữa sét do bị bêtông trọng cọc đẩy ra ngoi.
Riêng đối với đất cát, nhiều khó khăn phức tạp có thể xảy ra:
mở rộng cọc rất khó thực hiện đúng với kích thớc mong

muốn.
Cọc nhồi nếu bị lún trong cát sẽ gây hiện tợng sụt mặt đất
v ảnh hởng xấu cho cả những công trình xung quanh.
2.1-Phân theo khả năng chịu lực của đất nền:
-Cũngnh các loại cọc khác, cọc khoan nhồi phân loại theo 2 thnh phần l
lực ma sát xung quanh cọc v lực chống dới chân cọc.
- Ta có thể phân thnh 3 trờng hợp sau:
Cọc khoan nhồi trong nền đất đồng nhất: kết hợp 2 thnh phần lực ma
sát v lực chống dới chân cọc.
• Cäc chèng trªn ®Êt cøng.
• Cäc chèng trªn ®¸.
2.2-Phân theo kích cỡ: có 2 loại
Cọc có đờng kính nhỏ
Cọc có đờng kính lớn.
2.3-Phân theo hình dạng: có 2 loại
Cọc thẳng, có tiết diện hình trụ tròn đặc, tiết diện không đổi.
Cọcmởrộngchânnhằmgiảmchiềudicọc, cọccóthểmở
rộng thêm 1 số đợt tại 1 số điểm trên thân cọc.
2.4-Phân theo công nghệ: có 3 nhóm
2.4.1-Công nghệ khoan khô:
- Trình tự thi công:
Khoan tạo lỗ v mở rộng chân cọc nếu yêu cầu.
Đổ bêtông bịt đáy.
Đặt lồng thép phần trên cọc.
H×nh 3: C«ng nghÖ khoan kh«
a. Khoan lç b. §Æt lång thÐp c. §æ bªt«ng
1. §Êt dÝnh 2. §Çu khoan 3. èng ®æ bªt«ng 4. Cèt thÐp
-Phơng pháp nyđợc áp dụng:
Trong trờng hợp đất dính, sét chặt trong suốt chiều sâu
khoan cọc.

Đốivớicátphasétthìmựcnớc ngầm thấp hơn đáy lỗ khoan
hoặc nớc thấm vo không đáng kể v có khả năng bơm hút
cạn.
2.4.2-Công nghệ khoan ống vách:
-Trình tự công nghệ:
Khoan tạo lỗ trong đất dính.
Thêm vữa sét vo lỗ khi đã khoan đến lớp đất rời, thấm
nớc.
Hạ ống vách khi đã qua lớp đất rời.
Lấy hết vữa sét v lm khô lỗ khoan.
Tiếp tục khoan đến cao độ thiết kế.
Mở rộng chân bằng cánh xén gá lắp tại đầu khoan.
Đổ bêtông đồng thời kéo ống vách ra khỏi lỗ khoan.
Hình 4: Công nghệ dùng ống vách thi công cọc khoan nhồi
1. Đất dính 2. Đất rời 3. Đầu khoan 4. Vữa sét 5. ống vách
6. Mặt bêtông tơi 7. Dung dịch trn ra khe giữa ống vách v đất
H×nh 5: Dùng èng v¸ch
- ống vách đợc sử dụng trong trờng hợp:
Thi công có nớc mặt.
Lỗ khoan cọc xuyên qua các tầng đất sét nhão, cát sỏi cuội
rời rạc.
Qua các hang động v bên cạnh những công trình đã có.
Khi khoan gặp nớc ngầm, đất có mạch nớc ngầm dễ sụt lỡ.
- ống vách có thể để lại hoặc rút đi:
Khi để ống vách lại: khoảng cách giữa ngoiốngváchv đất
có đầy vữa sét hoặc dung dịch khoan phải đợc thay thế
bằng cách bơm vữa ximăng có chất phụ gia với áp suất cao
trong 1 ống dẫn đa sâu vo khe, xuống tận đáy lớp vữa sét.
Khi rút ống vách: cần tiến hnh ngay khi bêtông vẫn còn ở
thể nhão. Mặt thoáng của bêtông tơi trong ống phải cao hơn

mặtthoángcủavữasét để thay thế vữa sét còn tồn đọng
bên ngoi chung quanh ống vách. Phải tính toán chi tiết để
khối lợng bêtông đủ lấp đầy lỗ khoan
2.4.3-Công nghệ dùng vữa sét hoặc dung dịch khoan:
-Trình tự công nghệ:
Khoan qua lớp đất dính.
Thêm vữa sét khi gặp đất dễ sạt lỡ hoặc có nớc ngầm.
Đặt lồng thép vo hố khoan vẫn đầy vữa sét.
Đổ bêtông dới nớc bằng ống đổ thẳng đứng cho tới khi
bêtông thay chổ v dồn hết vữa sét ra ngoi bể chứa.
Công nghệ ny thay thế ống vách trong mọi tình huống địa chất.
-Khi thực hiện công nghệ nycầnchúý:


L
L
ợ
ợ
ng
ng
v
v
ữ
ữ
a
a
sét
sét
v
v

dung
dung
dịch
dịch
khoan
khoan
ph
ph
ả
ả
i
i
đ
đ
ả
ả
m
m
b
b
ả
ả
o
o
t
t
ạ
ạ

o
o
ra
ra
c
c
ộ
ộ
t
t
dung
dung
dịch
dịch
kh
kh
á
á
cao
cao
v
v
ớ
ớ
i
i
t
t
ỷ
ỷ

tr
tr
ọ
ọ
ng
ng
l
l
ớ
ớ
n
n
h
h
ơ
ơ
n
n
n
n
ớ
ớ
c
c
th
th
ì
ì
m
m

ớ
ớ
i
i
th
th
ắ
ắ
ng
ng
đ
đ
ợ
ợ
c
c
á
á
p
p
l
l
ự
ự
c
c
n
n
ớ
ớ

c
c
ng
ng
ầ
ầ
m
m
,
,
á
á
p
p
l
l
ự
ự
c
c
đ
đ
ẩ
ẩ
y
y
ngang
ngang
c
c

ủ
ủ
a
a
đ
đ
ất
ất
.
.
Phải có biện pháp duy trì chất lợng vữa sét hoặc dung dịch
khoan theo các tham số quy định 1 cách nghiêm ngặt.
H×nh 6: C«ng nghÖ v÷a sÐt
thi c«ng cäc khoan nhåi
1. §Êt dÝnh
2. §Êt rêi
3. V÷a sÐt
4. Cèt thÐp
5. BÓ chøa
*/Ngoi ra, trong 1 số trờng hợp có khi chỉ dùng cột nớc để đảm
bảo cho vách lỗ khoan không bị sạt lở. Đây l 1 trong các giải
pháp đơn giản v kinh tế; thực chất l giữa cho mực nớc
thờng xuyên trong lỗ khoan luôn luôn cao hơn mực nớc sông
hoặc nớc ngầm xung quanh để tạo ra 1 áp lực giữ cho vách
khoan không bị sụt. Tuy nhiên, nếu khoan qua các lớp đất rời,
hạt to nh cát thô, sỏi cuội hoặc bùn nhão sẽ khó có khả năng
giữ cho vách khoan v cột nớc trong lỗ khoan đợc ổn định.
Hình 7: Bơm đung dịch
- Dây chuyền công nghệ đúc cọc tại chỗ loại đờng kính lớn gồm 3
công đoạn chính:

Tạo lỗ trong nền đất đá.
Chế tạo v hạ lồng thép.
Đổ bêtông đúc cọc.
- Để đảm bảo chất luợng v hiệu quả kinh tế, điều cốt yếu l phải
chọn đợc tổ máy khoan đồng bộ v chuyên dụng, phù hợp với
điều kiện địa chất, thủy văn cụ thể nơi xây dựng v yêu cầu kỹ
thuật của công trình.
3.1-Thiết bị khoan tạo lỗ:
-Tùy theo điều kiện địa chất, thủy văn v yêu cầu kỹ thuật, các nh
chế tạo đã sản xuất những tổ hợp máy khoan có tính năng phù
hợp, đảm bảo năng suất v hiệu quả cao. Mặc dù có nhiều loại
khác nhau, nhng căn cứ vo nguyên tắc hoạt động nói chung
thiết bị khoan tạo lỗ chuyên dụng cho cọc nhồi có thể nhóm lại
trong 3 kiểu chủ yếu sau:
3.1.1-Máy khoan dùng ống vách:
- Đầu khoan hoạt động theo nguyên tắc gầu ngoạm nhng có khối
lợng rất nặng, bảo đảm năng suất phá v bốc đất đá cao. Hm
gu ngoạm có răng bịt hợp kim rắn, có thể khoan tạo lỗ trong
mọi loại đất đá (trừ đá rắn).
-Trờng hợp lực cản lớn, thờng dùng kết hợp với máy chấn động
hoặc chất tải thêm trọng lợng, để có năng suất cao. Nếu đất
đá cứng rắn có thể dùng đầu khoan choòng hoặc khoan xoay với
mũi khoan có nhiều loại cấu tạo khác nhau: kiểu lỡi trổ, kiểu
bánh răng hoặc mũi dao cứng.
Hình 8: Gu ngoạm kiểu búa
1. ống vách 2. Gu ngoạm 3. Kích
- Cùng với máy khoan trong công nghệ ny, ống vách đợc sử dụng
suốt ton bộ chiều sâu cọc. Nếu chỉ dùng tạm thời để khoan v
lấy đất đá, sau đó rút lên dần dần dồng thời với đổ bêtông đúc
cọc, các đoạn ống vách đợc liên kết bằng bulông đầu chìm tiện

tháo lắp; ngợc lại có thể dùng
liên kết hn.
Hình 9: Tổ hợp khoan Benoto EDF-55
1. ống vách 2. Gu ngoạm 3. Kích thủy lực 4. Đai choòng
3.1.2-Máy khoan vận hnh ngợc:
- Các đầu khoan trong máy vận hnh ngợc cũng có nhiều loại
khác nhau tùy theo đất đá. Các hoạt động đo đất, hút nớc v
mùn khoan, bổ sung dung dịch khoan, theo nguyên tắc tuần
hon theo kiểu PS của hãng Salzgitter. Tuy nhiên, việc lựa chọn
đầu khoan nên căn cứ vocờng độ chịu nén của đất đá.
Hình 10: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động
của thiết bị PS-150 Salzgitter
1. Mũi khoan
2. Bể lắng
3. Cơ cấu điều khiển
4. ống dẫn mùn khoan
5. Bơm xả
6. Lm lạnh
7. Bơm
8. Thùng chứa
- Đối với đất nh bùn, sét, á sét, á cát, cát các loại, cát lẫn sỏi, có trị
số xuyên tiêu chuẩn N<50 có thể chọn các loại mũi khoan trừ đầu
khoan bánh răng vì dễ tắc nghẽn. Đối với đất cứng v đá mềm nên
chọn các mũi khoan chuyên dụng tơng ứng, đầu khoan có 3, 4
cánh có răng cứng cũng không phù hợp.
- Khoan bánh răng chỉ thích dụng với nham thạch. Trục khoan l
những ống thép rỗng có đờng kính trong 100-300mm để dung
khoan vận hnh ngợc trở về bể chứa v sau khi sng lọc lại cho
xuống lỗ khoan.
-Hiệnnay, phơng pháp khoan vận hnh ngợc có xu hớng phát

triển v ứng dụng phổ biến.
Hình 11: Máy khoan vận hnh
ngợc ở công trình cầu Thuận
Phớc
3.1.3-Máy khoan đất:
- Đầu máy khoan theo nguyên
tắc chân vít hoặc guxoayrất
hiệu quả để khoan lỗ cho
những cọc đờng kính lớn
trên nền đất v đá yếu. Đối với
đất dính dùng đầu khoan kiểu
vít xoắn (guồng xoắn), đất sau
khi xén đợc chuyển liên tục
ra ngoi. Trờng hợp đất dẻo
v ngậm nớc dùng đầu
khoan kiểu gu, đất do cánh
xén cắt v đợc gạt vogu
đến khi đầy đợc kéo lên đổ
ra ngoi.
Hình 12: Máy khoan cọc nhồi kiểu MBC-1, 7
1. Côngson 2. Cần trục chính 3. Cần trục phụ 4. Rôto 5. Cần trục lồng 6. Đầu khoan
7. Gu ngoạm 8. Đầu choòng 9. Đầu khoan xoắn 10. Cơ cấu mở rộng chân cọc