Chương 5 Thi công cọc

Chương 5. Thi công cọc
5-1
Chương 5
THI CÔNG CỌC
5.1. Các loại cọc
5.1.1 Cọc tre
Cọc tre được nén ép làm chặt đất và một phần nào đó truyền áp lực của công trình
xuống nền đất phía dưới nên trong thực tế không coi cọc tre là cọc mà chỉ coi là một giải
pháp gia cố nền. Cọc tre được sử dụng ở những vùng đất luôn ẩm ướt, không được sử
dụng ở những vùng đất khô hoặc khi khô, khi ướt.
Cọc tre được sử dụng có chiều dài từ 3
÷
4m; tre phải thẳng, dày mình, có đường
kính từ 6
÷
10cm và phải là tre tươi.
Để cọc tre đóng không bị vỡ đầu người ta cưa phẳng cách mấu khoảng 50mm, đầu
dưới vót nhọn.
5.1.2. Cọc gỗ
Được sử dụng ở những nơi luôn luôn có nước. Gỗ làm cọc tốt nhất là gỗ dẻ, muồng,
thông, tràm… Gỗ làm cọc là gỗ còn tươi, có độ ẩm W
≥
23%, dài 8
÷
12m, đường kính
12
÷
20cm. Cọc được róc hết vỏ, đầu cọc được cưa phẳng và đóng đai thép rộng
40
÷
70mm, dày 10

÷
12mm. Mũi vót nhọn 3
÷
4 cạnh để dễ đóng.
5.1.3. Cọc thép
Gồm hai loại là cọc thép định hình và cọc ống thép.
5.1.3.1. Cọc thép định hình
Cọc cừ thép là dạng cọc thép được áp dụng rộng rãi trong công trình bến tường cừ,
công trình bảo vệ bờ, đê chắn sóng, làm đê quai, khi thi công các công trình thuỷ công.
Nó có ưu điểm là sức chịu tải lớn, độ cứng lớn, đảm bảo ổn định và đảm bảo độ sâu. Tuy
nhiên nó có nhược điểm là dễ bị ăn mòn.
Cọc thép được chế tạo từ các loại thép hình như thép C, I, thép góc có ưu
điểm là
chế tạo nhanh, khả năng chịu lực lớn, mômen kháng uốn lớn, chiều dài theo ý muốn.
5.1.3.2. Cọc ống thép
Cọc ống thép có nhiều loại đường kính và chiều dài khác nhau. Nó được sử dụng
rộng rãi trong các công trình biển (dàn khoan). Ưu điểm của nó là có khả năng đàn hồi
lớn, tạo được khung lớn.
5.1.4. Cọc cát
Được sử dụng để gia cố nền tức là làm tăng độ chặt của đất nền và một phần nào đó
truyền tải trọng của công trình xuống nền đất tốt phía dưới. Việc thi công cọc cát bằng
phương pháp dùng các ống bao bằng thép để đóng vào trong đất tạo lỗ, sau đó cho cát
vào trong lòng ống vừa đầm chặt cát vừa từ từ rút ống lên. Trường hợp nền đất sét thì
không cần dùng ống bao mà dùng luôn ống đặc để đóng tạo lỗ, sau đó rút lên rồi tuồn cát
vào. Ưu điểm của phương pháp này là thay nền đất yếu bằng nền đất chặt hơn, tạo ra
đường thấm nước cho nước thấm từ dưới lên.
Chương 5. Thi công cọc
5-2
5.1.5. Cọc bêtông cốt thép
5.1.5.1. Cọc bêtông cốt thép đúc sẵn

Cọc vuông 20x20
÷
45x45(cm): Đây là loại cọc được sử dụng rộng rãi nhất trong
các công trình xây dựng, chiều dài cọc và cạnh cọc phải đảm bảo một tỷ lệ nhất định để
không bị quá mảnh dễ gây nứt gãy cọc trong quá trình cẩu và vận chuyển. Mũi cọc được
vót đều 4 cạnh, đầu cọc được gia cường 6 tấm lưới thép
φ
6. Nếu cọc có chiều dài lớn thì
phải chia làm nhiều đoạn. Việc bố trí móc cẩu để cẩu cọc dựa vào cơ sở mômen âm và
dương là gần như bằng nhau. Tuỳ thuộc vào giá trị mômen lớn nhất xuất hiện trong cọc
mà ta có thể bố trí 1, 2 hoặc 3 móc cẩu.
Cọc ống bêtông cốt thép: Là cọc có tiết diện rỗng, tròn. Loại cọc này có ưu điểm là
tiết kiệm cố
t thép, trọng lượng nhẹ, khả năng chịu lực tốt. Hiện nay cọc ống bêtông cốt
thép ứng suất trước đã bắt đầu được sử dụng phổ biến ở Việt Nam.
5.2. Tính toán bãi đúc cọc bêtông cốt thép

Hình 5.1. Đúc cọc bêtông cốt thép.
5.2.1. Yêu cầu của bãi đúc
Tương tự như yêu cầu của bãi đúc khối xếp bêtông như đủ diện tích, kích thước, kết
cấu mặt bãi...
5.2.2. Tính toán diện tích bãi đúc
Ở những công trường lớn, số lượng cọc nhiều phải xây dựng bãi đúc cọc. Diện tích
bãi đúc cọc được tính theo công thức:

))(.(...
2
1
mbbltNkF +=
(5.1)

Trong đó:

_N
Số lượng đoạn cọc đúc trong một ngày;
_t
Thời gian cần thiết để lắp dụng ván khuôn, đặt cốt thép, đúc cọc, bảo dưỡng
cho đến ngày đạt cường độ để chuyển ra bãi chứa (ngày);
_l
Chiều dài của đoạn cọc (nếu có nhiều loại chiều dài các đoạn khác nhau thì lấy
là chiều dài đoạn lớn nhất;
Chương 5. Thi công cọc
5-3
_b
Chiều rộng của cọc;
_
1
b
Khoảng cách giữa hai cọc;
_k
Hệ số kể đến đường đi lại và khoảng trống cần thiết khác
)5,0( =k
.

Hình 5.2. Các cách bố trí bãi đúc.
Trường hợp cọc đúc thành nhiều tầng thì khi tầng dưới đạt 25% cường độ thiết kế
thì mới đúc tầng trên. Khi đó diện tích bãi đúc được tính theo công thức:
[ ]
))(.(.
).1(
.

2
1
1
mbbl
n
ttnN
kF
+
+−
=
(5.2)
Trong đó:
_
n
Số tầng cọc;

1,1=k
;

_
1
t
Thời gian cần thiết để cọc tầng dưới đạt 25% cường độ;

_t
Thời gian đúc và bảo dưỡng tầng cọc trên cùng.
(Trong thực tế, với các công trình lớn người ta không sử dụng phương pháp này).
5.3. Thiết bị đóng cọc
5.3.1. Các thiết bị đóng cọc
-

Búa treo: Là một quả nặng bằng kim loại, trọng lương từ 500
÷
2000kG được
buộc bằng dây cáp và treo lên giá cao. Dùng tời điện kéo cáp để nâng búa lên độ
cao từ 2,5
÷
4m rồi thả rơi tự do lên đầu cọc.
-

Búa hơi đơn động: áp dụng nguyên lý thuỷ lực, ngày nay ít sử dụng.
-

Búa hơi song động: ít sử dụng.
-

Búa Diezel: trình bày trong phần sau.
-

Búa rung:
-

Nén cọc: Nén tĩnh bằng các khối bêtông lớn nhờ trọng lượng bản thân của các
khối bêtông.
Chương 5. Thi công cọc
5-4
Để đóng được cọc người ta phải dùng một bộ thiết bị bao gồm quả búa, giá búa,
thiết bị đặt giá (xe xích, phao) và các thiết bị phụ trợ khác (mũ cọc, máy đo đạc).
5.3.2. Búa Diezel
5.3.2.1. Cấu tạo

Hình 5.3. Búa Diezel.
1. Thanh ngang trên; 2. Xi lanh; 3. Pittông; 4. Bầu dầu; 5. Van bơm dầu;
6. Thanh ngang dưới; 7. Mũ ôm đầu cọc; 8. Dây cáp treo; 9. Cọc.
Búa Diezel hoạt động theo nguyên tắc đốt cháy nguyên liệu của động cơ đốt trong.
Nó có ưu điểm là trọng lượng nhỏ, khi làm việc không cần nguồn nguyên liệu cung cấp
từ bên ngoài. Nếu cọc mảnh đóng vào đất mềm, cọc xuống nhanh, nhiên liệu không cháy
hết thì búa sẽ không nổ được hoặc khó nổ.
5.3.2.2. Nguyên lý hoạt động
Dùng tời 8 kéo pittông 3 lên cao đến một độ cao nhất định rồi thả tự do. Do ở đáy
pittông được khoét lõm ôm khít lấy đầu bầu dầu nên khi pittông rơi tự do thì không khí bị
nén chặt lại rất nhanh sinh ra nhiệt lượng lớn đồng thời khi van số 6 bơm dầu vào buồng
đốt gặp nhiệt độ cao sẽ gây cháy. Do buồng đốt kín nên sẽ tạo ra một áp lực lớn đẩy
ngược pittông lên phía trên đồng thời sinh ra một phả
n lực tác dụng vào thanh ngang
khác truyền qua cọc để nén cọc xuống phía dưới. Xilanh lên cao rồi lại rơi tự do xuống để
lạp lại chu kỳ như trên.
Khi đóng cọc ở vùng đất yếu, cọc xuống nhanh nhưng hiệu quả của búa kém, nhiên
liệu không cháy hết tạo ra áp suất nhỏ, pittông không thể lên được độ cao cần thiết nên
búa không nổ được.
Chương 5. Thi công cọc
5-5
5.3.3. Giá búa

Hình 5.4. Giá búa đóng cọc.
Phao; 2. Máy phát điện; 3. Cabin công tác; 4. Tời điều khiển búa;
5. Tăng đơ; 6. Giá búa; 7. Quả búa; 8. Cọc; 9. Hệ thống tời - cáp – neo.

Hình 5.5. Đóng cọc bằng búa đóng cọc đặt trên xà lan.
Giá búa có nhiệm vụ treo cọc và dẫn hướng cho búa và cọc trong quá trình đóng cọc

cho đúng với vị trí và độ xiên như thiết kế.
Giá búa có hai loại là giá búa trên cạn và giá búa dưới nước.
-

Giá búa trên cạn: Dùng để đóng cọc ở trên cạn. Giá di chuyển theo đường ray
hoặc trên xe bánh xích. Cũng có thể dùng giá búa trên cạn để đóng cọc ở dưới
nước nhưng khi đó phải dùng hệ sàn đạo đóng trêm mặt nước cho giá búa di
chuyển. Giá búa này được sử dụng phổ biến trong các công trình xây dựng cầu
đường, nhà cửa.
-

Giá búa trên phao (tàu đóng cọc): Giá búa này được đặt trên xà lan và được di
chuyển bằng hệ thống tời – cáp – neo.
Chương 5. Thi công cọc
5-6
5.4. Công tác đóng cọc
5.4.1. Di chuyển giá búa
5.4.1.1. Di chuyển giá búa trên cạn
Giá búa có chiều cao lớn, khi di chuyển dễ bị mất ổn định. Do vậy khi di chuyển nó
thường được di chuyển trên ray hoặc bánh xích. Nếu di chuyển trên bánh xích thì tính cơ
động cao nhưng khi đó phải đảm bảo được đường di chuyển cho phương tiện. Nếu giá
búa đặt trên ray thì nền đường phải được lu lèn chặt, lắp đặt hệ thống ray - tà vẹt sao cho
độ chênh lệch của đỉnh ray không quá 2cm để đảm bảo ổn định trong quá trình
đóng cọc.
Để tăng tốc độ đóng cọc, người ta phải lắp đặt nhiều ray tương ứng với các hàng cọc. Giá
búa di chuyển từ hàng ray này sang hàng ray khác là nhờ đường nối hoặc kích nâng giá,
quay bánh xe di chuyển sang đường mới.

Hình 5.6. Di chuyển giá búa trên cạn.
5.4.1.2. Di chuyển giá búa dưới nước

Tàu đóng cọc có từ 4
÷
6 neo, vừa có nhiệm vụ giữ tàu ổn định trong quá trình đóng,
vừa có nhiệm vụ di chuyển tàu từ vị trí cọc này sang vị trí cọc khác.
Chú ý
:
Dù giá búa trên cạn hay dưới nước thì trong quá trình đóng và di chuyển
phải đảm bảo sao cho trọng tâm của búa nằm đúng tim cọc còn hướng của thanh dẫn
trùng với hướng thiết kế của cọc
.
5.4.2. Sơ đồ di chuyển của giá búa và trình tự đóng cọc
5.4.2.1. Các sơ đồ đóng cọc
-

Sơ đồ hàng chạy dài: được áp dụng cho công trình có các hàng cọc chạy dài
song song với nhau, đóng hết hàng cọc này rồi mới đóng đến hàng cọc khác.

Hình 5.7. Sơ đồ dạng chạy dài
-

Sơ đồ chữ chi hàng dọc:

Hình 5.8. Sơ đồ chữ chi hàng dọc
-

Sơ đồ chữ chi hàng ngang:

Hình 5.9. Sơ đồ chữ chi hàng ngang
Chương 5. Thi công cọc
5-7

Chú ý
:
Sơ đồ chữ chi hàng ngang khi đóng cọc xiên phải chú ý
.
-

Sơ đồ bậc thang: Sơ đồ này có ưu điểm là tận dụng được mực nước đóng cọc,
đẩy nhanh được tiến độ thi công, số lần làm neo là ít nhất.

Hình 5.10. Sơ đồ bậc thang
-

Sơ đồ dạng móng cọc: Không dùng được trong các công trình thuỷ công.

Hình 5.11. Sơ đồ dạng móng cọc
Việc lập sơ đồ trình tự đóng cọc phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:
-

Đóng được hết cọc trong nền cọc;
-

Đường di chuyển của giá búa là ngắn nhất và dễ dàng thực hiện các thao tác di
chuyển;
-

Phải định vị được cọc trong quá trình đóng;
-

Phù hợp với tiến độ thi công.
5.4.2.2. Cẩu và vận chuyển cọc vào giá búa

* Cẩu và vận chuyển cọc vào giá búa trên cạn:
Cọc được vận chuyển đến vị trí của giá búa bằng xe goòng hoặc xe chuyên dùng
sao cho cọc được nằm trước giá búa và được giá búa chia thành hai phần bằng nhau.
Quá trình cẩu và áp dựng cọc vào giá được chia thành 3 giai đoạn như sau: