Cọc khoan nhồi trong công trình giao thông phần 2 PGS TS nguyễn viết trung (chủ biên)

Chương IV

CÁC Sự c ố KỸ THUẬT THƯỜNG GẶP VÀ GIẢI PHÁP x ử LÝ

TRONG THI CÔNG cọc KHOAN NHỔl

4.1. VÍ DỤ M Ở ĐẦU
Xuất phát từ đặc điểm công nghệ thi công cọc khoan nhồi là khoan tạo lỗ trước trong
nền đất; giữ ổn định vách hố khoan bằng ống vách, dung dịch bentonite, v.v..., sau đó tiến
hành đúc cọc theo phương pháp đổ bê tông trong dung dịch bentonite. Cho nên, nếu không
có kinh nghiệm trong thi công cũng như thiết k ế thì thường gặp rất nhiều sự cố xảy ra trong
quá trình thi công dẫn đến việc ảnh hưởng chất lượng khai thác công trình và các sự cố kỹ
thuật thường rất khó phát hiện bằng mắt thường.
Khái niệm sự cố là những hiện tượng khác thường xảy ra ngoài dự tính của đơn vị thiết
kế cũng như của đơn vị thi công, dẫn đến những hậu quả làm hư hỏng cọc, giảm khả nũng
chịu tải của cọc, v.v... Mức độ hư hỏng có thể từ nhỏ đến lớn và có thê sửa chữa được hoặc
không thể mà phải thay thế cọc khác. Vì vậy, nếu công trình nào gặp sự cô' thì sẽ gây ra liậu
quả rất nghiêm trọng như: làm tăng giá thành và kéo dài thời gian thi công, đôi khi phái
hủy bỏ phương án thi công cọc khoan nhồi mà phải thay thế bằng giải pháp m óng cọc khác
có thể sẽ rất tốn kém và không kinh tế.
Do vậy, việc nghiên cứu, thu thập các sự cố thường xảy ra cho cọc khoan nhồi, (.ịua
đó sẽ tìm các nguyên nhân gây ra sự cố và đưa ra các giải pháp xử lý thích hựp cho lừng
sự cố cụ thể.
Đối tượng nghiên cứu là: một trường đất, công nghệ khoan tạo lỗ và đố bê tông.
Đôi với những công trình xây dựng có sử dụng cọc khoan nliồi ở vùng đồng bằng sông
Cửu Long thường gặp một số sự cố trong quá trình thi công. Rõ nhất và điển hình nhất là sự
cố ở cọc khoan nhồi của các công trình sau;
• Cọc khoan nhồi đường kính d = lOOOmm, dài 37in của Nhà làm việc 10 tầng của Tổng
Công ty XDCT Giao thông 6, bị sự cố; khối lượng bê tông đổ thực tế lớn hơn rất nhiểii so
với khối lượng bê tông tínlì toán theo kích thước lỗ khoan;
• Cọc khoan nhồi đường kính d = 800mm, dài 44m của Nhà máy ximăng Cán Tlio, bị sự

cố: khối lượng bê tông đổ thực tế lớn hơn rất nhiều so với khối lượng bê tống lính toán tlico
kích thước lỗ khoan;
• ớ cầu Bình Điền, sự cố là: không hạ hết được chicu dài lồng thép theo thiết kế, và sau
đó quyết định cho rút lồng thép lên đê thổi rửa lại, nhưng lại không rút lên dirợc. Mặl dù
trước khi hạ lồng thép đã có công đoạn ihổi rửa và kiếm tra chiổu sâu lỗ khoan. Nguyên
nhân chủ yếu là do đất vách hô' khoan bị sụp lở nhiều Irong quá trình hạ lồng thép làm Irồi
lên đột ngột của đáy hố khoan và chôn vùi một đoạn của lổns thcp trong thời gian chờ
quyết định xử lý, do đó lồnc thép rút lèn không được.
138


O.Om

H inh 4 -1 : Sơ cỉó ììiò ỉíi sự r ô 'c ọ c k h o a n n h ồ i n ê n n ìó n ^
Văỉì ỊÌỈIÒỈÌÍỈ Tổfì^ cô/ií; ỉv aớv (lựỉìíỉ Côĩìí^ ĩrìỉìh íỊÌao ỉhôỉii^ 6

139


OOM

Hình 4-2: Sử đồ mô tả sự c ổ cọc khoan nhồi công trình Nhà máy ĩĩịịhịền ximâìì^ c ầ n Thơ
140


Cáu MT cọc số 4 ỉru tháp bờ Bắc sư cố: bô tông bị phân tầng ở độ sâu -80m giữa 2 lớp
bêtông là lớp đất sét mùn khoan lẫn bentonite. Nguyên nhân chủ yếu xảy ra lúc mưa bão,
sự cung cấp bêtỏng không liên lục dẫn đêVi khối lượng bêtòng đã đổ trước đó bị đông cứng.
Sau đó nhà thầu tiếp tục cho đổ bctông mới vào tạo nên sự không liên tục hay không đồng
nhất của khối bêtông trong thân cọc.

4.2. NHữ^G HƯHÓNG DO CÁC s ư c ố TRÊN GÂY RA
4.2.1. Những hư hỏng ỏ mũi cọc
Những hư hỏng ở mũi cọc rất thường hay xảy ra do bùn khoan lắng đọng ở đáy hố
khoan và đất dưới mũi bị xáo động và bị dẻo nhão do bentonite hấp phụ. Hư hỏng này rất
nghiêm trọng đối với cọc được thiết kế làm việc có sự tham gia chịu lực của sức kháng mũi
cọc, nhất là cọc có mở rộng chân và có thể đưa tới giảm cưcmg độ nội tại của bê tông mũi cọc
hoặc giảm khá năng chịu lực do độ líin nghiêm trọng gây ra. Những hư hỏng này có thể là:
• Bê tôn^ mũi cọc xốp (sũnịị nước hoặc lẫn nhiên hùn khoctn) lùm giàm chất lượìig hê
tôiiiỊ tại niữi c ọc, có thê sứa chữa hâití; cúcìì pììinì vữa xiniăiiiỊ.
• Giâiìì sức kliáiii^ mũi cọc: do sự tiếp xủv của niíii cọc với đất íiềiì chịu lực hị giátì tiếp
hài lóp bím lắniỊ âọní’ ở c1á\' lỗ klìoaii. hoặc (lo sự rliay đổi thànlì plìần của đất dưới niũi
cọc (hị dẻo lìhữo do heiitonite lìấp pììiỊ vào).
4.2.2. Những hư hỏng ở thàn cọc
Những hư hỏng ở thân cọc chủ yếu là tính không liên tục của thân cọc như:
• Tliân cọc phình ra hoặc dạng rễ cây (làm khối lượng bê tông đúc cọc tăng rất nhiều so
với khối lượng bê tông tính toán tlico lý thuyết) do sự cố sập thành vách lỗ khoan, hoặc do
từ biên của lớp đất yêu dưới tác dụiig đẩy cúa bêtông tươi;
• 'ÍTiân cọc bị co thắt lại (làm khối lượng bê tông đúc cọc giảm rất nhiều so với khối
lượng bê tông tính toán theo lý thuyết) do sự đẩy ngang của đất;
• Có hang hốc, rỗ tố ong trong thân cọc (làm giảm khả năng chịu tải của cọc theo vật
liệu) do sự lưu Ihòng của nước ngẩm làm trôi cục bộ bêtông tươi, hoặc do bè tông không đủ
độ sụt cần thiết;
• Bc tòng thân cọc bị đírt đoạn bởi thấu kính đất nằm ngang hoặc lẫn bùn đất, lẫn vữa
bcntoniic trong thân cọc do có sự cỏ' sập thành vách trong lúc đổ bê tông, hoặc do nhấc ống
đố bê tóng lèn quá cao;
• Thân coc tiếp xúc gián tiếp với đất vách bởi lớp áo sét nhão nhớt.
Cúi ỉõi kliociii trên (ỉược khoan khi siêu âni thấy cố h ư liỏiíg
NhCmg hư hóng trong bêtông cọc khoan nhồi này là; lẫn bùn đất, lẫn dung dịch bentonite
(bê tòiiì; có màu vàng nhạt), và tất cá đểu bị đứt gãy khi khoan lấy lõi.

141


y* % -n -^

....- í.' ..

•- ' " ĩ ? '

Hình 4-3: Lãi kliodii cọc kììocuì Iiliói cún ( chi MT
4.2.3. NhữnịỊ hư hỏng ỏ phần trên đầu cọc
Bê tông đầu cọc bị xốp tio bọt tạp chất, xi măng nhẹ nối lên trên mặt bê tông.

4.3. CÁC sựcố THUỜNG XẢY

RA

CHO cọc

KHOAN NHỒl

Qua ncliiên cứu các công trình đã và dang xây dựiig Irong vùng đồng bằni: sóng Cửu
Long với sự hỗ trợ của các thiết bị kiếm tra chất lượiig hiện có trong và ngoài inrức. có thế
tổim kết các sự cố chính yếu nhất như sau:
4.3.1. Trơng còng đoạn khoan tạo lỗ
Trong cònsí đoạn này thường xáy ra các sự cô' kỹ thuật sau:
142


• V / t r í hô khoiin lỉị yif’()'/ỉỉ^ Ị)li(ỉi vụỉ ( (in ỉilm' i '(h CỌÍ ỉhi'Ị). ílúììi ĩhé/) hình , c ọ c !)êĩôỉì^ c ổ ĩ

ĨÌÌCỊ) lm\' íV/// Ắ/í7/ (7/'//^'

ĩiãm sâu Irong lòiìu dấỉ íiâ\ ràỉ nlìicii khó kliăn c h o việc khoan

tạo lỏ đỏi klii klìỏnu ilic ỈIUC v(Ví các \'ãỉ can trcii điroc.
^ Kli(ýnỵ ha (ỉi(Ợ{- Oỉì^^ ỉ lìõniỉ líciì cao (ỉộ yờu l úu lioặi klìOiiiì klỉỏỉi^

m ì Ốỉ ì í ị ; do gặp đá m ổ

còi hoặc vạl can khác\ v.v... ;
• Sập ĩlììiiilì václi lổ kliOiUì: dươc phát hiện qua việc đo kicm tra đường kính lỗ khoan;
hoac sự trồi ỈCII đột nu(M cíia đáy lỏ khoan; hoạc khối lượni: dổ đầy cọc thực tế lớn hơn rất
nliiổii lẩn so với línlì toán lý thuyêì (iheo kích thước cọc), v.v...
• D////V í / / í //

h i ' ỉ i ỉ o i i i ĩ c (íỏn\> ĩìi ỉilìc/nlì v ủ ỉiliiứiỉ .XUÔỈỊO d á \ ' l ồ k h o a n :

dược phát hiện C|ua

việc đo kicm tra bc clày cua lớp bùn ìắne đọng ớ đáy lỗ klioan; hoặc từ việc kiếm tra chất
lượng cùa dưng dịch (dium dịch beiitonitc hoá nước) v.v...
• L ớị ) tìỉàìi^ á o sứí híhỉi c/iuiiili vúí li l ì ố khoiiỉi íiííú lìày: dược phát hiện qua việc thử íâi
tĩiih ( sức chịu lái clo Iiìa sát hỏim rat ihấp), v.v...

4.3.2. T ro n ịí cãu tạo, ^ia cỏnịí và hạ lổnịí thép
Trong công đoạn Iiày ihiiòiiu xâv ra cấc sự cố sau:
• Không lia được lổnn cốt íhép và lỏ khoan; (do lỏng thép bị biến dạng, hoặc uốn cong
troni’ quá Irìnli cáu lổnu ihóp);
• Ông vách bị iiìn (do Irco lỏng thép quá nặng Icn ốnií vách);

• Lồng Ihcp bị Iieàp lionu đât;

4.3.3. Tronị; công (loạn đu bètônỊỊ đÍK’ cọc
Tr ong cô iìg cloạii Iiày ihtrờng Xiiy ra các sự c ố sau:

• Tác nehcn bc tòHG trong ống;
• Mực bc lỏim hị hạ xuống khi rút ống vách Icn;
• Hoặc khi rúl ốiìg vách làm kéo iheo cả khối bô lõng và phẩn cọc dưới ống vách cOng bị
lổng Ihcp kéo len ihco, ht)ặc tạo vòng rỏng trong bèlỏng;
• Bẽ lóng thân cọc bị phân tang, rỏ và có vật lạ (nhu: thấu kính bùn, đấu vữa bentonite,
v.v...), được phát hicn qua việc đo chất lương cọc (sicu âm, khoan lấy mẫu, v.v...).

4.4. CÁC NÍÌUYÊN NHÂN GÂY RA s ự c ố CHO c o c KHOAN NHỒỉ
4.4.1. Tronịí cóng đoạn tạo lò
4.4. J . ỉ . Sự ( ỏ khỏ/li^ hạ (Íỉíợc ốỉì'^ clìốỉìí^ cíếỉì cao cíộ vèií cchi lìoặc khoan khôiì^ị Mỉốỉìọ
Ncuyên nhan gây ra sự cố như đà nêu trong mục 2.4.2.1. Gặp sự cố này có thế dùng loại
gáu khoan ihích hợp để phá vạt cán này rồi tiếp tục hạ tiếp, hoạc dùng các Ihict bị khoan
143


cắt, trục vớt vật cản lên. Đối với những trường hợp đặc biệt không thể trục vớt vật cản lên
được phải dịch chuyển vị trí cọc khoan nhồi hoặc thay phưoìig án cọc khoan nhồi bằng loại
móng cọc khác.

4.4.1.2. Sự cô'sập thành vách hô'khoan
Sự cố sập thành vách hố khoan có thể do các nguyên nhân chính sau:
a) K hi khoan gặp tầỉìíỊ đất quú yếu. lụi kììôììiỊ có ô'/ií^ Viu iì
Tầng đất quá yếu có: Môđun biến dạng Eo < 50 k G /c n i\ góc ma sát irong Po< 10°, hệ
số nén a > 0,05cm “/kg, độ sệt B > 0,75, sức kháng xuyên mũi q^, < 4kG/cm% chỉ số xuyên
tiêu chuẩn của đất N < 4.

Ọua kinh nghiệm thi công cọc khoan nhồi ở vùng đồng bằng sông Cửu Leng cho thấy
với đặc điểm các tầng đất yếu như nêu ở trên đều ở trạng thái dẻo chảy đến ciảy. Vì vậy,
khi khoan tạo lỗ sẽ dễ gây ra hiện tưọng sập thành vách nếu không có ống váci inặc dù có
dùng dung dịch bentonite đế giữ ổn định. Do vậy, trong quá trình khoan cần kiíin tra lại địa
chất để đối chiếu với số liệu thí nghiệm, để có giải pháp xử lý kịp thời, chẳng hạn như điều
chỉnh lại chiều dài ống vách;
h) Cúc chỉ tiêu kỹ thuật của cliíHiị clịch hentonite klìôiiiỊ thích họp với địa rầiiíỊ íhi khoan
Do mỗi loại đất có tính chất cơ lý hoá khác nhau, cũng như sự khác nhau Ví thành phần
và loại của dung dịch bentonite. Cần thường xuyên kiếm tra và điểu chỉnh cá; chỉ tiêu kỹ
thuật của dung dịch (khối lượng riêng, độ nhớt, hàm lượng cát, tỷ lệ chất keo, lượng mất
nước, lực cắt tĩnh, tính ổn định và trị sỏ' pH) cho phù hợp với các quy định vì diúng có ảnh
hưởng rất lớn đến việc giữ ổn định lỗ khoan.
c ) Á p l ự c í l i ủ y CÍỘÌIÌỊ t r o n ^ rầníỊ c á t , c á r p h a s é t q u á lớii

Khi khoan gặp tầng cát có chứa nước ngầm với áp lực lớn, nước ngầm có á[ này sẽ cháy
vào trong hố khoan mang (heo đất cát ở vách hố khoan (hiện tượng cát chảy làm cho hô
khoan tại tầng này rộng ra, có thể kéo theo các tầng phía trên bị sụp. Nếu gặp sr cố này nên
đưa ống vách qua ưlng này, hoậc dùng biện pháp hạ mực nước ngầm trước khi kloan. Hoặc,
d) Do chọn kv tìiiiật, tììiêt hị kììoan kliôiiíỊ phù ììỢp với âất lìê/i
Do tốc độ khoan quá nhanh vữa bentonite chưa kịp hấp phụ vào thành váih, hoặc việc
nâng hạ gầu khoiin quá nhanh gây hiệu ứng Pitông dẫn đê'n sập thành vách ỏ khoan. Đc
tránh sập vách cần phái chọn loại khoan thích hợp với thao tác khoan nhẹ ihàng, tránh
những động tác đột ngột. Hoặc,
e) Do ìiạ lổiii' thép va vào thành vác h lỗ klìoưii
Khi hạ lồng thép nhanh có thể va vào thành vách hố khoan dẫn đến sập Vich lỏ khoan.
Do đó, cần phái hạ lổng thép nhẹ nhàng và đúng tàm hố khoan đè iránh sập váci. Hoặc,
f ) Do rliời ÌỊÌCIIÌ ỵiãn kéo (lủi iỊÌữa klìãỉi khoan tạo lổ và dó hé tỏnị> cũnỊj iỊÓ\ (1 .sự cô sụj)
vách lỗ kỉioan.
144

4.4.1.3. Sự có do dunị' íỉich hentonite đóng tụ nhanh và nhiêu xuống đáy lô khoan
Sự c ố kỹ thuật Iiàv cỏ 'hc do việc chọn dung dịch bcntonitc không phù hợp với điểu kiện
đâì nổn, chẳng hạn !ihư:
í 1) Nếu dung dịcli hciitonitc chứa nhiều khoáng chất sét kaolinit thì dung dịch sẽ đông
tụ mạnh.
(2) Nếu độ p ỉl < 7 hay nước tìr lợ đến mận thì khả nãng đòng tụ (phân hủy) dung dịch
khoan sẽ xảy ra. Nuoài ra. còn có nhiều yếu lố khác ánh hường đến hiện tượng đông tụ của
dung dịch.

4.4.1.4. Sự có do lớp màng áo sét bám quanh vách hô khoan quá dày
Do độ nhót cua duiii; dịch bentonilc tàng làm bề dày lóp màng áo sét tăng theo (4mm),
nguy hại hơn do niàns áo sét này ở trạng ihái nhão nhớt. Dẫn đến việc giảm ma sát hông
giữa cọc và đất râì nhicu líáy giảm khá năng chịu lực của cọc.
4.4.2. Troníỉ cáu tạo, ^ia cóng và hạ lồng thép
• Kììôn<ị hạ (íiủ/c

vốt thép vù ỉổ klioưn: do lổng thép bị biến dạng (uốn cong trong

quá trình cẩu lắp lổiiíỉ tỉiép). Do vậy, khi chế tạo cần lính toán đến biến dạng của lồng thép,
bố trí m óc cẩu phù hợp dế tránh sự cố này, hoặc năn lại lồng thép và bố trí thêm móc cẩu
đc tránh biến dạng.
• Ôriiị vácìi hị liìii: do lico iổng thép, trọng lượng lổng thép tương đối nặng là lún ống.
Khi đó có thể gia cườne cliốno lún cho ống vách hoặc khòng treo lồng thép lên ống nữa để
tránh lún ống.
• Lốitịỉ tlicỊ) bị ììị^ập

(ỉúì: TỈICO q uy dịnlì, klii lồng Ihcp c h ạ m dá y thì nâ n g lên

5-lO cm . Điổu này khó thiK hiệii vì khoảng cách quá Iiliỏ cho việc điéu khiển tời. Hơn nữa

(lo lồng thép nặng IICII khi cliạm dáy dã lún vào nền, ncn khi nâng hạ lồng thép trên thì
l ồ n g th ép vẫn ng ậ p ironí:; clât. Vì vậy cần tuỳ th eo dicLi kiện cụ thể đê đi ều c hỉ nh k h o ả n g

cách này.
4.4.3. T ron g cònịỊ đoạn đúc cọc
• T ắ c lìgliẽn hê tóiìiỊ trong ổiti'; Do liiện tượng hiệu ứng vòm khi bê tông được giữ ở mức
quá cao trong ống chốim lìini cho bê tônq không trào lên được gây tắc nghẽn. Khi đó cần
phải nâng ống dẫii bêtôn” lẽn, nhưng ống vẫn phái noập irong bêtông ít nhất 2m, quy định
là từ 2m đến 5m.
• M ực hê rôỉìíị hi lìợ xuổníi khi ríit ống vácìì lên: Do tầng đất yếu (khi rút qua tầng đất yếu
này) bị từ biến dưới áp lực cỉia bctông tươi làm tăng thêm tliô tích của bêtông (cọc bị phình ra).
• C ả kh ố i hê tỏn^^ ÍI OÌIỊÌ ÔIÌÍỊ clìốìii> hị kéo lên khi rút ô'fií^ vách ìéỉV. Do bê tông ninh kết
quá sớm, nó sẽ báin chật \'ào ốn" vách. Vì vậy, klii lút ống vách làm kéo theo cả khối bê
tông và phần cọc dưới ốnu vách cũng bị lồng thép kéo lên theo, hoặc tạo vòng rỗng trong
bêtông.
145


• Bê tông thân cọc hi ph â n tầììiị. rỗ tổ OHÌỊ và có vật lạ (như: tliàii kính hi'in,iất, vữa
heiitoiiite, y.v...): Sự cố này có thể di, jác nguyên nhân chính sau:
+ Do thiết bị đổ bêtỏng không thích hợp hoặc tình trạng làm việc xấu;
+ Do việc đổ bê tông không liên tục, ■oặc do sự rút ống dẫn bê tông lên quá manh (độ
ngập của ống dẫn bêtông trong bêtổng không đảm bảo yêu cầu) sẽ làm lẫn bùn k h a n trong
bê tông;
+ Do sử dụng bê tông có thành phần không thích hợp, độ sụt không đạt yêu cầi làm bê
tông rỗ hoặc phân tầng;
+ Do sự lưu thông nước ngầm làm trôi vữa xinăng, chỉ còn lại cốt liệu (bêtông b rỗ);
+ Do có sự cố sập thành vách hố khoan trong lúc đổ bê tông làm lẫn đất sập vào )ê tông.
' + Khi gặp sự cố này có thể khoan rửa sạch rồi bơm vữa xi măng vào.

4.5. CÁC GIẢI PHÁP XỬLÝ CÁC s ự

THUỒNG XẢY RA CHO c ọ c KHOANNHỒl

Trên cơ sở ngliiên cứu các nguyên nhân gây ra sự cố ở trên và bản chất của cá( nguyên
nhân, đưa ra một số giái pháp xử lý các sự cố như sau:
4.5.1. Giải pháp về việc sử dụng ông vách để giữ ổn định vách hô khoan :ho cọc
khoan nhồi
Ông vách giữ ổn định thành vách hố khoan trong quá trình thi công cọc khoan ihồi. Đê’
sử dụng nó một cách có hiệu quả, ta cần phải xét qua về cấu tạo, đặc điểm sửdụn; và tính
toán thiết kế nó.
4.5.1.1. Đ ặc điểm sử dụng ốn g vách đ ể g iữ ổn định vách lỗ khoan
Yên cầu: ống vách phải tròn, kín, đảm bảo độ bền, độ cứng của ống trong quá lình vận
chuyển và hạ ống.
• Chức Iiủìi\ị:
+ Định hướiig lỗ khoan;
+ Giữ ổn định vách hô' khoan khi khoan qua các địa tầng đất yếu, cát chảy, các ỉịa tầng
có nước chảy ngầm và có xuyên qua tầng cát sét;
+ Giữ dung dịch tạo cột áp lực trong quá trình khoan;
+ Làm ván khuôn đổ bê tông tạo cọc.
• Vụt liệu lùm ốiiiị

vúcIì :

bằng thép hoặc Composite.

Hiện nay, hầu hết các cônịỊ, trình đều sử dụng ống vách bằnj’, thép để giữ )n đnh vách
lỗ khoan, bởi nó có ưu điểm là dễ gia công c h ế tạo, độ bển và độ cứng cao, giá tiành rẻ,
nhưng nó dễ bị gỉ, bị ăn mòn VÌI trọng lượng của nó nặng gây khó khãn cho 'iệc vận
chuyển và thi công.

146


4 ,5 .1 2 , X ác diìĩh kích thước và tín h toán ong vách
Đường kínli troni.', chicLi dày và chiểu dài ỐIIII václi phái chọn sao cho dám báo vổ mặt
đ ộ bên, cưừiìu dỏ; phù lio’p với đườim k ín h c o c , đường k íiili Iig o à i CLÌa d ầ u k lio a n và d ặ c

điếm địa liình, dịa lấim no'i (lii cóng, có thc clioiinliư sau.

(i) Điỉ‘ừnỳị kiiìlỉ và (ĩộ ílày óỉỊii vách
- Đ ư ờ n g kíiilì Ironu ỏnii Vikii: D,,=

(60-^ 15())(ninì); hoặc

D ị , -1.1

+

X

c.độ miệng

Mực vữa
bentonite

Trong dó:
\ \ . : đuừng kíiìh Iroiig của ống václr,
I^uị.: đường kính n^oài cúa dấu khoan;
60 -r 150iiìni. 1,1, inuc dích dùniz dc

Cao đò
đáự ò n g

điổii chính độ imhiêiig lệch kliì cấii Ilìiêt,
d ặ c bi ệí ờ nưi c ó bùn x ỏ , Cíil c h á y va nơi

có nước mặt như cỏnií írình cầu cãĩìe thì
ống dễ bị nghiêng lệch.
Chiéu dày:

ổ| - (1

c.độ đáy
ốna vách

1.5)7rDj,. hoãc;

ỉSj =: 9 -i- lốn in i klii D||, < iOOcni.
1 6 - 4 0 m m khi \ \ >

lOOcni.

Tioiig dỏ:
i\: chiéii dày ống vác lì.

Hình 4-4

ì^) C l i i ê i i d ù i ổn;^ v á i h :
N ơ i c ó ỉỉiiứí Ịìulĩ: lìlìiỉ' cỏỊỊ^ ĩrìnli rỡ//, I'íỉ/Iíỉ c ó thố cliọiì chicLi dài ồ n g vách dựa v à o c ấ c

yêu cau sau:
-t- Cao độ miệim ốim vách cao liưn lììực nước tlìi cê)iig (MNTC) là 2ni.
+ Cao độ đáy ống vấclì năm írong tẩng đâì dínii có uóc nia sất íroni> (p > 10°, độ sệl
B < 0,75 hoặc sức kháim xuyên nìũi q^. > 4kG/cm^. V(Si chiổLi dày nqàm trong tầng này sao
cho ống không bị lún thì chiéu dài ốim có thế lính theo công ihức;
L()v “

4- I..Q+ 2in

1Vong ció:
L(^.: Cliicu dài ốnu nhỏ nhủi c ủ a ốnv. vách, (iiì);

1.(1 ; Clìicư cao íính. íừ MNTC đến đáy sòng, (ni);
Lj, : ChicLỉ dài ngam của ống vách, (ni), có ĩhế sơ bộ chon Lj, llìông qua việc: chọn
cao độ dáy ỏnu vách imàm vào tầng cliịu lưc khòng thấm nước từ 0,5

2m:
147


Sau khi chọn được L()y, ta kiểm tra điều kiện lún ống:
Pgu, = Pcln + l ' ^ ' , f , ^ n P o v = P g â y l ú , ì .

Trong đó:
r|: hộ số an toàn , r| = 1,5;
P()V’ Pdn • Trọng lượng và lực đẩy nổi ống vách, T;
u = 71 X D„: Chu vi ngoài của tiết diện ngang ống vách, m;
D|,: đưòfng kính ngoài của ống vách, m;
1|: Chiều dài cúa lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt hông của ống vách, m;
íị! Sức chống tính toán của lớp đất thứ i lên mặt hông của ống, T/m ^

Nơi ch ỉ có nước lì^uni: đối với cúc )ìióiì<ị cọc khoan nhồi trên cạn
Có thể chọn chiều dài ống vách dựa vào các yêu cầu sau:
+ Cao độ đỉnh ống vách cao hon mặt đất thi công (MĐTC) là 0,5m và cao hơn mực nước
ngầm tối thiểu là 2m.
+ Cao độ đáy ống vách nằm cách MĐTC từ 2 4m ở nơi đất tốt đê tránh sạt lở miệng hố
khoan do thiết bị và phương tiện đi lại gần hố khoan và không cho bùn đất rơi vào hố khoan;
+ Cao độ đáy ống vách nằm trong tầng đất có góc ma sát trong ọ > 10°, độ sệt B < 0,75
hoặc sức kháng xuyên mũi
không bị lún.

> 4kG /cm ^ Với chiều dày ngàm trong tầng này sao cho ống

Tính toán chiều dài ống vách tương tự như trên.
4.5.2. Nhạn xét
Giữ ổn định vách hố khoan bầng ống vách là một trong nuứng giải pháp rất đáng tin cậy
nhất hiện nay, nhưng chi phí lại cao. Do đó, chi sử dụng nó trong những trường hợp thật
cần thiết, có thê kết hợp ống vách và dung dịch bentonite để giữ ổn định vách lỗ khoan.
4.6. GIẢI PHÁP G IŨ 'Ổ N ĐỊN H TH À N H VÁCH H ố K H O A N

cọc

KH O A N NH Ồl

BẰNG DUNG DỊCH BEN TO N ITE
Dung dịch bentonite gồm có sét, nước và một số chất phụ gia, dùng để giữ ổn định cho
vách hố khoan khi không có ống vách hoặc kết hợp với ống vách.
4.6.1. Thành phần khoáng vật của dung dịch bentoníte
Đặc tính quan trọng nhất của dung dịch bentonite là thành phần ba nhóm khoáng vật sét gồm;
1. MoniiiicililDiiitcíAụO^^SiOT.nHiO);
2. Ilit ( A iP v lS iO v iH .O ) ;

3. Kaolinit ( A l.O v 2 SiO 2 .2 H 2O).
148


4.6.2. Các đặc diêm co bán cúa các khoánịi sét được trình bày như sau
Đăc điếm cơ bán cúa các loại khoáng sét

Khoáng

S C I

Chiổii dày hai sét

Tổng diện tích mặt

Hoạt tính mặt

(Ao, Amslron)

ngoài(mVg)

ngoài(kG/cm”)

800

1,5 ^ 7 , 2

5{) -r 500

80

0,9

100^ 1000

10

0,4

Montmorillonitc

1

10 -:-5U

ĩìit
Kaolinit

Qu a bả n >4 tròn, c ó tlic Iiliâii thấy kliã nãim đ ô n g tụ của d un g dịch bentonite phụ th uộc
v ào c h i ểu dày lii.it SCI, cliicu dòy liai sét càim lóìi thì khả nă ng đ ô n g tụ c à n g mạnh, kaolinit

đóiií’ tụ manh nhất, k í đến là ilil \ à ít nhất là montmorillonite. Như vậy dung dịch
b e n t o n i t e có c h ứ a nhiổLi k h o á n g sét k ao linit lliì k h á n ă n g đ ô n g tụ c à n g m ạ n h .

4.6.2. Các đặc điếm cúa duriịĩ dịch bentonite có thê ảnh hưởnịỊ đến sụ mất ốn định cho
cọc khoan nhỏi
Với thành phầii như nêu ờ Irên, nõn duno dịch bentonite có những đặc điếm nổi bật
như sau:
- D/Ơ/I,' ỉ / ọ / ỉl; cÍui

(ỉịch i)ciit(Viìte //„,„> ỉ

I3iii)g tioiii: ciia

dịch bcnlonilc tliay dổi từ

:
=1,02

1,5g/cm‘^ tùy thuộc vào

hàm lượng cu;i beiuoniti; có iroiv.’, (iiuig (lịrli (lừ 6 ^ 14), tiui ra một áp lực lớn hơn áp lực
thủy tĩnh của nước nuầni Iroiic hố khoan, đu'ọ'c dùng (lê giữ ổn định vách lỗ khoan. Tùy
từng loại đất và inưc IIƯÍÍC ngầm mà c ó thê c h o n bcn thích hợp, nếu c h ọ n
(Yhcn < Yhen ycuciu,) íllì
- T í n h liiiYỨn p h ù

>■;'

IV/

h

k h ô n g pliù hợp

khom .

(lộ Iiliớí:

'fính huyéii phù là tk) plián ứim vật lý ciữa các hạl khoáng sét mang điện tích cùng dấu
clấỵ nhau iroim mói trườne nirớc (lươim bcntonite, khoáng 6 -^14%). Nhờ tính huyển phù
này inà các liạt đâì cio václi lở sẽ Iiăm lơ lửiig trong dung dịch, tránh được hiện tượng lắng
đong bùn đất ớ đáv liố khoan.
Độ nhớt

c Ik )

phcp của duníỉ dịch IX

45s. Nếu dộ nhớt giảm ihì sẽ xảy ra hiện tượng

bùn đất lắim doiie ớ đá\ hố khoan và vách hố khoan bị sạt lờ do tính keo nhớt không đủ
khA năng liên kết uiữ các hat dất rừi lai, nmrực lại độ nhớt tăng thì hiện tượng lắng đọng
bùn đất giám nhưnc chicLi dàv CLia lứp inànc áo sét tăim (4mm) làm thành
d ẻ sạt l ở v à iiià.n I’ia sát hônL;; v ữa b c n t o n i l c

Ví':h hố khoan

b á m d í nh c ố t t h é p n h i ề ư - l à m g i á m k h á n ă n g

díiih bám giữa cỏì tnóp \'à bê lône.
149


- Tính chất xúc hiến:
Thể hiện qua khả năng đông kết nhanh khi để yên và hoà tan nhanh khi có tác động cơ
học, được đặc trưng bằng ứng suất cắt tĩnh sau khi để yên, xác định bằng lực lế tĩnh. Tính
chất này nhằm giúp cho thành vách ổn định và thuận tiện trong quá trình khoan
- Lượng m ất nước:

Trị số lượng mất nước cho phép 10 -r 25cm^ sau SOphút. Nếu lớn hcfn sẽ tiay đổi tính
chất của dung dịch (độ nhớt tăng) và tạo ra một lớp áo sét dày > 4m m trong hôkhoan dễ bị
bong làm thành vách lỗ dể bị sập lở và làm giảm ma sát thành giữa cọc - đất váih.
- Tính ổn định (độ phân tầng):
Đ ộ phân tầng cho phép nhỏ hơn 4
chất của dung dịch

8% sau 24giờ. Nếu lớn hơn sẽ làm tiay đổi tính

giảm làm sập vách lỗ khoan) và xảy ra hiện tưọìig đmg tụ dung

dịch bentonite xuống đáy hố khoan.
- Đ ộ p H ( ủa dung dịch hentoiiite:
Độ pH đặc trưng cho tính axít hay bazơ của dung dịch khoan, nó có ảnh hrởng rất lớn
đến chất lượng dung dịch, vì nó tham gia, tác động đến các phản ứng hóa học Độ pH cho
phép từ 7 H- 9.
Khi độ pH =10 thì bắt đầu thể hiện ảnh hưởng của xi măng. Nếu độ pH : 11 thì tính
nhớt và mất nước tăng lên, như vậy, dung dịch không còn đảm bảo yêu cáu. Đ('pH < 7 hay
nước từ lợ đến mận thì khả năng đông tụ (phân hủy) dung dịch khoan sẽ xảy ra
Tóm lại: nếu các đặc điểm cơ bản như:

, độ nhớt, độ pH không đạtyêu cầu thì

sẽ gây ra sự cố cho cọc khoan nhồi như: sập vách lỗ khoan, giảm m a sát hôn;, giảm khả
năng dính bám giữa cốt thép - bêtông và có lắng đọng (đông tụ) bùn đất -oentonite ở
đáy lỗ khoan.
4.6.3. Các giải pháp xử lý các vân đề m ất ổn định
Tuỳ theo phương pháp thi công, loại địa tầng và mực nước ngầm, mà ta nêi chọn (Ybei,,
độ nhớt, độ pH và các chỉ tiêu tính năng khác của dung dịch bentonite theo Ph lục d- của
Tiêu chuẩn TCXD 206 : 1998.

Dung trọng Ybgn

íhể chọn theo điều kiện cân bằng ổn định vách hố khoan hư sau;

Phương trình cân bằng tại một điểm bất kỳ trên vách lỗ khoan:
z áp lực đẩ) = z áp lực giữ
z áp lực đẩy bao gồm; áp lực tĩnh của mực nước ngầm (Ỵw Z,i) . áp lực chu động ủa đất (Ojj);
150


2^ áp lực giữ *)at) liỏỉìi: ấp lưc: tinli cúa cột bcnlonitc

lực kliáng cắl cấu trúc của

lớp áo sét (t^);

hay:

CT^ +
Yh =

= 7 ,,.Z|, + T,

(4.1)

+7u-^n

(4.2)

Trong đó:

Y|„ Z|,: clu li: iroii” và chiéu cao cúa CỘI vữa bentonite;

y^^,, z„: tliim lioim và chicu cao của mực mrớc Iigấm;
với: c = 7(1.V ;

k,,.y.z ;

Ig'(45°--ị^ );

v.y.7..tu'(45'’ (4.3)

1-v
v: hệ số poiss.)n;
Ỵ, (p, z: duim irọnu, uóc ma sál Iroim và chiổLi cao của cột đâì;
= Ycii/b

>g'p’

+ ^'’= (Y -

1

K

+ c’

(4.4)

Với: y, Yiiị ,tf’, c': cluim irọnu tư Iihicii, day nổi, góc lììu sát troiiíĩ và lực dính của lớp
áo sét;

Chiếu sâu chòn coc H ím)

Hình 4,5
151


Dối vói (í(íí vách lủ âíÍỊ cát: c \ (()’ của áo sét có llic dưọ’c líiih dổi từ giá l:'ị

tp cua đất

c;íl ban đầu như sau:

+ c ’ có thè' lấy bằng giá trị trung bìnli của lưc dính ban đấu (c,|) và lưc Jíih (s) do dàì
nền hấp phụ bentonite:
c ’= ( c ^ + c J / 2

(4.5)

c ’= l,5c„

(4.6)

T h ô n g thưừiig c = 2c„

=:>

(p’ cớ Ihc lấy bằng g ó c ma sát trong của dất sél ((Pj|). hoặc:

(p’= (p - 3" + 3 D; (theo Bolton 19N4)

(4.7)

D: là độ chặt tương đối của cát;
Đ ối với chít vách là (Íấí sét: do d ộ ấm lăng lên Iién c ’, cp’ cúa áo SCI déu nh) hưn giá irỊ
c„, (p của đất sél ban đrÌLi, lực dính của lóp áo sét râì n h ó c ó lliê XCIII níui' băn; 0 (c^ = 0 ).
c ’, (p’c ó thê xác định như sau:

c ’ có thể tínli iheo cóng thức sau:
c ’= ư . c \ , . i ; i

(4.
a: hệ số cliiếl yiáni lực (lính, có llic lây Ơ.55;
c„; Lực dính không llioál nước han dầu eúa dâì ncn;
I

hệ sỏ' cliiôì giám phụ lliiiộc vào chicii sâu cọc.

(p’ cỏ ihc lấy bằng uỏc ma sát tronu cua đất sét ((p j), hoặc:
cp’ = (p ~ 3 °

(4.9)

Đ ó i v à i su' c ó h ù n ( í ú t - l ) e n t o n i t e ỉchiíị ổ ọ n i ị (ý ( l á y h ô kỉiocin ( il o kÌKxhii^ ■,'(ìỉ ớt. (íộ Iiliàĩ,

dộ pH ... ):
Khoánu vật scl của bcnlonitc; cán kicm tra châì iượng vù ncii chon có nhic klioáng vậi
montnioriloiiil dể tránh hiện iượim đ ò n u tụ vữa bciilonitc.
Đ ò nhớl thích hợp: phụ Ihiiộc vào Iihươnu pliáp thi c ò n g , loại ciịa lầng M inưc lìiKíc

ngầ m , N ó đĩi đirợc nuh iên cứu íừ lý lluiyct đến ihực tiền và tổim kêì như haim - 1 9 . N ê u đo

nliól giáin ihì có llic ihcni 1

bcnlonite lioậc (),05H-29f chài phu ” ia (CVI<\ là loại bội

do xử iý lioá học chất ihái c ú a còiiií ntiliiệp g i â y inà c ỏ , uổni c a r l l n i , cclkiloK, và IIIỢI số
châì kliác c ó ííốc Na, Mu...; N a ^ c o , ; . . . ) đc lãiìíí clỏ nhó't cùa cliiim dịch bcnioni?.

152


Nếu độ pH oiiliii <'' clo bị irunu hoà hời nước nqầm làm cho dung dịch bị đông tụ thì
nôn cho thêm vào diinụ clỊch bcnloiiilc hoá chất điểu giái (HCl, ...) tăng độ pH lên trong
k ho án g 7^9.
Trị sỏ dị) nhót thích họp cúa dung dịch
Biện pháp

P .P h á p
Đ ò nhớl

Tình hình

d ịa c h â ì

công Irình

s ử d ụ n í^

Tân

thích hdp

du nu
5 ()()^ 7 ()()cc ,

s

Khi độ nhớt

Khi độ nhớt

thâp

cao

d ịí.h

C á l in in

23-27

C á l iru rv ^ -it)

2X-35

C u ộ i sỏi

37-45

C á i m in

24-28

Cál truim-lo

32-40

C u ộ i sỏi

45-55

C á l m in

■

m ần
Nước

Khi đicu

lìn h

rấi

bình

Nước

i h ư ờ n u

neani
IlhlCLI

hoăc 0 .0 5 : 2 %

giảm nước,

châì phụ gia

hoặc thêm

CMC

nước

23-35

Thêm 17(

Thêm 0.1-

C á i iru im - lo

33-40

bcnlDnitc

0.2% chất

Cuội

S Ỏ I

55-65

đồ nu íhời

C á l

i n
•

23-35

th ê in

thêm nước

Cál ining lo

3 7 15

{)AM).2% châì

không thích

70-X0

phụ gia CMC

hựp nữa

■

i^Pluan
h n à iì

1’1' ũiih

m

CvCũ

Doi vói ,sif l ổ ịịiíhn

111(1

Thêm 0.050.1 7r chất

ÍI

công

1^2%

b c n to n itc

hoàn

im á m

kiện
Irình

Th êm

sỏi

ỵ

i ả m

n ư ớ c ,

sát Iióiiíị: do độ nhói giám làm cho l(ífỊT áo sét trớ nên nhão nhớt

dẫn đến giám Iiia sát díiih tziữa coc-d;ìì, khi dó cần có biện pháp tăng độ nhớt của dung dịch
ninr ncLi ớ trcii.
D ổi vói

Sif i

ô ^uiìn íliiilì hám Ị^iữíi cố! tlìép và ì)ètôin>: do độ nhớt tâng làm vữa bentonite

dính bám nhici! vào côì ihcp, khi đó cần có giái pháp làin giám độ nhớt của dung dịch như
thcm nước vào cluiiL! ciịcli.
4.7. C Á C ĐẶC Đ!HM CỦA CAC LOAI ĐẤT THUỒNG GÂY RA

sự cố

CHO

cọc

K H O A N N l l ồ l VA (,IAI PHÁP X Ủ L Y
4.7.1. T ín h h á p phu tu a keo clat
Hấp phụ là inỏt ironu nliĩnm biéu hiện rõ rệl vc khá năng đạc biệt cùa các hạt sét. Sự
hâp

phụ

đ ư ợ c c h i a lìiin 5 l oai nliir s;ui:

153


4.7.1.1. Hấp phụ cơ học
L à khả n ă n g g i ữ lại c á c hạt l ơ l ử ng tro ng nư ớ c (dd b e n t o n i t e ) khi n ó thíiT qua đất.

Loại hấp phụ này đặc trưng cho đất cát, nó phụ thuộc vào độ rỗng, tỷ lệ các cấp phối hạt
của cấu trúc đất và thể hiện ờ khả năng giữ lại các hạl hoà lẫn Irong du n g dịch khi dung
dịch thấm qua.

4.7.1.2. Hấp phụ lý học
Hấp phụ lý học hay kììả năììiị hút lý học của đất, đặc trưng khả năng hút ;á; vật chất
xung quanh do bề mặt tự do trên mặt tiếp xúc giữa các hạt đất với dung dịch bentonite hình
thành các màng hấp phụ và tạo sức căng bề mặt ảnh hưởng đáng kể đến độ ổn JỊnh của đất
vách hố khoan.

4.7.1.3. Hấp phụ hoá học
Đặc trưng khả năng giữ lại trên bề mặt của hạt đất các chất hoà tan ở dạng kết :ủa không
tan hoặc tan bằng các phản ứng hoá học xảy ra trong dung dịch đất tạo ra các muối ít tan
trong môi trường axit từ các chất ban đầu là

s o 4' ,

P 0 4 “ . Các phản ứng hóa

học như sau:
Na 2SƠ 4 + CaCl 2 -> CaS 0 4 + 2NaCl
Al^^ + P O ^ - ^

Fe-^+ +

AIPO4

^ FePƠ 4

3Ca-^ + 2 P 0 ^ '

Ca 3(P 0 4 ) 2

7.4.1.4. Hấp phụ lỷ-hoá học (hấp phụ trao đổi)
Tính chất này thê hiện qua phản ứng lý - hoá học giữa keo đất với ion troriỊ dung dịch
đất. Đất có thể trao đổi những cation bị hút đến bề mặt các hạt nhỏ từ trước (như Ca“'^,
Na“^, v.v...) lấy những cation của dung dịch đang sắp tiếp xúc với nó trên cơ sờ tương
quan về đương lượng dẫn đến sự thay đổi rõ rệt các tính chất cơ lý của đất tùy thuộc vào
thành phần vật chất có trong dung dịch đất. PH càng lớn thì hấp phụ càng m ạnh

4.7.1.5. Hấp phụ sinh học
Là hấp phụ làm cho đất (thổ nhưỡng) giàu những chất tính lũy được trong q iá trình hoạt
động sống của các vi sinh vật, Nó là yếu tố quan trọng của quá trình tạo thành thổ nhưỡng
và cũng có ảnh hưởng lớn đến tính chất của đất.
T óm lại: Các loại hấp phụ trên không xảy ra riêng lẻ từng loại, m à chúng íảy ra cùng
một lúc. Độ pH càng lớn thì khả năng hấp phụ càng mạnh. Trong đất cát, chủ yếu chỉ xảy
ra h ấ p phụ c ơ h ọ c và lý học; trong đất sét m ề m thì hấp phụ lý h ọ c và lý-hOc h ọ c là chủ

yếu, tạo thành lớp áo sét tương đối mỏng, còn đối với đất sét cứng thì chủ yếu là quá trình
trao đổi ion ở chỗ tiếp giáp giữa vữa bentonite va đất vách, tạo thành m ột lớp n àn g áo sét
rất m ỏ n g .

154


4.7.2. Các đặc điếm cua các loại đát sét yếu thường gây ra sự cô cho cọc khoan nhồi và
giải pháp xử lý
Đ ặ c đ i ể m dịa chất '.ÌIIIÍÍ d ồ n g bằ ng ở nước ta đặc biệl là ở đ ồ n g bằ n g s ô n g Cửu L o n g

đều xuất hiện lớp đất \ ế u dạng bùn sét với chiều dày từ 15 đến 30m, trong các hoạt động
thi cóng đào hố khoan hạ cọc khoíin nhồi đều phải xuyên qua tầng đất nêu trên. Nếu trong
đất đào tồn tại c á c cation có khả năng hấp phụ và trao đổi cation càng yếu (tức là cation có
hoá trị nhỏ, nồ ng độ thấp, độ pH thấp và bán kính hydrad hoá lớn) thì khả năng lắng đọng
bùn đất xuồng đáy hố khoan càng cao.
Nếu trong dất đào có càng nhiều chất CaClo và NcioCO, thì khả năng đông tụ bentonite
cà n g m ạnh XLiốns đáy h ố khoan theo phản ứng sau;
Na

u
Hạt

sét

AI

?■+
__
+2N a3C q+ H ,0

Ugị
- ^

___ Ậ
+ AI(OHỊ + 2 0 ^ :
Na

Nếu trong đất có nhiều khoáng sét Kaolinite thì sẽ làm tăng khoáng này trong dung
dịch bentonite dẫn đến đôno tụ nhiều bentonite xuống đáy lỗ khoan. Trường hợp trong đất
có nhiều khoáno sct Montmorillonitc thì sẽ làm các tính năng của dung dịch bị thay đổi và
nhất là khi độ nhớl tàng càng cao thì bề dày của bentonite bán quanh cốt thép (nhất là thép
gàn) càng lớn.
• Các giải pììứp xử IV<'í/( ■sự cô:
• Giải pháp để kh;ic phục hiện tượng lắng đọng bùn đất di

-hả năng hấp phụ và trao đổi

cation yếu, là thêm vào dung dịch khoan hoá chất có cation hoá trị cao hoặc nồng độ cao
hoặc tăng độ pH, v.v...
• Giải pháp khắc phục hiện tượng đông tụ bentonite do đất có nhiều CaClo và Na-,C0 3 :
thêm vào dung dịch khoan hoá chất để trung hoà bớt 2 chất trên.
• G iải pháp khắc phục hiện tượng đông tụ bentonite trong đất'CÓ nhiều khoáng sét

kaolinite, có thể là sau thời khoan thay dung dịch bentonite mới.
• Giải pháp đế khắc phục hiện tượng bentonite bám quanh cốt thép quá dày do trong đất
có nhiều khoáng sél montmorillonite (độ nhớt tăng), có thể thêm nước vào dung dịch
bentonite để gảm độ nhớt.
4.7.3. N ghiên cứu các đặc điểm của các loại đất cát thường gây ra sự cô cho cọc khoan
nhồi và giải pháp xử [ý
Lấy ví dụ xét sự phân bố tầng địa chất vùng đồng bằng sông Cửu Long thường nhận thấy
rằng tầng đất cát có inặt ở hầu hết các vùng, nằm bên dưới tầng đất yếu và xen lẫn với các
155


tầng đất sét, xuất hiện ở các trạng thái từ chặt đến xốp rời, với các tên gọi theo thành hạt
như cát to đến cát bụi.

4.7.3.1. Đặc điểm của các loại đất cát thường gáy ra sự cô cho cọc khoan nhồi
- Đặc diểni chung của các loại đất cát là: thành phần hạt dạng cấp phối, các hạt ròi rạc
không liên kết với nhau, độ rỗng tương đối lớn và thường trong tầng cát có chứa nước ngầm
đến nước áp lực.
- Do vậy, thành vách đào trong tầng cát thường sạt lở (khốnc ổn định) và nhất là khi
trong tầng cát có nước ngổm có áp, khi dó sẽ xuất hiện hiện tượng cát cháy.
- Đối với tầng cát rời xốp thì dễ gày ra sự cố cho cọc khoan nhồi như; thành vách hố
khoan bị sạt lở, thân cọc bị phình, có dạng rể cây.
Anìì hưàìH' củu lĩiệii rượiiii rá t chày:
Do dòng bùn cát chảy vào trong hố khoan dưới tác dụng của lực thủy động và đặc hiệt là
nước có áp làm cho vách hố khoan bị sạt lở rộng ra và có thể làm sập tầng đất khác bèn
trên. Để có đề ra các giải pháp xử lý thích hợp ta cấn điểm qua vể quy luật, đicu kiện phát
sinh hiện tượng cát cháy.
Điền kiện plìút siiilì hiện tiCỢii^ cát c lìảv:
Hiện tưOTg cát chảy chi xáy ra khi: đất là đất cát, cát pha bụi ( lực dính kêì c râìnhỏ
lỗ rỗng chứa đầy nước và nhất là nưức có áp.

) và

Nguyên nhân chính của cát cháy là áp lực thuý động cúa dòng nước ngầm truyền vào cát
hạt đất khi khoan lỗ. Do tínli thấm nước yếu của cát chảy nên áp lực thủy động gây r;i áp
lực thấm truyền vào hạt cál làm c h o hạt cát di c h u y ê n theo hướng g i á m gradien thâm.

l.V.Pôpôv dã xác định rằng: Trị số gradien thâm làm cho cát chuyên sang trạng thái cháy,
tính theo còim thúc:
Igh = ( y o - 0 ( 1 - n )

Trong đó:
Ỵ(); Trọng lượng liạl đất;

n: Độ rỗng cứa dất;
Khi áp lực thủy độniỊ bàng hay vượt hơn dung trọng đấy nối của hal đất, sc làm clu) đâì
chuyến sang trạng thái lơ lững và sẽ di cluiycn.

0 = Idn Yn = Ydn ; Idn = y j ĩ
Trons dó:
0 : áp lực Ihủy dộng;
y^ii,: dung Irọng đay nổi;
y„ : lý trọng inrớc;
156


Khi ■/,, = 1 (hì I

, khi I^ii, lớn hơn I„h thì cát cliáy bắt dấu xảy ra;

Đất cái cliuvcn sanu trạng thái cháv sẽ màì liên kcì kiến trúc. Các hạt chuyển sang trạng
l l i á i lo ' I LÌI 1Í>;

4 .7 3 .2 . Các giái p h á p x ử lÝ cóc sự cô
Ti iròniỉ họp iroiiu uìnti đất cál có hiện tương cát cháy nên sứ dụng ốní’ vách đế giữ ổn
dịnh Ihànli vách lỗ khoan.
rniừ n" hợp tronu tầng cál có hoăc không có mạch nước ngầm có áp thì có thể sử dụng
du n g dịcli bentonilc đê’ "ÌLÌ ổn định thành vách lỗ khoan, với c á c lý d o như sau: (1) D u n g

irọiig cua clun” dịch bentonitc > l g / c n r \ sẽ tạo ra áp lực lớn hơn áp lực của mực nước ngầm
nên giám diiơc tác nhàn sẽ ihâni nhập vào thành vách cát cúa hố khoan tạo thành lóp áo sét, khi đó xảy ra quá trình
liấp phụ CO’ lý học ííiữa đâì cát và benionite. Các hạt cát rời rạc Irong lớp áo sét sẽ được liên kết

lại với nhau bơi tác nhân ximăng hoá-keo bentonile. Lớp áo sét này có độ bền (lực dính c ’)
tãim từ 2^3 lần của lóp đâì cát ban đầu, làm tãng lính ốn định của thành vách lỗ khoan.
Các dặc dicm cúa nước trong đất đôi khi cũng có thế ánh hưởng đến sự ốn định của
tlìàiili vách lìố khoan cọc kiioan nhồi và giai pháp xử lý;
Nirớc imầni ớ dang nưóc tự do có tý trọng baníỉ lg /c m \ Việc xác định các tính chất vật
lý, thành pliấii hoá học và dộim thái (.'úa nước quan hệ đến tính phù họp troiig việc lựa chọn
giái pháp ” iữ ổn định thàiih václì hố khoan và đánh giá kha năng ăn mòn hoá học của nước
dối vứi bê lỏnu cốt thép.
'lìiỳ theo diổLi kiệii Ihế nằm cùa c á c tầng mrức dưói dâì c ó thế chia đ ộ n g thái nước dưới

dât làni 2 loại như siui (nước thượng lắng, nước ngầm);
Niio'( ilui'ợii\ị tầHìị-. nằm tiong tầiig đất xốp rời ớ tầng trcn cùng của vó trái đất. Lưọng
IIUÓC (hượiu'. lấiig do inrớc mira, nước ngiriig tụ hay nước lũ được giữ lại và tích tụ trên bề
inặl cúa lóp dốt đá cách lurớc hoăc thấm nước yếii, bề dày lầng nước có thê’ từ ]-r2m với
diện phân bõ han chế và mang lính lức thòi. Do vậy, khi khoan đất ớ khu vực có nước
Iiiuọníỉ lầng, nưoc này sẽ cháy vào hố khoan làm giam tính nâng của vữa khoíin lúc đó, có

iIk gày sự cố sập vách liố khoan và nếu nước nhiêm bán bởi nưức sinh hoạt hoặc nước thá
. uiig nghiệp, gây ăn mòn, cốt thép, bè tông cọc sau này.
-

Niiớc iiỊ^úni: là nước Iiằm dưới tầng nước thượng tầng, kết ihúc cỉia tầng này là tầng đất

đá không Ihàm niiúc.

Nghiên cứu giải pháp xử lý các sự có trên
•

Theo r.iiư phân tích ở trên, thì dô pH đế xúc liến các phán ứng trao dổi xảy ra thường là

lứn hơn 7 Do vfiy, nếu pH của dất vách hay của nước ngầm trong hố khoan càng thấp thì
p n cua vua bcntonilc Irirức khi đưii xuống hố khoan càng cao (thường pH > 0), sau cho pH
ciui vữa khoan trong lỊiiá trình khoan (đã bị trung hoà vói pH của đất vách) vẫn lớn hơn 7.
157


• Nếu nước ngầm có tính ăn mòn bê tông cốt thép (có chứa acide cloride, a c iie sulfate
và độ pH thấp), khi nước ngầm chui vào bê tông sẽ gây trưcỉng nở nhanh chố ní nước và
cement, từ đó gây ra nứt cục bộ hay nứt liên tục bê tông. Do đó cần phải thiết kế lớp bê
tông bảo vệ bọc ngoài lớp bê tông chịu lực, thường lớp này dày khoảng lOcm. Mac bê tông
chịu lực thường tăng thêm một cấp. Như vậy, nếu cọc có đường kính lOOcm, mác 300, khi
có xét đ ế tính ăn mòn thì đưòng kính cọc yêu cầu là 120cm, mác là 400.
• Trường hợp hố khoan đi qua các tầng đất có chức nước thượng tầng hoặc nróc ngầm
có áp cao thì giải pháp tốt nhất là dùng ống vách để giữ thành vách lỗ khoan, đ ả n bảo vữa
khoan không bị nhiểm bản và không giảm tính năng của nó. Còn nếu nước ngầm không có
áp thì có thể dùng dung dịch bentonite để giữ ổn định thành vách lỗ khoan và cầr phải chú
ý đến việc chọn tính năng của dung dịch bentonite sao cho phù hợp điều kiện cất nền và

tính chất lý hoá của nước ngầm như đã nêu ở trên.
4.8. NHẬN X É T VÀ KÊT LUẬN
Loại cọc khoan nhồi, ngoài các ưu điểm như đã nêu ở chương 1, còn tồn tii một số
nhược điểm được thể hiện qua các sự cố như đã trình bày ở trên. Các sự cố trên côi khi rất
phức tạp khó khắc phục sửa chữa, có thể dẫn đến chí phí rất cao, hoặc không sửa được mà
phải thay cọc mới. Do đó, cách tốt nhất là nên dự phòng các sự cố c ố thể xảy ra h ểu rõ các
nguyên nhân và có biện pháp phòng ngừa.
Có thể nhận xét rằng: khi thi công cọc khoan nhồi thưòng gặp nhiều sự cố là do có quá
nhiểu yếu tố ảnh hưởng đến nó, mà kinh nghiệm thiết k ế và thi công của nưóc ta chưa
nhiều và chưa quan tâm đúng mức đến các ảnh hưỏng của các yếu tố đó, cho nén thường
gặp phải các sự cố như trên. Các yếu tố đó là; Điều kiện địa chất thủy văn công ưlnh (đất
yếu, cát, sét, nước trong đất , v.v... Trong khảo sát hiện nay chỉ xét về tính chất cơ, lý của
nó mà chưa quan tâm đến tính chất hoá đất, hoá nước, hiện tượng cát chảy vi đất sụp,
v.v...), dung dịch bentonite (chưa xét mối tương tác thật đầy đủ giữa nó và môi tư ờ n g đất
nên), v.v...

158


Chương V

KIỂM TRA, THỬ TẢI

cọc, NGHIỆM THU

5.1. CÔ N G TÁC KIÊM TRA NGH IÊM THU

s.1.1. Yêu cầu chung
Việc kiểm tra, giám săt chất lượng và nghiệm thu cọc khoan nhồi phải thực hiện tại hiện
trường và phải căn cứ vào kết quả thí nghiệm của các phòng thí nghiệm hợp chuẩn.

Các dụng cụ, thiết bị kiểm tra chất lượng thi công cọc phải đảm bảo độ chính xác, tin
cậy. Các hồ sơ, tài liệu nghiệm thu, các kết quả thí nghiệm v.v... phải có đầy đủ và đảm bảo
chính xác.
Các cán bộ kỹ thuật, các thí nghiệm viên làm công tác thí nghiệm, kiểm tra, giám sát và
nghiệm thu kỹ thuật chất lượng phải có đủ trình độ chuyên môn và được đào tạo, hướng
dẫn công nghệ thi công cọc khoan nhồi.
5.1.2. K iểm tra công tác khoan tạo lỗ
Trong quá trình khoan cọc cần kiếm tra các thông số về số lỗ khoan theo bảng 1 sau đây;
Bảng 1
TT

Thông số kiếm tra

1

Tinh trạng lỗ

Phươiìg pháp kiểm tra
- Kiếm tra bằng mắt và đèn dọi.
- Dùng phưofng pháp siêu âm hoặc camera ghi chụp thành lỗ khoan.
- So sánh khối ìượng đất lấy lên với thể tích hình học cùa cọc.
" TTieo lượng dung dịch giữ thành vách.

1

Độ thẳng đứng và
độ sâu

- Theo chiều dài cần khoan.
- Dùng quả dọi.

- Máy đo độ nghiêng, phưcfng pháp siêu âm.
- Mẵu, calip, thước xếp mở và tự ghi độ lớn nhỏ của đường kính.

3

Kích thước lổ

- 'ÍTieo đường kính ống .vách.
- Theo độ mở của cánh mũi khoan khi mở rộng đáy.

4

Tinh trạng đáy lỗ
khoan và độ sâu
của mũi cọc

- Lấy mẫu và so sánh với đất, đá lúc khoan. Đo độ sâu trong khoảng
thời gian không nhỏ hơn 4 giờ.
- Độ sạch của nước thối rửa.
- Dùng phưorng pháp thả quả rơi hoặc xuyên động.
- Phương pháp điện (điện trờ, điện dung v.v..,)

159


Trước khi đổ bê tông cần phải thực hiện kiểm tra lỗ cọc theo các thông số ở b;ng 1 và
lập thành biên bản để làm căn cứ nghiệm thu.
Công tác thi công và kiểm tra nghiệm thu về; VỊ trí và kích thước hình học 1( khoan;
Công tác gia công lắp đặt lồng cốt thép; Chất lượng bê tông cọc khoan nhồi được (uy định
trong bảng 2.

5.1.3. Kiểm tra chất lượng bé tông cọc
Tất cả các chỉ tiêu kỹ thuật của cốt liệu lớn thử theo TCVN 1772:1987 "Đá.sỏi xây
dựiig - Phưofng pháp thử” . Đối với các loại vật liệu khác cần thực hiện công tác kiên tra và
công tác thí nghiệm xác định thành phần hỗn hợp bê tông cọc thực hiện theo nội lung đã
nêu ở chương III.
Số lượng cọc phải kiểm tra tùy vào mức độ quan trọng của công trình cũng như tìv vào sự
hoàn thiện của thiết bị và kinh nghiệm của đơn vị thi công mà cơ quan thiết kê' hoặi tổ chức
tư vấn quyết định nhưiig không ít hơn tỉ lệ % (so với tổng số cọc) quy định trong bán; 2.
B ảng 2
Sai s ố cho phép

Đối tượiig
kiểm tra

Phươngpháp

1

2

3

Từng cọc

Ngh iệm hu (đo

kiểm ra

/. Đ ộ sai ỉệclì cho plìép v ể vị trí ĩììặỉ hằnỉị cỉinlì và vê
trục xiêỉi (ỉsỉa) của cọc klìoan so với ĩhiết kế: (ĩiìììì

ĩheo ^iá trị (1 - di((yn<^ kínlỉ cọc):
Khi hô'írí rììột hủỉìí> cọc ỉheo ỉììặĩ clìínli cần:
± 0,04 ; 1:200 - Trường hợp thi còng trên nước.

bằng mív íhuỷ
bình, ỐĨIỊ dọi và
thước lây)
nt

n

± 0 , 1 ; 1:100 - Trường họfp thi công trên nước.

nt

n

± 0,05 ; ]: 100 - Trường hợp thi công trên cạn.

nt

n

Từng lỗ khoan

Kiểm tra đo theo

± 0,02 ; 1:200 - Trườiig lìỢp thi công trên cạn.
Klìì h ố ỉ r í hai hoặc ììhiêii lìàỉìíỉ cọc theo mặt chinh cẩu:

2. Sai s ố cho phép (ĩiỉìlỉ theo cnì) vể kích ĩhước thực t ế
của lổ khoan và kích ĩỉìước tĩìà rộng hầu dúy cọc:
± 25 - Chiều sâu ỉỗ khoan (ở cao trình)

chỉ dẫn cia thiết
k ế mónỊ cọc)
± 5 - Theo 'ĩường kính lỗ.

160

nt

n


Từng đoạn
mở rộng

nt

± 1 0 - T h e o đ ir ờ ỉii: k íiìh mó' r ộ im .

nt

nt

± 5 - T h e o c h i c u c a o doạii hìn h trum ớ r ộ n g .

nt

nt

Từng lồng
cốt thép

Kiểm tra (bằng
thước cuộn thép
và thước dẹt)

nt

nt

nt

nt

nt

nt

nt

nt

nt

nt

nt

nt

± 2 c n i ' T h e o Irị s ố cỉộ siil.

I'hco
TCVN 3106:1993

Theo
TCVN 3106:1993

± 2 % - T h c u t l ộ t;íclì \' ứa VÌI đ ộ t á c h n ư ớ c .

Theo
TCVN3I09:Ỉ993

Theo
TCVN 3109:1993

2 cọc cho
inôt cẩu

Kiểm tra bàng
thiết bị đặc chủng
và quan sát

nt

Kiếm tra 6 mẫu từ
lõi khoan qua cọc.

± ỈO ~ Theo chicii !.ãii ciia doạn hình trụ mở rộnẹ bấu.

Sa i s ô clỉo p h é p (ĩíỉìỊì ĨỈÌCO Cfìì) vé vị tr í cíậĩ lỗn^ị cổ t
íliép ĩroỉỉi^ Ịỏỉìíỉ Ì'ỌC kỉìOíHì so với ỉlìiéí kê:

± ỉ - Theo vị Irí đặt cốt thép dọc với nhau trên toàn

chu vi của lồng.
± 5 - Theo cỉiicu dài thanh ihcp.
± 2 - Tlieo

c ư ly c á c b u ứ c đ a i x o ắ n ốc.

± ỊO - Theo khoánu cách các vòng đai cứng ờ mút
lổng thép.

± 10 - Theo khoáng cách các con kẻ tạo lớp bảo vệ
cốt thép.
± l - T h e o c h i ề u c a o c o n kc
± 2

- Theo

(Ịư ờ n u

k ín li c ư a

ỉồ n iz

íh é p

lạ i

vị

trí đặt

vòng đai cưng.

4. S ai s ổ c ỉ ) o pỉiỨỊ) vc i hì ỉiứn \'ữíỉ hê-íỏNi> với đ ộ lún k im
hiỉìlì í ììóp ỉờ-ỈOcỉỉì, (ỉo hẽ-ỉò/ìíỊ ĩroỉi^^ ỉìicứí

va o lÒHiỉ

KH' ĩlìco PỊìu'(>'ỉi\^ p h a p ì ỉii ÕH'^ tỉìưo i lìiêu ỉỉiẳ/ìiỊ (íửn^:

5. S(ỉi s ố c h o phéị) \'(' c h i !it’ii ÌIỨ

v Ỉủỉìì c ọ c klìo an :

Không có vi pham về íídh ỉicn tiic trcn ĩoàn chiều dài ax:

+ 20; - 5% Cườim độ bc-iông

5.1.4. K iểm t r a cặn lãn ” tron<í lỏ
Công tác kicm tra cản láng trone lỗ phái Ihực hiện nuav sau khi kết thúc việc tạo lỗ và
xử lý lắnc cận. Trước klii dổ bổ lỏng phai đo lại cao dộ dáv lỗ khoan, chiều dày của lớp cặn
láiig xuống cỈLrới đáv ỉo (ncLi còn) phàị ghi vào nliât ký khoan lỗ và không được vượt quá
quy định iroiỉg bán^ 3.

61


Bảng 3
TT

Loại cọc

Sai số cho phép

!

CọG-chống

h :< 5 cm

2

Cọc chống + ma sát

h < 10 cm

3

Cọc ma sát

h < 20 cm

5.1.5. Kiểm tra chất lượng dung dịch khoan
Trước khi đổ bê tông, khối lượng riêng của dung dịch trong khoảng 50 cm kẽ từ đáylỗ

khoan phải nhỏ hơn 1,25, hàm lượng cát < 8%, độ nhớt < 28 s Dung dịch vữa sú dùng để
thi công cọc khoan nhồi phải có các chỉ tiêu kỹ thuật ban đầu phù hợp với các quy định
trong bảng 4.
B ảng 4
Tên các chỉ tiêu
1. Khối lượng riêng
2. Độ nhớt

Yêu cau
Từ 1,05-1,15
Từ 18 - 45 sec

Phương pháp kiểm tra
Tỷ trọng kế dung dịch sét hoặc B>meke
Phương pháp phễu 500/700cc

3. Hàm lượng cát

<6%

4. Tỷ lệ keo

>95%

Phưong pháp đong cốc

5. Lượng mất nước

< 30 cc/30 phút

dụng cụ đo độ mất nước

6. Độ dày của áo sét

Từ 1-3 mm/ 30 phút

dụng cụ đo độ mất nước

7. Lực cắt tĩnh

Iphút: 20-30 mg/cm'

Lực kế cắl tĩnh

lOphút: 50-100 mg/cĩĩi"
8. Tính ổn định
9. Trị số pH

< 0,03 g/cm'
Từ 7-9

Giấy thử pH

5.1.6. Kiểm tra sức chịu tải của cọc
Để đảm bảo chính xác sức chịu tải giới hạn của cọc đơn phải căn cứ vào tính chất trọng
yếu và cấp của công trình, điểu kiện thực tế địa chất công trình, yêu cầu thiết l;ế và tình
hình thi công công trình mà tổ chức thử tĩnh hoặc thử động có đủ độ tin cậy cho cọc đon và
lưu ý những điểm sau:
- Khi không thể tiến hành nén tĩnh cọc đơn đến tải trọng giới hạn thì cơ quan tư vấn thiết
k ế phải quy định tải trọng nén tối thiểu lên cọc theo quy định của tiêu chuẩn thử tn h cọc.

- Việc lựa chọn phương pháp thử tĩnh cọc đcfn phải dựa trên các tiêu chuẩn do cơ quan tư
vấn thiết k ế yêu cầu với sự chấp nhận của chủ đầu tư.
Khi rơi vào một trong những trường hợp sau đây thì phải thử nén tĩnh cọc đơn theo
phương thẳng đứng:
162