Bài giảng Thiết kế và xây dựng mố trụ cầu: Chương 5 - TS. Nguyễn Ngọc Tuyển (P3)

9/28/2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Bộ môn Cầu và Công trình ngầm

Website: 

Website:  />
THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG 
MỐ TRỤ CẦU
TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN
Website môn học:  />Hà Nội, 8‐2013

5.4. Đổ bê tông dưới nước
• Các trường hợp cần áp dụng đổ bê tông dưới nước:
– Bê tông bịt đáy hố móng
• Hút nước trong hố móng hoặc vòng vây không cạn (do nước
ngầm, nước mặt, cát chảy hoặc trồi)

– Đổ bê tông ruột cọc ống (bê tông nhồi)
– Đổ bê tông cọc khoan nhồi bằng ống rút thẳng đứng
– Đổ bê tông bịt đáy giếng chìm
– Đổ bê tông các bộ phận nằm sâu dưới nước…
429

1


9/28/2013

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
• Một số vấn đề chính khi đổ bê tông dưới nước:
– Xi măng có xu hướng bị rửa trôi
– Các thành phần hạt nhỏ bị phân tách khỏi thành phần hạt thô
và khó khống chế
– Không đầm được bê tông, dễ tạo lỗ rỗng trong bê tông
– Chất lượng bê tông khó kiểm soát và kiểm tra
– Khi xảy ra sự cố như tắc ống đổ, sập vách thì rất khó khắc phục
430

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
• Một số yêu cầu khi đổ bê tông dưới nước:
– Với vật liệu:
• Xi măng phải dùng loại tốt hàm lượng cao
• Bê tông phải có độ linh động tốt (độ sụt cao)
• Cốt liệu nhỏ để có thể chèn vào các khe giữa các cốt thép

– Với nền đất:
• Nền đất đá trước khi đổ phải sạch sẽ, bằng phẳng
• Nếu là nền đá, các chỗ có mô đá phải cho thợ lặn bạt phẳng, các chỗ
lõm trên nền đá phải san lấp đá dăm cho bằng phẳng

– Với thiết bị:
• Khuôn đổ bê tông dưới nước phải đảm bảo chất lượng cao hơn nhưng
cấu tạo yêu cầu đơn giản hơn khi đổ khô.
431

2

9/28/2013

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
– Kiểm tra độ sụt của bê tông.

432

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
• Các phương pháp đổ bê tông dưới nước:
– Phương pháp thủ công;
– Phương pháp mở đáy;
– Phương pháp ống rút thẳng đứng;
– Phương pháp vữa dâng.

433

3


9/28/2013

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
5.4.1. Phương pháp thủ công
– Thợ lặn sẽ đổ bê tông tươi đựng trong các bao tải hoặc túi
plythene, đường kính 0.5m, dài khoảng 1.2m ; đáy thắt dây
thừng và buộc nút thòng lọng để dễ dàng tháo mẻ bê tông vào
vị trí cần đổ ở dưới nước.
– Phương pháp này chậm, vất vả và chất lượng không cao, chỉ
phù hợp với những khối lượng bê tông cần đổ dưới nước
không lớn ví dụ như để bịt các khe hở ở chân vòng vây.

434

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
5.4.2. Phương pháp mở đáy
– Dùng một loại thùng đặc biệt, chứa đầy bê tông tươi.
– Sử dụng cẩu hạ thùng xuống nước tới đáy hố móng sau đó
kích hoạt cơ cấu mở đáy thùng để giải phóng bê tông.
– Cần phải kiểm tra để đảm bảo chắc chắn nắp đáy thùng đã
được mở hết trước khi thùng được kéo lên khỏi mặt nước.
– Lưu ý không được để tình trạng bê tông rơi trong nước
435

4


9/28/2013

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
• 5.4.3. Phương pháp ống rút thẳng đứng
– Ống rút thẳng đứng còn được gọi là ống Tremie.
– Đây là phương pháp cơ bản nhất để thi công bê tông dưới
nước vì bảo đảm chất lượng, cho năng suất cao và hầu như cơ
giới hóa được toàn bộ các công việc.
– Nguyên tắc của phương pháp ống rút thẳng đứng như sau:
• Bê tông tươi được đổ vào miệng phễu ở đầu ống và được chảy
trong ống dẫn một cách liên tục (không đứt đoạn) xuống đáy hố
móng ngập nước ở dưới. 
• Ống chỉ được di chuyển thẳng đứng và miệng đáy ống luôn ngập
trong khối bê tông vừa đổ từ 0.8 đến 1.5m

436

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
– Ống rút thẳng đứng còn được gọi là ống Tremie.

Để ngăn đợt bê tông đầu tiên tiếp xúc với nước, cần
dùng nút xốp hoặc quả cầu xốp treo dưới đáy phễu. 

437

5


9/28/2013

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
– Bố trí nhiều ống đổ bê tông đối với hố móng rộng.

hBT

• Khoảng cách các ống đổ:
– Không quá lớn để bê tông có thể chảy kín
– Lấy bằng 2‐3 lần chiều dày lớp bê tông định đổ hBT
– Thường lấy khoảng 2.5 đến 5m.
438

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
• Bố trí ống đổ bê tông (theo quy trình cũ):
– Nếu hố móng rộng, số lượng ống đổ phải xác định dựa vào các
điều kiện sau:

1. Bán kính tác dụng của ống ≤ 6m
2. Vùng tác dụng của các ống đứng cách nhau phải phủ
chườm lên nhau từ 10‐20% bán kính tác dụng.
3. Bán kính tác dụng tính toán của ống R
R  6 k l
trong đó:
• k = chỉ số đảm bảo độ lưu động của vữa bê tông không nhỏ
hơn 0.7 đến 0.8 giờ; 
• l = tốc độ đổ bê tông (m/giờ) không nhỏ hơn 0.3 (m/giờ).
439

6


9/28/2013

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
• Yêu cầu cấu tạo ống Tremie
– Để ngăn nước chảy vào đợt bê tông đầu tiên cần phải: 
• Bố trí quả cầu bằng
xốp ở đáy phễu, hoặc
• Bịt kín đầu ống bằng
nắp thép, nút gỗ, cao su ...

– Ngoài ra, các đoạn ống phải
được liên kết khít với nhau
và có gioăng cao su.
440

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)

– Bịt đầu ống Tremie

441

7


9/28/2013

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
– Để đổ vữa bê tông vào lỗ cột
ống và lỗ giếng khoan cần phải
sử dụng ống đổ bê tông đường
kính 300mm.

442

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
– Để đổ hỗn hợp bê tông vào hố móng và giếng chìm cần sử
dụng ống đổ bê tông có đường kính φ = 200‐300mm, phụ
thuộc vào cường độ đổ bê tông. 
Có thể tham khảo số liệu sau:
• Khi cường độ đổ bê tông là 11m3/h thì φ = 200mm;
• Khi cường độ đổ bê tông là 17m3/h thì φ = 250mm;
• Khi cường độ đổ bê tông là 25m3/h thì φ = 300mm.

– Bề dày của thành ống đổ bê tông phải từ 4‐5mm, còn khi đổ
bê tông kiểu rung thì bề dày này phải từ 6‐10mm;
– Ống phải đủ nặng để không bị đẩy nổi khi chưa có bê tông.
443

8


9/28/2013

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
• Các vấn đề cần lưu ý khi dùng ống Tremie
– Khống chế cao độ đáy ống
•
•
•
•

Theo dõi khối lượng bê tông đổ xuống
Dùng quả dọi kiểm tra cao độ mặt bê tông
Vạch thước trên ống để xác định cao độ đáy ống
Kỹ thuật lái cẩu cần có kinh nghiệm

– Tránh/giảm tắc ống
• Rút ống lên xuống trong quá trình đổ (trong phạm vi cho phép)
• Không dùng búa gõ ống vì có thể gây móp ống
• Không được di chuyển ống theo phương ngang

– Ống phải có giá đỡ chắc chắn, tránh bị rơi
444

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
5.4.4. Phương pháp vữa dâng
– Nguyên lý:

• Cốt liệu lớn (sỏi đá) được đổ trước vào hố móng
• Vữa xi măng cát được phun qua các ống dẫn vào lấp đầy khe giữa các
cốt liệu lớn.

– Có thể áp dụng khá hiệu quả để làm bê tông bịt đáy hố móng
– Phương pháp này có ưu điểm là khối lượng vật liệu qua máy
trộn chỉ vào khoảng 1/3 thể tích bê tông cần đổ dưới nước => 
giảm được thiết bị trộn; giảm được kích thước giàn giáo (hoặc
hệ thống nổi) => rất có ý nghĩa kinh tế.
– Vữa được trộn như thông thường nhưng có thể cho thêm phụ
gia như bụi tro để tăng hoạt tính hoặc phụ gia giảm thời gian
đông kết của bê tông.
445

9


9/28/2013

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
• Trình tự thi công phương pháp vữa dâng
1. Bố trí các ống vách có lỗ đục cách đều nhau trong hố móng
(có thể là ống thép hoặc ống nhựa PVC).
2. Đổ cốt liệu thô, cỡ hạt tối thiểu 12.5mm (tốt nhất là 25mm) 
vào hố móng bằng thùng hoặc ben.
3. Hạ miệng ống phun vữa, luồn vào các ống vách đục lỗ cho tới
khi đầu ống trạm đáy
4. Bơm vữa gồm hỗn hợp xi măng – cát cho dâng lên dần lấp
kín các khe rỗng của khối đá dăm đồng thời dồn nước lên
trên.

5. Nâng ống phun vữa từ từ cho đến khi cả khối cốt liệu thô
được lấp đầy vữa.
446

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
• Lưu ý khi thi công phương pháp vữa dâng
– Sử dụng phương pháp vữa dâng ở những nơi có dòng chảy
phải thận trọng vì có nguy cơ vữa xi măng bị rửa trôi nhất là
khi trong nước có bùn phù sa hoặc chất hữu cơ.
– Yêu cầu phải lựa chọn vật
liệu cẩn thận, kiểm tra chặt
chẽ quá trình thi công, nhất
là khâu phun vữa phải đảm
bảo vữa dâng đều trên toàn
bộ bề mặt hố móng.

447

10


9/28/2013

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
5.4.5. Thi công lớp bê tông bịt đáy hố móng
– Tại sao lại cần lớp bê tông bịt đáy hố móng???
• Khi không thể hút nước ra khỏi hố móng (do có hiện tượng
cát chảy hoặc lưu lượng nước chảy vào hố móng quá lớn…) 
thì cần đổ bê tông bịt đáy sử dụng các phương pháp đổ bê
tông trong nước.

– Khi bê tông bịt đáy đạt khoảng 50% cường độ thiết kế thì có
thể hút cạn nước trong hố móng và tiến hành đổ bê tông bệ
móng.
– Trước khi đổ bê tông bệ móng cần phải phá bỏ lớp mặt bê
tông bịt đáy từ 10‐15cm.
– Bê tông bịt đáy không tính vào chịu lực của kết cấu.
448

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
– Tính toán chiều dày lớp bê tông bịt đáy theo 2 điều kiện sau:
• (1) Thắng áp lực
đẩy nổi
• (2) Đảm bảo không
bị vỡ do uốn khi
áp lực nước từ
dưới đẩy lên

449

11


9/28/2013

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
– Điều kiện 1: trọng lượng lớp bê tông bịt đáy phải thắng được
sức đẩy nổi của nước:
+ Nếu bỏ qua ma sát giữa cọc và bê tông bịt đáy
n  b  x  F   n  h  F  x 

n h
n  b

trong đó:
•
•
•
•
•
•

x = chiều dày lớp bê tông bịt đáy (m);
h = khoảng cách từ mực nước thi công tới đáy hố móng(m);
γb = trọng lượng riêng của bê tông, lấy bằng 2.5T/m3;
γn = trọng lượng riêng của nước, lấy bằng 1T/m3;
n = hệ số tải trọng, lấy bằng 0.9;
F = diện tích hố móng (m2);
450

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
+ Nếu kể đến ma sát giữa cọc và bê tông bịt đáy
k  n   b  x  F  k  m  u  x    n  h  F
n hF
 x
 n   b  F  m  u   k
trong đó:
•
•
•
•

•
•
•
•
•

F = diện tích hố móng (m2);
m = số lượng cọc trong móng;
u = chu vi cọc (m)
x = chiều dày lớp bê tông bịt đáy (m);
h = khoảng cách từ mực nước thi công tới đáy hố móng(m);
γb = trọng lượng riêng của bê tông, lấy bằng 2.5T/m3;
γn = trọng lượng riêng của nước, lấy bằng 1T/m3;
k = hệ số điều kiện làm việc, lấy bằng 0.9;
τ = lực ma sát đơn vị giữa cọc và bê tông bịt đáy, lấy bằng 2T/m2;
451

12


9/28/2013

Đổ bê tông dưới nước (t.theo)
– Điều kiện 2: kiểm toán cường độ lớp bê tông bịt đáy
+ Thiên về an toàn có thể giả thiết lớp bê tông bịt đáy làm việc
như một dầm đơn giản (có nhịp là khoảng cách giữa 2 tường
cọc ván) chịu uốn
do tải trọng phân
q
bố đều “q” gây ra.

+ Kiểm toán 1m bề rộng lớp bê tông bịt đáy: q   n  h   b  x
M max 

qL2
8





M max
 Rk
W
x

• Rk = cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông
• W = mô men kháng uốn = W 

I  1 x3   x  x 2

:  
y  12   2  6

1m

452

5.5. Thi công cọc khoan nhồi
• Trình tự thi công cọc khoan nhồi:
– Định vị cọc

– Dựng giàn giáo, khung dẫn hướng (nếu có)
– Tiến hành khoan tạo lỗ và giữ vách lỗ trong quá trình khoan
• Giữ vách lỗ khoan bằng ống vách và/hoặc dung dịch bentonite

–
–
–
–
–
–
–
–

Khoan mở rộng đầu cọc (nếu cần)
Làm sạch đáy lỗ/hố
Lắp đặt cốt thép
Lắp đặt ống đổ bê tông (ống Tremie)
Thổi rửa hố khoan
Đổ bê tông cọc
Rút vách ống (nếu có)
Bảo dưỡng bê tông.
453

13


9/28/2013

Thi công cọc khoan nhồi (t.theo)
• Các quá trình thi công cọc khoan nhồi

454

Thi công cọc khoan nhồi (t.theo)
Thi công cọc khoan nhồi có mở rộng mũi cọc

455

14


9/28/2013

Thi công cọc khoan nhồi (t.theo)
• Phân loại cọc khoan nhồi
– Phân loại theo kích thước (TCXD 205‐1998)
• Cọc nhỏ đường kính ≤ 600mm
• Cọc lớn đường kính > 600mm

– Theo khả năng chịu lực của nền
• Cọc chống
• Cọc ma sát (cọc treo)
• Cọc hỗn hợp (cả chống và ma sát)

– Theo công nghệ thi công
• Đúc khô
• Dùng ống vách
• Dùng vữa sét (bentonite)
456

Thi công cọc khoan nhồi (t.theo)
• Cọc chống
– Mũi cọc nằm trong đất cứng hoặc đá, 
do đó hầu như không có chuyển vị khi
cọc chịu tải trọng.
– Phần lớn sức chịu tải của nền được
truyền tại mũi cọc.
– Sức chịu tải của nền truyền qua lực ma
sát ở thân cọc có thể bỏ qua khi thiết
kế cọc.
Pđn = P mũi cọc

457

15


9/28/2013

Thi công cọc khoan nhồi (t.theo)
• Cọc ma sát
– Mũi cọc không nằm trong đất cứng
hoặc đá, do đó có chuyển vị khi
cọc chịu tải trọng.
– Sức chịu tải của nền được truyền
tại mũi cọc và lực ma sát ở thân cọc
Pđn = P mũi cọc + P ma sát

458

5.5.1. Công nghệ đúc khô (cọc SHIN‐SO)
Công nghệ đúc khô
(thi công cọc Shin‐so)
– Đúc cọc trên cạn:

Cọc Shin‐so cầu Bãi Cháy
Xem video chi tiết thi công móng cầu Bãi Cháy:
/>459

16


9/28/2013

Thi công cọc SHIN‐SO (t.theo)
– Shin‐so Pile Procedures

460

Thi công cọc SHIN‐SO (t.theo)
– Cọc Shin‐so

CONCRETE PUMP

FILLED GROUT

DIA

4 Reinforcement Bar

5 Placing Concrete

6 Grouting

Installation

Shin-so Pile Characteristics
 Not require major construction equipment
 Not cause negative environmental impact
 Able to confirm the bearing strata by direct eye inspection

461

17


9/28/2013

Thi công cọc SHIN‐SO (t.theo)
– Cọc Shin‐so

462

Thi công cọc SHIN‐SO (t.theo)
– Rebar Assembling & Casting Concrete

463

18

9/28/2013

5.5.2. Công nghệ dùng ống vách
– Áp dụng ống vách khi:
• Hố khoan có nước mặt, nước ngầm
• Hố khoan qua đất sét chảy hoặc đất
rời, dễ bị sập vách lỗ
• Có thể kết hợp với dung dịch khoan
hoặc vữa sét để giữ ổn định thành
hố khoan
• Ống vách có thể để lại hoặc lấy đi
khi đổ bê tông cọc (lưu ý rút ống
vách khi bê tông còn ướt và phải
bù thêm bê tông nếu cần)
464

Công nghệ dùng ống vách (t.theo)
• Trình tự thi công dùng ống vách

465

19


9/28/2013

5.5.3. Công nghệ giữ vách bằng dung dịch khoan
– Áp dụng :
• Có thể sử dụng để thay thế ống vách

• Có khả năng giữ ổn định thành hố và ngăn nước ngầm chảy vào

– Yêu cầu:
• Dung dịch khoan phải có tỷ trọng khá cao để thắng áp lực nước
ngầm và lực đẩy ngang của đất
• Phải kiểm soát và đảm bảo các chỉ tiêu cơ lý của dung dịch khoan
trong quá trình khoan
• Ví dụ:

‐ Tỷ trọng: 1.05 – 1.15 T/m3
‐ Độ nhớt: 18‐45s khi chảy qua phễu 500‐700cc
‐ Độ pH: 7‐9
466

C.nghệ giữ vách bằng dung dịch khoan (t.theo)
• Trình tự thi công sử dụng dung dịch khoan

467

20


9/28/2013

5.5.4. Chế tạo và lắp dựng lồng thép
– Cấu tạo lồng thép:
• Cốt chủ sử dụng thép có gờ
đường kính D12‐32mm
• Cốt đai sử dụng thép trơn,
đường kính D6‐16mm, với

bước đai từ 15‐20cm
• Thép định vị, đặt cách nhau
từ 2‐3m dọc theo lồng thép
để giữ cự ly các thép chủ
• Tai định vị dài 400‐600mm để
giúp tránh lệch tâm khi hạ
lồng thép và để đảm bảo chiều
dày lớp bê tông bảo vệ
• Móc treo để cẩu lồng thép
468

Chế tạo và lắp dựng lồng thép (t.theo)
– Lắp hạ lồng thép:
• Chiều dài mỗi đốt lồng thép thông thường khoảng 8m
• Lắp hạ đoạn lồng thép đầu tiên vào lỗ khoan, treo tạm vào
ống vách
• Cẩu lắp đoạn lồng tiếp theo nối tiếp vào đoạn lồng trước. 
• Tiến hành hàn hoặc buộc các thép chủ đồng thời lưu ý định
vị các cốt chủ thẳng với nhau.
• Buộc cốt đai vào vị trí nối lồng thép
• Dùng cẩu nhẹ nhàng hạ lồng thép
• Tiếp tục quá trình lắp‐nối‐hạ cho đến khi hết chiều dài lồng
thép.
469

21


9/28/2013

Chế tạo và lắp dựng lồng thép (t.theo)
– Lắp hạ lồng thép:

470

Chế tạo và lắp dựng lồng thép (t.theo)

471

22


9/28/2013

5.5.5. Đổ bê tông cọc khoan nhồi
 Cần xét 2 trường hợp: (1) Lỗ khoan không có nước và (2) Lỗ
khoan có nước.
– Trường hợp 1: Lỗ khoan không có nước
• Tiến hành đầm chặt nền đất ở đáy hố
• Đổ bê tông bằng xe đẩy, ben ô tô hoặc trực tiếp bằng máy
trộn qua ống đổ hoặc ống vòi voi để tránh phân tầng bê
tông
• Bê tông cần có độ sụt từ 7.5‐10cm
• Hàm lượng xi măng ≥ 300kg/m3 bê tông

472

Đổ bê tông cọc khoan nhồi (t.theo)

473

23


9/28/2013

Đổ bê tông cọc khoan nhồi (t.theo)
– Trường hợp 2: Lỗ khoan có nước hoặc dung dịch khoan
• Thường sử dụng phương pháp ống rút thẳng đứng (ống
Tremie), tương tự như khi đổ bê tông bịt đáy.
• Trình tự như sau:
– Thổi rửa làm vệ sinh lỗ khoan
– Hạ lồng thép đến cao độ thiết kế
– Lắp ống đổ (Tremie) vào phễu đổ bê tông
– Thổi rửa hố khoan trước khi đổ bê tông
– Đổ bê tông liên tục vào miệng phễu và rút dần ống đổ lên

474

Đổ bê tông cọc khoan nhồi (t.theo)
– Vệ sinh đáy lỗ khoan
• Thổi rửa mạt khoan nhằm tránh để chúng lắng đọng ở đáy
hố khoan trước khi đổ bê tông.
– Nếu không vét hết cặn lắng, khi đổ bê tông sẽ tạo ra những ổ 
mùn đất làm giảm sức chịu tải của cọc.

• Hút dung dịch khoan có mạt khoan ra ngoài và bù dung 
dịch khoan sạch vào hố khoan
• Thời gian cho phép từ khi vệ sinh xong hố khoan đến khi đổ
bê tông là không quá 03 giờ (khi đúc cọc trong dung dịch

khoan) và không quá 02 giờ (khi đúc cọc trong nước mà
không có dung dịch khoan). Nếu để lâu hơn phải thổi rửa
lại.
• Thông thường phải làm vệ sinh hố khoan ít nhất 2 lần: (1) 
ngay sau khi khoan và (2) ngay trước khi đổ bê tông.
475

24


9/28/2013

Đổ bê tông cọc khoan nhồi (t.theo)
– Hỗn hợp bê tông cho lỗ khoan có nước hoặc dung dịch khoan:
• Cấp bê tông: C30
• Hàm lượng xi măng ≥ 350‐400kg/m3 bê tông
• Độ sụt: 12.5‐18cm
• Kích thước cốt liệu không lớn quá các trị số sau





¼ khoảng cách cốt đai
½ khoảng cách cốt chủ
½ chiều dày lớp bảo vệ
¼ đường kính ống đổ

• Đá dăm: 5‐20mm; Cát <5mm
• Hàm lượng cát: ≤ 50%

• Tỷ lệ N/X = 0.5‐0.55
476

Đổ bê tông cọc khoan nhồi (t.theo)
– Ống và phễu đổ bê tông:
• Làm bằng thép dày từ 6‐8mm
• Ống phải kín khít
• Phải làm sạch cả trong và ngoài ống đổ
• Đường kính ngoài ≤ ½ đường kính cọc (thông thường ống
đổ có đường kính > 200mm)
• Chiều dài mỗi đoạn ống từ 1‐4m
477

25