Bài giảng Kỹ thuật thi công (Phần 1: Công tác thi công đất): Chương 5 - Lương Hòa Hiệp

4/16/2013

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM
KHOA XÂY DỰNG

Chƣơng 5: (6 tiết)

HUTECH

GV. LƢƠNG TOÀN HiỆP

1

A. CÁC LOẠI CỌC VÀ CỪ

I. Cọc dùng gia cố nền đất
1. Cọc tre – cừ tràm:
Được sử dụng những vùng đất luôn luôn ẩm ướt, ngập
nước (cọc tre, cừ tràm làm việc tốt trong khoảng 50 – 60
năm hay lâu hơn, nếu trong môi trường ẩm ướt và ngược
lại sẽ nhanh chóng mục nát, nếu trong môi trường đất khô
ướt thất thường).

HUTECH

2

1


4/16/2013

Đặc điểm và yêu cầu của cọc tre
 Tre làm cọc phải là tre già (trên 2 năm tuổi)
 Tre phải thẳng và tươi (không cong vênh quá 1cm / 1m
chiều dài)

 Tre làm cọc nên dùng tre đặc, nếu sử dụng tre rỗng thì
độ dày tối thiểu của ống tre từ 10 – 15mm (khoảng trống
trong ruột tre càng nhỏ càng tốt).
 Chiều dài mỗi cọc tre từ 2 – 3m và có đường kính từ
60mm trở lên

HUTECH

3

 Đầu trên của cọc tre cưa vuông
góc với trục cọc và cách mắt tre
50mm, đầu dưới được vót nhọn
trong phạm vi 200mm và cách

mắt 200mm.

HUTECH

4

2

4/16/2013

Đặc điểm và yêu cầu của cừ tràm
 Với cừ dài 4 - 5m, đường kính gốc 10 - 12cm, ngọn 6 8cm và mật độ 25 cây/m² thì sức chịu tải của đất đạt từ
0,6 - 0,9 kg/cm².

 Cần thiết phải đóng cừ rộng ra ngoài diện tích móng, mỗi
cạnh từ 0,1 - 0,2m để tăng sức chống cắt của cung
trượt.
 Một thói quen cần tránh khi thi công là lấy cát phủ lên
đầu cừ sau khi đóng.

HUTECH

5

 Việc tính toán móng trên nền có cừ tràm cũng có thể
mang lại một số hiệu quả đáng kể:
 Tận dụng được vật liệu địa phương.
 Thích hợp cho công trình xây chen.
 Có đủ khả năng chịu tải trọng của
công trình từ 3 đến 5 tầng.

HUTECH

6

3

4/16/2013

2. Cọc gỗ:
Phạm vi áp dụng
 Được sử dụng chủ yếu trong gia cố nền móng những
công trình có tải trọng truyền xuống không lớn lắm
hoặc trong các công trình phụ tạm.
 Được sử dụng ở những vùng đất luôn luôn ẩm ướt,
ngập nước.

HUTECH

7

3. Cọc xi măng đất – xi măng cát

 Được phát triển từ các ứng dụng của cọc vôi đất từ
những năm 1960 ở Thụy Điển và ở Liên xô cũ. Nhật
bản là nước phát triển phương pháp này đầu tiên trên
thế giới.
 Để tạo cọc đất xi măng người ta dùng thiết bị khoan
đĩa xoắn vào trong đất với độ sâu tương ứng với

chiểu dài của cọc và xoay ngược chiều để rút lên.
 Vật liệu gia cố được bơm qua ống dẫn trong cần
khoan vào lòng đất.

HUTECH

8

4


4/16/2013

 Tác dụng hóa lý giữa vật liệu gia cố và đất xảy ra, quá
trình rắn chắc của đất phát triển theo thời gian và tạo
thành các cọc có sức chịu tải xác định.
 Cọc đất xi măng có tiết diện tròn, đường kính thường
là 60cm, độ dài có thể đến 25m.
 Cọc đất xi măng thích hợp để gia cố nền đường, móng
các bồn chứa, các công trình dân dụng có tải trọng
không lớn, các nhà từ 3 – 5 tầng ở các vùng đất yếu.

HUTECH

9

Các ứng dụng chủ yếu trong xây dựng:
- Ổn định thành hố đào
- Làm tường vây để xây dựng các công trình ngầm.
- Gia cố nền đất yếu để giảm độ lún và lún lệch cho công
trình.
- Tăng khả năng chống trượt của mái dốc, triền dốc.

- Tăng cường độ chịu tải của đất nền, bờ sông, biển.
- Ngăn sự hóa mềm để chống lún, lệch, trồi đất, thẩm thấu
mực nước ngầm.
- Cọc chịu tải của nhà xưởng, nhà cao tầng

HUTECH

10

5


4/16/2013

HUTECH

11

Thiết bị thi công gia cố nền bằng cọc xi măng cát
• Máy khoan tự hành
• Máy bơm vữa
• Máy trộn vữa
• Máy nén khí và các thiết bị phụ trợ khác…

Máy trộn và máy
bơm vữa xi măng cát

Thiết bị khoan cọc và
bơm vữa xi măng cát

HUTECH

HUTECH

12
12

6


4/16/2013

Thi công cọc xi măng đất

Dự án cải tạo kênh Tân Hóa – Lò Gốm

HUTECH

13

Thí nghiệm lấy mẫu cọc xi măng đất

Dự án cải tạo kênh Tân Hóa – Lò Gốm

HUTECH

14

7


4/16/2013

HUTECH

15

Các bƣớc cơ bản thi công cọc xi măng đất
Bước 1: Đinh vị máy khoan vào vị trí khoan cọc (bằng máy
toàn đạc điện tử.)
Bước 2: Bắt đầu khoan vào đất, quá trình mũi khoan đi
xuống đến độ sâu theo qui định thiết kế.
Bước 3: Bắt đầu bơm vữa theo qui định và trộn đều, tốc độ
mũi khoan đi xuống: 0,5m-0.7m/phút.
Bước 4: Tiếp tục hành trình khoan đi xuống, bơm vữa và
trộn đều, đảm bảo lưu lượng vữa thiết kế.

HUTECH

16

8


4/16/2013

Bước 5: Khi đến độ sâu mũi cọc, dừng khoan và dừng
bơm vữa và tiến hành quay mũi ngược lại và rút cần

khoan lên, quá trình rút lên kết hợp trộn đều 1 lần và nén
chặt vữa trong lòng cọc, nhờ vào cấu tạo mũi khoan. Tốc
độ rút cần khoan lên trung bình: 0.8m-1.2m/phút.
Bước 6: Sau khi mũi khoan được rút lên khỏi miệng hố
khoan, 01 cây cọc vữa được hoàn thành. Thực hiện công

tác dọn dẹp phần phôi vữa rơi vãi ở hố khoan, chuyển máy
sang vị trị cọc mới.

HUTECH

17

II. Các loại cọc của móng cọc

1. Cọc ống thép
a) Cọc ống thép nhỏ:
 Đường kính của ống từ 16 – 60cm, thành ống dày 6 –
14mm.
 Mũi cọc được làm nhọn và hàn kín để dễ đóng và
không cho đất vào bên trong ống.
 Sau khi đóng xong thì đổ bê tông vào trong ống để làm
tăng khả năng sử dụng của cọc.

HUTECH

18

9


4/16/2013

b) Cọc ống thép lớn:
Cọc ống thép nhồi bê tông, hiện đang được sử dụng
rộng rãi tại một số nước trên thế giới, dùng để thi công

các công trình có số lượng tầng hầm lớn, phù hợp cho
biện pháp thi công Topdown hay Bottum - Up.
 Cọc nhồi BTCT có tiết diện tròn, đường kính 600, 800,
1000, 1200, 1500, 1800 …3000.
 Chiều dài cọc có thể đến 70m
 Sức chịu tải lớn có thể lên đến hàng ngàn tấn.
 Được sử dụng công trình nhiều tầng, móng trụ cầu …

HUTECH

19

HUTECH

20

10


4/16/2013

King post hạ xuống, và đang được treo trên ống vách của cọc khoan nhồi

HUTECH

21

HUTECH

22

11


4/16/2013

2. Cọc vít.
 Cọc là một ống rỗng bằng kim loại phần đầu
dưới có cánh thép và xoắn ốc.
 Khả năng chịu tải của cọc vít rất lớn (bằng 10
– 15 lần các loại cọc khác có cùng độ dài và
đường kính).
 Cọc vít sử dụng ở những công trình khu vực
có gió bão lớn và gió xoáy.
 Có những loại cọc vít lớn, sức chịu tải đến
1000T, ống cọc được lấp kín bằng bê tông.

HUTECH

23

Các loại cọc vít

HUTECH

24

12

4/16/2013

3. Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn.
 Cọc BTCT đúc sẵn thường có tiết diện hình vuông:
200x200,

250x250,

300x300,

350x350,

400x400,

450x450...
 Chiều dài của mỗi đoạn cọc từ 6 – 11.7m, cọc của các
công trình cảng dài tới 25m hay hơn nữa.
 Chiều dài và tiết diện của cọc bị giới hạn bởi công suất
các thiết bị , phương tiện vận chuyển và đóng cọc.
 Ngoài ra, chiều dài và tiết diện của cọc còn có sự

tương quan với nhau.

HUTECH

25

HUTECH

26

13


4/16/2013

HUTECH

27

4. Cọc bê tông cốt thép ứng suất trƣớc.
 Ứng suất trước làm cho cấu kiện cọc có thể chịu được
ứng suất kéo trong suốt quá trình chuyên chở và dưới
các điều kiện làm việc bình thường.
 Cọc bê tông ứng suất trước có tính ưu việt ở khả năng
chịu cắt và chịu uốn cao, độ bền lớn và có tính kinh tế
so với loại cọc khác.

HUTECH

28

14


4/16/2013

a) Ƣu nhƣợc điểm của cọc dự ứng lực
 Ƣu điểm: Khả năng chịu cắt và chống uốn cao, có độ bền
lớn, đặc biệt có khả năng chịu kéo và tránh gây nứt cọc.

HUTECH

29

 Nhƣợc điểm:
 Do sử dụng bê tông và cốt thép cường độ cao nên chi
phí về vất liệu sẽ tốn hơn cọc thường cùng tiết diện.
 Kỹ thuật chế tạo phức tạp hơn, đòi hỏi đội ngũ kỹ thuật
lành nghề.
 Phải sử dụng thiết bị chuyên dùng để thi công đóng
hoặc ép cọc.
 Chi phí đầu tư dây chuyền sản xuất, lắp đặt thiết bị lớn.

HUTECH

30

15


4/16/2013

b) Mối nối và vấn đề liên kết các đoạn trong cọc UST.
 Phương pháp dùng các thanh thép có đường kính lớn:
sử dụng các thanh thép được đúc trên đầu cọc khi cọc
đã được đóng tới vị trí thiết kế, thanh thép được đặt
vào các vị trí có lỗ trống đã chế tạo sẵn hoặc khoan
trên đầu cọc sau đó được phụt vữa liên kết. sau khi đổ
vữa việc liên kết cọc vào đài thực hiện theo cách thông

thường.
 Việc nối 2 đoạn cọc UST phức tạp hơn rất nhiều so với
cọc thường. Hiện nay ở Việt nam hay sử dụng liên kết
hàn mặt bích để nối các đoạn cọc.

HUTECH

31

HUTECH

32

16


4/16/2013

c) Một số tiêu chuẩn thiết kế và chế tạo cọc UST.
 Tiêu chuẩn chế tạo cọc UST theo TCVN 7888-2008
“CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG LỰC TRƢỚC”
 Tiêu chuẩn thiết kế, hiện nay cọc UST đƣợc tính
toán phổ biến nhất theo ACI 318-95.

HUTECH

33

c) Phân loại cọc theo TCVN 7888-2008.
 Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước thường (PC) là cọc

bê tông ly tâm ứng lực trước được sản xuất bằng
phương pháp quay li tâm, có cấp độ bền ≥ B40.
 Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cường độ cao (PHC)
là cọc bê tông ly tâm ứng lực trước được sản xuất
bằng phương pháp quay li tâm, có cấp độ bền ≥ B60
 Cọc PC - PHC được phân thành 3 cấp A, B và C theo
giá trị mômen uốn nứt và ứng suất hữu hiệu tính toán.
Sinh viên tự nghiên cứu TCVN 7888-2008 và ACI 318 - 95

HUTECH

34

17


4/16/2013

Các đặt điểm cọc Barette
 Cọc có tiết diện chữ nhật, cạnh ngắn từ 0,4m đến 1m,
cạnh dài từ 2 – 6m, chiều sâu có thể đến 60m.
 Cọc barette có thể thi công theo tiết diện bất kì, sức
chịu tải của cọc rất lớn, được sử dụng trong các nhà
nhiều tầng có chiều cao và tải trọng lớn.
 Cọc barette còn được nối với nhau tạo thành bức
tường liên tục có khả năng cách nước, được dùng là
tường công trình ngầm, tường chắn rất hiệu quả.

HUTECH

35

B. THIẾT BỊ THI CÔNG CỌC VÀ CỪ

I. Búa đóng cọc Diesel
Búa diesel kiểu ống dẫn:
Piston là vật nặng rơi trong
ống dẫn hướng (xilanh) để
tạo ra lực đóng cọc.

HUTECH

36

18


4/16/2013

 Búa diezen có 2 loại: Diezen đơn động và diezen
song động.
a. Búa diezen đơn động
Động cơ diezen khi nổ sẽ nâng chày lên cao và rơi
xuống đập vào cọc dưới trọng lượng bản thân chày. Trọng
lượng chày có thể tới 2500kg, tốc độ đóng chậm nên năng
suất đóng cọc không cao. Có thể đóng được những cọc
BTCT có kích thước cạnh đến 45cm.

HUTECH

37

b. Búa diezen song động
+ Hoạt động theo nguyên lý động cơ nổ hai thì, động cơ
diezen khi nổ sẽ nâng chày lên và ép chày khi rơi

xuống.
+ Trọng lượng chày từ 140 ÷ 2500kg.
+ Số nhát đóng trong một phút 45 ÷ 100 nhát.
+ Được sử dụng để đóng những cọc gỗ, cọc thép, cọc bê
tông cốt thép loại nhỏ, cọc ống có đường kính nhỏ hơn
hoặc bằng 45cm và các loại ván dài không quá 8m.

HUTECH

38

19


4/16/2013

Nhƣợc điểm của búa diezen:
Năng lượng nhát búa tiêu hao
đến 50 ÷ 60%. Vào việc nén ép
lớp không khí, hay bị câm
(không nổ được) khi đóng

những cọc mãnh xuống đất
mềm.

HUTECH

39

c. Nguyên lý hoạt động
Giai đoạn 1: Khởi động búa
Dùng móc kéo piston lên cao,
không khí nạp vào xi lanh qua
lỗ, rãnh sẽ điều khiển bơm
dầu vào lõm với áp suất
khoảng 1,5 đến 2 kG/cm2. Khi
móc va chạm vào cò thì móc
trượt khỏi piston, piston rơi tự
do.

HUTECH

40

20


4/16/2013

Giai đoạn 2 : Piston rơi và nén không khí
Piston rơi xuống đóng kín lỗ thoát nạp khí thì không khí
trong xilanh bắt đầu được nén, áp suất và nhiệt độ tăng,
vào cuối hành trình, áp suất khoảng 30 kG/cm2, nhiệt độ
khoảng 600C. Khi phần lồi trên piston va đập vào phần lõm

trên đế búa thì truyền lực đóng cọc, đồng thời làm cho dầu
văng tung toé thành những hạt nhỏ.

HUTECH

41

Giai đoạn 3: Hỗn hợp nhiên liệu cháy và giãn nở sinh công
Dầu diesel ở trạng thái những hạt nhỏ hoà trộn với không
khí ở nhiệt độ và áp suất cao sẽ tự bốc cháy, áp suất và
nhiệt độ trong xilanh tăng nhanh. Một phần áp lực khí cháy
sẽ đẩy piston lên cao, phần còn lại tác dụng lên đế búa và
truyền xuống cọc.

HUTECH

42

21


4/16/2013

Giai đoạn 4: thải khí cháy, nạp khí mới, điều khiển bơm dầu
Khi piston văng lên đi qua lỗ thoát nạp khí thì khí cháy thoát
nhanh ra ngoài, piston tiếp tục đi lên theo quán tính lại hút
không khí vào xilanh, rãnh trên piston lại điều khiển bơm
bơm dầu vào lõm. Vận tốc piston giảm dần đến không rồi rơi
xuống tiếp tục một chu kỳ khác.
Muốn cho búa dừng thì giật dây điều khiển cho bơm dầu

ngừng hoạt động.

HUTECH

43

Với nguyên lý hoạt động nhƣ trên, trong một chu kỳ có
hai thành phần lực tác dụng lên cọc: lực động do piston
va đập vào đế búa và lực do hỗn hợp khí cháy giãn nở
sinh công.

HUTECH

44

22


4/16/2013

HUTECH

45

d. Sơ đồ đóng cọc
 Sơ đồ khóm cọc: Áp dụng khi đóng những cọc dưới
móng cọc độc lập hay các móng trụ cầu. Khi đóng ta bắt
đầu từ cọc giữa đóng ra xung quanh.

 Sơ đồ cọc chạy dài: Áp dụng khi đóng những cọc dưới

những móng băng liên tục, gồm một hay một vài hàng cọc
chạy dài song song. Khi đóng giá búa được chuyển theo
các hàng cọc.

HUTECH

46

23


4/16/2013

 Sơ đồ ruộng cọc: Áp dụng khi đóng những cọc dưới
móng bè hay cọc để gia cố nền. Khi đóng ta đóng từ giữa

ra. Khi ruộng cọc lớn thì có thể phân ra thành các khu, mỗi
khu cọc sẽ đóng theo từng nhóm một.

HUTECH

47

e. Chọn búa đóng cọc
 Xác định năng lượng xung kích của búa bằng công thức:

Trong đó:
 E: Năng lượng xung kích của búa (được cho
trong tính năng kỹ thuật của búa.
 v: Tốc độ rơi của búa (m/g)

 g: Gia tốc trọng trường (m/g2)
 Q: Trọng lượng phần chày của búa (kg)

HUTECH

48

24


4/16/2013

 Chọn búa đóng cọc theo năng lượng nhát búa bằng
công thức:
E ≥ 0,025P

Trong đó:
 E: Năng lượng xung kích của búa (được cho trong
tính năng kỹ thuật của búa.
 P: Tải trọng cho phép của cọc (T)

HUTECH

49

Kiểm tra lại bằng công thức:

Trong đó:
 K: Hệ số chỉ sự thích dụng của búa

 Q: Trọng lượng tổng công của búa
 q: Trọng lượng của cọc (kg)

HUTECH

50

25