Chuyển sang Ebook tháng 8 -2007 bởi: XanhXanh

Bài 7

CÔNG TÁC THI CÔNG NỀN MÓNG

Giảng viên: PGS., TS. Nguyễn Bá Kế

1.     Nguyên tắc chung trong giám sát                                                                            2

2.     Nền móng tự nhiên                                                                                         8

3.     Nền cần gia cố                                                                                                         10

3.1.          Bấc thấm, vải địa kỹ thuật                                                                        10

3.2.          Bơm ép vữa                                                                                            13

3.3.          Gia cố nền bằng phương pháp hoá học                                                    13

3.4.          Làm chặt đất bằng đầm, lu lèn trên mặt/chiều sâu                                      15

4.     Thi công móng cọc                                                                                         17

4.1.         Cọc chế tạo sẵn                                                                                      19

4.1.1.   Giai đoạn sản xuất                                                                              19

4.1.2.   Giai đoạn tháo khuôn, xếp kho, vận chuyển                                         22

4.1.3.   Lựa chọn búa đóng cọc                                                                      22

4.1.4.   Mối nối cọc và mũi cọc                                                                      23

4.1.5.   Trình tự đóng cọc                                                                              23

4.1.6.   Tiêu chuẩn dừng đóng cọc                                                                 24

4.1.7.   Chấn động và tiếng ồn                                                                        25

4.1.8.   Một số sự cố thường gặp                                                                    28

4.1.9.   Nghiệm thu công tác đóng cọc                                                            29

4.2.         Cọc khoan nhồi                                                                                     30

4.2.1.   Yêu cầu chung                                                                                   30

4.2.2.   Khối lượng kiểm tra và cách xử lý                                                       31

4.2.3.   Kiểm tra chất lượng lỗ cọc                                                                  34

4.2.4.   Kiểm tra lồng thép và lắp đặt ống đo                                                   40

4.2.5.   Kiểm tra chất lượng bê tông và công nghệ đổ bê tông                          41

4.2.6.   Kiểm tra chất lượng thân cọc                                                               42

4.2.7.   Kiểm tra sức chịu tải của cọc                                                              48

4.2.8.   Một số hư hỏng thường gặp trong thi công cọc khoan nhồi                  50

4.2.9.   Nghiệm thu cọc khoan nhồi và đài                                                       53

5. Thi công hố đào                                                                                               54

Hình vẽ, biểu đồ                                                                                         59

THI CÔNG NỀN MÓNG

PGS.TS. Nguyễn Bá Kế

Giám sát xây dựng nền móng là một trong những công việc rất đa dạng và khá phức tạp tại hiện trường, đòi hỏi người kỹ sư giám sát cần có trình độ hiểu biết, kinh nghiệm và phẩm chất cao vì những lý do sau đây:

•     Thường có sự không ăn khớp giữa điều kiện đất nền lúc thăm dò để thiết kế và lúc thi công;

•     Công nghệ dùng trong thi công nền móng có thể khác nhau trên cùng một công trình (nền tự nhiên, nền cọc, nền cần gia cố, đào trên khô, dưới mức nước ngầm, ngoài lòng sông, đào ép ngầm);

•     Trong quá trình thi công thường bị chi phối bởi ảnh hưởng của sự thay đổi thời tiết (nóng khô, mưa bão, lụt lội..) điều đó có ý nghĩa rất lớn trong việc lựa chọn công nghệ thi công đào hố móng;

•     Móng là kết cấu bị che lấp sau khi thi công xong nên cần sự giám sát thận trọng, tỷ mỷ và trung thực trong suốt quá trình thi công, một sai sót nào dù nhỏ ở khâu này có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng công trình bên trên, việc khắc phục sửa chữa sự cố là phức tạp, tốn kém và có khi phải làm mới để thay thế.

1. Nguyên tắc chung trong giám sát

1)     Việc lựa chọn biện pháp thi công nền móng phải phù hợp với điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn của địa điểm xây dựng và cần soạn thảo công nghệ thi công tương ứng cho từng loại nền (tự nhiên, nền gia cố, nền móng cọc) và cho từng loại công việc (như định vị cắm mốc, giải phóng và san lấp mặt bằng, đào móng, công tác bê tông, chống thấm...);

2)     Các vật liệu, cấu kiện hoặc bộ phận kết cấu dùng khi xây dựng nền móng phải thoả mãn yêu cầu của thiết kế và theo tiêu chuẩn sản phẩm của người đặt hàng yêu cầu;

3)     Phải xử lý đất, nước thải lúc đào móng, tiếng ồn và chấn động (đào, đóng cọc, rung..) theo những yêu cầu của tiêu chuẩn có liên quan đến môi trường (đối với nguồn nước, khu dân cư và công trình lân cận.. );

4)     Khi xây móng trên các loại nền đất có tính chất đặc biệt (đất lún ướt, đất đắp, đất chưa ổn định về cấu trúc, đất vùng dễ trượt lở, đất có hang động cac-tơ.. ) cũng như móng của các công trình đặc biệt quan trọng phải tổ chức việc theo dõi sự biến động của đất nền (chuyển vị đứng-lún - và ngang, áp lực nước lỗ rỗng vv.. ) để điều chỉnh tốc độ và phương pháp làm móng lúc thi công cũng như để đánh giá độ tin cậy của giải pháp thiết kế - thi công lúc khai thác công trình. Những chi phí cho công tác quan trắc này phải được lượng định trong lúc thiết kế và nằm trong giá thành công trình;

5)     Khi xây dựng nền và móng phải có sự giám sát kỹ thuật và chất lượng của chủ đầu tư (thường do tổ chức tư vấn giám sát thực hiện), lập thành biên bản nghiệm thu trung gian và nghiệm thu cuối cùng theo những tiêu chuẩn đã quy định trước; Nội dung giám sát nói ở đây là theo tiêu chuẩn TCXD 79-1980 “Thi công và nghiệm thu các công tác nền móng”.

6)     Chủ đầu tư (với sự trợ giúp của kỹ sư tư vấn) công bố văn bản chỉ dẫn kỹ thuật (Technical specification) cho nhà thầu biết để làm căn cứ trong việc đánh giá chất lượng và nghiệm thu cũng như tính toán giá thành.

Nội dung bản chỉ dẫn kỹ thuật nói trên phải chỉ ra được những điều quan trọng sau đây:

§     Cơ sở của  thiết kế và thi công;

§     Liệt kê những công việc thi công một cách chi tiết và yêu cầu chính trong từng giai đoạn thi công, lựa chọn thiết bị thích hợp;

§     Lập danh mục, khi cần phải trích dẫn, tất cả những tiêu chuẩn thi công và kiểm tra, nghiệm thu trong đánh giá khối lượng và chất lượng công tác thi công;

§     Trách nhiệm và quyền hạn của chủ đầu tư, kỹ sư tư vấn giám sát và nhà thầu, cách và biện pháp xử lý các tranh chấp (kỹ thuật và kinh tế) nếu có xẩy ra.

Chú thích: Với những công trình có giá trị khoảng 50 triệu USD, bản chỉ dẫn kỹ thuật nói trên có thể dày đến 500-700 trang A4;

Ví dụ cho riêng khâu san nền và chuẩn bị mặt bằng của công trình xây dựng trên nền đất yếu, phần chỉ dẫn kỹ thuật có những nội dung như:

(1)  Quy định chung (cơ sở của chỉ dẫn kỹ thuật san lấp);

(2)  Định vị công trình: xác định mốc, lưới không chế, toạ độ các điểm chuẩn.., đo đạc ở hiện trường, xây dựng mốc, thiết bị đo, độ chính xác, tiêu chuẩn dùng;

(3)  Công tác giải phóng mặt bằng: đặc điểm chính của địa hình, trình tự thi công giải phóng mặt bằng (ranh giới giải phóng mặt bằng, dọn chướng ngại vật, đào bóc đất yếu);

(4)  Công tác thi công vải địa kỹ thuật và bấc thấm (khi xử lý nền đất yếu), thành phân công việc, thiết bị sử dụng;

(5)  Thi công san lấp mặt bằng: mỏ vật liệu đắp, yêu cầu thành phần hạt và chất lượng vật liệu, các giai đoạn san lấp, thiết bị lu lèn, tiêu chuẩn cách kiểm tra độ chặt đất theo từng lớp;

(6)  Kỹ thuật thi công bấc thấm: yêu cầu kỹ thuật của vật liệu bấc thấm (chứng chỉ của nhà máy cung cấp và kết quả kiểm tra của chủ đầu tư  qua một phòng thí nghiệm nào đó), trình tự thi công, hướng đóng ép bấc thấm, yêu cầu thiết bị thi công, tiêu chuẩn nghiệm thu;

(7)  Quy trình quan trắc nền đất: quan trắc lún theo độ sâu và ở bề mặt, quan trắc chuyển vị ngang, đo áp lực nước lỗ rỗng, số điểm quan trắc, toạ độ các điểm ấy, biểu mẫu ghi kết quả quan trắc, cách phân tích kết quả quan trắc.

Một ví dụ tương tự như vậy nhưng với đối tượng là cọc khoan nhồi sẽ thấy rõ hơn ở mục 4.2.

Ở đây cũng cần chỉ ra phạm vi nhiệm vụ của tư vấn giám sát thi công cho từng công việc thi công cụ thể (thành văn bản lưu hành trong phạm vi chủ đầu tư- Nhà thầu – Tư vấn giám sát). Ví dụ nói về nhiệm vụ của giám sát viên cho công tác san lấp mặt bằng:

(1)  Giám sát viên phải gửi báo cáo hàng tuần  cho chủ đầu tư. Các báo cáo này phải nêu lên các vấn đề sau:

§     Các sự việc xẩy ra.

§     Tình trạng máy thi công và khả năng chấp nhận.

§     Các biên bản sai phạm (NCR) đã lập.

§     Các biên bản sai phạm đã được làm sáng tỏ.

§     Các biên bản sai phạm còn tồn tại.

§     Các khuynh hướng bất lợi.

§     Các nguyên nhân chính của sự chậm trễ.

§     Các sai sót hoặc không đầy đủ trong báo cáo của nhà thầu.

§     Tóm tắt tiến trình hiện tại so với tiến độ yêu cầu.

§     Số lượng vật liệu đã đạt so với khối lượng yêu cầu.

§     Quy mô cho phép khai thác mỏ đất.

§     Chu kỳ lấy mẫu tại hiện trường và mức độ đạt tiêu chuẩn.

§     Giờ công giám sát.

§     Khả năng cung cấp vật liệu của nhà thầu.

§     Đánh giá chứng chỉ vật liệu.

§     Đánh giá tình trạng máy thi công.

§     Khu vực san lấp.

Bản báo cáo hàng tuần phải được chuẩn bị xong trước 12 giờ của ngày thứ hai ở tuần tiếp theo. Bản báo cáo hàng tháng tổng kết các báo cáo hàng tuần và thống kê lại bằng đồ thị. Bản báo cáo hàng tháng phải được hoàn tất trước ngày thứ năm của tháng kế tiếp.

(2)  Giám sát viên phải lập báo cáo chung về hệ thống quản lý chất lượng:

a)     Giám sát viên phải phối hợp cùng chủ nhiệm quản lý chất lượng QA của chủ đầu tư chỉ định để kiểm tra hệ thống quản lý chất lượng do nhà  thầu trình và chấp nhận nhà thầu phụ thực hiện công việc san lấp;

b)    Hệ thống quản lý chất lượng phải dựa trên cơ sở ISO 9001 và ISO 9002. Các yêu cầu tối thiểu của hệ thống này phải bao gồm:

v     Kế hoạch chất lượng cụ thể của công trình (viết bằng lời);

v     Kế hoạch quản lý chất lượng cụ thể của công trình (dạng biểu đồ);

v     Kế hoạch giám sát và thí nghiệm công tác san lấp (chung);

v     Kế hoạch giám sát và thí nghiệm cho các yêu cầu thí nghiệm tương xứng.

v     Phụ lục các thư mục quản lý chất lượng.

v     Thống kê biên bản báo cáo sai phạm.

v     Thống kê các công việc được uỷ thác.

v     Yêu sách cho quy trình giám sát.

v     Mẫu yêu cầu giám định.

v     Quy trình thi công (công tác san lấp).

v     Mẫu biên bản quản lý chất lượng cho:

-         Giám sát thu nhận vật tư.

-         Lấy mẫu thử nghiệm.

-         Biên bản báo cáo sai phạm.

-         Mẫu chấp nhận mặt bằng được nạo vét.

-         Mẫu chấp nhận nguồn/bãi vật liệu.

-         Mẫu chấp nhận bấc thấm và vải địa kỹ thuật.

-         Chấp nhận mẫu thí nghiệm nén.

-         Biên bản thí nghiệm nén..

-         Biên bản thí nghiệm nén (biên bản thí nghiệm trong phòng).

-         Biên bản đo độ lún.

-         Chấp nhận máy thi công của nhà thầu.

-         Phụ lục các thư mục công trình.

-         Phụ lục các điều lệ, tiêu chuẩn, quy trình, kế hoạch và tiến độ công trình.

-         Báo cáo tình hình thi công hàng tuần.

-         Biên bản các cuộc họp.

-         Lý lịch cán bộ chủ chốt của nhà thầu.

-         Sơ đồ tổ chức nhân sự  trên công trường.

-         Phân công trách nhiệm trên công trường.

-         Phụ lục các chữ ký có thẩm quyền trên công trường.

-         Chứng chỉ vật liệu.

-         Chứng chỉ bấc thấm và vải địa kỹ thuật.

-         Mặt bằng tổng thể các vị trí thí nghiệm.

-         Điều phối vật liệu tại công trường.

(c) Tất cả các báo cáo quản lý chất lượng phải có phụ lục và đánh dấu các điểm liên quan phù hợp với yêu cầu của ISO. Tất cả các tài liệu được đính chính và có phụ lục kèm theo. Các trình tự của tài liệu được đánh rõ số tài liệu, vấn đề, nội dung, ngày bắt đầu, ngày kết thúc và số bắt đầu và số kết thúc theo thứ tự nội dung hoặc thứ tự ngày tháng.

(3) Báo cáo công trình của giám sát viên

(a)    Giám sát viên phải thường xuyên báo cáo với yêu cầu tối thiểu về các vấn đề sau:

v     Các chấp nhận máy thi công.

v     Các chấp nhận mỏ đất/bãi sông.

v     Các chấp nhận vật liệu.

v     Thống kê biên bản sai phạm.

v     Báo cáo các biên bản sai phạm.

v     DRR’s.

v     Các bản sao đã thay đổi của báo cáo hàng tuần.

v     Các báo cáo hàng tuần của nhà thầu.

v     Các báo cáo hàng tháng của nhà thầu.

v     Các báo cáo hàng tuần và hàng tháng của giám sát viên.

v     Mặt bằng tổng thể của các vị trí thí nghiệm.

v     Các biên bản kiểm kê.

v     Các tài liệu gửi đi và đến.

v     Các biên bản kiểm định với mục đích cụ thể.

(b)   Khi công trình được hoàn thành, hồ sơ trên sẽ được chuyển giao cho cơ quan chủ quản.

(c)    Đơn vị chủ quản sẽ kiểm tra lại các báo cáo của giám sát viên và nếu sai sót sẽ khước từ chứng nhận hoàn thành của tư vấn. Giám sát viên phải đảm bảo việc chỉnh lý tất cả các sai sót trong báo cáo trước khi bàn giao cho công ty.

4. Báo cáo hoàn tất công trình của giám sát viên

(a)    Trong vòng 7 ngày sau khi công việc san lấp hoàn tất, giám sát viên phải gửi báo cáo hoàn thành công trình cho công ty.

(b)   Báo cáo sẽ ghi ghi rõ sự thực hiện của nhà thầu:

§     Tổng số biên bản sai phạm đã gửi đi.

§     Sự thực hiện của phòng thí nghiệm.

§     Sự thực hiện của nhà thầu phụ.

§     Các bài học kinh nghiệm.

§     Các vấn đề kỹ thuật đã gặp phải.

§     Các giải pháp cho các vấn đề kỹ thuật phát sinh.

§     Đóng góp ý kiến của giám sát viên cho các công trình trong tương lại.

§     Các lĩnh vực và phạm vi mà nhà thầu/công ty cần cải tiến.

§     Đóng góp ý kiến đào tạo cho cán bộ của nhà thầu/công ty.

(c)    Báo cáo công trình của giám sát viên phải được kỹ sư trưởng và giám đốc điều hành của đơn vị giám sát xác nhận.

(d)   Báo cáo hoàn thành công trình phải được gửi cho chủ đầu tư và cho nhà thầu/công ty dưới hình thức như sau:

§     Bản gốc: 01 bản.

§     Bản sao: 06 bản.

Trong các văn bản trên, lúc đánh giá chất lượng công tác san lấp mặt bằng cần dựa vào các quy định sau đây:

Tất cả các công việc và thí nghiệm phải được tiến hành phù hợp với những tiêu chuẩn sau hoặc các tiêu chuẩn tương ứng với chúng đã được chủ đầu tư phê duyệt: Nhà thầu và giám sát viên không được phép thay đổi các điều lệ áp dụng, tiêu chuẩn, chỉ tiêu kỹ thuật hay quy trình khi không có sự chấp thuận bằng văn bản chính thức của chủ đầu tư, ví dụ:

(a)  AASHTO M145-87- Phân loại thành phần vật liệu đắp theo cấp hạt.

(b) AASHTO T180-90 - Tương quan giữa dung trọng và độ ẩm của đất khi đầm nén.

(c)  AASHTO T190-86 - Xác định dung trọng riêng của vật liệu đắp tại hiện trường bằng phương pháp phễu rót cát.

(d) AASHTO T100-90 - (ASTM D854-83) - Xác định trọng lượng riêng của vật liệu đắp.

(e)  ASTM D1556 - Kiểm tra độ chặt của đất đắp.

(f)   Yêu cầu ràng buộc trong quá trình giám sát.

(g)  Quy trình phối hợp của đề án.

(h)  Hệ thống quản lý chất lượng được phê duyệt của đơn vị thi công.

(i)    Quy trình được phê duyệt của nhà thầu.

(j)    Kế hoạch chất lượng được phê duyệt của nhà thầu.

2.  Nền móng tự nhiên

Cần giám sát theo một số nội dung chính như:

1)     Các biện pháp bảo vệ hố móng để đất nền không bị xấu đi (do mưa nắng, nước ngầm, nước mặt, phong hoá.. );

2)     Chống vách hố đào để giữ ổn định cho công trình lân cận;

3)     Việc bơm hút nước trong hố móng hoặc cần hạ mực nước ngầm trong lúc đào móng phải được tiên liệu bằng thiết kế bơm hút thích hợp;

4)     Phải xác nhận bằng đo đạc cẩn thận (biểu mẫu) về:

-         Tình trạng đất đáy móng;

-         Độ sâu đáy móng;

-         Vị trí và kích thước;

-         Các lỗ, hốc chừa sẵn và các lớp chống thấm của móng;

-         Vv...;

Một số sai sót thường xẩy ra trong giai đoạn đào hố móng có thể dẫn đến làm công trình bị lún lớn hoặc lún không đều được trình bày trong bảng 2.1 và cần giám sát cẩn thận.

Bảng 2.1. Một số sai sót thường gặp trong thi công đào móng nơi trống trải và nơi chật hẹp.

No

Nguyên nhân và cách phòng tránh khi đào nơi trống trải

Nguyên nhân và cách phòng tránh khi đào gần công trình lân cận

1

Đất đáy hố móng bị nhão do nước mưa hoặc nước tràn vào đọng lâu. Bảo vệ đáy hố móng bằng hệ thống thu và bơm nước hoặc chưa nên đào đến cốt thiết kế khi chưa chuẩn bị đủ vật liệu làm lớp lót hoặc làm móng

Biến dạng nhà do đào hố móng hoặc hào ở gần:

Trồi đất ở đáy hố móng mới hay chuyển dịch ngang móng cũ do đất ở đáy hố móng cũ bị trượt. Để đề phòng thường phải đặt móng mới cao hơn móng cũ 0,5m hoặc chống đỡ cẩn thận thành hố móng bằng cọc bản thép hay cọc đất ximăng.

2

Đất ở đáy móng bị khô và nứt nẻ do nắng hanh sẽ làm hỏng cấu trúc tự nhiên của đất, độ bền của đất sẽ giảm và công trình sẽ bị lún.

Cần che phủ hoặc chưa nên đào đến cốt thiết kế, dừng ở lớp đất cách đáy móng 15-20cm tuỳ theo loại đất.

Biến dạng nhà ở gần do tác động động lực của máy thi công:

(a)  Do máy đào;

(b) Do đóng cọc.

Để  ngăn ngừa có thể dùng biện pháp giảm chấn động hoặc cọc ép hay cọc nhồi thay cho cọc đóng.

3

Biến dạng lớp đất sét ở đáy móng do áp lực thuỷ tĩnh.

Cần có hệ thống bơm châm kim để hạ thấp mực nước ngầm quanh móng.

Biến dạng nhà do hút nước ngầm ở hố móng công trình mới, sẽ xẩy ra hiện tượng rửa trôi đất ở đáy móng cũ hoặc làm tăng áp lực của đất tự nhiên (do không còn áp lực đẩy nổi của nước) và dẫn đến lún thêm.

Để phòng tránh, nên dùng các biện pháp để giảm gradient thuỷ lực i <0,6.

4

Đáy móng bị bùng ở các lớp sét hoặc á sét do bị giảm áp lực bản thân của đất hoặc do áp lực thuỷ tĩnh của nước.

Phải tính toán để giữ lại lớp đất có chiều dày gây ra áp lực lớn hơn áp lực trương nở. Đối với nước thì phòng tránh giống như nêu ở điểm 3.

Biến dạng của nhà cũ trên cọc ma sát khi xây dựng gần nó nhà mới trên móng bè.

Vùng tiếp giáp nhà mới cọc chịu ma sát âm nền đất bị lún và sức chịu tải của cọc ở đó bị giảm đi. Nên làm hàng tường ngăn cách giữa hai công trình cũ-mới.

5

Rửa trôi đất trong nền nhất là nền cát mịn hoặc đất yếu.

Cách phòng tránh: dùng tường vây hoặc cần bơm hạ mực nước ngầm, phải xác định cẩn thận tốc độ bơm hút có kể đến hiện tượng rửa trôi để đảm bảo an toàn nền của công trình.

Biến dạng nhà của nhà cũ do đổ vật liệu ở gần nhà hoặc san nền bằng đất đắp nhân tạo làm hỏng cấu trúc tự nhiên của đất, nhất là khi gặp đất sét yếu ở gần đáy móng. Để tránh ảnh hưởng xấu phải quy định nơi đổ vật liệu và tiến độ chất tải (thi công nhà mới theo độ cố kết tăng dần với thời gian).

6

Bùng nền do tăng áp lực thuỷ động trong đất thấm nước.

Giảm độ dốc (gradient) thuỷ lực (thường i<0,6) bằng cách kéo sâu tường vây hoặc gia cường đáy móng bằng bơm ép ximăng trước khi đào như nói ở điểm 3.

Hình thành phễu lún của mặt đất do đào đường hầm trong lòng đất. Những công trình ngay ở phía trên hoặc ở cạnh đường hầm sẽ bị biến dạng lún hoặc nứt.

Phòng tránh bằng cách ép đẩy các đoạn ống (thép/bê tông cốt thép) chế tạo sẵn hoặc gia cường vùng phía trên nóc hầm bằng cọc rễ cây hoặc bằng trụ ximăng đất.

3. Nền cần gia cố

Cần xác định rõ các thông số kiểm tra sau:

1)     Độ sâu và phạm vi gia cố (đầm nện bề mặt hoặc nén chặt sâu bằng cọc cát, cọc xi măng đất... hoặc bằng phương pháp hoá học);

2)     Chỉ số độ chặt, độ bền, độ thấm xuyên nước so với yêu cầu thiết kế;

3)     Công nghệ dùng trong kiểm tra chất lượng đất nền sau khi cải tạo/gia cố (lấy mẫu, đồng vị phóng xạ, nén tĩnh tại hiện trường, xuyên tĩnh/động vv...);

4)     Công tác nghiệm thu kết quả cải tạo đất nền cần quy định tương ứng với các yêu cầu của thiết kế về kích thước khối đất và các đặc trưng của đất đã gia cố  như các số liệu sau đây:

-         Mặt bằng và lát cắt khối đất đã cải tạo;

-         Lý lịch kỹ thuật của vật liệu đã dùng trong gia cố;

-         Nhật ký kiểm tra công việc;

-         Các số liệu về cường độ, tính thấm nước, độ ổn định nước của đất đã cải tạo.

3.1. Bấc thấm, vải địa kỹ thuật

Hiện nay ở nước ta đang áp dụng rộng rãi phương pháp bấc thấm (băng thoát nước) hoặc vải địa kỹ thuật để cải tạo đất yếu. Đây là những tiến bộ kỹ thuật trong xây dựng đường và nhà  ít tầng. Vì vậy cần nắm vững những hiểu biết cơ bản sau đây:

•     Phạm vi áp dụng của phương pháp (bảng 3.1 và bảng 3.2);

•     Lựa chọn đúng phương pháp;

•     Thiết kế bố trí theo những tiêu chuẩn tương ứng. Trên hình 3.1 trình bày ví dụ dùng phương pháp thoát nước thẳng đứng cho nền đường;

•     Nắm được những yêu cầu cơ bản của từng phương pháp khi lựa chọn cách thoát nước như:

•     Khả năng chuyển nước, cường độ, độ dẻo và độ bền của vật liệu; - có khả năng ngăn chặn hạt đất nhỏ chui qua làm tắt đường thấm của nước; ví dụ đối với vải địa kỹ thuật thường theo các số liệu kinh nghiệm sau:

O_90/O_50 < 1,7 đến 3;

O_90/D_85 < 2 đến 3; hoặc O_90/D_85 < 1,3 đến 1,8;

O_90/D_50 < 10 đến 12;

Trong đó:  O_50/O_90, O_95 - Đường kính lỗ bộ lọc chiếm 50%, 90% và 95% toàn bộ diện tích bộ lọc;

D_50, D_85 - Đường kính hạt đất tương ứng với hàm lượng tích luỹ của đường phân tích hạt là 50%, 85%.

Bảng 3.1. Khả năng áp dụng biện pháp kỹ thuật cải tạo nền cho các loại đất khác nhau

Cơ chế cảitạo

Cốt

Hỗn hợp trộn hay phụt vữa

Đầm chặt

Thoát nước

Thời gian cải tạo

Phụ thuộc sự tồn tại của thể vùi

Tương đối ngắn

Lâu dài

Lâu dài

Đất hữu cơ

Đất sét có nguồn gốc núi lửa

Đất sét độ dẻo cao

Đất sét độ dẻo thấp

Đất bùn

Đất cát

Đất sỏi

Trạng thái cải tạo

Tương tác giữa đất và thể vùi

Xi măng hoá

Dung trọng cao do hệ số rỗng giảm

của đất

(Không thay đổi trạng thái đất)

(Thay đổi trạng thái đất)

Bảng 3.2. Lĩnh vực ứng dụng và chức năng của vải địa kỹ thuật

Chức năng

Lĩnh vực điển hình

Phân cách

Tiêu

Lọc

Gia cố

Bảo vệ

Đường đất và sân kho

Đường đất và bãi đỗ xe

Đê và các công trình ngăn nước

Gia cố tường và mái dốc

Tiêu ngầm

Lọc dưới rọ đá

Lọc qua đập đất

Lọc qua kè sông, biển

Các công trình cải tạo đất bằng thuỷ lợi

•

•

•

O

O

•

O

•

O

O

O

•

O

O

•

O

O

O

O

•

•

•

•

O

O

*

•

Khép kín các vùng đất chứa chất thải

Ngăn chặn các vùng đất chứa chất thải

Đường hầm không thấm nước

Ngăn chặn các hoá chất tổng hợp

Trạm bảo dưỡng đường sắt

Sân vận động và sân giải trí

Hệ thống các sản phẩm có hợp chất hoá học

O

O

•

•

•

O

O

O

O

•

•

•

•

•

•

•

•     Chức năng chính; O     Chức năng phụ; *     Ứng dụng tuỳ thuộc loại đất

Khả năng chuyển nước của bấc thấm hoặc vải địa kỹ thuật là thông số cần thiết dùng trong thiết kế, thường không nhỏ hơn 100m^3/năm ở áp suất không nở hông là 276 KPa (40psi).

Hệ số thấm của vải địa kỹ thuật thường bắt buộc lớn hơn hoặc bằng 10 lần hệ số thấm của đất.

Ngoài những yêu cầu về vật liệu lọc, phương pháp này còn phải dùng ở những địa tầng thích hợp của lớp đất yếu trong cấu trúc địa tầng nói chung, trong đó quan trọng là áp lực gia tải trước (để tạo ra sự thoát nước) được truyền đầy đủ lên lớp đất yếu và không lớn quá để gây mất ổn định nói chung. Chi tiết về vấn đề này có thể tìm hiểu trong cuốn “Công nghệ mới xử lý nền đất yếu – vải địa kỹ thuật và bấc thấm” của Nguyễn Viết Trung, Hà Nội, 1997.

3.2. Bơm ép vữa

Công nghệ phun ép vữa (grouting technology), với áp lực 20-40 MPa hiện đang dùng trong xây dựng nền móng và công trình ngầm nhằm:

•     Nhồi lấp các lỗ rỗng;

•     Làm chuyển vị và dồn chặt đất;

•     Giảm độ hút nước, tăng cường độ.

Với nhiều mục tiêu sau:

1)     Rắn hoá và ổn định đất để truyền tải trọng xuống sâu trong thi công đường tàu điện ngầm, đường cao tốc và nền móng;

2)     Cách chấn cho móng máy;

3)     Làm hệ thống neo có phun vữa để giữ ổn định, chịu lực kéo;

4)     Bít lấp các vết nứt trong công trình bê tông và thể xây;

5)     Làm lớp phủ mặt kênh đào;

6)     Phun khô bê tông làm lớp áo cho công trình ngầm;

7)     Làm giếng dầu bằng ximăng giếng khoan;

8)     Phun vữa ứng suất trước trên đường sông;

9)     Phun vữa tạo cọc hoặc bảo vệ và xử lý cọc bị khuyết tật.

Trên hình  3.2a trình bày cách gia cố nền móng, trên hình 3.2b gia cố mái dốc và thi công công trình ngầm, và trên hình 3.2c - bơm tạo màng chống thấm.

Trên hình 3.3 trình bày công nghệ bơm ép gia cố nền và trên hình 3.4 - khối đất gia cố bằng bơm ép.

3.3. Gia cố nền bằng phương pháp hoá học (ximăng, thuỷ tinh lỏng hoặc các chất tổng hợp khác..) ở nước ta đã làm thực nghiệm khá lâu nhưng dùng nhiều nhất là phương pháp bơm vữa ximăng.

Mục đích của phương pháp này thường dùng để:

§     Nâng cao cường độ của nền nhà đã sử dụng;

§     Phòng ngừa những biến dạng có tính phá hỏng của kết cấu;

§     Thi công sửa chữa móng.

Tuỳ theo công nghệ gia cố và các quá trình xẩy ra trong đất mà chia phương pháp gia cố nền làm 3 nhóm chính: hoá học, nhiệt và hoá lý. Ưu việt của phương pháp gia cố này là không làm gián đoạn sử dụng nhà và công trình, nhanh, tin cậy cao và trong nhiều trường hợp là phương pháp duy nhất để tăng độ bền của đất có sức chịu tải không đủ.

Các phương pháp thường dùng là: silicat hoá, điện - silicat hoá, silicat khí, amoniăc hoá, thấm nhập nhựa... và có thể tìm hiểu chi tiết trong nhiều tài liệu tham khảo khác.

Phương pháp gia cố hoá học cũng dùng để gia cường móng và tường chắn, tăng sức chịu tải của cọc, bảo vệ móng chống các tác nhân ăn mòn, gia cố mái hố đào và công trình đất.

Vật liệu cơ bản để gia cố bằng silicat là thuỷ tinh lỏng - dung dịch keo của silicat natri (Na_2O. nSiO_2 + mH_2O). Tuỳ theo loại, thành phần và trạng thái của đất cần gia cố mà dùng một hay hai dung dịch silicat hoá.

Loại một dung dịch được dựa trên dung dịch tạo keo bơm vào trong đất gồm 2 hoặc 3 cấu tử. Phổ biến nhất là ôxit phosphosilicat, oxit lưu huỳnh-nhôm-silicat, ôxit lưu huỳnh-fluo-silicat, hydro-fluo-silicat v..v.. Phương pháp một dung dịch thích hợp cho đất cát có hệ số thấm 0,5-5m/ngày đêm.

Phương pháp 2 dung dịch dùng để gia cố đất cát có hệ số thấm đến 0,5m/ngày đêm và gồm 2 lần bơm lần lượt vào đất 2 dung dịch  silicat Na và clorua Ca. Kết quả của phản ứng hoá học là tạo ra ôxit keo silic làm cho đất tăng độ bền (đến 2-6Mpa) và không thấm nước.

Phương pháp điện hoá silicat là dựa trên sự tác động tổ hợp lên đất của hai phương pháp: silicat hoá và dòng điện 1 chiều nhằm gia cố cát hạt mịn quá ẩm và á cát có hệ số thấm đều 0,2 m/ngày đêm.

Phương pháp amôniac hoá là dựa trên việc bơm vào trong đất hoàng thổ (để loại trừ tính lún sập) khí amôniac dưới áp lực không lớn lắm.

Silicat hoá bằng khí gas dùng để làm cứng silicat Na. Phương pháp này dùng để gia cố đất cát (kể cả đất cacbonat) có hệ số thấm 0,1-0,2 m/ngày đêm cũng như đất có hàm lượng hữu cơ cao (đến 0,2). Độ bền của đất gia cố có thể đến 0,5-2MPa trong thời gian ngắn.

Phương pháp thâm nhập nhựa dùng để gia cố đất cát có hệ số thấm 0,5-5m/ngày đêm bằng cách bơm vào trong đất dung dịch  nhựa tổng hợp (cacbonic, phenol, epoxy..). Tác dụng của nhựa hoá sẽ tăng lên khi bổ sung vào dung dịch một ít axit clohydric (đối với đất cát). Thời gian keo tụ rất dễ điều chỉnh bằng lượng chất đông cứng. Đất được gia cố bằng nhựa hoá sẽ không thấm nước và cường độ chịu nén 1-5Mpa. Ngoài việc gia cố nền, phương pháp này còn dùng để gia cố vùng sẽ đào xuyên của công trình ngầm. Tuỳ theo cách đặt ống bơm, có thể gia cố đất ở các vị trí khác nhau: thẳng đứng, nghiêng, nằm ngang và kết hợp (hình 3.5) còn sơ đồ trên mặt bằng có thể theo dạng băng dài, dưới toàn bộ móng, gia cố cục bộ không nối kết hoặc theo chu vi vành móng. Việc chọn phương pháp và sơ đồ gia cố phụ thuộc chủ yếu vào tính chất của nền, hình dạng và kích thước của móng cũng như tải trọng tác dụng lên móng.

3.4. Làm chặt đất bằng đầm/lu lèn trên mặt hoặc chiều sâu

Có các phương pháp sau:

§     Lu lèn, đầm nặng rơi từ cao xuống;

§     Lèn chặt đất qua lỗ khoan (cọc cát, cọc đá dăm, cọc đất vôi ximăng, nổ mìn..);

§     Cố kết động (dynamic consolidation).

Các công nghệ thi công nói trên hiện đã phát triển rất cao nhờ thiết bị thi công ngày càng hoàn thiện và phương pháp kiểm tra ngày càng có độ tin cậy cao. Những thông số kiểm tra chính như đã trình bày ở đầu mục 3 và chi tiết thì theo những tiêu chuẩn thi công cụ thể của từng phương pháp.

Về nguyên tắc và đối với công trình quan trọng cần tiến hành thí nghiệm nén và cắt cho đất có độ đầm chặt khác nhau, trên cơ sở đó  xây dựng biểu đồ quan hệ giữa:

§     Lực dính và độ chặt (thông qua gkhô hay hệ số đầm chặt kc);

§     Góc ma sát và độ chặt;

§     Mô đun biến dạng/cường độ và độ chặt.

Khi chưa có số liệu thí nghiệm có thể dùng các số liệu tham khảo ở các bảng sau đây trong thiết kế sơ bộ và khống chế chất lượng.

Bảng 3.3. Độ chặt yêu cầu của đất

Chức năng của đất lèn chặt

Hệ số đầm chặt kc

§     Cho nền móng của nhà và công trình hoặc nền của thiết bị nặng cũng như nền có tải trọng phân bố đều lớn hơn 0,15MPa.

§     Như trên, thiêt bị nặng vừa, mặt nền có tải trọng 0,05-0,15 MPa.

§     Như trên, thiết bị nhẹ, mặt nền có tải trọng nhỏ hơn 0,05 MPa.

§     Vùng không có công trình

0,98-0,95

0,95-0,92

0,92-0,90

0,9-0,88

Bảng 3.4. Trị tiêu chuẩn của môdun biến dạng E một số loại đất lèn chặt

E, MPa

Đất

Ở độ ẩm đầm chặt tối ưu

Ở trạng thái bão hoà nước

kc =0,92

kc =0,95

kc =0,92

kc =0,95

Á cát hoàng thổ (lớt)

Á sét và sét lớt

Cát thô

Cát trung

Cát mịn

20

25

30

25

15

25

30

40

30

20

15

20

-

-

-

20

25

-

-

-

Bảng 3.5. Cường độ tính toán Ro của nền đất lèn chặt

Đất

Ro, MPa ở hệ số kc

0,92

0,95

0,97

Á cát

Á sét

Sét

Cát thô

Cát trung

Cát mịn

0,2

0,25

0,3

0,3

0,25

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,3

0,25

0,28

0,32

0,4

0,5

0,4

0,3

Bảng 3.6. Trị khống chế về chất lượng tầng đất lèn chặt (kinh nghiệm Trung Quốc)

Loại hình kết cấu

Vị trí lớp lèn chặt

kc

Độ ẩm Wop %

Kết cấu xây, nặng và

Trong phạm vi tầng chịu lực

>0,96

Kết cấu khung

Dưới phạm vi tầng chịu lực

0,93-0,96

Wop ± 2

Kết cấu chống đỡ và

Trong phạm vi tầng chịu lực

0,94-0,97

không phải kết cấu khung

Dưới phạm vi tầng chịu lực

0,91-0,93

Bảng 3.7. Trị tham khảo về độ ẩm tối ưu và độ chặt (khô) lớn nhất

Loại đất

Độ ẩm tối ưu (%)

Độ chặt (khô) lớn nhất(g/cm^3)

Đất cát

Đất sét

Đất sét bụi

Đất bụi

8-12

19-23

12-15

16-22

1,8-1,88

1,58-1,70

1,85-1,95

1,61-1,80

Bảng 3.8. Trị tham khảo về độ ẩm tối ưu Wop %

Chỉ số dẻo của đất Ip

Độ chặt khô lớn nhất gdmax (g/cm^3)

Độ ẩm tối ưu Wop (%)

<0

0-14

14-17

17-20

20-22

1,85

1,75-1,85

1,70-1,75

1,65-1,70

1,60-1,75

<13

13-15

15-17

17-19

19-21

Khi dùng phương pháp động để lèn chặt thì không chế sai khác giữa độ ẩm và độ ẩm tối ưu thay đổi trong –6% -+2%.

4. Thi công móng cọc

Móng cọc (cọc chế tạo sẵn rồi hạ vào đất bằng đóng, rung ép, ép, khoam thả hoặc cọc chế tạo trong lỗ tạo sẵn bằng cách nhồi bê tông, thường gọi chung là cọc nhồi) là giải pháp ưa dùng trong xây dựng công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu.

Việc lựa chọn cọc chế tạo sẵn (cọc gỗ, bê tông cốt thép hoặc thép) hay cọc nhồi là căn cứ vào các điều kiện cụ thể chủ yếu sau đây để quyết định:

•     Đặc điểm công trình;

•     Độ lớn của các loại tải trọng;

•     Điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn;

•     Yêu cầu của môi trường (rung động và tiếng ồn);

•     Ảnh hưởng đến công trình lân cận và công trình ngầm;

•     Khả năng thi công của nhà thầu;

•     Tiến độ thi công và thời gian hoàn thành của chủ đầu tư;

•     Khả năng kinh tế của chủ đầu tư;

•     V..v..

Có thể tham khảo theo kinh nghiệm trình bày ở bảng 4.1.

Bảng 4.1. Lựa chọn loại cọc

Loại cọc

Cọc ép

Cọc đóng

Cọc nhồi

Tình hình

Bê tông

Thép

Kích thước cọc và tải trọng cho phép

Đường kính (cm)

Độ sâu (m)

Tải trọng cho phép (tấn)

20-30

15-20

20-40

30-55

20-40

50-120

50-80

25-150

100-170

80-120

40-60

150-700

Phương thức chịu lực của cọc

Chống mũi

Mũi + ma sát

Ma sát

0

0

0

0

0

D

0

0

D

0

0

x

Độ sâu lớp đất chịu lực

Đến 10 m

10-20 m

20-30 m

30-60 m

0

0

D

x

0

0

0

D

D

D

0

0

D

0

0

0

Lớp đất xen kẹp dày hơn 5 m

Sét N = 4-10

N = 10-20

Cát pha N = 15-30

N = 30-50

N > 50

Cát rời

Cuội sỏi:

d < 10 cm

10-30 cm

d > 30 cm

D

x

0

D

x

0

x

x

x

0

x

0

D

x

0

D

x

x

0

0

0

0

D

0

0

D

x

0

0

0

0

0

0

0

D

D

Nước ngầm

Không hạ được mực nước

Tốc độ > 0,3m/s

0

0

0

0

0

0

0

x

Ảnh hưởng đến môi trường

Ồn và rung động

Xây dựng trên nước

Gần công trình lân cận

Diện tích chật hẹp

0

0

0

0

x

0

D

x

x

0

D

D

D

0

D

D

Chú thích:

0 – Thích hợp trong sử dụng;

D - Cần nghiên cứu trước khi sử dụng;

x – Nói chung là không thích hợp.

4.1. Cọc chế tạo sẵn

Các công đoạn cần giám sát kỹ đối với cọc chế tạo sẵn (ở đây chủ yếu nói về cọc BTCT) gồm có:

•     Giai đoạn  sản xuất cọc (vật liệu và kích thước hình học);

•     Giai đoạn tháo khuôn, xếp kho, vận chuyển;

•     Chọn búa đóng cọc/hạ cọc;

•     Trình tự đóng/hạ cọc;

•     Tiêu chuẩn dừng đóng/hạ;

•     Chấn động và tiếng ồn;

•     Nghiệm thu công tác đóng/hạ cọc.

Dưới đây sẽ trình bày ngắn gọn một số yêu cầu chính trong các giai đoạn nói trên.

4.1.1. Giai đoạn sản xuất - trong sản xuất cọc BTCT, cần chú ý:

-         Khống chế đường kính dmax của cốt liệu (dmax = 1:3 đến 1: 2,5 athép);

-         Cốt liệu (cát+sỏi) không có tính xâm thực và phản ứng kiềm silic;

-         Lượng dùng ximăng ³ 300kg/m^3, nhưng không vượt quá 500kg/m^3;

-         Độ sụt của bê tông 8-18 cm (cố gắng dùng bê tông khô);

-         Dùng phụ gia với liều lượng thích hợp.

Các kiểm tra cốt liệu và ximăng theo như tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép.

Sai số  về trọng lượng các thành phần của hỗn hợp bê tông không vượt quá các giá trị sau đây:

•     Ximăng                      : ±2%;

•     Cốt liệu thô                : ±3%;

•     Nước+dung dịch phụ gia: ±2%;

Hồ sơ nghiệm thu cho cọc BTCT gồm:

•     Bản vẽ kết cấu cọc;

•     Phiếu kiểm tra vật liệu cọc;

•     Phiếu nghiệm thu cốt thép;

•     Cường độ ép mẫu bê tông;

•     Phương pháp dưỡng hộ;

•     Phiếu kiểm tra kích thước cọc (bảng 4.2).

Chất lượng mặt ngoài cọc phải phù hợp yêu cầu:

-         Mặt cọc bằng phẳng, chắc đặc, độ sâu bị sứt ở góc không quá 10 mm;

-         Độ sâu vết nứt của bê tông do co ngót không quá 20mm, rộng không quá 0,5mm;

-         Tổng diện tích mất mát do lẹm/sứt góc và rỗ tổ ong không được quá 5% tổng diện tích bề mặt cọc và không quá tập trung;

-         Đầu và mũi cọc không được rỗ, ghồ ghề, nứt/sứt.

Trên hình 4.1 trình bày một số bước kiểm tra chất lượng cọc trước khi đóng gồm có việc xác định độ đồng nhất và cường độ bê tông (siêu âm + súng bật nẩy theo một số tiêu chuẩn hiện hành như 20TCN: 87, TCXD171: 1987, và TCXD 225: 1998), vị trí cốt thép trong cọc (cảm ứng điện từ); kích thước cọc ở đầu và mũi.

Tỷ lệ % số cọc cần kiểm tra do tư vấn giám sát và thiết kế quyết định trên cơ sở công nghệ chế tạo và trình độ thành thạo nghề của nhà thầu.

Bảng 4.2. Sai lệch cho phép về kích thước của cọc bê tông đúc sẵn

Loại cọc

Hạng mục kiểm tra

Sai số cho phép (mm)

Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn

Độ dài cạnh mặt cắt ngang của cọc

Đường chéo mặt đầu cọc

Độ dày tầng bảo vệ

Độ võng của cọc

Tâm ở mũi cọc

Độ xiên mặt đầu cọc so với đường tim cọc

Vị trí lỗ chừa cho tai móc để cẩu cọc

± 5

10

± 5

<1% chiều dài cọc, £20

10

< 3

5

Cọc  bê tông cốt thép đúc sẵn, rỗng

Đường kính

Độ dày thành lỗ

Vị trí lỗ tròn ruột cọc so với đường  tim cọc

Đường tim mũi cọc

Độ xiên của mặt bích ở đầu trên hoặc dưới của đoạn cọc so với đường tim cọc

Tổng độ xiên của 2 mặt bích của đoạn cọc giữa

± 5

-5

5

10

2

3

Khung cốt thép của cọc

Khoảng cách giữa các cốt chủ

Tim mũi cọc

Khoảng cách giữa các cốt đai dạng vòng hoặc dạng xoắn lò xo

Lưới thép ở đầu cọc

Độ nhô của tai móc khỏi mặt cọc

± 5

10

± 20

± 10

-0 ¸ 10

4.1.2. - Giai đoạn tháo khuôn, xếp kho, vận chuyển

Những hư hỏng có thể xẩy ra ở giai đoạn này thường gặp là:

-         Vận chuyển, xếp kho khi cường độ bê tông chưa đạt 70% cường độ thiết kế;

-         Cẩu móc không nhẹ nhàng, vị trí và số lượng các móc thép để cẩu làm không đúng theo thiết kế quy định.

Để tránh hỏng gẫy cọc, thông thường dùng 2 móc cho cọc dài dưới 20 m và 3 móc cho cọc dài 20 - 30m.

Trên hình 4.2 trình bày nội lực (mô men uốn) xuất hiện trong cọc khi xếp kho, vận chuyển và cẩu lắp ở hiện trường; Tuỳ thuộc vào cách đặt móc cẩu mà nội lực sẽ được tính toán tương ứng theo nguyen tắc sau: Khi số móc trên cọc ít hơn hoặc bằng 3 thì vị trí của móc xác định theo sự cân bằng của mô men âm (hình 4.3) còn nếu số móc lớn hơn 3 thì vị trí của móc xác định theo sự cân bằng phản lực (hình 4.4).

Những kiểm toán nói trên phải được thông hiểu giữa người thiết kế và thi công để tránh nứt hoặc gẫy cọc trước khi đóng. Điều này càng đặc biệt quan trọng khi chúng ta dùng cọc bê tông cốt thép dài trên 30 m hay cọc BTCT ứng suất trước.

4.1.3. Việc chọn búa đóng cọc

Một số nguyên tắc chung trong chọn búa:

-  Bảo đảm cọc xuyên qua tầng đất dày (kể cả tầng cứng xen kẹp) có mũi vào được lớp chịu lực (cọc chống), đạt đến độ sâu thiết kế;

-         Ứng suất do va đập gây ra trong cọc (ứng suất xung kích) phải nhỏ hơn cường độ của vật liệu cọc, ứng suất kéo do va đập nhỏ hơn cường độ chống kéo của bê tông thông thường, còn trong cọc BTCT ứng suất trước – nhỏ hơn tổng cường độ chống kéo của bê tông và trị ứng suất trước;

-         Khống chế thoả đáng tổng số  nhát búa + thời gian đóng (chống mỏi và giảm hiệu quả đóng);

-         Độ xuyên vào đất của một nhát búa không nên quá nhỏ: búa diezen -1¸2 mm/nhát và búa hơi 2¸3 mm/nhát (đề phòng hỏng búa + máy đóng).

Căn cứ để chọn búa đóng:

-         Theo trọng lượng cọc (trọng lượng búa > trọng lượng cọc);

-         Theo lực xung kích của búa (lực xung kích > lực chống xuyên);

-         Theo phương trình truyền sóng ứng suất;

-         Theo cách khống chế độ cứng (theo phương trình viphân bậc 3 về truyền sóng ứng suất);

-         Theo phương pháp đồ giải kinh nghiệm để chọn búa thuỷ lực cho thi công cọc ống thép;

-         Theo phương pháp kinh nghiệm so sánh tổng hợp.

Chi tiết xem trong “Sổ tay công trình móng cọc, Bắc Kinh, 1995”.

4.1.4. Mối nối cọc và mũi cọc

Mối nối giữa các đoạn cọc chế tạo sẵn (BTCT, gỗ, thép..) có ý nghĩa rất quyết định khi dùng cọc dài. Về phương diện chịu lực, mối nối có thể chịu lực nén và cũng có khả năng xuất hiện lực nhổ, mô men và lực cắt. Khi đóng thì mối nối vừa chịu lực nén vừa chịu lực nhổ.

Đối với cọc bê tông cốt thép thông thường các liên kết giữa đoạn cọc được thực hiện bằng:

§     Hàn qua mặt bích + thép góc;

§     Hàn qua thép bản phủ kín mặt bích;

§     Liên kết bằng chốt nêm đóng;

§     Liên kết bằng chốt xỏ kiểu âm dương + đổ vữa.

Đối với cọc BTCT tròn, rỗng có thể liên kết bằng mối nối hàn hoặc nối bằng bulông.

Tại các nước có nền công nghiệp phát triển cao người ta dùng kiểu mối nối chế tạo cơ khí khá chính xác, rút ngắn việc ngừng chờ lúc hạ cọc và có được cây cọc dài với mối nối chắc chắn làm cho cọc chịu tải với độ tin cậy cao.

Một số kiểu mối nối vừa nêu có thể tìm thấy trong nhiều tài liệu chuyên khảo, ở đây chỉ nêu một số loại tiêu biểu.

Về mũi cọc, tuỳ theo điều kiện địa chất công trình và phương thức chịu lực của cọc mà mũi sẽ có cấu tạo khác nhau. Khi cọc đóng vào nền đất mềm thì có thể dùng đầu cọc bằng phẳng; khi đóng vào lớp đất cứng, vào lớp đá phong hoá bở rời hoặc mũi cọc có thể chống vào lớp đất đá có thế nằm nghiêng, cọc của các cầu lớn, để đảm bảo sức chịu tải cũng như ổn định của cọc phải cấu tạo mũi cọc một cách cẩn thận, đúng tâm để cọc không bị lệch hướng khi đóng/hạ vào trong đất.

Những chi tiết cấu tạo và thiết kế mối nối và mũi cọc có ý nghĩa kinh tế – kỹ thuật trong công trình móng cọc nói chung và cũng là những điều kiện dễ bị xem thường của ngưòi thiết kế lẫn người thi công.

4.1.5. Trình tự đóng cọc

Trình tự đóng/hạ cọc trong công nghệ thi công móng cọc cần dựa vào các yếu tố sau đây để quyết định:

•     Điều kiện hiện trường và môi trường;

•     Vị trí và diện tích vùng đóng cọc;

•     Công trình lân cận và tuyến đường ống ngầm;

•     Tính chất đất nền;

•     Kích thước cọc, khoảng cách, vị trí, số lượng, chiều dài cọc;

•     Thiết bị dùng để đóng/hạ cọc;

•     Số lượng đài cọc và yêu cầu sử dụng.

Một số trình tự thường dùng trong thi công đóng hạ cọc trình bày ở hình 4.5. Việc lựa chọn cách đóng nào cần phải có sự phân tích tỷ mỷ trong từng trường hợp cụ thể theo các yếu tố nêu trên.

Thông thường, nguyên tắc để xác định trình tự đóng cọc là:

(1)  Căn cứ vào mật độ của cọc và điều kiện xung quanh:

•     Chia khu để nghien cứu trình tự đóng;

•     Chia 2 hướng đối xứng, từ giữa đóng ra;

•     Chia 4 hướng từ giữa đóng ra;

•     Đóng theo 1 hướng.

(2)  Căn cứ độ cao thiết kế của móng: Móng sâu hơn - đóng trước, nông hơn - đóng sau;

(3)  Căn cứ quy cách cọc: Cọc lớn - đóng trước, cọc nhỏ - đóng sau; cọc dài - đóng trước, cọc ngắn  - đóng sau;

(4)  Căn cứ tình hình phân bố cọc: Cọc trong nhóm - đóng trước, cọc đơn  - đóng sau;

(5)  Căn cứ yêu cầu độ chính xác lúc đóng: Độ chính xác thấp - đóng trước, độ chính xác cao - đóng sau.

4.1.6. Tiêu chuẩn dừng đóng cọc

Xác định tiêu chuẩn dừng đóng cọc theo yêu cầu thiết kế là vấn đề quan trọng vì nó có ý nghĩa rất lớn về kinh tế và kỹ thuật. Hai dấu hiệu để khống chế dừng đóng là: theo độ sâu mũi cọc quy định trong thiết kế và theo độ xuyên cuối cùng của cọc vào đất (có khi còn gọi là theo độ chối). Có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến hai dấu hiệu nói trên và có khi mâu thuẫn nhau.

Tiêu chuẩn khống chế việc dừng đóng cọc nên quy định như sau;

(1)  Nếu mũi cọc đặt vào tầng đất thông thường thì độ sâu thiết kế làm tiêu chuẩn chính còn độ xuyên thì dùng để tham khảo;

(2)  Nếu mũi cọc đặt vào lớp đất cát từ chặt vừa trở lên thì lấy độ xuyên sâu làm tiêu chuẩn chính còn độ sâu cọc - tham khảo;

(3)  Khi độ xuyên đã đạt yêu cầu nhưng cọc chưa đạt đến độ sâu thiết kế thì nên đóng tiếp 3 đợt, mỗi đợt 10 nhát với độ xuyên của 10 nhát này không được lớn hơn độ xuyên quy định của thiết kế;

(4)  Khi cần thiết dùng cách đóng thử để xác định độ xuyên khống chế. Tham khảo kinh nghiệm của Trung Quốc ở bảng 4.3.

Bảng 4.3. Kiến nghị về tiêu chuẩn khống chế dừng đóng cọc (kinh nghiệm Trung Quốc)

Loại cọc

Cọc BTCT rỗng

Cọc BTCT đặc

Kích thước cọc (cm)

Mũi kín

Mũi hở

Mũi kín

Mũi hở

40x40

45x45

50x50

50x50

Đất ở mũi cọc (trị số N)

Đất cát (30-50)

Đất sét cứng

(20-25)

Đất cát (30-50)

Đất sét cứng

(20-25)

Đất sét cứng

(20-25)

Đất cát (30-50)

Loại búa

Điêzen

20-25 cấp

30-40 cấp

30 cấp

30-35 cấp

35-45 ấp

40-45 cấp

Hơi

4-7 T

7-10 T

7 T

7-10 T

10 T

10 T

Trị số khống chế tổng số nhát đóng

£ 2000 -2500

£ 1500 -2000

Số nhát đóng khống chế  ở 5 m cuối cùng

£ 700 -800

£ 500 -600

Trị số độ xuyên

Điezen

2 - 3mm/nhát

2 - 3mm/nhát

cuối cùng

Hơi

3 - 4mm/nhát

3 - 4mm/nhát

4.1.7. Chấn động và tiếng ồn

Vấn đề ảnh hưởng về chấn động cũng như tiếng ồn đối với công trình và con người do thi công đóng cọc gây ra cần phải được xem xét vì nó có thể dẫn đến những hậu quả đáng tiếc, nhất là khi thi công đóng cọc gần công trình đã xây hoặc gần khu dân cư (hình 4.6).

Tiêu chuẩn để khống chê dao động và tiếng ồn do chấn động gây ra đối với người và công trình có thể tham khảo:

•     Tiêu chuẩn Liên Xô (cũ):  Nr. 1304 – 75;

•     Tiêu chuẩn CHLB Đức:     DIN 4150 – 1986;

•     Tiêu chuẩn Thuỵ Sĩ :          SN 640312 – 1978;

•     Tiêu chuẩn Anh   :              BS 5228, Part 4  - 1992a (bảng 4.4a).

•     Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5949-1998 (bảng 4.4b).

Về  độ ồn thường khống chế 70 – 75 dB đối với khu ở  và 70 – 85 dB đối với khu thương mại; Khi ồn quá giới hạn trên phải tìm cách giám ồn. Cách phòng chống ảnh hưởng chấn động và ồn:

•     Xác định khoảng cách an toàn khi đóng (hình 4.7);

•     Chọn cách đóng (trọng lượng + độ cao rơi búa), loại búa hợp lý;

•     Khoan dẫn, đóng vỗ, ép;

•     Làm hào cách chấn;

•     Đặt vật liệu tường tiêu âm, giảm thanh, đệm lót đầu mũ cọc;

•     V..v..

Bảng 4. 4a.  Ảnh hưởng của dao động đối với các đối tượng khác nhau

(theo tiêu chuẩn Anh BS 5228 Part 4   1992a)

Thông số đo và phạm vi độ nhạy

Ví dụ

Đối tượng quan tâm

Chuyển vị (mm)

Vận tốc (mm/s)

Gia tốc (g)

Phương tiện thí nghiệm

Thiết bị và vận hành

(0,25-1) x10-3

(0,1Hz-30Hz)

(0,1-5) x10-3

(30Hz-200Hz)

Cơ sở vi điện tử

Thiết bị và vận hành

(6-400) x10-3

(3Hz-100Hz)

(0,5-8) x10-3

(5Hz-200Hz)

Máy móc chính xác

Thiết bị và vận hành

(0,1-1) x10-3

Máy tính

Thiết bị và vận hành

(3-250) x10-3

0,1-0,25 sai số trung phương (SSTP)

(tối đa 300Hz)

Vi xử lý

Thiết bị và vận hành

0,1-1

Bệnh viện và nơi cư trú

Con người

0,15-15 (hướng đứng)

(8Hz-80Hz)

0,4-40 (hướng ngang)

(2Hz-80Hz)

0,5-50 (SSTP hướng đứng)

(4Hz-8Hz)

Văn phòng

Con người

0,5-20 (hướng đứng)

(8Hz-80Hz)

1-50 (hướng ngang)

(2Hz-80Hz)

Xưởng máy

Con người

1-20 (hướng đứng)

(8Hz-80Hz)

3,2-52 (hướng ngang)

(2Hz-80Hz)

(4-650)x10-3 (SSTP hướng đứng)

(4Hz-8Hz)

Khu dân cư hoặc thương mại

Công trình

1-50

Ống dẫn khí hoặc nước

Dịch vụ ngầm dưới đất

(10-400) x10-3

1-50

Bảng 4.4b. Giới hạn tối đa cho phép tiếng ồn khu vực công cộng và dân cư

(tính theo mức âm tương đương dBA, TCVN 5949-1998)

Khu vực

Thời gian

từ 6h-18h

từ 18h-22h

từ 22h-6h

1.     Khu vực cần đặc biệt yên tĩnh: bệnh viện, thư viện, nhà điều dưỡng, nhà trẻ, trường học, nhà thờ, chùa chiền.

2.     Khu dân cư, khách sạn, nhà nghỉ, cơ quan hành chính.

3.     Khu dân cư xen kẽ trong khu vực thương mại, dịch vụ, sản xuất

50

60

75

45

55

70

40

50

50

4.1.8. Một số sự cố thường gặp

•     Khó xuyên và không đạt được độ sâu thiết kế quy định;

•     Cọc bị xoay và nghiêng quá lớn;

•     Cọc đóng đến độ sâu thiết kế nhưng sức chịu tải không đủ;

•     Sự khác biệt dị thường về tài liệu địa chất lúc đóng so với ban đầu;

•     Thân hoặc mối nối cọc bị hỏng/gẫy ảnh hưởng đến việc tiếp tục ép/đóng;

•     Cọc đóng trước bị trồi lên khi đóng các cọc sau;

•     Không đóng tiếp được nữa do thời gian đóng kéo dài hoặc tạm ngừng;

•     Biến dạng nền lớn dẫn đến trượt cả khối đất;

•     Cọc bị lệch hoặc sai vị trí;

•     V..v..

Những nguyên nhân trên phải được phân tích, tìm cách khắc phục, xử lý.. mới có thể đóng tiếp, có khi phải đóng thử để tìm ra công nghệ và trình tự đóng cọc hợp lý.

Ví dụ nguyên nhân gây trượt nền có thể là:

(1)  Tài liệu  điều tra ĐCCT không giống thực tế hoặc sai, làm người thiết kế không thực hiện hoặc thực hiện sai trong kiểm toán ổn định;

(2)  Phương pháp và công nghệ thi công không đúng làm tăng áp lực nước lỗ rỗng, dưới tác dụng của ép chặt + chấn động dẫn đến mái đất bị trượt;

(3)  Không có biện pháp khống chế tốc độ đóng cọc;

(4)  Xếp cọc ở trên mái dốc hoặc bị đào ở chân dốc...,

(5)  Trong thời gian đóng cọc, mực nước của sông gần đó bị đột ngột hạ thấp.

Cách phòng ngừa và xử lý:

(1)  Điều tra kỹ đất nền, giảm khoảng cách giữa các lỗ khoan thăm dò;

(2)  Cần kiểm toán ổn định trong thiết kế thi công cọc ở vùng bờ dốc;

(3)  Giảm ảnh hưởng chấn động (khoan dẫn – ép – hạ cọc);

(4)  Dùng trình tự đóng từ gần đến xa;

(5)  Tiến độ thi công chậm;

(6)  Giảm thiểu tải trọng thi công, đình chỉ gia tăng tải ở mái dốc;

(7)  Theo dõi kỹ môi trường xây dựng: điều kiện thuỷ văn sóng biển, chú ý sự thay đổi mực nước, phòng ngừa việc hạ thấp đột ngột mực nước;

(8)  Nghiên cứu việc đào hố móng sâu trong khi đóng cọc, kiểm toán ổn định của đất sau khi đóng cọc trước khi đào móng sâu;

(9)  Theo dõi đo đạc áp lực nước lỗ rỗng và chuyển vị để khống chế tiến độ đóng cọc.

4.1.9. Nghiệm thu công tác đóng cọc

Chất lượng hạ cọc cần phải được thể hiện ở các điểm chính sau:

(1)  Chất lượng mối nối giữa các đoạn cọc (nếu có);

(2)  Sai lệch vị trí cọc so với quy định của thiết kế;

(3)  Sai lệch về độ cao đầu cọc: thường không quá 50 – 100mm;

(4)  Độ nghiêng của cọc không vượt quá 1% đối với cọc thẳng đứng và không vượt quá 1,5% góc nghiêng giữa trục cọc và đường nghiêng của búa;

(5)  Bề mặt cọc: nứt, méo mó, không bằng phẳng.

Tổng hợp những điều trên trong bảng 4.5 (hoặc bảng 10 của TCXD 79: 1980)

Bảng 4.5. Sai lệch cho phép về vị trí cọc chế tạo sẵn trên mặt bằng

(kinh nghiệm của Trung Quốc)

Loại cọc

Hạng mục kiểm tra

Sai lệch cho phép (mm)

Cọc BTCT đúc sẵn, cọc ống thép, cọc gỗ

§     Cọc phía trên có dầm móng:

1.     Hướng vuông góc với trục dầm;

2.     Hướng song song với trục dầm

§     Cọc trong nhóm 1-2 chiếc hoặc cọc trong hàng cọc

§     Cọc trong móng có 3-20 cọc

§     Cọc trong móng có trên 20 cọc:

1.     Cọc ở mép ngoài

2.     Cọc trung gian

100

150

100

£1/2 đường kính cọc (hoặc cạnh cọc)

1/2 đường kính cọc (hoặc cạnh cọc)

1 đường kính (hoặc cạnh cọc)

Cọc bản (barette) bằng BTCT

§     Vị trí

§     Độ thẳng đứng

§     Khe hở giữa các cọc

-         Để chống thấm

-         Để chắn đất

100

1%

£20

£25

4.2. Cọc khoan nhồi

Cọc khoan nhồi trong những năm gần đây đã được áp dụng nhiều trong xây dựng nhà cao tầng, cầu lớn và nhà công nghiệp có tải trọng lớn. So với cọc chế tạo sẵn, việc thi công cọc nhồi có nhiều phức tạp hơn, do đó phương pháp và cách giám sát, kiểm tra chất lượng phải làm hết sức chu đáo, tỷ mỷ với những thiết bị kiểm tra hiện đại..

Dưới đây trình bày tóm tắt những nội dung chính mà người kỹ sư giám sát phải nắm vững để nâng cao hơn nữa trách nhiệm cũng như chất lượng giám sát.

4.2.1. Yêu cầu chung

Việc giám sát phải dựa vào công nghệ thi công và chương trình đảm bảo chất lượng đã duyệt. Trong chương trình đảm bảo chất lượng thi công của nhà thầu cần thể hiện chi tiết ở 3 khâu quan trọng sau:

•     Công nghệ tạo lỗ (đào, đóng, khoan, ép), cách giữ thành lỗ cọc (ống chống suốt chiều dài cọc hoặc dung dịch) và chất lượng lỗ (đúng vị trí, không nghiêng quá trị số cho phép, cặn lắng ở đáy lỗ được thổi rửa sạch đúng yêu cầu);

•     Chế tạo, lắp lồng cốt thép và giữ lồng thép ổn định trong quá trình đổ bê tông;

•     Khối lượng bê tông, chất lượng và công nghệ đổ bê tông.

Về mặt quản lý và kiểm tra chất lượng cọc thì chia làm 2 giai đoạn: trước khi thành hình cọc và sau khi đã thi công xong cọc.

Chỉ tiêu cần phải kiểm tra và đánh giá gồm có:

•     Chất lượng lỗ cọc trước khi đổ bê tông;

•     Chất lượng và khối lượng bê tông đổ vào cọc;

•     Lồng cốt thép trong lỗ cọc (sự liên tục, nghiêng lệch, trồi...);

•     Chất lượng sản phẩm (tình trạng, kích thước thân cọc và sức chịu tải của cọc).

Nếu dùng dung dịch sét (hoặc hoá phẩm khác) để ổn định thành lỗ cọc thì cần phải quản lý chất lượng dung dịch này về các mặt:

•     Chế tạo dung dịch đạt tiêu chuẩn đã đề ra;

•     Điều chỉnh dung dịch (mật độ và độ nhớt.. .) theo điều kiện địa chất công trình - địa chất thuỷ văn và công nghệ khoan cụ thể;

•     Thu hồi, làm giàu và sử dụng lại dung dịch;

•     Hệ thống thiết bị để kiểm tra chất lượng dung dịch tại hiện trường.

4.2.2. Khối lượng kiểm tra và cách xử lý

Về nguyên tắc, công trình càng quan trọng (về ý nghĩa kinh tế, lịch sử, xã hội.. .), chịu tải trọng lớn, thi công trong điều kiện địa chất phức tạp, công nghệ thi công có độ tin cậy thấp, người thi công (và thiết kế) có trình độ và kinh nghiệm ít thì cần tiến hành quản lý và kiểm tra chất lượng có mật độ (tỷ lệ %) cao hơn, tức là nếu độ rủi ro càng nhiều thì mức độ yêu cầu về quản lý và đánh giá chất lượng cần phải nghiêm ngặt với mật độ dày hơn.

Mặt khác, như sẽ được trình bày chi tiết hơn ở mục này, cách kiểm tra bằng phương pháp không phá hỏng (NDT) nhờ những thiết bị khá hiện đại đã có ở nước ta, cho phép thực hiện việc kiểm tra chất lượng cọc hết sức nhanh chóng với giá cả chấp nhận được. Vì vậy trong tiêu chuẩn TCXD 206: 1998 “Cọc khoan nhồi - yêu cầu về chất lượng thi công” đã đã đưa ra khối lượng kiểm tra tối thiểu (bảng 4.6).

Bảng 4.6. Khối lượng kiểm tra chất lượng bê tông thân cọc

(theo TCXD 206: 1998)

Thông số kiểm tra

Phương pháp kiểm tra

Tỷ lệ kiểm tra tối thiểu, %

Sự nguyên vẹn của thân cọc

-So sánh thể tích bê tông đổ vào lỗ cọc với thể tích hình học của cọc

- Khoan lấy lõi

- Siêu âm, tán xạ gama có đặt ống trước

- Phương pháp biến dạng nhỏ (PIT, MIM), quan sát khuyết tật qua ống lấy lõi bằng camera vô tuyến

- Phương pháp biến dạng lớn PDA

100

1-2% + phương pháp khác

10-25% + phương pháp khác

³ 50

4% và không dưới 5 cọc

Độ mở rộng hoặc độ ngàm của mũi cọc vào đá

Khoan đường kính nhỏ (36mm) ở vùng mở rộng đáy hoặc xuyên qua mũi cọc

2-3 cọc lúc làm thử hoặc theo bảng 4.7

Cường độ bê tông thân cọc

-Thí nghiệm mẫu lúc đổ bê tông

- Thí nghiệm trên lõi bê tông lúc khoan

- Theo tốc độ khoan (khoan thổi không lấy lõi)

- Súng bật nẩy hoặc siêu âm đối với bê tông ở đầu cọc

Theo yêu cầu của giám sát

35

Chú thích:

1)    Thông thường cần kết hợp từ 2 phương pháp khác nhau trở lên để tiến hành so sánh cho một thông số kiểm tra nêu ở bảng này. Khi cọc có L/D>30 thì phương pháp kiểm tra qua ống đặt sẵn sẽ là chủ yếu (L-chiều dài, D-đường kính);

2)     Lớp bê tông bảo vệ đường kính cọc và hình dạng bề ngoài của cốt thép có thể kiểm tra ở chỗ đầu cọc, khi đã loại bỏ lớp bê tông cặn ở phía trên cốt đầu cọc.

Đối với những công trình có số lượng cọc trong mỗi móng là ít và tải trọng truyền lên móng lớn, kết cấu có độ nhạy cao khi lún không đều xẩy ra, người ta yêu cầu tỷ lệ đặt ống để kiểm tra khá nhiều như trình bày ở bảng  4.7 dưới đây.

Bảng 4.7. Quy định tỷ lệ % cọc cần đặt sẵn ống và kiểm tra đối với công trình giao thông

(DTU 13.2, P1 - 212, 9-1992, Pháp)

(N - tổng số cọc thi công, n - số cọc trong một móng trụ)

n  £ 4

n  >4

Cách thức tiếp nhận lực

của cọc

N

Số lượng ống

đặt sẵn

Số lượng cọc kiểm tra

Số lượng ống

đặt sẵn

Số lượng cọc kiểm tra

Các ống 50/60

Ống

102/114

Thăm dò thân cọc NDT

Khoan lấy lõi tại mũi cọc

Các ống 60/60

Ống

102/114

Thăm dò thân cọc NDT

Khoan lấy lõi tại mũi cọc

Chỉ có ma sát

£ 50

100

0

100

0

100

0

50-100

0

Cục bộ

>50

100

0

100

1

50-100

0

50-100

0

Ma sát cục bộ

£ 50

100

³ 50

100

30

100

³ 30

50-100

³ 20

và mũi cọc

>50

100

³ 30

50-100

20

50-100

³ 20

50-100

³ 10

Chỉ có mũi

£ 50

100

100

100

50-100

100

50-100

50-100

³ 30

cọc

>50

100

50-100

50-100

³ 30

50-100

³ 30

50-100

³ 20

Không nhất thiết phải kiểm tra tất cả các cọc có đặt sẵn ống. Thông thường người ta chỉ tiến hành kiểm tra theo một tỷ lệ nào đó so với các cọc đã đặt ống, nếu thấy chất lượng tốt và đạt kết quả ổn định thì có thể dừng. Nếu có nghi vấn thì phải tiếp tục kiểm tra cho hết số cọc đã đặt ống.

Ngoài ra cũng có thể dựa vào sơ đồ trình bày trên hình 4.8 để thực hiện trình tự kiểm tra từ đơn giản đến phức tạp theo mức độ khai thác ứng suất cho phép và độ rủi ro có thể xẩy ra trong quá trình thi công cọc.

4.2.3 Kiểm tra chất lượng lỗ cọc

Yêu cầu về chất lượng

Chất lượng lỗ cọc là một trong các yếu tố có ý nghĩa quyết định chất lượng cọc. Công việc khoan và dọn lỗ cọc, sau đó là cách giữ thành vách lỗ cọc là những công đoạn quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng lỗ cọc tốt hay xấu. Các chỉ tiêu về chất lượng lỗ cọc gồm vị trí, kích thước hình học, độ nghiêng lệch, tình trạng thành vách và lớp cặn lắng ở đáy lỗ. Trong bảng 4.8 trình bày các thông số để đánh giá chất lượng và phương pháp kiểm tra chúng.

Bảng 4.8. Các thông số cần kiểm tra về lỗ cọc

Thông số kiểm tra

Phương pháp kiểm tra

Tình trạng lỗ cọc

- Kiểm tra bằng mắt có thêm đèn rọi

- Dùng phương pháp siêu âm hoặc camera ghi chụp thành lỗ cọc

Vị trí, độ thẳng đứng và độ sâu

- Đo đạc so với mốc và tuyến chuẩn

- So sánh khối lượng đất lấy lên với thể tích hình học của cọc

- Theo lượng dùng dung dịch giữ thành

- Theo chiều dài tời khoan

- Quả dọi

- Máy đo độ nghiêng, phương pháp siêu âm

Kích thước lỗ

- Mẫu, calip, thước xếp mở và tự ghi độ lớn nhỏ đường kính

- Theo đường kính, thước xếp mở và tự ghi độ lớn nhỏ đường kính

- Theo đường kính ống giữ thành

- Theo độ mở của cách mũi khoan khi mở rộng đáy

Tình trạng đáy lỗ và độ sâu của mũi cọc trong đất+đá, độ dày lớp cặn lắng

- Lấy mẫu và so sánh với đất và đá lúc khoan, đo độ sâu trước và sau thời gian giữ thành không ít hơn 4 giờ (trước lúc đổ bê tông)

- Độ sạch của nước thổi rửa

- Phương pháp quả tạ rơi hoặc xuyên động

- Phương pháp điện (điện trở, điện dung..)

- Phương pháp âm.

Bảng 4.9. Sai số cho phép về lỗ cọc

Tiêu chuẩn

Độ thẳng đứng

Vị trí đỉnh cọc

ADSC

2% trên suốt chiều dài cọc

7,5 cm

FHWA (1998)

2% trên suốt chiều dài cọc

1/24 của đường kính cọc hoặc 7,5 cm

FHWA (1990)

1/48

7,5 cm

ACI

+ Đối với cọc không có cốt thép 1,5% trên suốt chiều dài cọc.

+ Đối với cọc có cốt thép 2% trên suốt chiều dài cọc

4% của đường kính cọc hoặc 7,5cm

ICE

1/75

7,5 cm

CGS

2% trên suốt chiều dài cọc

+ 7,5 cm

+ 15 cm đối với các công trình biển

Chú thích:

ADSC: Hiệp hội các Nhà thầu cọc khoan nhồi Mỹ;

FHWA: Cục đường bộ Liên bang Mỹ;

ACI : Viện bê tông Mỹ;

ICE : Viện Xây dựng dân dụng Anh;

CGS : Hiệp hội Địa kỹ thuật Canada.

Vị trí của lỗ cọc trên mặt bằng, độ nghiêng cũng như kích thước hình học của nó thường không đúng với thiết kế quy định, nhưng không được sai lệch quá giới hạn nào đó. Các phạm vi sai số này do thiết kế quy định theo tiêu chuẩn thiết kế và thi công cọc nhồi. Nhưng ngay tiêu chuẩn của các nước khác nhau cũng có những quy định cho phép sai số khác nhau (xem bảng 4.9).

Theo tiêu chuẩn của Trung Quốc thì yêu cầu sai số về độ nghiêng cao hơn nhiều so với bảng 4.9 như sau: Phải nhỏ hơn 1/500 đối với những công trình đòi hỏi cao và thấp nhất là không quá 1/100.

Trên cơ sở tham khảo các tiêu chuẩn nhiều nước và tình hình thi công thực tế ở Việt Nam, TCXD 206 : 1998 quy định sai số cho phép về lỗ cọc nhồi như trong bảng 1 của tiêu chuẩn này.

Khi sử dụng bảng trên nên chú ý rằng: đối với những công trình đòi hỏi cao, số lượng cọc ít hoặc có những yêu cầu đặc biệt khác thì cần phải giảm các trị số cho phép nêu trên, đặc biệt là độ thẳng đứng. Ví dụ như công trình cầu khẩu độ lớn, nhịp bê tông cốt thép ứng suất trước liên tục, số lượng cọc là 10 cho mỗi trụ thì có thể phải quy định độ nghiêng cho lỗ cọc không được quá 1/200.

Ngoài kích thước và vị trí hình học như đã nói ở trên còn phải đảm bảo lượng cặn lắng ở đáy lỗi không được dày quá các giá trị sau:

-         Cọc chống £ 50mm;

-         Cọc ma sát + chống £ 100mm;

-         Cọc ma sát £ 200mm.

Phương pháp kiểm tra

1. Kiểm tra kích thước và tình trạng thành vách lỗ cọc

•     Đo đường kính lỗ cọc

Thiết bị đo đường kính lỗ cọc gồm 3 bộ phận cấu thành: đầu đo, bộ phận phóng đại và bộ phận ghi (hình 4.9) có thể đo lỗ cọc đường kính lên đến 1,2m. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị là do cơ cấu co dãn đàn hồi của  4 “ăng ten” ở đầu đo mà làm thay điện trở, từ đó làm thay đổi điện áp, kết quả của sự thay đổi được hiển thị bằng số hoặc máy ghi lưu giữ. Trị điện áp biểu thị và đường kính cọc có quan hệ:

f  =  f_0 +

Trong đó:     f - Đường kính lỗ cọc đo được, m;     f_0 - Đường kính lỗ cọc lúc đầu;

DV - Biến đổi điện áp, vôn;          k -  Hệ số m /W;       I - Cường độ dòng điện, Ampe.

•     Độ nghiêng và tình trạng thành vách lỗ cọc

Khi thi công cọc trong điều kiện có nước ngầm và có dùng dung dịch sét  để giữ thành thì tình trạng thành vách, độ thẳng đứng và độ dày lớp cặn lắng chỉ có máy móc mới kiểm tra được.

Phương pháp sóng âm: Nguyên lý là dựa vào hiệu ứng điện áp của tinh thể mà phát sinh ra sóng siêu âm, thông qua bộ chuyển đổi năng lượng sóng âm đặt ở đầu dò (phát và thu), ta đo được các đại lượng:

t = L/C

Trong đó:

t - thời gian sóng âm qua môi trường, giây;

L - Đoạn đường của sóng truyền qua (âm trình), m;

C - Vận tốc của sóng âm, m/giây.

Trên hình 4.10  là thiết bị  đo thành lỗ khoan DM - 686II của Nhật theo nguyên tắc sóng âm nói trên với độ sâu đo đến 100m và đường kính lỗ đến 4m và trên hình 4.11 là cách lắp đặt và kết quả đo.

2. Đo bề dày lớp cặn lắng ở đáy lỗ cọc

Phương pháp chuỳ rơi: Dùng chuỳ hình côn bằng đồng nặng khoảng 1kg, có tai để buộc dây và thả chầm chậm vào lỗ khoan. Phán đoán mặt lớp cặn lắng bằng cảm giác tay cầm dây, độ dày lớp cặn là hiệu số giữa độ sâu đo được lúc khoan xong với độ sâu đo được bằng chuỳ này.

Phương pháp điện trở: Dựa vào tính chất dẫn điện khác nhau của môi trường không đồng nhất (gồm nước +dung dịch giữ thành và các hạt cặn lắng) mà phán đoán chiều dày lớp cặn lắng này bằng trị số biến đổi của điện trở.

Theo định luật Ohm:

Trong đó:      V_1 - Điện áp ổn định của dòng xoay chiều (V);

V_2 - Điện áp đo được (V);

R - Điện trở điều chỉnh (W);

Rx - Trị điện trở của đất ở đáy lỗ (W).

Rx phụ thuộc  vào môi trường, Rx khác nhau sẽ ứng với trị điện áp V_2 khác nhau, sẽ đọc được V_2 ở máy phóng đại. Cách đo như sau: Thả chậm đầu dò vào lỗ khoan, theo dõi sự thay đổi V_2, khi kim chỉ V_2 biến đổi đột ngột, ghi lại độ sâu h_1, tiếp tục thả đầu dò, kim chỉ V_2, ghi lại độ sâu h_2.., cho đến khi đầu dò không chìm được nữa, ghi lại độ sâu h_3. Độ sâu của cọc khoan đã biết là H nên có thể tính chiều dày lớp cặn lắng là:

(H - h_1) hoặc (H - h_2) hoặc (H-h_3)...

Trên hình 4.12 a trình bày nguyên lý xác định chiều dày lớp cặn lắng bằng phương pháp điện trở.

Phương pháp điện dung: Dựa vào nguyên lý khoảng cách giữa hai cực bản kim loại và kích thước giữa chúng không thay đổi thì điện dung và suất điện giải của môi trường tỷ lệ thuận với nhau, suất điện giải của môi trường nước + dung dịch giữ thành + cặn lắng.. có sự khác biệt, do đó từ sự thay đổi của suất điện giải ta suy được chiều dày lớp cặn lắng. Trên hình 4.12b trình bày sơ đồ bộ đo cặn lắng bằng phương pháp điện dung.

Phương pháp âm (sonic): Dựa vào nguyên lý phản xạ của sóng âm khi gặp các giao diện khác nhau trên đường truyền sóng. Đầu đo làm hai chức năng phát và thu. Khi sóng gặp mặt lớp cặn lắng phản xạ lại, ghi được thời gian này là t_1, khi gặp đáy lớp cặn (đất đá nguyên dạng) phản xạ lại, ghi được t_2, chiều dày lớp cặn lắng sẽ là:

Trong đó:   h - Độ dày lớp cặn lắng;

t_1 và t_2  - Thời gian phát và thu khi sóng gặp mặt và đáy lớp lớp cặn lắng, giây;

C - Tốc độ sóng âm trong cặn lắng, m/giây.

Thật ra cặn lắng hình thành trong thời gian từ lúc tạo lỗ đến lúc đổ bê tông, trạng thái của lớp này từ trên xuống ở thể lỏng ® đặc ®hạt. Do vậy, thế nào là cặn lắng cũng không có định nghĩa rõ ràng và cũng không có một bề mặt cặn lắng xác định cụ thể mà chủ yếu dựa và kinh nghiệm.

3. Điều chế và quản lý dung dịch giữ thành

Trừ trường hợp lớp đất ở hiện trường thi công cọc khoan nhồi có thể tự tạo thành dung dịch sét ra hoặc tạo lỗ  và giữ  thành bằng  phương pháp  có ống chống đều phải dùng dung dịch  chế tạo sẵn để giữ thành lỗ cọc. Chế tạo dung dịch phải được thiết kế cấp phối tuỳ theo thiết bị, công nghệ thi công, phương pháp khoan lỗ và điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn của địa điểm xây dựng để quyết định.

Trong bảng 4.10 trình bày các yêu cầu về chất lượng của dung dịch sét lúc chế tạo ban đầu còn khi sử dụng có thể tham khảo bảng 4.11 để điều chế, quản lý và kiểm tra.

Bảng 4.10. Chỉ tiêu tính năng ban đầu của dung dịch sét (nếu dùng)

Hạng mục

Chỉ tiêu tính năng

Phương pháp kiểm tra

1. Khối lượng riêng

1,05 – 1,15

Tỷ trọng kế dung dịch sét hoặc Bomê kế

2. Độ nhớt

18 – 45 s

Phương pháp phễu 500/700cc

3. Hàm lượng cát

< 6%

4. Tỷ lệ chất keo

> 95%

Phương pháp đong cốc

5. Lượng mất nước

< 30ml/30 phút

Dụng cụ đo lượng mất nước

6. Độ dày của áo sét

1- 3/mm/30 phút

Dụng cụ đo lượng mất nước

7. Lực cắt tĩnh

1 phút: 20-30 mg/cm^2

10 phút: 50 - 100 mg/cm^2

Lực kế cắt tĩnh

8. Tính ổn định

< 0,03 g/cm^2

9. Trị số pH

7 - 9

Giấy thử pH

Bảng 4.11. Chỉ tiêu kỹ thuật của dung dịch sét bentonite trong sử dụng (kinh nghiệm của Nhật)

Phương

Địa

Chỉ tiêu kỹ thuật của dung dịch sét

pháp khoan

tầng

Khối lượng riêng

Độ nhớt

(Pa.S)

Hàm lượng cát,  %

Tỷ lệ chất keo, %

Mất nước

(ml/30 min.)

Độ pH

Tuần hoàn

Đất sét

1,05-1,20

16-22

< 8-4

> 90-95

< 25

8 - 10

thuận, khoan dập

Đất cát

Đất sạn

Cuội đá dăm

1,2-1,45

19-28

< 8-4

> 90-95

< 15

8 - 10

Khoan đẩy,

Đất sét

1,1-1,2

18-24

< 4

> 95

< 30

8-11

khoan ngoạm

Đất cát sỏi sạn

1,2-1,4

22-30

< 4

> 95

< 20

8-11

Khoan

Đất sét

1,02-1,06

16-20

< 4

> 95

< 20

8-10

tuần hoàn

Đất cát

1,0-1,10

19-28

< 4

> 95

< 20

8-10

nghịch

Đất sạn

1,1-1,15

20-25

< 4

> 95

< 20

8-10

4.2.4. Kiểm tra lồng thép và lắp đặt ống đo

Lồng cốt thép ngoài việc phải phù hợp với yêu cầu của thiết kế như quy cách, chủng loại, phẩm cấp que hàn, quy cách mối hàn, độ dài đường hàn, ngoại quan và chất lượng đường hàn.. còn phải phù hợp yêu cầu sau đây:

•     Sai số cho phép trong chế tạo lồng cốt thép:

-         Cự ly giữa các cốt chủ ± 10mm;

-         Cự ly cốt đai hoặc cốt lò xo ± 20mm;

-         Đường kính lồng cốt thép ± 10mm;

-         Độ dài lồng cốt thép ± 50mm;

-         Độ thẳng của lồng thép < 1/100;

•     Sai số cho phép của lớp bảo vệ cốt thép chủ của lồng thép:

-         Cọc đổ bê tông dưới nước ± 20mm;

-         Cọc không đổ bê tông dưới nước ± 10mm.

Các ống đo được làm bằng thép hoặc nhựa PVC (có khả năng giữ đúng vị trí khi vận chuyển và đổ bê tông) được nối với nhau bằng măng xông (không hàn) đảm bảo không lọt nước vào trong ống và trong ống đổ đầy nước sạch. Các ống này phải đặt song song và đưa xuống tới đáy lồng thép (hình 4.13b), được cố định cứng vào lồng thép và được bịt kín ở hai đầu. Nút dưới vừa đảm bảo cho đầu dưới kín nước tuy vẫn cho phép sau này khoan thủng được khi cần thiết. Dùng một đường dưỡng kiểm tra sự thông suốt của ống đo nhằm bảo đảm việc di chuyển các đầu dò trong ống sẽ dễ dàng. Đầu ống phía trên được chuẩn bị sao cho cao hơn mặt bê tông của đầu cọc ít nhất bằng 0,2 m. Đường kính trong tối thiểu của ống đo là 40mm, khoảng cách giữa các ống đo đối với mọi cấu kiện móng nằm trong khoảng 0,30m - 1,50m (hình 4.13a).

Đối với cọc có tiết diện ngang hình tròn, đường kính D (hình 4.13b) số lượng ống dự tính như sau:

•     Hai ống nếu D < 0,60m;

•     Ba ống nếu 0,60m < D £ 1,20m;

•     Ít nhất 4 ống nếu D > 1,20m.

4.2.5. Kiểm tra chất lượng bê tông và công nghệ đổ bê tông

Thi công bê tông cho cọc khoan nhồi trong đất có nước ngầm phải tuân theo quy định về đổ bê tông dưới nước và phải có sự quản lý chất lượng bê tông khi đổ bằng các thông số sau đây:

•     Độ sụt (cho từng xe đổ);

•     Cốt liệu thô trong bê tông không lớn hơn cỡ hạt theo yêu cầu của công nghệ;

•     Chất lượng ximăng;

•     Mức hỗn hợp bê tông trong hố khoan;

•     Độ sâu ngập ống dẫn bê tông trong hỗn hợp bê tông;

•     Khối lượng bê tông đã đổ trong lỗ cọc;

•     Cường độ bê tông sau 7 và 28 ngày.

Cần thiết lập cho từng cọc một đường cong đổ bê tông quan hệ giữa lượng thực tế của bê tông vào cọc và thể tích hình học (lý thuyết) của cọc qua từng độ sâu khác nhau. Đường cong nói trên phải có ít nhất 5 điểm phân bố trên toàn bộ chiều dài cọc. Trường hợp bê tông sai lệch không bình thường so với tính toán (ít quá hoặc nhiều quá 30%) thì phải dùng các biện pháp đặc biệt để thẩm định tìm nguyên nhân và phương pháp đổ thích hợp.

Ngoài điều kiện về cường độ, bê tông cho cọc khoan nhồi phải có độ sụt lớn để đảm bảo sự liên tục của cọc (bảng 4.12) và phải kiểm tra chặt chẽ trước khi đổ, và lượng ximăng thường không nhỏ hơn 350kg/m^3 bê tông.

Bảng 4.12. Độ sụt của bê tông cọc nhồi (theo TCXD 205-1998)

Điều kiện sử dụng

Độ sụt

Đổ tự do trong nước, cốt thép có khoảng cách lớn cho phép bê tông dịch chuyển dễ dàng

7,5 – 12,5

Khoảng cách cốt thép không đủ lớn, để cho phép bê tông dịch chuyển dễ dàng, khi cốt đầu cọc nằm trong vùng vách tạm. Khi đường kính cọc nhỏ hơn 600 mm

10 – 17,5

Khi bê tông được đổ dưới nước hoặc trong môi trường dung dịch sét ben-to-nít qua ống đổ (tremie)

> 15

Việc thi công đổ bê tông cho cọc thường tiến hành cùng lúc với việc khoan tạo lỗ cho các cọc khác. Những chấn động rung sẽ có ảnh hưởng không tốt đến quá trình đông cứng của bê tông tươi.

Do vậy cần phải hạn chế tác hại chấn động trong môi trường đất bằng thông số vận tốc chuyển động cực đại của chất điểm như trình bày trong bảng 4.13.

Bảng 4.13. Mức vận tốc chấn động cho phép đối với bê tông

Tuổi của bê tông

Vận tốc cực đại của chất điểm (mm/s)

0-4 giờ

4 - 24 giờ

1 - 7 ngày

Không hạn chế

5, tốt nhất là không có chấn động

50

4.2.6. Kiểm tra chất lượng thân cọc

Chất lượng của cọc sau khi đổ xong bê tông thường thể hiện bằng các chỉ tiêu sau:

-Độ nguyên vẹn (sự toàn khối của cọc);

-Sự tiếp xúc giữa mũi cọc và đất nền;

-Sức chịu tải của cọc.

Một số phương pháp kiểm tra thường dùng gồm có:

4.2.6.1. Phương pháp siêu âm truyền qua

Việc thăm dò bằng siêu âm một cấu kiện móng bằng bê tông có đặt trước ít nhất hai ống đo, song song, bao gồm các bước (hình 4.14) như sau:

-         Cho một đầu dò (đầu phát) vào trong một ống đo đã đầy nước sạch và phát sóng siêu âm truyền qua bê tông của cấu kiện móng;

-         Cho một đầu dò thứ hai (đầu thu) vào một ống khác cũng đầy nước và thu sóng siêu âm này ở cùng mức độ sâu của đầu phát sóng; khi cần (ví dụ lúc dò độ lớn lỗ hổng) có thể hai đầu thu phát không cùng ở một mức độ sâu nhưng khoảng cách chéo này phải được xác định.

-         Trên suốt dọc chiều cao các ống, đo thời gian truyền sóng siêu âm giữa hai đầu dò;

-         Ghi lại sự thay đổi biên độ của tín hiệu nhận được.

Một số cách đánh giá kết quả kiểm tra

Phân tích và đánh giá kết quả kiểm tra do chuyên gia tư vấn có trình độ chuyên môn cao thực hiện và chịu trách nhiệm trước người đặt yêu cầu.

Để đánh giá chất lượng bê tông của cấu kiện móng thường phải dựa vào các đặc trưng âm đo được (như vận tốc, biên độ, năng lượng, thời gian truyền.. ) hoặc vào hình dáng của sóng âm được ghi lại trên màn hình.

Trong bảng 4.14 trình bày cách đánh giá chất lượng bê tông theo một số đặc trưng sóng siêu âm và trên hình 4.15 trình bày ví dụ hình dáng sóng âm đối với cọc có khuyết tật.

Bảng 4.14. Đánh giá chất lượng bê tông thân cọc khoan nhồi theo đặc trưng sóng âm

Chất lượng

Thời gian truyền

Biên độ

Hình dạng sóng

Tốt

Đều đặn không đột biến

Không bị suy giảm lớn

Bình thường

Phân tầng

Tăng lớn

Có suy giảm

Biến đổi lạ

Nứt gẫy

Tăng đột biến

Suy giảm rõ rệt

Biến đổi lạ

Phương pháp kiểm tra chất lượng bê tông bằng siêu âm không cho thông tin về cường độ (hoặc các đặc trưng cơ học khác như môdun đàn hồi, hệ số Poisson). Muốn có được các thông tin này, ở các công trường lớn (với khối lượng bê tông nhiều) phải tiến hành xây dựng các tương quan giữa đặc trưng cơ học nào đó (cần dùng nó trong kiểm soát chất lượng) với đặc trưng âm.

Trong trường hợp muốn có những số liệu sơ bộ về chất lượng hoặc cường độ bê tông thông qua các đặc trưng sóng âm có thể tham khảo bảng 4.15 và 4.16.

Bảng 4.15. Đánh giá chất lượng bê tông thân cọc bằng vận tốc xung

Tốc độ xung

Đánh giá

ft/s

m/s

chất lượng

Trên 15.000

12.000 - 15.000

10.000 - 12.000

7.000 - 10.000

Dưới 7.000

Trên 4570

3660 - 4570

3050 -3660

2135 - 3050

Dưới 2135

Rất tốt

Tốt

Nghi ngờ

Kém

Rất kém

Bảng 4.16. Cấp chất lượng bê tông thân cọc theo vận tốc siêu âm

(kinh nghiệm Trung Quốc)

Vận tốc âm (m/s)

< 2000

2000-3000

3000-3500

3500-4000

>4000

Chất lượng bê tông

Rất kém

Kém

Trung bình

Tốt

Rất tốt

Cấp chất lượng của cọc

V

IV

III

II

I

4.2.6.2. Phương pháp đồng vị phóng xạ (tia gamma)

Để kiểm tra chất lượng và phát hiện khuyết tật trong bê tông móng, người ta sử dụng nguồn đồng vị Cs-137 (hoặc Cr-60) để khảo sát đặc trưng cơ bản của vật liệu.

Khi truyền qua bê tông, cường độ bức xạ bị giảm yếu do sự hấp thụ của bê tông. Về lý thuyết đã chứng minh được: mật độ bê tông thay đổi phụ thuộc tuyến tính với logarit của cường độ bức xạ I thu nhận theo phương trình:

r = A + B ln I

Trong đó: A, B được xác định trên mẫu chuẩn trong phòng thí nghiệm phụ thuộc vào cường độ bức xạ ban đầu Io, chiều dày của móng d, hệ số suy giảm m và một số tham số khác.

Khi chiều dày d không đổi thì việc xác định r chỉ hoàn toàn phụ thuộc vào việc phát và thu phóng xạ.

Từ mật độ r và sự phân bố của nó sẽ xác định được các khuyết tật và độ đồng nhất của bê tông móng.

4.2.6.3. Phương pháp biến dạng nhỏ (PIT)

Phương pháp thử bằng biến dạng nhỏ dựa trên nguyên lý phản xạ khi trở kháng thay đổi, của sóng ứng suất truyền dọc theo thân cọc, gây ra bởi tác động của lực xung tại đầu cọc.

Nguyên lý công tác của thiết bị dùng trong phương pháp này được trình bày về nguyên tắc ở hình 4.16 với trình tự thực hiện chủ yếu như sau:

-         Dùng búa tay có lắp bộ cảm biến lực, đóng lên đầu cọc;

-         Ghi lại hình sóng lực xung làm điều kiện biên;

Lực cản ở mặt bên của cọc mô phỏng theo luật tắt dần tuyến tính, lực cản ở mũi cọc mô phỏng theo lò xo và bộ phận tắt dần;

Dùng các tham số giả định của đất để tính bằng phương pháp lặp và điều chỉnh trở kháng để sao cho hình sóng tính toán tương đối khớp với hình sóng đo được từ thực tế, từ đó phán đoán vị trí và độ lớn khuyết tật.

Ngoài phương pháp biến dạng nhỏ PIT theo trường phái của Mỹ, ở Viện cơ học Việt Nam có hệ thống thiết bị MIMP-15 kiểm tra chất lượng cọc theo nguyên lý trở kháng cơ học (MIM) của người Pháp theo tiêu chuẩn Pháp NF 160-94.

4.2.6.4. Phương pháp biến dạng lớn (PDA)

Phương pháp thử bằng biến dạng lớn (theo mô hình E.A. Smith hoặc theo Case) là phương pháp đo sóng của lực ở đầu cọc và sóng vận tốc (tích phân gia tốc) rồi tiến hành phân tích thời gian thực đối với hình sóng (bằng các tính lặp) dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất trong thanh cứng và liên tục do lực va chạm dọc trục tại đầu cọc gây ra.

Nguyên lý của phương pháp như trình bày trên hình 4.17.

Các đầu đo gia tốc và ứng suất được gắn chặt vào cọc, các tín hiệu từ đầu đo được truyền từ cọc như năng lượng lớn nhất của búa, ứng suất kéo nén lớn nhất của cọc, sức chịu tải Case-Goble, hệ số độ nguyên vẹn.. được quan sát trong quá trình thí nghiệm trên hệ thống máy phân tích và hiển thị.

Các số liệu hiện trường được phân tích bằng chương trình CAPWAP (hoặc Case) nhằm xác định sức chịu tải tổng cộng của cọc, sức chống ma sát của đất ở mặt bên và ở mũi cọc cùng một số thông tin khác về công nghệ đóng và chất lượng cọc.

Kết quả kiểm tra chất lượng cọc bằng phương pháp biến dạng lớn được xử lý bằng phần mềm chuyên dụng và có dạng như trình bày trên hình 4.18.

Có thể phán đoán mức độ khuyết tật (có tính chất định tính) của cọc theo hệ số hoàn chỉnh b (theo bảng 4.17).

Bảng 4.17. Phán đoán mức độ khuyết tật của thân cọc

Hệ số b

1,0

0,8-1,0

0,6-0,8

< 0,6

Mức độ khuyết tật

Hoàn chỉnh

Tổn thất ít

Phá hỏng

Nứt gẫy

Như đã lưu ý trên đây, các phương pháp kiểm tra không phá hỏng vừa nêu có những hạn chế của nó. Do đó để có độ tin cậy cao hơn trong việc xác định các khuyết tật của cọc thường phải dùng không ít hơn hai phương pháp khác nhau để cùng kiểm tra và xác nhận, không vội tin vào một phương pháp nào khi có nhiều nghi ngờ về kết quả. Có thể để khẳng định, phải dùng các phương pháp trực giác tuy tốn kém và cồng kềnh như khoan lấy mẫu hoặc đào khi điều kiện cho phép.

Trong bảng 4.18 và 4.19 tóm tắt nêu một số ưu và nhược điểm cũng như phạm vi áp dụng của các phương pháp kiểm tra nói trên.

Bảng 4.18. Các phương pháp truyền qua trực tiếp (tia gamma hoặc siêu âm)

Phương pháp kiểm tra bằng siêu âm truyền qua

Phương pháp kiểm tra bằng gamma truyền qua

Nguyên tắc và điều kiện áp dụng

-Đo sóng siêu âm truyền qua các ống đặt sẵn hoặc các lỗ khoan lấy mẫu.

-Các dao động được truyền từ một ống khác cùng cao độ để đo thời gian đến và biên độ dao động

-Đo số phóng xạ giữa các ống đặt sẵn hoặc các lỗ khoan lấy mẫu.

-Nguồn phóng xạ và đầu thu để trong các ống gần nhau hoặc đối diện nhau có đổ đầy nước. Vùng mật độ thấp sẽ làm tăng photon trên đầu đo.

Ưu điểm

-Tương đối nhanh

-Xác định được khuyết tật giữa các ống khá chuẩn

-Không bị hạn chế độ sâu

-Xem kết quả ngay trên màn hình

-Tương đối nhanh

-Xác định được khuyết tật giữa các ống khá chuẩn

-Không bị hạn chế độ sâu

-Xem kết quả ngay trên màn hình

Nhược điểm

-Phải đặt trước các ống hoặc phải khoan lỗ

-Khó xác định được khuyết tật ở gần mặt bên của cọc

-Phải đặt trước các ống hoặc phải khoan lỗ

-Có thể gây nhiễm phóng xạ

-Khoảng cách lớn nhất giữa các ống là 80cm.

Ứng dụng

-Kiểm tra đồng chất của bê tông hoặc xác định bất kỳ khuyết tật nào trong cọc

-Kiểm tra đồng chất của bê tông hoặc xác định bất kỳ khuyết tật nào trong thân cọc

Bảng 4.19. Các phương pháp thử động bề mặt (PIT, MIM, PDA)

Phương pháp thử động biến dạng nhỏ (gõ - PIT, MIM)

Phương pháp thử động biến dạng lớn (PDA)

Nguyên tắc và điều kiện áp dụng

-Đo thời gian truyền sóng dọc trong bê tông.

-Dùng búa gõ vào đầu cọc truyền sóng nén đi xuống gặp mũi cọc hoặc bất kỳ khuyết tật nào sẽ phản xạ lại bề mặt.

-Việc phân tích sẽ tiến hành sau

-Đo vận tốc và biến dạng đầu cọc.

-Dùng búa rơi tự do trên đầu cọc để gây ra chuyển dịch cọc vào trong đất

-Dùng lý thuyết phương trình truyền sóng để phân tích

Ưu điểm

-Không cần chôn ống trước

-Thiết bị gọn nhẹ xách tay

-Nhanh

-Không cần chôn ống trước

-Thiết bị gọn nhẹ xách tay

-Nhanh

Nhược điểm

-Không xác định được đường kính cọc

-Không xác định được các khuyết tật trong phạm vi 30cm ở đầu cọc hoặc chiều dài lớn hơn 30 lần đường kính

-Phải có quả búa rơi đủ nặng và gây va đập trên đầu cọc khoan nhồi

-Việc chuẩn bị thử rất phức tạp và đòi hỏi sự cẩn thận cao.

Ứng dụng

-Kiểm tra sơ bộ tính đồng nhất của bê tông và xác định sơ bộ khuyết tật trong thân cọc

-Xác định khá chính xác vị trí và mức độ khuyết tật trên thân cọc.

-Xác định sức chịu tải của cọc (phân bố ma sát thành bên+sức chống ở mũi)

-Xây dựng được biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị.

4.2.7. Kiểm tra sức chịu tải của cọc

Sức chịu tải của cọc là thông số quan trọng và có ý nghĩa nhất phản ánh chất lượng của cọc đã thi công. Việc thử cọc để xác định sức chịu tải của nó thường là công việc tốn kém và không phải bao giờ cũng có thể thực hiện được cho nhiều loại cọc tại công trường.

Thí nghiệm bằng phương pháp động khi dùng các công thức động quen biết của Gerxevanov và Hiley là điều mà nhà thầu thường áp dụng lâu nay, chỉ có điều là đối với cọc nhồi đường kính lớn, phương pháp thử động vừa nói tỏ ra không tin cậy.

Thí nghiệm bằng biến dạng lớn PDA tuy là một công cụ khá hiện đại và được dùng rộng rãi ở các nước phát triển nhưng cũng chỉ thích hợp cho cọc đóng hoặc cọc nhồi đường kính nhỏ.

1. Phương pháp thử cọc bằng nén tĩnh được xem là phương pháp kinh điển và đáng tin cậy tuy rằng khi so sánh các phương pháp nén tĩnh khác nhau đã chứng tỏ rằng chúng thường cho các kết quả không giống nhau. Điều đó phụ thuộc vào phương pháp gia tải, quy ước về độ lún ứng với tải trọng giới hạn khác nhau và cách xác định sức chịu tải giới hạn khác nhau. Vậy, để tránh xẩy ra nghi ngờ và tranh chấp cần phải xác định quy trình thử tĩnh cọc trong chương trình kiểm tra chất lượng của mình trên cơ sở lựa chọn một trong các tiêu chuẩn như TCXD 88-82 (Việt Nam, sắp soát xét lại), ASTM D1142-81 (Mỹ) hoặc CP 2004 (Anh).

Dùng đối trọng (quả nặng, vật liệu xây dựng, bao cát) với hệ thống kích thuỷ lực hoặc dùng phương pháp neo với hệ thống kích thuỷ lực là cách thường dùng hiện nay trong thử tĩnh. Trên hình 4.19 trình bày hệ thống thiết bị neo của hãng BAUER (CHLB) Đức để thử tĩnh cọc nhồi đường kính 1200mm, dài 18,50m với tải trọng 1700 tấn ở độ lún 12,1m tại A rập xêut.

2. Phương pháp thử tĩnh cọc có gắn thiết bị đo lực và chuyển vị

Quanh thân cọc theo chiều sâu, thống tin thu được gồm: Lực Qi, chuyển vị Di ở các độ sâu khác nhau Li của cọc. Đây là phương pháp do Hiệp hội thí nghiệm vật liệu của Mỹ (ASTM) đề nghị. Sơ đồ cọc có gắn thiết bị đo như trình bày trên hình 24 và quan hệ Qi và Di có thể biểu  diễn:

diễn:

Trong đó:

A, E - lần lượt là diện tích tiện diện và môdun đàn hồi của cọc;

Di - chuyển vị đo được của cọc ở độ sâu Li;

Q - cấp tải trọng tác dụng lên đầu cọc.

Cấp tải trọng Q có thể tiến hành như thử tĩnh truyền thống và kết quả thu được không chỉ là chuyển vị và lực tác dụng ở đầu cọc mà chủ yếu là phân bố ma sát quanh thân cọc theo chiều sâu và phản lực ở mũi cọc, điều này có ý nghĩa quan trọng trong thực tế tính toán và kiểm tra sức chịu tải của cọc.

Đối với cọc đóng, thiết bị đo được gắn trên mặt ngoài của cọc, còn đối với cọc nhồi, gắn thiết bị trước khi đổ bê tông.

Nhờ kết quả đo của phương pháp này cho phép xác định hợp lý chiều dài của cọc cũng như việc tính lún (từ áp lực ở mũi cọc) sẽ chính xác hơn so với các phương pháp thử truyền thống.

3. Phương pháp thử hiện đại

Khi cọc nhồi có đường kính và chiều dài lớn với sức chịu tải hàng ngàn tấn thì phương pháp thử tĩnh nói trên không thể thực hiện được. Hơn nữa khi những cọc này ở giữa sông hoặc ngoài biển thì việc chất tải hoặc neo là phương pháp không có tính khả thi. Do vậy người ta đã tìm phương pháp khác để thử sức chịu tải của cọc.

•     Phương pháp hộp tải trọng OSTERBERG

•     Nguyên lý: Dùng một  (hay nhiều) hộp tải trọng OSTERBERG (hộp sẽ làm việc như kích thuỷ lực) đặt ở mũi khoan cọc nhồi hoặc ở 2 vị trí mũi và thân cọc trước khi đổ bê tông thân cọc. Sau khi bê tông đã đủ cường độ tiến hành thử tải bằng bơm dầu để tạo áp lực trong hộp kích.

Theo nguyên lý phản lực, lực truyền xuống đất ở mũi cọc bằng lực truyền lên thân cọc, ngược lại với lực này là trọng lượng cọc và ma sát đất chung quanh. Việc thử sẽ đạt đến phá hoại khi một trong hai phá hoại xẩy ra ở mũi và quanh thân cọc. Dựa theo các thiết bị đo chuyển vị và đo lực gắn sẵn trong hộp OSTERBERG sẽ vẽ được các biểu đồ quan hệ giữa lực tác dụng và chuyển vị mũi cọc và chuyển vị thân cọc. Tuỳ theo trường hợp phá hoại có thể thu được một trong hai dạng biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị có dạng gần giống như biểu đồ P-S trong thử tĩnh truyền thống. Phương pháp này phù hợp với các cọc có sức chống cho phép ở thành bên và mũi tương đương nhau, nếu không, phải ước tính để đặt hộp áp lực tại nhiều tầng trong thân cọc.

•     Phương pháp thử tĩnh động STATNAMIC

Nguyên lý: Đặt một thiết bị dạng động cơ phản lực và đối trọng lên đầu cọc. Thông qua việc đốt nhiên liệu rắn trong buồng áp lực của động cơ sẽ tạo nên một áp suất đẩy khối đối trọng lên phía trên đồng thời sẽ gây ra một lực tác dụng lên đầu cọc theo chiều ngược lại. Đo chuyển vị của cọc dưới tác dụng của lực nổ và các thông số biến dạng + gia tốc đầu cọc sẽ xác định được sức chịu tải của cọc (hình 4.22).

Các số liệu về quan hệ tải trọng-chuyển vị của cọc được xác định bằng hộp tải trọng và đầu đo laser gắn sẵn trong thiết bị STATNAMIC. Trên hình 4.23 trình bày cấu tạo của thiết bị này.

Trong phương pháp STATNAMIC người ta đã xác định được gia tốc a của khối phản lực (F_12 = ma) dịch chuyển lên phía trên lớn gấp 20 lần gia tốc của cọc dịch chuyển xuống phía dưới (F_21 = -F_12). Như vậy trọng lượng của khối phản lực chỉ cần bằng 1/20 đối trọng dự kiến trong thử tĩnh đã tạo nên được một lực lớn gấp 20 lần lực truyền lên đầu cọc. Nhờ đó việc thử tải bằng STATNAMIC sẽ giảm rất nhiều về quy mô và chi phí so với thử tĩnh nhưng kết quả đạt được rất gần với phương pháp tĩnh.

STATNAMIC được phát triển từ năm 1988 với tải trọng đạt đến 0,1MN. Đến 1994 đã có thiết bị thí nghiệm đến 30MN. Các nước Mỹ, Canada, Hà Lan, Nhật Bản, Đức, Israel và Hàn Quốc đã dùng phương pháp này. Năm1995 tư vấn Anh ACER đã đề nghị dùng phương pháp này để thử cọc ống thép tại cảng côngtenơ Tân Thuận (thành phố Hồ Chí Minh) với tải trọng 3MN nhưng chưa được phía Việt Nam chấp thuận.

4.2.8. Một số hư hỏng thường gặp trong thi công cọc khoan nhồi

Các hư hỏng thường gặp trong thi công cọc khoan nhồi rất đa dạng do nhiều nguyên nhân khác nhau. Trong bảng 4.20 trình bày những dạng hư hỏng chính.

Ở đây cần lưu ý đến một số nguyên nhân chung gây ra cọc kém chất lượng thường xẩy ra ở khâu khoan rồi dọn lỗ và khâu đổ bê tông.

Các nguyên nhân bao quát thường là:

-Do kém am hiểu một phần hay toàn bộ bản chất của đất nền và điều kiện địa chất thuỷ văn của địa điểm xây dựng;

-Do kiểm tra không đầy đủ trên công trường của chủ đầu tư hay nhà thầu vì không có hoặc thiếu tư vấn giám sát có trình độ chuyên môn, kinh nghiệm và tư chất cần thiết;

-Do hợp đồng quy định quá eo hẹp hoặc kế hoạch thi công với tiến độ không thích hợp cho những công việc cần phải cẩn thận;

-Do thiếu khả năng hoặc tính cẩu thả của nhà thầu khi thi công những công việc quá phức tạp;

-Sau cùng là do việc hoàn thành một cọc bao gồm một số thao tác đơn giản hợp thành nhưng những ngưòi thực hiện thiếu tinh tế và không có những kỹ xảo cần thiết (vì ít kinh nghiệm) mặc dù họ đã được lựa chọn khá kỹ nhưng vẫn không làm chủ tốt.

Bảng 4.20. Các hư hỏng có thể gặp ở cọc khoan nhồi. Phương pháp xác định

Mục

Loại hư hỏng

Nguyên nhân có thể

Hư hỏng một chỗ

Hư hỏng nhiều chỗ

1

Sai vị trí lệch tâm

Định vị sai và thân cọc không thẳng

Quan sát và đo đạc

Quan sát và đo đạc

2

Đứt gẫy ở chân

Thiết bị thi công va phải đỉnh cọc

Thử bằng siêu âm hoặc gõ bằng phương pháp PIT, MIN..

Kiểm tra bằng siêu âm hoặc gamma trong các ống chôn sẵn hoặc các lỗ khoan nằm ngoài lồng thép

3

Thân phình ra hoặc thắt lại

Đi qua vùng đất xốp

Phối hợp kiểm tra chất lượng bằng quan sát với một hoặc tổ hợp các phương pháp NDT thường dùng

Như mục 2

4

Có hang hốc

Do khoan qua cát trong nước không có ống vách hoặc dùng dung dịch

Như mục 3

Như mục 2

5

Mũi cọc xốp

Do vách lở hoặc không làm sạch hoàn toàn đáy

Phối hợp kiểm tra chất lượng bằng quan sát với kiểm tra siêu âm hoặc gamma trong các ống qua đáy cọc

6

Thấu kính cát nằm ngang

Do ống bê tông bị rời khỏi bê tông

Như mục 3

Như mục 2

7

Hư hỏng ngoài lồng thép

Do độ sụt của bê tông thấp hoặc cốt thép quá dày

Như mục 3

Kiểm tra chất lượng bằng quan sát kết hợp bằng siêu âm hoặc gamma trong các ống hoặc các lỗ khoan nằm ngoài lồng thép

8

Rỗ tổ ong hoặc mất vữa hoặc tạo thành hang trong bê tông

Do lượng nước không cân bằng hoặc đổ bê tông trực tiếp vào nước

Như mục 3

Như mục 2

9

Lẫn các mảnh vụn

Do không làm sạch mùn khoan

Đo cẩn thận khối lượng bê tông cộng với như mục 3

Đo cẩn thận khối lượng bê tông cộng với như mục 2

Ở công đoạn tạo lỗ, những hư hỏng có thể là do hậu quả của:

-Kỹ thuật thiết bị khoan hoặc loại cọc đã lựa chọn không thích hợp với đất nền;

-Mất dung dịch khoan đột ngột (khi gặp hang các-tơ hoặc thạch cao) hoặc sự trồi lên nhanh chóng của đất bị sụt lở vào thành lỗ khoan, 2 sự cố này dễ tạo thành “ngoài dự kiến thiết kế”;

-Sự quản lý kém khi khoan tạo lỗ do sử dụng loại dung dịch có thành phần không tương ứng với điều kiện đất nền và công nghệ khoan hoặc kiểm tra không tốt sự biến đổi thành phần dung dịch (nhất là mật độ và độ nhớt);

-Sự nghiêng lệch, bấp bênh của hệ thống máy khoan lỗ khi gặp đá mồ côi hoặc lớp đá nghiêng. Những sai lệch vị trí kiểu này phụ thuộc vào hiệu quả và vào sự kiểm soát của thiết bị dẫn hướng, điều đó ắt dẫn đến tình trạng không tôn trọng độ thẳng đứng của cọc và vượt quá độ nghiêng dự kiến (cho phép) của thiết kế;

-Làm sạch mùn khoan trong lỗ cọc không tốt, đáy lỗ khoan có lớp cặn dày, sinh ra sự tiếp xúc xấu với lớp đất chịu lực tại mũi cọc, làm nhiễm bẩn và giảm chất lượng bê tông;

Ở công đoạn đổ bê tông vào cọc thường gặp những sai sót do một số nguyên nhân sau:

-Thiết bị đổ bê tông không thích hợp hoặc tình trạng làm việc xấu;

-Chỉ đạo công nghệ đổ bê tông kém: sai sót trong việc cung cấp bê tông không liên tục, gián đoạn trong khi đổ, rút ống đổ quá nhanh;

-Cấp liệu không đều sẽ dẫn đến lượng bê tông chiếm chỗ ban đầu không đủ do đổ quá nhanh;

-Sử dụng bê tông có thành phần không thích hợp, độ sụt hoặc tính dẻo không đủ và dễ bị phân tầng.

Một số nguyên nhân khác làm hỏng cọc hoặc làm giảm sức chịu tải của cọc có thể là:

-Sự lưu thông mạch nước ngầm làm trôi cục bộ bê tông tươi;

-Sự sắp xếp lại đất nền do chấn động sẽ dẫn đến sự suy giảm ma sát của mặt bên hoặc sức chống ở mũi cọc;

-Thời gian dãn cách kéo dài quá quy định giữa khâu khoan tạo lỗ và đổ bê tông vào cọc gây ra sự sụt lở ở vách lỗ khoan và lắng đọng cặn quá dày ở đáy;

-Sử dụng khoan địa chất đối với cọc có đường kính quá bé, lúc đó bê tông không có đủ thời gian để chiếm chỗ trong lỗ cọc sẽ gây ra cho cọc bị gián đoạn ở thân hoặc xốp ở mũi.

Như vậy, 3 nhóm nguyên nhân nói trên (quản lý và trình độ, trong lúc tạo lỗ và giai đoạn đổ bê tông) thường chiếm tỷ trọng đáng kể gây ra sự cố chất lượng cho cọc khoan nhồi. Thường người thi công đã dự kiến trước các tình huống, chuẩn bị sẵn biện pháp xử lý hoặc khắc phục, nhưng điều đó không phải lúc nào cũng tiên liệu hết, nên kinh nghiệm trong và ngoài nước đều chỉ ra rằng phải lấy việc giám sát chặt chẽ và ghi chép đầy đủ là cách bảo đảm chất lượng cọc tin cậy nhất.

4.2.9. Nghiệm thu cọc khoan nhồi và đài theo TCXD 206: 1998 trong đó cần chú ý các nội dung chính sau đây:

Phần tạo lỗ:

-Mực nước ngầm hoặc mực nước sông biển;

-Tốc độ và quá trình thi công tạo lỗ;

-Kích thước và vị trí thực của lỗ cọc (mức lệch tâm và độ thẳng đứng);

-Đường kính và độ sâu làm lỗ, đường kính và độ dài của ống chống hoặc ống định vị ở tầng mặt; độ dài thực tế của cọc, độ thẳng đứng của cọc;

-Biên bản kiểm tra theo bảng 4.5, 4.6, 4.9,4.10, sự cố và cách xử lý (nếu có).

Phần giữ thành và cố thép:

-Loại dung dịch giữ thành và biện pháp quản lý dung dịch;

-Thời gian thi công cho mỗi công đoạn;

-Bố trí cốt thép, phương pháp nối đầu và độ cao đoạn đầu phần  đổ bê tông;

-Biên bản kiểm tra theo bảng 4.9 và 4.10;

-Những trục trặc và sự cố (nếu có) và cách xử lý;

-Loại thợ và số người tham gia thi công.

Phần kiểm tra chất lượng cọc:

-Báo cáo kiểm tra chất lượng cọc và sức chịu tải của cọc đơn;

-Bản vẽ hoàn công móng cọc khi đào hố móng đến cốt thiết kế và bản vẽ cốt cao đầu cọc;

Nghiệm thu đài cọc gồm các tài liệu sau đây:

-Biên bản thi công và kiểm tra cốt thép bê tông đài cọc;

-Biên bản về cốt neo giữa đầu cọc với đài cọc, cự ly mép biên của cọc ở mép đài, lớp bảo vệ cố thép đài cọc;

-Bản ghi về độ dày, bề dài và bề rộng của đài cọc và tình hình ngoại quan của đài cọc.

5. Thi công hố đào

Khi thiết kế và thi công hó đào(sâu hơn 2 mét) trong khu đã xây dựng (ở gần hoặc phía dưới công trình đã có) cần chú ý các tình hình sau đây:

§     Lún và biến dạng của nhà ở gần hố đào;

§     Sự sụt lở thành hố do không chống đỡ hoặc thiết kế biện pháp thi công không đúng;

Các giải pháp thường áp dụng trong trường hợp nói trên là:

§     Đóng tường bằng bản thép để ngăn ngừa biến dạng nhà bên cạnh hoặc để bảo vệ thành hố đào hoặc tường trong đất.

§     Gia cố nền đất bằng silicat hoặc ximăng, hay cọc ximăng đất, cọc bê tông;

§     Dùng neo để giữ thành, bảo vệ hố móng.

Việc lựa chọn biện pháp nào trong số nói trên là phụ thuộc vào điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, độ sâu hố móng và các điều kiện địa phương khác.

Ngoài các biện pháp thi công nói trên, khi nào trong đất yếu có mực nước ngầm cao người thiết kế và thi công còn phải chú ý đến công tác quan trắc địa kỹ thuật quanh hố đào và cả công trình lân cận, mà ở đây chủ yếu là:

§     Đặt ống đo theo dõi động thái mực nước ngầm (có hoặc không có biện pháp hạ mực nước ngầm). Điều này nói kỹ trong mục 4 của TCXD 79:1980;

§     Đặt ống đo sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng để phòng ngừa thành hố móng bị trượt;

§     Đặt ống đo chuyển vị ngang (inclinomet) để kiểm soát sự biến dạng của đất quanh hố móng và của bản thân thành cừ (cọc ván thép, cọc cừ, tường bê tông...); có khi phải đo nội lực trong các thanh chống;

§     Đặt mốc đo lún và nứt của phần công trình bên cạnh tiếp giáp với hố móng.

Việc quan trắc địa kỹ thuật nói trên (geotechnical instrumentation) thường do đơn vị chuyên môn thực hiện. Trên cơ sở quan trắc đó sẽ chỉ đạo, điều khiển quá trình đào hố móng cho an toàn và không gây sự cố. Những sự cố thường gặp trong thi công đào móng được trình bày trên hình (5.1).

Tuỳ theo tính chất đất, độ sâu của hố móng và vị trí mực nước ngầm mà vách hố móng là nghiêng hay thẳng đứng. Trong đất ít ẩm cho phép hố đào có vách thẳng đứng, không cần chống đỡ nếu thời gian đào hở này không kéo dài và khi không có công trình ở gần hoặc không gần hố móng tương lai, theo qui định sau:

§     Đất hòn lớn, sỏi sạn, á cát dẻo...              không sâu quá 1m;

§     Á cát cứng, á cát và sét dẻo mềm...          không sâu quá 1,25m;

§     Á sét và sét dẻo cứng...                           không sâu quá 1,5m;

§     Á sét và sét nửa cứng..                                      không sâu quá 2m;

§     Á sét và sét cứng..                                   không sâu quá 3m.

Trong những hố móng có độ sâu bé hơn 5m có thể theo các giải pháp chống đỡ trình bày ở hình 5.2 nếu địa điểm không cho phép đào có mái nghiêng, còn khi cho phép đào có mái nghiêng thì có thể theo bảng 5.1 dưới đây:

Bảng 5.1. Độ dốc lớn nhất của vách hố móng

Đất

Độ dốc lớn nhất vách hố móng (cao/ngang) ở độ sâu, m đến

1,5

3

5

Đất đắp

Đất cát, sỏi, đất ẩm (không bão hoà)

Đất sét:

§     á cát

§     á sét

§     Sét

1: 0,67

1: 0,5

1: 0,25

1: 0

1: 0

1:1

1:1

1: 0,67

1: 0,25

1: 0,5

1: 1,25

1:1

1: 0,85

1: 0,5

1: 0,5

Ngoài phương pháp chống giữ thành hố móng bằng cọc bản thép (hiện nay có loại bằng nhựa cốt thuỷ tinh) như nhiều người biết, người ta còn dùng cọc ximăng đất hoặc cọc bê tông cốt cứng để chống giữ thành hố móng (hình 5.3) và để giữ ổn định cho hàng cọc cừ (1 hoặc nhiều hàng)) phải chống đỡ bằng các thanh chống bên trong hoặc neo giữ ra xung quanh theo trình tự đào sâu dần vào đất. Neo cọc/tường cừ hay các công trình chịu nhổ/lật khác là một công nghệ riêng, rất đa dạng (thiết bị, cấu tạo) được nhiều công ty nổi tiếng trên thế giới thực hiện (5.4).

Một biến tướng khác của cọc ximăng/bê tông khi dùng để bảo vệ hố móng sâu và làm luôn chức năng móng của công trình bên trên, hiện nay thường dùng phương pháp tường trong đất đổ bê tông tại chỗ hoặc lắp vào hào đào bằng các mảng tường đúc sẵn (hình 5.5).

Yêu cầu của công nghệ đào và phương pháp giữ thành bằng dung dịch bentonite cũng tương tự như đã trình bày ở phần cọc khoan nhồi, khi cần phải tìm hiều sâu hơn về công nghệ tường trong đất này (một số công ty nước ngoài đã thi công tầng hầm nhà cao tầng ở thành phố Hồ Chí Minh).

Các phương pháp chống giữ thành hố móng nói trên có phạm vi áp dụng của nó (bảng 5.2).

Bảng 5.2. Phạm vi áp dụng có hiệu quả các phương pháp đào móng sâu

(kinh nghiệm của Ucraine)

Điều kiện nền đất

Diện tích công

trình (m^2)

Độ sâu (m) với phương pháp xây dựng đề nghị

Hố đào hở đến độ sâu

Giếng chìm ở độ sâu hơn

Tường trong đất ở độ sâu hơn

Cát, độ ẩm tự nhiên

75

450

1250

5

6,5

11,5

5,5

8,5

16

5

6,5

11,5

Á sét ở độ ẩm tự nhiên

75

450

1250

5

6

13

6

10

8,5

5

6

13

Cát bão hoà nước

75

450

1250

5

5

7

5

5

10

5

5

7

Á sét bão hoà nước

75

450

1250

5,5

9

17

6

11,5

20

5,5

9

17

Cũng nên thấy rằng hiện nay, với thiết bị hiện đại, trong đất sét mềm hoặc nền đồng nhất, người ta đã thi công tường trong đất sâu đến 30-40m hoặc hơn. Tuy vậy cũng cần thấy rằng, phương pháp này không thích dụng trong các trường hợp sau đây:

§     Đất hòn lớn, có nhiều hang hốc giữa các tảng đá không được lấp nhét bằng đất hạt nhỏ, do đó dung dịch sét sẽ chảy mất vào trong đất và hố đào không thể thành công được;

§     Nền cac-tơ có nhiều hang hốc lớn và dung dịch sét bị chảy mất và do đó trên đáy trên hố không ở cùng độ sâu cần thiết và điều đó dẫn đến phá hoại nhanh chóng thành hố móng;

§     Bùn nhão, đặc biệt là khi loại bùn này nằm ngay trên mặt đất;

§     Đất đắp trên vùng mới san nền hay vùng đất cũ gồm nhiều vật cứng bằng thép như đường ray, dầm hoặc là chỗ giao nhau của các loại công trình ngầm và lưới kỹ thuật mà việc di chuyển chúng không thể thực hiện được;

§     Đá tảng cứng nếu chúng lớn hơn 150-200mm.

Cường độ nén của bê tông dùng cho tường trong đất đổ tại chỗ (theo GOST 4798-68) là 250-300 còn cho tường đúc sẵn: mác 300. Đáy bằng bê tông cốt thép mác 200-250.

Khi tường trong đất có chức năng chống thấm thì tuỳ thuộc vào gradient thuỷ lực (5-10, 10-12 và hơn 12) mà dùng bê tông có mác chống thấm tương ứng B6, B8 và B12.

Khi không có số liệu thí nghiệm, trong thiết kế sơ bộ có thể dùng mác bê tông chế tạo từ ximăng pooclăng như ở bảng 5.3.

Bảng 5.3. Mác bê tông dùng cho xây dựng tường trong đất

Mác bê tông

Theo cường độ nén

M200

M350

M300

Theo chống thấm

B6

B8

B12

Việc kiểm tra chất lượng bê tông của tường thực hiện theo những phương pháp dùng trong thi công cọc khoan nhồi, ở đây thêm chỉ tiêu là tính chống thấm nước, đặc biệt là ở các mối nối/mạch ngừng thi công.