Công trình giao thông và cọc khoan nhồi: Phần 2

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

237
lượt xem 67
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn tham khảo Tài liệu Cọc khoan nhồi trong công trình giao thông: Phần 2 sau đây để nắm bắt những kiến thức về các sự cố kỹ thuật thường gặp và giải pháp xử lý trong thi công khoan nhồi; kiểm tra, thử tải cọc, nghiệm thu; phân tích đánh giá một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của móng cọc khoan nhồi trong công trình cầu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Công trình giao thông và cọc khoan nhồi: Phần 2

Chương IV CÁC Sự c ố KỸ THUẬT THƯỜNG GẶP VÀ GIẢI PHÁP x ử LÝ TRONG THI CÔNG cọc KHOAN NHỔl 4.1. VÍ DỤ M Ở ĐẦU Xuất phát từ đặc điểm công nghệ thi công cọc khoan nhồi là khoan tạo lỗ trước trong nền đất; giữ ổn định vách hố khoan bằng ống vách, dung dịch bentonite, v.v..., sau đó tiến hành đúc cọc theo phương pháp đổ bê tông trong dung dịch bentonite. Cho nên, nếu không có kinh nghiệm trong thi công cũng như thiết k ế thì thường gặp rất nhiều sự cố xảy ra trong quá trình thi công dẫn đến việc ảnh hưởng chất lượng khai thác công trình và các sự cố kỹ thuật thường rất khó phát hiện bằng mắt thường. Khái niệm sự cố là những hiện tượng khác thường xảy ra ngoài dự tính của đơn vị thiết kế cũng như của đơn vị thi công, dẫn đến những hậu quả làm hư hỏng cọc, giảm khả nũng chịu tải của cọc, v.v... Mức độ hư hỏng có thể từ nhỏ đến lớn và có thê sửa chữa được hoặc không thể mà phải thay thế cọc khác. Vì vậy, nếu công trình nào gặp sự cô' thì sẽ gây ra liậu quả rất nghiêm trọng như: làm tăng giá thành và kéo dài thời gian thi công, đôi khi phái hủy bỏ phương án thi công cọc khoan nhồi mà phải thay thế bằng giải pháp m óng cọc khác có thể sẽ rất tốn kém và không kinh tế. Do vậy, việc nghiên cứu, thu thập các sự cố thường xảy ra cho cọc khoan nhồi, (.ịua đó sẽ tìm các nguyên nhân gây ra sự cố và đưa ra các giải pháp xử lý thích hựp cho lừng sự cố cụ thể. Đối tượng nghiên cứu là: một trường đất, công nghệ khoan tạo lỗ và đố bê tông. Đôi với những công trình xây dựng có sử dụng cọc khoan nliồi ở vùng đồng bằng sông Cửu Long thường gặp một số sự cố trong quá trình thi công. Rõ nhất và điển hình nhất là sự cố ở cọc khoan nhồi của các công trình sau; • Cọc khoan nhồi đường kính d = lOOOmm, dài 37in của Nhà làm việc 10 tầng của Tổng Công ty XDCT Giao thông 6, bị sự cố; khối lượng bê tông đổ thực tế lớn hơn rất nhiểii so với khối lượng bê tông tínlì toán theo kích thước lỗ khoan; • Cọc khoan nhồi đường kính d = 800mm, dài 44m của Nhà máy ximăng Cán Tlio, bị sự cố: khối lượng bê tông đổ thực tế lớn hơn rất nhiều so với khối lượng bê tống lính toán tlico kích thước lỗ khoan; • ớ cầu Bình Điền, sự cố là: không hạ hết được chicu dài lồng thép theo thiết kế, và sau đó quyết định cho rút lồng thép lên đê thổi rửa lại, nhưng lại không rút lên dirợc. Mặl dù trước khi hạ lồng thép đã có công đoạn ihổi rửa và kiếm tra chiổu sâu lỗ khoan. Nguyên nhân chủ yếu là do đất vách hô' khoan bị sụp lở nhiều Irong quá trình hạ lồng thép làm Irồi lên đột ngột của đáy hố khoan và chôn vùi một đoạn của lổns thcp trong thời gian chờ quyết định xử lý, do đó lồnc thép rút lèn không được. 138
O.Om H inh 4 -1 : Sơ cỉó ììiò ỉíi sự r ô 'c ọ c k h o a n n h ồ i n ê n n ìó n ^ Văỉì ỊÌỈIÒỈÌÍỈ Tổfì^ cô/ií; ỉv aớv (lựỉìíỉ Côĩìí^ ĩrìỉìh íỊÌao ỉhôỉii^ 6 139
OOM Hình 4-2: Sử đồ mô tả sự c ổ cọc khoan nhồi công trình Nhà máy ĩĩịịhịền ximâìì^ c ầ n Thơ 140
Cáu MT cọc số 4 ỉru tháp bờ Bắc sư cố: bô tông bị phân tầng ở độ sâu -80m giữa 2 lớp bêtông là lớp đất sét mùn khoan lẫn bentonite. Nguyên nhân chủ yếu xảy ra lúc mưa bão, sự cung cấp bêtỏng không liên lục dẫn đêVi khối lượng bêtòng đã đổ trước đó bị đông cứng. Sau đó nhà thầu tiếp tục cho đổ bctông mới vào tạo nên sự không liên tục hay không đồng nhất của khối bêtông trong thân cọc. 4.2. NHữ^G HƯHÓNG DO CÁC s ư c ố TRÊN GÂY RA 4.2.1. Những hư hỏng ỏ mũi cọc Những hư hỏng ở mũi cọc rất thường hay xảy ra do bùn khoan lắng đọng ở đáy hố khoan và đất dưới mũi bị xáo động và bị dẻo nhão do bentonite hấp phụ. Hư hỏng này rất nghiêm trọng đối với cọc được thiết kế làm việc có sự tham gia chịu lực của sức kháng mũi cọc, nhất là cọc có mở rộng chân và có thể đưa tới giảm cưcmg độ nội tại của bê tông mũi cọc hoặc giảm khá năng chịu lực do độ líin nghiêm trọng gây ra. Những hư hỏng này có thể là: • Bê tôn^ mũi cọc xốp (sũnịị nước hoặc lẫn nhiên hùn khoctn) lùm giàm chất lượìig hê tôiiiỊ tại niữi c ọc, có thê sứa chữa hâití; cúcìì pììinì vữa xiniăiiiỊ. • Giâiìì sức kliáiii^ mũi cọc: do sự tiếp xủv của niíii cọc với đất íiềiì chịu lực hị giátì tiếp hài lóp bím lắniỊ âọní’ ở c1á\' lỗ klìoaii. hoặc (lo sự rliay đổi thànlì plìần của đất dưới niũi cọc (hị dẻo lìhữo do heiitonite lìấp pììiỊ vào). 4.2.2. Những hư hỏng ở thàn cọc Những hư hỏng ở thân cọc chủ yếu là tính không liên tục của thân cọc như: • Tliân cọc phình ra hoặc dạng rễ cây (làm khối lượng bê tông đúc cọc tăng rất nhiều so với khối lượng bê tông tính toán tlico lý thuyết) do sự cố sập thành vách lỗ khoan, hoặc do từ biên của lớp đất yêu dưới tác dụiig đẩy cúa bêtông tươi; • 'ÍTiân cọc bị co thắt lại (làm khối lượng bê tông đúc cọc giảm rất nhiều so với khối lượng bê tông tính toán theo lý thuyết) do sự đẩy ngang của đất; • Có hang hốc, rỗ tố ong trong thân cọc (làm giảm khả năng chịu tải của cọc theo vật liệu) do sự lưu Ihòng của nước ngẩm làm trôi cục bộ bêtông tươi, hoặc do bè tông không đủ độ sụt cần thiết; • Bc tòng thân cọc bị đírt đoạn bởi thấu kính đất nằm ngang hoặc lẫn bùn đất, lẫn vữa bcntoniic trong thân cọc do có sự cỏ' sập thành vách trong lúc đổ bê tông, hoặc do nhấc ống đố bê tóng lèn quá cao; • Thân coc tiếp xúc gián tiếp với đất vách bởi lớp áo sét nhão nhớt. Cúi ỉõi kliociii trên (ỉược khoan khi siêu âni thấy cố h ư liỏiíg NhCmg hư hóng trong bêtông cọc khoan nhồi này là; lẫn bùn đất, lẫn dung dịch bentonite (bê tòiiì; có màu vàng nhạt), và tất cá đểu bị đứt gãy khi khoan lấy lõi. 141
y* % -n -- ^ ....- í.' .. •- ' " ĩ ? ' Hình 4-3: Lãi kliodii cọc kììocuì Iiliói cún ( chi MT 4.2.3. NhữnịỊ hư hỏng ỏ phần trên đầu cọc Bê tông đầu cọc bị xốp tio bọt tạp chất, xi măng nhẹ nối lên trên mặt bê tông. 4.3. CÁC sựcố THUỜNG XẢY RA CHO cọc KHOAN NHỒl Qua ncliiên cứu các công trình đã và dang xây dựiig Irong vùng đồng bằni: sóng Cửu Long với sự hỗ trợ của các thiết bị kiếm tra chất lượiig hiện có trong và ngoài inrức. có thế tổim kết các sự cố chính yếu nhất như sau: 4.3.1. Trơng còng đoạn khoan tạo lỗ Trong cònsí đoạn này thường xáy ra các sự cô' kỹ thuật sau: 142
• V / t r í hô khoiin lỉị yif’()'/ỉỉ^ Ị)li(ỉi vụỉ ( (in ỉilm' i '(h CỌÍ ỉhi'Ị). ílúììi ĩhé/) hình , c ọ c !)êĩôỉì^ c ổ ĩ ĨÌÌCỊ) lm\' íV/// Ắ/í7/ (7/'//^' ĩiãm sâu Irong lòiìu dấỉ íiâ\ ràỉ nlìicii khó kliăn c h o việc khoan tạo lỏ đỏi klii klìỏnu ilic ỈIUC v(Ví các \'ãỉ can trcii điroc. ^ Kli(ýnỵ ha (ỉi(Ợ{- Oỉì^^ ỉ lìõniỉ líciì cao (ỉộ yờu l úu lioặi klìOiiiì klỉỏỉi^ m ì Ốỉ ì í ị ; do gặp đá m ổ còi hoặc vạl can khác\ v.v... ; • Sập ĩlììiiilì václi lổ kliOiUì: dươc phát hiện qua việc đo kicm tra đường kính lỗ khoan; hoac sự trồi ỈCII đột nu(M cíia đáy lỏ khoan; hoạc khối lượni: dổ đầy cọc thực tế lớn hơn rất nliiổii lẩn so với línlì toán lý thuyêì (iheo kích thước cọc), v.v... • D////V í / / í // h i ' ỉ i ỉ o i i i ĩ c (íỏn\> ĩìi ỉilìc/nlì v ủ ỉiliiứiỉ .XUÔỈỊO d á \ ' l ồ k h o a n : dược phát hiện C|ua việc đo kicm tra bc clày cua lớp bùn ìắne đọng ớ đáy lỗ klioan; hoặc từ việc kiếm tra chất lượng cùa dưng dịch (dium dịch beiitonitc hoá nước) v.v... • L ớị ) tìỉàìi^ á o sứí híhỉi c/iuiiili vúí li l ì ố khoiiỉi íiííú lìày: dược phát hiện qua việc thử íâi tĩiih ( sức chịu lái clo Iiìa sát hỏim rat ihấp), v.v... 4.3.2. T ro n ịí cãu tạo, ^ia cỏnịí và hạ lổnịí thép Trong công đoạn Iiày ihiiòiiu xâv ra cấc sự cố sau: • Không lia được lổnn cốt íhép và lỏ khoan; (do lỏng thép bị biến dạng, hoặc uốn cong troni’ quá Irìnli cáu lổnu ihóp); • Ông vách bị iiìn (do Irco lỏng thép quá nặng Icn ốnií vách); • Lồng Ihcp bị Iieàp lionu đât; 4.3.3. Tronị; công (loạn đu bètônỊỊ đÍK’ cọc Tr ong cô iìg cloạii Iiày ihtrờng Xiiy ra các sự c ố sau: • Tác nehcn bc tòHG trong ống; • Mực bc lỏim hị hạ xuống khi rút ống vách Icn; • Hoặc khi rúl ốiìg vách làm kéo iheo cả khối bô lõng và phẩn cọc dưới ống vách cOng bị lổng Ihcp kéo len ihco, ht)ặc tạo vòng rỏng trong bèlỏng; • Bẽ lóng thân cọc bị phân tang, rỏ và có vật lạ (nhu: thấu kính bùn, đấu vữa bentonite, v.v...), được phát hicn qua việc đo chất lương cọc (sicu âm, khoan lấy mẫu, v.v...). 4.4. CÁC NÍÌUYÊN NHÂN GÂY RA s ự c ố CHO c o c KHOAN NHỒỉ 4.4.1. Tronịí cóng đoạn tạo lò 4.4. J . ỉ . Sự ( ỏ khỏ/li^ hạ (Íỉíợc ốỉì'^ clìốỉìí^ cíếỉì cao cíộ vèií cchi lìoặc khoan khôiì^ị Mỉốỉìọ Ncuyên nhan gây ra sự cố như đà nêu trong mục 2.4.2.1. Gặp sự cố này có thế dùng loại gáu khoan ihích hợp để phá vạt cán này rồi tiếp tục hạ tiếp, hoạc dùng các Ihict bị khoan 143
cắt, trục vớt vật cản lên. Đối với những trường hợp đặc biệt không thể trục vớt vật cản lên được phải dịch chuyển vị trí cọc khoan nhồi hoặc thay phưoìig án cọc khoan nhồi bằng loại móng cọc khác. 4.4.1.2. Sự cô'sập thành vách hô'khoan Sự cố sập thành vách hố khoan có thể do các nguyên nhân chính sau: a) K hi khoan gặp tầỉìíỊ đất quú yếu. lụi kììôììiỊ có ô'/ií^ Viu iì Tầng đất quá yếu có: Môđun biến dạng Eo < 50 k G /c n i\ góc ma sát irong Po< 10°, hệ số nén a > 0,05cm “/kg, độ sệt B > 0,75, sức kháng xuyên mũi q^, < 4kG/cm% chỉ số xuyên tiêu chuẩn của đất N < 4. Ọua kinh nghiệm thi công cọc khoan nhồi ở vùng đồng bằng sông Cửu Leng cho thấy với đặc điểm các tầng đất yếu như nêu ở trên đều ở trạng thái dẻo chảy đến ciảy. Vì vậy, khi khoan tạo lỗ sẽ dễ gây ra hiện tưọng sập thành vách nếu không có ống váci inặc dù có dùng dung dịch bentonite đế giữ ổn định. Do vậy, trong quá trình khoan cần kiíin tra lại địa chất để đối chiếu với số liệu thí nghiệm, để có giải pháp xử lý kịp thời, chẳng hạn như điều chỉnh lại chiều dài ống vách; h) Cúc chỉ tiêu kỹ thuật của cliíHiị clịch hentonite klìôiiiỊ thích họp với địa rầiiíỊ íhi khoan Do mỗi loại đất có tính chất cơ lý hoá khác nhau, cũng như sự khác nhau Ví thành phần và loại của dung dịch bentonite. Cần thường xuyên kiếm tra và điểu chỉnh cá; chỉ tiêu kỹ thuật của dung dịch (khối lượng riêng, độ nhớt, hàm lượng cát, tỷ lệ chất keo, lượng mất nước, lực cắt tĩnh, tính ổn định và trị sỏ' pH) cho phù hợp với các quy định vì diúng có ảnh hưởng rất lớn đến việc giữ ổn định lỗ khoan. c ) Á p l ự c í l i ủ y CÍỘÌIÌỊ t r o n ^ rầníỊ c á t , c á r p h a s é t q u á lớii Khi khoan gặp tầng cát có chứa nước ngầm với áp lực lớn, nước ngầm có á[ này sẽ cháy vào trong hố khoan mang (heo đất cát ở vách hố khoan (hiện tượng cát chảy làm cho hô khoan tại tầng này rộng ra, có thể kéo theo các tầng phía trên bị sụp. Nếu gặp sr cố này nên đưa ống vách qua ưlng này, hoậc dùng biện pháp hạ mực nước ngầm trước khi kloan. Hoặc, d) Do chọn kv tìiiiật, tììiêt hị kììoan kliôiiíỊ phù ììỢp với âất lìê/i Do tốc độ khoan quá nhanh vữa bentonite chưa kịp hấp phụ vào thành váih, hoặc việc nâng hạ gầu khoiin quá nhanh gây hiệu ứng Pitông dẫn đê'n sập thành vách ỏ khoan. Đc tránh sập vách cần phái chọn loại khoan thích hợp với thao tác khoan nhẹ ihàng, tránh những động tác đột ngột. Hoặc, e) Do ìiạ lổiii' thép va vào thành vác h lỗ klìoưii Khi hạ lồng thép nhanh có thể va vào thành vách hố khoan dẫn đến sập Vich lỏ khoan. Do đó, cần phái hạ lổng thép nhẹ nhàng và đúng tàm hố khoan đè iránh sập váci. Hoặc, f ) Do rliời ÌỊÌCIIÌ ỵiãn kéo (lủi iỊÌữa klìãỉi khoan tạo lổ và dó hé tỏnị> cũnỊj iỊÓ\ (1 .sự cô sụj) vách lỗ kỉioan. 144
4.4.1.3. Sự có do dunị' íỉich hentonite đóng tụ nhanh và nhiêu xuống đáy lô khoan Sự c ố kỹ thuật Iiàv cỏ 'hc do việc chọn dung dịch bcntonitc không phù hợp với điểu kiện đâì nổn, chẳng hạn !ihư: í 1) Nếu dung dịcli hciitonitc chứa nhiều khoáng chất sét kaolinit thì dung dịch sẽ đông tụ mạnh. (2) Nếu độ p ỉl < 7 hay nước tìr lợ đến mận thì khả nãng đòng tụ (phân hủy) dung dịch khoan sẽ xảy ra. Nuoài ra. còn có nhiều yếu lố khác ánh hường đến hiện tượng đông tụ của dung dịch. 4.4.1.4. Sự có do lớp màng áo sét bám quanh vách hô khoan quá dày Do độ nhót cua duiii; dịch bentonilc tàng làm bề dày lóp màng áo sét tăng theo (4mm), nguy hại hơn do niàns áo sét này ở trạng ihái nhão nhớt. Dẫn đến việc giảm ma sát hông giữa cọc và đất râì nhicu líáy giảm khá năng chịu lực của cọc. 4.4.2. Troníỉ cáu tạo, ^ia cóng và hạ lồng thép • Kììôn
• Bê tông thân cọc hi ph â n tầììiị. rỗ tổ OHÌỊ và có vật lạ (như: tliàii kính hi'in,iất, vữa heiitoiiite, y.v...): Sự cố này có thể di, jác nguyên nhân chính sau: + Do thiết bị đổ bêtỏng không thích hợp hoặc tình trạng làm việc xấu; + Do việc đổ bê tông không liên tục, ■oặc do sự rút ống dẫn bê tông lên quá manh (độ ngập của ống dẫn bêtông trong bêtổng không đảm bảo yêu cầu) sẽ làm lẫn bùn k h a n trong bê tông; + Do sử dụng bê tông có thành phần không thích hợp, độ sụt không đạt yêu cầi làm bê tông rỗ hoặc phân tầng; + Do sự lưu thông nước ngầm làm trôi vữa xinăng, chỉ còn lại cốt liệu (bêtông b rỗ); + Do có sự cố sập thành vách hố khoan trong lúc đổ bê tông làm lẫn đất sập vào )ê tông. ' + Khi gặp sự cố này có thể khoan rửa sạch rồi bơm vữa xi măng vào. 4.5. CÁC GIẢI PHÁP XỬLÝ CÁC s ự THUỒNG XẢY RA CHO c ọ c KHOANNHỒl Trên cơ sở ngliiên cứu các nguyên nhân gây ra sự cố ở trên và bản chất của cá( nguyên nhân, đưa ra một số giái pháp xử lý các sự cố như sau: 4.5.1. Giải pháp về việc sử dụng ông vách để giữ ổn định vách hô khoan :ho cọc khoan nhồi Ông vách giữ ổn định thành vách hố khoan trong quá trình thi công cọc khoan ihồi. Đê’ sử dụng nó một cách có hiệu quả, ta cần phải xét qua về cấu tạo, đặc điểm sửdụn; và tính toán thiết kế nó. 4.5.1.1. Đ ặc điểm sử dụng ốn g vách đ ể g iữ ổn định vách lỗ khoan Yên cầu: ống vách phải tròn, kín, đảm bảo độ bền, độ cứng của ống trong quá lình vận chuyển và hạ ống. • Chức Iiủìi\ị: + Định hướiig lỗ khoan; + Giữ ổn định vách hô' khoan khi khoan qua các địa tầng đất yếu, cát chảy, các ỉịa tầng có nước chảy ngầm và có xuyên qua tầng cát sét; + Giữ dung dịch tạo cột áp lực trong quá trình khoan; + Làm ván khuôn đổ bê tông tạo cọc. • Vụt liệu lùm ốiiiị vúcIì : bằng thép hoặc Composite. Hiện nay, hầu hết các cônịỊ, trình đều sử dụng ống vách bằnj’, thép để giữ )n đnh vách lỗ khoan, bởi nó có ưu điểm là dễ gia công c h ế tạo, độ bển và độ cứng cao, giá tiành rẻ, nhưng nó dễ bị gỉ, bị ăn mòn VÌI trọng lượng của nó nặng gây khó khãn cho 'iệc vận chuyển và thi công. 146
4 ,5 .1 2 , X ác diìĩh kích thước và tín h toán ong vách Đường kínli troni.', chicLi dày và chiểu dài ỐIIII václi phái chọn sao cho dám báo vổ mặt đ ộ bên, cưừiìu dỏ; phù lio’p với đườim k ín h c o c , đường k íiili Iig o à i CLÌa d ầ u k lio a n và d ặ c điếm địa liình, dịa lấim no'i (lii cóng, có thc clioiinliư sau. (i) Điỉ‘ừnỳị kiiìlỉ và (ĩộ ílày óỉỊii vách - Đ ư ờ n g kíiilì Ironu ỏnii Vikii: D,,= + (60-^ 15())(ninì); hoặc D ị , -1.1 X c.độ miệng Mực vữa bentonite Trong dó: \ \ . : đuừng kíiìh Iroiig của ống václr, I^uị.: đường kính n^oài cúa dấu khoan; 60 -r 150iiìni. 1,1, inuc dích dùniz dc Cao đò điổii chính độ imhiêiig lệch kliì cấii Ilìiêt, đáự ò n g d ặ c bi ệí ờ nưi c ó bùn x ỏ , Cíil c h á y va nơi có nước mặt như cỏnií írình cầu cãĩìe thì c.độ đáy ống dễ bị nghiêng lệch. ốna vách Chiéu dày: ổ| - (1 1.5)7rDj,. hoãc; ỉSj =: 9 -i- lốn in i klii D||, < iOOcni. 1 6 - 4 0 m m khi \ \ > lOOcni. Tioiig dỏ: i\: chiéii dày ống vác lì. Hình 4-4 ì^) C l i i ê i i d ù i ổn;^ v á i h : N ơ i c ó ỉỉiiứí Ịìulĩ: lìlìiỉ' cỏỊỊ^ ĩrìnli rỡ//, I'íỉ/Iíỉ c ó thố cliọiì chicLi dài ồ n g vách dựa v à o c ấ c yêu cau sau: -t- Cao độ miệim ốim vách cao liưn lììực nước tlìi cê)iig (MNTC) là 2ni. + Cao độ đáy ống vấclì năm írong tẩng đâì dínii có uóc nia sất íroni> (p > 10°, độ sệl B < 0,75 hoặc sức kháim xuyên nìũi q^. > 4kG/cm^. V(Si chiổLi dày nqàm trong tầng này sao cho ống không bị lún thì chiéu dài ốim có thế lính theo công ihức; L()v “ 4- I..Q+ 2in 1Vong ció: L(^.: Cliicu dài ốnu nhỏ nhủi c ủ a ốnv. vách, (iiì); 1.(1 ; Clìicư cao íính. íừ MNTC đến đáy sòng, (ni); Lj, : ChicLỉ dài ngam của ống vách, (ni), có ĩhế sơ bộ chon Lj, llìông qua việc: chọn cao độ dáy ỏnu vách imàm vào tầng cliịu lưc khòng thấm nước từ 0,5 2m: 147
Sau khi chọn được L()y, ta kiểm tra điều kiện lún ống: Pgu, = Pcln + l ' ^ ' , f , ^ n P o v = P g â y l ú , ì . Trong đó: r|: hộ số an toàn , r| = 1,5; P()V’ Pdn • Trọng lượng và lực đẩy nổi ống vách, T; u = 71 X D„: Chu vi ngoài của tiết diện ngang ống vách, m; D|,: đưòfng kính ngoài của ống vách, m; 1|: Chiều dài cúa lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt hông của ống vách, m; íị! Sức chống tính toán của lớp đất thứ i lên mặt hông của ống, T/m ^ Nơi ch ỉ có nước lì^uni: đối với cúc )ìióiì 10°, độ sệt B < 0,75 hoặc sức kháng xuyên mũi > 4kG /cm ^ Với chiều dày ngàm trong tầng này sao cho ống không bị lún. Tính toán chiều dài ống vách tương tự như trên. 4.5.2. Nhạn xét Giữ ổn định vách hố khoan bầng ống vách là một trong nuứng giải pháp rất đáng tin cậy nhất hiện nay, nhưng chi phí lại cao. Do đó, chi sử dụng nó trong những trường hợp thật cần thiết, có thê kết hợp ống vách và dung dịch bentonite để giữ ổn định vách lỗ khoan. 4.6. GIẢI PHÁP G IŨ 'Ổ N ĐỊN H TH À N H VÁCH H ố K H O A N cọc KH O A N NH Ồl BẰNG DUNG DỊCH BEN TO N ITE Dung dịch bentonite gồm có sét, nước và một số chất phụ gia, dùng để giữ ổn định cho vách hố khoan khi không có ống vách hoặc kết hợp với ống vách. 4.6.1. Thành phần khoáng vật của dung dịch bentoníte Đặc tính quan trọng nhất của dung dịch bentonite là thành phần ba nhóm khoáng vật sét gồm; 1. MoniiiicililDiiitcíAụO^^SiOT.nHiO); 2. Ilit ( A iP v lS iO v iH .O ) ; 3. Kaolinit ( A l.O v 2 SiO 2 .2 H 2O). 148
4.6.2. Các đặc diêm co bán cúa các khoánịi sét được trình bày như sau Đăc điếm cơ bán cúa các loại khoáng sét Chiổii dày hai sét Tổng diện tích mặt Hoạt tính mặt Khoáng S C I (Ao, Amslron) ngoài(mVg) ngoài(kG/cm”) Montmorillonitc 10 -:-5U 1 800 1,5 ^ 7 , 2 ĩìit 5{) -r 500 80 0,9 Kaolinit 100^ 1000 10 0,4 Qu a bả n >4 tròn, c ó tlic Iiliâii thấy kliã nãim đ ô n g tụ của d un g dịch bentonite phụ th uộc v ào c h i ểu dày lii.it SCI, cliicu dòy liai sét càim lóìi thì khả nă ng đ ô n g tụ c à n g mạnh, kaolinit đóiií’ tụ manh nhất, k í đến là ilil \ à ít nhất là montmorillonite. Như vậy dung dịch b e n t o n i t e có c h ứ a nhiổLi k h o á n g sét k ao linit lliì k h á n ă n g đ ô n g tụ c à n g m ạ n h . 4.6.2. Các đặc điếm cúa duriịĩ dịch bentonite có thê ảnh hưởnịỊ đến sụ mất ốn định cho cọc khoan nhỏi Với thành phầii như nêu ờ Irên, nõn duno dịch bentonite có những đặc điếm nổi bật như sau: - D/Ơ/I,' ỉ / ọ / ỉl; cÍui (ỉịch i)ciit(Viìte //„,„> ỉ : I3iii)g tioiii: ciia dịch bcnlonilc tliay dổi từ =1,02 1,5g/cm‘^ tùy thuộc vào hàm lượng cu;i beiuoniti; có iroiv.’, (iiuig (lịrli (lừ 6 ^ 14), tiui ra một áp lực lớn hơn áp lực thủy tĩnh của nước nuầni Iroiic hố khoan, đu'ọ'c dùng (lê giữ ổn định vách lỗ khoan. Tùy từng loại đất và inưc IIƯÍÍC ngầm mà c ó thê c h o n bcn thích hợp, nếu c h ọ n k h ô n g pliù hợp (Yhcn < Yhen ycuciu,) íllì >■;' h khom . - T í n h liiiYỨn p h ù IV/ (lộ Iiliớí: 'fính huyéii phù là tk) plián ứim vật lý ciữa các hạl khoáng sét mang điện tích cùng dấu clấỵ nhau iroim mói trườne nirớc (lươim bcntonite, khoáng 6 -^14%). Nhờ tính huyển phù này inà các liạt đâì cio václi lở sẽ Iiăm lơ lửiig trong dung dịch, tránh được hiện tượng lắng đong bùn đất ớ đáv liố khoan. Độ nhớt c Ik ) phcp của duníỉ dịch IX 45s. Nếu dộ nhớt giảm ihì sẽ xảy ra hiện tượng bùn đất lắim doiie ớ đá\ hố khoan và vách hố khoan bị sạt lờ do tính keo nhớt không đủ khA năng liên kết uiữ các hat dất rừi lai, nmrực lại độ nhớt tăng thì hiện tượng lắng đọng bùn đất giám nhưnc chicLi dàv CLia lứp inànc áo sét tăim (4mm) làm thành Ví':h hố khoan d ẻ sạt l ở v à iiià.n I’ia sát hônL;; v ữa b c n t o n i l c b á m d í nh c ố t t h é p n h i ề ư - l à m g i á m k h á n ă n g díiih bám giữa cỏì tnóp \'à bê lône. 149
- Tính chất xúc hiến: Thể hiện qua khả năng đông kết nhanh khi để yên và hoà tan nhanh khi có tác động cơ học, được đặc trưng bằng ứng suất cắt tĩnh sau khi để yên, xác định bằng lực lế tĩnh. Tính chất này nhằm giúp cho thành vách ổn định và thuận tiện trong quá trình khoan - Lượng m ất nước: Trị số lượng mất nước cho phép 10 -r 25cm^ sau SOphút. Nếu lớn hcfn sẽ tiay đổi tính chất của dung dịch (độ nhớt tăng) và tạo ra một lớp áo sét dày > 4m m trong hôkhoan dễ bị bong làm thành vách lỗ dể bị sập lở và làm giảm ma sát thành giữa cọc - đất váih. - Tính ổn định (độ phân tầng): Đ ộ phân tầng cho phép nhỏ hơn 4 8% sau 24giờ. Nếu lớn hơn sẽ làm tiay đổi tính chất của dung dịch giảm làm sập vách lỗ khoan) và xảy ra hiện tưọìig đmg tụ dung dịch bentonite xuống đáy hố khoan. - Đ ộ p H ( ủa dung dịch hentoiiite: Độ pH đặc trưng cho tính axít hay bazơ của dung dịch khoan, nó có ảnh hrởng rất lớn đến chất lượng dung dịch, vì nó tham gia, tác động đến các phản ứng hóa học Độ pH cho phép từ 7 H- 9. Khi độ pH =10 thì bắt đầu thể hiện ảnh hưởng của xi măng. Nếu độ pH : 11 thì tính nhớt và mất nước tăng lên, như vậy, dung dịch không còn đảm bảo yêu cáu. Đ('pH < 7 hay nước từ lợ đến mận thì khả năng đông tụ (phân hủy) dung dịch khoan sẽ xảy ra Tóm lại: nếu các đặc điểm cơ bản như: , độ nhớt, độ pH không đạtyêu cầu thì sẽ gây ra sự cố cho cọc khoan nhồi như: sập vách lỗ khoan, giảm m a sát hôn;, giảm khả năng dính bám giữa cốt thép - bêtông và có lắng đọng (đông tụ) bùn đất -oentonite ở đáy lỗ khoan. 4.6.3. Các giải pháp xử lý các vân đề m ất ổn định Tuỳ theo phương pháp thi công, loại địa tầng và mực nước ngầm, mà ta nêi chọn (Ybei,, độ nhớt, độ pH và các chỉ tiêu tính năng khác của dung dịch bentonite theo Ph lục d- của Tiêu chuẩn TCXD 206 : 1998. Dung trọng Ybgn íhể chọn theo điều kiện cân bằng ổn định vách hố khoan hư sau; Phương trình cân bằng tại một điểm bất kỳ trên vách lỗ khoan: z áp lực đẩ) = z áp lực giữ z áp lực đẩy bao gồm; áp lực tĩnh của mực nước ngầm (Ỵw Z,i) . áp lực chu động ủa đất (Ojj); 150
2^ áp lực giữ *)at) liỏỉìi: ấp lưc: tinli cúa cột bcnlonitc lực kliáng cắl cấu trúc của lớp áo sét (t^); hay: CT^ + = 7 ,,.Z|, + T, (4.1) +7u-^n (4.2) Yh = Trong đó: Y|„ Z|,: clu li: iroii” và chiéu cao cúa CỘI vữa bentonite; y^^,, z„: tliim lioim và chicu cao của mực mrớc Iigấm; với: c = 7(1.V ; k,,.y.z ; Ig'(45°--ị^ ); v.y.7..tu'(45'’ - (4.3) 1-v v: hệ số poiss.)n; Ỵ, (p, z: duim irọnu, uóc ma sál Iroim và chiổLi cao của cột đâì; = Ycii/b >g'p’ + ^'’= (Y - 1 K + c’ (4.4) Với: y, Yiiị ,tf’, c': cluim irọnu tư Iihicii, day nổi, góc lììu sát troiiíĩ và lực dính của lớp áo sét; Chiếu sâu chòn coc H ím) Hình 4,5 151
Dối vói (í(íí vách lủ âíÍỊ cát: c \ (()’ của áo sét có llic dưọ’c líiih dổi từ giá l:'ị tp cua đất c;íl ban đầu như sau: + c ’ có thè' lấy bằng giá trị trung bìnli của lưc dính ban đấu (c,|) và lưc Jíih (s) do dàì nền hấp phụ bentonite: c ’= ( c ^ + c J / 2 (4.5) T h ô n g thưừiig c = 2c„ =:> c ’= l,5c„ (4.6) (p’ cớ Ihc lấy bằng g ó c ma sát trong của dất sél ((Pj|). hoặc: (p’= (p - 3" + 3 D; (theo Bolton 19N4) (4.7) D: là độ chặt tương đối của cát; Đ ối với chít vách là (Íấí sét: do d ộ ấm lăng lên Iién c ’, cp’ cúa áo SCI déu nh) hưn giá irỊ c„, (p của đất sél ban đrÌLi, lực dính của lóp áo sét râì n h ó c ó lliê XCIII níui' băn; 0 (c^ = 0 ). c ’, (p’c ó thê xác định như sau: c ’ có thể tínli iheo cóng thức sau: c ’= ư . c \ , . i ; i (4.
Nếu độ pH oiiliii
4.7.1.1. Hấp phụ cơ học L à khả n ă n g g i ữ lại c á c hạt l ơ l ử ng tro ng nư ớ c (dd b e n t o n i t e ) khi n ó thíiT qua đất. Loại hấp phụ này đặc trưng cho đất cát, nó phụ thuộc vào độ rỗng, tỷ lệ các cấp phối hạt của cấu trúc đất và thể hiện ờ khả năng giữ lại các hạl hoà lẫn Irong du n g dịch khi dung dịch thấm qua. 4.7.1.2. Hấp phụ lý học Hấp phụ lý học hay kììả năììiị hút lý học của đất, đặc trưng khả năng hút ;á; vật chất xung quanh do bề mặt tự do trên mặt tiếp xúc giữa các hạt đất với dung dịch bentonite hình thành các màng hấp phụ và tạo sức căng bề mặt ảnh hưởng đáng kể đến độ ổn JỊnh của đất vách hố khoan. 4.7.1.3. Hấp phụ hoá học Đặc trưng khả năng giữ lại trên bề mặt của hạt đất các chất hoà tan ở dạng kết :ủa không tan hoặc tan bằng các phản ứng hoá học xảy ra trong dung dịch đất tạo ra các muối ít tan trong môi trường axit từ các chất ban đầu là s o 4' , P 0 4 “ . Các phản ứng hóa học như sau: Na 2SƠ 4 + CaCl 2 -> CaS 0 4 + 2NaCl Al^^ + P O ^ - ^ AIPO4 Fe-^+ + ^ FePƠ 4 3Ca-^ + 2 P 0 ^ ' Ca 3(P 0 4 ) 2 7.4.1.4. Hấp phụ lỷ-hoá học (hấp phụ trao đổi) Tính chất này thê hiện qua phản ứng lý - hoá học giữa keo đất với ion troriỊ dung dịch đất. Đất có thể trao đổi những cation bị hút đến bề mặt các hạt nhỏ từ trước (như Ca“'^, Na“^, v.v...) lấy những cation của dung dịch đang sắp tiếp xúc với nó trên cơ sờ tương quan về đương lượng dẫn đến sự thay đổi rõ rệt các tính chất cơ lý của đất tùy thuộc vào thành phần vật chất có trong dung dịch đất. PH càng lớn thì hấp phụ càng m ạnh 4.7.1.5. Hấp phụ sinh học Là hấp phụ làm cho đất (thổ nhưỡng) giàu những chất tính lũy được trong q iá trình hoạt động sống của các vi sinh vật, Nó là yếu tố quan trọng của quá trình tạo thành thổ nhưỡng và cũng có ảnh hưởng lớn đến tính chất của đất. T óm lại: Các loại hấp phụ trên không xảy ra riêng lẻ từng loại, m à chúng íảy ra cùng một lúc. Độ pH càng lớn thì khả năng hấp phụ càng mạnh. Trong đất cát, chủ yếu chỉ xảy ra h ấ p phụ c ơ h ọ c và lý học; trong đất sét m ề m thì hấp phụ lý h ọ c và lý-hOc h ọ c là chủ yếu, tạo thành lớp áo sét tương đối mỏng, còn đối với đất sét cứng thì chủ yếu là quá trình trao đổi ion ở chỗ tiếp giáp giữa vữa bentonite va đất vách, tạo thành m ột lớp n àn g áo sét rất m ỏ n g . 154
4.7.2. Các đặc điếm cua các loại đát sét yếu thường gây ra sự cô cho cọc khoan nhồi và giải pháp xử lý Đ ặ c đ i ể m dịa chất '.ÌIIIÍÍ d ồ n g bằ ng ở nước ta đặc biệl là ở đ ồ n g bằ n g s ô n g Cửu L o n g đều xuất hiện lớp đất \ ế u dạng bùn sét với chiều dày từ 15 đến 30m, trong các hoạt động thi cóng đào hố khoan hạ cọc khoíin nhồi đều phải xuyên qua tầng đất nêu trên. Nếu trong đất đào tồn tại c á c cation có khả năng hấp phụ và trao đổi cation càng yếu (tức là cation có hoá trị nhỏ, nồ ng độ thấp, độ pH thấp và bán kính hydrad hoá lớn) thì khả năng lắng đọng bùn đất xuồng đáy hố khoan càng cao. Nếu trong dất đào có càng nhiều chất CaClo và NcioCO, thì khả năng đông tụ bentonite cà n g m ạnh XLiốns đáy h ố khoan theo phản ứng sau; Na u Hạt ?■+ __ Ugị ___ Ậ sét AI +2N a3C q+ H ,0 - ^ + AI(OHỊ + 2 0 ^ : Na Nếu trong đất có nhiều khoáng sét Kaolinite thì sẽ làm tăng khoáng này trong dung dịch bentonite dẫn đến đôno tụ nhiều bentonite xuống đáy lỗ khoan. Trường hợp trong đất có nhiều khoáno sct Montmorillonitc thì sẽ làm các tính năng của dung dịch bị thay đổi và nhất là khi độ nhớl tàng càng cao thì bề dày của bentonite bán quanh cốt thép (nhất là thép gàn) càng lớn. • Các giải pììứp xử IV
tầng đất sét, xuất hiện ở các trạng thái từ chặt đến xốp rời, với các tên gọi theo thành hạt như cát to đến cát bụi. 4.7.3.1. Đặc điểm của các loại đất cát thường gáy ra sự cô cho cọc khoan nhồi - Đặc diểni chung của các loại đất cát là: thành phần hạt dạng cấp phối, các hạt ròi rạc không liên kết với nhau, độ rỗng tương đối lớn và thường trong tầng cát có chứa nước ngầm đến nước áp lực. - Do vậy, thành vách đào trong tầng cát thường sạt lở (khốnc ổn định) và nhất là khi trong tầng cát có nước ngổm có áp, khi dó sẽ xuất hiện hiện tượng cát cháy. - Đối với tầng cát rời xốp thì dễ gày ra sự cố cho cọc khoan nhồi như; thành vách hố khoan bị sạt lở, thân cọc bị phình, có dạng rể cây. Anìì hưàìH' củu lĩiệii rượiiii rá t chày: Do dòng bùn cát chảy vào trong hố khoan dưới tác dụng của lực thủy động và đặc hiệt là nước có áp làm cho vách hố khoan bị sạt lở rộng ra và có thể làm sập tầng đất khác bèn trên. Để có đề ra các giải pháp xử lý thích hợp ta cấn điểm qua vể quy luật, đicu kiện phát sinh hiện tượng cát cháy. Điền kiện plìút siiilì hiện tiCỢii^ cát c lìảv: Hiện tưOTg cát chảy chi xáy ra khi: đất là đất cát, cát pha bụi ( lực dính kêì c râìnhỏ ) và lỗ rỗng chứa đầy nước và nhất là nưức có áp. Nguyên nhân chính của cát cháy là áp lực thuý động cúa dòng nước ngầm truyền vào cát hạt đất khi khoan lỗ. Do tínli thấm nước yếu của cát chảy nên áp lực thủy động gây r;i áp lực thấm truyền vào hạt cál làm c h o hạt cát di c h u y ê n theo hướng g i á m gradien thâm. l.V.Pôpôv dã xác định rằng: Trị số gradien thâm làm cho cát chuyên sang trạng thái cháy, tính theo còim thúc: Igh = ( y o - 0 ( 1 - n ) Trong đó: Ỵ(); Trọng lượng liạl đất; n: Độ rỗng cứa dất; Khi áp lực thủy độniỊ bàng hay vượt hơn dung trọng đấy nối của hal đất, sc làm clu) đâì chuyến sang trạng thái lơ lững và sẽ di cluiycn. 0 = Idn Yn = Ydn ; Idn = y j ĩ Trons dó: 0 : áp lực Ihủy dộng; y^ii,: dung Irọng đay nổi; y„ : lý trọng inrớc; 156
Khi ■/,, = 1 (hì I , khi I^ii, lớn hơn I„h thì cát cliáy bắt dấu xảy ra; Đất cái cliuvcn sanu trạng thái cháv sẽ màì liên kcì kiến trúc. Các hạt chuyển sang trạng l l i á i lo ' I LÌI 1Í>; 4 .7 3 .2 . Các giái p h á p x ử lÝ cóc sự cô Ti iròniỉ họp iroiiu uìnti đất cál có hiện tương cát cháy nên sứ dụng ốní’ vách đế giữ ổn dịnh Ihànli vách lỗ khoan. rniừ n" hợp tronu tầng cál có hoăc không có mạch nước ngầm có áp thì có thể sử dụng du n g dịcli bentonilc đê’ "ÌLÌ ổn định thành vách lỗ khoan, với c á c lý d o như sau: (1) D u n g irọiig cua clun” dịch bentonitc > l g / c n r \ sẽ tạo ra áp lực lớn hơn áp lực của mực nước ngầm nên giám diiơc tác nhàn