Kỹ thuật Thi công móng trụ mố cầu: Phần 2

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:145

Thêm vào BST

Báo xấu

274
lượt xem 84
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu Thi công móng trụ mố cầu có kết cấu gồm 6 chương, bao gồm: Xây dựng móng nông trên cạn, xây dựng móng nông ở nơi có nước mặt, thi công cọc chế tạo sẵn, thi công cọc bê tông cốt thép đúc tại chỗ, xây dựng bệ cọc, xây dựng móng giếng chìm và giếng chìm khí ép. Phần 2 sau đây trình bày nội dung chương 4 trở đi. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật Thi công móng trụ mố cầu: Phần 2

Chương IV THI CÔNG cọc■ BÊTÔNG CỐT THÉP ĐÚC TẠI CHỗ ( C Ọ C NHỒI) 4.1. KHÁI NIỆM CHUNG 4.1.1. Định nghĩa Cọc bêtông đúc tại chỗ được thi công bằng cách đào đất, hoặc đóng khuôn hay khoan lỗ sâu trong đất tới cao trình thiết kế, rồi đổ bêtông lấp đầy lỗ, tạo ra cọc ngay tại vị trí thiết kế. Có nhiều cách tạo lỗ khác nhau : Đơn giản có thể đào thủ công, hoặc đóng một cột thép vỏ mỏng có lõi hay ống vách làm khuôn, hoặc khoan bằng các tổ hợp máy khoan hiện đại v.v... Lỗ đào có thể mở rộng chân để tăng thêm khả năng chịu lực của cọc. Ống vách có thể bịt đáy bằng mũi dẫn (trường hợp cọc nhỏ) để có khả năng đố bêtông ngay sau khi đã hạ tới độ sâu cần thiết, hoặc để hổng chân rồi lấy đất ra bằng các phương pháp khác nhau. Đây là phương pháp thường áp dụng cho các loại cọc đúc tại chỗ có đường kính lớn. Nói chung, những loại cọc này có thể khác, nhau về đặc điểm công nghệ : không hoặc có ống vách, không hoặc có chân mở rộng, khác nhau về công nghệ tạo lỗ và lấy đất, về công nghệ đúc cọc v.v... 274
Riêng về m ăi kích thước cọc, chủ yếu là đường kính liên quan rất nlìiéu đến công nghệ (tất nhiên phụ thuộc cả thiết kế), nhiều khi cọc đúc tại chỗ được phân loại theo đường kính và lấy D = 3 in =» 76cm làm tiêu chuẩn trung gian : - Cọc loại nhỏ (gọi tắt là cọc) đường kính D76cm . Cọc đúc tại chỗ được thi công theo công nghệ khác nhau : - Công nghẹ hỗn hợp đóng khuôn và đúc cọc tại chỗ (cọc nhồi). - Công nghê khoan và đúc cọc tại chỗ (cọc khoan nhồi). Hình 4.1 giới thiệu đai diện m ột số ỉoại cọc bêtông đúc tại chỗ có đường kính nhỏ thông dụng nhất đã được công nhận như những sáng chế. a) b) c) d) e) f) 9) hìnlì 4.1. Cọc bêtông dúc tại chỗ dường k in h nhò. a. Cọc F ra n k i ; b. Cọc F ran k i m ở rộ n g c h â n ; c. Cọc F ra n k i có vách mở rộ n g ch ân ; d. Ố ng vách m ỏ n g ; e. Cọc M onotube ; f. Cọc R aym ond tiêu chuẩn ; g. Cọc R aym ond ố n g lổng. 275
Hình 4.2 giới thiệu m ột sổ cọc khoan nhồi có đường kính lớn. Hình 4.2. Một số loại cọc bêtôĩig đức tại chỗ dườìig kính lởn : a. Loại có ống vách ; b. Loại không dùng ống vách; c. Loại m ở rộ n g ch â n ; d. Loại tă n g cư ờ ng m a s á t q u a n h th â n cọc. 4.1.2. Sơ lược phát triển các loại cọc đúc tại chỗ Cọc bêtông đúc tại chỗ đâ xuất hiện và được sử dụng khá lâu trong xây dựng cơ bản, đồng thời tồn tại và cùng phát triển với cọc bêtông đúc sẵn. a. Hệ cọc Chicago và cọc Gow Những cọc đúc iai chỗ đầu tiên đã được thi công bằng nhân lực. Đến đầu thế kỷ 20 mới dùng sức ngựa để thi công. Các phưong pháp đào cọc sớm nhất ià phương pháp Chicago (H.4.3a) và phương pháp Gow 276
(H.4.3b). Cách tạo lỗ kiểu đào giếng nói trên hoặc đã dùng các thùng thép vỏ mỏng, không đáy, dạng ống lồng từng nấc kiểu ống nhòm, càng xuống sâu càng hẹp dần (phương pháp Gow) ; hoặc dùng ván đứng ghép thành trụ tròn, kiểu thùng rượu nhưng thành thẳng đứng và có đai thép làm nẹp bên trong (phương pháp Chicago). Khi thi công, vừa tiến hành đào đất, vừa chống vách từng nấc từ mặt đất xuống chân cọc. a) b) r r ỊI Ị IT I IỊ >—2 T I------- ỷ v IỊ / \\ \\ \\ // Hình 4.3. Phương pháp Chicago và phương phấp Gow : 1. V án dọc ; 2. Đai n ẹp ; 3. Đào th ủ công ; 4. v ỏ tr ụ th é p lá 277
Nhửng cọc đầu tiên đúc tại chỗ thường đặt trên nền đá và khi đào đất cũng như khi nhồi bêtông đúc cọc hay gặp kho khăn về nước thấm, cát chảy và khí độc v.v... b. Hệ cọc Strauss Đồng thời với phương pháp trên, người ta đã sử dụng thiết bị khoan đất trong thi công. Dạng đơn giản nhất của cọc nhồi dùng máy khoan và ống vách tạo lỗ là do kỹ sư ở Kiev, A.E. Strauss, đã kiến nghị vào năm 1899. Để thi công cọc, trước hết phải hạ ống vách gồm những đoạn dài 1,5 - 2,Om, đường kính 30 - 40 cm. Sau khi lấy đ át ra bằng máy khoan thông thường, bêtông được nhồi vào ống từng mẻ, vừa đầm chặt, vừa kéo ống vách lên. Khi đầm nhồi như vậy, bêtông sẽ phình ra xung quanh, nén chặt đ ất và tạo hình cọc nhồi. Để thân cọc được toàn khối, liền mạch, khi rú t ống vách phải bảo đảm chân ống ngập trong bêtông tươi từ 1-1,25m. Cọc nhồi kiểu Strauss so với cọc đóng có ưu điểm : không gây chấn động, có thể triển khai ở địa bàn h ạ r hẹp và có các công trình phụ cận. Cho nên lúc bấy giờ thường áp dụng để sửa chữa và gia cố nền móng cũ hoặc để xây dựng m óng dưới tầng hầm V .V .... Tuy nhiên, khả năng chịu tải của cọc Strauss thường yếu, đ ất bị nén chặt không nhiều, cưdng độ bêtông nhồi không đảm bảo khi gặp nước ngầm. Sau đó, ở Liên Xô cũ đã cải tiến dùng một mủi dẫn cho ống vách. Đó là mũi cọc bằng gang hoặc bêtông cốt thép, bịt đáy ống vách và được đóng xuống đất, nhưng mũi dẫn sẽ để lại trong đất. Sau khi hạ ống vách tới cao trình thiết kế, tiến hành đổ bêtông và rút ống vách bằng búa đặc biệt, tần số khá nhanh 60-80 nhát/phút : mỗi nhát hướng lên 278
trên, ống vách được rút chừng 3-4cm ; .mỗi nhát hướng xuống, ống lại hạ bớt 1,5-2cm, bêtông và đất xung quanh được đầm chặt. c. Hệ cục nhôi Franki Ỏ Ba Lan, hệ thống cọc Franki được dùng phổ biến từ lâu. Mũi dẫn bằng gang nói trên được thay thế bởi nút bêtông cao khoảng lm. Trình tự thi công như sau (H .4.4Ì : Hình 4.4. Sa dò trinh tự thi công cọc F ranki - Dựng ống vách vào giá búa. - Đổ bêtông tạo một nút đầu tiên ở đáy ống vách cao khoảng 0,8 - l,0m. - Dùng m ột búa nặng đầm nút bêtông trong lòng ông. Nút sẽ kéo theo cả ống vách tới đô sáu thiết kế. - Cố định ống vách chặt chẽ vào gia búa (H.4.5). 279
1 280
- Tiếp tục đóng búa, nút bêtông tươi' bị tụt ra khỏi ống, tạo chân mỏ' rộng hình quả lê, đường kính gấp 1,5-2 lần đường kính ống vách. - Ong vách được rút dần lên trong khi bêtông vẫn tiếp tục đổ và đầm như trên, cho đến khi đúc được m ột cọc tại chỗ, có chân mở rộng và thân cọc tiết diện không đều (lượn sóng), chiều sâu trung bình khoảng 12-16m (có khi tới 30m). Cọc Franki có thể dùng trong b ất kỳ loại đ ất nào mà có khả năng đóng được ống vách theo chiều thẳng đứng hoặc chiều xiên, ố n g vách đường kính khoảng 46cm tạo ra cọc ự>50cm, có chân mở rộng đường kính khoảng 90cm. Phần trên cọc nhồi có thể bố trí cốt thép. d. Hệ cọc hỗn hợp Thi công cọc bằng công nghệ hỗn hợp : đóng khuôn và đúc cọc tại chỗ, đã được phát triển mạnh ở Hoa Kỳ và sau đó được sử dụng ở nhiều nước. Đó là các loại cọc của các hãng Raymond Concrete Pile Co, W est’s Piling and Construction Co và các loại cọc có tên Cobi, Hercules, U nion Monotube v.v... 1. Cọc Raymond Cọc Raymond có 2 loại, chiều dài tối đa có thể tới 40m và 75m, đường kính khoảng 44cm ở đỉnh cọc và từ 21cm đến 27cm ở mũi cọc. Trình tự thi công cọc Rayinond như sau (H.4.6) - Chế tạo vỏ thép, bọc xung quanh m ột lõi hình chốt, hơi thuôn (giảm dần đường kính khoảng 25mm, 2,44m) và cũng bằng thép. 281
r - u c c \t V' ĩ o Hình 4.6. Cọc R a ym o n d vò thép m òng : 1. Lõi ; 2,3. Vỏ th ép ; 4. B êtô n g - Đ ặt lên giá búa và đóng xuống cao độ cần thiết bằng các loại búa đơn động hoặc song động. - R út lõi thép lên, tạo ra m ột khuôn rỗng bằng thép vỏ m ỏng (dùng lá thép làn sóng) bảo đảm độ kín và cường độ chống đ ấ t sụt, đ ất trồi. - Sau khi kiểm tra khuôn cọc, tiến hành đ ặt cốt thép (nếu cần) và đổ bêtông đúc cọc tại chỗ hoàn toàn trên khô. 2. Coc W est’s Khác với cọc Raymond, cọc do hãng W est’s Concrete Pile Co, được m ệnh danh là cọc "West’s" tức cọc miền Tây (H oa Kỳ), vỏ thép thay bằng các đoạn ống bêtông đúc sẵn ; dồng thời lắp thêm m ột mũi dẫn bằng bêtông cốt thép lắp ghép vào đíiy của đốt ống dưới cùng. T rình tự thi công cọ; "West’s" tương tự như trên, gồm các bước sau : 282
- Lắp mũi dẫn bằng bêtông cốt thép vào ‘m ột hốc đào sẵn tại vị trí cọc. - Lắp lõi thép trên mũi dẩn và xâu các đốt ống bêtông vào lõi thép (H. 4.7a). - Đ óng cả hệ lỏi, vỏ và mũi dẫn xuống tới độ sâu thiết kế (H.4.7Ồ)' 4. Các đ ố t th ừ a c ấ t bo ; 5. C ốt th é p ; 6. Chỗ .ỗi ; 7. B úa đ ó n g ; 8. Đ ện đ ầ u coc ; 9. Nối đ ấ u cọc. 283
- R út lỗi thép, cất bỏ những đốt ống thừa và kiểm tra ruột rỗng. - Đ ặt lồng cốt thép và đúc cọc (H.4.7c). Một loại cọc W est’s khác (cọc W estem Button Bottom) cũng dùng mũi dẫn bêtông như trên, nhưng với kích thước mũi ìớn hơn 1,5 lần thân cọc (17/11) để mở rộng diện tác dụng lên nền đất. Như vậy đã kết hợp mủi dẫn đúc sẵn và thân cọc đúc tại chỗ. Trình tự thi công như sau (H.4.8) : - Hạ ống vách và mũi dẫn tới độ sâu thiết kế để tạo lỗ và nén đất. - H ạ vỏ thép trong lòng ống vách và liên kết chặt với mũi dẫn để làm khuôn. - R út ống vách, để lại vỏ thép và mũi dẫn. - Đổ bêtông trong khuôn vỏ thép để đúc cọc tại chỗ. 3. M ột số loại cọc hỗn hợp khác (Cọc Cobi, Hercules và M onotube v.v....) 4 Hình 4.8. Thi công cọc "Western B utton B ottom " : 1. Ố n g vách ; 2. Mũi d ẫn ; 3. v ỏ th é p ; 4. Bêtôhg- 284
Về nguyên tắc thi công cũng tương tự, chi thay đổi chút ít về chi tiết công cụ thi công. Chẳng hạn, vỏ cọc Cobi và Hercules đều dùng ống thép làn sóng (tương tự ống cống), bịt đáy bằng tấm tôn phẳng hoặc mũi hình chóp. Cả hai đều dùng nòng thép để làm khuôn, nhưng nòng của vỏ cọc Cobi được gia cố bằng ống cao su bơm khí nén, còn nòng của cọc Hercules lại dùng lõi hình chêm đóng chặt vào giữa nòng. Cọc Monotube dùng ống thép vỏ mỏng nhưng có rãnh, để tăng độ cứng cho vỏ khi đóng không bị móp méo, do đó không cần lõi hoặc nòng mà vẫn đóng sâu được 40m. Để thi công những cọc ống cỡ lớn đúc tại chỗ, những thiết bị và quy trình công nghệ nói trên không phù hợp, cho nên dần dần hình thành những ý tưởng táo bạo hơn : Cọc khoan nhồi ra đời theo xu hướng hiện đại. e. Hệ cọc khoan nhồi Khlebnỉkov. Năm 1950, theo kiến nghị của GS. Khlebnikov E.L. (Trường MADI), ở Liên Xô cũ đã chế tạo thử nghiêm và đưa vào sử dụng trong xây dựng cầu hệ cọc khoan nhồi gọi là cọc Khlebnikov có chẳn mở rộng, để tầng cường sức chịu tải của đ ất nền (H.4.9). Do đó, có thể giảm đường kính thân coc cho tớ.; kích thước đủ để cọc chịu lực tính theo vật liêu. Sau đó, P.T.S. Ter-M ikaeỉian và đồng sự đã phát triển và hoàn thiện tổ hợp khoan có khả năng tạo lỗ và đúc cọc đường kính từ 0,9 đen l,7m, độ sâu tối đa 40m. Tuỳ theo tốc độ hạ mũi phay và mở rộng dần lưỡi xén có thể tạo ra hốc mở rộng th ân hình con quay tròn xoay có đinh chỏm cầu hoặc parabôlôit hay elipxoit cao từ 0,5 đến 0,8m, phần giữa hình tru cao 0,3 đến 0,5m và phần dưới hình chóp cụt, Toàn bộ có chiều cao gần 2m, 2 8 5
Hình 4.9. Sơ dò thiết bị khoan thuộc hệ Khlebnikov i. G iá ; 2. R ôto ; 3. C ẩn k h o an ; 4. T rố n g d ẫ n h ư ớ n g ; 5. Kích th u ỷ lực ; 6. C ánh x én ; 7. P h ay đường kính mở rộng từ 2,2 đến 3,5m. Với mũikhoan (phay) khác nhau, phần đáy dưới con quay cũng đưực tạo hình khác nhau (H.4.10). Để khoan cọc thẳng và xiên có thể dùng ngay giá búa đóng cọc chẳiig hạn trong tổ hợp khoan của viện D.HHHC đã dùng giá búa CCCM -680 nặng 60 tấn và thiết bị khoan nặng 16 tấn, lưỡi phay tạo lỗ có đường kính tối thiểu dmjn= l,3 5 -l,4 5 m , cọc xiên tối đa khoảng 4:1 (3:1). Trình tự thi công được giới thiẹu trên hình 4.11. Trường hợp cọc nhỏ hơn, đường kính tối đa than cọc khoảng ì,Om, chân mở rộng 2,5m, có thể dùng tổ 2«6
Tw / uuuuu ~Ỉ5(J Hình 4.10. Lưỡi phay, cơ cấu mở rộng chân và kích thước hỉnh học của chân cọc Khlebnikov. 1. Cơ cấu m ở rộ n g chân ; 2. P hay k h o an th â n cọc ; .3. T rụ phay khoan đáy cọc ; 4. Kích th ư ớ c hỉnh học củ a c h â n cọc. hợp máy khoan nhẹ kiểu Môixeev, quay được 360° đ ặt trên ôtô KpA3-225. Khác với tổ hợp khoan nói trên ở chỗ giá máy hoạt động cả hai phía : m ột bên phục vụ khoan lỗ, bên kia phục vụ đổ bêtông đúc cọc bằng phương pháp ống rút thẳng đứng (H.4.12). Các loại khác thuộc hệ máy khoan cọc nhồi Khlebnikov nhưng chỉ sử dụng cho cọc thẳng đứng gồm m ột số tổ hợp sau : -MBC-1,7 lắp trên cần trục bánh xích 3-1258, có thể lắp lẫn được các đầu khoan xoắn, gầu ngoạm và cơ 287
Hình 4.11. Trình tự thi công cọc khoan nhòi bõ tông hệKhlebnikov a. B á t đ ấu k h o an ; b. Mở rộ n g ch â n cọc ; c. H ạ lồng cốt th é p ; d. Đ úc cọc. 1. M ay trọ n v ữ a s é t ; 2. Lưới rây ; 3. T h ù n g ch ứ a v ữ a sé t ; 4. B ơm v ữ a sé t ; 5. G iá b ú a ; 6. O ng x ả vữ a s é t ; 7. R ôto ; 8. C ần k h o an ; 9. Lưỡi p h ay ; 10. Đ iểu k h iể n cá n h x én ; 11. T rố n g d â n h ư ớ n g ; 12. Bơm ; 13. O ng dẫn và phễu đô’ bêtông ; 14. Lồng cốt thép. cấu mở rộng chân cọc. Phía bên kia lắp đầu choòng hoặc gâu ngoạm, có thể khoan trong đất có .ẫn đá hoặc các lớp nham thạch. - M Ey-1,2 lắp trên cần trục ÌỊ3K-25, nhẹ hơn máy trên, dùng để khoan cọc đường kính l,2m. - CO-1000(1200), lắp trên cần trục K'XK-25 hoặc A3K-251, chi làm nhiệm vụ khoan cọc đường kính 1,0- l,2m, không mở rộng chân và không làm nhiệm vụ khác (lắp cốc. thép, đổ bêtông v.v...). - Tổ hợp khoan của Viện nghiên cứu nền m óng và công trình ngầm, dùng thi công các cọc khoan nhồi đường kính từ 0,6 đến 2,Om, sâu 60m, khoan xoay, đầu 2 8 8
khoan kiểu Ivanov V.P., dùng vữa sét, có thể sử dụng vởi mọi loại đất, kể cả đá. - Năm 1975 ở Liên Xô cũ đã xuất xưởng tổ hợp khoan cải tiến MBH-1,7 trên cần trục 3-2508, có thể lắp lẫn nhiều đầu khoan khác nhau để với mỗi trường hợp cụ thể, chọn dùng được công nghệ khoan tối ưu nhất : khoan thùng, khoan choòng, khoan gầu ngoạm và khoan xoắn (H.4.14). - Ngoài các loại trên, ở các nước SNG còn sản xuất nhiều tổ hợp khoan tuốc bin phản lực PTB, có thể khoan trong đá những lỗ đường kính l-3 m và các tổ hợp khoan choòng mang các nhãn hiệu yK c, KAM, y p r va BC v.v... /. Hệ cọc khoan nhồi Benoto H ình 4,12. M áy khoan (Pháp) cọc nhồi loại Năm 1954 lần đầu tiên ở Pháp nhẹ hoạt dộng cả hai p h ía dùng cọc khoan nhồi trên cầu 1. Giá máy ; đường sắt theo công nghệ đào đ ất 2. Cột dẫn phục bằng gầu ngoạm đặc biệt của máy vụ khoan lỗ ; khoan Benoto N °-l. Đ ến 1959, 3. Cột d ẫn phục vụ đúc cọc ; tổ hợp khoan hiện đại E D F-55 4. Phễu đổ bêtông; ra đời. Thiết bị khoan do hãng 5. Đ ầu kh o an . Be no to sản xuất có thể khoan trong các loại đất khác nhau. T rình tự như sau : - Vừa hạ ống vách, vừa đào đ ất và láv đát cho tói độ sâu thiết kế. 289
Hình 4.13. M áy khoan cọc nhòi kiều M B C - i,7 1. C ôngxon ; 2. C ấn tr ụ c ch ín h ; 3. C ần trụ c p h ụ ; 4. R ôto ; 5. C ần ố ng lổng ; 6. Đ ẩ u k h o an ; 7. G ấu ngo ạm ; 8. D ầu ch o ò n g ; 9. D ầu k h o an x o ắn ; 10. Cơ cấu mở rộ n g c h â n cọc. - Lắp đ ặt lồng thép vào lỗ khoan. -Vừa đổ bêtông đúc cọc tại chỗ vừa rút ống vách. Ong vách khi hạ xuống hoặc rút lên đều dùng hệ hai kích thuỷ lực thẳng đứng tạo ra lực nén tới 550kN 290
Hình 4.14. Các dầu khoan và lưới xén mở rộng chân cọc của tổ hợp M E H -1,7 (hoặc lực kéo tới 400kN), đồng thời được hỗ trợ bởi hai kích thuỷ lực nằm ngang với lực 132kN, gây ra m ômen 450kN, xoay ống vách quanh trục m ột góc ± 17° qua m ột đai choàng để giảm lực ma sát giữa ống và đ ất (H4.15).
5\ - Í-I ■■■■• • ■ • ■ • • • . •■ Hình 4.15. Cơ cáu hạ và xoay ống vách 1. K ích th u ỷ lực đ ứ n g ; 2. K ích th u ỷ lực n g a n g ; 2 - 3. O ng vách ; 4- Đ ai ch o à n g i 5. C ô n g xôn . Ố ng vách có đường kính lớn nhất l,2m, gồm hai lớp thép ống dày 12mm cách nhau bởi thanh thép 016 và chia thành từng khuc 2, 4, 6m, nối với nhau bởi vành thép đấu m ộng chồng nhau và bulông đầu chìm bảo đảm trong ngoài vỏ ống đều nhẵn phẳng. Miệng của đáy ống dưối cùng có lắp chân xén. Đào đ ất bằng gầu khoan xoay hoặc gầu ngoạm kiểu búa. G ầu khoan xoay dùng cho đ ất dính, gồm cần khoan và m ột thùng hình trụ, đáy có gá lắp các lưỡi phay nghiêng để xén đ ất và tự động gạt vào thùng. 292
Gầu ngoạm kiểu búa dùng cho đ ất rời và đ ất không dính có độ chặt vừa phải. G ầu nặng khoảng 1,1-1,4 tấn, có dạng m ột ống dài, trong bố trí cơ cấu để đóng mở hàm ngoạm. Hàm ngoạm với nhiều kiểu và có thể lắp lẫn tuỳ theo loại đất đá có độ chặt khác nhau. Khi gầu rơi tự do trong ống vách, hàm mở rộng, cắm sâu vào đ á t và khi nhấc lên hàm tự động khép lại, ngoạm m ột gẩu đ ất và đưa ra ngoài (H.4.16). Hình 4.16. Gàu ngoạm kiều búa 1. Ồ n g v ách ; 2. G ấu n g o ạm ; 3. K íc h . Tổ hợp khoan Benoto vận chuyển đi xa rấ t cơ động, có thể kéo bằng ôtô tải bình thường như m ột rơmoóc (tốc độ tới 40km/h). Có thể đ ặt trên hệ nổi hoặc trên đ át yếu. Có thể khoan và đúc tại chỗ những cọc bêtông