Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ thi công khoan cọc nhồi full casing

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết tập trung trình bày kết quả nghiên cứu, ph n t ch đánh giá công nghệ khoan cọc nhồi full casing bằng máy khoan dạng cột buồm có trang bị hệ thống chuyển đổi adapter và khả năng ứng dụng ở Việt Nam.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ thi công khoan cọc nhồi full casing

200 NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THI CÔNG HOAN CỌC NHỒI FULL CASING Trƣơng Văn Từ1,*, Lê Văn Na 1, ặng Trung Thự 2 1 Trường Đại học Mỏ - Địa chất; 2Công ty Cổ ph n Fecon *Tác giả chịu trách nhiệm: truongvantuktd50@gmail.com Tó tắt Công nghệ khoan cọc nhồi full c sing đã đ ợc áp dụng rộng rãi trên thế giới. Tuy nhiên, tại Việt Nam công nghệ này mới đ ợc áp dụng ở một số đơn vị sản xuất và còn khá mới mẻ. Nhóm tác giả đã thu th p thông tin, nghiên cứu, ph n t ch đánh giá u nh ợc điểm củ ph ơng pháp khoan cọc nhồi full casing và khả năng áp dụng ở Việt Nam. Kết quả nghiên cứu cho thấy, công nghệ khoan cọc nhồi full casing phù hợp với những khu v c có cấu tr c địa tầng mềm yếu, bở rời dễ xảy ra s p lở thành l kho n do tác động của nhiều yếu tố trong đ c dung dịch khoan. Tại các địa tầng này, công nghệ khoan cọc nhồi truyền thống không thể đáp ứng đ ợc các yêu cầu về kỹ thu t, kinh tế và bảo vệ môi tr ờng. Công nghệ khoan cọc nhồi full casing có thể áp dụng rộng rãi ở Việt Nam do những u việt mà nó có thể mang lại Tuy nhi n, để không g p phải những kh khăn trong quá tr nh chuyển đổi công nghệ; chúng ta cần nghiên cứu đ c điểm công nghệ khoan cọc nhồi full casing và xây d ng quy trình công nghệ thi công khoan cọc nhồi bằng ph ơng pháp này Từ khóa: thiết bị khoan cọc nhồi; full casing; ịa t ng mềm yếu; bở rời; công nghệ khoan cọc nhồi. 1. Mở đầu Khi thi công các l khoan cọc nhồi qua những địa tầng đất bở rời, mềm yếu th ờng xảy ra các s cố phức tạp, li n qu n đến s p lở thành l khoan. Các s cố phức tạp xảy ra do nhiều nguy n nh n khác nh u, trong đ chủ yếu là nguy n nh n địa chất và dung dịch khoan sử dụng trong quá trình thi công. Trong khoan cọc nhồi th ờng sử dụng các hệ dung dịch gốc n ớc; khi dung dịch xâm nh p vào các tầng đất bở rời, mềm yếu, thấm n ớc nh cát chảy, n loãng, đất san lấp,… sẽ làm giảm độ bền của chúng và dẫn đến thành l khoan bị s p lở. Việc ứng dụng công nghệ khoan cọc nhồi full casing có trang bị hệ thống chuyển đổi adapter (công nghệ khoan với chống ống đồng thời) để khoan qua các tầng đất bở rời, mềm yếu có thể phòng ngừa các s cố phức nêu trên ( ng Trung Th c, 2018) Ph ơng pháp kho n cọc nhồi full c sing đảm bảo hiệu quả thi công l khoan cọc nhồi qua những địa tầng phức tạp mà ph ơng pháp kho n cọc nhồi truyền thống rất nhiều kh khăn, kh đảm bảo yêu cầu kỹ thu t, kinh tế và bảo vệ môi tr ờng. Ph ơng pháp kho n cọc nhồi full c sing đã đ ợc ứng dụng rộng rãi ở Trung Quốc, Hàn Quốc, Nh t Bản, (Hồ Quốc Hoa, 2011; Nguyễn Viết Trung, 2003)... Th c tế cho thấy, việc ứng dụng công nghệ khoan cọc nhồi full c sing để thi công trong điều kiện địa tầng phức tạp đã đạt đ ợc những hiệu quả khả quan về kinh tế, kỹ thu t và môi tr ờng nh : Tiến độ thi công nhanh, thành l khoan không bị s p lở, không mất giảm thời gian cứu chữa s cố, không mất thời gian chuẩn bị dung dịch do không sử dụng dung dịch kho n… Công nghệ khoan cọc nhồi full casing th ờng đ ợc th c hiện bằng máy khoan dạng cột buồm có trang bị hệ thống chuyển đổi adapter kết nối giữ đầu máy với ống chống để truyền chuyển động quay cho ống chống (casing) một cách dễ dàng (W.F.Van Impe, P.O.Van Impe, 2008; ng Trung Th c, 2018), cùng với bộ đầu qu y d ng kh nén và kho n đ p thủy l c DTH (Drilling through hydraulic hammer). M c d ph ơng pháp kho n cọc nhồi full casing có nhiều u điểm hơn so với ph ơng pháp khoan cọc nhồi truyền thống; nh ng ở Việt Nam vẫn ch đ ợc áp dụng rộng rãi. Nguyên nhân chủ yếu do các chuyên gia, các nhà quản lý ch nắm vững đ ợc đ c điểm công nghệ của ph ơng pháp kho n cọc nhồi full c sing để mạnh dạn đầu t thiết bị và th y đổi công nghệ.
. 201 Trong phạm vi bài báo, nhóm tác giả trình bày kết quả nghiên cứu, ph n t ch đánh giá công nghệ khoan cọc nhồi full casing bằng máy khoan dạng cột buồm có trang bị hệ thống chuyển đổi adapter và khả năng ứng dụng ở Việt Nam. 2 C ng nghệ khoan ọ nhồi fu asing ó trang ị hệ thống huyển đổi a apter 2.1. Ƣu và nhƣ điểm của công nghệ khoan cọc nhồi full casing Ph ơng pháp kho n cọc nhồi full c sing là ph ơng pháp mới, n đ ợc ứng dụng phổ biến và rộng rãi trên thế giới. So với ph ơng pháp kho n cọc nhồi truyền thống, ph ơng pháp kho n cọc nhồi full casing có những u, kh ợc điểm sau: 2.1.1. Ưu iểm Ph ơng pháp kho n cọc nhồi full casing có những u điểm ch nh nh s u: - Không cần sử dụng dung dịch khoan, do đ không cần dây chuyền thiết bị điều chế và xử lý dung dịch khoan. Nhờ đ , hệ thống thiết bị tại kho n tr ờng trở nên tinh giản hơn; loại bỏ những tác động xấu đến môi tr ờng xung quanh do dung dịch khoan gây ra; không cần chi phí v t liệu và thời gi n để điều chế dung dịch. Th c tế cho thấy, khi khoan các l khoan cọc nhồi full c sing đ ờng kính D800 tại nhà máy thép Hò Phát đã tiết kiệm đ ợc 15% giá thành trên một mét khoan. Giá thành 1 mét khoan cọc nhồi khi khoan bằng ph ơng pháp truyền thống là 849 3 8 đồng/m; c ng trong điều kiện địa tầng nh v y, khi ứng dụng ph ơng pháp kho n cọc nhồi full casing, giá thành 1 mét khoan là 7 75 đồng/m. - Thành l khoan ổn định, không bị s p lở, dễ dàng khoan qua những địa tầng mềm yếu, bở rời và phức tạp mà ph ơng pháp kho n cọc nhồi truyền thống không thể khoan qua ho c sẽ g p rất nhiều kh khăn trong quá tr nh kho n - Ống chống sau khi rút lên khỏi l khoan, có thể tái sử dụng; 2.1.2. Nhược iểm Bên cạnh những u điểm kể tr n, ph ơng pháp kho n cọc nhồi full c sing c ng tồn tại một số nh ợc điểm sau: - Chi ph đầu t n đầu lớn; chủ yếu là thiết bị khoan. - Do cấu tạo đầu quay của từng loại máy khoan khác nhau nên việc gia công chế tạo hệ thống chuyển đổi adapter phù hợp với từng loại đầu quay và từng loại ống chống g p nhiều khó khăn và phức tạp. - òi hỏi thiết bị khoan có công suất lớn để thi công các l khoan cọc nhồi s u, đ ờng kính lớn. 2.2. Thiết bị và dụng cụ khoan cọc nhồi full casing 2.2.1. Thiết bị khoan cọc nhồi ful casing Thiết bị khoan cọc nhồi full casing là các loại máy khoan dạng cột buồm có công suất lớn nh các loại máy kho n: BAUER, LIEBHERR, SOILMEC, SANY, CASAG,… (D n A Brow, ) Máy kho n d ng để khoan cọc nhồi full casing cần đ ợc trang bị hệ thống d pter để truyền mô men quay từ đầu quay xuống cột ống chống ( ng Trung Th c, 2018). Máy khoan cọc nhồi dạng cột buồm và hệ thống adapter lắp đ t vào đầu quay xem Hình 1. ể đáp ứng các yêu cầu kỹ thu t - công nghệ khoan cọc nhồi full casing cần trang bị kèm theo máy khoan các thiết bị sau: - Máy cẩu là các loại có tải trọng lớn nh loại cẩu LS 38, CX9 , CCH65 , LS 8,…
202 a) Máy khoan dạng cột buồm b) Hệ thống adapter ược lắp vào u quay Hình 1. Máy khoan dạng cột buồm có trang b hệ thống adapter. - Búa rung dùng cho quá trình rút ống chống s u khi đã hoàn thành đổ bê tông; - Ống chống cần sử dụng loại ống tiêu chuẩn có chiều dài, chiều dày theo nhà sản xuất; Ngoài những thiết bị cơ bản n u tr n, để ứng dụng công nghệ khoan cọc nhồi full casing c ng cần các thiết bị khác t ơng t các thiết bị dùng trong khoan cọc nhồi truyền thống nh máy xúc, máy uốn sắt, máy cắt sắt, máy hàn, hệ thống điện, v.v… 2.2.2. Ống chống Căn cứ vào đ ờng kính l kho n để l a chọn đ ờng kính ống chống ối với cọc khoan nhồi c đ ờng k nh D = 8 mm, th đ ờng kính trong của ống chống là Di = 76 mm và đ ờng kính ngoài là Do = 840 mm. Hình 2. Cấu tạo và hình ảnh ống chống (casing) 2 lớp.
. 203 Trong khoan cọc nhồi full c sing th ờng dùng loại ống chống dài 3,0 m, 2,0 m và 1,0 m đ ợc nối với nhau bằng bu lông (hình 2). ế ống chống đ ợc nối với bộ mở rộng thành (casing shoe) có trang bị các răng hợp kim cứng để doa rộng thành l khoan trong quá trình ống chống dịch chuyển xuống d ới đáy l khoan. 2.2.3. Búa rung Búa rung là bộ ph n quan trọng của công nghệ khoan cọc nhồi full c sing Căn cứ vào đ c tính kỹ thu t của ống chống nh đ ờng kính, trọng l ợng và chiều dài cột ống chống để l a chọn loại búa rung có công suất 90 kW, 60 kW; T y theo đ c tính kỹ thu t của cột ống chống mà sử dụng búa rung có công suất phù hợp. B rung đ ợc gia công chế tạo s o cho đầu búa có thể ngàm vào c sing, s u đ ắt ch t bằng ulông để có thể rút casing lên mà không xảy ra s cố. 2.3. Công nghệ khoan cọc nhồi full casing Bản chất của công nghệ khoan cọc nhồi full casing là vừ kho n đồng thời vừa chống ống. Ống chống đ ợc nối với đầu quay của máy khoan qua hệ thống d pter (h nh 3) ể ống chống đ ợc nối với bộ mở rộng thành có gắn răng hạt kim cứng để doa mở rộng thành l khoan trong quá trình ống chống đi xuống. Trong quá trình khoan, cột ống chống quay, doa mở rộng thành và c ng m i kho n tiến sâu vào l khoan; do v y đã ngăn ngừa s s p lở thành l kho n y là đ c điểm khác công nghệ khoan cọc nhồi truyền thống. (Nguyễn Viết Trung, Lê Thanh Liêm, 2003; Hồ Quốc Hoa, 2011; ng Trung Th c, 2018). Hình 3. Hình ảnh khoan full casing với hệ thống adapter. Trong quá tr nh kho n, khi đầu trên của ống chống cách m t đất khoảng 50 cm thì dừng lại tiến hành lắp đoạn ống chống tiếp theo; quá trình này gọi là “tiếp ống chống” S u khi tiếp ống chống xong, tiếp tục tiến hành kho n nh th ờng Quá tr nh này đ ợc l p đi l p lại đến khi l kho n đạt chiều sâu thiết kế ất đá phá hủy ở đáy l kho n đ ợc v n chuyển lên bề m t bằng gầu kho n Khi thi công qu địa tầng chứ đất đá ở rời, kém ổn định, để đảm bảo chất l ợng l kho n c ng nh tránh h o hụt bê tông sau này thì chiều dài của ống chống luôn phải lớn hơn chiều s u đ ng kho n Khi quá trình khoan kết thúc, mùn khoan lắng đọng ở đáy l khoan sẽ đ ợc vét sạch bằng gầu vét. Khi l kho n đã sạch, mời các bên tham gia nghiệm thu chiều sâu hố khoan và lồng thép. S u đ tiến hành công tác hạ lồng thép, đ ống đổ bê tông vào l kho n và đổ bê tông.
204 Nói chung, trình t các ớc thi công l khoan cọc nhồi bằng ph ơng pháp full c sing c ng t ơng t nh tr nh t thi công l khoan cọc nhồi bằng ph ơng pháp truyền thống. 24 ổ bê tông, rút ống chống Sau khi hạ lồng thép và ống đổ tông đạt yêu cầu, sẽ tiến hành đổ bê tông. Trong quá trình đổ tông luôn luôn để ống đổ ng p trong bê tông tối thiểu là 5 m T y vào c o độ dừng đổ bê tông theo thiết kế, đ ờng kính casing, chiều dày c sing để tính toán dừng đổ bê tông sao cho hợp lý. Sau khi rút ống lên chiều cao cột bê tông sẽ bị tụt, do đ cần tiến hành l ợng bê tông cần thiết. Rút ống chống lên từ l kho n s u khi đã đổ bê tông, có thể dùng búa rung lắp vào đầu máy kho n và đầu casing; vừa rung vừa rút ho c d ng đầu máy khoan kết hợp với hệ thống adapter để rút ống chống (Qui trình rút ống chống đ ợc tiến hành ng ợc lại với qui trình tiếp ống trong quá tr nh kho n) ể th c hiện rút ống chống bằng hệ thống adapter, máy khoan phải có công suất lớn có thể quay cột ống chống trong quá trình rút lên. Ống chống đ ợc r t đến đ u th d ng cẩu tháo hạ đến đ Ngoài r , nếu máy cẩu có thể t rút ống chống l n đ ợc thì không cần dùng rung để thao tác cho nhanh. Hình ảnh rút ống chống (casing) bằng rung s u khi đã hoàn thiện đổ bê tông l kho n đ ợc mô tả ở hình 4. Hình 4. Rút casing bằn búa run sau k đã oàn t ện đổ bê tông lỗ khoan. Trong quá tr nh thi công th ờng sử dụng cả h i ph ơng án r t ống chống với mục đ ch một ph ơng án d phòng; thay thế cho ph ơng pháp đ ng sử dụng bị h hỏng. ể phòng ngừa ống chống bị tụt rơi vào l khoan, trong quá trình tiếp ống c ng nh quá trình rút và tháo ống chống cần sử dụng giá đỡ ho c dùng cáp cuốn vòng quanh ống chống để siết ch t và giữ cột ống chống. 3. Thảo luận và kết luận Kết quả nghiên cứu công nghệ khoan cọc nhồi full casing cho thấy ph ơng pháp này c nhiều u điểm hơn so với ph ơng pháp kho n cọc nhồi truyền thống và hoàn toàn có khả năng áp dụng ở Việt N m để thi công các l khoan cọc nhồi trong điều kiện địa tầng phức tạp. Ph ơng pháp kho n cọc nhồi full casing có thể mang lại những lợi ích lớn về kinh tế, kỹ thu t và bảo vệ môi tr ờng sinh thái c biệt đối với những khu v c c đ c điểm địa chất, địa tầng phức tạp, nơi mà ph ơng pháp kho n cọc nhồi truyền thống không thể đáp ứng đ ợc. ối với hệ thống adapter cần nghiên cứu, thiết kế chi tiết, gia công chế tạo cho phù hợp với từng loại máy kho n và đ ờng kính ống chống dùng trong quá trình khoan.
. 205 Tài iệu tha khảo ng Trung Th c, Phạm Thanh Tùng, 2018. Template full casing, The 3nd FECON Construction Technology Summit, Hanoi. Dan A. Brown, John P. Turner and Raymond J. Castelli, 2010. Drilled shafts: Contrucsion procedures and Design Methods, National Highway Institute. W.F.Van Impe, P.O.Van Impe, 2008. Deep Foundations on Bored and Auger Piles, CRC Press, Taylor and Francis Group. Hồ Quốc Hoa, Phạm Quang Hiệu, Nguyễn Duy Tuấn, 2011. Công nghệ Khoan khảo sát địa chất công trình và Giếng kỹ thu t, Tr ờng ại học Mỏ - ịa chất. Nguyễn Viết Trung, Lê Thanh Liêm, 2003. Cọc khoan nhồi trong công trình giao thông, NXB Xây d ng, Hà Nội. Research on the application of fully cased drilling With an adapter Truong Van Tu1,*, Le Van Nam1, Dang Trung Thuc 2 1 Hanoi University of Mining and Geoolgy; 2Fecon Corporation company *Corresponding author: truongvantuktd50@gmail.com Abstract The full casing bored pile technology has been applied worldwide widely. However, this technology is only being adopted by a few companies in Vietnam, and it is still relatively new. The research team has collected information, studied, analyzed the advantages and disadvantages of the full casing bored pile methodology, and its applicability in Vietnam. The results of research show that the full casing bored pile technology is suitable for weak formation areas where possible to collapse during drilling cause of various factors and the drilling fluid factor is one of them. In these formations, traditional bored pile technology could not meet the requirements of technical, economic, and environmental protection aspects. It is easy recognized that, the full casing bored pile technology can be widely applied in Vietnam due to the advantages it can bring. However, in order to avoid difficulties in the technology transfer process, it is necessary to study the characteristics of the full casing bored pile technology and develop the construction process for bored piles using this methodology Keywords: bored pile equipment, full casing, weak formations, collapse, full casing bored pile technology.