Spirally Welded Pipe Piles (Tubular piles)

Spirally welded pipe piles have a wide range of benefits, including:

Wide range of diameter and wall thickness - The steel pipes are manufactured in accordance with ASTM A 252, JIA 5525 and BS3601 or other specifications, with a wide choice of dimensions.
Ease of splicing - Consistent circularity and tight diameter tolerance produce significant advantages when joining in the field. Piles can be easily spliced on site to extend pile lengths as required for deep driving.
Long lengths - Availability of long length piles reduces cost of handling and joining at site.
Ease of transportation and handling - As steel pipe piles are light weight and less susceptible to damage, their transportation and handling are made easy.
Fast supply of uniform quality material in large quantity.
Large load-bearing capacity - Piles can be driven deeply into hard bearing stratum resulting in achieving a larger bearing capacity.
Smaller net section area - Piles can be spaced closely, owing to lesser soil displacement during piling and adverse effects on neighboring structures will be minimised.
High column buckling and bending capabilities - Steel pipe piles are commonly used in marine structures due to their versatility.

Công nghệ cọc ván thép (theo trường phái coi Nhật là cha:-))

(Chưa biết độ chính xác thế nào?? mong độc giả tự so sánh tham khảo)
1. Lời mở đầu

Công nghệ cọc ván thép là công nghệ mang tính truyền thống được áp dụng rộng rãi trên 100năm trong các công trình cảng, công trình sông, công trình tường chắn đất và các công trình nền móng.

Từ năm 1940 đến những năm 50, ở nước ngoài, thành quả nghiên cứu thực tế và lý thuyết của Terzaghi hay Rowe về cơ bản đã được xác lập trong thời kỳ này về lý thuyết. Ở Nhật Bản cũng vậy, trải qua một thời gian dài trưởng thành từ năm 1950 đến những năm 70, công nghệ cọc ván thép đã phát triển vượt bậc cả về chất lượng và số lượng. Gần đây nó cũng được áp dụng trong việc giảm tiếng ồn, giảm rung lắc và cũng được áp dụng trong các công trình ở các thành phố. Cọc ván thép ở Nhật Bản, trải qua hơn 70 năm, đến nay Nhật Bản trở thành nước có sản lượng cọc ván thép rất lớn trên thế giới, nó được xuất khẩu sang các nước khác nhiều hơn là ở Nhật Bản. Trong bài này tác giả sẽ trình bày về sự biến đổi về mặt vật liệu và thi công cuả công nghệ ván cọc thép ở Nhật Bản cũng như các công nghệ sử dụng cọc ván thép.

2. Sự biến đổi vật liệu cọc ván thép.

2.1. Lịch sử của việc sản xuất cọc ván thép.

Công nghệ cọc ván thép ở Nhật Bản được bắt đầu từ việc sử dụng cọc ván thép trong các công trình tường chắn đất của toà nhà Misui năm 1930. Sau đó để khôi phục sau hoả hoạn trong trận động đất Kanto năm 1923, một số lượng lớn cọc ván thép từ các nước trên thế giới đã được nhập vào để khôi phục các công trình cảng, sông một cách nhanh chóng, mở ra một thời kỳ mới của công nghệ cọc ván thép. Nhân dịp này từ sau năm 1925, hàng năm có từ 3 đến 4 vạn tấn cọc ván thép được nhập vào. Khối lượng cọc ván thép nhập vào tiếp tục tăng nhanh đến năm thứ 5 năm SHOWA nhưng đến năm 1931 do ảnh hưởng của tình trạng suy thoái kinh tế lớn mà khối lượng cọc ván thép nhập vào giảm đi mạnh mẽ.

Mặt khác với sự hỗ trợ của chính sách ngăn chặn việc nhập khẩu do sự suy thoái của nền kinh tế và việc cải thiện trao đổi thu chi, từ năm 1929 công ty thép Yahata của Chính phủ đã thành công trong việc quốc sản hoá cọc ván thép và năm 1931 lần đầu tiên cán và bán ra được 2500tấn cọc ván thép hệ Lakawana, từ đó trở đi việc nhập khẩu cọc ván thép gần như là không có.

Hiện nay, hình dạng cọc ván thép được sản xuất ra là hình chữ U hay hình đường thẳng, ngoài ra nó còn có dạng hình chữ H.

Lịch sử của cọc ván thép ở Nhật Bản:

1931: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép hình chữ U (dạng Lakawana)”Kiểu SPII”

1955: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép hình đường thẳng “SP-F”

1959: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép hình chữ z “Z-45”

1960: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép hình chữ U (dạng Laruzen) “SP…”

1967: Thành lập Tiêu chuẩn JIS: JIS A5528: 1967

1987: Ngừng sản xuất cọc ván hình chữ U dạng Lakawana

1997: Ngừng sản xuất cọc ván thép hình chữ Z.

1997: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép cỡ lớn hình chữ U với chiều rộng có hiệu là 600mm

2000: Sửa đổi lại Tiêu chuẩn JIS thành tiêu chuẩn “JIS A5523:2000. Cọc ván thép cán nóng dùng cho hàn”

2.2. Vật liệu cọc ván thép gần đây:


(1)Cọc ván thép hình chữ H

Cọc ván thép hình chữ H là dạng tường có độ cứng cao hình chữ H được tổ hợp hàn từ cọc ván thép hình đường thẳng và bản thép hay thép hình CT và thép.Dạng kết cấu không phải là dạng cán nguyên hình như thép hình chữ H mà là dạng tổ hợp hàn. Nhờ có đặc tính hình dạng mặt cắt, cọc ván thép hình chữ H có ưu điểm lớn là phát huy được hiệu quả độ cứng chống uốn cao với yếu tố quan trọng của dạng tường.

Quan hệ giữa chiều dày tường của cọc ván thép hình chữ H và mô men quán tính thứ cấp của mặt cắt. So với dạng tường hàng cột đất, nó có khả năng đảm bảo tính năng mặt cắt đồng đều với chiều dày tường mỏng.

(2) Tiêu chuẩn của cọc ván thép

Đối với cọc ván thép, đến năm 1967 mới thành lập Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản JIS A5528, quy định thành phần hoá học, tính chất cơ lý, kích thước. Khi đó trong Tiêu chuẩn cũng bao gồm cả cọc ván thép. Sau đó năm 1963, Tiêu chuẩn của cọc ống thép được tách ra thành Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản JIS A5528.

Năm 1993 với trận động đất pử Kushiro, do sự phá hoại mặt cắt ở phần mối hàn của cọc ván thép, qua sự hợp tác của Chính phủ, các nhà sản xuất và các trường đại học, việc điều tra, nghiên cứu, phát triển cọc ván thép có mối hàn đã được thực hiện. Kết quả là năm 2000 Tiêu chuẩn cọc ván thép có tính hàng cao đã được quy định trong Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản “JIS A5528 Cọc ván thép cán nóng cho mối hàn”.

Do đó cùng với việc cải tiến hành dạng, sự tăng cao về chất lượng mà vật liệu cọc ván thép từng bước được nâng cao.

3. Sự biến đổi của công nghệ cọc ván thép.

3.1. Công nghệ đóng rung bằng búa rung.

(1) Khái quát và những cải tiến của búa rung.

Năm 1960, búa rung đã được nhập vào từ Liên Xô cũ, năm 1965 sau khi quốc sản hoá, búa rung của Nhật Bản đã đáp ứng được với nhu cầu của thời đại nhờ tính tiện lợi có thể kiêm đóng xuống và nhổ lên,vừa được phổ cập nhanh chóng vừa được sử dụng mang tính đa năng. Búa rung vừa giảm tiếng ồn vừa sử dụng mô tơ điện. Gần đây nhờ có “giảm biên độ dao động xuất hiện do sử dụng mô tơ đầu“ hay “có bộ điều khiển khi dừng lại và khởi động không mômen”, do loại bỏ được tiếng ồn và dao động đột xuất do cộng hưởng của cần cầu và nền đất xuất hiện khi khởi động và dừng lại, công tác thi công giảm độ rung và tiếng ồn đã được thực hiện.

(2) Cấu tạo của búa rung và nguyên lý đóng cọc.

Búa rung được cấu tạo tìư các bộ phận:

Thiết bị giảm chấn;

Máy tạo xung (thiết bị làm xuất hiện dao động)

Máy kẹp cọc (thiết bị liên kết cứng giữa cọc và máy tạo xung, truyền lực dao động vào cọc);

Thiết bị điều khiển (thiết bị điều khiển điện hay dầu).

Khi tác dụng lực dao động vào nền đất xung quanh cọc ván thép bằng búa rung, sự kết hợp giưũa các hạt đất cấu tạo nên đất nhất thời giảm xuống rõ rệt. Đối với đất cát, do hiện tượng lưu động mà sức kháng của đất mất đi hẳn, đối với đất sét (đất dính hay đất sét), bằng lực dao động kết cấu khung của đất nên cọc thép có khả năng đóng xuống nhờ lực cắt. Đất khi tác dụng lực dao động bằng tốc độ nào đó, liên kết giữa các hạt đất yếu đi, sức kháng của đất nhất thời giảm đi rõ rệt. Đối với đất cát, do hiện tượng lưu động mà sức kháng của đất mất đi hẳn, đối với đất sét (đất dính hay đất sét), bằng lực dao động kết cấu khung của đất nên cọc ván thép có khả năng đóng xuống nhờ lực cắt. Đất khi tác dụng lực dao động bằng tốc độ nào đó, liên kết giữa các hạt đất yếu đi, sức kháng của đất nhất thời nhở đi. Độ lớn này có được hiệu quả khi tần số dao động >50Hz đối với đất cát, >50Hz đối với đất sét. Nguyên lý đóng cọc ván thép bằng búa rung là cho lực dao động cưỡng bức có được nhờ máy tạo xung tác dụng vào cọc ván thép bằng búa rung là cho lực dao động cưỡng bức có được nhờ máy tạo xung tác dụng vào cọc, bằng việc lợi dụng hiện tượng nói trên, tuỳ thuộc vào loại đất mà làm giảm lực ma sát xung quanh cọc ván thép và lực kháng đầu cọc xuống từ tĩnh sang động. Để cọc ván thép được xuống, các điều kiện sau cần phải được thoả mãn:



P0 > Tv

( W+Wp) >Rv



(3) Phân loại các phương pháp.

Phương pháp đóng cọc sử dụng búa rung được chia làm 2 loại: Phương pháp búa rung không sử dụng công nghệ hỗ trợ và phương pháp búa rung sử dụng cắt bằng tia nước phun cao áp.

Phương pháp sử dụng phun có thể đápứng cho tất cả các nền đất không liên quan đến sự khoẻ yếu của nền đất thi công, so với các phương pháp khác nó còn có đặc tính thi công nhanh chóng.

Đặc biệt nó có khả năng thi công nổi trội là đóng đến nền đá có giá trị tính đổi: N=200-500 hay nền cứng như có trộn lẫn đá đường kính 200mm.

Ngoài ra khi đóng cọc ván thép, khi đối tượng bị ảnh hưởng bởi độ rung và tiếng ồn cần có biện pháp đối phó, sử dụng phương pháp này nhờ nước phun vào sẽ có hiệu quả giảm độ rung và tiếng ồn là đáng kể.

Phương pháp búa rung được áp dụng cho nền đất có giá trị N nhỏ hơn 50. Người ta sử dụng loại máy búa rung áp lực dầu với máy móc cần thiết là cần cẩu và búa rung (nhóm thiết bị tiêu chuẩn của búa rung), do đó đây là phương pháp sử dụng đa năng với máy móc sẵn có.

3.2. Phương pháp xuyên nén bằng máy nén.

Ở Nhật Bản hầu hết máy móc xây dựng đều được chế tạo dựa vào công nghệ của nước ngoài. Trong lĩnh vực máy đóng cọc cũng vậy trải qua việc nhập khẩu rồi theo con đường quốc sản hoá và tính năng hoá những nguyên lý hoạt động cho dao động hay đập không thay đổi, từ những năm 1960. ô nhiễm xây dựng đã biến thành vấn đề nghiêm trọng của xã hội.

Năm 1975, ưu tiên xử lý ô nhiễm được cho là yêu cầu của xã hội, bằng nguyên lý hoạt động độc lập không gây ô nhiễm (nguyên lý nén ép), máy nén kéo nhổ cọc kiểu áp lực dầu đã được ra đời. Từ khi phát minh ra nguyên lý cơ bản đến khi chế tạo nên sản phẩm, tất cả đều được thực hiện ở Nhật Bản và là máy xây dựng quốc sản đơn giản đã được sử dụng.

(1)Nguyên lý nén ép.

Đối với việc đưa cọc ván thép xuống lóng đất mà không gây rung động hay tiếng ồn, cần phải có cơ cấu kháng lại tải trọng tĩnh lớn do sức kháng xuyên và phản lực tác dụng của nó. Do đó máy nén ép có nguyên lý cơ bản là kẹp lấy một số cọc ván thép đã được đóng vào trong lòng đất làm phản lực, xuyên cọc ván thép tiếp theo vào trong lòng đất bằng tải trọng tĩnh nhờ áp lực dầu.

(2) Các phương pháp nén ép.

Máy nén ép yêu cầu phản lực lên cọc ván thép đã được thi công trước, có khả năng kẹp lấy cọc ván thép trong khi thi công, vừa tự chạy vừa tiến hành công tác liên tục. Phát triển nguyên lý này, phương pháp hệ thống GPR có thể hoàn thành toàn bộ quá trình cần thiết trên cọc đã thi công ở kết cấu tường liên tục (từ năm 1982). Nhờ có việc tiến hành vận chuyển, treo và ép cọc ván thép bằng toàn bộ đầu cọc nên có thể cực tiểu hoá phạm vi ảnh hưởng của công trình chỉ trong chiều rộng máy thi công trên cọc ván thép. Do đó, tại các khu vực đất xung quanh là nước, đất nghiêng, đất không bằng phẳng hay đất bị hạn chế, không cần cầu tạm hay đường công vụ, không gây ảnh hưởng tới môi trường xung quanh hay trầm tích sông, có thể chỉ tiếnhành thi công kết cấu thể tường với mục đích ban đầu một cách hợp lý.

Đối với việc xây dựng cầu dầm hay tăng cường chống động đất trụ cầu có phần dưới bị hạn chế không gian mạnh, máy rung tịnh không chuyên dụng chiếm không gian cực thấp (từ năm 1085) có khả năng thi công không cản trở giao thông. Từ quan điểm lưu thông và chống hoả hoạn trở thành công nghệ thi công mang tính thời kỳ không thể thiếu được đối với việc tái sinh thành phố.

(3) Thi công trên nền đá cứng

Đối với nền có giá trị N lớn nhất từ 25-50, đặc biệt là nền đất cát hay thi công cọc dài, người ta sử dụng phương pháp phun nước. Hệ thống phun eco máy nén ép chuyên dụng nối liên tục ở động tác ép nén điều tiết tự động lượng phun ra, do đó có thể hạn chế tối thiểu được ảnh hưởng của nền đất đồng thời hạn chế tối thiểu tài nguyên.

Đối với nền đất cứng có giá trị N vượt quá 50 như đá dăm, đá cuội hay đá tảng dựa vào máy rung phá sử dụng lý thuyết không có lõi (từ năm 1997) phương pháp dọn sạch nền đất cứng có thể thích hợp. Bằng máy nén ép và thiết bị điều khiển nhất thể, đào nền thẳng xuống dưới mũi cọc, điều khiển sự xuất hiện bầu áp lực nén và kéo nhổ mũi khoan ngay tức thời, đồng thời xuyên cọc vào trong lòng đât sao cho lấp đầy lỗ đó. Đường kính đào hạn chế nhỏ nên lượng đất thải ra ít vừa giảm thiểu được ảnh hưởng tới môi trường vừa giảm được ảnh hưởng sức kháng xuyên. Tuỳ thuộc vào phương pháp dọn sạch nền đất cứng mà áp lực nén cọc ván thép lên nền đá được phân loại cho đá cứng loại I, loại II, loại trung như đá dăm, đá cuội hay đá tảng.

(4) Phương pháp quản lý thi công.

Bằng nguyên lý nén, nhờ có sự tác dụng tải trọng tĩnh lên đầu cọc ứng lực kháng xuyên nên từng cọc trở thành cọc thí nghiệm chất tải. Do đó máy nén ép phân tích các loại số liệu đo được tự động bằng chương trình chuyên dụng (hệ thống quản lý nén ép, từ năm 2002), nhờ việc nắm được tình trạng xuyên trong lòng đất hay sức chịu tải của từng cọc ván thép tại thời gian thực hiện nên có thể tiến hành quản lý chất lượng sản phẩm một cách chính thức.

3.3 Phương pháp nén ép sử dụng mũi khoan

Phương pháp nén ép sử dụng mũi khoan đất là phương pháp không cần máy chuyên dụng, nói chung được cấu thành từ máy đóng cọc kiểu 3 điểm, mũi khoan đất và dễ dàng tháo lắp, nó có các đặc điểm sau:

Có thể thi công giảm độ rung và tiếng ồn

Phạm vi áp dụng rộng rãi cho mọi loại đất.

Tiến hành công tác thi công nén ép không sử dụng khoan tuỳ từng trường hợp ứng với điều kiện địa chất và điều kiện thi công.

Có thể tiêm vữa từ mũi xoắn hoá cứng nền đất.

4. Giới thiệu các loại công nghệ sử dụng cọc ván thép.

4.1. Cảng, sông

Phương pháp tường chắn cọc ván thép kiểu tự đứng.

Tường chắn cọc ván thép kiểu tự đứng là kết cấu chống đỡ các tải trọng như áp lực đất và áp lực nước. So với tường chắn cọc ván thép kiểu dây neo thì thi công đơn giản hơn, thời gian thi công ngắn hơn và do có khả năng thi công ở những nơi có đất đắp phía sau hẹp nên được sử dụng rộng rãi ở những tường kè đường có nước nông nghiệp hay tường kè sông.

Phương pháp tường chắn cọc ván thép kiểu dây neo:

Tường chắn cọc ván thép kiểu dây neo là kết cấu chống đỡ tải trọng của áp lực đất và áp lực nước tuỳ theo sức kháng ngang của phần xiên vào và sức kháng ngang của cọc neo phía sau được liên kết vào bằng dây neo. Do đó thường được lựa chọn cho các tường kè lớn hay các kè bảo vệ nền đất tương đối yếu.

Phương pháp tường chắn cọc ván thép kiểu tổ ong:

Đóng các cọc ván thép hình đường thẳng theo hình tròn, nhồi đá dăm hay cát vào trong lòng tạo thành một hình tổ ong cọc ván thép hình thẳng đứng thành một thể liên tục, vỏ thép mỏng và chất nhồi bên trong tạo thành một thể thống nhất, là kết cấu kháng lại ngoại lực. Sử dụng cọc ván thép hình đường thẳng có trọng lượng riêng ở vỏ thép nhẹ hơn so với cọc ván thép hình chữ U, tác dụng cường độ kéo của nó lớn nhất nên là kết cấu cần ít thép, mang tính kinh tế.

Tường cách nước thẳng đứng dành cho những nơi xử lý chất thải ở mặt biển:

Đối với những trường hợp sử dụng cọc ván thép ở tường cách nước thẳng đứng ở những nơi xử lý chất thải, nói chung thường dùng phương pháp xử lý cách nước bôi chất ngăn nước có tính trương nở vào tai nối của cọc ván thép. Để đảm bảo tính cách nước của kết cấu vĩnh cửu, chất ngăn nước có tính vĩnh cửu sử dụng nhựa polyurethan có tính trương nở. Nhựa polyurethan của chất trương nở khi hấp thụ nước sẽ trương nở từ 5 đến 10 lần, hình thành chất nhựa hoá cứng có tính trương nở và ngăn nước cho khe hở của tai nối nhờ áp lực nhựa.

Biện pháp đối với rò rỉ nước nền của đê sông:

Do mực nước ở sông dâng cao hơn khi có mưa lớn, nước nền rò rỉ xuất hiện trong đê, chân đê

bị sụp lở dẫn đến bị phá hoại. Biện pháp đối phó với việc rò rỉ nước nền của đê sông như thế này là phương pháp đóng cọc ván thép sử dụng ngăn nước cho chân đê phía trong. Sự xác nhận hiệu quả sau khi phân tích dòng thẩm thấu.

Biện pháp đối với hoá lỏng

(1)Biện pháp đối với hoá lỏng của kết cấu đắp đất.

Đối với kết cấu đắp đất của đê điều trên sông, trường hợp nền đất bị hoá lỏng khi có động đất, sức chịu tải giảm đ làm cho sự chống đỡ tải trọng đất đắp bị mất đi, xuất hiện các hiện tượng biến đổi như “trượt”, “sụt”, “lở”. Do đó nhờ có việc đóng cọc ván thép trong nền đất cơ bản mà ngăn ngừa được sự biến dạng của đất đắp nhờ độ cứng chống uốn của cọc ván thép, có thể giảm được hư hỏng nền đắp.

(2). Biện pháp đối với hoá lỏng của kết cấu trong lòng đất.

Đối với kết cấu trong lòng đất như rãnh đôi khi có động đất nền đất xung qanh bị hoá lỏng, do nước bùn hoá lỏng nên có lực đẩy nổi tác dụng vào kết cấu, đồng thời lực kháng bị giảm xuống, lực đẩy tăng lên, xuất hiện hiện tượng biến dạng. Do đó nhờ có việc bố trí các cọc ván thép xung quanh kết cấu trong lòng đất mà phòng chống được tấn công của đất cát đã bị hoá lỏng xung quanh kết cấu, có thể ngăn ngùa được sự phá hoại do đẩy nổi.

4.3 Các áp dụng mới.

(1) Tường chắn cho đường

Tường chắn cọc ván thép kiểu tự đứng là tường chắn kiểu chống áp lực đất bên hông chỉ nhờ sức kháng ngang của đất phần cọc xiên vào và độ cứng chống uốn của tường. Đặc điểm của phương pháp này là:

1. Chiều dày tường mỏng, diện tích chiếm dụng hẹp nên có thể tiết kiệm được đất chiếm dụng.

2. Không cần có đất đắp tạm thời và có thể xây dựng tường kiêm luôn là kết cấu ngăn đất tạm cho thi công;

3. Không cần phải cải tạo nền đất khi là đất yếu;

4. Có khả năng tạo cảnh quan điều hoà cho môi trường xung quanh nhờ có sơn phủ và các tấm panel trang trí.

(2)Biện pháp chống lún đất đắp

Khi tiến hành đắp đất đường bộ trên nền đất yếu, hiện tượng lún nén bằng trọng lượng đất đắp xuất hiện kéo theo nền đất xung quanh cũng lún theo.

Nhờ có việc bố trí tường cọc ván thép giữa phần đất đắp và kết cấu liền kề mà có thể ngăn được ảnh hưởng của hiện tượng lún kéo theo. Đặc điểm của phương pháp này là:

1. Có thể tăng nhanh tốc độ thi công nên có thể rút ngắn thời hạn thi công;

2. Có khả năng thi công giảm độ rung và tiếng ồn ở nơi chật hẹp gần kề với kết cấu đã thi công rồi;

3. Không sợ ô nhiễm nước ngầm đối với biện pháp cải tạo nền đất bằng xi măng.

Một ví dụ về quan trắc lượng lún của nền đất sau khi đóng cọc ván thép giảm lún. Lượng lún của lớp dưới phía trong lề trải qua 7 năm đóng cọc ván thép chỉ lún 2cm, nó đã phát huy được hiệu quả mong muốn khá tốt.

5. Kết luận:

Trên đây là một số giải pháp mới nhất và những thay đổi về vật liệu, thi công, kỹ thuật sử dụng ở Nhật Bản đối với công nghệ cọc ván thép. Đối với nhu cầu xã hội gần đây như” giảm thiểu giá thành”, “môi trường”, công nghệ cọc ván thép đã từng bước năng cao, so với giai đoạn cán cọc ván thép trước những năm 1970 thì có thể nói rằng nó được phát triển vượt bậc. Trong tương lai với nhu cầu mang tính xã hội và sử dụng mới, những phát minh về kỹ thuật vật liệu, thi công và sử dụng sẽ còn phát triển hơn nữa.


Nguồn: Tài liệu Hội thảo KH về ứng dụng kết cấu thép trong xây dựng công trình ở Việt Nam, 11/2006

Tiêu chuẩn thi công đóng cọc

Lời nói đầu


TCXDVN 286 : 2003 thay thế một phần cho mục 7 TCXD 79 : 1980.
TCXDVN 286 : 2003 do Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng biên soạn, Vụ Khoa học Công nghệ Bộ Xây dựng trình duyệt, Bộ trưởng Bộ Xây dựng ban hành theo Quyết định số:.....14...ngày: ...05...tháng......6.... năm 2003

MỤC LỤC


1. Phạm vi áp dụng 4
2. Tiêu chuẩn viện dẫn 4
3. Quy định chung 4
4. Vật liệu cọc 6
4.1 Cọc bê tông cốt thép 6
4.2 Cọc thép 7
5. Hạ cọc bằng búa đóng và búa rung 8
6. Hạ cọc bằng phương pháp ép tĩnh 16
7. Giám sát và nghiệm thu 18
8. An toàn lao động 19
Phụ lục A - Nhật ký hạ cọc 20
Phụ lục B - Hư hỏng cọc bê tông cốt thép khi đóng 26
Phụ lục C - Xác định ứng suất động trong cọc BTCT khi đóng 28
Phụ lục D - Cấu tạo mũ cọc 35
Phụ lục E - Biểu ghi độ chối đóng cọc 37









TIÊU CHUẨN XÂY DỰNG VIỆT NAM TCXDVN 286 : 2003

Soát xét lần 1


Đóng và ép cọc - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu
Pile driving and static jacking works - Standart for construction, check and acceptance



1. Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu công tác đóng và ép cọc áp dụng cho các công trình xây dựng thuộc lĩnh vực xây dựng, giao thông, thuỷ lợi, thay thế một phần cho mục 7: “ Móng cọc và tường vây cọc ván” của TCXD 79: 1980.
Những công trình có điều kiện địa chất công trình đặc biệt như vùng có hang các-tơ, mái đá nghiêng, đá cứng... mà chưa đề cập đến trong tiêu chuẩn này sẽ được thi công và nghiệm thu theo yêu cầu của Thiết kế, hoặc do Tư vấn đề nghị với sự chấp thuận của Chủ đầu tư.
2. Tiêu chuẩn viện dẫn
TCVN 4453 : 1995: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối - Quy phạm thi công và nghiệm thu.
TCVN 205: 1998: Móng cọc-Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 4091 : 1985 : Nghiệm thu các công trình xây dựng.
3. Quy định chung
3.1 Các thuật ngữ và định nghĩa
3.1.1 Cọc đóng là cọc được hạ bằng năng lượng động( va đập, rung).
3.1.2 Cọc ép là cọc được hạ bằng năng lượng tĩnh, không gây nên xung lượng lên đầu cọc.
3.1.3 Độ chối của cọc đóng là độ lún của cọc dưới một nhát búa đóng và 1 phút làm việc của búa rung.
3.1.4 Tải trọng thiết kế là giá trị tải trọng do Thiết kế dự tính tác dụng lên cọc.
3.1.5 Lực ép nhỏ nhất (Pep) min là lực ép do Thiết kế quy định để đảm bảo tải trọng thiết kế lên cọc, thông thường lấy bằng 150  200% tải trọng thiết kế;
3.1.6 Lực ép lớn nhất (Pep)max là lực ép do Thiết kế quy định, không vượt quá sức chịu tải của vật liệu cọc; được tính toán theo kết quả xuyên tĩnh, khi không có kết quả này thì thường lấy bằng 200 - 300% tải trọng thiết kế.
3.2 Thi công hạ cọc cần tuân theo bản vẽ thiết kế thi công, trong đó bao gồm: dữ liệu về bố trí các công trình hiện có và công trình ngầm; đường cáp điện có chỉ dẫn độ sâu lắp đặt đường dây tải điện và biện pháp bảo vệ chúng; danh mục các máy móc, thiết bị; trình tự và tiến độ thi công; các biện pháp đảm bảo an toàn lao động và vệ sinh môi trường; bản vẽ bố trí mặt bằng thi công kể cả điện nước và các hạng mục tạm thời phục vụ thi công.
Để có đầy đủ số liệu cho thi công móng cọc, nhất là trong điều kiện địa chất phức tạp, khi cần thiết Nhà thầu phải tiến hành đóng , ép các cọc thử và tiến hành thí nghiệm cọc bằng tải trọng động hoặc tải trọng tĩnh theo đề cương của Tư vấn hoặc Thiết kế đề ra.
3.3 Trắc đạc định vị các trục móng cần được tiến hành từ các mốc chuẩn theo đúng quy định hiện hành. Mốc định vị trục thường làm bằng các cọc đóng, nằm cách trục ngoài cùng của móng không ít hơn 10 m. Trong biên bản bàn giao mốc định vị phải có sơ đồ bố trí mốc cùng toạ độ của chúng cũng như cao độ của các mốc chuẩn dẫn từ lưới cao trình thành phố hoặc quốc gia. Việc định vị từng cọc trong quá trình thi công phải do các trắc đạc viên có kinh nghiệm tiến hành dưới sự giám sát của kỹ thuật thi công cọc phía Nhà thầu và trong các công trình quan trọng phải được Tư vấn giám sát kiểm tra. Độ chuẩn của lưới trục định vị phải thường xuyên được kiểm tra, đặc biệt khi có một mốc bị chuyển dịch thì cần được kiểm tra ngay. Độ sai lệch của các trục so với thiết kế không được vượt quá 1cm trên 100 m chiều dài tuyến.

3.4 Chuyên chở, bảo quản, nâng dựng cọc vào vị trí hạ cọc phải tuân thủ các biện pháp chống hư hại cọc. Khi chuyên chở cọc bê tông cốt thép(BTCT) cũng như khi sắp xếp xuống bãi tập kết phải có hệ con kê bằng gỗ ở phía dưới các móc cẩu. Nghiêm cấm việc lăn hoặc kéo cọc BTCT bằng dây.
3.5 Công tác chuẩn bị
3.5.1 Nhà thầu căn cứ vào hồ sơ thiết kế, yêu cầu của Chủ đầu tư và điều kiện môi trường cụ thể để lập biện pháp thi công cọc trong đó nên lưu ý làm rõ các điều sau:
a) công nghệ thi công đóng/ ép;
b) thiết bị dự định chọn;
c) kế hoạch đảm bảo chất lượng, trong đó nêu rõ trình tự hạ cọc dựa theo điều kiện đất nền, cách bố trí đài cọc, số lượng cọc trong đài, phương pháp kiểm tra độ thẳng đứng, kiểm tra mối hàn, cách đo độ chối, biện pháp an toàn và đảm bảo vệ sinh môi trường...;
d) dự kiến sự cố và cách xử lý;
e) tiến độ thi công....
3.5.2 Trước khi thi công hạ cọc cần tiến hành các công tác chuẩn bị sau đây:
a) nghiên cứu điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn, chiều dày, thế nằm và đặc trưng cơ lý của chúng;
b) thăm dò khả năng có các chướng ngại dưới đất để có biện pháp loại bỏ chúng, sự có mặt của công trình ngầm và công trình lân cận để có biện pháp phòng ngừa ảnh hưởng xấu đến chúng;
c) xem xét điều kiện môi trường đô thị ( tiếng ồn và chấn động) theo tiêu chuẩn môi trường liên quan khi thi công ở gần khu dân cư và công trình có sẵn;
d) nghiệm thu mặt bằng thi công;
e) lập lưới trắc đạc định vị các trục móng và toạ độ các cọc cần thi công trên mặt bằng;
f) kiểm tra chứng chỉ xuất xưởng của cọc;
g) kiểm tra kích thước thực tế của cọc;
h) chuyên chở và sắp xếp cọc trên mặt bằng thi công;
i) đánh dấu chia đoạn lên thân cọc theo chiều dài cọc;
k) tổ hợp các đoạn cọc trên mặt đất thành cây cọc theo thiết kế;
l) đặt máy trắc đạc để theo dõi độ thẳng đứng của cọc và đo độ chối của cọc.
3.6 Hàn nối các đoạn cọc
3.6.1 Chỉ bắt đầu hàn nối các đoạn cọc khi:
- kích thước các bản mã đúng với thiết kế;
- trục của đoạn cọc đã được kiểm tra độ thẳng đứng theo hai phương vuông góc với nhau;
- bề mặt ở đầu hai đoạn cọc nối phải tiếp xúc khít với nhau.
3.6.2 Đường hàn mối nối cọc phải đảm bảo đúng quy định của thiết kế về chịu lực, không được có những khuyết tật sau đây:
- kích thước đường hàn sai lệch so với thiết kế;
- chiều cao hoặc chiều rộng của mối hàn không đồng đều;
- đường hàn không thẳng, bề mặt mối hàn bị rỗ, không ngấu, quá nhiệt, có chảy loang, lẫn xỉ, bị nứt...
3.6.3 Chỉ được tiếp tục hạ cọc khi đã kiểm tra mối nối hàn không có khuyết tật.
4. Vật liệu cọc
4.1 Cọc bê tông cốt thép
4.1.1 Cọc bê tông cốt thép có thể là cọc rỗng, tiết diện vành khuyên ( đúc ly tâm) hoặc cọc đặc, tiết diện đa giác đều hoặc vuông ( đúc bằng ván khuôn thông thường). Bê tông cọc phải đảm bảo mác thiết kế, cọc được nghiệm thu theo tiêu chuẩn TCVN 4453 : 1995
4.1.2 Kiểm tra cọc tại nơi sản xuất gồm các khâu sau đây:
a) Vật liệu :
- chứng chỉ xuất xưởng của cốt thép, xi măng; kết quả thí nghiệm kiểm tra mẫu thép, và cốt liệu cát, đá(sỏi), xi măng, nước theo các tiêu chuẩn hiện hành;
- cấp phối bê tông;
- kết quả thí nghiệm mẫu bê tông;
- đường kính cốt thép chịu lực;
- đường kính, bước cốt đai;
- lưới thép tăng cường và vành thép bó đầu cọc;
- mối hàn cốt thép chủ vào vành thép;
- sự đồng đều của lớp bê tông bảo vệ;
b) kích thước hình học :
- sự cân xứng của cốt thép trong tiết diện cọc;
- kích thước tiết diện cọc;
- độ vuông góc của tiết diện các đầu cọc với trục;
- độ chụm đều đặn của mũi cọc;



4.1.3 Không dùng các đoạn cọc có độ sai lệch về kích thước vượt quá quy định trong bảng 1, và các đoạn cọc có vết nứt rộng hơn 0.2 mm. Độ sâu vết nứt ở góc không quá 10 mm, tổng diện tích do lẹm, sứt góc và rỗ tổ ong không quá 5% tổng diện tích bề mặt cọc và không quá tập trung.

Bảng 1- Độ sai lệch cho phép về kích thước cọc
TT Kích thước cấu tạo Độ sai lệch cho phép
1 2 3
1 Chiều dài đoạn cọc, m  10  30 mm
2 Kích thước cạnh (đường kính ngoài) tiết diện của cọc đặc (hoặc rỗng giữa) + 5 mm
3 Chiều dài mũi cọc  30 mm
4 Độ cong của cọc (lồi hoặc lõm) 10 mm
5 Độ võng của đoạn cọc 1/100 chiều dài đốt cọc
6 Độ lệch mũi cọc khỏi tâm 10 mm
7 Góc nghiêng của mặt đầu cọc với mặt phẳng thẳng góc trục cọc:
- cọc tiết diện đa giác nghiêng 1%
- cọc tròn nghiêng 0.5%
8 Khoảng cách từ tâm móc treo đến đầu đoạn cọc  50 mm
9 Độ lệch của móc treo so với trục cọc 20 mm
10 Chiều dày của lớp bê tông bảo vệ  5 mm
11 Bước cốt thép xoắn hoặc cốt thép đai  10 mm
12 Khoảng cách giữa các thanh cốt thép chủ  10 mm
13 Đường kính cọc rỗng  5 mm
14 Chiều dày thành lỗ  5 mm
15 Kích thước lỗ rỗng so với tim cọc  5 mm

4.2 Cọc thép
4.2.1 Cọc thép thường được chế tạo từ thép ống hoặc thép hình cán nóng. Chiều dài các đoạn cọc chọn theo kích thước của không gian thi công cũng như kích thước và năng lực của thiết bị hạ cọc.
4.2.2 Mặt đầu các đoạn cọc phải phẳng và vuông góc với trục cọc, độ nghiêng không quá 1%.
4.2.3 Chiều dày của cọc thép lấy theo quy định của thiết kế thường bằng chiều dày chịu lực theo tính toán cộng với chiều dày chịu ăn mòn.
4.2.4 Trong trường hợp cần thiết có thể thực hiện lớp bảo vệ bằng phun vữa xi măng mác cao, chất dẻo hoặc phương pháp điện hoá.
4.2.5 Các đoạn cọc thép được nối hàn, chiều cao và chiều dài đường hàn phải tuân theo thiết kế.
5. Hạ cọc bằng búa đóng và búa rung
5.1 Tuỳ theo năng lực trang thiết bị hiện có, điều kiện địa chất công trình, quy định của Thiết kế về chiều sâu hạ cọc và độ chối quy định Nhà thầu có thể lựa chọn thiết bị hạ cọc phù hợp. Nguyên tắc lựa chọn búa như sau:
a) có đủ năng lượng để hạ cọc đến chiều sâu thiết kế với độ chối quy định trong thiết kế, xuyên qua các lớp đất dày kể cả tầng kẹp cứng;
b) gây nên ứng suất động không lớn hơn ứng suất động cho phép của cọc để hạn chế khả năng gây nứt cọc;
c) tổng số nhát đập hoặc tổng thời gian hạ cọc liên tục không được vượt quá giá trị khống chế trong thiết kế để ngăn ngừa hiện tượng cọc bị mỏi;
d) độ chối của cọc không nên quá nhỏ có thể làm hỏng đầu búa.
5.2 Lựa chọn búa đóng cọc theo khả năng chịu tải của cọc trong thiết kế và trọng lượng cọc. Năng lượng cần thiết tối thiểu của nhát búa đập E được xác định theo công thức:
E = 1.75 a P (1)
trong đó: E - Năng lượng đập của búa, kGm;
a - hệ số bằng 25 kG.m/tấn
P - khả năng chịu tải của cọc, tấn, quy định trong thiết kế.
Loại búa được chọn với năng lượng nhát đập Ett phải thoả mãn điều kiện:
(2)
trong đó: k - hệ số quy định trong bảng 2;
Qn - trọng lượng toàn phần của búa, kG;
q - trọng lượng cọc (gồm cả trọng lượng mũ và đệm đầu cọc), kG
Đối với búa đi-ê-zen, giá trị tính toán năng lượng đập lấy bằng:
đối với búa ống Ett = 0.9 QH
đối với búa cần Ett = 0.4 QH
Q - trọng lượng phần đập của búa, kG;
H - chiều cao rơi thực tế phần đập búa khi đóng ở giai đoạn cuối, đối với búa ống H= 2.8 m; đối với búa cần có trọng lượng phần đập là 1250, 1800 và 2500 kG thì H tương ứng là 1.7; 2 và 2.2 m.

Bảng 2- Hệ số chọn búa đóng

Loại búa Hệ số k
Búa đi-ê-zen kiểu ống và song động
Búa đơn động và đi-ê-zen kiểu cần
Búa treo 6
5
3

Chú thích: Khi hạ cọc bằng phương pháp xói nước thì các hệ số nói trên được tăng thêm 1.5.
5.3 Khi cần phải đóng xuyên qua các lớp đất chặt nên dùng các búa có năng lượng đập lớn hơn các trị số tính toán theo các công thức (1) và (2), hoặc có thể dùng biện pháp khoan dẫn trước khi đóng hoặc biện pháp xói nước.
Khi chọn búa để đóng cọc xiên nên tăng năng lượng đập tính theo công thức (1) với hệ số k1 cho trong bảng 3.
Bảng 3- Hệ số chọn búa đóng cọc xiên

Độ nghiêng của cọc Hệ số k1
5:1
4:1
3:1
2:1
1:1 1.1
1.15
1.25
1.4
1.7
5.4 Loại búa rung hạ cọc chọn theo tỷ số K0 / Qt tuỳ thuộc vào điều kiện đất nền và chiều sâu hạ cọc.
K0 - mô men lệch tâm, T.cm;
Qt - trọng lượng toàn phần gồm trọng lượng cọc, búa rung và đệm đầu cọc, tấn.
Giá trị của tỷ số này khi dùng búa rung với tốc độ quay bánh lệch tâm 300500 vòng/ phút không được nhỏ hơn trị số cho trong bảng 4.
Bảng 4 -Tỷ số K0 / Qt

Tính chất đất mà
cọc xuyên qua Phương pháp hạ K0/Qt khi độ sâu hạ cọc
< 15 m >15 m
Cát no nước, bùn, sét dẻo mềm và dẻo chảy
Cát ẩm, đất sét, á sét dẻo mềm, cứng
Sét cứng, nửa cứng, cát, sỏi, sạn Không xói nước và lấy đất ra khỏi cọc
Xói nước tuần hoàn và lấy đất khỏi lòng cọc ống
Xói nước và lấy đất khỏi lòng cọc thấp hơn cả mũi cọc 0.80

1.10

1.30 1.0

1.30

1.60

Chú thích: Khi chọn búa rung để hạ cọc ống có đường kính lớn hơn 1.2 m nên ưu tiên cho các máy có lỗ thoát để đưa đất từ trong lòng cọc ống ra ngoài mà không phải tháo lắp máy. Trong trường hợp cần rung hạ các cọc đường kính lớn nên dùng hai búa rung ghép đôi đồng bộ trên một đế trung chuyển; khi đó các giá trị K0 và Qt phải là tổng các chỉ tiêu tương ứng của hai búa rung.
5.5 Khi rung hạ cọc tròn rỗng hoặc cọc dạng tấm cần có các biện pháp chống khả năng xuất hiện các vết nứt hoặc hư hỏng cọc:
-để tránh sự tăng áp suất không khí trong lòng cọc do đậy khít nên dùng chụp đầu cọc có các lỗ hổng có tổng diện tích không ít hơn 0.5% diện tích tiết diện ngang của cọc;
-để tránh sinh ra áp lực thuỷ động nguy hiểm của nước trong đất lòng cọc có thể gây nứt rạn cọc-ống BTCT phải có biện pháp hút nước hoặc truyền không khí.
Để có thể dự báo trước những hư hỏng có thể xảy ra khi rung hạ cọc- ống nên dùng thiết bị đo gia tốc, trong trường hợp không có thiết bị thì tiến hành quan sát mức độ tiêu tán công suất búa ( hoặc điện năng) và biên độ giao động của cọc. Nếu thấy công suất búa và biên độ giao động của cọc tăng, liên kết búa rung và đầu cọc vẫn khít mà tốc độ hạ cọc lại bị giảm thì chứng tỏ mũi cọc đã gặp chướng ngại; khi đó cần dừng máy, tìm cách loại bỏ chướng ngại bằng cách lấy đất lòng cọc và bơm rửa đáy cọc.
Khi rung hạ cọc trong cát và á cát ở giai đoạn cuối thì nên giảm tần số và rung cọc trong khoảng 710 phút ở độ sâu thiết kế để làm chặt đất trong lòng và xung quanh cọc.
5.6 Khi rung hạ cọc bình thường tức là các thông số búa rung ổn định, cọc không gặp chướng ngại thì theo sự tăng tiến của chiều sâu, tốc độ hạ cọc, biên độ giao động và công suất máy sẽ bị giảm do ma sát bên của cọc tăng dần. Để tăng chiều sâu hạ cọc nên tăng công suất động cơ cho đến công suất thiết kế. Khi tốc độ hạ cọc giảm tới 2-5 cm/ phút và biên độ giao động khoảng 5mm thì cọc sẽ khó xuống tiếp; cần phải tiến hành xói nước hoặc lấy đất lòng cọc cùng với việc chạy hết công suất động cơ.
5.7 Khi đóng cọc bằng búa phải dùng mũ cọc và đệm gỗ phù hợp với tiết diện ngang của cọc. Các khe hở giữa mặt bên của cọc và thành mũ cọc mỗi bên không nên vượt quá 1 cm.
Cần phải siết chặt cứng búa rung hạ cọc với cọc.
Khi nối các đoạn cọc tròn rỗng và cọc -ống phải đảm bảo độ đồng tâm của chúng. Khi cần thiết phải dùng bộ gá cố định và thiết bị dẫn hướng để tăng độ chính xác.
Khi thi công cọc ở vùng sông nước nên tiến hành khi sóng không cao hơn cấp 2. Các phương tiện nổi cần được neo giữ chắc chắn.
5.8 Trong quá trình hạ cọc cần ghi chép nhật ký theo mẫu in sẵn (có thể xem phụ lục A).
Đóng 520 cọc đầu tiên ở các điểm khác nhau trên khu vực xây dựng phải tiến hành cẩn thận có ghi chép số nhát búa cho từng mét chiều sâu và lấy độ chối cho loạt búa cuối cùng. Nhà thầu nên dùng thí nghiệm phân tích sóng ứng suất trong cọc( PDA) để kiểm tra việc lựa chọn búa và khả năng đóng của búa trong các điều kiện đã xác định( đất nền, búa, cọc...)
5.9 Vào cuối quá trình đóng cọc khi độ chối gần đạt tới trị số thiết kế thì việc đóng cọc bằng búa đơn động phải tiến hành từng nhát dể theo dõi độ chối cho mỗi nhát; khi đóng bằng búa hơi song động cần phải đo độ lún của cọc, tần số đập của búa và áp lực hơi cho từng phút; khi dùng búa di-ê-zen thì độ chối được xác định từ trị trung bình của loạt 10 nhát sau cùng.
Cọc không đạt độ chối thiết kế thì cần phải đóng bù để kiểm tra sau khi được “ nghỉ” theo quy định. Trong truờng hợp độ chối khi đóng kiểm tra vẫn lớn hơn độ chối thiết kế thì Tư vấn và Thiết kế nên cho tiến hành thử tĩnh cọc và hiệu chỉnh lại một phần hoặc toàn bộ thiết kế móng cọc.
5.10 Trong giai đoạn đầu khi đóng cọc bằng búa đơn động nên ghi số nhát búa và độ cao rơi búa trung bình để cọc đi được 1m; khi dùng búa hơi thì ghi áp lực hơi trung bình và thời gian để cọc đi được 1m và tần số nhát đập trong một phút. Độ chối phải đo với độ chính xác tới 1mm.
Độ chối kiểm tra được đo cho 3 loạt búa cuối cùng. Đối với búa đơn và búa đi-ê-zen thì một loạt là 10 nhát; đối với búa hơi thì một loạt là số nhát búa trong thời gian 2 phút; đối với búa rung 1 loạt cũng là thời gian búa làm việc trong 2 phút.
Thời gian “nghỉ” của cọc trước khi đóng kiểm tra phụ thuộc vào tính chất các lớp đất xung quanh và dưới mũi cọc nhưng không nhỏ hơn:
a) 3 ngày khi đóng qua đất cát;
b) 6 ngày khi đóng qua đất sét.
5.11 Trong trường hợp khi thi công thay đổi các thông số của búa hoặc cọc đã được chỉ dẫn trong thiết kế thì độ chối dư, e, lúc đóng hoặc đóng kiểm tra phải thoả mãn điều kiện:
(3)
Nếu độ chối dư ,e, nhỏ hơn 0.2 cm( với điều kiện là búa dùng để đóng phù hợp với yêu cầu ở điều 4.1), thì độ chối toàn phần( bằng tổng độ chối đàn hồi và độ chối dư) phải thoả mãn điều kiện:
(4)
Trong các công thức trên:
e - độ chối dư, cm, bằng độ lún của cọc do một nhát búa đóng và 1 phút làm việc của búa rung;
c - độ chối đàn hồi( chuyển vị đàn hồi của đất và cọc), cm, được xác định bằng dụng cụ đo độ chối;
n - hệ số tra theo bảng 5, T/ m2;

Bảng 5- Hệ số n

Loại cọc Hệ số n (T/m2)
Cọc BTCT có mũ
Cọc thép có mũ 150
500
F - diện tích theo chu vi ngoài của cọc đặc hoặc rỗng( không phụ thuộc vào cọc có hay không có mũi nhọn), m2;
Ett - năng lượng tính toán của nhát đập, tấn.cm, lấy theo điều 2.1 cho búa đi-ê-zen, búa treo và búa đơn động lấy bằng QH, khi dùng búa hơi song động lấy theo lý lịch máy, đối với búa rung lấy theo năng lượng nhát đập quy đổi, cho trong bảng 6;
Bảng 6 - Năng lượng quy đổi

Lực cưỡng bức
(tấn) 10 20 30 40 50 60 70 80
Năng lượng nhát
đập quy đổi(T.cm) 450 900 1300 1750 2200 2650 3100 3500
Q - trọng lượng phần đập của búa, T;
H - chiều cao rơi thực tế phần đập của búa, cm;
k - hệ số an toàn về đất, lấy k= 1.4 trong công thức(3) và k= 1.25 trong công thức (4); còn trong xây dựng cầu khi số lượng cọc trong trụ lớn hơn 20 thì k = 1.4, từ 11 20 cọc thì k = 1.6, từ 6  10 cọc thì k = 1.65, từ 1 5 cọc thì k = 1.75;
P - khả năng chịu tải của cọc theo thiết kế, T;
M - hệ số lấy bằng 1 cho búa đóng và theo bảng 7 cho búa rung;
QT - trọng lượng toàn phần của búa hoặc búa rung, T;
 - hệ số phục hồi va đập, lấy 2 = 0.2 khi đóng cọc BTCT và cọc thép có dùng mũ cọc đệm gỗ, còn khi dùng búa rung thì 2 = 0;
q - trọng lượng cọc và mũ cọc, T;
q1 - trọng lượng cọc đệm, tấn; khi dùng búa rung q1 = 0;
h - chiều cao cho búa đi-ê-zen h = 50cm, các loại khác h = 0;
 - diện tích mặt bên của cọc, m2;
n0 và n - các hệ số chuyển đổi từ sức kháng động của đất sang sức kháng tĩnh, n = 0.25 giây.m/ tấn; n0 = 0.0025 giây.m/ tấn;
g - gia tốc trọng trường( g = 9.81m/ gy2)
Khi tính theo công thức động Hilley rút gọn thì độ chối có thể kiểm tra theo công thức:
(4a)
e - độ chối của cọc( tính trung bình cho 20 cm cuối cùng), m;
ef - hiệu suất cơ học của búa đóng cọc; một số giá trị được kiến nghị như sau:
- búa rơi tự do điều khiển tự động, ef = 0.8
- búa đi-ê-zen, ef = 0.8
- búa rơi tự do nâng bằng cáp tời, ef = 0.4
- búa hơi đơn động, ef = 0.6;

Bảng 7: Hệ số M

Loại đất dưới mũi cọc Hệ số M
Sỏi sạn có lẫn cát
Cát: - hạt trung và thô
- hạt nhỏ chặt vừa
- cát bụi chặt vừa
Á cát dẻo, á sét và sét cứng
Á sét và sét - nửa cứng
Á sét và sét - dẻo cứng 1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
Chú thích: Khi cát chặt giá trị hệ số M được tăng thêm 60%
H - chiều cao rơi búa, m;
Wr - trọng lượng của búa đóng, T;



Qu - khả năng mang tải cực hạn của cọc, thông thường lấy với hệ số an toàn Fs  3
Lp - chiều dài cọc, m;
F - diện tích tiết diện cọc, m2
Ee - mô đun đàn hồi của vật liệu cọc, T/ m2.
5.12 Nếu trong thiết kế móng cọc ống có quy định tìm biên độ giao động khi sắp dừng rung cọc thì biên độ dao động các cọc - ống đường kính ngoài đến 2m, với tốc độ hạ cọc từ 2 đến 20 cm trong 1 phút được tính theo công thức:

(5)
trong đó:
A - biên độ lấy bằng 1 /2 độ lắc toàn phần của giao động ở những phút cuối trước lúc dừng rung, cm;
Nn - công suất hữu hiệu toàn phần ở giai đoạn cuối, KW;
Nx - công suất vận hành không tải, đối với búa rung tần số thấp, lấy bằng 25% công suất thuyết minh của động cơ điện, KW;
nv - tốc độ quay của bộ lệch trong búa rung, vòng / phút;
P - khả năng chịu tải của cọc - ống, T;
 - hệ số phụ thuộc vào tỷ số giữa sức kháng động và sức kháng tĩnh của đất, cho trong bảng 8 và bảng 9;
Qv - trọng lượng của hệ thống rung, bằng tổng trọng lượng của búa rung và chụp đầu cọc.
Bảng 8- Hệ số  cho cát
Tên đất Hệ số  cho đất cát
Thô Vừa Nhỏ
Cát no nước
Cát ẩm 4.5
3.5 5.0
4.0 6.0
5.0
Bảng 9: Hệ số  cho sét
Tên đất Hệ số  cho đất sét khi độ sệt

Á sét, á cát
Sét 4.0
3.0 3.0
2.2 2.5
2.0


Khi có nhiều lớp đất thì  xác định theo công thức:


(6)
trong đó: i - hệ số của lớp thứ i;
hi - chiều dày của lớp thứ i, m.
5.13 Khi rung hạ cọc tròn và cọc- ống, không tựa vào đá và nửa đá, để đảm bảo khả năng mang tải của cọc, P, cần rung hạ đoạn cuối sao cho biên độ dao động thực tế A không vượt quá biên độ tính toán Att theo vế phải của công thức (5). Nếu A > Att chứng tỏ sức kháng của đất chưa đạt yêu cầu, cần phải tiếp tục rung hạ cho tới khi thoả mãn công thức nêu trên thì mới đảm bảo khả năng mang tải của cọc.
Giá trị của nv nếu không có thiết bị đo thì lấy theo thông số trong lý lịch búa rung.
Có thể dùng các loại máy trắc đạc để đo biên độ dao động, hoặc dùng các thiết bị tự ghi. Trong trường hợp không có thiết bị đo thì có thể dùng cách vẽ đường ngang thật nhanh lên giấy kẻ ô đã dán sẵn vào thân cọc, sẽ thu được đường cong dao động. Nối các đỉnh trên và đỉnh dưới thành đường gấp khúc, đo chiều cao lớn nhất với độ chính xác tới 0.1 cm ta thu được độ lắc của dao động chính bằng 2 lần biên độ dao động cần tìm.
5.14 Trị số của các hệ số  trong các bảng 7 và 8 nên chuẩn xác lại theo kết quả nén tĩnh cọc thử. Sau khi rung hạ cọc và nén tĩnh cho ta khả năng chịu tải của cọc P thì hệ số  cho điều kiện đất nền thực tế được tính theo công thức:

(7)

Các thông số của quá trình rung lấy như phần trên.
5.15 Chỉ cho phép dùng xói nước để hạ cọc ở những nơi cách xa nhà và công trình hiện có trên 20 m.Để giảm áp suất, lưu lượng nước và công suất máy bơm, cần phải kết hợp xói nước với đóng hoặc ép cọc bằng đầu búa. Khi cần xói nước trong cát và á cát ở độ sâu hơn 20m phải kèm theo bơm khí nén khoảng 2  3 m3 / phút vào vùng xói nước.
Đối với cọc và cọc ống có đường kính nhỏ hơn 1m thì cho phép dùng một ống xói đặt giữa tiết diện. Đối với các cọc ống đường kính lớn hơn 1m thì nên đặt các ống xói theo chu vi cọc ống cách nhau 1 1.5 m.
Khi hạ cọc đến mét cuối cùng thì ngưng việc xói nước, tiếp tục đóng hoặc rung hạ cọc cho đến khi đạt độ chối thiết kế để đảm bảo khả năng chịu tải của cọc.
Nên áp dụng biện pháp xói nước khi hạ cọc trong đất cát.
5.16 Các ống xói nước phải có đầu phun hình nón. Để đạt được hiệu quả xói lớn nhất thì đường kính đầu phun nên chiếm khoảng 0.4  0.45 đưòng kính trong của ống xói. Khi cần tăng tốc độ hạ cọc thì ngoài đầu phun chính tâm còn làm thêm các lỗ phun nghiêng 300 đến 400 so với phương đứng ở xung quanh ống xói. Đường kính các lỗ này từ 6 mm đến 10 mm. áp lực nước cần thiết, lưu lượng nước tuỳ theo đường kính, chiều sâu cọc và loại đất có thể tham khảo trong bảng 10.
Bảng 10-áp lực nước để xã

Lo¹i ®Êt
ChiÒu s©u
(m) Cét ¸p t¹i
vßi phun
(T/m2) §­êng kÝnh trong(mm)/ l­u l­îng (lÝt/phót) cho c¸c ®­êng kÝnh,cm
30- 50 50- 70
Bïn,¸ c¸t ch¶y


C¸t mÞn, bôi, ch¶y, bïn dÎo ch¶y, dÎo mÒm

SÐt vµ ¸ sÐt

C¸t h¹t trung, th«
vµ lÉn sái

¸ c¸t dÎo

¸ sÐt vµ sÐt dÎo cøng

5 - 15


15 - 25


25 - 35

5 - 15


15 - 25


25- 35
4 - 8


8 - 10


10 - 15

6 - 10


10 - 15


8 - 20



















Chú thích: Khi đóng bù các cọc dài, để tận dụng công suất búa thì sau khi ngưng xói nước chính tâm, nên xói tiếp thêm phía ngoài phần trên của cọc. Có thể dùng hai ống xói đường kính trong từ 50mm đến 68mm.

6. Hạ cọc bằng phương pháp ép tĩnh
6.1 Lựa chọn thiết bị ép cọc cần thoả mãn các yêu cầu sau:
- công suất của thiết bị không nhỏ hơn 1.4 lần lực ép lớn nhất do thiết kế quy định;
- lực ép của thiết bị phải đảm bảo tác dụng đúng dọc trục tâm cọc khi ép từ đỉnh cọc và tác dụng đều lên các mặt bên cọc khi ép ôm, không gây ra lực ngang lên cọc;
- thiết bị phải có chứng chỉ kiểm định thời hiệu về đồng hồ đo áp và các van dầu cùng bảng hiệu chỉnh kích do cơ quan có thẩm quyền cấp;
- thiết bị ép cọc phải đảm bảo điều kiện vận hành và an toàn lao động khi thi công.
6.2 Lựa chọn hệ phản lực cho công tác ép cọc phụ thuộc vào đặc điểm hiện trường, đặc điểm công trình, đặc điểm địa chất công trình, năng lực của thiết bị ép. Có thể tạo ra hệ phản lực bằng neo xuắn chặt trong lòng đất, hoặc dàn chất tải bằng vật nặng trên mặt đất khi tiến hành ép trước, hoặc đặt sẵn các neo trong móng công trình để dùng trọng lượng công trình làm hệ phản lực trong phương pháp ép sau. Trong mọi trường hợp tổng trọng lượng hệ phản lực không nên nhỏ hơn 1.1 lần lực ép lớn nhất do thiết kế quy định.
6.3 Thời điểm bắt đầu ép cọc khi phải dùng trọng lượng công trình làm phản lực (ép sau) phải được thiết kế quy định phụ thuộc vào kết cấu công trình, tổng tải trọng làm hệ phản lực hiện có và biên bản nghiệm thu phần đài cọc có lỗ chờ cọc và hệ neo chôn sẵn theo các quy định về nghiệm thu kết cấu BTCT hiện hành.
6.4 Kiểm tra định vị và thăng bằng của thiết bị ép cọc gồm các khâu:
- trục của thiết bị tạo lực phải trùng với tim cọc;
- mặt phẳng “ công tác” của sàn máy ép phải nằm ngang phẳng ( có thể kiểm ta bằng thuỷ chuẩn ni vô);
- phương nén của thiết bị tạo lực phải là phương thẳng đứng, vuông góc với sàn “ công tác”;
- chạy thử máy để kiểm tra ổn định của toàn hệ thống bằng cách gia tải khoảng
10  15% tải trọng thiết kế của cọc.
6.5 Đoạn mũi cọc cần được lắp dựng cẩn thận, kiểm tra theo hai phương vuông góc sao cho độ lệch tâm không quá 10 mm. Lực tác dụng lên cọc cần tăng từ từ sao cho tốc độ xuyên không quá 1cm/s. Khi phát hiện cọc bị nghiêng phải dừng ép để căn chỉnh lại.
6.6 ép các đoạn cọc tiếp theo gồm các bước sau:
a) kiểm tra bề mặt hai đầu đoạn cọc, sửa chữa cho thật phẳng; kiểm tra chi tiết mối nối; lắp dựng đoạn cọc vào vị trí ép sao cho trục tâm đoạn cọc trùng với trục đoạn mũi cọc, độ nghiêng so với phương thẳng đứng không quá 1%;
b) gia tải lên cọc khoảng 10  15% tải trọng thiết kế suốt trong thời gian hàn nối để tạo tiếp xúc giữa hai bề mặt bê tông; tiến hành hàn nối theo quy định trong thiết kế.
c) tăng dần lực ép để các đoạn cọc xuyên vào đất với vận tốc không quá 2cm/s;
d) không nên dừng mũi cọc trong đất sét dẻo cứng quá lâu( do hàn nối hoặc do thời gian đã cuối ca ép...).
6.7 Khi lực nén bị tăng đột ngột, có thể gặp một trong các hiện tượng sau:
- mũi cọc xuyên vào lớp đất cứng hơn;
- mũi cọc gặp dị vật;
- cọc bị xiên, mũi cọc tì vào gờ nối của cọc bên cạnh.
Trong các truờng hợp đó cần phải tìm biện pháp xử lý thích hợp, có thể là một trong các cách sau:
- cọc nghiêng quá quy định, cọc bị vỡ phải nhổ lên ép lại hoặc ép bổ sung cọc mới (do thiết kế chỉ định)
- khi gặp dị vật, vỉa cát chặt hoặc sét cứng có thể dùng cách khoan dẫn hoặc xói nước như đóng cọc;
6.8 Cọc được công nhận là ép xong khi thoả mãn đồng thời hai điều kiện sau đây:
a) chiều dài cọc đã ép vào đất nền trong khoảng Lmin  Lc  Lmax,
trong đó: Lmin , Lmax là chiều dài ngắn nhất và dài nhất của cọc được thiết kế dự báo theo tình hình biến động của nền đất trong khu vực, m;
Lc là chiều dài cọc đã hạ vào trong đất so với cốt thiết kế;
e) lực ép trước khi dừng trong khoảng (Pep) min  (Pep)KT  (Pep)max
trong đó : (Pep) min là lực ép nhỏ nhất do thiết kế quy định;
(Pep)max là lực ép lớn nhất do thiết kế quy định;
(Pep)KT là lực ép tại thời điểm kết thúc ép cọc, trị số này được duy trì với vận tốc xuyên không quá 1cm/s trên chiều sâu không ít hơn ba lần đường kính ( hoặc cạnh) cọc.
Trong trường hợp không đạt hai điều kiện trên, Nhà thầu phải báo cho Thiết kế để có biện pháp xử lý.
6.9 Việc ghi chép lực ép theo nhật ký ép cọc nên tiến hành cho từng m chiều dài cọc cho tới khi đạt tới (Pep) min, bắt đầu từ độ sâu này nên ghi cho từng 20 cm cho tới khi kết thúc, hoặc theo yêu cầu cụ thể của Tư vấn, Thiết kế.
6.10 Đối với cọc ép sau, công tác nghiệm thu đài cọc và khoá đầu cọc tiến hành theo tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu công tác bê tông và bê tông cốt thép hiện hành.
8. Giám sát và nghiệm thu
8.1 Nhà thầu phải có kỹ thuật viên thường xuyên theo dõi công tác hạ cọc, ghi chép nhật ký hạ cọc. Tư vấn giám sát hoặc đại diện Chủ đầu tư nên cùng Nhà thầu nghiệm thu theo các quy định về dừng hạ cọc nêu ở phần trên cho từng cọc tại hiện trường, lập biên bản nghiệm thu theo mẫu in sẵn ( xem phụ lục). Trong trường hợp có các sự cố hoặc cọc bị hư hỏng Nhà thầu phải báo cho Thiết kế để có biện pháp xử lý thích hợp; các sự cố cần được giải quyết ngay khi đang đóng đại trà, khi nghiệm thu chỉ căn cứ vào các hồ sơ hợp lệ, không có vấn đề còn tranh chấp.
8.2 Khi đóng cọc đến độ sâu thiết kế mà chưa đạt độ chối quy định thì Nhà thầu phải kiểm tra lại quy trình đóng cọc của mình, có thể cọc đã bị xiên hoặc bị gãy, cần tiến hành đóng bù sau khi cọc được “nghỉ” và các thí nghiệm kiểm tra độ nguyên vẹn của cọc ( thí nghiệm PIT) và thí nghiệm phân tích sóng ứng suất (PDA) để xác định nguyên nhân, báo Thiết kế có biện pháp xử lý.
8.3 Khi đóng cọc đạt độ chối quy định mà cọc chưa đạt độ sâu thiết kế thì có thể cọc đã gặp chướng ngại, điều kiện địa chất công trình thay đổi, đất nền bị đẩy trồi..., Nhà thầu cần xác định rõ nguyên nhân để có biện pháp khắc phục.
8.4 Nghiệm thu công tác thi công cọc tiến hành dựa trên cơ sở các hồ sơ sau:
a) hồ sơ thiết kế dược duyệt;
b) biên bản nghiệm thu trắc đạc định vị trục móng cọc;
c) chứng chỉ xuất xưởng của cọc theo các điều khoản nêu trong phần 3 về cọc thương phẩm;
d) nhật ký hạ cọc và biên bản nghiệm thu từng cọc;
e) hồ sơ hoàn công cọc có thuyết minh sai lệch theo mặt bằng và chiều sâu cùng các cọc bổ sung và các thay đổi thiết kế đã được chấp thuận;
f) các kết quả thí nghiệm động cọc đóng( đo độ chối và thí nghiệm PDA nếu có);
g) các kết quả thí nghiệm kiểm tra độ toàn khối của cây cọc- thí nghiệm biến dạng nhỏ PIT theo quy định của Thiết kế;
h) các kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc.
8.5 Độ lệch so với vị trí thiết kế của trục cọc trên mặt bằng không được vượt quá trị số nêu trong bảng 11 hoặc ghi trong thiết kế.
8.6 Nhà thầu cần tổ chức quan trắc trong khi thi công hạ cọc( đối với bản thân cọc, độ trồi của các cọc lân cận và mặt đất, các công trình xung quanh...).
8.7 Nghiệm thu công tác đóng và ép cọc tiến hành theo TCVN 4091 : 1985. Hồ sơ nghiệm thu được lưu giữ trong suốt tuổi thọ thiết kế của công trình.
8. An toàn lao động
8.1 Khi thi công cọc phải thực hiện mọi quy định về an toàn lao động và đảm bảo vệ sinh môi trường theo đúng các quy định hiện hành.
8.2 Trong ép cọc, đoạn cọc mồi bằng thép phải có đầu chụp. Phải có biện pháp an toàn khi dùng hai đoạn cọc mồi nối tiếp nhau để ép.

Bảng 11- Độ lệch trên mặt bằng

Loại cọc và cách bố trí chúng Độ lệch trục cọc cho phép trên mặt bằng
1. Cọc có cạnh hoặc đường kính đến 0.5m
a) khi bố trí cọc một hàng
b) khi bố trí hình băng hoặc nhóm 2 và 3 hàng
- cọc biên
- cọc giữa
c) khi bố trí qúa 3 hàng trên hình băng hoặc bãi cọc
- cọc biên
-cọc giữa
d) cọc đơn
e) cọc chống
2. Các cọc tròn rỗng đường kính từ 0.5 đến 0.8m
a) cọc biên
b) cọc giữa
c) cọc đơn dưới cột
3. Cọc hạ qua ống khoan dẫn( khi xây dựng cầu)


0.2d

0.2d
0.3d

0.2d
0.4d
5 cm
3 cm

10 cm
15 cm
8 cm
Độ lệch trục tại mức trên cùng của ống dẫn đã được lắp chắc chắn không vượt quá 0.025 D ở bến nước( ở đây D- độ sâu của nước tại nơi lắp ống dẫn) và25 mm ở vũng không nước

Chú thích: Số cọc bị lệch không nên vượt quá 25% tổng số cọc khi bố trí theo dải, còn khi bố trí cụm dưới cột không nên quá 5%. Khả năng dùng cọc có độ lệch lớn hơn các trị số trong bảng sẽ do Thiết kế quy định.

Phụ lục A
(tham khảo)

A1. Nhật ký đóng cọc
Tên Nhà thầu:.................................................................
Công trình: ....................................................................
Nhật ký đóng cọc
( Từ N0.....................đến N0.................)
Bắt đầu.....................Kết thúc......................
1. Hệ thống máy đóng cọc
2. Loại búa
3. Trọng lượng phần đập của búa
4. áp suất ( khí, hơi), atm .
5. Loại và trọng lượng của mũ cọc, kg
Cọc số ( theo mặt bằng bãi cọc)
1. Ngày tháng đóng
2. Nhãn hiệu cọc (theo tổ hợp các đoạn cọc)
3. Cao độ tuyệt đối của mặt đất cạnh cọc
4. Cao độ tuyệt đối của mũi cọc
5. Độ chối thiết kế, cm
N0 lÇn ®o §é cao r¬i bóa, cm Sè nh¸t ®Ëp trong lÇn ®o §é s©u h¹ cäc trong lÇn ®o §é chèi cña 1 nh¸t ®Ëp, cm Ghi chó
1 2 3 4 5 6











Kỹ thuật thi công Tư vấn giám sát Đại diện Chủ đầu tư
Ký tên Ký tên Ký tên

A2. Tổng hợp đóng cọc

Tên Nhà thầu:.................................................................
Công trình: ....................................................................
Báo cáo tổng hợp đóng cọc
( Từ N0.....................đến N0.................)
Bắt đầu.....................Kết thúc......................

TT Tên cọc Loại cọc Ngày/ca Độ sâu, m Loại búa Tổng số nhát đập Độ chối, cm Ghi chú
Thiết kế Thực tế Khi đóng Khi kiểm tra
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11




























Kỹ thuật thi công Tư vấn giám sát Đại diện Chủ đầu tư
Ký tên Ký tên Ký tên


A3. Nhật ký rung hạ cọc ống

Tên Nhà thầu:.................................................................
Công trình: ....................................................................
Nhật ký rung hạ cọc ống
( Từ N0.....................đến N0.................)
Bắt đầu.....................Kết thúc......................
1. Loại búa rung
2. Loại và trọng lượng của mũ cọc, kg
Cọc số ( theo mặt bằng bãi cọc
1. Ngày tháng
2. Đường kính ngoài............................................... Chiều dày thành
3. Số lượng và chiều dài các đoạn cọc
4. Loại mối nối của các đoạn cọc.
5. Cao độ tuyệt đối của mặt đất cạnh cọc.
6. Cao độ tuyệt đối của mũi cọc .
7. Cao độ của nút đất trong lòng cọc
8. Tốc độ lún trong lần đo sau cùng




N0 lần đo

Thời gian đo, phút

Độ lún trong lần đo, cm

Thời gian nghỉ, phút Số liệu về vận hành búa rung Cao độ của đất trong lòng cọc


Ghi chú
Lực kích động, tấn Cường độ dòng điện,
A Điện thế dòng điện, V Biên độ dao động, mm
Trước khi đào bỏ
Sau khi đào bỏ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11












Kỹ thuật thi công Tư vấn giám sát Đại diện Chủ đầu tư
Ký tên Ký tên Ký tên

A.4. Tổng hợp rung hạ cọc
Tên Nhà thầu:.................................................................
Công trình: ....................................................................
Báo cáo tổng hợp rung hạ cọc
( Từ N0.....................đến N0.................)
Bắt đầu.....................Kết thúc......................



TT

Tên cọc

Loại cọc

Ngàyca Độ sâu, m


Loại búa rung Các số liệu về lần đo sau cùng

Ghi chú

Thiết kế
Thực tế Lực kích động, tấn Công suất yêu cầu, KW Tốc độ hạ, m/ph Cao độ lõi đất, m
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

























Kỹ thuật thi công Tư vấn giám sát Đại diện Chủ đầu tư
Ký tên Ký tên Ký tên









A.5. Nhật ký ép cọc

Tên Nhà thầu:.................................................................
Công trình: ....................................................................
Nhật ký ép cọc
( Từ N0.....................đến N0.................)
Bắt đầu.....................Kết thúc......................
1. Loại máy ép cọc
2. áp lực tối đa của bơm dầu, kg/cm2
3. Lưu lượng bơm dầu, l/ phút
4. Diện tích hữu hiệu của pittông, cm2
5. Số giấy kiểm định
Cọc số ( theo mặt bằng bãi cọc)
1. Ngày tháng ép
2. Số lượng và chiều dài các đoạn cọc
3. Cao độ tuyệt đối của mặt đất cạnh cọc.
4. Cao độ tuyệt đối của mũi cọc
5. Lực ép quy định trong thiết kế ( min, max), tÊn

Ngày, giờ ép Độ sâu ép Giá trị lực ép Ghi chú
ký hiệu đoạn độ sâu, m áp lực, kg/cm2 lực ép,
tấn
1 2 3 4 5 6

















Kỹ thuật thi công Tư vấn giám sát Đại diện Chủ đầu tư
Ký tên Ký tên Ký tên

A.6. Tổng hợp ép cọc

Tên Nhà thầu:.................................................................
Công trình: ....................................................................
Báo cáo tổng hợp ép cọc
( Từ N0.....................đến N0.................)
Bắt đầu.....................Kết thúc......................

TT Tªn cäc Ngµy/ca Lo¹i cäc Ký hiÖu ®o¹n cäc Lùc Ðp khi dõng, tÊn §é s©u, m Lo¹i m¸y Ðp Ghi chó
ThiÕt kÕ Thùc tÕ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

























Kỹ thuật thi công Tư vấn giám sát Đại diện Chủ đầu tư
Ký tên Ký tên Ký tên

Phụ lục B
(tham khảo)

Hư hỏng cọc bê tông cốt thép khi đóng
Khi đóng cọc bê tông cốt thép có thể xảy ra các hư hỏng sau đây có liên quan tới công nghệ đóng:
- rạn nứt và sứt mẻ đầu cọc;
- có khe nứt dọc ở bất kỳ đoạn nào trên thân cọc, nhưng thường có nhiều ở đoạn đầu cọc;
- khe nứt ngang thường ở vùng đầu hoặc giữa 1/ 3 thân cọc;
- khe nứt ngang, chuyển thành khe nứt xiên 450 ở phần cọc trên mặt đất.
Nguyên nhân hư hỏng dạng thứ nhất thường do tập trung ứng suất cục bộ do nhát đập của búa không chính tâm, hoặc do các tấm giảm xung ở mũ cọc không đạt yêu cầu gây ra. Cho nên khi thi công đóng cọc cần thường xuyên kiểm tra độ đồng trục của cọc, mũ cọc và búa, trạng thái các tấm đệm giảm xung trên và dưới của mũ cọc đặc biệt là độ vuông góc của mặt phẳng tấm đệm trên và mặt phẳng đầu cọc so với trục cọc; độ đồng nhất của vật liệu tấm đệm dưới cũng như độ khe hở của hệ động với cần búa.
Sự xuất hiện các vết nứt dọc thân cọc có quan hệ với sự gia tăng chung của ứng suất vượt quá sức bền chịu nén động của bê tông cọc dưới tác dụng của tải trọng lặp. Hư hỏng này khả dĩ nhất là do chiều cao rơi búa lớn hoặc tấm đệm giảm xung quá cứng. Nguyên nhân khác có thể là mũi cọc gặp đất quá cứng hoặc chướng ngại rắn. Khi đó sẽ tạo ra sóng nén phản hồi cộng vào với sóng nén trực diện làm tăng ứng suất nén trong thân cọc. Ngăn ngừa hư hỏng này bằng cách giảm chiều cao rơi búa và thay các tấm đệm có độ đàn hồi lớn hơn. Thường hay dùng cách thay vật liệu tấm đệm vì cách này ít ảnh hưởng tới độ chối của nhát búa. ứng suất nén lớn nhất trong cọc khi đóng có thể xác định theo phương pháp trình bày trong phụ lục 8.
Khi độ chối của cọc bị giảm nhiều (nhỏ hơn 0.2 cm) do dùng các biện pháp trên, mà cần phải hạ cọc tới độ sâu thiết kế, nên chuyển đổi dùng búa nặng hơn hoặc tìm cách giảm sức kháng của đất ( khoan dẫn, xói nước v.v).
Một trong những nguyên nhân gây nứt ngang là do thân cọc bị uốn khi mũi cọc bị lệch khỏi hướng xuất phát vì gặp chướng ngại hoặc cần búa bị lệch, bị lắc. Nếu cần búa bị lệch thì nguyên nhân chính là máy chủ đứng trên nền lún không đều. Hiện diện của mô men uốn, quan hệ với độ lệch của cọc hoặc búa đóng so với vị trí ban đầu dễ dàng nhận ra do cọc bị xô về một phía sau khi nâng búa và mũ cọc ra ngoài. Cho nên khi đóng cọc cần phải theo dõi độ thẳng đứng của cọc theo hai phương vuông góc nhau bằng máy trắc đạc.
Nguyên nhân khác gây vết nứt ngang là các sóng kéo, có thể hình thành trong cọc khi bắt đầu đóng, cũng như khi mũi cọc xuyên trong đất yếu hoặc khi dùng xói nước, khoan dẫn.
Sức kháng của đất bị yếu biểu hiện qua độ chối có trị số lớn, vì thế khi không cho phép xuất hiện vết nứt ngang cần phải khống chế độ chối lớn nhất trong thời gian đóng cọc BTCT theo độ dài như sau:

đến 10 m - 5  6 cm
10  15 m - 4  5 cm
15  20 m - 3  4 cm
trên 20 m - 2  3 cm
Khi độ chối lớn hơn các trị sốnêu trên cần giảm chiều cao rơi búa hoặc dùng vật liệu đệm ít cứng hơn.
ứng suất kéo lớn nhất trong cọc khi đóng có thể xác định theo phương pháp trình bày trong phụ lục C.
Vết nứt xiên ( thường với góc gần 450) thường xuất hiện do các nội lực xoắn gây ra khi mũ cọc hoặc cọc bị xoay, hoặc do tác dụng đồng thời của lực kéo và xoắn. Dấu hiệu của tác dụng mô men xoắn là độ xoay của đầu cọc so với vị trí ban đầu khị nâng búa và mũ cọc ra và có vết tì một góc của cọc vào tấm đệm gỗ dưới. Khi đó cần phải xoay cần búa, hoặc dùng mũ cọc có cấu tạo không cản trở cọc xoay quanh trục, hoặc chuyển sang cọc tròn.
Phụ lục C
(tham khảo)

Xác định ứng suất động trong cọc BTCT khi đóng
1. Theo quy phạm Liên xô
Lời giải trình bày dưới đây dựa trên lý thuyết sóng nhát đập được Kanshin- Plutalov- Smidth giản lược. Thực chất của phương pháp này như sau. Cọc được chia thành nhiều phần tử cứng, nối với nhau bằng các liên kết kể đến đặc trưng biến dạng của vật liệu cọc. Đầu búa, sabô, mũ cọc được xem như các phần tử trong hệ. Đệm gỗ giảm xung mang tính đàn- nhớt, đất nền xung quanh cọc và dưới mũi cọc có tính đàn- nhớt dẻo. Đối với mỗi phần tử của hệ quy ước người ta thành lập hệ phương trình mô tả trạng thái của phần tử trong khoảng thời gian rất ngắn t, đủ để xem tác động của các phần tử kề bên và môi trường đất bên ngoài lên phần tử đang xét và tốc độ dịch chuyển của nó là cố định. Bằng cách giải lặp tuần tự các phương trình cho từng phần tử có thể xác định nội lực ở biên và suy ra các ứng suất tại thời điểm bất kỳ trong chu trình nhát đập. Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về lý thuyết truyền sóng được công bố trong các hội nghị quốc tế. Tuy nhiên cách tính ứng suất động bằng cách tra bảng của các tác giả Liên Xô vẫn có thể áp dụng cho công tác đóng cọc.
Trị số ứng suất động nén, kéo lớn nhất trong thân cọc BTCT, bố trí cốt thép dọc đến 0.05, do búa ống đi- ê-zen và búa hơi đơn động gây ra có thể tính theo công thức:
n,k = K K1 K2 K3 K4, (C1)
trong đó: n,k - ứng suất nén, kéo trong thân cọc, kG / cm2;
K - hệ số tin cậy lấy bằng 1.1 cho ứng suất nén và 1.3 cho ứng suất kéo;
K1 - hệ số, phụ thuộc vào tỷ số trọng lượng phần đập của búa trên diện tích tiết diện ( netto) cọc, kG / cm2;
K2 - hệ số, phụ thuộc vào chiều cao rơi tính toán phần đập của búa, H;
K3 - hệ số, phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu tấm đệm dưới của mũ cọc;
K4 - hệ số, phụ thuộc vào chiều dài L của cọc, và cường độ tiêu chuẩn, Rn, của đất nền dưới mũi cọc, tính theo các chỉ tiêu cường độ của đất nền, theo bảng A1 của “ Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc”;
Trị số của các hệ số K1, K2, K3, K4 cho búa đi-ê-zen kiểu ống cho trong các bảng
C1  C4, cho búa hơi đơn động trong các bảng C5  C8 dưới dạng phân số, tử số dùng tính ứng suất nén, mẫu số dùng tính ứng suất kéo.
B¶ng C1- HÖ sè K1

Q/F, kG/ cm2 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

K1,kG/ cm2 131

73 148

65 161

58 170

51 178

45 186

39


B¶ng C1- HÖ sè K1(tiÕp theo)

Q/F, kG/ cm2 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

K1,kG/ cm2 193

33 199

28 205

23 210

19 215

16 220

13


B¶ng C2- HÖ sè K2

• ChiÒu cao r¬i H, cm

150
175
200
225
250
275
300

K2 0.58

0.35 0.76

0.45 0.84

0.55 0.92

0.75 1.00

1.00 1.08

1.25 1.16

1.55


B¶ng C3- HÖ sè K3

§é cøng ®Öm Kp, kg/ cm2
50
100
150
200
300
400
500

K3 0.58

0.20 0.78

0.40 0.87

0.60 0.94

0.80 1.05

1.16 1.14

1.36 1.22

1.50


B¶ng C3- HÖ sè K3 (tiÕp theo)

§é cøng ®Öm Kp, kg/ cm2
600
700
800
900
1000
1100
1200

K3 1.29

1.60 1.35

1.67 1.41

1.72 1.47

1.76 1.52

1.80 1.57

1.83 1.62

1.85


Îang C4-HÖ sè K4

ChiÒu dµi cäc,
L, m HÖ sè K4 øng víi c­êng ®é tiªu chuÈn cña ®Êt nÒn d­íi mòi cäc Rn, T/m2

1100 800 600 400 250 150 100 50

25


20


16


12


8

1.03

0.44
1.02

0.40
1.01

0.35
0.99

0.30
0.98

0.20 1.03

0.66
1.01

0.60
1.00

0.53
0.99

0.44
0.97

0.30 1.02

0.88
1.01

0.80
1.00

0.70
0.98

0.59
0.96

0.40 1.02

1.10
1.00

1.00
0.99

0.88
0.97

0.74
0.95

0.50 1.01

1.37
1.00

1.25
0.98

1.10
0.96

0.93
0.93

0.63 1.01

1.65
0.99

1.50
0.97

1.32
0.94

1.11
0.92

0.75 1.00

1.93
0.98

1.75
0.96

1.54
0.92

1.29
0.88

0.88 1.00

2.58
0.98

2.25
0.95

2.00
0.91

1.70
0.86

1.30


B¶ng C5- HÖ sè K1


Q/F, kG/ cm2 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

K1, kG/ cm2 140

82 155

64 165

48 177

36 185

28 196

22 203

18 209

15


B¶ng C6- HÖ sè K2


• ChiÒu cao r¬i H, cm

20
40
60
80
100
120

K2 0.55

0.47 0.71

0.67 0.87

0.84 1.00

1.00 1.12

1.14 1.23

1.27


B¶ng C7- HÖ sè K3

§é cøng ®Öm Kp, kg/ cm2
50
100
150
200
300
400
500

K3 0.50

0.47 0.78

0.40 0.87

0.60 0.94

0.80 1.05

1.21 1.14

1.48 1.20

1.65


Báng C7- HÖ sè K3 (tiÕp theo)

§é cøng ®Öm Kp, kg/ cm2
600
700
800
900
1000
1100
1200

K3 1.32

1.76 1.40

1.84 1.48

1.90 1.56

1.95 1.64

2.00 1.72

2.04 1.79

2.08

Báng C8- HÖ sè K4

ChiÒu dai cäc,
L, m HÖ sè K4 øng víi c­êng ®é tiªu chuÈn cña ®Êt nÒn d­íi mòi cäc Rn, T/m2

1100 800 600 400 250 150 100 50

25


20


16


12


8

1.04

0.52
1.03

0.47
1.02

0.40
1.00

0.30
0.96

0.16 1.03

0.78
1.02

0.70
1.02

0.60
0.99

0.44
0.95

0.24 1.03

1.04
1.02

0.94
1.01

0.80
0.98

0.59
0.94

0.32 1.02

1.30
1.01

1.17
1.00

1.00
0.97

0.74
0.93

0.40 1.02

1.56
1.01

1.41
1.00

1.20
0.97

0.89
0.93

0.48 1.01

1.82
1.01

1.64
1.00

1.40
0.97

1.03
0.93

0.56 1.01

2.03
1.00

1.87
0.99

1.60
0.96

1.18
0.92

0.64 1.01

2.40
1.00

2.20
0.99

1.90
0.96

1.50
0.92

0.90

Chú thích: 1. Để xác định ứng suất nén lớn nhất khi đóng bằng búa đi-ê-zen cần theo công thức (1) riêng hệ số K lấy bằng 1, còn các hệ số khác như trong bảng C1  C4;
2. Các giá trị trung gian của các hệ số trong bảng C1C8 lấy theo chia khoảng;
3. Tổn thất năng lượng trong kết cấu búa lấy bằng 15% cho búa ống và 10% cho búa hơi đơn động. Với các tổn thất trong phạm vi nêu trên thì trị số chiều cao rơi búa tính toán, H, trong bảng C2 và C6 trùng với chiều cao rơi thực tế. Khi tổn thất khác các giá trị nêu trên thì chiều cao rơi búa tính toán và thực tế có quan hệ sau:
(C2)
H và H1 - chiều cao rơi búa tính toán và thực tế;
m’- hệ số tổn thất năng lượng thực tế, trong búa đi-ê-zen ống lấy bằng
0.8  0.9, trong búa hơi lấy bằng 0.7  0.9
m- hệ số tổn thất năng lượng tính toán, trong búa đi-ê-zen ống lấy bằng 0.85, trong búa hơi lấy bằng 0.9.
4. Độ cứng của tấm đệm Kp tính theo công thức:
(C3)
Ett - mô đun đàn hồi tính toán của vật liệu tấm đệm, kG/cm2, lấy theo bảng C9 phụ thuộc vào ứng suất nén cho trước lớn nhất  trong cọc. Nếu khi tính theo công thức (1) được ứng suất n chênh với  quá 10% thì phải tra bảng tính lại;
Kn - hệ số nén chặt của vật liệu tấm đệm, lấy theo bảng C9;
lb - chiều dày ban đầu của tấm đệm trước khi nén, cm.
Độ cứng của tấm đệm nhiều lớp xác định theo công thức:
(C4)

Bảng C9- Mô đun đàn hồi của tấm đệm mũ cọc


TT
Vật liệu tấm đệm
Hệ số nén
Kpn Mô đun Ett, kG/cm2 ứng với ứng suất ,
kG/ cm2 cho trước là:
50 100 150 200 250
1
2

3
4 Gỗ thông mọi loại thớ
Gỗ sồi thớ vuông góc với hướng nén
Ván ép
Cao su chịu nhiệt có độ xốp, %:
10
15
20
25 0.40
0.60

0.70


1
1
1
1 900
2600

2800


1100
800
600
500 1700
3400

3800


2300
1800
1500
1300 2500
4100

4100


3200
2600
2300
2000 3200
4600

4600


3700
3200
2900
2700 3600
4800

4800


3900
3500
3200
3000

5. Trong trường hợp cần thiết có thể dùng công htức (1) để giải bài toán ngược.

Thí dụ tính toán. Cọc BTCT tiết diện 40 x 40 cm, dài 16 m đóng bằng búa D35 vào đất sét dẻo cứng(IL = 0.4) đến độ sâu 15m. Vật liệu tấm đệm mũ cọc là ván xẻ thớ ngang hướng đóng. Chiều dày ban đầu trước khi nén là 20 cm. Số nhát búa cho phép trước khi đổi tấm đệm là 1000.
Xác định ứng suất nén lớn nhất ở đầu cọc và ứng suất kéo lớn nhất trong thân cọc lúc khởi đầu đóng với chiều cao rơi búa là 170 cm; tính ứng suất nén lớn nhất ở đầu cọc khi sắp kết thúc với chiều cao rơi 220 cm. Trọng lượng phần đập quả búa 3500 kG. Tổng trọng lượng quả búa 7200 kG, trọng lượng mũ cọc 500kG, tổn thất năng lượng trong búa 15%

1. Tính các thông số cần thiết
a) Q / F = 3500 / 40 / 40 = 2.2 kG / cm2
b) Lúc khởi đầu đóng, sức kháng của đất nền dưới mũi cọc bằng tổng trọng lượng búa, mũ cọc và cọc chia cho diện tích tiết diện cọc:
Rn0 = (7.2 +0.5 +6.4) / 0.16 = 90 T/ m 2
c) Khi kết thúc đóng, sức kháng của đất nền dưới mũi cọc( tra bảng A1 của Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc) là Rn15 = 280 T/ m2.

2. Tính ứng suất nén lớn nhất ở đầu cọc khi mới đóng
a) Theo bảng 1 tính ra K1 = 199.
b) Theo bảng 2, với H = 170 cm, tính ra K2 = 0.71.
c) Giả sử ứng suất nén  = 150 kG/cm2, tính độ cứng của tấm đệm ván xẻ theo công thức (3) : Kp = 2500 / 0.4 / 20 = 312 kG/ cm3
d) Theo bảng 3 tính ra K3 = 1.06.
e) Theo bảng 4 tính ra K4 = 0.96
f) Theo công thức (1) ta có ứng suất nén lớn nhất ở đầu cọc khi mới đóng là:
n = 1.10 x 199 x 0.71 x 1.06 x 0.96 = 158 kG/ cm2.
Trị số này so với trị số tạm tính  = 150 kG/cm2 không chênh nhau đáng kể , nên lấy ứng suất nén là n = 158 kG/cm2 .

3. Tính ứng suất kéo lớn nhất ở đầu cọc khi mới đóng
a) Theo bảng 1 tính ra K1 = 28.
b) Theo bảng 2, với H = 170 cm, tính ra K2 = 0.71.
c) Theo bảng 9, với ứng suất nén  = n = 158 kG/cm2, mô đun đàn hồi tính toán của đệm là 2610 kG/ cm2; tính độ cứng của tấm đệm ván xẻ theo công thức (3) : Kp = 2610 / 0.4 / 20 = 326 kG/ cm3
d) Theo bảng 3 tính ra K3 = 1.21.
e) Theo bảng 4 tính ra K4 = 1.63.
f) Theo công thức (1) ta có ứng suất kéo lớn nhất ở thân cọc khi mới đóng là:
k = 1.3 x 28 x 0.43 x 1.21 x 1.63 = 31 kG/ cm2.

4. Tính ứng suất nén lớn nhất ở đầu cọc khi sắp kết thúc
a) Theo bảng 1 tính ra K1 = 199.
b) Theo bảng 2, với H = 220 cm, tính ra K2 = 0.90.
c) Giả thiết ứng suất nén lớn nhất là 200 kG/ cm2, theo bảng 9 mô đun đàn hồi của gỗ là 3200 kg /cm2; tính độ cứng của tấm đệm ván xẻ theo công thức (3) : Kp = 3200 / 0.4 / 20 = 400 kG/ cm3
d) Theo bảng 3 tính ra K3 = 1.14.
e) Theo bảng 4 vói L = 16 m, Rn15 = 280 T/ m2 tính ra K4 = 1.0.
f) Theo công thức (1) ta có ứng suất nén lớn nhất ở đầu cọc là:
n = 1.1 x 199 x 0.9 x 1.14 x 1.0 = 222 kG/ cm2.
Trị số này so với trị số tạm tính  = 200 kG/cm2 chênh nhau đáng kể , nên tính lại với là n = 222 kG/cm2, mô đun đàn hồi sẽ là 3640 kG/ cm2 và độ cứng của tấm đệm sẽ là: Kp = 3640 / 0.4 / 20 = 455 kG/ cm3 .
g) Theo bảng 3 tính ra K3 = 1.14.
h) Theo công thức (1) ta có ứng suất nén lớn nhất ở đầu cọc là:
n = 1.1 x 199 x 0.9 x 1.18 x 1.0 = 232 kG/ cm2.

C.2. Theo Broms B.B.
ứng suất nén lớn nhất có thể xác định theo công thức:

ở đây: n = ứng suất nén lớn nhất trong cọc (kG/cm2);
H = độ cao rơi búa, cm;
 = 0.6 đối với búa rơi tự do;
 = 2 đối với búa điêzen;
e = hệ số hiệu suất búa- cọc, e = 0.6 cho búa rơi tự do và e = 0.8 cho búa điêzen;
F = diện tích tiết diện, cm2;
Ee = mô đun đàn hồi, kG/cm2;
 = trọng lượng đơn vị, kG/cm3;
các ký hiệu h, c, p ở chân của Ee , , F tương ứng cho búa(hammer), đệm cọc(cushion) và cọc(pile).
ứng suất kéo trong cọc BTCT thường dao động trong khoảng 30  40% n. Nên thiết kế chống nứt do kéo ở ba cấp ứng suất kéo là 50, 55 và 60 kG/cm2.











Phụ lục D
(tham khảo)

Cấu tạo mũ cọc
Mũ cọc có vai trò rất quan trọng trong công tác thi công cọc đóng, vừa đảm bảo cho cọc không bị nứt, vỡ, mà còn giữ cho sabô của búa không bị hư hại. Thông thường các cơ sở sản xuất búa đều cung cấp đồng bộ cả giàn búa cùng loại mũ cọc tương ứng. Tuy nhiên, trong điều kiện nước ta chưa chế tạo được dàn búa, có thể thay thế mũ cọc chế sẵn bằng cách tự gia công bằng hàn. Phụ lục giới thiệu các thành phần cấu tạo chính của mũ cọc để có thể gia công được mũ cọc khi cần thiết.
Khi đóng cọc bằng búa hơi đơn động và búa đi-ê-zen kiểu ống nên dùng mũ cọc dạng chữ H đúc hoặc hàn có khoang trên và khoang dưới. Khi đóng cọc bằng búa đi-ê-zen kiểu cần và búa hơi song động có thể dùng mũ cọc dạng chữ U chỉ có mình khoang dưới( xem hình vẽ).
Mũ cọc phải có lỗ tai hoặc vòng treo để ngoắc vào đầu búa trong tư thế thẳng đứng bằng cáp. Khoang trên thường có dạng hình tròn sâu 100 150 mm cho búa hơi và 200300 mm cho búa đi-ê-zen. Khoang trên chứa giảm chấn để giảm tải trọng động lên búa cũng như lên chính mũ cọc. Đường kính khoang trên thường rộng hơn đường kính sabô của búa khoảng 10  15 mm hoặc không nhỏ hơn kích cỡ ngoài của búa hơi.
Giảm chấn trên thường được làm từ các loại gỗ cứng (sồi, thông, sến, táu, lát...) cắt dọc thớ, đặt vuông góc chuẩn với trục chính. Bề dày của tấm giảm chấn trên phụ thuộc vào trọng
lượng phần đập của búa; với búa đi-ê-zen kiểu ống có trọng lượng phần đập là 1250, 1800, 2500, 3500, 5000 kG thì chiều dày đệm không nhỏ hơn tương ứng là 150, 200, 200, 250, 300 mm; với búa hơi không nhỏ hơn 250  300 mm.
Nghiêm cấm việc dùng tấm giảm chấn trên đã bị giập nát, có thể xảy ra nhát đập trực tiếp của búa vào mũ thép.
Kích cỡ khoang dưới của mũ cọc thường chỉ rộng hơn kích thước tiết diện coc 1 cm. Chiều sâu khoang dưới khoảng 500 - 600 mm. Tấm giảm chấn dưới có thể làm từ các vật liệu khác nhau( xem bảng 9 phụ lục 8). Bề dày của đệm dưới khi đóng cọc bê tông cốt thép phụ thuộc vào vật liệu đệm, tính năng kỹ thuật của búa và cọc, đặc điểm đất nền và xác định nhờ tính toán (xem phụ lục C).


Kích cỡ khoang dưới của mũ cọc thường chỉ rộng hơn kích thước tiết diện coc 1 cm. Chiều sâu khoang dưới khoảng 500 - 600 mm. Tấm giảm chấn dưới có thể làm từ các vật liệu khác nhau( xem bảng 9 phụ lục C). Bề dày của đệm dưới khi đóng cọc bê tông cốt thép phụ thuộc vào vật liệu đệm, tính năng kỹ thuật của búa và cọc, đặc điểm đất nền và xác định nhờ tính toán (xem phụ lục C).
Phụ lục E
(tham khảo)

Biểu ghi độ chối đóng cọc
• LÇn ®o:































Ng­êi ®o: Kü thuËt Nhµ thÇu: T­ vÊn gi¸m s¸t:

VÝ dô: BiÓu ghi ®é chèi cäc ®ãng t¹i Nhµ m¸y xi m¨ng Nghi S¬n

Các giải pháp thi công tầng hầm

Các giải pháp thiết kế và thi công tầng hầm nhà cao tầng
I. Đặt vấn đề
Trong thiết kế nhà cao tầng hiện nay ở Hà Nội, hầu hết đều có tầng hầm để giải quyết vấn đề đỗ xe và các hệ thống kỹ thuật của toàn nhà. Phổ biến là các công trình cao từ 10 đến 30 tầng được thiết kế từ một đến hai tầng hầm để áp ứng yêu cầu sử dụng của chủ đầu tư trong hoàn cảnh công trình bị khống chế chiều cao và khuôn viên đất có hạn... Việc xây dựng tầng hầm trong nhà cao tầng đã tỏ ra có hiệu quả tốt về mặt công năng sử dụng và phù hợp với chủ trương quy hoạch của thành phố. Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có báo cáo tổng kết về tình hình kinh tế - kỹ thuật cho các công trình trên địa bàn thành phố, cho dù các công trình cao tầng kết hợp tầng hầm đã trở nên rất phổ biến.
Bài này đề cập đến các giải pháp thiết kế, thi công hiện nay cho dạng công trình này và ưu nhược điểm của từng giải pháp. Đồng thời so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật giữa các giải pháp thiết kế - thi công dùng tường cừ thép, tường vây barrette và các giải pháp thi công khác để qua đó rút ra những tổng kết ban đầu cho công tác thiết kế, thi công tầng hầm trong nhà cao tầng nhằm đáp ứng được công năng sử dụng và giá thành hợp lý trên địa bàn Hà Nội.
II. Tổng quan việc thiết kế nhà cao tầng có tầng hầm ở Hà Nội
Hiện nay công trình nhà cao tầng thường có từ một đến hai tầng hầm, trong đó nhà một tầng hầm là chủ yếu. Bảng 1. Thống kê một số công trình có hai tầng hầm trên địa bàn thành phố.
Bảng 1

TT Tên công trình Thiết kế Đơn vị
thi công Đặc điểm thi công tầng hầm
1 Văn phòng và chung cư 27 Láng Hạ CDCC Bachy Soletanche
Cty XD số 1 HN - Tường barrette
- Đào hở, chống bằng dàn thép
2 Trụ sở kho bạc NN 32 Cát Linh CDCC Delta - Tường barrette
- Top – down
3 Toà nhà 70-72 Bà Triệu CDCC Delta - Tường barrette
- Top – down
4 VP và Chung cư 47 Huỳnh Thúc Kháng VNCC Đông Dương - Tường barrette
- Top – down
5 Toà nhà Vincom 191 Bà Triệu VNCC Delta - Tường barrette
- Top – down
6 Chung cư cao tầng 25 Láng hạ VNCC Cty XD số 1 HN - Tường barrette
- Top – down
7 TT Viễn thông VNPT 57 Huỳnh Thúc Kháng CDC Bachy Soletanche - Tường barrette
- Không chống
8 Toà nhà tháp đôi HH4 Mỹ Đình CDC TCty XD Sông Đà - Tường barrette
- Đào hở, chống bằng dàn thép
9 Trụ sở văn phòng 59 Quang Trung Cty KT& XD- Hội KTS Cty XD số 1, HN - Tường barrette
- Top – down
10 Ocean Park số 1 Đào Duy Anh Tr. ĐH KT HN Cty XD số 1, HN - Tường bê tông thường
- Cọc xi măng đất
11 Khách sạn Sun Way
19 Phạm Đình Hổ - Tường barrette
- Neo trong đất
12 Toà nhà tháp Viet- combank Indochine Group - Tường barrette
- Neo trong đất
13 Pacific Place* 83 Lý Thường Kiệt Archrtype,
Pháp Cty XD Sông Đà 2 - Tường barrette
- Top – down
* Riêng công trình Pacific Place có 05 tầng hầm.
Thống kê:
a.Loại tường:
- Tường barrette: 92%
- Tường bê tông thường: 8%
b. Phương pháp thi công hầm:
- Chống bằng thép hình: 15%;
- Top - down: 54%;
- Neo trong đất: 15%;
- Cọc xi măng đất: 8%;
- Không chống: 8%.
III. Các giải pháp thi công chủ yếu tường hầm
Khi thi công tầng hầm cho các công trình nhà cao tầng, một vấn đề phức tạp đặt ra là giải pháp thi công hố đào sâu trong khu đất chật hẹp liên quan đến các yếu tố kỹ thuật và môi trường. Thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng trong đất nền xung quanh khu vực hố đào và có thể làm thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bị dịch chuyển và có thể lún gây hư hỏng công trình lân cận nếu không có giải pháp thích hợp.
Các giải pháp chống đỡ thành hố đào thường được áp dụng là: tường cừ thép, tường cừ cọc xi măng đất, tường cừ barrette. Yêu cầu chung của tường cừ là phải đảm bảo về cường độ cũng như độ ổn định dưới tác dụng của áp lực đất và các loại tải trọng do được cắm sâu vào đất, neo trong đất hoặc được chống đỡ từ trong lòng hố đào theo nhiều cấp khác nhau.
Dưới đây tóm tắt các giải pháp thiết kế, thi công chủ yếu phục vụ việc chống giữ ổn định thành hố đào sâu:
1. Tường vây barrette
Là tường bêtông đổ tại chỗ, thường dày 600-800mm để chắn giữ ổn định hố móng sâu trong quá trình thi công. Tường có thể được làm từ các đoạn cọc barette, tiết diện chữ nhật, chiều rộng thay đổi từ 2.6 m đến 5.0m. Các đoạn tường barrette được liên kết chống thấm bằng goăng cao su, thép và làm việc đồng thời thông qua dầm đỉnh tường và dầm bo đặt áp sát tường phía bên trong tầng hầm. Trong trường hợp 02 tầng hầm, tường barrette thường được thiết kế có chiều sâu 16-20m tuỳ thuộc vào địa chất công trình và phương pháp thi công. Khi tường barrette chịu tải trọng đứng lớn thì tường được thiết kế dài hơn, có thể dài trên 40m (Toà nhà 59 Quang Trung) để chịu tải trong như cọc khoan nhồi.
Tường barrette được giữ ổn định trong quá trình thi công bằng các giải pháp sau:
1.1. Giữ ổn định bằng Hệ dàn thép hình
Số lượng tầng thanh chống có thể là 1 tầng chống, 2 tầng chống hoặc nhiều hơn tuỳ theo chiều sâu hố đào, dạng hình học của hố đào và điều kiện địa chất, thuỷ văn trong phạm vi chiều sâu tường vây.
a. Ưu điểm: trọng lượng nhỏ, lắp dựng và tháo dỡ thuận tiện, có thể sử dụng nhiều lần. Căn cứ vào tiến độ đào đất có thể vừa đào, vừa chống, có thể làm cho tăng chặt nếu có hệ thống kích, tăng đơ rất có lợi cho việc hạn chế chuyển dịch ngang của tường.
b. Nhược điểm: độ cứng tổng thể nhỏ, mắt nối ghép nhiều. Nếu cấu tạo mắt nối không hợp lý và thi công không thoả đáng và không phù hợp với yêu cầu của thiết kế, dễ gây ra chuyển dịch ngang và mất ổn định của hố đào do mắt nối bị biến dạng.
1.2. Giữ ổn định bằng phương pháp neo trong đất
Thanh neo trong đất đã được ứng dụng tương đối phổ biến và đều là thanh neo dự ứng lực. Tại Hà Nội, công trình Toà nhà Tháp Vietcombank và Khách sạn Sun Way đã được thi công theo công nghệ này. Neo trong đất có nhiều loại, tuy nhiên dùng phổ biến trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng là Neo phụt.
Ưu điểm: Thi công hố đào gọn gàng, có thể áp dụng cho thi công những hố đào rất sâu.
Nhược điểm: Số lượng đơn vị thi công xây lắp trong nước có thiết bị này còn ít. Nếu nền đất yếu sâu thì cũng khó áp dụng.
1.3. Giữ ổn định bằng phương pháp thi công Top - down
Phương pháp thi công này thường được dùng phổ biến hiện nay. Để chống đỡ sàn tầng hầm trong quá trình thi công, người ta thường sử dụng cột chống tạm bằng thép hình (l đúc, l tổ hợp hoặc tổ hợp 4L...). Trình tự phương pháp thi công này có thể thay đổi cho phù hợp với đặc điểm công trình, trình độ thi công, máy móc hiện đại có.
Ưu điểm:
- Chống được vách đất với độ ổn định và an toàn cao nhất.
- Rất kinh tế;
- Tiến độ thi công nhanh.
Nhược điểm:
- Kết cấu cột tầng hầm phức tạp;
- Liên kết giữa dầm sàn và cột tường khó thi công;
- Công tác thi công đất trong không gian tầng hầm có chiều cao nhỏ khó thực hiện cơ giới.
- Nếu lỗ mở nhỏ thì phải quan tâm đến hệ thống chiếu sáng và thông gió.
2. Tường bao bê tông dày 300-400mm
2.1 Giữ ổn định bằng tường cừ thép
Tường cừ thép cho đến nay được sử dụng rộng rãi làm tường chắn tạm trong thi công tầng hầm nhà cao tầng. Nó có thể được ép bằng phương pháp búa rung gồm một cần trục bánh xích và cơ cấu rung ép hoặc máy ép êm thuỷ lực dùng chính ván cừ đã ép làm đối trọng. Phương pháp này rất thích hợp khi thi công trong thành phố và trong đất dính.
Ưu điểm:
- Ván cừ thép dễ chuyên chở, dễ dàng hạ và nhổ bằng các thiết bị thi công sẵn có như máy ép thuỷ lực, máy ép rung.
- Khi sử dụng máy ép thuỷ lực không gây tiếng động và rung động lớn nên ít ảnh hưởng đến các công trình lân cận.
- Sau khi thi công, ván cừ rất ít khi bị hư hỏng nên có thể sử dụng nhiều lần.
- Tường cừ được hạ xuống đúng yêu cầu kỹ thuật có khả năng cách nước tốt.
- Dễ dàng lắp đặt các cột chống đỡ trong lòng hố đào hoặc thi công neo trong đất.
Nhược điểm:
- Do điều kiện hạn chế về chuyên chở và giá thành nên ván cừ thép thông thường chỉ sử dụng có hiệu quả khi hố đào có chiều sâu ≤ 7m.
- Nước ngầm, nước mặt dễ dàng chảy vào hố đào qua khe tiếp giáp hai tấm cừ tại các góc hố đào là ngụyên nhân gây lún sụt đất lân cận hố đào và gây khó khăn cho quá trình thi công tầng hầm.
- Quá trình hạ cừ gây những ảnh hưởng nhất định đến đất nền và công trình lân cận.
-Rút cừ trong điều kiện nền đất dính thường kéo theo một lượng đất đáng kể ra ngoaì theo bụng cừ, vì vậy có thể gây chuyển dịch nền đất lân cận hố đào.
- Ván cừ thép là loại tường mềm, khi chịu lực của đất nền thường biến dạng võng và là một trong những nguyên nhân cơ bản nhất gây nên sự cố hố đào.
2.2. Giữ ổn định bằng cọc Xi măng đất
Cọc xi măng đất hay cọc vôi đất là phương pháp dùng máy tạo cọc để trộn cưỡng bức xi măng, vôi với đất yếu. Ở dưới sâu, lợi dụng phản ứng hoá học - vật lý xảy ra giữa xi mưng (vôi) với đất, làm cho đất mềm đóng rắn lại thành một thể cọc có tính tổng thể, tính ổn định và có cường độ nhất định. Tại công trình Ocean Park (số 1 - Đào Duy Anh - Hà Nội) đã dùng tường cừ bằng cọc xi măng đất sét. Địa hình khu đất trước khi xây dựng tương đối bằng phẳng, phần lớn khoảng lưu không có chiều rộng trên 5m. Chiều sâu hố móng cần đào: phần giữa sâu 7.8m; phần lớn sâu 6.5m.



Bảng 2

Độ sâu hố đào (m) Giải pháp
H ≤ 6m - Tường cừ thép (không hoặc 1 tầng chống, neo)
- Cọc xi măng đất (không hoặc 1 tầng chống, neo)
6m < H ≤ 10m - Tường cừ thép (1-2 tầng chống, neo)
- Cọc xi măng đất (1-2 tầng chống, neo)
- Tường vây barrette (1-2 tầng chống, neo) tuỳ theo điều kiện nền đất, nước ngầm và chiều dài tường ngập sâu vào nền đất.
H > 10m - Tường vây barrette ( ≥ 02 tầng chống, neo)
- Tường cừ thép ( ≥ 2 tầng chống, neo) nếu điều kiện địa chất và hình học hố đào thuận lợi.
IV. Thiết kế ổn định kết cấu chắn giữ hố móng
1. Các yêu cầu đặt ra trong thiết kế
a. An toàn tin cậy
b. Tính hợp lý về kinh tế.
c. Thuận lợi và bảo đảm thời gian tho công.
2. Thiết kế ổn định tường chắn
Lựa chọn và bố trí kết cấu chắn giữ hố móng;
Có thể sơ bộ lựa chọn kết cấu chắn giữ theo độ sâu hố đào (H) như sau:
2.1. Kết cấu chắn giữ hố móng không hoặc một tầng chống, neo.
Tham khảo tài liệu: Cẩm nang dành cho kỹ sư địa kỹ thuật - Trần Văn Việt; Thiết kế móng sâu - Nguyễn Bá Kế.
2.2. Thiết kế tường chắn nhiều hàng neo, chống.
Gồm thiết kế tường chắn và thiết kế hệ neo chống. Cả hai công việc này đều dựa trên kết quả tính toán nội lực và chuyển vị trong tường chắn.
Các phương pháp tính toán tường chắn:
- Phương pháp 1: Dùng sơ đồ phân bố áp lực đơn giản cuả Tarzaghi và Peck, 1967 và tính toán tường chắn như một dầm liên tục tựa lên các gối là thanh chống hoặc neo.
- Phương pháp 2: Dùng chương trình phần mềm nền móng chuyên dụng PLAXIS 2D (Hà Lan) hoặc GEOSLOPE (Canađa).
Thực tế cho thấy chỉ có dùng chương trình phần mềm địa kỹ thuật chuyên dụng mới có thể giải quyết ổn thoả bài toán tường chắn nhiều tầng neo chống.
Chương trình PLAXIS 2D cho phép mô tả kết cấu chắn giữ bằng các thông số hình học
(chiều dài, tiết diện, mômen quán tính), loại vật liệu (trọng lượng riêng); tiết diện, cường độ, khoảng cách các thanh neo chống; các thông số cơ bản của nền đất (γ, c, φ, k, E), các chế độ nền đất thoát nước hay không, các loại tải trọng trên mặt đất. Các mô hình tính toán của chương trình (đàn hồi tuyến tính, đàn hồi dẻo tuyệt đối, đất mềm, đất yếu). Đặc biệt, chương trình đưa ra kết quả mô phỏng ở các giai đoạn thi công khác nhau của hố đào. Các kết quả nếu được hiệu chỉnh theo kinh nghiệm xây dựng, các số liệu quan trắc tại địa phương thì sẽ cho kết quả khả quan.
3. Tính toán thiết kế cơ cấu giữ ổn định tường chắn
3.1. Phương pháp tính toán ổn định hệ dàn chống bằng thép hình
Mô hình hệ dàn chống bằng chương trình tính toán kết cấu không gian (chương trình SAP, Etabs, Staad...) tính toán sự ổn định và khả năng chịu lực của tiết diện thanh chống và cột chống dưới tác động của tải trọng ngang; áp lực gây ra do đất nước và hoạt tải đứng.
3.2 Phương pháp tính toán neo phụt
(Tham khảo Tiêu chuẩn Anh BS 8081: 1989) Về cơ bản, việc thiết kế hệ thanh neo trong đất bao gồm các công việc sau:
- Xác định sức kháng cắt của đất tại khu vực bầu neo.
- Thiết kế số tầng thanh neo, khoảng cách thanh neo, góc nghiêng.
- Tính toán ổn định tổng thể thanh neo.
3.3. Tính toán kiểm tra ổn định kết cấu tường vây - sàn hầm bằng phương pháp thi công Top - down
Kiểm tra ổn định và khả năng chịu lực của sàn hầm dùng để giữ ổn định xô ngang của tường hầm bằng chương trình tính toán kết cấu không gian (Sap, Etabs, Staad...).
V. So sánh chỉ tiêu kinh ttế - kỹ thuật cho giải pháp tường cừ thép và tường barrette trong thi công nhà cao tầng có 2 tầng hầm
Dưới đây, chúng tôi so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tại một công trình có 02 tầng hầm mà ở đó 02 giải pháp khác nhau là khả thi về mặt kỹ thuât.
Giải pháp 1: Thiết kế, thi công, giữ ổn định hố đào bằng tường vây barrette, dày 600mm, sâu 16m;
Giải pháp 2: Thiết kế tường bao bê tông dày 400mm, sâu 7,3m, giữ ổn định bằng cừ thép dài 12m..
Bảng 3. So sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật theo các giải pháp thiết kế

TT
Chỉ tiêu so sánh Đơn vị Vật liệu Giá XL (triệu VND)
Cừ thép + tường D400 Tường Barrette D600 Cừ thép + tường D400 Tường Barrette D600
1 Cừ thép 12m m 227 0 681 0
2 Tường BT chu vi 203m m3 593 1949 1779 9745
3 Công tác đất ngoài chu vi CT m3 4200 0 168 0
Tổng Gxl phần ngầm 25,5tỷ. Phương án Cừ thép tiết kiệm 7,1 tỷ đồng (28% Gxl phần ngầm) 2628 9745
VI. So sánh chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật với giải pháp giữ ổn định tường vây barrette bằng hệ dàn thép và phương pháp thi công Top - down
Chúng tôi so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tại một công trình có 02 tầng hầm, giải pháp thiết kế là tường vây barrette, cọc khoan nhồi. Các giải pháp chống giữ hố đào là:
Giải pháp 1: giữ ổn định tường vây barrette bằng hệ dàn thép hình chữ H, 2 tầng chống;
Giải pháp 2 : giữ ổn định tường vây barette bằng phương pháp thi công Top - down.
Bảng 4. So sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật theo giải pháp thi công

TT
Chỉ tiêu so sánh Đơn vị Vật liệu Giá XL (triệu VND)
Chống bằng dàn thép hình Thi công Top - down Chống bằng dàn thép hình Thi công Top - down
1 Cột thép H400
Đào mở: 240m*56.1kg/m
Topdown: 160m*56.1kg/m Tấn 13.5 9.0 162 108
2 Dầm thép H300
Đào mở:1490m*36.5kg/m Tấn 54.4 0 653 0
3 Chi phí liên kết của phương pháp Topdown 100
Tổng Gxl phần ngầm 32.6tỷ Phương án Topdown tiết kiệm 0.6 tỷ đồng (60% chi phí BPTC) 815 208
VII. Kết luận
- Giải pháp thiết kế và thi công công trình tầng hầm gắn bó chặt chẽ với nhau do đặc điểm thiết kế kết cấu chắn giữ công trình tầng hầm phụ thuộc vào công nghệ thi công. Kết cấu chắn giữ có thể đồng thời là kết cấu chịu lực vĩnh cửu cho công trình. Do đó giải pháp thi công tổng thể cần được lựa chọn ngay từ khâu thiết kế công trình.
- Công nghệ thi công hiện nay là khá đa dạng. Do đó đơn vị thiết kế và thi công cần phân tích, đưa ra giải pháp thiết kế và thi công phù hợp nhất trong những điều kiện hiện có.
- Về mặt kinh tế, công trình tầng hầm là dạng công trình mà ở đó có thể gây lãng phí nếu lựa chọn giải pháp thiết kế, thi công không phù hợp với đặc điểm dự án.
- Về mặt kỹ thuật, đây là dạng công trình phức tạp; thi công dưới sâu, dễ xảy ra sự cố cho bản thân công trình và các công trình liền kề. Vì vậy, công việc thiết kế, thi công, giám sát thi công phải được đặc biệt coi trọng.
TS. Nguyễn Dư Tiến, ThS. Trần Đức Cường
(Nguồn tin: T/C Tư vấn Thiết kế, số 3/2006)