Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10317:2014 về Cọc ống thép và cọc ván ống thép sử dụng trong công trình cầu - Thi công và nghiệm thu

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10317:2014

CỌC ỐNG THÉP VÀ CỌC VÁN ỐNG THÉP SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH CẦU - THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU

Steel pipe piles and stel pipe sheet piles for bridge - Specification for construction and acceptance

Lời nói đầu

TCVN 10317:2014 do Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải biên soạn, Bộ Giao thông Vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CỌC ỐNG THÉP VÀ CỌC VÁN ỐNG THÉP SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH CẦU - THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU

Steel pipe piles and stel pipe sheet piles for bridge - Specification for construction and acceptance

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định những vấn đề về thi công và nghiệm thu cọc ống thép và cọc ván ống thép sử dụng trong xây dựng công trình cầu.

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.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 5017-1:2010 (ISO 857-1:1998), Hàn và các quá trình liên quan - Từ vựng - Phần 1: Các quá trình hàn kim loại.

TCVN 5017-2:2010 (ISO 857-2:1998), Hàn và các quá trình liên quan - Từ vựng - Phần 2: Các quá trình hàn vẩy mềm, hàn vảy cứng và các thuật ngữ liên quan.

TCVN 8774:2012, An toàn thi công cầu.

TCVN 9245:2012, Cọc ống thép.

TCVN 9246:2012, Cọc ống ván thép.

TCVN 9393:2012, Cọc - Phương pháp thử nghiệm tại hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục.

TCVN 9394:2012, Đóng và ép cọc - Thi công và nghiệm thu.

TCVN 10309:2014, Hàn cầu thép - Quy định kỹ thuật.

TCVN 10318:2014, Cọc ống thép và cọc ống ván thép sử dụng trong xây dựng công trình cảng - thi công và nghiệm thu.

JIS Z 3104:1995 (ISO 17636-1,2,3:2013), Methods of radiographic examination for welded joints in steel (Phương pháp chụp ảnh phóng xạ mối hàn cốt thép)

JIS Z 3801:1997, Standard qualification procedure for manual welding technique (Phương pháp tiêu chuẩn đối với kỹ thuật hàn tay).

JIS Z 3841:1997, Standard qualification procedure for semi-automatic welding technique (Phương pháp tiêu chuẩn đối với kỹ thuật hàn bán tự động).

Japanese Specification, 1999, Design and Construction of Steel Pipe Piles (Tiêu chuẩn Nhật Bản, 1999, Thiết kế và thi công cọc ống thép).

Japanese Specification,1999, Design and Construction of Steel Pipe Sheet Pile Foundation (Tiêu chuẩn Nhật Bản, 1999, Thiết kế và thi công cọc ống ván thép).

JIS Z 2343-1:2001 (ISO/DIS 3452-1:1994), Non-destructive testing -- Penetrant testing -- Part 1: General principles -- Method for liquid penetrant testing and classification of the penetrant indication (Phân loại phương pháp thẩm thấu chất lỏng và mô hình hướng dẫn thẩm thấu).

JIS Z 3060:2002, Method for ultrasonic examination for welds of ferritic steel (Phương pháp kiểm tra siêu âm đối với hàn thép).

JRA 2002, Specifications for highway bridge, Part IV - Substructures (Tiêu chuẩn cầu đường bộ, phần IV. Kết cấu dưới).

JRA 2007, Construction manual of pile foundations (Sổ tay thi công móng cọc).

JIS A 7201:2009, Standard practice for execution of spun concrete piles (Tiêu chuẩn thi công cọc bê tông ly tâm).

AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications, Third Edition, 2011 (Tiêu chuẩn thi công cầu đường bộ).

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1

Cọc đóng (driving pile)

Là cọc được hạ bằng năng lượng động (va đập, rung).

3.2

Độ chối của cọc đóng (Settlement of the pile)

Là độ lún của cọc dưới một nhát búa đóng và 1 phút làm việc của búa rung.

3.3

Phương pháp thi công cọc bằng búa đóng (Pile installation method by driving)

Là phương pháp sử dụng búa thủy lực, búa diesel, búa treo, v.v... để đóng cọc xuống nền đất ở độ sâu xác định.

3.4

Phương pháp hạ cọc bằng búa rung (Pile installation method by vibration hammer)

Là phương pháp tác dụng lực dao động cưỡng bức vào cọc ống thép bằng máy đóng cọc rung (búa rung), làm giảm bớt tạm thời lực ma sát hai mặt bên và lực cản phần mũi của cọc, giúp đóng cọc xuống đến độ sâu đã định.

4  Quy định chung

4.1  Các yêu cầu của Tiêu chuẩn này được khuyến cáo áp dụng đối với tất cả các tổ chức tư vấn thiết kế, tư vấn giám sát và các nhà thầu trong khi thi công và nghiệm thu các công trình cầu xây mới vĩnh cửu hoặc sửa chữa (trong đó bao gồm cầu cho đường ống, cầu dẫn nước, cầu cạn, cầu dành cho người đi bộ) trên các tuyến đường sắt, đường tầu điện, đường ô tô (gồm cả đường nội bộ của các xí nghiệp và tổ chức nông nghiệp, đường của các cụm công nghiệp) trong và ngoài đô thị, nếu như đồ án thiết kế bản vẽ thi công không quy định các yêu cầu khác. Những hạng mục thi công và nghiệm thu không được quy định trong Tiêu chuẩn này được thực hiện theo đúng chỉ dẫn trong Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công.

4.2  Khi thi công cầu, ngoài các yêu cầu của Tiêu chuẩn này, nên tham khảo áp dụng các Tiêu chuẩn khác đã được phê duyệt trong Khung tiêu chuẩn quy định áp dụng cho dự án cụ thể. Đó có thể là các Tiêu chuẩn Quốc gia, Tiêu chuẩn cơ sở và các Tiêu chuẩn khác có liên quan; trong đó, bao gồm cả về an toàn kỹ thuật, vệ sinh công nghiệp và phòng cháy, bảo vệ môi trường, v.v...

Những quy định của Tiêu chuẩn này dựa trên một số tiêu chuẩn, quy phạm hiện hành. Khi có khác biệt giữa Tiêu chuẩn này và Tiêu chuẩn liên quan khác về việc thi công và nghiệm thu thì nên tuân theo Tiêu chuẩn này.

5  Lựa chọn máy móc, thiết bị thi công

5.1  Yêu cầu chung

Máy móc và thiết bị thi công nên được lựa chọn sau khi xem xét đầy đủ các thông số kỹ thuật của cọc, môi trường làm việc, điều kiện của các lớp đất và an toàn trong quá trình vận hành, để đáp ứng các yêu cầu kích thước và chức năng.

5.2  Búa

Kích thước búa nên được lựa chọn bằng việc xem xét các điều kiện địa chất và các thông số kỹ thuật của cọc, bên cạnh đó là độ an toàn của thi công cọc. Nguyên nhân là do búa rung được sử dụng trong một thời gian dài để tạo ra rung động, động cơ có thể bị cháy hoặc mặt đất ở vùng ngoại vi cọc có thể bị xáo trộn.

CHÚ THÍCH: Khi búa rung được sử dụng quá giới hạn thời gian và với 150% công suất, động cơ có nguy cơ bị cháy.

5.3  Mũ cọc và đệm cọc

Lựa chọn mũ cọc và đệm cọc để phòng ngừa tác động lệch tâm với đầu cọc. Vì vậy, mũ cọc nên phù hợp với đường kính cọc và đệm cọc biến dạng tự do.

6  Thử nghiệm cọc

6.1  Về nguyên tắc,thí nghiệm cọc có thể được tiến hành trước khi thi công cọc. Tuy nhiên, nếu khả năng làm việc của cọc tại công trường được xác định một cách chắc chắn, thí nghiệm cọc có thể được bỏ qua.

6.2  Thí nghiệm cọc nên được thực hiện bằng cách chọn vị trí thích hợp đối với mỗi móng mố trụ cầu và cọc thử dài hơn 1m đến 2 mét so với các cọc khác được sử dụng trong thực tế thi công.

6.3  Điều kiện kết thúc đóng cọc cần được xem chi tiết trong Mục 10.2.2.2 Ngừng đóng cọc và Mục 12.4. Đóng cọc và kết thúc quá trình đóng cọc của Tiêu chuẩn này hoặc Mục 17.10 của Tiêu chuẩn JRA 2002, Specifications for highway bridge, Part IV - Substructure.

6.4  Kết quả thí nghiệm cọc cho thấy cần thiết phải điều chỉnh chiều dài, chiều dày, số lượng cọc và các phương pháp đóng cọc, việc sửa đổi chỉ sau khi xem xét đầy đủ mặt cắt cột địa chất, điều kiện lớp đất trong tính toán thiết kế, ảnh hưởng đến kết cấu phần trên, các vấn đề môi trường, cũng như quá trình thi công.

6.5  Số lượng cọc thí nghiệm được quy định theo tiêu chuẩn TCVN 9393:2012.

6.6  Trong một số trường hợp cần thiết, tùy theo tầm quan trọng của công trình, mức độ phức tạp của điều kiện đất nền, kinh nghiệm thiết kế, loại cọc sử dụng, mức độ hoàn thiện công nghệ của Nhà thầu, mức độ rủi ro khi thi công, các vấn đề về môi trường..., số lượng cọc thí nghiệm sẽ do Chủ đầu tư và Tư vấn giám sát quyết định.

6.7  Phương pháp kiểm tra sức chịu tải của cọc đơn chủ yếu là thử tĩnh (nén tĩnh, nhổ tĩnh, nén ngang) theo tiêu chuẩn hiện hành. Đối với các cọc không thể thử tĩnh được (cọc trên sông, ...) thì nên dùng phương pháp thử động PDA.

Thí nghiệm bằng phương pháp tải trọng tĩnh ép dọc trục (thử tĩnh cọc) có thể được thực hiện ở giai đoạn thiết kế và kiểm tra chất lượng công trình.

Thí nghiệm nén tĩnh cọc ở giai đoạn thiết kế được tiến hành trước khi thi công cọc đại trà nhằm tiến hành xác định các số liệu cần thiết về cường độ, biến dạng và mối quan hệ tải trọng - chuyển vị của cọc, làm cơ sở thiết kế hoặc điều chỉnh đồ án thiết kế, chọn thiết bị và công nghệ thi công cọc phù hợp. Trường hợp nếu biết rõ điều kiện đất nền và có đủ kinh nghiệm thiết kế cọc thì không nhất thiết tiến hành thí nghiệm.

Thí nghiệm nén tĩnh ở giai đoạn kiểm tra chất lượng công trình được tiến hành trong giai đoạn thi công hoặc sau khi thi công xong cọc nhằm kiểm tra sức chịu tải của cọc theo thiết kế và chất lượng thi công

6.8  Cọc thí nghiệm thường được thi công riêng biệt ngoài phạm vi móng công trình. Cọc thí nghiệm kiểm tra được chọn trong số các cọc của móng công trình và thường là cọc thi công đầu tiên để không ảnh hưởng đến các cọc xung quanh do cấu tạo đặc biệt của tai nối cọc.

7  Chuẩn bị thi công

7.1  Khái quát

Trước khi thi công các cọc, công việc chuẩn bị sẽ được thực hiện để việc thi công được thực hiện một cách an toàn và chắc chắn, cần thực hiện các nội dung dưới đây.

7.2  Bố trí mặt bằng công trường

Áp lực đất do máy móc, thiết bị thi công tạo ra thường trong phạm vi từ 0,1 N/mm² đến 0,2 N/mm² và mặt bằng công trường cần được chuẩn bị để chịu được áp lực này.

7.3  Bảo quản tạm thời các cọc

Khi lưu giữ tạm thời các cọc tại công trường, các thanh tà vẹt nên được đặt cách nhau một cách thích hợp dưới các cọc để bảo vệ chúng khỏi sự biến dạng. Chiều cao của các cọc chất chồng lên nhau được xác định phù hợp với khả năng chịu lực của đất nền và điều kiện của khu vực xung quanh.

7.4  Kiểm tra, bảo trì máy móc và thiết bị

Máy đóng cọc, búa, thiết bị phụ trợ và các dụng cụ phụ trợ khác nên được kiểm tra và bảo dưỡng trước khi bắt đầu hoạt động, phù hợp với hướng dẫn sử dụng để chúng có thể thực hiện đầy đủ chức năng cần thiết. Người sử dụng thiết bị phải có kỹ năng được đào tạo riêng đối với sự hoạt động của máy móc, thiết bị và sự an toàn được đảm bảo do các kỹ sư chịu trách nhiệm kiểm tra và bảo trì.

8  Vận chuyển, lưu kho và kiểm tra

8.1  Việc quản lý cần được thực hiện để không làm hư hỏng các cọc ống thép khi vận chuyển, bốc xếp, dỡ hàng và lưu kho.

8.2  Khi chuyển đến công trường, cọc ống thép sẽ được kiểm tra hình dạng và dung sai kích thước xem trong tiêu chuẩn TCVN 9245:2012 và tiêu chuẩn TCVN 9246:2012 hoặc có thể tham khảo trong Phụ lục A và Phụ lục B.

9  Phương pháp thi công cọc bằng búa đóng

9.1  Tổng quan

9.1.1  Khái quát

Phương pháp thi công cọc bằng búa đóng là phương pháp có thể xác định được sức chịu tải trong khi đang thi công và đem lại hiệu quả thực tế cho công tác thi công đóng cọc. Tuy nhiên, cần quan tâm đến điều kiện môi trường để tránh gây ra tiếng ồn và chấn động.

9.1.2  Thiết bị thi công

Các thiết bị, máy móc thi công chủ yếu được sử dụng trong phương pháp thi công cọc bằng búa đóng gồm: 1) máy đóng cọc, 2) búa, 3) mũ cọc, đệm cọc, 4) thiết bị kẹp cọc, v.v...

Hình 1 mô tả về công trường xây dựng khi lắp ráp và tháo rời máy đóng cọc theo các điều kiện chuẩn của phương pháp thi công cọc bằng búa đóng. Hình 2 mô tả sơ đồ bố trí máy thi công và độ mở rộng có thể khi thi công.

Hình 1 - Công trường xây dựng khi lắp ráp và tháo rời máy đóng cọc kiểu 3 điểm

Hình 2 - Công trường xây dựng chuẩn của phương pháp thi công cọc bằng búa đóng

9.1.2.1  Máy đóng cọc

Máy đóng cọc thông thường bao gồm một máy thi công chính có thiết bị nâng và thiết bị truyền động để cầu cọc và búa lên, một giá đóng cọc được gắn vào máy có thanh dẫn điều khiển hướng đóng cọc sao cho cọc được đóng chính xác ở góc đã xác định. Có nhiều loại máy đóng cọc tương ứng với các loại cọc đóng, kích thước của cọc và phương pháp thi công đóng cọc, v.v... Nếu phân biệt rõ ràng máy đóng cọc bằng các kiểu nâng đỡ của giá đóng cọc thì máy đóng cọc được phân thành máy đóng cọc dạng treo và máy đóng cọc kiểu 3 điểm.

Máy đóng cọc dạng treo kết hợp phần trên của giá đóng cọc và đầu trên của cần trục lại với nhau, kết hợp đầu cuối của giá đóng cọc với trục chính của cần trục bằng thanh liên kết; do đó có thể điều chỉnh góc nghiêng trước và sau của giá đóng cọc bằng cách thay đổi độ lớn của góc cần trục và thanh liên kết. Khả năng thi công bằng máy đóng cọc dạng treo bị hạn chế, do phụ thuộc vào lực nâng của cần trục nên máy thường được sử dụng trong thi công đóng cọc quy mô nhỏ.

Máy đóng cọc kiểu 3 điểm nói chung có hình dạng kiểu 3 điểm kết hợp phần trên của giá đóng cọc bằng 2 thanh chống xiên và kết hợp phần dưới của giá đóng cọc bằng bệ đỡ giá đóng cọc để tạo thành một máy thi công chính, có cấu tạo ổn định. Máy thi công chính nói chung được trang bị cuộn dây, giá đỡ một đầu, thiết bị thủy lực dùng cho các thao tác mặt trước, quả đối trọng để tăng tính ổn định, tăng cường lực truyền động từ cần trục kiểu bánh xích nói chung và thường sử dụng các thiết bị chuyên dùng được sản xuất cho thi công đóng cọc.

Hình 3 - Khái quát máy đóng cọc

Việc điều chỉnh góc nghiêng trước và sau của giá đóng cọc có thể được thực hiện dễ dàng bằng cách kéo nén các xi lanh thủy lực được lắp đặt trong 2 thanh chống xiên và cũng có thể thay đổi kiểu nghiêng của giá đóng cọc. Ngoài ra, có thể thực hiện dễ dàng việc điều chỉnh tâm cọc sao cho phù hợp bằng cách xoay vòng phần trên của máy thi công chính và kéo nén xi lanh thủy lực đã được gắn vào bệ đỡ giá đóng cọc. Hình 3 mô tả khái quát về máy đóng cọc.

9.1.2.2  Búa đóng cọc

9.1.2.2.1  Lựa chọn búa

Búa sử dụng để đóng cọc trong phương pháp thi công cọc bằng búa đóng hiện nay bao gồm búa thủy lực, búa diesel, búa treo và búa hơi. Búa diesel đem lại hiệu quả ưu việt nhất nhưng lại gây ra tiếng ồn và chấn động đến môi trường xung quanh nên búa thủy lực ngày càng được sử dụng nhiều hơn.

9.1.2.2.2  Búa thủy lực

Búa thủy lực về cơ bản có cấu tạo cách âm nên có thể điều chỉnh tùy ý chiều cao rơi xuống của búa nện; do đó có thể hạn chế được tiếng ồn khi đóng cọc. Ngoài ra, búa thủy lực còn được xem là búa ít thải khói và được sử dụng với tần suất cao để hạn chế phát tán khói.

Hình 4 mô tả khái quát cấu tạo của búa thủy lực và Bảng 1 mô tả các kiểu truyền động của búa nện.

Hình 4 - Sơ đồ mặt cắt ngang cấu tạo búa thủy lực

Bảng 1 - Phương pháp truyền động của búa nện

9.1.2.2.3  Búa Diesel

Hình 5 - Sơ đồ cấu tạo chính của búa diesel

Về cơ bản thì cấu tạo của búa diesel giống với động cơ 2 thì diesel, thực hiện truyền động do năng lượng đốt cháy bên trong xi lanh sau khi búa nện rơi xuống. Trong trường hợp ở những địa tầng cứng, chu kỳ của búa nện sẽ lớn hơn, năng lượng đốt cháy tăng và hiệu suất công việc tốt hơn. Nguyên nhân là do chu kỳ nén để đốt cháy nhiên liệu phụ thuộc vào độ nẩy lên của búa nện. Ngược lại, ở những lớp đất có độ dính, mềm, độ nẩy lên của búa nện thấp, tác động làm cháy và chu kỳ tiếp theo sẽ bị ngưng lại, dẫn đến làm giảm hiệu quả đóng cọc.

Búa diesel do tạo ra được lực xung kích lớn, cấu tạo đơn giản, hiệu suất thi công tốt nên được ưa chuộng và sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, thiết bị này cũng gây ra một số vấn đề như tiếng ồn, gây chấn động mạnh, khói, v.v...Trong thời gian gần đây, tần suất sử dụng thiết bị này thấp hơn so với búa thủy lực.

Sơ đồ cấu tạo chủ yếu của búa diesel được thể hiện như Hình 5.

9.1.2.2.4  Các loại búa khác

9.1.2.2.3.1  Búa trọng lực

Búa trọng lực hay búa rơi tự do là loại búa được làm bằng thép hoặc từ các vật liệu thép. Hình dạng của búa có phần trọng tâm thấp và mặt dưới của búa không lồi lõm để tiếp xúc thẳng góc với phần cọc. Trọng lượng của búa lớn hơn nhiều lần so với trọng lượng của cọc (lớn hơn 10 lần trọng lượng ứng với 1m cọc).

Khi đóng cọc, lực xung kích tại đầu cọc tỷ lệ với căn bậc hai tích của trọng lượng búa và chiều cao mà búa rơi xuống. Khi đó, cho dù trọng lượng của búa có khác nhau nhưng nếu thay đổi chiều cao rơi xuống của búa thì vẫn có thể duy trì được lực xung kích như nhau.

Tuy nhiên, nếu búa có trọng lượng nhỏ thì chiều cao rơi xuống phải lớn, khi đó lực xung kích sẽ lớn hơn và có khả năng gây ra tổn hại cho phần đầu cọc. Ngược lại, nếu trọng lượng búa lớn mà phần chiều cao rơi xuống của búa lại nhỏ thì ứng suất trong cọc sẽ nhỏ, mức độ tổn hại cho cọc cũng nhỏ và khoảng thời gian để chèn vật liệu vào cho mỗi lần đóng cọc sẽ lâu hơn, có thể nâng cao được hiệu suất đóng cọc. Do đó, mỗi khi thực hiện đóng cọc, nên sử dụng búa có chất lượng thích hợp và thực hiện thi công với chiều cao rơi xuống tương ứng của búa nhỏ hơn 2m.

9.1.2.2.3.2  Búa hơi

Búa hơi là loại búa truyền động nhờ vào lực nén của không khí hoặc hơi nước, có thể thi công hiệu quả mà không cần xét đến tình trạng cứng, mềm của đất. Tuy nhiên, do cần có một số thiết bị phụ thuộc cỡ lớn nên khi lớp đất bề mặt mềm thì có nhiều trường hợp nên thay thế, sử dụng bằng búa diesel để tăng tính hiệu quả.

9.1.2.3  Mũ cọc, đệm cọc

Mũ cọc tương ứng với búa và trục cọc, được dùng để bảo vệ phần đầu cọc giống như chức năng của đệm cọc bên trên mũ cọc và giúp cho lực truyền đóng cọc của búa đi theo hướng cân bằng. Vì thế, nên sử dụng mũ cọc được chế tạo chính xác để có thể tận dụng hoàn toàn phần lực của búa. Mũ cọc được chế tạo theo 2 dạng: Hàn thép tấm và được chế tạo từ thép. Về nguyên tắc, đối với những loại được chế tạo từ thép tấm thì sẽ được cấu tạo sao cho không làm phát sinh khe nứt ở phần mối hàn và mối hàn đẹp. Độ lớn của mũ cọc nếu không hợp với đường kính của cọc thì có thể sẽ làm cho phần lực đóng bị lệch.

Hình 6 - Mũ cọc, đệm cọc (búa thủy lực)

Hình 7 - Mũ cọc, đệm cọc (búa diesel, búa treo)

Đệm cọc là phần bên trên của mũ cọc, tiếp nhận trực tiếp lực xung kích mạnh từ búa đóng cọc. Song song với quá trình cân bằng lực xung kích ở mũ cọc, đệm cọc còn đóng vai trò ngăn chặn sự hư hỏng cho phần thân búa. Có hai loại đệm cọc gồm: đệm dạng rắn và đệm dạng lỏng. Thông thường những loại gỗ cứng sẽ được dùng làm chất liệu của đệm dạng rắn, tuy nhiên gần đây những loại gỗ dán cũng đang được đưa vào sử dụng. Đệm dạng lỏng là loại sử dụng các dung dịch lỏng như nước hoặc dầu bên trong đệm cọc. Những vật liệu này sẽ bốc khói khi lực xung kích tác động vào là nguyên nhân gây ra đóng lệch tâm hoặc gây hư hỏng biến dạng, nhằm cản bớt phần lực xung kích lớn của búa. Khi đó, cần bỏ ngay toàn bộ phần đệm cọc cũ và thay thế bằng đệm cọc mới. Nếu là búa thủy lực thì hình dạng của mũ cọc sẽ khác nhau tùy theo loại búa thủy lực. Các ví dụ về mũ cọc, đệm cọc của búa thủy lực được thể hiện như Hình 6; và của búa diesel, búa treo được thể hiện như trong Hình 7.

9.1.2.4  Thiết bị kẹp

Hình 8 - Thiết bị kẹp

Thiết bị kẹp là thiết bị dùng để đóng phần đầu cọc vào trong đất hoặc nước và thông thường cần lưu ý những nội dung sau đây:

a) Có đường kính bằng cọc.

b) Độ cứng không chênh lệch quá nhiều so với cọc.

c) Độ dài vừa phải.

d) Độ bền cao để có thể sử dụng liên tục.

e) Mặt tiếp xúc với cọc phẳng.

Ví dụ về thiết bị kẹp được mô tả trong Hình 8.

9.1.3  Nguồn cung cấp điện

Trong trường hợp dùng phương pháp thi công cọc bằng búa đóng, nguồn điện được sử dụng chủ yếu khi thi công mối nối hàn tại chỗ cho các cọc. Bảng 2 sẽ thể hiện công suất máy hàn cần thiết để thi công mối nối hàn tại chỗ.

Bảng 2 - Công suất máy hàn cần thiết để thi công mối nối hàn tại chỗ cho các cọc

Thông thường, nguồn cung cấp điện là các máy phát điện được chở vào công trường thi công, cần chọn công suất của máy phát điện tương ứng với số lượng máy hàn sẽ sử dụng. Ngoài ra, tốt nhất nên đặt các máy phát điện sắp sử dụng tại vị trí cách nơi sử dụng điện trong vòng bán kính 20 m đến 30 m để không gây ra hiện tượng điện yếu.

Công suất máy phát điện động cơ cần thiết khi thi công mối nối hàn tại chỗ trên cọc được thể hiện trong Bảng 3 dưới đây.

Bảng 3 - Công suất và số lượng máy phát điện động cơ cần thiết khi thi công mối nối hàn tại chỗ trên cọc

9.2  Thi công

Trình tự thi công thông thường được thể hiện như Hình 9.

Hình 9 - Trình tự thi công thông thường theo phương pháp thi công cọc bằng búa đóng

9.2.1  Lắp đặt cọc

Khi dựng cọc, việc trước tiên cần làm là kiểm tra lại vị trí tâm cọc có đúng như trong sơ đồ thiết kế hay không. Sau khi đã xác định vị trí tâm cọc, nên tiến hành đóng lên đó một cọc gỗ nhỏ hoặc dùng than đá vẽ một hình tròn bằng với đường kính của cọc. Trường hợp dựng cọc trên mặt nước thì xác định vị trí tâm cọc bằng cách dùng máy kinh vĩ đo từ 2 hướng vuông góc.

Trước khi dựng cọc, tiến hành chỉnh sửa để góc, hướng (trường hợp cọc đứng là góc vuông) của giá đóng cọc đúng theo quy định đồng thời trong quá trình đóng cọc cũng sử dụng máy kinh vĩ để bảo đảm cho cả cọc và giá đóng cọc có góc đúng như quy định. Việc kiểm tra góc được thực hiện từ 2 hướng là mặt trước và mặt bên của máy đóng cọc. Đặc biệt, do độ chính xác khi dựng cọc dưới sẽ ảnh hưởng đến cọc giữa và cọc trên nên cần kiểm tra thật kỹ. Bên cạnh đó, cần hết sức chú ý đến các cọc nghiêng vì các cọc này rất dễ bị sai góc.

Sau khi xác định được vị trí của mũi cọc theo đúng quy định, tiến hành điều chỉnh lại vị trí đó để búa, mũ cọc và trục cọc tạo thành một đường thẳng so với hướng đóng cọc, đồng thời tháo dây cáp treo cọc ra khỏi cọc. Riêng các cọc giữa và cọc trên thì từng đường trục một được nối với nhau sao cho tạo thành một đường thẳng so với đường trục của cọc dưới. Để làm được điều này, cần chia đều khoảng cách các gốc mối hàn của mối nối hàn tại chỗ.

Vị trí buộc dây cáp treo cọc có thể cách đầu trên của cọc khoảng 2 m như trong Hình 10.

Hình 10 - Phương pháp treo cọc

Khi dựng cọc, cần cố định sao cho dây cáp treo cọc không bị lệch hoặc tụt khởi điểm treo đồng thời di chuyển đầu cọc thật nhẹ nhàng sang vị trí như quy định. Khi vị trí dựng cọc bị nghiêng hoặc bề mặt dựng cọc gồ ghề, cần tiến hành xử lý bằng các cách như đào các lỗ tại vị trí đó, v.v... để tâm cọc không bi lệch. Ngoài ra, không được để cho máy đóng cọc di chuyển sau khi đã treo cọc.

9.2.2  Đóng cọc

9.2.2.1  Chọn loại búa

Quy trình chọn loại búa được được trình bày ở Hình 11.

Hình 11 - Trình tự lựa chọn loại búa

Ứng suất xung kích sinh ra ở thân cọc khi đóng cọc có quan hệ với độ lớn của búa, nền đất xung quanh cọc cùng với tính chất của nền đất ở đầu cọc, v.v... Nếu đã sử dụng đúng loại búa trong điều kiện nền đất thông thường thì không cần xem xét, nhưng trong điều kiện nền đất đặc biệt, nếu có nguy cơ dẫn đến các hiện tượng cong vênh đầu cọc ống thép v.v... thì cần xem xét lực tác dụng lên thân cọc khi đóng cọc để chọn loại búa thích hợp.

9.2.2.1.1  Búa thủy lực

Khi chọn búa thủy lực, ta chọn loại búa thích hợp cho việc đóng cọc dựa trên điều kiện về đặc tính đất, các yếu tố của cọc, v.v...

Đa số búa thủy lực có thể điều chỉnh chiều cao rơi xuống của búa tăng giảm theo từng 10cm, nên chủng loại và đường kính cọc có thể sử dụng búa thông thường có phạm vi rất rộng. Do đó, có nhiều trường hợp chiều cao rơi xuống của loại búa lớn được giảm xuống để đóng cọc có đường kính nhỏ, rõ ràng rất khó chọn được loại búa thích hợp.

Hình 12 thể hiện các ví dụ cụ thể khi chọn loại búa thủy lực.

Hình 12 - Việc lựa chọn búa thủy lực

CHÚ THÍCH:

1) Nếu chiều đài đóng cọc từ 15m trở lên và có điều kiện như các trường hợp dưới đây thì sử dụng búa khổ lớn cấp 1.

a. Trường hợp đóng xuyên qua lớp cát, sỏi trung gian dày từ 3m trở lên và có giá trị N từ 30 trở lên.

b. Trường hợp đóng xuyên qua lớp đất dính dày từ 3m trở lên và có giá trị N từ 15 trở lên.

2) Chiều dài đóng cọc (m) bao gồm cả chiều dài đóng cọc đệm (m).

9.2.2.1.2  Búa diesel

Khi chọn độ lớn của búa diesel, cũng giống như búa thủy lực, cần tiến hành xem xét về điều kiện đặc tính đất và các yếu tố của cọc, v.v... Trong điều kiện thông thường, có thể lựa chọn loại búa thích hợp cho việc đóng cọc dựa theo kinh nghiệm nếu các yếu tố của cọc đã được quy định sẵn từ nhiều lần thi công trước.

Hình 13 và thể hiện cách lựa chọn loại búa diesel.

Hình 13 - Lựa chọn búa diesel

CHÚ THÍCH:

1) Nếu chiều dài đóng cọc từ 15 m trở lên và có điều kiện như các trường hợp dưới đây thì sử dụng búa cỡ lớn cấp 1.

a. Trường hợp đóng xuyên qua lớp cát, sỏi trung gian dày từ 3m trở lên và có giá trị N từ 30 trở lên.

b. Trường hợp đóng xuyên qua lớp trung gian ví dụ như đất sét dày từ 3m trở lên (giá trị N từ 15 trở lên), v.v...

2) Chiều dài đóng cọc (m) bao gồm cả chiều dài đóng cọc đệm (m).

9.2.2.2  Ứng suất đóng cọc

Cọc đóng sẽ chịu tác dụng của lực xung kích lớn của búa, do đó sẽ gây hư hỏng phần đầu, phần giữa và phần mũi cọc. Hiện tượng hư hỏng, nguyên nhân và cách khắc phục cụ thể được trình bày trong Mục 9.4. Các vấn đề và giải pháp khắc phục trong thi công, về cơ bản nguyên nhân chính gây ra các hư hỏng thường là do đóng cọc quá mạnh hoặc lệch tâm. Một số ví dụ về hư hỏng xảy ra do các nguyên nhân như vậy được trình bày trong Bảng 4. Nếu đã sử dụng đúng loại búa trong điều kiện nền đất thông thường thì không cần xem xét những hư hỏng như vậy. Tuy nhiên, nếu có nguy cơ xảy ra hư hỏng thân cọc ở nền đất đặc biệt thì tốt hơn nên tiến hành xem xét ứng suất xung kích liên quan đến các hạng mục được đánh dấu  trong Bảng 4.

Bảng 4 - Các hư hỏng có nguyên nhân do đóng cọc quá mạnh (hoặc lệch tâm)

Các cách tính ứng suất sinh ra trên thân cọc khi đóng cọc dựa trên lý thuyết sóng, dựa trên sự cân bằng của năng lượng xung kích, v.v... Phần dưới đây sẽ giải thích về cách tính dựa trên lý thuyết sóng.

Cơ sở của cách tính theo lý thuyết sóng được dựa trên công thức cơ bản trong trường hợp khảo sát ứng suất xung kích của thanh đàn hồi được biểu diễn trong công thức do Thomas Young (1807) đưa ra:

trong đó:

σ  ứng suất xung kích (kN/m²)

v  tốc độ dịch chuyển (m/s)

E  hệ số Young của thanh đàn hồi (kN/m²)

c  vận tốc sóng đàn hồi trong thanh đàn hồi

γ  trọng lượng thể tích của thanh đàn hồi (kN/m³)

g  gia tốc trọng trường (9.8 m/s²)

ρ  khối lượng riêng thanh đàn hồi (kN/m³)

Theo công thức (1), dựa trên cách giải của St. Venant có được từ sự cân bằng giữa lực quán tính của vật cứng khi va chạm với thanh đàn hồi dài và lực cản của thanh đàn hồi. Xem xét các điều kiện giới hạn của búa và mũi cọc, Utsu, Fuyuki^{5), 6)} đã đưa ra một công thức thực tiễn hơn để tính ứng suất xung kích ở phần đầu cọc:

trong đó:

A_p  tiết diện cọc (m²)

W_H  trọng lượng búa (kN), W_H = khối lượng búa x g

γ_p  trọng lượng thể tích cọc (kN/m³)

c_p  vận tốc sóng đàn hồi trong thân cọc ,

E_p  hệ số Young của cọc (kN/m²)

t  khoảng thời gian sau khi va chạm với búa (s)

g  gia tốc trọng trường (9.8 m/s²)

h  chiều cao búa rơi (m)

Trong công thức (2), khoảng thời gian t là thời gian từ lúc búa va chạm vào cọc cho đến lúc sinh ra ứng suất xung kích lớn nhất. Từ việc kiểm tra so sánh giữa dạng sóng theo lý thuyết và giá trị đo được thực tế, có thể xác định được rằng thời gian t nên trong khoảng 0.002 giây trên thực tế.

Các hằng số vật lý trọng lượng thể tích, hệ số Young và vận tốc sóng đàn hồi của cọc ống thép, sử dụng trong công thức (2) được trình bày trong Bảng 5.

Bảng 5 - Các hằng số vật lý của cọc

Ngoài ra, công thức (2) còn được sử dụng để tính ứng suất xung kích ở đầu cọc của búa diesel và búa thủy lực sử dụng miếng đệm thể rắn.

Ứng suất sinh ra được tính bằng công thức này trong các điều kiện gần giống với lúc đóng cọc ống thép trong thực tế (vật liệu miếng đệm, đóng cọc lệch tâm, v.v...) và giá trị lý thuyết của ứng suất uốn và các ví dụ về hư hại cong vênh cọc, v.v... được phân tích tổng hợp thành một biểu đồ ví dụ về lựa chọn loại búa sử dụng cho cọc ống thép được thể hiện trong Hình 15. Hình 15 là hình được tạo từ ứng suất sinh ra ở phần đầu cọc khi đóng cọc và cong vênh đầu cọc để có thể lựa chọn được công suất búa phù hợp khi kết hợp các yếu tố tiết diện cọc, ứng suất cho phép của thân cọc, chiều cao rơi xuống của búa nện.

Phương pháp dựa trên lý thuyết sóng là một phương pháp phân tích của Smith. Phương pháp này mô hình hóa búa đóng cọc thành dạng lò xo và các chất điểm như Hình 16 và thực hiện phân chia các bộ phận của cọc. Các bộ phận của cọc được mô hình hóa thành các điểm chất của búa và lò xo, sau đó dựa vào những điểm này để tính toán. Việc tính toán sẽ được thực hiện dựa theo phương pháp phân chia ví dụ như ứng với một lần đóng cọc thì độ lún, độ chối, ứng suất phát sinh ở thân cọc, v.v... sẽ là bao nhiêu.

Kết quả tính toán sẽ được sử dụng làm một trong các tiêu chuẩn để xem lực xung kích của búa sử dụng có đạt hay không và lựa chọn loại búa sử dụng thích hợp.

Hình 14 - Lựa chọn các loại búa được thu hẹp bởi độ an toàn của thân cọc

Hình 15 - Mô hình theo phương pháp phân tích của Smith

9.2.2.3  Thứ tự đóng cọc

Thông thường cọc được chia thành theo dạng nhóm cọc, do đó cần quy định rõ thứ tự đóng cọc. Trong phương pháp thi công cọc bằng búa đóng, lực cản sẽ tăng theo hiệu quả kết cấu của đất khi đóng cọc, nên tùy theo trường hợp mà có thể phát sinh hiện tượng cọc không lún xuống đất được, cọc bị lệch so với vị trí đóng cọc ban đầu, hoặc phát sinh biến dạng nguy hiểm ví dụ như cọc bị uốn cong, v.v... Để tránh những sự cố này, nên tiến hành đóng cọc từ một góc của cọc bên này sang đến góc khác của cọc bên kia, hoặc thực hiện đóng cọc theo hướng từ trung tâm ra phạm vi bên ngoài của nhóm cọc.

Ngoài ra, trong trường hợp đóng cọc gần với những công trình lân cận thì nên thực hiện theo hướng từ gần ra xa.

9.2.2.4  Khái quát thi công đóng cọc

Việc đóng cọc trong giai đoạn khởi công là phần quan trọng nhất khi quyết định độ chính xác của toàn bộ công tác đóng cọc. Vì đây là giai đoạn thử nghiệm ban đầu, nên cần xác định góc và vị trí tâm cọc để di chuyển cho chính xác. Trong giai đoạn đầu, cũng có trường hợp cọc sẽ bị di chuyển khi đóng búa vào cọc. Trong những trường hợp như thế, cần thực hiện đóng cọc sau khi đã xem xét phương đóng cọc, có thể đóng cọc từ từ hoặc đóng từ trên cao (không đốt cháy nhiên liệu của búa diesel) đến cao độ cần thiết và đóng nhẹ để không làm lệch vị trí tâm cọc. Sau đây là những điểm quan trọng khi đóng cọc ở những điều kiện khác nhau.

9.2.2.4.1  Đóng cọc vào vùng đất yếu

Trường hợp vùng đất yếu có giá trị N nhỏ hơn 5 thì cần điều chỉnh chiều cao rơi xuống của búa nện để đóng cọc với lực xung kích nhỏ hơn. Khi đóng cọc, cần lưu ý để không đóng với lực quá mức nếu phần dưới của cọc khó vuông góc với cọc. Ngoài ra, có phát sinh ứng suất kéo lớn ở phần thân cọc do lực cản phía mũi cọc nhỏ.

9.2.2.4.2  Đóng cọc nghiêng

Khi đóng cọc nghiêng nên sử dụng máy đóng cọc có độ an toàn và công suất lớn hơn so với khi đóng cọc thẳng. Giá đóng cọc nên nghiêng theo một góc nhất định sau khi được dựng lên. Trong quá trình đóng cọc, do có thể dự đoán được góc chỉ định mà cọc có thể xê dịch, nên cần cân nhắc đến việc chỉnh sửa lại phần góc xê dịch của cọc khi dựng lên.

Trường hợp sử dụng cọc dẫn hướng thì khoảng cách tính từ vị trí cọc dẫn hướng sẽ bằng khoảng 1/3 chiều dài của cọc tính từ điểm cuối mũi cọc. Khi đóng cọc, cần lưu ý kỹ phần dao động sang hai bên của cọc vì có thể đó sẽ là nguyên nhân làm cọc bị hư hỏng.

9.2.2.4.3  Đóng cọc bằng thiết bị kẹp

Thiết bị kẹp sử dụng những thiết bị có chiều dài hơn 50cm so với độ sâu đóng cọc. Cần lưu ý sử dụng thiết bị kẹp có độ dài thích hợp vì cũng có trường hợp sử dụng thiết bị kẹp quá dài sẽ làm giảm đi hiệu suất thi công cũng như độ chính xác khi thi công công trình. Đóng cọc bằng thiết bị kẹp rất dễ dẫn đến bị lệch tâm, nên điều quan trọng là thi công rất cẩn thận. Thông thường việc dựng thiết bị kẹp sẽ ở trạng thái cách đầu cọc khoảng 30 cm đến 50 cm tính từ mặt đất. Do đó cần lưu ý vì rất khó để kết hợp đúng phần tâm của trục cọc với thiết bị kẹp. Nếu đường trục của cọc và thiết bị kẹp không thể cùng nằm trên một đường thẳng thì khi mỗi lần xung kích, phần thiết bị kẹp này sẽ bị dao động mạnh sang hai bên. Khi đó, cần dừng ngay việc đóng cọc và tiến hành sửa lại phần thiết bị kẹp đã dựng.

9.2.2.5  Đóng cọc xuyên qua tầng đất trung gian

Việc có thể đóng cọc xuyên qua tầng đất trung gian cần được phán đoán một cách tổng hợp theo những điểm sau, cùng với loại cọc và búa đóng cọc:

• Độ cứng và chất lượng lớp đất ở tầng này

• Tình trạng chất lượng lớp đất ở tầng trên

• Độ sâu tính từ mặt đất đến tầng này

Sau đây là những điểm cần lưu ý, liên quan tới việc đóng cọc xuyên qua tầng đất trung gian của cọc ống thép có mũi hở:

a) Khi lớp đất cát có giá trị N>50, thì có nhiều trường hợp có thể đóng xuyên qua độ dày của tầng đất trung gian lên đến 5 lần so với đường kính cọc.

b) Khi lớp đất dính có giá trị N>30, thì có nhiều trường hợp có thể đóng xuyên qua độ dày của tầng đất trung gian lên đến 3 lần so với đường kính cọc.

c) Tầng đất trung gian nếu có độ sâu trên dưới 20m thì có nhiều trường hợp có thể đóng xuyên qua, nhưng nếu gần 30m thì không thể đóng xuyên qua tầng đất trung gian này được.

d) Ở vùng đất cát, rất dễ dàng đóng xuyên qua những hạt có đường kính giống nhau.

e) Trường hợp tầng đất dưới của tầng đất trung gian yếu, thì có thể đóng xuyên qua một phần độ cứng của tầng đất trung gian này.

f) Trường hợp không thể đóng xuyên qua, thì có thể đóng xuyên qua tầng đất trung gian này bằng cách sử dụng đồng thời các phương pháp hỗ trợ như đào bên trong, khoan sơ bộ, v.v... Tuy nhiên, trường hợp sử dụng các phương pháp này thì cần tiến hành kiểm tra riêng lực ma sát hai mặt bên.

Các phần được đề cập ở trên có thể được điều chỉnh theo độ lớn của đường kính cọc và búa đóng cọc

9.2.6  Ngừng đóng cọc

Ngừng đóng cọc khi đảm bảo các cọc thỏa mãn các hạng mục quản lý hay các điều kiện ngừng đóng cọc được quy định dựa trên kết quả thử nghiệm cọc và đảm bảo được sức chịu tải của cọc.

9.2.2.7  Đóng cọc vào lớp đất cứng

Nhiều trường hợp gặp khó khăn khi đóng vào đá cứng (trung bình, cứng). Đóng cọc bằng lực xung kích lớn vượt quá lực xung kích cho phép như trọng lượng búa lớn không hợp lý, v.v... sẽ gây ra vết nứt trên thân cọc.

9.2.3  Hàn nối tại công trường

Hàn nối tại chỗ là yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến tính vững chắc của toàn bộ móng dựa vào các cọc chế tạo sẵn. Từ trước đến nay, mối nối hàn tại chỗ vẫn được sử dụng, nhưng gần đây, mối nối cơ khí đang được phát triển do nhu cầu rút ngắn thời gian thi công mối nối và đảm bảo chất lượng, bền vững, v.v... Bên cạnh đó, các mối nối cơ khí được kiểm định kỹ thuật xây dựng đối với các cọc ống thép.

9.2.3.1  Mối nối hàn tại chỗ

Khuyết điểm khi thực hiện mối nối hàn tại chỗ ở cọc sẽ gây ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu lực của toàn bộ móng cọc. Theo đó, nên chú ý đến toàn bộ việc kiểm tra điều kiện hàn, thi công hàn, vùng hàn, v.v... Phương pháp hàn mối nối hàn tại chỗ được phát triển từ hàn tay lên hàn bán tự động và hàn tự động, tính bền vững ngày càng được nâng cao. Hiện nay, hàn hồ quang bán tự động đang được sử dụng nhiều nhất. Phương pháp hàn này có tốc độ hàn nhanh, hiệu suất cao nhưng cường độ dòng điện sử dụng lớn (khoảng 300 A đến 460A), do vậy cần cung cấp nguồn điện ổn định và lựa chọn thợ hàn có trình độ kỹ thuật theo quy định. Ngoài ra, về nguyên tắc, không được sử dụng mối nối hàn tại chỗ của cọc ống thép ở những vị trí liên kết ống thép có độ dày tấm thép khác nhau.

9.2.3.1.1  Cấu tạo mối nối hàn tại chỗ

Cấu tạo mối nối hàn tại chỗ đang được sử dụng rộng rãi hiện nay được mô tả trong Hình 16.

Hình 17 - Cấu tạo vòng đệm thêm vào

Vòng đệm làm bằng kim loại đã được nung chảy dùng để ngăn không cho các vật hoặc kim loại nóng chảy rơi vào bên trong ống thép, được lắp đặt để dễ lồng ghép vào cọc trên và không làm cho cọc trên bị lệch với cọc dưới, cấu tạo vòng đệm được mô tả ở Hình 17. Phần trên của vòng đệm được tăng gấp đôi để dễ lồng vào cọc trên.

Hình 18 - Lắp đặt vòng đệm

Vòng đệm này được cố định chắc chắn nhờ vào một vật chặn đã được gắn trước vào cọc sau, đóng vòng đệm vào, gắn chặt vào mặt trong cọc và hàn vòng đệm với gá kẹp lại theo phương pháp được mô tả trong Hình 18. Tuy nhiên, trong trường hợp vòng đệm không gắn chặt vào mặt trong cọc bằng cách đóng vào thì nên cắt hoặc nới rộng phần rãnh hở tại chỗ để gắn chặt vòng đệm vào.

9.2.3.1.1.2  Mối hàn duy trì khoảng cách các gốc mối hàn

Sau khi gắn vòng đệm, song song với việc gắn tạm vòng đệm, cần tạo mối hàn duy trì khoảng cách các gốc mối hàn như mô tả ở Hình 19. Mối hàn duy trì khoảng cách các gốc mối hàn được dùng để đảm bảo khoảng cách các gốc mối hàn từ 1 mm đến 4 mm, để chiều cao của mối hàn từ 2 mm đến 5 mm và kích thước mối hàn theo quy định khi hàn vào vòng đệm thì nên thực hiện các thao tác với tốc độ chậm rãi và sử dụng nguồn điện có cường độ thấp hơn so với giá trị cường độ dòng điện hàn tiêu chuẩn sẽ được trình bày ở Bảng 6 và Bảng 7. Hình 19 dưới đây trình bày khái quát công tác thi công mối hàn duy trì khoảng cách các gốc mối hàn.

Hình 19 - Khái quát công tác thi công mối hàn duy trì khoảng cách các gốc mối hàn

9.2.3.1.1.3  Đai đồng

Lắp đặt đai đồng để ngăn chặn các kim loại nóng chảy không bị rơi ra ngoài (Hình 20).

Hình 20 - Khái quát công tác lắp đai đồng

9.2.3.1.2  Kỹ thuật viên quản lý thi công hàn

Kỹ thuật viên quản lý thi công hàn đồng thời cũng là kỹ thuật viên quản lý toàn bộ công trình thi công đóng cọc. Ngoài ra, kỹ thuật viên quản lý thi công hàn còn cần có kiến thức về hàn, biết đưa ra những chỉ đạo phù hợp dựa trên kinh nghiệm đã tích lũy và đảm bảo thực hiện các nội dung sau:

a) Lựa chọn thợ hàn

b) Kiểm tra các thiết bị máy móc quan trọng, thực hiện các phương pháp bảo quản nguyên vật liệu thích hợp

c) Quản lý an toàn

d) Yêu cầu bắt đầu và kết thúc thi công hàn

e) Kiểm tra vùng hàn

f) Yêu cầu và đánh giá phương pháp chỉnh sửa các khuyết tật hàn, đưa ra biện pháp khắc phục sau đó (cải tạo phương pháp thi công)

g) Ghi chép lại và báo cáo

9.2.3.1.3  Thợ hàn

Thợ hàn là những người đã vượt qua các kỳ kiểm tra kỹ thuật căn cứ theo các mục trình bày trong Phụ lục F về hàn tay hoặc hàn bán tự động, hoặc những người đã vượt qua các kỳ kiểm tra kỹ thuật tương đương, nhưng trước đó nên là những người có đầy đủ năng lực đáp ứng các điều kiện hàn, môi trường hàn và phương pháp hàn tại công trường thi công.

Ngoài ra, trước khi thực hiện thi công tại công trường, cần sử dụng mẫu kiểm tra có điều kiện đồng nhất, thực hiện kiểm tra khả năng của các thợ hàn và xác nhận khả năng này.

9.2.3.1.4  Hàn

9.2.3.1.4.1  Chuẩn bị môi trường

Thực hiện chuẩn bị môi trường trước khi thi công hàn phần khớp nối. Khi đó, cần lưu ý những điểm:

a) Bảo quản dây hàn ở nơi khô ráo.

b) Chuẩn bị máy hàn.

c) Chuẩn bị giàn giáo.

d) Lên kế hoạch nâng cao ý thức cho thợ hàn về công việc hàn.

9.2.3.1.4.2  Chuẩn bị hàn

Chuẩn bị các bước dưới đây trước khi tiến hành thi công hàn:

a) Thực hiện chỉnh sửa phần mối nối đã bi biến dạng.

b) Loại bỏ gỉ sét, đất, dầu mỡ, v.v... ở phần mối nối bằng bàn chải kim loại, máy mài, v.v..., nên làm khô hoàn toàn hơi nước bằng mỏ hàn khí, v.v...

c) Thực hiện điều chỉnh đường trục giữa cọc trên (cọc giữa) và cọc dưới, kiểm tra và chỉnh sửa độ nhấp nhô của mặt phẳng, khoảng cách các gốc mối hàn, v.v...

9.2.3.1.4.3  Điều kiện hàn

Khi thực hiện hàn nên tuân theo các điều kiện dưới đây, bên cạnh đó nên lựa chọn cường độ dòng điện, điện áp, tốc độ hàn, phương pháp hàn, v.v... sao cho phù hợp để không xảy ra khuyết tật hàn:

a) Trong trường hợp có mưa rơi, tuyết rơi, hoặc gió thổi 10 m/giây thì không được thi công hàn. Tuy nhiên, nếu bố trí vùng hàn ở những nơi không bị ảnh hưởng bởi thời tiết thì việc thi công hàn không bị hạn chế.

b) Trong trường hợp nhiệt độ dưới +5 °C thì không được thực hiện thi công hàn. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ từ -10 °C đến +5 °C và phần cách vùng hàn trong vòng 100 mm đã được làm nóng trên +36 °C thì vẫn có thể thực hiện thi công hàn.

c) Bảng 6 đưa ra ví dụ về cường độ dòng điện, điện áp, tốc độ hàn.

Bảng 6 - Các điều kiện hàn tiêu chuẩn

9.2.3.1.4.4  Công tác hàn

Để mối hàn lớp 1 sâu, nên duy trì giá trị cường độ dòng điện và hạ điện áp xuống mức thấp nhất có thể. Mỏ hàn được minh họa trong Hình 21, nghiêng 0° đến 45° theo hướng hàn, dây hàn có vị trí và góc nghiêng như Hình 22. Bắt đầu hàn từ tâm của mối hàn duy trì khoảng cách các gốc mối hàn. Sau đây là những mục cần lưu ý của trường hợp này:

a) Mỏ hàn không được nghiêng về phía ngược với hướng hàn. Nếu làm sai sẽ dễ phát sinh các khuyết tật hàn như lẫn xỉ, hàn không ngấu, rỗ khí, v.v...

b) Chiều dài dây hàn từ 30 mm đến 50 mm. Nếu dây quá ngắn thì rất dễ bị rỗ khí.

c) Trường hợp mối hàn giáp mối, mồi hồ quang tại phần cuối của mối hàn trước rồi di chuyển mỏ hàn ngược trở lại khoảng 20 mm.

d) Trường hợp hàn nhiều lớp, nên làm sạch xỉ của lớp hàn trước rồi mới tiến hành thi công hàn.

9.2.3.1.5  Khắc phục các khuyết tật hàn

Trường hợp phát sinh các khuyết tật hàn tại vùng hàn được trình bày như trong Bảng 7. Do đó, nên hiểu rõ các nguyên nhân, phương pháp kiểm tra và cách khắc phục để ngăn ngừa khuyết tật xảy ra.

Khi phát hiện ra khuyết tật nghiêm trọng thông qua việc kiểm tra sau khi hoàn tất công tác hàn, nên mài nhẵn nơi đó bằng máy mài hoặc đục, v.v..., sau đó chỉnh sửa và hàn lại.

9.2.3.1.6  Đóng cọc sau khi hoàn tất hàn

Đối với thi công đóng cọc sau khi hoàn tất công tác hàn, nên tạo nhiệt độ môi trường xung quanh ít nhất 200 °C để tránh trường hợp kim loại hàn bị nguội. Hình 23 mô tả tốc độ hạ nhiệt khi hàn, sau khi hoàn tất hàn thông thường nhiệt độ trong khoảng 1 phút là 200 °C đến 250 °C.

Bảng 7 - Phân loại khuyết tật hàn và cách khắc phục

CHÚ THÍCH: O - Kiểm tra được; X - Không kiểm tra được

Hình 23 - Tốc độ hạ nhiệt khi hàn

9.2.3.2  Mối nối cơ khí

Bảng 8 - Khái quát mối nối cơ khí của cọc ống thép

Mối nối cơ khí là một phương pháp hàn nối cọc ống thép tại chỗ. Mối nối cơ khi được thực hiện thông qua việc kết hợp với các vật liệu mối nối được hàn vào phần trên và dưới ống thép chế tạo sẵn và có nhiều ưu điểm hơn so với mối nối hàn như:

a) Khó bị ảnh hưởng bởi các điều kiện thời tiết (gió, mưa, độ ẩm, v.v...), chất lượng ổn định.

b) Có tính năng tương đồng với thân của ống thép.

c) Chất lượng ổn định, không cần kỹ thuật viên giám sát khi thi công.

d) Có thể rút ngắn thời gian thi công.

e) Ít hạn chế về địa điểm sử dụng (gần vật có khả năng chịu nhiệt, v.v...).

f) Dễ dàng quản lý thi công và quản lý toàn bộ số lượng.

g) Có thể sử dụng cho cả những vị trí hàn nối ống thép có độ dày khác nhau.

Hiện nay, khái quát về mối nối cơ khí đặc trưng đã được kiểm chứng về mặt kỹ thuật xây dựng, được trình bày tại Bảng 8.

9.2.4  Hoàn thiện đầu cọc

9.2.4.1  Làm phẳng đầu cọc

Làm phẳng đầu cọc sau khi đóng cọc. Khi làm phẳng đầu cọc không được gây hư hỏng cho phần thân cọc và điều quan trọng là đầu cọc nên thật phẳng. Trường hợp cọc thép thì có thể làm phẳng dễ dàng hơn theo phương pháp cắt bằng khí gas.

9.2.4.2  Phần kết hợp giữa cọc và chân móng

Phần kết hợp giữa cọc và chân móng về nguyên tắc nên được thiết kế theo dạng kết hợp chắc chắn tại phần đầu cọc (Theo tiêu chuẩn JRA 2002, Specifications for highway bridge, Part IV - Substructure). Cọc ống thép được minh họa theo 2 phương pháp A và B như Hình 24.

Cốt thép gia cố phần đầu cọc theo phương pháp B về cơ bản chỉ sử dụng cốt thép gia cố cọc nhồi (đối với cọc RC, cọc PHC, cọc SC có bao gồm cả cốt thép gia cố bên trong thân cọc) và không cần thiết sử dụng phương pháp hàn cốt thép chu vi bên ngoài cọc ống thép (sau đây gọi là cốt thép hàn chu vi ngoài của cọc) trừ trường hợp bất khả kháng về mặt thiết kế. Chính vì việc hàn cho phần đầu cọc nhô ra 100mm so với mặt chân móng và việc hàn theo hướng thẳng đứng, v.v... sẽ làm giảm đi khả năng thi công so với những công trình thông thường nên có thể sẽ không đảm bảo được chất lượng công trình như dự tính.

Ngoài ra, mục 17 của Tiêu chuẩn JRA 2002, Specifications for highway bridge, Part IV - Substructure có đề cập tới các ví dụ về phương pháp hàn (hàn hồ quang). Tuy nhiên, vì khó có thể đảm bảo được chất lượng ổn định so với các mối hàn khác và khó thực hiện kiểm tra không phá hủy nên cần thực hiện việc quản lý chất lượng thi công đầy đủ ứng với từng công đoạn thực hiện.

Hình 24 - Mặt cắt chi tiết cấu tạo đầu cọc

Thứ tự thi công để làm nhẵn phần đầu của cọc ống thép thông thường được minh họa trong Hình 25. Các cốt thép lắp ghép của cốt thép gia cố cọc nhồi được bố trí trong thân cọc là phần dùng để duy trì trạng thái của cốt thép khi thi công nên thông thường sẽ được gắn bên trong cốt thép gia cố cọc nhồi.

Hình 25 - Trình tự thi công mài phẳng đầu cọc

9.2.4.2.1  Chốt chống trượt

Đối với phía bên ngoài và bên trong phần đầu cọc ống thép, về nguyên tắc để nhồi cọc với lực hướng tâm hoặc truyền được lực chính xác vào chân móng bê tông thì cần lắp thêm phần chốt chống trượt. Nếu xét về độ dừng trên cao của cọc thì thông thường chốt chống trượt này là tấm thép đã uốn cong được gắn thêm vào phần đầu cọc.

a) Độ dày của chốt chống trượt

Độ dày của chốt chống trượt nên lớn hơn hoặc bằng độ dày mô tả trong Bảng 9. Ngoài ra, chiều rộng của chốt chống trượt nên gấp từ 2 lần trở lên so với độ dày.

Bảng 9 - Độ dày chốt chống trượt trong thân cọc

b) Số lớp và bố trí chốt chống trượt

Theo nguyên tắc thì có 2 lớp chốt chống trượt và được lắp đặt tại vị trí được mô tả trong Hình 26. Thông thường, chốt chống trượt được hàn tại chỗ từ phía trên.

Hình 26 - Vị trí lắp đặt chốt chống trượt

Ví dụ về sơ đồ vị trí lắp đặt chốt chống trượt được mô tả trong Hình 27. Hàn tại chỗ chốt chống trượt là hàn lấp góc vành đai một mặt phía trên chốt chống trượt có tính đến khả năng thi công của chốt đó. Nếu tính đến cường độ của lực cắt sử dụng trong chốt chống trượt thì kích thước hàn bằng độ dày của chốt chống trượt nếu là hàn tại chỗ thông thường và bằng 80% độ dày chốt chống trượt nếu là hàn trong xưởng.

Ngoài ra, ………………………. Hình 28.

Hình 28 - Trình tự lắp đặt chốt chống trượt

9.2.4.2.2  Cốt thép gia cố phần cọc nhồi (phương pháp B)

Cần lưu ý các điểm sau khi lắp đặt cốt thép gia cố cọc nhồi cho đầu cọc:

a) Tính đến chiều dài trừ hao bên trong thân cọc và đặt cốt thép dài hơn bình thường. Tức là chiều dài cố định tính từ đầu cọc được bảo đảm.

b) Khi chế tạo khung cốt thép gia cố cọc nhồi, chỉ lắp đặt cốt thép lắp ghép bên trong thân cọc và đặt cốt thép đai phía trên đầu cọc sau khi đã bố trí cốt thép chính phía dưới chân móng.

Ngoài ra, cần lưu ý các điểm sau trong trường hợp bắt buộc sử dụng đồng thời cốt thép hàn theo chu vi ngoài của cọc:

a) Cốt thép tạo chu vi ngoài của cọc (SD295B hoặc SD345) nhất thiết hàn chắc từng thanh một. Tránh hàn trong trạng thái đã ghép vào khung cốt thép. Ngoài ra, năng lực của thợ hàn sẽ được đánh giá qua các mối nối hàn tại chỗ của cọc ống thép.

b) Khi hàn, nên vệ sinh sạch dầu mỡ, rác, bùn ở chu vi ngoài của cọc và bề mặt cốt thép.

c) Chỉ hàn sau khi đã làm khô hết nước trên bề mặt cọc và trên cốt thép.

d) Bảo đảm độ rộng của mối hàn.

e) Về nguyên tắc thì nên chia đều khoảng cách cốt thép hàn chu vi ngoài của cọc.

f) Về nguyên tắc thì nên ngưng ngay công việc hàn khi trời mưa, hay có gió thổi trên 10m/giây. Tuy nhiên, trường hợp có chuẩn bị các phương án phòng chống các tác động của thời tiết đối với vùng hàn thì không cần áp dụng quy định này.

g) Ngưng hàn hoặc tiến hành xử lý làm nóng sơ bộ khi nhiệt độ xuống dưới 5 °C.

h) Sau khi hàn xong, tiến hành kiểm tra ngoại quan bằng mắt xem có lỗi gây tổn hại cho vùng hàn hay không.

i) Khi thi công, nên tiến hành kiểm tra thử kỹ năng trong công đoạn hàn tại chỗ và kéo căng thử để kiểm tra chất lượng của vùng hàn.

j) Trường hợp hàn cốt thép hàn chu vi ngoài của cọc lên cọc xi măng đất ống thép, nên loại bỏ các chỗ lồi (gân) ở mặt ngoài ống thép của vùng hàn.

9.2.4.2.3  Bê tông phần cọc nhồi

Cả phương pháp A và phương pháp B đều đổ bê tông cọc nhồi vào phần đầu cọc với cường độ tương tự với cường độ chân móng. Bê tông cọc nhồi được đổ khi đổ đầy đất cát vào trong cọc đến độ cao quy định hoặc sau khi thiết kế ván khuôn xong. Ví dụ về phương pháp đổ bê tông cọc nhồi này được mô tả như hình bên dưới (Hình 29).

a) Phương pháp ván khuôn treo

Cho ván khuôn đã lắp đặt cốt thép có móc treo lơ lửng vào bên trong thân cọc, treo móc vào đỉnh cọc. Lấp đầy khe hở giữa ván khuôn và cọc bằng đá dăm, v.v...

b) Phương pháp ván khuôn cốt thép gia cố

Áp dụng cho phương pháp B. Lắp ván khuôn vào cốt thép gia cố cọc nhồi, cho vào bên trong thân cọc, bắt cốt thép vào đỉnh cọc, tránh để cốt thép rơi xuống. Lấp đầy khe hở giữa ván khuôn và cọc bằng đá dăm, v.v...

Về nguyên tắc, cả hai phương pháp đều đổ bê tông cọc nhồi riêng và sử dụng máy đầm rung để bảo đảm việc thi công.

Hình 29 - Phương pháp đổ bê tông phần cọc nhồi

9.3  Công tác kiểm tra trong thi công

Những điểm quan trọng về độ chính xác khi đóng cọc, quản lý ngừng đóng cọc, kiểm tra vùng hàn, sổ ghi chép thi công, quản lý thi công trong trường hợp đóng cọc chế tạo sẵn như sau:

9.3.1  Độ chính xác khi đóng cọc

Độ chính xác khi đóng cọc là độ chính xác về vị trí ngang của cọc, hướng cọc (lệch), độ thẳng của trục cọc, v.v...

Độ chính xác khi đóng cọc bị lệch sang trái hoặc phải, nhiều hay ít là tùy thuộc vào độ chính xác dựng cọc. Nếu dựng cọc không tốt, thì sau đó dù cho có chỉnh sửa như thế nào đi nữa cũng khó mà đảm bảo được độ chính xác quy định. Đặc biệt, cọc lớn có bán kính càng lớn thì khả năng có thể chỉnh sửa những cọc bị lệch là rất nhỏ mặc dù có thực hiện chỉnh thẳng bằng máy đóng cọc hay khung dẫn. Vì vậy, công tác dựng cọc nên được thực hiện một cách cẩn trọng trong cả việc xác định vị trí và phương hướng.

Ngoài ra, công tác quản lý độ chính xác trong giai đoạn đầu đóng cọc tiếp theo sau khi dựng cọc là rất quan trọng. Biện pháp quản lý thông thường là biện pháp kiểm tra độ nghiêng cọc từ 2 phía bằng máy kinh vĩ.

Giá trị cho phép về độ chính xác khi đóng cọc được thể hiện như trong Bảng 10. Ngoài ra, đường kính cọc trong xây dựng cầu đường thông thường bằng 500 mm, kết quả thực tế về độ chính xác khi đóng cọc L=15.4 m đến 24.0 m được thể hiện trong Hình 30 và Hình 31.

Bảng 10 - Độ chính xác cho phép khi đóng cọc

CHÚ THÍCH: D - Đường kính ngoài của cọc

Hình 30 - Độ lệch tâm của cọc

Hình 31 - Độ nghiêng cọc

Hình 32 - Lệch do vị trí thiết kế tâm cọc

Hình 33 - Sự phân tán góc đóng cọc nghiêng

9.3.2  Kiểm soát đóng cọc

Hình 34 - Ví dụ về tính toán độ chối, độ lún

Hình 35 - Trình tự quản lý ngừng đóng cọc

Thông thường, việc quản lý ngừng đóng cọc nên được đánh giá một cách tổng thể căn cứ theo chiều dài hạ cọc, độ chối (sức chịu tải động), độ lún, trạng thái của tầng đất chịu tải, v.v...

Phương pháp ước tính sức chịu tải bằng cách sử dụng phương pháp tính sức chịu tải động từ độ lún, độ chối v.v... cho mỗi lần đóng trong tầng đất chịu tải khi thi công đóng cọc thí nghiệm. Hình 34 cũng là một phương pháp để quyết định ngừng đóng cọc.

Phương pháp tính sức chịu tải động là phương pháp tìm ra kết quả từ phương trình sóng và cân bằng năng lượng. Tuy nhiên, sức chịu tải được tìm ra theo phương pháp tính này mới là một giá trị tiêu chuẩn và việc ngừng đóng cọc mà chỉ căn cứ theo giá trị này thì không cần thực hiện thay đổi chiều dài cọc hay thay đổi máy móc thi công. Ví dụ về trình tự quản lý ngừng đóng cọc được thể hiện trong Hình 35.

Việc xác định sức chịu tải động và ví dụ về khả năng tính toán chịu tải trọng động có thể tham khảo Phụ lục C.

Ngoài ra, gần đây cũng có nhiều trường hợp thực hiện thử nghiệm tải trọng động như một phương pháp để kiểm tra sức chịu tải và quản lý thi công.

Thử nghiệm tải trọng động là phương pháp kiểm tra trong đó gắn thiết bị đo biến dạng và gia tốc kế vào phần đầu cọc để đo dạng sóng biến dạng và dạng sóng gia tốc sinh ra khi đóng cọc, tiến hành phân tích dựa trên lý thuyết sóng để từ đó đánh giá đặc tính sức chịu tải thẳng đứng của cọc.

Kết quả nhận được trực tiếp trong phương pháp kiểm tra này là tổng lực cản, bao gồm hai thành phần là lực cản động, phụ thuộc vào tốc độ và độ gia tốc của cọc và lực cản tĩnh. Do đó, để có thể tiến hành xác định và đánh giá đặc tính sức chịu tải động của cọc thì cần tìm được thành phần lực cản động từ tổng lực cản.

9.3.3  Kiểm tra mối nối

9.3.3.1  Kiểm tra mối nối hàn tại chỗ

Kiểm tra vùng hàn, nói chung là thực hiện kiểm tra bề ngoài (bao gồm kiểm tra kích thước). Ngoài ra, còn có phương pháp kiểm tra không phá hủy ví dụ như phương pháp chụp ảnh phóng xạ, phương pháp kiểm tra siêu âm, phương pháp thẩm thấu chất lỏng để kiểm tra khuyết tật bề mặt bằng cách xịt một lớp chất thẩm thấu lên bề mặt vùng hàn, v.v...

Phương pháp chụp ảnh phóng xạ là phương pháp kiểm tra dùng để xác định xem có khuyết tật hàn hay không dựa theo tiêu chuẩn JIS Z 3104. Phương pháp kiểm tra siêu âm là phương pháp kiểm tra bằng cách sử dụng sóng âm cao có tần số trên ngưỡng có thể nghe được, được thực hiện dựa theo tiêu chuẩn JIS Z 3060. Ngoài ra, phương pháp thẩm thấu chất lỏng dùng để xác định khuyết tật bề mật vùng hàn theo tiêu chuẩn JIS Z 2343.

Phương pháp kiểm tra mối nối hàn tại chỗ của cọc được trình bày trong Bảng 11.

Bảng 11 - Phương pháp kiểm tra vùng hàn trên cọc

9.3.3.2  Kiểm tra mối nối cơ khí

Kiểm tra mối nối cơ khí được thực hiện theo tiêu chuẩn quản lý thi công của từng phương pháp thi công.

9.3.4  Số liệu thi công

Sổ ghi chép thi công là một bản ghi chép cơ bản để quản lý việc thi công và cũng là điều quan trọng để có thể thực hiện quá trình thi công một cách chính xác và thuận lợi. Đặc biệt, trong trường hợp phát sinh những vấn đề khi đang thi công, sổ ghi chép này sẽ là tài liệu đánh giá quan trọng, nên cần ghi chép cả nguyên nhân và biện pháp đối với những vấn đề phát sinh trong điều kiện đặc biệt, trong lúc thi công. Sổ ghi chép mẫu về phương pháp đóng cọc được thể hiện trong Phụ lục D.

Đặc biệt, các thông số về độ sâu mũi cọc khi ngừng đóng, độ lún, độ chối, chiều cao rơi búa ứng với một lần đóng là yếu tố quan trọng để đánh giá sức chịu tải của cọc, nên cần ghi chi tiết cho tất cả các cọc. Mẫu ghi chép thi công khi ngừng đóng cọc thể hiện trong Phụ lục D.

Hình 36

Hình 37 - Phương pháp đo chiều cao rơi

9.3.5  Điểm kiểm tra

Bảng dưới đây trình bày các vấn đề kiểm tra về quản lý thi công trong các giai đoạn làm việc.

Bảng 12 - Kiểm tra về quản lý thi công trong các giai đoạn làm việc

9.4  Các vấn đề và giải pháp khắc phục trong thi công

9.4.1  Các sự cố thường gặp

Bảng 13 - Các sự cố thường gặp

9.4.2  Các sự cố khác

Bảng 14 - Các sự cố khác

10  Phương pháp thi công cọc bằng búa rung

10.1  Tổng quan

10.1.1  Khái quát

Trong những năm gần đây, phương pháp thi công cọc bằng búa rung sử dụng nhiều trong việc đào sâu cọc ống thép dài đến tầng đất chịu tải.

Trong tiêu chuẩn JRA 2002, Specifications for highway bridge, Part IV - Substructure, đây là phương pháp thi công không dùng kết hợp với máy cắt bằng tia nước

Hình 38 - Cấu tạo máy theo phương pháp thi công cọc bằng búa rung

Hình 39 - Bãi thi công tiêu chuẩn theo phương pháp thi công cọc bằng búa rung

Phương pháp thi công cọc bằng búa rung có thể thực hiện liên tục thao tác đóng cọc, nhổ cọc bằng các máy móc giống nhau. Do đó có thể dễ dàng thực hiện chỉnh sửa độ chính xác về phương thẳng đứng của cọc khi thi công. Ngoài ra, phương pháp này còn giúp đạt được hiệu quả cao khi thi công trên nền đất yếu cũng như có được tính kinh tế vượt trội.

Nếu so sánh với phương pháp thi công cọc bằng búa đóng thì phương pháp này thường ít gây ra tiếng ồn, thường xuyên sử dụng cần trục như là máy thi công chính nên có những đặc trưng riêng như có khả năng thi công ở những nơi mà máy đóng cọc kiểu 3 điểm không thể vào được, v.v... Tuy nhiên, cần quan tâm đến điều kiện môi trường vì các rung động cho những nền đất xung quanh do những bộ phận cơ bản trong phương pháp này gây ra là không thể tránh khỏi.

Ví dụ về cấu tạo máy tiêu chuẩn trong trường hợp thi công sử dụng cần trục được trình bày trong Hình 38 và ví dụ về bãi thi công tiêu chuẩn được mô tả trong Hình 39.

10.1.2  Nguyên lý của búa rung

Phương pháp thi công cọc bằng búa rung là phương pháp truyền lực dao động cưỡng bức (lực dao động, biên độ dao động, gia tốc) từ búa sang cọc thông qua thiết bị ngàm của búa, làm yếu đi tạm thời sự liên kết giữa các hạt đất ở xung quanh cọc, giảm lực ma sát hai bên và lực cản đầu mũi cọc, đóng cho cọc lún xuống nhờ trọng lực của búa rung và cọc.

Nguyên lý sinh ra dao động của búa rung là xoay ngược cùng pha các khối lệch tâm được tạo thành một nhóm cùng hợp thành máy tạo xung, sử dụng lực ly tâm sinh ra trên các trục như là lực dao động theo chiều lên xuống với tần số từ 10 Hz đến 40Hz, nguyên lý này được mô tả ở Hình 40.

Hình 40 - Nguyên lý sinh ra dao động

10.1.3  Máy thi công

Bảng 15 - Các thiết bị chủ yếu dùng trong phương pháp thi công cọc bằng búa rung

CHÚ THÍCH:

1) Ký hiệu trong Hình thể hiện nội dung như sau: O: thường sử dụng, ∆: chỉ sử dụng khi cần, —: không sử dụng

2) *1, *2: lựa chọn theo điều kiện thao tác (các hạn chế về sân bãi thao tác, v.v...)

3) *3: Nếu cọc có đường kính lớn hơn 600mm thì thường sử dụng trục gá ống thép.

4) *4: Không sử dụng khi thi công bằng tàu đóng cọc.

Búa rung được sử dụng phổ biến trong thi công đóng cọc ống thép là loại búa rung dùng điện kiểu thông thường (trên 90 kW). Thời gian gần đây đang phổ biến loại búa rung dùng điện kiểu mômen biến đổi (trên 90 kW) có thể thiết lập tùy ý biên độ dao động ứng với điều kiện đóng cọc trong lúc vận hành mà không làm sinh ra dao động cộng hưởng cho nền đất hay cần trục của máy cơ sở khi khởi động và dừng lại. Bên cạnh đó, loại búa rung thủy lực kiểu tần số siêu cao biến đổi, giải quyết các vấn đề về độ rung và tiếng ồn tốt hơn cũng đã được chế tạo ra và đưa vào sử dụng ngày càng rộng rãi tại các công trường đóng cọc có quy mô tương đối nhỏ hơn. Ngoài ra, khi sử dụng loại búa rung thủy lực, không có quy định rõ ràng về hình thức quản lý ngừng đóng cọc, do đó cần thực hiện xem xét riêng đối với việc quản lý thi công.

Búa rung ngoài những loại đã nêu ở trên còn có nhiều thiết bị đặc biệt khác. Ví dụ như còn có loại gia tăng công suất bằng cách tạo khóa liên động cơ khí nhiều búa rung lại với nhau như trong Hình 41, hoặc búa rung kiểu dùng chuyên dụng để xử lý cọc nghiêng, có ống nối thiết bị kẹp dùng để đóng cọc trong nước.

Trục gá ống thép được gắn cố định vào đầu dưới búa rung, giữ cọc ống thép bằng áp suất dầu, truyền lực dao động của búa rung đến cọc ống thép. Trong Hình 42 là ví dụ về trục gá. Trục gá ống thép có thể điều chỉnh cho khớp với đường kính ngoài của cọc và độ dày tấm ván để trực tiếp siết chặt phần đầu cọc, do đó có thể thi công mà không cần gia công phần đầu cọc.

Hình 43 - Đĩa mâm cặp

Phương pháp này có thể sử dụng đối với các cọc có đường kính ngoài lớn hơn 600mm do các giới hạn về cấu tạo. Về phương pháp giữ cọc, ngoài phương pháp sử dụng trục gá ống thép này còn có phương pháp hàn đĩa mâm cặp. Trong Hình 43 là ví dụ về đĩa mâm cặp. Phương pháp này gắn sẵn đĩa mâm cặp có độ dày phù hợp với công suất của búa rung, đường kính ngoài của cọc và bề dày tấm ván vào phần đầu cọc bằng cách hàn, đĩa kẹp ống được giữ chặt bằng búa rung. Thông thường, phương pháp này được áp dụng cho cọc có đường kính ngoài nhỏ hơn 600 mm, nếu do điều kiện thi công mà không thể sử dụng trục gá ống thép thì cọc có đường kính lớn hơn 600 mm cũng có thể áp dụng phương pháp hàn đĩa mâm cặp.

Ngoài ra, nếu sử dụng đĩa mâm cặp thì nên xử lý cắt đĩa mâm cặp, v.v... để lắp đặt chốt chống trượt trong xử lý đầu cọc sau khi ép cọc ống thép.

10.2  Thi công

Thứ tự thi công cơ bản trong trường hợp thi công trên mặt đất với cần trục là máy thi công chính được trình bày như Hình 44.

Hình 44 - Thứ tự thi công cơ bản trong trường hợp cần trục là máy thi công chính

10.2.1  Lắp đặt cọc

Phương pháp thi công cọc bằng búa rung chủ yếu dùng cần trục làm máy thi công chính. Đối với việc treo cọc trong trường hợp này, thông thường sẽ sử dụng thêm cần trục hỗ trợ. Các thao tác khi dựng cọc trong trường hợp sử dụng máy đóng cọc kiểu 3 điểm làm máy thi công chính tương tự như phương pháp thi công cọc bằng búa đóng.

10.2.2  Hạ cọc

10.2.2.1  Lựa chọn máy móc thiết bị

Sau đây là phần trình bày về quan điểm khi lựa chọn các loại máy móc thiết bị tiêu biểu trong phương pháp thi công cọc bằng búa rung gồm: búa rung, máy thi công chính và máy phát điện.

10.2.2.1.1  Lựa chọn búa rung

Khi lựa chọn búa rung, nên xem xét đến các điều kiện địa chất và các yếu tố của cọc. Hình 45 là ví dụ minh họa về sơ đồ lựa chọn.

Hình 45 - Sơ đồ lựa chọn búa rung

CHÚ THÍCH:

1) Trường hợp sau khi đã chọn điều kiện trọng lượng của cọc mà chiều dài đóng cọc vượt quá phạm vi sơ đồ ở trên thì thực hiện xem xét riêng.

2) Nếu chiều dài đóng cọc từ 15m trở lên và có các điều kiện như các trường hợp dưới đây thì sử dụng búa khổ lớn cấp 1.

a) Trường hợp đóng xuyên qua lớp cát, sỏi trung gian dày khoảng 2 đến 3 lần đường kính cọc và có giá trị N từ 30 đến 50.

b) Trường hợp đóng xuyên qua lớp trung gian ví dụ như đất dính dày khoảng 1 đến 2 lần đường kính cọc và có giá trị N từ 15 đến 30, v.v...

3) Giá trị N của tầng đất chịu tải có thể đóng cọc được (Không quá 100).

10.2.2.1.2  Lựa chọn máy thi công chính

Máy thi công chính được lựa chọn từ tính năng của cần trục, thông qua sự cân nhắc về chiều dài tay cần sao cho đảm bảo được tải trọng treo, bán kính thi công và chiều cao trên mặt đất cần thiết.

Dưới đây là phương pháp tính tải trọng treo trong trường hợp sử dụng cần trục kiểu bánh xích (thi công trên mặt đất) hoặc tàu cẩu (thi công trên mặt nước) làm máy thi công chính.

F = W_cƒ + W + W_p + (P₀/g x α) (3)

trong đó:

F  tải trọng treo của cần trục, T

W_cf  trọng lượng của móc cần trục, T

W  trọng lượng bản thân của búa rung, T, (tham khảo Bảng 16)

P₀  lực kích động của búa rung, kN, (tham khảo Bảng 16)

g  gia tốc trọng trường (9,8m/s²)

α  hệ số thi công: Khi đóng: α = 0,15; Khi kéo: α = 0,25

W_p  trọng lượng cọc, T

Bảng 16 - Trọng lượng bản thân búa rung để lựa chọn cần trục

Tuy nhiên, trường hợp thi công cọc nối thì lấy trọng lượng cọc (ví dụ minh họa trong hình có cọc dưới và cọc trên) phần ống đơn bao gồm trên 50% chiều dài cọc, như trình bày trong Hình 46.

Điều này là do khi đóng đến hơn 50 % chiều dài cọc thì cọc sẽ tự đứng và đảm bảo được độ chính xác theo phương thẳng đứng. Sau đó, có thể đặt tải trọng của trọng lượng bản thân búa rung lên cọc cho đến khi đóng hết cọc. Tải trọng treo của cần trục tại thời điểm này là lớn nhất.

Hình 46 - Ví dụ về trọng lượng cọc để chọn cần trục

10.2.2.1.3  Lựa chọn máy phát điện

Trường hợp sử dụng máy phát điện tại những nơi không có điện lưới thì thực hiện lựa chọn máy phát điện trên cơ sở cân nhắc các yếu tố của búa rung.

Bảng 17 - Ví dụ về bảng lựa chọn máy phát điện

10.2.2.2  Thứ tự hạ cọc

Thực hiện theo phương pháp thi công cọc bằng búa đóng.

10.2.2.3  Khái quát thi công hạ cọc

Khi đóng cọc, trước tiên là treo cọc lên rồi thực hiện đóng sơ cọc, sau khi kiểm tra tâm cọc và các góc xong, tiến hành đóng cọc dần dần. Khi đó, cũng có trường hợp cọc sẽ lún sâu vào trong lòng đất do chính tải trọng của cọc, vì vậy chú ý hạ cọc từ từ sao cho không làm cọc bị lệch tâm. Ngoài ra, đối với trường hợp là cọc xiên, nếu đóng một cách vội vã khi góc nghiêng quá lớn thì sẽ làm phát sinh sự dịch chuyển lớn về trọng tâm của máy thi công chính, từ đó dẫn đến tai nạn bị đổ. Vì vậy, nên điều chỉnh chính xác góc cọc hạ xuống rồi mới tiến hành đóng cọc liên tục. Nếu cọc bị nghiêng trong giai đoạn hạ ban đầu thì vẫn có thể chỉnh sửa góc hoặc nhổ lên đóng lại được nhưng có thể gây ra nguy cơ làm lỏng nền đất xung quanh cọc, nên cần cố gắng tránh không để xảy ra điều này.

Việc hạ cọc xuyên qua tầng đất trung gian sẽ khác nhau tùy vào đường kính cọc và kích thước búa rung, phổ biến là các phương pháp sau đây:

a) Khi lớp đất cát có giá trị N từ 30 đến 50, thì có nhiều trường hợp có thể hạ xuyên qua độ dày của tầng đất trung gian lên đến khoảng 3 lần so với đường kính cọc.

b) Khi lớp đất dính có giá trị N từ 15 đến 30, thì có nhiều trường hợp có thể hạ xuyên qua độ dày của tầng đất trung gian lên đến khoảng 2 lần so với đường kính cọc.

c) Ở vùng đất cát, có nhiều trường hợp có thể hạ xuyên qua dễ dàng nếu đường kính hạt đồng nhất.

d) Trường hợp tầng đất dưới của tầng đất trung gian yếu, thì có nhiều trường hợp có thể hạ xuyên qua cho dù tầng trung gian hơi cứng.

Mặt khác, khả năng lún vào tầng đất chịu tải cần được nhận định một cách tổng thể không chỉ từ đường kính cọc và kích thước búa rung mà cả đặc tính đất và độ cứng của tầng đất chịu tải, tình trạng đặc tính đất của tầng phía trên tầng đất chịu tải và độ sâu của tầng đất chịu tải tính từ mặt đất. Cần lưu ý vì có trường hợp tầng cát, tầng sỏi chứa cả đá tảng hoặc đá cuội và trường hợp nền đất rất cứng làm cọc không thể lún được.

10.2.2.4  Ngừng hạ cọc

Ngừng hạ cọc khi kiểm tra thấy thỏa các điều kiện ngừng hạ được thiết lập dựa trên kết quả của cọc thí nghiệm. Ngoài ra, ngừng hạ cọc sau khi đã kiểm tra tổng thể kết hợp với kết quả theo phương pháp quản lý ngừng hạ cọc sẽ được trình bày trong Mục 12.4 Đóng cọc và kết thúc quá trình đóng cọc.

10.2.3  Hàn nối tại chỗ

Thực hiện theo phương pháp thi công cọc bằng búa đóng.

10.2.4  Hoàn thiện đầu cọc

Thực hiện theo phương pháp thi công cọc bằng búa đóng.

10.3  Công tác kiểm tra trong thi công

10.3.1  Độ chính xác lắp đặt cọc

Giá trị quản lý tiêu chuẩn độ chính xác khi đóng cọc là các giá trị được nêu trong Bảng 10 tương tự phương pháp thi công cọc bằng búa đóng.

10.3.2  Kiểm soát hạ cọc

Quản lý ngừng đóng cọc được thực hiện bằng cách nhận định một cách tổng thể từ chiều dài hạ cọc, giá trị cường độ dòng điện của mô tơ búa rung khi ngừng đóng cọc, tốc độ lún, v.v... (Hình 47).

Hình 47 - Trình tự quản lý ngừng đóng cọc

10.3.2.1  Tốc độ lún và cường độ dòng điện của mô tơ búa rung khi ngừng đóng cọc

Tốc độ lún và cường độ dòng điện của mô tơ búa rung khi ngừng đóng cọc sẽ khác nhau tùy theo chủng loại, chiều dài và hình dạng cọc, tình trạng nền đất, máy thi công, v.v... nên rất khó để có được một quy định riêng. Tuy nhiên, căn cứ vào các ví dụ về thử nghiệm tải trọng cọc, v.v... theo kinh nghiệm, thì cường độ dòng diện của mô tơ búa rung nằm trong khoảng 100 % đến 150 % giá trị định mức, tốc độ lún của cọc không quá 10mm/giây.

Trường hợp giá trị cường độ dòng điện của búa rung vượt quá 150 % giá trị định mức thì nên chú ý vì có thể dẫn đến hư hỏng mô tơ.

Công suất định mức, giá trị cường độ đòng điện định mức và 150 % giá trị cường độ dòng điện định mức của mô tơ búa rung được trình bày trong Bảng 18.

Bảng 18 - Giá trị cường độ dòng điện khi búa rung vận hành

CHÚ THÍCH:

1) Thể hiện giá trị trong trường hợp vận hành bằng tần số tiêu chuẩn của máy phát điện (60 Hz).

2) Thể hiện giá trị trong trường hợp giá trị điện áp nằm trong phạm vi 380 V đến 440 V.

3) Thời gian vận hành liên tục là 60 phút với giá trị cường độ dòng điện định mức và không quá 10 phút với 150% giá trị cường độ dòng điện định mức.

4) Nếu vận hành với 150% giá trị cường độ dòng điện định mức trong thời gian vượt quá thời gian giới hạn thì có nguy cơ xảy ra sự cố cháy mô tơ búa rung.

10.3.2.2  Công thức tính sức chịu tải động

Tham khảo Phụ lục C.

10.3.3  Kiểm tra mối nối

Thực hiện theo phương pháp thi công cọc bằng búa đóng.

10.3.4  Các số liệu thi công

Ví dụ về sổ ghi chép thi công khi ngừng đóng cọc được trình bày trong Bảng E.1 - Phụ lục E, ví dụ về hình thức ghi chép tổng chiều dài đóng cọc được trình bày trong Bảng E.2 - Phụ lục E. Độ sâu mũi cọc khi ngừng đóng, tốc độ lún, giá trị cường độ dòng điện và điện áp của mô tơ búa rung là các yếu tố cần thiết trong việc quyết định ngừng đóng cọc. Vì vậy, nên ghi chi tiết cho tất cả các cọc. Việc ghi chép tổng chiều dài đóng cọc thường được thực hiện với tỷ lệ cứ 10 cọc thì ghi 1 cọc là phổ biến.

10.3.5  Điểm kiểm tra

Các vấn đề kiểm tra về quản lý thi công ở các giai đoạn làm việc được trình bày trong bảng sau.

Bảng 19 - Các vấn đề kiểm tra về quản lý thi công

10.4  Các vấn đề và giải pháp khắc phục trong thi công

Bảng 20 - Các vấn đề và giải pháp khắc phục trong thi công

11  Xử lý chất thải xây dựng

Vật liệu được đào nên từ đất chứa một hàm lượng nước cao và các hạt bùn nguyên chất. Một trong số các vật liệu được thải ra từ công việc đào đất để xây dựng các công trình như tàu điện ngầm sẽ được xử lý như bùn vô cơ (còn gọi là Bùn xây dựng). Mặt khác, các vật liệu được đào lên chứa ít nhất 95% hạt vượt quá kích cỡ 74 μ. Chúng dễ dàng phân tách bởi nước, có thể được xử lý bằng cách làm lắng cặn. Tuy nhiên, chỉ được xử lý như vậy nếu như nó không ở trong trạng thái bùn lỏng và không chảy loãng thông qua sự phân chia đất đào bỏ hoặc các quá trình khác và nếu nó không có ảnh hưởng xấu đến việc bảo vệ môi trường sống.

Trạng thái bùn là trạng thái mà vật liệu không thể chất đống lên một xe tải thông thường và không thể đi bộ bên trên nó. Nếu thể hiện bằng các chỉ số cường độ của đất, nó ở trạng thái mà cường độ chịu nén nhỏ hơn 200 KN/m², hoặc ở trạng thái không bị kiềm chế cường độ chịu nén của nó khoảng 50 kN/m² hoặc thấp hơn.

Tuy nhiên, một số vật liệu khi đào lên không ở trong trạng thái bùn lỏng chúng được chất lên xe tải sau đó có thể trở thành trạng thái bùn lỏng do sự rung động lặp đi lặp lại trong suốt quá trình vận chuyển. Loại vật liệu này cần được xử lý như “bùn”. Trong khi đó, các vật liệu thải ra khi đào bới mặt đất chúng lắng đọng và vi phạm loại bỏ chất thải và hành động làm sạch công cộng.

Xử lý chất thải sẽ được thực hiện khi vật liệu là trầm tích hoặc bùn được thải ra từ việc đào đất. Trong trường hợp đào đất bằng cách sử dụng nước, xử lý chất thải sẽ được thực hiện khi vật liệu được thải ra từ hệ thống tổ hợp đào đất, trong đó bao gồm các quá trình từ đào đất cho đến việc vật liệu đào được thành trầm tích và nước.

12  Thi công móng cọc ván ống thép

12.1  Tổng quan

12.1.1  Những quy định trong phần này được áp dụng đối với việc xây dựng móng cọc ván ống thép theo phương pháp đóng cọc.

Kể từ khi móng cọc ván ống thép được sử dụng dưới dạng nối các cọc ván ống thép (ống thép với những khớp gắn liền với chúng để kết nối chúng với nhau, theo tiêu chuẩn TCVN 9246:2012), đòi hỏi độ chính xác trong xây dựng cao hơn so với việc đóng cọc ống thép. Do đó, nên được xây dựng một cách cẩn thận.

Các phương pháp thi công cọc ván ống thép được trình bày trong tài liệu này bó hẹp trong phương pháp đóng cọc (phương pháp đóng cọc và phương pháp búa rung) và phương pháp cọc khoan cho việc thi công của quy định móng cọc chế tạo. Nếu một phương pháp được áp dụng khác so với phương pháp cọc đóng được mô tả trong các chỉ dẫn kỹ thuật thì Nhà thầu cần am hiểu sâu sắc các nội dung của phương pháp mà họ dự định sẽ sử dụng một cách độc lập và thực hiện nó một cách cẩn thận.

12.1.2  Máy móc và thiết bị thi công nên được lựa chọn phù hợp với quy định tại mục 5 của Tiêu chuẩn này. Tuy nhiên, khi lựa chọn búa đóng, cần lưu ý rằng sức kháng khi đóng cọc sẽ tăng lên do lực cản của các tai cọc giống như là các cọc được đóng và xoay. Do đó, thường sử dụng một chiếc búa loại lớn hơn so với cọc ống thép cùng kích cỡ.

12.1.3  Đòi hỏi độ chính xác trong thi công cao hơn các phương pháp đóng cọc thông thường, cọc ván ống thép cần đà giáo chắc chắn và sự khảo sát chính xác. Vì phương pháp này thường được áp dụng để xây dựng trong nước, do đó đặc điểm của phương pháp này là cần xem xét nền đất ở trụ cầu để làm một đà giáo đủ độ cứng.

12.1.4  Việc vận chuyển, lưu trữ và kiểm tra áp dụng theo Mục 8 của Tiêu chuẩn này.

12.1.5  Thi công cọc ván ống thép được thực hiện bằng cách đóng các ống thép ở vị trí đánh dấu trên khung dẫn hướng trong khi được kiểm soát độ thẳng đứng. Khi đóng ống thép, đoạn cọc ván ống thép ở phía dưới được kết nối đầu tiên, sau đó các đoạn cọc ván ở giữa và ở phía trên.

Các phương pháp thi công và trình tự thi công nên được kiểm tra để bảo đảm độ chính xác bởi vì kết nối của cọc ván ống thép trở nên khó khăn trong trường hợp này.

12.1.6  Chi tiết của vùng hàn nối cọc ván ống thép quy định tại Mục 17.7 của tiêu chuẩn JRA 2002, Specifications for highway bridge, Part IV - Substructure.

12.1.6.1  Cọc ván ống thép có mối nối dạng ống, do đó nó có hướng. Vì thế, vị trí thiết lập của nó được xác định như một vấn đề của quá trình thi công. Không giống như cọc ống thép dễ dàng điều chỉnh trong quá trình thi công, cọc ván ống thép là không thể, vì thế cần kiểm soát một cách chặt chẽ ở từng giai đoạn thi công.

12.1.6.2  Hàn của cọc ván ống thép có thể thực hiện tương tự như cọc ống thép. Tuy nhiên, nên được kiểm soát đầy đủ, bởi vì vị trí hàn có xu hướng bất lợi, vị trí mối hàn còn liên quan đến chiều cao đà giáo.

12.1.6.3  Chiều cao bệ sửa chữa phục vụ công tác hàn được quyết định bởi chiều cao đà giáo và vị trí hàn.

12.2  Thử nghiệm đóng cọc

Về nguyên tắc, thử nghiệm đóng cọc được thực hiện trước khi thi công cọc ván ống thép. Tuy nhiên, nó có thể được bỏ qua nếu điều kiện công trường hoàn toàn xác định là dễ thi công.

Khi thi công cọc ván ống thép, cọc thử nghiệm nên được thực hiện để xác nhận các lớp chịu lực và có được dữ liệu cần thiết về quản lý xây dựng bao gồm độ sâu dừng đóng cọc, độ sâu thâm nhập cọc, các loại máy móc được sử dụng thích hợp và thúc đẩy tính chính xác hướng đến mục tiêu duy nhất.

Nếu một phần cọc ván ống thép hoặc một cọc riêng biệt bên trong được sử dụng, nó có thể cũng được coi như một cọc thử nghiệm.

12.3  Hướng dẫn lắp đặt

Việc thi công móng cọc ván ống thép phụ thuộc đáng kể vào mức độ chính xác khi đóng cọc. Trong Hình 48, kết cấu dẫn hướng thường được sử dụng bằng cách kết hợp khung dẫn hướng là các cọc thép Hình chống đỡ cho khung dẫn hướng.

Hình 48 - Khung dẫn hướng

12.4  Đóng cọc và kết thúc quá trình đóng cọc

1) Bố trí đóng cọc xác định dựa trên vị trí và hình dạng của móng, phương pháp đóng, chủng loại, thiết bị đóng cọc và các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác đóng cọc.

2) Trong khi đóng một cọc, chú ý rằng nên đảm bảo độ chính xác và chiều dài cọc đóng vào trong đất, cách thức đóng cọc không được gây ra sự phá hoại cọc.

3) Cọc ván ống thép thường sẽ được đóng tới chiều sâu thể hiện trong các bản vẽ thiết kế đã được xác nhận bởi kết quả thử nghiệm đóng cọc để bảo đảm khả năng chịu lực như trong thiết kế.

4) Cọc ván ống thép nên được đóng theo thứ tự để tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động di chuyển và quay của máy đóng cọc.

Khi một cọc ván ống thép phân tách hoặc một cọc bên trong độc lập được sử dụng, nó là cần thiết để xem xét chuyển động cách đầy đủ của một máy khoan và một kế hoạch để xây dựng móng từ trụ.

(5) Khi đóng các cọc ván ống thép, người thi công nên tính đến các vị trí nghiêng, xoay, khoảng cách của các cọc và đảm bảo độ chính xác thi công cần thiết. Đặc biệt, tính chính xác trong thi công nên được kiểm soát cẩn thận, bởi vì nó ảnh hưởng lớn đến khả năng liên kết giữa các cọc.

(6) Trong suốt quá trình đào đất, không được làm xáo trộn các lớp đất xung quanh cọc ván ống thép. Như vậy để cho đường kính đào đất tại vị trí mũi cọc bằng đường kính của cọc theo điều kiện thi công, vì sức kháng do ma sát của cọc ván ống thép do các tai cọc lớn hơn nhiều so với cọc ống thép. Trong trường hợp này, chú ý rằng không được làm xáo trộn các lớp đất xung quanh.

a) Ngay cả khi cọc đã đạt tới độ sâu quy định, tuy nhiên, đóng cọc nên được tiếp tục đến một mức độ nhất định, vì sự thâm nhập quá lớn có thể đặt ra vấn đề biểu thị khả năng chịu lực. Mặt khác, cọc có thể không được định hướng dưới sâu do đặc tính của lớp đất ở giữa hoặc lớp chịu lực. Nếu cọc được tiếp tục được đóng trong trường hợp này, sẽ có những ảnh hưởng bất lợi đến thân cọc: Những người thi công nên chọn hoặc thay đổi về chiều sâu dừng đóng cọc hay một phụ trợ tương tự để đóng cọc đến độ sâu thiết kế ban đầu, dựa vào độ dài của phần cọc không được đóng, độ sâu dừng đóng cọc và điều kiện thiết kế ban đầu.

Mặc dù nó rất khó để thống nhất mức độ thâm nhập khi dừng đóng cọc, tùy thuộc vào chủng loại, độ dài và hình dạng của cọc ván ống thép và các điều kiện lớp đất, các nhà xây dựng có thể xem xét hướng dẫn cho các mức độ là khoảng 2-10mm. Khi nó là rất cao, mất ổn định có thể xảy ra tại đầu của cọc ván ống thép khi xem xét độ lớn của năng lượng búa cũng như số lượng của búa, nó là cần thiết để gia cố đầu cọc.

b) Nguyên nhân và biện pháp cho trường hợp gặp khó khăn khi đóng cọc ván ống thép vào lớp chịu lực tương tự các trường hợp của cọc bê tông chế tạo sẵn như mô tả trong Mục 17.10 của tiêu chuẩn JRA 2002, Specifications for highway bridge, Part IV - Substructure. Ngoài ra, sức kháng của các tai cọc gây ra bởi độ chính xác khi làm việc là yếu tố quan trọng. Rất khó để có một biện pháp hiệu quả chống lại các yếu tố này khi đóng cọc, nhà xây dựng đầy đủ nên xem cả tính chính xác khi đóng cọc và tính chính xác trong sản xuất trước khi bắt đầu đóng cọc.

12.5  Đổ bê tông và hoàn thiện liên kết cọc

(1) Trong trường hợp móng cọc ván ống thép thi công theo phương pháp kết hợp rút hết nước, bê tông lấp đầy được đặt trong bên trong một ống thép gần để liên kết với sàn.

(2) Tai cọc sẽ được lấp đầy bằng vữa sau khi đất ở bên trong được làm sạch. Quá trình đổ bê tông vào cọc ván ống thép sau khi đóng cọc được hoàn tất và lấp đầy bên trong tai cọc bằng vữa nên được xử lý theo trình tự và phương pháp trong tài liệu thiết kế và chương trình thực hiện.

(3) Trước khi đổ bê tông, đất và các tạp chất trong lòng cọc ván ống thép nên được loại bỏ để tăng cường độ bám dính và liên kết giữa cọc và bê tông.

(4) Đối với một đê quai bằng móng cọc ván ống thép, nên lấp đầy thành đê quai với vữa gắn kết hay vật liệu chống thấm để đảm bảo nước không thấm qua tường và không cản trở hoạt động tiếp theo.

12.6  Giếng kín và sàn trên

12.6.1  Thi công giếng kín

Khi một giếng kín bằng móng cọc ván ống thép, hố đào ở bên trong vòng vây nên có các tầng thanh chống và vị trí tấm bê tông phía dưới được thực hiện theo phương pháp và trình tự quy định trong tài liệu thiết kế và chương trình thực hiện:

a) Trong khi đào đất trong vòng vây, chú ý giữ cho mực nước ở bên trong vòng vây ở mức quy định như trong các tài liệu thiết kế.

b) Trong trường hợp hố đào không khí, khoảng trên một mét đất dưới vị trí nơi mà các trụ thường được đào.

c) Bê tông phía dưới nên được thi công một cách cẩn thận để bảo đảm yêu cầu về cường độ và độ dày. Để đạt được mục tiêu này, đất bám vào bề mặt cọc ván ống thép nên được làm sạch trước khi đổ bê tông bịt đáy và sẽ tốt hơn khi sử dụng ống đổ bê tông trong nước.

d) Sau khi thi công bê tông dưới sàn, hệ thống chống đỡ nên được cài đặt khi tháo tường chắn. Khi lắp đặt hệ chống đỡ, đệm hoặc các loại tương tự nên được sử dụng để giữ khoảng cách của tường và ngăn chặn chuyển vị của nó. Khe hở giữa tường chắn và cọc ván ống thép cần được lấp đầy bằng bê tông hoặc vữa như minh họa trong Hình 49. Mực nước ở trong vòng vây khi lắp đặt các công trình phụ trợ nên ở mức thấp hơn 1 mét dưới các công trình phụ trợ. Trong quá trình thoát nước, cần thực hiện kiểm soát thi công, ví dụ như các biện pháp chống rò gỉ ở các khớp.

Hình 49 - Bê tông lấp lòng

12.6.2  Sàn trên và liên kết sàn trên

Liên kết giữa bản nắp và cọc ván ống thép cũng như các bản nắp nên được liên kết sao cho chuyển toàn bộ tải trọng tác động trên bản nắp đến đầu cọc ván ống thép.

Mối nối cần được liên kết theo cách tuân thủ tài liệu thiết kế và kế hoạch thi công. Đặc biệt là kết nối bản nắp trong móng cọc ván ống thép kết hợp vòng vây thường bao gồm việc hàn giữa cọc ván ống thép và bộ kết nối. Phía bên trong vòng vây nói chung là bất lợi cho việc hàn, nên hàn một cách cẩn thận trong khi quan tâm tới việc thoát nước và lưu thông không khí sau khi loại bỏ đất, hơi ẩm và gỉ sét bám vào bề mặt cọc ván ống thép.

12.6.3  Dỡ bỏ hệ thống chống đỡ và cọc ván ống thép làm việc như vòng vây

Móng cọc ván ống thép trong phương pháp vòng vây có hệ thống chống đỡ được dỡ bỏ một cách dễ dàng theo phương pháp và trình tự quy định tại bản thiết kế và kế hoạch thi công sau khi hoàn thành bản nắp và thân móng. Hệ thống chống đỡ nên được dỡ bỏ từ thấp lên cao trong khi cung cấp nước trong vòng vây.

Khi cắt cọc ván ống thép đóng vai trò như vòng vây, cần thiết lựa chọn một phương pháp thích hợp với điều kiện thực địa. Khi vị trí cắt sâu, nước nên được đưa vào bên trong cọc ván ống thép và một máy cắt dưới nước chuyên dụng nên được sử dụng để cắt từ phía bên trong. Trong trường hợp này nên cung cấp cho một đường cắt đánh dấu, nếu cần thiết, tai cọc tại các địa điểm dưới nước có thể được cắt.

12.7  Công tác kiểm tra thi công

Bao gồm các nội dung dưới đây tương tự như Mục 9.3 của phương pháp thi công cọc bằng búa đóng. Tuy nhiên cũng có một số điểm khác như độ chính xác khi đóng cọc:

a) Độ chính xác khi đóng cọc

- Độ lệch tâm cọc ống thép không lớn hơn 100mm.

- Độ nghiêng của cọc ống thép không lớn hơn 1/500.

b) Kiểm soát đóng cọc

c) Kiểm tra mối nối

d) Số liệu thi công

e) Điểm kiểm tra.

13  Chống ăn mòn cọc ống thép

Thực hiện theo nội dung mục 12.11.4 Cọc ống thép, của tiêu chuẩn JRA 2002, Specifications for highway bridge, Part IV - Substructures.

Ngoài ra, đối với các cọc thi công trong môi trường nước biển, tham khảo nội dung chống ăn mòn được đề cập trong tiêu chuẩn TCVN 10318:2014.

Phụ lục A

(Quy định)

Hình dạng, kích thước, khối lượng và dung sai của ống đơn

A.1  Hình dạng của đầu mút ống

Hình dạng hình học của ống đơn được trình bày ở hình A.1. Khi các ống có chiều dày khác nhau được nối lại, theo quy định chúng nên được xử lý sơ bộ ngay tại nơi sản xuất như thể hiện ở hình A.2. Khi có yêu cầu đặc biệt, sự gia cường hoặc đặc tính làm việc có thể được quyết định bằng thỏa thuận giữa khách hàng và nhà cung cấp.

CHÚ THÍCH: Mặt đỉnh được gọi là đầu tiên của cọc, còn mặt chân dưới được gọi là đầu dưới của cọc như trong Hình A.1.

a) Phần đỉnh và phần chân b) Mối hàn chu vi tại công trường

Hình A.1 - Hình dạng các đầu mút ống đơn và mối hàn chu vi tại công trường

Chú thích : a) Chiều dài phần bị cắt ở mặt trong ống rỗng không được nhỏ hơn 4(t₁-t₂). Việc cắt này có thể được bỏ qua khi (t₁-t₂) không lớn hơn 2mm; hoặc khi (t₁-t₂) không lớn hơn 3mm trong trường hợp đường hàn cả 2 mặt là mối hàn chu vi nơi sản xuất.

Hình A.2 - Hình dạng mối hàn chu vi của các ống có chiều dày khác nhau

A.2  Kích thước và khối lượng đơn vị

Kích thước và khối lượng đơn vị của ống đơn như sau:

a) Đường kính ngoài, chiều dày, diện tích mặt cắt ngang và khối lượng đơn vị của ống đơn được cho trong bảng A.1.

Đối với các kích thước đường kính khác so với bảng B.1 theo thỏa thuận giữa nhà sản xuất và khách hàng.

b) Chiều dài của ống rỗng thường là 2m hoặc dài hơn. Chiều dài của ống đơn là 6m hoặc được tăng thêm bội số của 0,5m.

A.3  Hình dạng và dung sai kích thước

Hình dạng và dung sai kích thước nên như sau:

a) Hình dạng của ống đơn và dung sai kích thước được cho trong Bảng A.2.

b) Trong trường hợp hàn chu vi tại công trường, độ lệch tuyến khi nối hai ống đơn (Sau đây gọi là “độ lệch tuyến tính của mối hàn tại công trường”) nên bằng trị số chênh lệch của chu vi các ống đơn chia cho π và dung sai nên tuân theo Bảng A.3, với π = 3,1416.

Bảng A.1 - Kích thước^a) và khối lượng đơn vị