Thi Công Cọc Khoan Nhồi Dưới Nước Những Nguyên Tắc Cần Biết

Thi Công Cọc Khoan Nhồi Dưới Nước

Thi công cọc khoan nhồi dưới nước là giải pháp tạo móng sâu cho cầu, cảng, bến thủy, công trình ven sông và những khu vực có mực nước ngầm cao. Khác với thi công trên nền đất khô, quá trình khoan phải đồng thời kiểm soát sự ổn định của thành hố, tác động của dòng chảy và chất lượng bê tông khi đổ trong môi trường có nước hoặc dung dịch giữ thành. Chỉ một sai lệch ở khâu làm sạch đáy, hạ lồng thép hay đổ bê tông cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng làm việc của cọc.

Thi công cầu thượng cát

Một cọc đạt yêu cầu không chỉ đúng đường kính và chiều sâu thiết kế. Nhà thầu còn phải chứng minh được tính liên tục của thân cọc, chất lượng tiếp xúc ở mũi cọc và sự phù hợp với điều kiện địa chất thực tế thông qua hồ sơ thi công, kiểm tra hiện trường và các phép thử được chỉ định.

Đặc thù kỹ thuật của thi công cọc khoan nhồi dưới nước

Thi công cọc khoan nhồi dưới nước có thể thực hiện từ sà lan, sàn công tác trên mặt nước hoặc trên đất liền khi hố khoan nằm dưới mực nước ngầm. Trường hợp đầu chịu ảnh hưởng của dòng chảy, thủy triều và dao động thiết bị; trường hợp sau dễ gặp nước ngầm xâm nhập và sạt lở tầng cát.

Thành hố khoan cần được giữ ổn định bằng ống vách thép, dung dịch bentonite, polymer hoặc kết hợp các biện pháp. Khảo sát địa chất là cơ sở chọn thiết bị, chiều dài ống vách và phương án giữ thành. Khi dừng khoan, cần đối chiếu mẫu đất, cao độ thực đo với thiết kế; sai khác địa tầng phải được kỹ sư thiết kế chấp thuận trước khi thi công tiếp.

Hai điều kiện thi công thường gặp

Khái niệm “dưới nước” có thể chỉ công việc thực hiện từ sà lan hoặc sàn công tác trên sông, biển; cũng có thể chỉ hố khoan nằm dưới mực nước ngầm dù máy khoan đặt trên đất liền. Ở trường hợp thứ nhất, tải trọng thiết bị, dao động của phương tiện nổi, dòng chảy và chênh lệch mực nước theo thủy triều là những yếu tố phải tính đến. Ở trường hợp thứ hai, rủi ro chủ yếu đến từ nước ngầm xâm nhập, tầng cát dễ sạt và áp lực nước trong đất.

Cả hai trường hợp đều đòi hỏi duy trì áp lực trong hố khoan đủ để chống sập thành. Tùy địa tầng và thiết kế biện pháp thi công, nhà thầu sử dụng ống vách thép, dung dịch bentonite hoặc polymer, hoặc kết hợp các phương án này. Ống vách đặc biệt quan trọng ở phần đất phía trên, nơi chịu tác động trực tiếp của dòng nước và dễ bị xói lở.

Vì sao khảo sát địa chất quyết định phương án khoan?

Hồ sơ địa chất cần xác định chiều dày từng lớp đất, vị trí tầng chịu lực, khả năng xuất hiện cuội sỏi hoặc đá, mực nước và tính chất của đất dễ mất ổn định. Từ đó, kỹ sư lựa chọn gầu khoan, mũi khoan, phương pháp tuần hoàn dung dịch và chiều dài ống vách phù hợp. Chẳng hạn, tầng cát rời bão hòa nước cần được kiểm soát chặt về dung dịch giữ thành; còn lớp cuội hoặc đá phong hóa có thể yêu cầu thiết bị phá đá và kiểm tra độ thẳng đứng thường xuyên hơn.

Không nên quyết định chiều sâu dừng khoan chỉ bằng trị số trên đồng hồ đo. Đơn vị giám sát cần đối chiếu mẫu đất lấy lên, tốc độ khoan, cao độ thực đo và yêu cầu về tầng đặt mũi cọc trong hồ sơ thiết kế. Nếu địa tầng thực tế khác đáng kể so với khảo sát, việc xử lý phải được kỹ sư thiết kế chấp thuận trước khi chuyển sang công đoạn tiếp theo.

Quy trình thi công cọc khoan nhồi dưới nước theo từng bước

Thi công cọc khoan nhồi dưới nước bắt đầu bằng kiểm tra tim cọc, điều kiện dòng chảy, độ ổn định của sàn công tác và hạ ống vách đúng vị trí. Tiếp đó, khoan tạo lỗ kết hợp duy trì mực dung dịch giữ thành, theo dõi địa tầng và xử lý các dấu hiệu mất ổn định. Khi đạt độ sâu thiết kế, cần làm sạch đáy, kiểm tra cặn lắng và chất lượng dung dịch trước khi hạ lồng thép, lắp ống tremie. Bê tông được đổ liên tục từ dưới lên, bảo đảm đầu ống luôn ngập trong bê tông để ngăn nước xâm nhập. Cuối cùng, kiểm tra cao độ và xử lý phần bê tông đầu cọc lẫn tạp chất.

Thi công khoan cọc nhồi dưới nước cho cầu Ngọc Hồi

Chuẩn bị mặt bằng, định vị và hạ ống vách

Trước khi khoan, nhà thầu kiểm tra tọa độ tim cọc, cao độ chuẩn, khoảng cách an toàn với công trình lân cận và tuyến giao thông thủy. Với công trình trên mặt nước, sàn công tác hoặc sà lan phải được neo giữ, kiểm tra khả năng chịu tải của máy khoan, cần cẩu, lồng thép và các thiết bị phụ trợ. Kế hoạch vận hành cũng phải xét đến thời tiết, dòng chảy và thời điểm thủy triều thay đổi mạnh.

Ống vách được định vị đúng tim, hạ đến độ sâu đủ giữ ổn định phần miệng hố và hạn chế nước chảy kéo theo đất vào lỗ khoan. Sau khi hạ, cần đo lại vị trí và độ thẳng đứng. Sai lệch ở giai đoạn này có thể khiến toàn bộ thân cọc bị lệch, làm lồng thép khó hạ hoặc giảm khoảng cách bảo vệ giữa cọc và kết cấu bên cạnh.

Khoan tạo lỗ và kiểm soát dung dịch giữ thành

Máy khoan lấy đất theo từng đợt; vật liệu đào lên được quan sát, ghi nhận để đối chiếu với mặt cắt địa chất. Trong suốt quá trình, mực dung dịch trong hố phải được duy trì theo biện pháp đã phê duyệt, tránh tụt đột ngột làm giảm áp lực giữ thành. Nếu dùng bentonite hoặc polymer, kỹ thuật viên theo dõi các chỉ tiêu như tỷ trọng, độ nhớt, hàm lượng cát và độ pH theo yêu cầu của vật liệu và giai đoạn thi công. Không thể áp dụng một bộ trị số cố định cho mọi loại dung dịch, mọi địa tầng.

Tại vùng nước chảy, cần ngăn dòng chảy trực tiếp cuốn trôi dung dịch ở miệng hố. Khi gặp dấu hiệu bất thường như lượng dung dịch hao hụt lớn, đất đào lên thay đổi đột ngột hoặc dụng cụ khoan bị kẹt, công việc phải được dừng để xác định nguyên nhân. Tiếp tục khoan khi thành hố đã mất ổn định có thể làm tăng nguy cơ sập lở và kẹt thiết bị.

Làm sạch đáy, hạ lồng thép và đổ bê tông bằng ống tremie

Sau khi đạt chiều sâu thiết kế, hố khoan được làm sạch để loại bỏ đất rời và cặn lắng ở đáy. Đơn vị thi công kiểm tra lại chiều sâu, kích thước hố, đặc tính dung dịch và độ dày lớp lắng theo yêu cầu nghiệm thu. Nếu thời gian chờ sau khi hạ lồng thép kéo dài, đáy hố có thể lắng cặn trở lại; khi đó phải kiểm tra và làm sạch bổ sung trước lúc đổ bê tông.

Lồng thép được chế tạo theo bản vẽ, kiểm tra mối nối, chiều dài, vị trí ống siêu âm nếu có và các con kê tạo lớp bê tông bảo vệ. Khi hạ lồng, thao tác phải đều, tránh va đập vào thành hố; không ép mạnh nếu lồng bị vướng. Ống tremie sau đó được lắp kín, hạ gần đáy hố và kiểm tra để hạn chế nguy cơ nước lọt vào trong ống.

Bê tông được cấp qua tremie theo phương thức đổ liên tục từ dưới lên. Mẻ bê tông đầu phải đủ để tạo nút bê tông và đẩy dung dịch ra khỏi miệng ống; trong quá trình nâng ống, đầu ống luôn được ngập trong khối bê tông mới theo chiều sâu quy định của biện pháp thi công. Nếu rút ống lên khỏi mặt bê tông, nước hoặc dung dịch có thể xâm nhập, tạo đoạn thân cọc kém chất lượng. Sau khi đổ đến cao độ yêu cầu, phần bê tông đầu cọc lẫn tạp chất sẽ được xử lý khi thi công đài cọc.

Kiểm soát các rủi ro ảnh hưởng đến chất lượng cọc

Chất lượng cọc phụ thuộc vào việc duy trì ổn định hố khoan, làm sạch đáy và đổ bê tông liên tục. Cần kiểm soát chiều sâu ống vách, mực và chất lượng dung dịch khoan, hạn chế thời gian hố mở để tránh sập thành, lắng cặn. Trước khi đổ, kiểm tra đáy hố, tính công tác của bê tông và ống tremie; chuẩn bị nguồn cấp ổn định để phòng khuyết tật thân cọc. Khi thi công trên sà lan, bảo đảm neo giữ, cứu hộ, áo phao và dừng nâng hạ nếu điều kiện vượt giới hạn an toàn. Đất khoan, dung dịch thải và nước rửa phải được thu gom, xử lý, không xả trực tiếp ra môi trường.

Thi công cầu Tứ Liên

Sập thành, và khuyết tật thân cọc khi thi công cọc khoan nhồi dưới nước

Sập thành hố khoan thường liên quan đến ống vách không đủ chiều sâu, mực dung dịch xuống thấp, dung dịch không đạt chất lượng hoặc thời gian để hố mở quá lâu. Đất sập có thể tích tụ ở đáy, làm giảm chất lượng vùng tiếp xúc của mũi cọc; nghiêm trọng hơn, nó tạo chỗ phình bất thường hoặc cản trở việc đổ bê tông. Biện pháp phòng ngừa là theo dõi mực dung dịch, rút ngắn thời gian chờ giữa các công đoạn và kiểm tra đáy ngay trước khi đổ.

Khuyết tật thân cọc có thể xuất hiện khi bê tông mất tính công tác, nguồn cấp bị gián đoạn, ống tremie bị tắc hoặc bị nâng sai cách. Vì vậy, cấp phối bê tông cần đáp ứng yêu cầu thi công bằng tremie về khả năng chảy, duy trì độ linh động và chống phân tầng; đồng thời phải dự trù năng lực vận chuyển để đổ liên tục. Kiểm tra độ sụt hoặc chỉ tiêu tính công tác tương ứng tại hiện trường giúp phát hiện mẻ bê tông không phù hợp trước khi đưa vào cọc.

An toàn trên mặt nước và quản lý chất thải

Thi công từ sà lan cần có phương án neo giữ, cứu hộ, chiếu sáng, liên lạc và kiểm soát vùng hoạt động của cần cẩu. Người lao động làm việc gần mép nước phải sử dụng phương tiện bảo hộ, đặc biệt là áo phao phù hợp. Khi thời tiết hoặc dòng chảy vượt giới hạn vận hành của phương án được phê duyệt, việc nâng hạ lồng thép và đổ bê tông cần được đánh giá lại thay vì cố duy trì tiến độ.

Dung dịch khoan đã sử dụng, đất khoan và nước rửa thiết bị phải được thu gom, xử lý theo phương án môi trường của dự án; không xả trực tiếp xuống sông, kênh hoặc vùng nuôi trồng thủy sản. Bể lắng, thiết bị tách cát và hệ thống tuần hoàn giúp giảm lượng dung dịch thải, đồng thời ổn định chất lượng dung dịch tái sử dụng.

Nghiệm thu và lựa chọn đơn vị thi công phù hợp

Nghiệm thu cọc khoan nhồi dưới nước cần dựa trên hồ sơ về vị trí, cao độ, địa tầng, chiều sâu, dung dịch khoan, tình trạng đáy, lồng thép và quá trình đổ bê tông. Lượng bê tông thực tế cần đối chiếu với tính toán; chênh lệch không đủ để kết luận chất lượng cọc. Siêu âm giúp kiểm tra thân cọc, trong khi thử tải tĩnh đánh giá sức chịu tải và chuyển vị. Chọn nhà thầu cần xét kinh nghiệm với địa tầng tương tự, thiết bị dự phòng, kiểm soát chất lượng, an toàn và môi trường. Biện pháp thi công cần nêu ngưỡng xử lý rủi ro, tuân thủ thiết kế, chỉ dẫn và tiêu chuẩn áp dụng.

Hồ sơ và phép kiểm tra cần quan tâm

Hồ sơ của từng cọc nên thể hiện tọa độ, cao độ, thời gian bắt đầu và kết thúc từng công đoạn, diễn biến địa tầng, chiều sâu khoan, thông số dung dịch, kết quả kiểm tra đáy, cấu tạo lồng thép và nhật ký đổ bê tông. Lượng bê tông thực tế cần được đối chiếu với thể tích tính toán; chênh lệch bất thường là tín hiệu để kiểm tra thêm, nhưng không thể tự nó khẳng định cọc đạt hay không đạt.

Tùy thiết kế và chỉ dẫn kỹ thuật, chất lượng thân cọc có thể được kiểm tra bằng siêu âm qua ống đặt sẵn hoặc phương pháp khác được chấp thuận. Thử tải tĩnh, nếu được chỉ định, cung cấp thông tin về khả năng chịu tải và chuyển vị của cọc trong điều kiện thử. Các phép kiểm tra có mục đích khác nhau: kết quả thân cọc đồng nhất không thay thế cho việc đánh giá sức chịu tải. Công tác thi công và nghiệm thu cần tuân thủ hồ sơ thiết kế, chỉ dẫn dự án cùng tiêu chuẩn áp dụng, trong đó có TCVN 9395:2012 về cọc khoan nhồi.

Tiêu chí đánh giá năng lực nhà thầu

Khi lựa chọn đơn vị thi công cọc khoan nhồi dưới nước, chủ đầu tư nên xem xét năng lực thực tế thay vì chỉ so sánh đơn giá. Những nội dung cần làm rõ gồm:

• Kinh nghiệm với địa tầng tương tự: Có hồ sơ công trình trên sông, ven biển hoặc trong đất bão hòa nước với đường kính, chiều sâu cọc tương ứng.
• Thiết bị và nguồn lực dự phòng: Máy khoan, sà lan, thiết bị xử lý dung dịch, hệ thống tremie và phương án cấp bê tông đáp ứng tiến độ đổ liên tục.
• Biện pháp kiểm soát chất lượng: Quy định rõ điểm dừng kiểm tra, người chịu trách nhiệm, biểu mẫu nhật ký và cách xử lý khi địa chất khác hồ sơ.
• An toàn và môi trường: Có phương án ứng phó sự cố trên mặt nước, quản lý giao thông thủy và thu gom chất thải khoan.

Một biện pháp thi công đáng tin cậy phải gắn từng rủi ro với cách theo dõi và ngưỡng hành động cụ thể. Nhờ đó, kỹ sư hiện trường có cơ sở quyết định khi nào được tiếp tục khoan, khi nào cần làm sạch lại đáy và khi nào phải dừng đổ để xử lý sự cố, thay vì chỉ kiểm tra chất lượng sau khi cọc đã hoàn thành.