Thiết Bị Thi Công Cọc Khoan Nhồi Gồm Những Gì?

Thiết bị thi công cọc khoan nhồi không chỉ gồm máy khoan tạo lỗ. Một dây chuyền hoàn chỉnh còn cần thiết bị giữ ổn định thành hố, xử lý đáy, lắp dựng lồng thép, đổ bê tông và kiểm tra chất lượng. Mỗi thiết bị đảm nhiệm một công đoạn nhưng ảnh hưởng trực tiếp đến công đoạn tiếp theo: hố khoan không ổn định có thể làm tăng lượng đất lẫn trong dung dịch; đáy hố làm sạch chưa đạt yêu cầu có thể ảnh hưởng đến sức chịu tải; còn ống đổ bê tông vận hành sai có nguy cơ tạo khuyết tật trong thân cọc.

Dàn thiết bị thi công cọc khoan nhồi.

Vì vậy, lựa chọn thiết bị phải dựa trên hồ sơ địa chất, kích thước cọc, mực nước ngầm, điều kiện mặt bằng và biện pháp thi công được phê duyệt, thay vì chỉ dựa vào công suất máy khoan.

Các nhóm thiết bị thi công cọc khoan nhồi và chức năng

Thi công cọc khoan nhồi cần phối hợp ba nhóm thiết bị theo địa chất, kích thước cọc và biện pháp thi công. Máy tạo lỗ cùng gầu, mũi khoan xoắn hoặc dụng cụ khoan đá phải đáp ứng mô-men, lực ép và chiều sâu thiết kế; công nghệ khoan khác nhau không thể tùy ý thay thế.

Ống vách và hệ thống dung dịch giúp ổn định thành hố. Bể chứa, bơm, thiết bị tách cát và dụng cụ đo hỗ trợ kiểm soát chất lượng dung dịch theo yêu cầu công trình. Cẩu phục vụ hạ lồng thép và ống đổ; thiết bị vét, thổi rửa làm sạch đáy trước khi đổ bê tông. Trong suốt quá trình, cần kiểm tra hố khoan, ống đổ và ghi nhận thông số thi công.

Máy tạo lỗ và bộ dụng cụ khoan

Máy khoan xoay dùng cần Kelly là lựa chọn phổ biến cho cọc khoan nhồi đường kính lớn. Đầu quay truyền mô-men xuống cần khoan để vận hành gầu đào đất, mũi khoan xoắn hoặc gầu khoan đá. Gầu thích hợp với nhiều lớp đất có khả năng giữ hình dạng trong thời gian ngắn; mũi khoan xoắn hỗ trợ phá đất chặt; còn dụng cụ khoan đá được chọn theo độ cứng và mức độ nứt nẻ của tầng đá. Nhà thầu cần xét đồng thời mô-men xoắn, lực ép xuống, chiều sâu khoan hữu dụng và khả năng đưa đất khoan lên mặt đất. Một máy có mô-men lớn nhưng không đủ chiều sâu làm việc vẫn không đáp ứng được thiết kế.

Máy khoan tạo lỗ cọc khoan nhồi

Trong điều kiện địa tầng đặc biệt, thiết bị khoan tuần hoàn thuận hoặc tuần hoàn nghịch có thể được xem xét để vận chuyển mùn khoan bằng dòng dung dịch. Cơ chế tuần hoàn, lưu lượng và hệ thống tách cát phải tương thích với đường kính, chiều sâu hố khoan. Công nghệ khoan guồng xoắn liên tục CFA lại có quy trình tạo cọc và cấp bê tông khác khoan xoay dùng ống đổ; không nên xem các thiết bị này là phương án thay thế trực tiếp cho nhau nếu chưa được thiết kế, thẩm tra và chấp thuận biện pháp thi công.

Thiết bị giữ thành và xử lý dung dịch khoan

Ống vách thép giúp định vị miệng hố, hạn chế sạt lở lớp đất mặt và ngăn nước bẩn chảy vào hố khoan. Tùy chiều sâu và điều kiện địa chất, ống vách có thể được hạ bằng bộ rung, bộ xoay ép ống hoặc cơ cấu phù hợp khác. Ở lớp đất rời, đất yếu hay nơi có nước ngầm, thành hố bên dưới ống vách thường được giữ ổn định bằng dung dịch bentonite hoặc polymer theo biện pháp đã lựa chọn. Vai trò của dung dịch là tạo áp lực cân bằng với đất và nước xung quanh, đồng thời hỗ trợ vận chuyển mùn khoan trong một số phương pháp thi công.

Hệ thống dung dịch thường gồm bể pha, bể chứa, bơm, đường ống và thiết bị tách cát. Các dụng cụ đo tại hiện trường phục vụ kiểm soát tỷ trọng, độ nhớt, hàm lượng cát và các chỉ tiêu khác theo loại dung dịch sử dụng. Không thể đánh giá chất lượng dung dịch chỉ bằng quan sát màu sắc: dung dịch nhiễm nhiều hạt mịn hoặc cát có thể làm giảm hiệu quả làm sạch hố và ảnh hưởng đến chất lượng bê tông khi đổ. Ngưỡng chấp nhận cần theo hồ sơ thiết kế, chỉ dẫn kỹ thuật và tiêu chuẩn áp dụng, thay vì dùng một trị số chung cho mọi công trình.

Thiết bị nâng hạ, làm sạch đáy và đổ bê tông

• Cẩu phục vụ: nâng lồng thép, ống vách, ống đổ và các cấu kiện phụ trợ; tải trọng cho phép phải được kiểm tra tại bán kính làm việc thực tế, không chỉ theo sức nâng danh định.
• Gầu vét hoặc thiết bị thổi rửa đáy: loại bỏ mùn khoan, cặn lắng sau khi khoan đến cao độ thiết kế; cách làm sạch phụ thuộc phương pháp giữ thành và trạng thái hố khoan.
• Ống đổ bê tông dưới dung dịch: được lắp kín tại các mối nối, đủ chiều dài và có phương án kiểm soát chiều sâu ngập ống trong suốt quá trình đổ.
• Thiết bị kiểm tra: thước đo sâu, dụng cụ đo đường kính hoặc độ thẳng đứng khi được yêu cầu, bộ lấy mẫu dung dịch và phương tiện ghi nhận thông số thi công.

Lồng thép thường được gia công tại bãi, sau đó hạ bằng cẩu với hệ đòn treo và điểm cẩu được tính toán để hạn chế biến dạng. Con kê hoặc bộ định tâm giữ lớp bê tông bảo vệ theo thiết kế. Nếu cọc có ống siêu âm, ống cần được cố định, nối kín và bảo vệ trong quá trình hạ lồng, đổ bê tông để phục vụ kiểm tra sau này.

Lồng thép thường được gia công tại bãi

Cách lựa chọn thiết bị theo điều kiện công trình

Việc lựa chọn thiết bị thi công cọc khoan nhồi cần dựa trên hồ sơ địa chất, đường kính, chiều sâu cọc và điều kiện mặt bằng. Từng lớp đất, cuội sỏi hoặc đá đòi hỏi dụng cụ khoan phù hợp để hạn chế kẹt gầu, mài mòn và mất ổn định thành hố. Cần kiểm tra tải trọng nền, chiều cao thông thủy, không gian quay máy và khả năng nâng hạ, thay vì chỉ nhìn thông số catalogue. Dây chuyền khoan, làm sạch đáy, hạ lồng và cấp bê tông phải đồng bộ để tránh hố khoan chờ lâu. Tại khu vực đô thị, cần xét tiếng ồn, rung, công trình lân cận và hạ tầng ngầm.

Đối chiếu với địa chất và hình học cọc

Hồ sơ khảo sát địa chất là điểm xuất phát khi lập danh mục thiết bị thi công cọc khoan nhồi. Lớp cát bão hòa nước, bùn mềm, đất có cuội sỏi và đá phong hóa không thể áp dụng cùng một tổ hợp dụng cụ khoan. Với cuội sỏi, cần đánh giá khả năng kẹt gầu, mài mòn răng cắt và mất ổn định thành hố. Khi gặp đá, việc chọn gầu khoan đá, mũi phá đá hay phương pháp hỗ trợ phải căn cứ vào cường độ đá, cấu trúc khe nứt và yêu cầu về cao độ mũi cọc.

Đường kính và chiều sâu cọc quyết định kích thước dụng cụ cắt, cấu hình cần Kelly, khả năng nâng hạ và dung tích hệ thống dung dịch. Bên cạnh đó, khoảng cách giữa các tim cọc, tải trọng cho phép của nền đặt máy, chiều cao thông thủy và phạm vi quay cần khoan đều ảnh hưởng đến khả năng bố trí thiết bị. Không nên chọn máy chỉ theo đường kính cọc lớn nhất ghi trong catalogue; thông số đó có thể thay đổi theo cấu hình cần, loại đất và điều kiện vận hành.

Đồng bộ dây chuyền với mặt bằng và tiến độ

Tiến độ khoan chỉ có ý nghĩa khi các khâu phía sau theo kịp. Nếu máy khoan hoàn thành hố nhưng cẩu chưa sẵn sàng hạ lồng, thiết bị làm sạch đáy thiếu công suất hoặc nguồn bê tông đến chậm, thời gian hố khoan chờ sẽ kéo dài và rủi ro phát sinh cặn lắng tăng lên. Khi lập tiến độ, cần tính cả thời gian di chuyển máy giữa các vị trí, lắp ống vách, kiểm tra dung dịch, nghiệm thu hố, hạ lồng và đổ bê tông liên tục.

Ở công trường đô thị, biện pháp tổ chức còn phải xét tiếng ồn, rung động, tuyến xe chở đất, vị trí bể dung dịch và khoảng cách đến công trình lân cận. Mặt bằng cần đủ ổn định để chịu tải tập trung của máy khoan và cẩu, đặc biệt gần hố đào hoặc công trình ngầm. Trước khi vận hành, nhà thầu phải xác minh vị trí đường điện, cáp, ống kỹ thuật dưới đất và phương án bảo vệ tương ứng. Các hạn chế này có thể quyết định việc dùng ống vách rung hay ưu tiên giải pháp hạ ống ít gây rung hơn.

Kiểm soát chất lượng, an toàn và hiệu quả vận hành

Chất lượng cọc khoan nhồi cần được kiểm soát từ định vị đến đổ bê tông. Nhật ký thi công ghi nhận địa tầng, dung dịch, độ sâu, lượng bê tông và các bất thường. Đổ bê tông liên tục, duy trì độ ngập ống đổ giúp hạn chế tạp chất lẫn vào thân cọc.

Sau thi công, kết quả siêu âm và thử tải cần được đối chiếu với nhật ký, dữ liệu đổ bê tông trước khi xử lý nghi vấn. Cần kiểm tra nền đặt máy, thiết bị nâng, bảo vệ miệng hố khoan và quản lý đất, dung dịch thải. Bảo dưỡng thiết bị định kỳ giúp giảm gián đoạn, duy trì an toàn và hiệu quả vận hành.

Quy trình thi công cọc khoan nhồi

Theo dõi từng công đoạn thi công

Với cọc khoan nhồi, kiểm soát chất lượng cần bắt đầu từ định vị tim cọc và cao độ mặt bằng. Trong lúc khoan, nhật ký phải ghi nhận địa tầng thực tế, độ sâu, dụng cụ sử dụng, diễn biến dung dịch và các bất thường như mất dung dịch, sập thành hoặc gặp vật cản. Khi đạt độ sâu thiết kế, hố khoan được kiểm tra theo yêu cầu về kích thước, độ thẳng đứng, điều kiện mũi cọc và cặn lắng đáy. Nếu có khoảng chờ trước khi đổ bê tông, cần kiểm tra lại các điều kiện dễ thay đổi thay vì chỉ dựa vào kết quả đo ban đầu.

Việc đổ bê tông dưới dung dịch đòi hỏi ống đổ được lắp chắc chắn và mẻ bê tông đầu tiên có biện pháp tách bê tông khỏi dung dịch trong ống. Trong quá trình đổ, đầu ống phải luôn ngập trong khối bê tông theo mức quy định của biện pháp thi công; rút ống quá cao có thể làm dung dịch và đất lẫn vào thân cọc. Đồng thời cần theo dõi cao độ mặt bê tông, lượng bê tông đã cấp và thời điểm tháo từng đoạn ống. Đổ bê tông liên tục, kiểm soát độ sụt theo cấp phối được duyệt và lưu hồ sơ từng chuyến xe là những yêu cầu vận hành quan trọng.

Kiểm tra sau thi công và xử lý dữ liệu

Sau khi bê tông đạt điều kiện kiểm tra, phương pháp siêu âm qua ống đặt sẵn có thể hỗ trợ đánh giá tính đồng nhất của thân cọc giữa các cặp ống. Thử tải tĩnh, nếu được chỉ định, cung cấp dữ liệu về quan hệ tải trọng và chuyển vị; các phép thử tính toàn vẹn khác cần được lựa chọn theo kích thước cọc và mục tiêu đánh giá. Mỗi phương pháp có giới hạn riêng: tín hiệu bất thường không tự động chứng minh toàn bộ tiết diện cọc bị hỏng, còn kết quả bình thường của một phép thử cũng không thay thế mọi yêu cầu nghiệm thu.

Máy siêu âm cọc khoan nhồi

Khi phát hiện nghi vấn, đơn vị chuyên môn cần đối chiếu nhật ký khoan, khối lượng bê tông thực tế, diễn biến cao độ bê tông, kết quả thí nghiệm và vị trí tín hiệu bất thường trước khi đề xuất kiểm tra bổ sung. TCVN 9395:2012 về cọc khoan nhồi – thi công và nghiệm thu là một tài liệu tham chiếu thường gặp; việc áp dụng cụ thể vẫn phải phù hợp hồ sơ thiết kế và hệ tiêu chuẩn được quy định trong hợp đồng.

An toàn thiết bị và quản lý chất thải

Máy khoan, cẩu và thiết bị rung chỉ được vận hành trên nền đã kiểm tra khả năng chịu tải, có vùng làm việc được khoanh định và người hướng dẫn tín hiệu khi nâng hạ. Cần kiểm tra chốt liên kết, cáp, móc cẩu, hệ thủy lực và cơ cấu an toàn trước ca làm việc. Miệng hố khoan chưa hoàn thiện phải được che chắn hoặc rào bảo vệ; người lao động không đứng dưới lồng thép đang treo hay trong vùng quay của đối trọng. Khi thời tiết xấu hoặc nền đặt máy có dấu hiệu lún, việc vận hành phải được đánh giá lại.

Đất khoan và dung dịch thải cần được thu gom, tách nước hoặc xử lý theo phương án môi trường của dự án, không xả trực tiếp ra hệ thống thoát nước. Bể chứa phải hạn chế tràn khi mưa lớn, còn tuyến vận chuyển đất cần có biện pháp giảm rơi vãi. Bảo dưỡng định kỳ răng gầu, ống đổ, bơm và thiết bị đo giúp duy trì độ chính xác của thao tác thi công, đồng thời giảm nguy cơ dừng máy giữa một công đoạn không thể gián đoạn như đổ bê tông cọc.