Khoan đá

Khoan đá là một kỹ thuật nền móng sâu trong đó các trục khoan, thường là cọc khoan đường kính lớn hoặc cọc auger liên tục (CFA), mở rộng vào các lớp đá nền có khả năng chịu lực để phát triển thêm khả năng chịu tải vượt quá những gì có thể đạt được chỉ bằng cách chôn trong các lớp đất phủ. Phương pháp này là nền tảng trong kỹ thuật địa kỹ thuật nơi mà địa chất bên dưới bao gồm các lớp đất yếu hoặc nén chặt nằm trên các lớp đá mạnh hơn. Công nghệ này cho phép các kỹ sư thiết kế các nền móng có khả năng chịu tải trọng cấu trúc nặng—như từ các tòa nhà nhiều tầng, cầu, cơ sở hạ tầng quan trọng, và các cơ sở công nghiệp—bằng cách neo trực tiếp vào đá chịu lực thay vì chỉ dựa vào ma sát bề mặt cọc trong các điều kiện đất biên giới. Khoan đá được áp dụng trong nhiều kịch bản nền móng khác nhau: các mố cầu và trụ cầu yêu cầu chôn sâu vào đá, nền móng của các tòa nhà cao tầng trong các khu vực đô thị có không gian bên hạn chế, các cấu trúc ngoài khơi và trên biển chịu tải động, các cơ sở hạt nhân và các cơ sở quan trọng khác yêu cầu độ tin cậy chịu tải tối đa, và các khu công nghiệp với tải trọng máy móc nặng. Nó đặc biệt phổ biến trong các môi trường đô thị nơi mà nền móng nông không khả thi và trong các khu vực có địa tầng phức tạp với các lớp có khả năng chịu lực mỏng ở độ sâu. Quá trình hoạt động bao gồm việc khoan qua các vật liệu phủ bằng cách sử dụng thiết bị khoan xoay hoặc va chạm cho đến khi đạt được độ sâu đá mục tiêu, sau đó khoan vào chính cấu trúc đá. Độ sâu khoan thường là từ 5 đến 15 feet (1,5 đến 4,5 mét), mặc dù có thể vượt quá điều này cho các ứng dụng tải nặng. Khả năng chịu tải phát sinh từ việc chịu tải ở đá mặt trong lỗ khoan và ma sát bên dọc theo giao diện cọc-đá. Cách tiếp cận thiết kế tuân theo các phương pháp đã được thiết lập tính đến chỉ số chất lượng đá (RQD), sức chịu nén không bị giới hạn, khoảng cách không đồng nhất, và hướng của các khớp để ước lượng khả năng chịu tải của lỗ khoan bằng cách sử dụng các yếu tố giảm tương ứng với sức mạnh của đá nguyên khối. Các loại thiết bị chính bao gồm các giàn khoan xoay đường kính lớn (thường là 150–500 kW) được trang bị các xô khoan va chạm hoặc khoan để thâm nhập vào đá, các hệ thống vỏ để ổn định lỗ khoan trong quá trình khoan và đặt bê tông, các công cụ auger chuyên dụng cho việc lắp đặt auger liên tục trong đá, và thiết bị thoát nước/vữa để giải quyết độ thấm của khối đá và chất lượng liên kết. Các cấu hình dao động từ thiết kế lỗ khoan hở đơn giản đến các lỗ khoan có vỏ và được vữa, với việc gia cố lỗ khoan thường bao gồm các lồng gia cố kéo dài toàn bộ độ sâu lỗ khoan và vào phần cọc phía trên. Các tiêu chí lựa chọn bao gồm loại đá và sức mạnh (cần được xác minh thông qua các mẫu lõi và phân tích trong phòng thí nghiệm), khả năng chịu tải cọc yêu cầu và các tổ hợp tải trọng, các giới hạn lún cho phép, lợi ích chi phí so với các phương pháp nền móng sâu thay thế (khoan caisson, cọc đóng, tường màng), các hạn chế về thời gian khoan do lịch trình dự án, và các cân nhắc môi trường như giới hạn rung động và tiếng ồn trong các khu đô thị. Các tiêu chuẩn liên quan bao gồm EN 1536 (Cọc khoan), EN ISO 14688 (Phân loại đất), ASTM D2113 (Khoan lõi), DIN 1054 (Thiết kế địa kỹ thuật), và API RP 2A-WSD cho các ứng dụng ngoài khơi. Thiết kế cũng tham khảo ASCE 7 cho các tổ hợp tải trọng và hướng dẫn ICOLD cho các cấu trúc quan trọng.