Nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam

Bộ giáo dục và đào tạo bộ xây dựng
Trờng đại học kiến trúc hà nội

Lê công minh
Nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng
cọc siêu nhỏ trong điều kiện việt nam
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
H N
I
- 2011
Bộ giáo dục và đào tạo bộ xây dựng
Trờng đại học kiến trúc hà nội

Lê công minh
Khóa: 2008-2011 lớp: 2008x
Nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng
cọc siêu nhỏ trong điều kiện việt nam
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
Mã số: 60.58.20
Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. đoàn thế tờng
H N
I
- 2011
ii
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và cha hề đợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã
đợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn đã đợc chỉ rõ nguồn gốc.

Tác giả luận văn
Lê Công Minh
i
lời cảm ơn
Trớc hết tôi xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các thầy
cô trong Khoa sau đại học - Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội với những chỉ
dẫn và giúp đỡ trong quá trình học tập cũng nh khi tiến hành làm luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Đoàn Thế Tờng ngời trực
tiếp hớng dẫn khoa học, các thầy giáo trong Bộ môn Nền móng - Trờng Đại
học Kiến trúc Hà Nội đã có những ý kiến đóng góp quý báu cho nội dung của
luận văn.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn gia đình và các bạn đồng nghiệp đã
động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không thể tránh khỏi những
hạn chế và thiếu sót. Tôi rất mong nhận đợc sự đóng góp của quý thầy cô,
bạn bè và đồng nghiệp.
Hà Nội, ngày tháng năm 2011
Tác giả
Lê Công Minh
1
PHầN Mở đầu
* Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây tốc độ phát triển công nghiệp và đô thị hóa
ngày càng nhanh, nhiều hệ thống giao thông, khu công nghiệp, khu đô thị phát
triển mạnh đòi hỏi phải có nhiều giải pháp xử lý, gia cố nền móng đảm bảo
hiệu quả ổn định cho công trình xây dựng.
Việc lựa chọn giải pháp móng hợp lý trong điều kiện phức tạp cả về địa
chất và thi công là vấn đề đợc đặc biệt quan tâm. Để gia cố và xây dựng
móng công trình có quy mô vừa và nhỏ trong điều kiện đất nền yếu hay điều
kiện thi công khó khăn chật hẹp, ngời ta thờng sử dụng các loại móng cọc

khác nhau. Một trong số các loại cọc đã đợc sử dụng khá hiệu quả khi xây
dựng các công trình quy mô nhỏ trong điều kiện địa chất phức tạp là cọc siêu
nhỏ. Đây là loại cọc có đờng kính tiết diện dới 300 mm đối với cọc nhồi và
dới 150 mm đối với cọc đóng [1]. Trên thế giới, cọc siêu nhỏ đã đợc ứng
dụng rộng rãi trong xây dựng mới và gia cố các công trình. Cọc siêu nhỏ đợc
sử dụng rộng rãi tại nhiều nớc châu Âu, Mỹ v.v. từ những năm 50 của thế kỷ
XX.
Tại Việt Nam, cọc siêu nhỏ cũng đã đợc sử dụng trong các công trình
xây dựng vừa và nhỏ nhng chủ yếu dới dạng cọc chế sẵn thi công bằng
phơng pháp đóng, ép còn loại cọc đổ tại chổ thi công bằng phơng pháp
khoan nhồi đến nay vẫn cha đợc sử dụng do chúng ta cha có một chỉ dẫn
kỹ thuật nào để làm căn cứ áp dụng trong tính toán thiết kế và thi công loại
cọc này.
Trong điều kiện này, việc nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng dụng
cọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam là cấp thiết. Các nghiên cứu này bớc
đầu có thể cung cấp cơ sở cho việc xây dựng phơng pháp tính toán và thiết kế
cọc siêu nhỏ trong điều kiện Việt Nam. Giải quyết vấn đề trên đây sẽ giúp
hoàn thiện thêm lý thuyết tính toán móng cọc tại Việt Nam, đồng thời tăng
2
thêm sự lựa chọn cho ngời thiết kế về các giải pháp móng khi thiết kế các
công trình xây dựng.
Xuất phát từ yêu cầu trên việc nghiên cứu phơng pháp tính toán ứng
dụng cọc siêu nhỏ vào điều kiện Việt Nam để xử lý, gia cố nền móng các
công trình xây dựng là rất cần thiết.
* Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ khi xây dựng, xử lý,
gia cố các công trình trên nền đất yếu hoặc trong các điều kiện thi công khó
khăn. Trên cơ sở đó đa ra những kiến nghị về phơng pháp tính toán ứng
dụng cọc siêu nhỏ phù hợp với điều kiện Việt Nam.
* Đối tợng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tợng nghiên cứu là các công trình xây dựng .
- Phạm vi nghiên cứu là phơng pháp tính toán ứng dụng cọc siêu nhỏ
đổ tại chổ để đáp ứng yêu cầu ổn định của các công trình xây dựng trong điều
kiện Việt Nam
* Nội dung nghiên cứu:
- Thu thập và phân tích kinh nghiệm nớc ngoài về sử dụng cọc siêu
nhỏ trong xây dựng các công trình.
- Phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ dới tác dụng của tải trọng đứng
và tải trọng ngang
- áp dụng tính toán cọc siêu nhỏ
* Hớng kết quả nghiên cứu:
Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn có thể đợc sử dụng làm tài
liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho việc lựa chọn giải pháp nền móng
khi xử lý, gia cố và xây dựng công trình, và nếu đợc hoàn thiện thêm, sẽ là
cơ sở khoa học để kiến nghị sử dụng rộng rãi cọc siêu nhỏ trong thực tiễn xây
dựng các công trình ở Việt Nam.
* Cấu trúc luận văn
3
- Toàn bộ luận văn đợc trình bày trong 03 chơng, phần mở đầu, kết
luận, kiến nghị và hớng nghiên cứu tiếp theo của đề tài dày 99 trang khổ A4.
Chơng 1: Tổng quan về móng cọc và cọc siêu nhỏ
Chơng 2: Phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ
Chơng 3: áp dụng tính toán cọc siêu nhỏ
- Luận văn đợc thực hiện từ 11/10/2010 đến 18/2/2011 tại Khoa sau
đại học - Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội dới sự hớng dẫn khoa học của
thầy giáo: PGS.TS. Đoàn Thế Tờng.
- Các tài liệu cơ bản đã sử dụng cho luận văn gồm:
+ Nền và móng các công trình dân dụng- công nghiệp, Nhà xuất bản Xây
dựng, Hà Nội.
+ Cẩm nang dùng cho kỹ s địa kỹ thuật, Nhxuất bản Xây dựng, Hà Nội.

+ Phơng pháp tính toán chuyển vị của cọc đơn, Trờng Đại học Kiến trúc
Hà Nội.
+ Micropile - Design and Construction Guidelines Manual, US Department of
Transportation Federal Highway.
+ Một số tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam về thiết kế và thi công móng cọc.
+ Phần mềm tính toán cọc LSPILE và VSPILE của công ty TNHH phần mềm
SSISOFT Việt Nam.
4
Chơng i: tổng quan về móng cọc và cọc SIÊU NHỏ
1.1. Tổng quan về móng cọc
1.1.1. Định nghĩa và phân loại
Móng cọc là loại móng dùng trong xây dựng công trình trên nền đất
yếu với nguyên lý cơ bản là sử dụng các cọc để truyền tải trọng từ công trình
xuống các lớp đất chịu lực nằm phía dới hoặc cải thiện tính chất cơ lý của lớp
đất yếu dới đế móng
Các loại cọc hiện nay khá đa dạng về mặt vật liệu, kích thớc và biện
pháp thi công. Mỗi loại cọc đều có những u điểm, nhợc điểm và phạm vi áp
dụng khác nhau.
Theo vật liệu làm cọc ngời ta chia ra: Cọc gỗ, cọc tre, cọc bê tông, cọc
bê tông cốt thép, cọc thép . . .[5]
Theo phơng thức làm việc cọc đợc phân ra:
- Cọc chống: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu do lực chống của đất, đá tại
mũi cọc [10]
- Cọc ma sát: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu do ma sát của đất và cọc
tại mặt bên cọc [10]
- Cọc hỗn hợp: Là cọc có sức chịu tải kết hợp của hai loại trên [10]
Theo phơng thức hạ cọc đợc phân ra:
- Cọc đóng: Là cọc chế tạo sẵn, đợc đóng xuống đất bằng búa máy
hoặc hạ xuống đất bằng máy rung [5].
- Cọc ép: Là cọc chế tạo sẵn, đợc hạ xuống đất bằng thiết bị ép thủy

lực [5].
- Cọc nhồi: Là cọc đợc đổ tại chổ trong các hố khoan hoặc hố tạo bằng
cách đóng ống thiết bị [5].
1. Cọc đóng: Bao gồm cọc gỗ, cọc BTCT đúc sẵn, cọc thép . . .
- Cọc gỗ thờng đợc dùng trong những công trình nhỏ hoặc công trình
tạm với những u điểm là trọng lợng bản thân nhỏ, vận chuyển, cẩu lắp, hạ
cọc dễ dàng, công nghệ chế tạo đơn giản, nhanh chóng. Tuy nhiên nó có một
5
số nhợc điểm là sức chịu tải không lớn, bị hạn chế về chiều dài và kích thớc
mặt cắt ngang, khả năng chống xâm thực của môi trờng kém.
- Cọc bê tông cốt thép (BTCT) đúc sẵn: Là loại cọc đợc sử dụng phổ
biến nhất vì những u điểm nổi bật nh: Sức chịu tải tơng đối lớn; Không
hạn chế về chiều dài và kích thớc mặt cắt ngang; Khả năng chống xâm thực
rất tốt. Tuy nhiên cọc BTCT vẫn có một nhợc điểm lớn là trọng lợng bản
thân lớn gây khó khăn cho việc vận chuyển và hạ cọc. Tiết diện ngang cọc
BTCT có thể có dạng tam giác, đa giác, tròn, chữ I nhng loại đợc dùng
phổ biến hơn cả lài loại tiết diện hình vuông. Kích thớc phổ biến của loại này
là 25x25, 30x30, 35x35, 40x40cm. Cọc BTCT không hạn chế về chiều dài
nhng do điều kiện vận chuyển và chiều dài giá búa nên thông thờng chiều
dài hợp lý của cọc BTCT là khoảng 12-20m. Trong trờng hợp cần chiều dài
lớn hơn thì phải nối cọc.
- Cọc thép thờng đợc dùng trong những công trình yêu cầu khả năng
chịu lực rất lớn. Các u điểm chính của cọc thép là khả năng chịu tải rất lớn
(chịu lực ngang rất tốt); Công tác vận chuyển và hạ cọc dễ dàng do cọc thanh
mảnh; Không hạn chế về chiều dài và mặt cắt ngang, đặc biệt khả năng thay
đổi chiều dài cọc rất linh hoạt. Bên cạnh đó cọc thép cũng có những nhợc
điểm khiến cho việc sử dụng chúng không phổ biến là giá thành cọc rất cao;
Khả năng chống xâm thực của môi trờng kém. Cọc thép dùng trong móng
cọc thờng có dạng trụ ống, ngoài ra nó còn có nhiều tiết diện khác I, tiết diện
ghép từ 2 thép chữ [, ghép từ 4 thép góc có hàn thêm các thép bản, đợc dùng

phổ biến trong các dạng tờng cừ và thi công hố móng.
2. Cọc ép: Trong nhóm giải pháp này, cọc ép BTCT là loại cọc đợc sử dụng
phổ biến nhất tại Việt Nam khi xây chen công trình trên nền đất yếu. Theo
công nghệ này cọc đợc hạ vào nền đất nhờ lực ép từ một vài chục tấn và có
thể tới 100 tấn, tùy theo kích thớc tiết diện và điều kiện đất nền. Sức chịu tải
của cọc khá lớn, có thể đạt tới 50-60 tấn song phổ biến nhất là ở mức 10-20
tấn đối với cọc tiết diện 20x20 cm và 30-45 tấn đối với cọc tiết diện 25x25
6
cm. Để tăng khả năng chịu lực cọc ép BTCT thờng đợc thiết kế chống vào
các tầng đất chịu lực. Độ tin cậy của giải pháp cọc ép cao do sức chịu tải của
cọc có thể đợc đánh giá thông qua giá trị lực ép trong quá trình thi công.
Nhợc điểm:
- Năng suất thi công tơng đối thấp, thiết bị thi công cồng kềnh nên
gặp nhiều hạn chế khi thi công trên mặt bằng chật hẹp.
- Sử dụng cọc ép tại các khu vực có chiều dày lớp đất yếu lớn thì có
hiệu quả kinh tế thấp do chiều dài cọc tơng đối lớn, số lợng mối nối nhiều
nên chi phí cho mỗi đơn vị tải trọng khá cao.
Một trong các biến thể của cọc ép BTCT để sửa chữa sự cố công trình là
cọc Mega với kính thớc nhỏ, chiều dài mỗi đoạn cọc từ 0,6 - 1,2 m cho phép
vận chuyển, lắp dựng và ép trong điều kiện thi công rất chật hẹp.
3. Cọc nhồi: Cọc nhồi trong những năm gần đây đã đợc áp dụng nhiều trong
xây dựng nhà cao tầng, cầu lớn và nhà công nghiệp có tải trọng lớn. So với cọc
chế tạo sẵn, việc thi công cọc nhồi có nhiều phức tạp hơn, do đó phơng pháp
và cách giám sát, kiểm tra chất lợng phải làm hết sức chu đáo, tỷ mỷ với
những thiết bị kiểm tra hiện đại. Trong qúa trình sử dụng, nhiều công nghệ thi
công thích hợp đã đợc áp dụng nhằm nâng cao sức mang tải của cọc nhồi và
làm giảm đáng kể giá thành của móng. Có thể kể ra đây các bớc phát triển
sau:
+ Cọc khoan nhồi: là cọc nhồi mà lỗ cọc đợc thi công bằng các
phơng pháp khoan khác nhau nh khoan gầu, khoan rửa ngợc,. . .

+ Cọc khoan nhồi mở rộng đáy : là cọc khoan nhồi có đờng kính đáy
cọc đợc mở rộng lớn hơn đờng kính thân cọc. Sức mang tải của cọc này sẽ
tăng hơn chừng 5-10% do tăng sức mang tải đằng mũi.
+ Cọc barret: là cọc nhồi nhng có tiết diện không tròn với các hình
dạng khác nhau nh chữ nhật, chữ thập, chữ I, chữ H, và đợc tạo lỗ bằng
gầu ngoặm. Sức mang tải của cọc này có thể tăng lên tới 30% do tăng sức
mang tải bên.
7
+ Cọc khoan nhồi có xói rửa và bơm vữa xi măng gia cờng đáy: là cọc
khoan nhồi có áp dụng công nghệ rửa sạch đáy (bằng cách xói nớc áp lực
cao) và bơm vữa xi măng gia cờng đáy (cũng với áp lực cao). Đây là bớc
phát triển gần đây nhất trong công nghệ thi công cọc nhồi nhằm làm tăng đột
biến sức mang tải của cọc nhồi (có thể tới 200-300%), cho phép sử dụng tối đa
độ bền của vật liệu bê tông cọc.
Hiện nay, theo kích thớc đờng kính cọc ngời ta gọi cọc lớn khi đờng kính
cọc lớn hơn 76 cm, cọc nhỏ khi đờng kính cọc từ 30 đến 76 cm, còn cọc có
đờng kính nhỏ hơn 30 cm thì cha có tên gọi, vì vậy trong luận văn này tác
giả đề xuất gọi là cọc siêu nhỏ.
Các công đoạn chính thi công cọc nhồi bao gồm:
+ Tạo lỗ cọc: có thể bằng khoan, đào;
+ Rửa làm sạch đáy cọc;
+ Lắp dựng cốt thép;
+ Kiểm tra và rửa lại đáy cọc (nếu cần);
+ Đổ bê tông cọc.
Ưu điểm:
- Rút bớt đợc công đoạn đúc cọc, do đó không cần các khâu xây dựng
bãi đúc, lắp dựng ván khuôn
- Do cọc đúc ngay tại móng nên dễ thay đổi kích thớc hình học của
cọc nh chiều dài, đờng kính cọc để phù hợp với đất nền.
- Có khả năng sử dụng cho mọi loại địa tầng khác nhau, dễ dàng vợt

qua các chớng ngại vật nh đá, đất cứng bằng cách sử dụng các dụng cụ nh
khoan choòng, máy phá đá, nổ mìn
- Có khả năng tận dụng hết khả năng làm việc của cọc, giảm số cọc
trong móng và có thể bố trí cốt thép phù hợp với khả năng chịu lực dễ dàng
hơn.
8
- Cho phép kiểm tra trực tiếp các lớp đất lấy mẫu từ các lớp đất đào lên,
có thể đánh giá chính xác điều kiện đất nền, khả năng chịu lực của đất nền
dới đáy lỗ khoan.
- Cho phép chế tạo cọc có đờng kính lớn và độ sâu lớn, phù hợp với
các công trình cầu lớn.
- Không gây tiếng ồn và tác động đến đô thị, phù hợp để xây dựng các
công trình lớn trong đô thị.
Nhợc điểm
Bên cạnh những tính năng vợt trội của cọc khoan nhồi trình bày phía
trên, cọc khoan nhồi cũng có những nhợc điểm chính sau đây :
- Sản phẩm trong suốt quá trình thi công đều nằm sâu trong lòng đất,
các khuyết tật dễ xảy ra
- Đỉnh cọc khoan nhồi thờng kết thúc ỏ trên mặt đất nền, có thể kéo
dài thần cọc lên phía trên nhng phải làm vòng vây ngăn nớc do đó gây tốn
kém khi thi công móng cọc đài cao
- Do công tác thi công cọc tại chỗ, nên dễ xảy ra các khuyết tật ảnh
hởng tới chất lợng cọc nh:
+ Hiện tợng co thắt, hẹp cục bộ thân cọc hoặc thay đổi kích thớc tiết
diện khi cọc xuyên qua các lớp đất khác nhau
+ Bê tông xung quanh thân cọc dễ bị rửa trôi lớp xi măng khi mặc nớc
ngầm hoặc gây ra rỗ mặt thân cọc
+ Lỗ khoan nghiêng lệch, sụt vách lỗ khoan
+ Bê tông đổ thân cọc dễ không đồng nhất và phân tầng
- Quá trình thi công cọc khoan nhồi là tại công trờng ngoài trời nên

phụ thuộc nhiều vào thời tiết nh ma bão, mặt khác nó cũng dễ bị lầy lội
ảnh hởng trực tiếp đến môi trờng.
- Chi phí kiểm tra thí nghiệm với cọc khoan nhồi khá tốn kém
9
Hiện nay có 3 cách thi công cọc nhồi [5]:
- Thi công trong hố có ống chống vách và ống này sẽ đợc rút ra khỏi
đất.
- Thi công trong hố có ống chống vách và ống này để lại trong đất
không đợc rút ra.
- Thi công trong hố khoan không có ống chống vách
Cọc Straux
Là loại cọc nhồi do kỹ s Straux đề xuất năm 1899. Để thi công loại
cọc Straux ngời ta tạo hố khoan có ống chống vách với đờng kính 30
40cm. Sau khi khoan đến độ sâu thiết kế ngời ta tiến hành vét sạch hố khoan
rồi đổ một mẻ bê tông vào ống chống vách. Mẻ bê tông đổ vào phải tạo thành
ở trong ống một lớp cao đến 1m. Dùng đầm để đầm bê tông và từ từ rút ống
lên. Khi rút ống lên phải chú ý là lớp bê tông còn lại trong ống chống vách
phảI không bé hơn 30 40cm để cho thân cọc khỏi bị phân đoạn. Sau đó đổ
mẻ bê tông tiếp theo và công việc lại tiếp tục nh vậy [5].
Cọc đầm nhanh
Để thi công cọc đầm nhanh, ngời ta đóng ống chống vách bằng thép
xuống đất. Loại ống này có đờng kính 35 42cm đợc bít kín phía dới
bằng đế gang. Để nớc ngầm khỏi chảy vào ống ngời ta dùng vòng đệm dày
12mm để lót giữa ống và đế. Sau đó đóng ống thiết bị đến chiều sâu thiết kế,
kiểm tra xem nớc có vào ống không rồi hạ khung cốt thép vào, khung cốt
thép gồm 6 8 thanh 18 với đai xoắn 6. Đổ bêtông M200 vào ống vách
đến 1/3 1/2 chiều cao ống. Phần trên của ống vách đợc gắn một bộ phận
bằng thép nhằm làm chỗ đóng để rút ống lên. Muốn rút ống lên ngời ta đóng
vào bộ phận thép đó mấy nhát xuống rồi lại đóng mấy nhát theo chiều ngợc
lại. Khi đóng nh vậy ống thiết bị đợc hạ xuống rồi nâng lên, sau mỗi đợt

đóng xuống rồi đóng lên nh vậy ống đợc nâng lên 2 2,5cm, sau khi nâng
ống chống vách lên đợc 1/4 chiều dài của nó thì đổ mẻ bêtông thứ hai và quá
10
trình đợc lặp lại nh vậy. Búa đợc dùng ở đây là loại búa máy có thể thực
hiện 60 80 nhát đập/ 1 phút [5].
Cọc Franki
Dùng ống thiết bị đóng xuống đất đến độ sâu thiết kế. Đổ bê tông vào
ống đến độ cao 0,8 1m. hạ búa vào trong ống và đóng mạnh làm bê tông nén
vào đất tạo thành đế mở rộng. Sau đó đặt khung cốt thép vào và đổ bê tông rồi
đầm bằng búa, đồng thời rút ống lên. Vì đất quanh thân cọc đợc nén chặt nên
đờng kính cọc tăng 10 20% so với đờng kính ống thiết bị [5].
Cọc Raimond
Đây là loại cọc nhồi có vỏ thép để lại trong đất đợc các công ty xây
dựng của Mỹ sử dụng. ở đây vai trò của ống thiết bị đợc thay thế bởi vỏ thép
rất mỏng dạng hình nón đợc tăng độ cứng bằng các sờn hình sang và cốt
xoắn. Vỏ bao gồm nhiều đoạn đợc lồng vào nhau, ở giữa có lõi bằng gỗ. Lõi
gỗ có đờng kính lớn hơn đờng kính của đoạn vỏ dới cùng. Dùng búa đóng
lõi gỗ xuống đất, các đoạn vỏ sẽ nối tiếp nhau xuống theo. Khi đạt đến độ sâu
thiết kế, nhổ lõi gỗ ra, bỏ khung cốt thép vào và tiến hành nhồi bê tông [5].
1.1.2. Dự báo sức chịu tải của cọc
Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 205: 1998- Móng cọc Tiêu chuẩn
thiết kế. để dự báo sức chịu tải của cọc ngời ta có thể dùng các phơng pháp
sau:
- Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (theo SNIP 2.20.03.85)
- Theo chỉ tiêu cờng độ của đất nền
- Theo kết quả các thí nghiệm xuyên
- Theo công thức động
- Theo kết quả nén tĩnh cọc
1.1.3. Dự báo độ lún của móng cọc
11

Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 205: 1998- Móng cọc Tiêu chuẩn
thiết kế. để dự báo sức độ lún của móng cọc ngời ta có thể dùng các phơng
pháp sau:
- Dựa trên quan hệ ứng suất, biến dạng theo lý thuyết bán không gian
biến dạng
- Phơng pháp móng khối quy ớc
- Theo lý thuyết bài toán phẳng
- Phơng pháp lớp biến dạng tuyến tính
1.2. Tổng quan về cọc siêu nhỏ
1.2.1. Khái niệm và lịch sử phát triển của cọc siêu nhỏ
Cọc siêu nhỏ là dạng cọc đờng kính nhỏ (đờng kính thờng nhỏ hơn
300mm) đợc thi công khoan và đổ vữa, đồng thời đợc gia cố đặc trng [19].
Cọc siêu nhỏ đợc thi công bằng cách khoan một lỗ khoan, đặt cốt thép vào và
đổ vữa vào hố khoan nh minh họa trong Hình 1.1.
Hình 1.1: Trình tự thi công cọc siêu nhỏ [19]
12
Cọc siêu nhỏ có thể chịu đợc tải trọng dọc trục và tải trọng ngang, nó
có thể đợc xem là cọc thay thế cho các cọc truyền thống hoặc nh là một
thành phần trong nền đất hỗn hợp tùy thuộc vào khái niệm thiết kế đợc ứng
dụng. Các cọc siêu nhỏ đợc thi công bằng nhiều phơng pháp, ít gây ảnh
hởng đối với các kết cấu xung quanh, đối với đất và môi trờng. Các cọc này
có thể đợc thi công trong điều kiện môi trờng hạn chế ra vào và trong tất cả
các loại đất cũng nh tất cả các điều kiện địa chất [19].
Do quy trình thi công gây ra rung chấn, độ ồn tối thiểu và có thể đợc
ứng dụng với các điều kiện thông khoảng thấp, nên cọc siêu nhỏ thờng đợc
sử dụng để xử lý, gia cố móng các kết cấu hiện có. Thiết bị khoan chuyên
dụng thờng đợc sử dụng để lắp dựng thi công cọc siêu nhỏ trong các công
trình tầng hầm, móng hiện có [19].
Khái niêm về cọc siêu nhỏ đợc hình thành tại I-ta-li-a vào đầu những
năm 1950, để đáp ứng nhu cầu về các kỹ thuật cải tiến khi xây móng các tòa

nhà và công trình tởng niệm lịch sử mà đã bị h hỏng qua thời gian dài, đặc
biệt là trong Chiến tranh thế giới lần 2. Một hệ thống chống đỡ vững chắc
đợc yêu cầu để đỡ các tải trọng kết cấu với độ chuyển vị tối thiểu và để thi
công trong các điều kiện hạn chế ra vào với sự tác động thấp nhất đối với kết
cấu hiện tại. Một nhà thầu chuyên nghiệp ở I-ta-li-a là Nhà thầu Fondedile,
mà Dr. Fernando Lizzi là giám đốc kỹ thuật, đã phát triển cọc palo radice, hay
còn gọi là cọc siêu nhỏ để ứng dụng vào xây móng. Cọc palo rudice là loại
cọc có đờng kính nhỏ, đợc khoan, đổ bê tông tại chỗ, ít vữa và cốt thép[19].
Việc sử dụng cọc siêu nhỏ triển khai tại I-ta-li-a trong suốt những năm
1950. Nhà thầu Fondedile đã giới thiệu công nghệ này tại Anh vào năm 1962
trong quá trình thi công móng của một số công trình lịch sử, và đến năm 1965,
công nghệ này cũng đợc áp dụng tại Đức trong kế hoạch giao thông ngầm tại
các đô thị [19].
Ban đầu, đa số các ứng dụng của cọc siêu nhỏ là đợc sử dụng vào việc
xây móng kết cấu tại các môi trờng đô thị. Bắt đầu từ năm 1957, có thêm
13
nhiều các nhu cầu kỹ thuật bắt nguồn từ việc giới thiệu hệ thống cọc siêu nhỏ
dạng mắt lới. Các hệ thống này bao gồm nhiều loại cọc siêu nhỏ dạng thẳng
đứng và dạng nghiêng kết hợp với mạng lới ba chiều, tạo ra một kết cấu phức
hợp hạn chế chuyển vị ngang. Mạng lới cọc siêu nhỏ dạng mắt lới đợc ứng
dụng vào quá trình làm ổn định độ dốc, gia cố tờng bờ, kè, bảo vệ các kết
cấu chôn ngầm, các móng đỡ kết cấu và mặt đất khác [19].
Nhà thầu Fondedile đã giới thiệu cách sử dụng cọc siêu nhỏ tại Bắc Mỹ
vào năm 1973 thông qua một số ứng dụng trong thi công xây móng tại các
khu vực ở New York và Boston. Hiện nay, chi phí xây dựng và nhu cầu kỹ
thuật tại các nớc trên thế giới là tơng đối giống nhau và do đó, tiếp tục thúc
đẩy sự phát triển của nhu cầu sử dụng cọc siêu nhỏ.
1.2.2 Ưu, nhợc điểm của cọc siêu nhỏ
Ưu điểm
- Sử dụng tốt trong điều kiện chật hẹp

- Chịu đợc tải trọng lớn từ 3 500 tấn
- Hàm lợng cốt thép từ 3% - 8% do đó có thể chịu đợc tải trọng
ngang tốt hơn cọc bê tông thông thờng
- Có thể thi công trong mọi loại đất nền
- Có thể gia cờng móng theo nhiều cách khác nhau
Nhợc điểm:
- Năng suất thi công thấp, công nghệ thi công phức tạp và khó kiểm
soát chất lợng thân cọc.
- Độ tin cậy thấp do khó đánh giá sức chịu tải của cọc thông qua các số
liệu thi công hiện trờng.
1.2.3. Phạm vi áp dụng của cọc siêu nhỏ
- Gia cờng móng công trình cũ, làm móng mới, chịu tải trọng ngang.
- ổn định mái dốc.
- Gia tăng sức chịu tải của nền, giảm độ lún của nền.
- ổn định kết cấu
14
1.2.4. Phân loại cọc siêu nhỏ
Cọc siêu nhỏ đợc phân loại dựa trên hai tiêu chí: Phơng pháp thiết kế
và phơng pháp đổ bê tông [19]
1. Phân loại theo phơng pháp thiết kế
Loại 1: là các cọc đợc chất tải trực tiếp và tại những nơi mà cốt thép cọc
chịu đợc đa số các tải trọng áp dụng (Hình 1.2). Có thể đợc sử dụng để thay
thế nhiều loại cọc truyền thống để truyền tải trọng kết cấu sang một địa tầng
ổn định hoặc có đủ khả năng chịu tải hơn, sâu hơn, phù hợp hơn. Các cọc này
đợc thiết kế hoạt động đơn lẻ, mặc dù có thể thi công thành các nhóm cọc.
Phơng pháp bố trí các cọc loại 1 đợc mô tả trong Hình 1.4.
Hình 1.2: Cọc siêu nhỏ loại 1- Cọc chịu tải trực tiếp [19]
Loại 2: Các chi tiết cọc siêu nhỏ loại 2 giới hạn và gia cố bên trong lớp đất,
tạo thành một khối đất đợc gia cố mà có thể chịu đợc tải trọng ứng dụng
(Hình 1.3). Đó gọi là mạng lới cọc dạng lới. Tải trọng kết cấu đợc ứng

dụng với toàn bộ khối đất gia cố, nh đối với các cọc đơn. Cọc siêu nhỏ loại 2
đợc gia cố nhẹ, do các cọc này không phải chịu tải trọng đơn lẻ nh các cọc
15
lo¹i 1. M¹ng líi ®iÓn h×nh cña cäc siªu nhá d¹ng m¾t líi ®îc minh häa
trong H×nh 1.5.
H×nh 1.3: Cäc siªu nhá lo¹i 2–M¹ng líi cäc d¹ng líi víi khèi ®Êt gia cè
®îc chÊt t¶i hoÆc ®îc kÕt hîp [19]
H×nh 1.4: Bè trÝ cäc siªu nhá lo¹i 1 [19]
16
Hình 1.5: Bố trí cọc siêu nhỏ loại 2 [19]
2. Phân loại theo phơng pháp đổ bê tông
Phơng pháp đổ vữa cọc có ảnh hởng rất lớn đến khả năng chịu tải của
liên kết vữa/đất. Khả năng chịu tải của liên kết vữa/đất thay đổi trực tiếp với
phơng pháp đổ vữa. Phần thứ hai của phân loại cọc mini bao gồm cách đặt
tên theo chữ cái (từ A đến D), chủ yếu dựa trên phơng pháp thay thế và tạo ra
áp lực trong quá trình sử dụng vữa để thi công cọc. Việc sử dụng ống vách và
cốt thép đã xác định rõ các phơng pháp phân loại cọc siêu nhỏ. Phơng pháp
phân loại đợc thể hiện bằng sơ đồ trong Hình 1.6.
Loại A: Loại A thể hiện là loại vữa chỉ đợc đổ trong cột nớc trọng lực. Vữa
xi măng-cát, cũng nh vữa xi măng thuần túy, cũng có thể đợc sử dụng, bởi
vì cột vữa không bị tạo áp. Hố khoan cọc có thể đợc khoét rộng bên dới để
tăng khả năng chịu kéo, mặc dù kỹ thuật này cũng không thông dụng hoặc
không đợc sử dụng đối với các loại cọc khác.
17
Hình 1.6: Phân loại cọc dựa trên phơng pháp đổ bê tông [19]
Loại B: Loại B thể hiện là vữa xi măng thuần túy đợc đổ vào hố khoan dới
áp lực khi rút ống vách tạm thời bằng thép lên. áp lực phun vữa nằm trong
khoảng từ 0,5 đến 1 MPa, và đợc giới hạn để tránh phun nớc dới áp lực cao
đối với nền đất xung quanh hoặc gây ra việc đổ quá nhiều vữa, và để giữ làm
kín xung quanh ống vách trong quá trình rút ống vách lên, tại những vị trí có

thể.
Loại C: Loại C thể hiện quá trình đổ vữa gồm hai bớc: 1) Đổ vữa xi măng
thuần túy dới cột nớc trọng lực nh đối với Loại A và 2) Trớc khi lớp vữa
đầu tiên đông cứng (sau khoảng 15-25 phút), tiến hành đổ cùng một loại vữa
đó thêm lần nữa bằng ống lồng đổ vữa mà không cần dùng đến thiết bị nén
vữa (tại giao diện vùng liên kết) ở mức áp suất thấp nhất là 1 MPa. Loại cọc
này chỉ đợc sử dụng tại Pháp và đợc gọi là IGU (Injection Globale et
Unitaire).
Loại D: Loại D thể hiện quá trình đổ vữa gồm hai bớc nh đối với Loại C,
trong đó có điều chỉnh bớc 2 khác chút. Vữa xi măng thuần túy đợc đổ dới
18
cột nớc trọng lực nh đối với loại A và C và có thể đợc tạo áp nh Loại B.
Sau khi lớp vữa đầu tiên đông cứng, tiến hành đổ thêm vữa thông qua ống lồng
đổ vữa với áp lực trong khoảng 2-8 MPa. Có thể sử dụng thiết bị nén vữa bên
trong ống lồng để các lớp vữa đợc xử lý qua lại một vài lần, nếu có yêu cầu.
Loại cọc này đợc sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở Pháp đợc gọi là IRS
(Injection RepCtitiveet Selective).
1.2.5. Kỹ thuật xây dựng và vật liệu.
Việc xây dựng móng cọc siêu nhỏ liên quan đến sự thành công của các
quy trình, trong đó công tác khoan, đặt cốt thép và đổ vữa là quan trọng nhất.
Có nhiều hệ thống khoan sẵn có dành cho đá phủ và đá, và nhiều hệ thống
đợc sử dụng cho xây dựng móng cọc siêu nhỏ. Nói chung , thiết bị khoan và
đổ vữa và các kỹ thuật đợc sử dụng đối với việc xây dựng móng cọc siêu nhỏ
là tơng tự nh các kỹ thuật đợc sử dụng để lắp đặt cọc đóng vào đất, neo
tiếp đất và hố để đổ vữa.
1. Các thiết bị khoan
Thiết bị khoan chủ yếu đợc sử dụng là khoan thủy lực (điện hoặc
diezen) cho phép thi công tiện dụng trên địa hình dốc hoặc khó khăn. Cỡ của
khoan có thể là rất khác nhau nh trong Hình 1.7, với các khoan cỡ lớn hơn
cho phép việc sử dụng các phần dài của cần khoan và đổ bê tông ở các điều

kiện độ cao, trên không và khoan nhỏ cho phép làm việc ở các độ cao thấp
hơn và khó tới hơn. Trụ khoan có thể đợc lắp dựng trên một khung, cho phép
làm việc trong một khu vực trên không thấp và tiếp cận hạn chế nh là xây
dựng các tầng hầm. Một khung khoan đợc dựng, có thể đợc nối với vòi
phun dài tới một đơn vị máy chạy điện thủy lực tách rời. Điều này cho phép
việc đặt thiết bị điện bên ngoài khu vực làm việc, giảm các yêu cầu về diện
tích, tiếng ồn trong khu vực làm việc và các vấn đề về xả chất thải. Khung
khoan có thể đợc di chuyển và đỡ bởi một xe nâng hoặc di chuyển bằng tay
bằng dây tời và đỡ do bắt vít vào một nền bê tông hoặc chân cầu hoặc giằng từ
trần hoặc mặt vòm của cầu [19]
19
Hình1.7: Một số thiết bị khoan thủy lực [17]
2. Các kỹ thuật khoan
Phơng pháp khoan đợc lựa chọn với mục đích để các phiền phức gây
ra đợc giảm thiểu thấp nhất hoặc việc trơng nở lên nền và cấu trúc đợc
giảm tối đa, trong khi là phơng tiện xuyên qua đáng tin cậy, kinh tế và hiệu
quả nhất [17]. Các móng cọc siêu nhỏ phải thờng xuyên đợc xuyên qua
một tầng vật liệu yếu để tới đợc một tầng chịu lực tốt hơn. Do đó, đặc trng
yêu cầu kỹ thuật khoan các tầng để xuyên qua và hỗ trợ cho các tầng đất
không chặt, yếu và đắp đất. Thêm vào đó, ngoại trừ các tầng chịu áp lực là vật
liệu tự đỡ nh là đá và đất kết dính, hố khoan có thể cần chống đỡ tạm thời
cho toàn bộ chiều dài, ví dụ, thông qua việc sử dụng ống chống tạm thời và
20
dung dịch khoan phù hợp. Nếu vật liệu tự đỡ có trong toàn bộ chiều sâu của
móng cọc, hố khoan có thể đợc hình thành bằng cách mở các hố kỹ thuật,ví
dụ, không cần các hố khoan tạm thời bằng ống chống khoan hoặc tay quay
đầu khoan ngắn.
Một phơng pháp khoan khác có thể đợc sử dụng trớc hết để xuyên
qua cấu trúc hiện tại. Các kỹ thuật khoan lõi bê tông có thể đợc sử dụng để
cung cấp một hố rộng ngoại cỡ trong các phiến đá và móng hiện có, và cho

phép thân khoan tiếp theo xuyên qua. Trong một số trờng hợp, các phơng
pháp khoan đá thông thờng có liên quan đến các kỹ thuật xoay đập có thể
đợc sử dụng để xuyên qua các chân móng hoặc các cấu trúc với cốt thép nhẹ.
Nớc là một công cụ thông dụng nhất để làm sạch và xối hố móng
trong khi khoan, tiếp theo là không khí, bùn lỏng và bọt. Phải lu ý khi sử
dụng luồng không khí để tránh phun không khí vào nền đất xung quanh, gây
ra nứt và trơng nở đất. Việc sử dụng bùn nhão bentonit và các hố khoan ngập
nớc nói chung sẽ làm yếu khả năng kết dính của nền /vữa do tạo ra một lớp
vỏ đất sét trên bề mặt.
3. Các kỹ thuật Khoan qua lớp đá
Trên thế giới hiện nay về cơ bản có sáu phơng pháp chung đợc sử
dụng trong lĩnh vực xây dựng kỹ thuật địa chất đặc biệt (ví dụ, các đờng kính
nhỏ hơn 300 mm, độ sâu nhỏ hơn 60 m) [19]. Sau đây là giới thiệu tóm tắt về
sáu phơng pháp này. Sáu phơng pháp này đợc thể hiện một cách đơn giản
trong Hình 1.8.
Phun rửa bên ngoài bằng ống đơn (rửa hố khoan): Bằng phơng pháp này,
mũi của ống chống khoan đợc lắp vừa với một mũi khoan hoặc một vòng mở,
và ống chống đợc nâng lên nền bằng xoay đầu khoan. Nớc xối đợc bơm
liên tục qua ống chống, rửa sạch những vết còn lại ra khỏi vòng.
21
Hình 1.8: Các phơng pháp khoan tầng đá (Bruce, 1988) [19]
Xoay hai chiều : Với kỹ thuật xoay hai chiều, cần khoan với mũi khoan phù
hợp đợc đặt bên trong ống chống khoan. Nó đợc gắn liền với cùng một đầu
xoay nh ống chống, cho phép dây ống chống và khoan kết hợp đợc xoay và
tiến lên liên tục. Dung dịch xối, thông thờng là nớc đợc bơm qua một đầu
xuống thông qua cần khoan ở giữa từ các cổng phun của đầu khoan.
Khoan đôi kiểu va đập (đồng tâm ): các hệ thống khoan đôi kiểu va đập là
một sự phát triển của các phơng pháp xoay hai chiều khi mà các thanh khoan
và ống chống va đập liên tục, xoay và tiến về phía trớc. Sự va đập đợc cung
cấp do một đầu khoan va đập xoay chiều xoay từ bên trên. Phơng pháp này

yêu cầu một đầu khoan có năng lợng va đập và xoay thực chất.
Khoan đôi kiểu va đập (Lệch tâm hoặc mất vòng khuyên): Ban đầu đợc xem
nh là một hệ thống khoan lớp đá lệch tâm (ODEX), phơng pháp này liên
quan đến việc sử dụng khoan kiểu va đập kết hợp với một đầu khoan mở rộng
lệch tâm. Đầu khoan lệch tâm cắt phía dới ống chống khoan, sau đó có thể
đợc đẩy vào hố khoan ngoại cỡ với năng lợng xoay ít hơn nhiều hoặc lực
chống đẩy cần có phơng pháp đồng tâm đợc yêu cầu nh mô tả ở trên.