THIẾT KẾ MÓNG CỌC ỐNG THÉP DẠNG GIẾNG CHO CẦU NHẬT TÂN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

LỜI NĨI ĐẦU

Kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng dành cho mố trụ cầu được phát minh tại Nhật
Bản và đang được phát triển, ứng dụng rộng rãi trên thế giới trong ngành xây dựng
cầu vì tính hiệu quả của nó. Đây là kết cấu móng rất phù hợp với các cầu nhịp lớn, thi
công ở vùng nước sâu, rộng, điều kiện địa chất phức tạp và dễ xảy ra hiện tượng động
đất gây hóa lỏng đất đá. Kết cấu móng này đang dần được đưa vào ứng dụng tại Việt
Nam, tiền đề là dự án cầu Thanh Trì (chỉ làm vịng vây ngăn nước phục vụ thi cơng
móng trụ cầu), hiện nay được ứng dụng trực tiếp tại dự án cầu Nhật Tân cho các
móng trụ tháp. Tương lai kết cấu móng này sẽ được ứng dụng nhiều hơn cho các cơng
trình cầu lớn tại Việt Nam.

Trong quá trình nghiên cứu đề tài này, mặc dù tác giả đã có nhiều cố gắng nhưng
luận văn khơng thể tránh khỏi những sai sót. Tác giả rất mong nhận được những sự
góp ý chân thành của các thầy cô và đồng nghiệp.
Nhân dịp này, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Phan Duy Pháp - người đã
dành nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn tơi hồn thành luận văn này. Tơi xin gửi
lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô giáo thuộc khoa Cơng trình giao thơng thành
phố - Trường Đại học GTVT, các anh chị đang công tác tại Tổng công ty Tư vấn thiết
kế giao thông vận tải (TEDI) đã cung cấp nhiều tài liệu quý giá trong quá trình nghiên
cứu. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Cầu đường, khoa
Sau Đại học trường Đại học Xây dựng Hà Nội, cảm ơn gia đình cùng bạn bè đã hết
lịng giúp đỡ tơi trong q trình học tập và nghiên cứu.

Hà Nội, ngày 10 tháng 03 năm 2011.
Tác giả.

Trần Anh Tuấn

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

MỤC LỤC

LỜI NĨI ĐẦU.................................................................................................................1
MỤC LỤC .........................................................................................................................2
CHÚ THÍCH CÁC KÝ HIỆU .........................................................................................4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU MÓNG CỌC ỐNG THÉP DẠNG GIẾNG
TRONG CƠNG TRÌNH CẦU VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM.........8

1.1. Khái quát chung về kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. ...............................8
1.2. Lịch sử phát triển của cơng nghệ móng cọc ống thép dạng giếng........................9
1.3. Cấu tạo kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. ................................................11

1.3.1. Khái quát chung về cấu tạo móng cọc ống thép dạng giếng........................11
1.3.2. Các kiểu móng cọc ống thép dạng giếng. ....................................................13
1.3.3. Các hình thức bố trí cọc ống thép dạng giếng trên mặt bằng. .....................14
1.3.4. Tai nối cọc ống thép.....................................................................................15
1.3.5. Liên kết giữa cọc ống thép và bệ. ................................................................18
1.3.7. Gia cường cho cọc ống thép.........................................................................24
1.3.9. Cấu tạo vị trí cắt cọc ống thép......................................................................26
1.3.10. Chế tạo cọc ống thép. .................................................................................26
1.4. Trình tự và cơng nghệ thi cơng móng cọc ống thép dạng giếng.........................27
1.4.1. Trình tự thi cơng móng cọc ống thép dạng giếng. .......................................27
1.4.2. Thi công lắp đặt hệ dẫn hướng....................................................................29
1.4.3. Thi công hạ cọc ống thép. ............................................................................31
1.4.4. Xử lý tai nối cọc ống thép. ...........................................................................40
1.4.5. Cắt cọc ống thép trong nước. .......................................................................42
1.5. Ưu nhược điểm của kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. .............................42
1.5.1. Ưu điểm:.......................................................................................................42

1.5.2. Nhược điểm:.................................................................................................43
1.6. Khả năng ứng dụng kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng trong xây dựng
móng cầu tại Việt Nam. .............................................................................................43
1.6.1. Tình hình ứng dụng móng cọc ống thép ở nước ngoài. ...............................43
1.6.2. Ứng dụng kết cấu móng cọc ống thép tại Việt Nam....................................44
CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU MÓNG CỌC ỐNG
THÉP DẠNG GIẾNG CÓ XÉT ĐẾN LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI VỚI ĐẤT NỀN. ...49
2.1. Sơ đồ làm việc của kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. ..............................49
2.1.1. Khái qt chung về tính tốn kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. .......49
2.1.2. Mô hình dầm có chiều dài hữu hạn trên nền đàn hồi...................................51
2.1.3. Mơ hình dầm giếng giả tưởng xét đến chênh lệch lực cắt giữa các tai nối..53
2.1.4. Mơ hình khung không gian. .........................................................................56
2.1.5. Kết luận về mơ hình tính kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng. ..............58
2.2. Tương tác giữa cọc và đất nền. ...........................................................................59
2.3. Các phương pháp xác định hệ số đàn hồi của nền đất. .......................................60
2.3.1. Phương pháp thí nghiệm. .............................................................................61
2.3.2. Phương pháp tra bảng. .................................................................................62
2.3.3. Phương pháp tính theo các cơng thức nền móng. ........................................64
2.3.4. Tính hệ số phản lực của nền đất theo tiêu chuẩn Nhật Bản. ........................67
2.4. Kết luận chương 2...............................................................................................70

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ KIỂM TRA KẾT CẤU MÓNG CỌC ỐNG THÉP
DẠNG GIẾNG. .............................................................................................................71

3.1. Yêu cầu về vật liệu trong thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng.....................71
3.2. Thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng. ............................................................72

3.2.1. Khái quát chung về thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng. ......................72

3.2.2. Các loại tải trọng tác dụng lên móng cọc ống thép dạng giếng. ..................73
3.2.3. Tải trọng đóng xuống cho phép tối đa. ........................................................74
3.2.4. Phản lực thẳng đứng của một cọc ống thép dạng giếng...............................75
3.2.5. Lực dọc trục của một cọc ống thép dạng giếng. ..........................................75
3.3. Sức kháng của một cọc ống thép dạng giếng. ....................................................76
3.3.1. Sức kháng đóng xuống cho phép của cọc theo đất nền. ..............................76
3.3.2. Sức kháng kéo nhổ cho phép của cọc theo đất nền......................................78
3.3.3. Kiểm tra lực ma sát âm xung quanh thành cọc. ...........................................79
3.3.4. Kiểm tra sức kháng của cọc ống thép theo vật liệu làm cọc........................80
3.4. Kiểm tra chuyển vị của móng cọc ống thép dạng giếng.....................................81
3.4.1. Điều kiện kiểm tra........................................................................................81
3.4.2. Tương tác giữa hệ móng cọc dạng giếng và đất nền....................................82
3.5. Kiểm tra ứng suất của cọc ống thép dạng giếng. ................................................83
3.5.1. Ứng suất dọc trục của cọc ống thép. ............................................................83
3.5.2. Ứng suất tổng hợp. .......................................................................................84
3.5.3. Ứng suất của cọc đơn bên trong móng.........................................................84
3.6. Thiết kế liên kết giữa cọc ống thép và bệ. ..........................................................86
3.6.1. Trường hợp là cọc vĩnh cửu hay trường hợp có tường ngăn hay cọc đơn bên
trong của loại kiêm làm vòng vây tạm. ..................................................................86
3.6.2. Trường hợp kiêm làm vòng vây tạm............................................................86
3.7. Kết luận chương 3...............................................................................................87
CHƯƠNG 4: VÍ DỤ THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN KẾT CẤU MĨNG CỌC ỐNG
THÉP DẠNG GIẾNG. ..................................................................................................88
4.1. Giới thiệu chung về cầu Nhật Tân. .....................................................................88
4.1.1. Bố trí chung cầu Nhật Tân. ..........................................................................88
4.1.2. Điều kiện địa chất.........................................................................................89
4.1.3. Móng cọc ống thép dạng giếng dùng cho trụ tháp.......................................90
4.2. Tính tốn thiết kế kết cấu móng trụ tháp P14 cầu Nhật Tân. .............................91
4.2.1. Cấu tạo móng cọc ống thép dạng giếng trụ P14. .........................................91
4.2.2. Tính tốn kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng trụ P14...........................97

4.3. Kết luận chương 4.............................................................................................112
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. ....................................................................................113
TÀI LIỆU THAM KHẢO. ..........................................................................................114

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHÚ THÍCH CÁC KÝ HIỆU

(∆v)j: Chênh lệch chuyển vị của tai nối
τS : Ứng suất cắt trong thanh chịu cắt
τSa : Ứng suất cắt cho phép trong thanh chịu cắt
∆Xi: Chênh lệch toạ độ X của trục trọng tâm của 2 cọc ống thép liên kết tại tai nối i
1/β: Chiều sâu của nền đất liên quan đến sức kháng theo phương ngang
A0: Diện tích nguyên của một cọc ống thép
A01: Diện tích mặt cắt ngangcủa cọc ống thép vịng ngồi
A02: Diện tích mặt cắt ngang của cọc ống thép tường ngăn
A03: Diện tích mặt cắt ngang của cọc ống thép đơn
A0i : Diện tích mặt cắt thuần tuý của thân cọc ống thép thứ i
Ab: Diện tích một thanh thép
Ag, Ig*, Ig: Các đặc trưng hình học mặt cắt giếng móng
Ap: Diện tích nguyên của cọc ống thép
AS: Diện tích thanh thép chịu cắt
B: chiều rộng giếng móng
BH: Chiều rộng đặt tải tính đổi ở mặt trước của móng
BU: Chiều rộng mặt trước móng
BV: Chiều rộng gia tải tính đổi của cọc ống thép
C: Lực dính đơn vị của nền đất
D: Đường kính cọc
DP: Chiều sâu ngàm
dQd: Chuyển vị theo phương vng góc với trục cọc tại mặt đất thiết kế

dRyd: Chuyển vị đàn hồi thiết kế cho phép theo phương vng góc với trục cọc
e: Độ lệch tâm giữa cọc và bệ (lấy bằng bán kính cọc ống thép)
Eo: Hệ số biến dạng của nền đất
ES : Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc ống thép
ESI: Độ cứng chịu uốn của móng
fi: Cường độ ma sát xung quanh của các lớp mặt ngồi móng
fj: Cường độ ma sát xung quanh của các lớp mặt trong móng
fni:Cường độ lực ma sát xung quanh của các lớp xét đến lực ma sát âm xung quanh
fy: ứng suất kéo chảy của vật liệu thép làm cọc
ɣ: Trọng lượng riêng của đất
ɣi: Hệ số tải trọng
Gj: Độ cứng chống cắt của tai nối

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

h: Khoảng cách từ trọng tâm bệ móng đến trọng tâm hàng thép chịu kéo
H: Lực nằm ngang thiết kế tác dụng vào đầu cọc
I: Mơ men qn tính của móng
Ip: Mơ men quán tính bản thân của cọc ống thép
IZ : Mơ men qn tính của mặt cắt móng cọc ống thép dạng giếng
k: Hệ số phản lực của nền đất
k1: Số lớp đất mặt ngồi móng có xét đến lực ma sát xung quanh
k2: Số lớp đất mặt trong móng có xét đến lực ma sát xung quanh
kH: Hệ số phản lực nền theo phương ngang
kH1: Hệ số phản lực nền theo phương ngang xét đến sự tồn tại biến dạng
kHo: Hệ số phản lực nền theo phương ngang tương đương với giá trị thí nghiệm
gia tải lên bản cứng hình trịn nằm ngang đường kính 0,3m
Kj: Hệ số đàn hồi của tai nối thứ j
Kr1: Hệ số đàn hồi quay tại đáy giếng
KS: Hệ số đàn hồi cắt tại đáy giếng

kS: Hệ số phản lực nền cắt theo phương ngang tại đáy giếng
KV: Hệ số đàn hồi thẳng đứng tại đáy giếng
kV: Hệ số phản lực nền theo phương thẳng đứng
kVo: Hệ số phản lực nền theo phương thẳng đứng tương đương với giá trị của thí
nghiệm gia tải theo phương ngang lên bản cứng hình trịn đường kính 0,3m
L: Chiều dài từ đáy bệ móng đến đỉnh lớp đất chịu lực
L1: Chiều dài từ đáy bệ móng đến đỉnh lớp đất chịu lực
Le : chiều dài có hiệu của giếng móng
Li: Chiều dày các lớp xét đến ma sát xung quanh mặt ngồi móng
Lj: Chiều dày các lớp xét đến lực ma sát xung quanh mặt trong móng
Lni: Chiều dày các lớp đất xét đến lực ma sát âm mặt xung quanh
M: Mô men uốn thiết kế của cọc đơn bên trong
M0’: Mô men uốn tác dụng vào đáy bệ móng
MB: Mơ men uốn tại đáy giếng do tải trọng ngồi gây ra
Mcof,i: Mơ men dư của cọc trong q trình thi cơng
Me: Mơ men do phản lực lệch tâm tác dụng vào cọc ống thép vịng ngồi
Mfix: Mô men kháng của cọc ống thép
ML: Mô men uốn thiết kế tác dụng vào mũi cọc
MU: Mô men uốn thiết kế tác dụng vào đầu cọc
mv: hệ số nén lún
My: Mơ men uốn của móng tại vị trí chiều sâu y tính từ mặt nền đất thiết kế

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

N: Giá trị N-SPT của nền đất tại mũi cọc
n1: Số cọc ống thép cấu tạo nên vịng ngồi
n1: Số cọc ống thép vịng ngồi
n2: Số cọc ống thép tường ngăn
n3: Số cọc ống thép đơn bên trong
nb: Số thanh thép chịu kéo trong một hàng

nba: Số thanh thép chịu mô men tối thiểu
Nɣ, Nq, Nc: Các hệ số sức chịu tải của đất phụ thuộc vào góc ma sát trong φ của đất
Ni: Phản lực thẳng đứng của cọc đơn thứ i bên trong
nS: Số thanh thép chịu cắt
nSa: Số thanh thép chịu cắt tối thiể
p0: Áp lực tĩnh
Pli: Phản lực thẳng đứng của một cọc thứ i cần tính tốn tại đáy của móng cọc
ống thép dạng giếng
PX, PY: Ngoại lực phân bố theo phương X và Y tác dụng vào giếng móng
Py,i: Nội lực dọc trục của cọc ống thép thứ i của móng tại vị trí chiều sâu y tính
từ mặt nền thiết kế
py: Áp lực chảy
q: Cường độ lực tác dụng
qd : Sức chịu tải cực hạn trên 1 đơn vị diện tích chống đỡ của lớp đất nền tại mũi cọc
ống thép
Qi: Phản lực theo phương dọc trục tại đáy cọc ống thép
QR: Sức kháng đóng xuống tại đầu cọc của một cọc ống thép theo đất nền
r0: Đường kính hố tại thời điểm có áp lực p0
R0: Lực thẳng đứng do tĩnh tải tác dụng lên một cọc ống thép
Rnf: Lực ma sát âm mặt xung quanh của 1 cọc ống thép
Rr: Sức kháng cho phép theo phương dọc trục của cọc ống thép
Ru: Sức chịu tải cực hạn của một cọc ống thép tại đầu cọc và ma sát dương
xung quanh thành cọc
ry: Đường kính hố tại tại thời điểm có áp lực py
S0: Mô men kháng uốn của cọc ống thép
Si: Mô men kháng uốn của cọc ống thép thứ i
t: Chiều dày thành cọc
T1: Lực kéo trong thanh thép liên kết do mô men
T2: Lực kéo trong thanh thép liên kết do lực ngang
u: Chuyển vị của thân móng theo phương ngang của phần ngập trong đất

U1: Chu vi của tường bao mặt ngồi móng

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

U2: Tổng chu vi bao gồm chu vi của tường bao mặt trong của móng, tường ngăn
bên trong và chu vi của cọc đơn
V0: Tải trọng thẳng đứng do tải trọng ngoài gây ra tác dụng vào đáy bệ móng,
bao gồm bệ móng, bê tơng nhồi và đất đắp phía trên
xi : Khoảng cách từ tim cọc ống thép thứ i đến trục trọng tâm của mặt cắt ngang
của giếng hay thân trụ
y: Chiều sâu tính từ mặt nền đất thiết kế
y: Chuyển vị theo phương ngang của móng trên mặt nền đất thiết kế
yo: Chuyển vị tiêu chuẩn
Z01: Hệ số mặt cắt của cọc ống thép vịng ngồi
Z02: Hệ số mặt cắt của cọc ống thép tường ngăn
α: Hệ số dùng để suy luận hệ số phản lực nền
α1: Hệ số tỷ lệ của ứng suất cho phép
αH: Hệ số tỷ lệ kể đến sự kháng lại của đất bên trong và phản lực nền cắt theo
phương ngang của mặt bên giếng
β biểu thị giá trị đặc trưng của giếng móng
δ: Chuyển vị nằm ngang tại đáy bệ móng
η: Hệ số phân bố mô men uốn
ηi: Hệ số điều chỉnh tải trọng.
θ: Góc quay của đáy bệ móng
µ: Hệ số pốt xơng của đất nền
µ: Hiệu suất liên hợp của hệ giếng cọc
σ1: ứng suất do tải trọng ngoài thiết kế sau khi hồn thành
σ2: ứng suất dư trong q trình thi cơng vịng vây tạm
σa: ứng suất cho phép của cọc ống thép
σS1: Ứng suất kéo trong thanh thép liên kết do lực ngang

σS1: Ứng suất kéo trong thanh thép liên kết do mô men
σSa: Ứng suất kéo cho phép trong thanh thép liên kết
σyL,i: ứng suất dọc trục của cọc ống thép thứ i của giếng tại vị trí chiều sâu y
tính từ mặt nền đất thiết kế
φ: Góc ma sát trong của đất
φ: Hệ số kháng
φn1 : Hệ số kháng đối với ma sát âm
φqp: Hệ số kháng đối với sức chịu tải mũi cọc
φqs: Hệ số kháng đối với sức chịu tải xung quanh thành cọc
φu: Hệ số kháng với sức chịu kéo nhổ cọc
φw: Hệ số kháng đối với trọng lượng của cọc
φy: Hệ số kháng đối với cường độ của cọc

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU MÓNG CỌC ỐNG THÉP DẠNG
GIẾNG TRONG CƠNG TRÌNH CẦU VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT
NAM.

1.1. Khái quát chung về kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng.

Trong vòng vài năm trở lại đây, có rất nhiều dự án cầu lớn được xây dựng ở Việt Nam.
Cùng với sự phát triển của công nghệ thiết kế cũng như thi công cầu, một loạt các dự
án cầu lớn được triển khai như cầu khung, cầu dầm liên tục nhiều nhịp, cầu vòm, cầu
dây văng, cầu treo dây võng…
Các dự án cầu lớn chủ yếu được xây dựng ở những vùng nước sâu, rộng, yêu cầu
thông thương lớn, vượt nhịp lớn. Những cầu nhịp lớn đòi hỏi cần phải có kết cấu móng
mố trụ phù hợp. Tuy nhiên điều kiện địa chất ở Việt Nam tương đối phức tạp, đặc biệt
là ở vùng đồng bằng châu thổ sơng Hồng và sơng Cửu Long. Đó cũng là một trong
những nguyên nhân dẫn đến những khó khăn trong thiết kế và thi cơng kết cấu móng,

mố trụ cầu lớn.
Nếu sử dụng các kết cấu móng cầu truyền thống như móng cọc BTCT đúc sẵn, móng
cọc khoan nhồi, móng giếng chìm thì khối lượng cho kết cấu phần dưới là rất lớn, các
cơng trình phụ tạm phục vụ thi công và điều kiện thi công phức tạp và tốn kém.
Hiệp hội cọc ống thép Nhật Bản đã tiến hành nghiên cứu đề ra những loại móng có
quy mơ lớn thích hợp với các điều kiện như trên, đó là kết cấu móng cọc ống thép
dạng giếng. Kết cấu móng này có độ tin cậy tương đối cao.
Kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng cấu tạo bằng các ống thép trịn có độ bền
chống rỉ cao, đường kính từ 0,8m đến 1,5m, hạ xuống đến tầng nền đất chịu lực. Mỗi
cọc đều có những bộ phận liên kết khố để gắn chặt các cọc đơn với nhau thành một
hệ kết cấu móng vịng vây khép kín có dạng hình trịn, elip, chữ nhật, chữ nhật vát
cạnh, hình ơ van... Sau khi vét đất trong lịng hố móng, tiến hành đổ bê tông bịt đáy và
thi công liên kết ngàm cứng các cọc vào xung quanh bệ móng, cuối cùng đổ bê tơng bệ
trụ và thân trụ. Vịng vây cọc ống thép khép kín đó vừa có tác dụng ngăn nước trong
suốt q trình thi cơng, vừa là hệ móng cọc để truyền tải trọng từ kết cấu bên trên
xuống đất nền sau này, do đó sau khi thi cơng xong thân trụ người ta tiến hành cắt bỏ
phần cọc ống thép phía trên bệ có tác dụng làm vịng vây. (Hình 1.1)

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hình 1.1: Cấu tạo móng cọc ống thép dạng giếng.
Ưu điểm chính của loại kết cấu móng này là độ cứng của cọc cũng như của hệ móng
cọc lớn do các cọc liên kết chặt chẽ với nhau và ngàm cứng vào bệ trụ; mũi cọc có thể
hạ xuống tầng địa chất tốt ở sâu trong lòng đất dễ dàng; công tác thi công cọc cũng
như hàn nối cọc, cắt cọc rất thuận tiện tại cơng trường. Vì giếng cọc liên kết ngàm
xung quanh bệ trụ nên có thể giảm được tiết diện bệ một cách đáng kể so với loại kết
cấu móng khác. Đồng thời giếng cọc chính là vịng vây thi cơng trong nước, tạo diện
thi cơng có độ an tồn cao và giảm bớt chi phí phục vụ thi cơng. Ngồi ra kết cấu
móng này cịn có khả năng kháng lại tác dụng của lực động đất khá tốt.
1.2. Lịch sử phát triển của cơng nghệ móng cọc ống thép dạng giếng.

Cọc ống thép sử dụng trong móng cọc ống thép dạng giếng được nghiên cứu bởi các
nhà sản xuất thép ở Nhật Bản. Ban đầu nó được sử dụng ở trong các kết cấu tường
chắn, khi đó người ta đã dùng thép hình là thép góc để làm tai nối cọc, nhưng do tính
ngăn nước của tai nối này khơng tốt mà sau đó người ta đã thiết kế các ống thép tròn
làm tai nối cọc. Phạm vi sử dụng của cọc ống thép ngày càng mở rộng, sự phát triển
của công nghệ làm sạch trong lịng ống tai nối và cơng nghệ thi cơng vữa cường độ
cao trong lòng ống tai nối đến nay đã được nâng cao rất nhiều. [15]
- Năm 1930: Ứng dụng cọc hộp trong móng trụ cầu của cơng ty BaineBail-Tây Đức.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

- Năm 1964: Bắt đầu phát triển móng cọc ống thép dạng giếng.

- Năm 1966: Áp dụng cọc hộp vào Nhật Bản (cầu Kinjo Ohashi).
- Năm 1967: Áp dụng trong móng lò cao loại lớn.

- Năm 1972: Thành lập “Phương pháp thiết kế và thi cơng móng cọc ván thép” của
Hiệp hội nghiên cứu móng cọc ván thép.

- Khoảng năm 1973: Phát minh ra phương pháp thi cơng móng cọc ống thép dạng
giếng kiêm vịng vây thi cơng tạm thời.

- Khoảng năm 1981: Phát minh ra phương pháp cắt cọc ống ván thép trong nước.

- Năm 1981: Đưa ra phương pháp thiết kế thi cơng móng cọc ống thép dạng giếng
(Bản thảo) - Đường sắt Nhật Bản (nay là JR).

- Năm 1984: Phương pháp thiết kế móng cọc ống thép dạng giếng và giải thích của
Hiệp hội đường bộ Nhật Bản.

- Năm 1986: Phát minh ra phương pháp liên kết bệ cọc bằng thanh thép xiên vào.

- Năm 1989: Phát minh ra phương pháp liên kết bệ cọc bằng kiểu đinh thép.
- Năm 1990: Khi cải biên Quy trình thiết kế cầu đường bộ của Hiệp hội đường bộ
Nhật Bản đã đưa chương Móng cọc ống thép dạng giếng vào quy trình.
- Năm 1996: Phương pháp tính sức chịu tải theo phương ngang của móng cọc ống
thép dạng giếng chịu động đất trong Quy trình thiết kế cầu đường bộ của Nhật Bản.

- Năm 1997: Hướng dẫn thiết kế thi công móng cọc ống thép dạng giếng của Hiệp
hội cầu đường bộ Nhât Bản.

Hiện nay ở Việt Nam, cọc ống thép đã và đang được áp dụng trong các dự án xây
dựng cầu lớn như móng cọc ống thép nhồi bê tơng ở cầu Bính, vịng vây ngăn nước
bằng cọc ván ống thép phục vụ thi công các trụ ở cầu Thanh Trì, kết cấu móng cọc ống
thép dạng giếng cho các trụ tháp đang thi công ở cầu Nhật Tân… Với ưu điểm nổi trội
của nó, tương lai cọc ống thép cũng như loại móng cọc ống thép dạng giếng này có thể
được áp dụng rộng rãi hơn và dần dần thay thế cho những kết cấu móng truyền thống
như móng giếng chìm, móng cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn, móng cọc khoan nhồi, đặc
biệt khi thi cơng trong vùng nước sâu.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
1.3. Cấu tạo kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng.
1.3.1. Khái quát chung về cấu tạo móng cọc ống thép dạng giếng.
Kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng được cấu tạo bởi các ống thép đường kính từ
0,8m đến 1,5m liên kết với nhau bằng hai tai nối ở hai bên cọc (khố nối chống cắt)
(Hình 1.2). Móng này được đóng xuống nền đất theo các hình trịn, chữ nhật, hình elip
và hình ơ van khép kín.
Sau khi hạ các cọc xuống tầng chịu lực, phần tai nối được xói hút sạch và nhồi vữa vào
bên trong. Vữa nhồi tai nối vừa có tác dụng liên kết các cọc đơn với nhau tốt hơn, làm
tăng cường khả năng kháng cắt của cả giếng cọc, vừa ngăn nước xâm nhập vào giếng

cọc trong q trình thi cơng trụ cầu. [8], [9].

Hình 1.2: Cấu tạo chi tiết cọc ống thép.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Phần đầu cọc được liên kết ngàm xung quanh bệ trụ bằng các tấm thép hoặc các thanh
thép đường kính lớn chơn sâu vào trong lịng bệ có tác dụng liên kết chống cắt, chống
mô men. Phần đầu cọc trong phạm vi liên kết với bệ được vét hết đất và đổ bê tơng lấp
kín. Trong một số trường hợp người ta có thể bơm bê tơng phạm vi mũi cọc để tăng
cường sức chịu tải cho mũi cọc. Kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng có sức chịu tải
theo phương thẳng đứng và khả năng kháng theo phương ngang tương đối lớn.

Kết cấu móng cọc ống thép dạng giếng vừa có tác dụng liên kết cứng với bệ trụ tạo
thành hệ cọc chịu lực để truyền tải trọng bên trên xuống nền đất vừa có tác dụng làm
vịng vây ngăn nước trong suốt q trình thi cơng trụ. Do đó sau khi thi cơng xong phải
cắt bỏ phần cọc ống thép phía trên bệ để thanh thải lịng sơng.

Thơng thường tất cả các cọc đều được đóng xuống tầng chịu lực (Hình 1.3 a). Trong
một vài trường hợp, một số cọc được đóng xuống tầng chịu lực, một số cọc được đóng
xuống tầng tương đối tốt ở giữa (Hình 1.3 b). Nếu tồn bộ cọc ống thép trong móng
đều đóng xuyên qua lớp đất ở giữa đến tầng chịu lực, do sức kháng của nền đất quá
lớn có thể sẽ làm hỏng cọc ống thép, làm hỏng mối nối và liên kết ống tai nối hoặc cọc
khơng đóng xuống được do độ chối quá lớn. Khi đó kết cấu móng sẽ khơng cịn đảm
bảo điều kiện cấu tạo và hình dạng như thiết kế, chức năng làm việc của móng sẽ
khơng cịn được như tính tốn.

a, Tồn bộ cọc hạ xuống tầng chịu lực b, Một phần cọc hạ xuống tầng chịu lực

Hình 1.3: Vị trí mũi cọc ống thép trong lòng đất.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

1.3.2. Các kiểu móng cọc ống thép dạng giếng.
1.3.2.1. Móng cọc ống thép kiêm làm vịng vây tạm thi cơng.
Là phương pháp tận dụng giếng cọc làm ln tường vịng vây ngăn nước khi thi cơng.
Khi đóng cọc ống thép, đầu cọc phải vượt trên mực nước thi công để đảm bảo làm vịng
vây ngăn nước. Sau khi đổ bê tơng thân trụ tiến hành cắt bỏ phần cọc thép nhô lên khỏi
bệ để tránh cản trở dịng chảy. Thơng thường phải sử dụng máy cắt và áp dụng biện
pháp cắt cọc trong nước. (Hình 1.4 a)
Ưu điểm của phương pháp này là thời gian thi công ngắn hơn so với kiểu phải dùng
vịng vây tạm và diện tích thi cơng cũng nhỏ hơn, diện tích chắn dịng giảm. Kiểu kết
cấu móng cọc này được áp dụng rất phổ biến khi thi công trên vùng nước sâu và rộng,
hiện nay đang được ứng dụng trong thi công trụ cầu Nhật Tân tại Việt Nam.
1.3.2.2. Móng cọc ống thép dạng giếng kiểu cọc thật.
Là phương pháp xây dựng bệ móng trên hệ móng cọc ống thép sau khi đã thi cơng
giếng cọc đến cao độ trên mực nước thi cơng. Khi đó cọc được ngàm vào trong bệ như
kết cấu cọc thông thường. Kiểu này được áp dụng cho khu vực trên sông nước hay cảng
biển không hạn chế mặt cắt lưu lượng và tĩnh khơng cho tàu thuyền qua lại.(Hình 1.4 b)
1.3.2.3. Móng cọc ống thép kiểu vịng vây.
Là phương pháp xây dựng vòng vây ngăn nước bằng cọc ống ván thép. Ưu điểm của
phương pháp này là độ cứng của vịng vây cao hơn vịng vây thơng thường làm bằng
tường cừ. Sau khi thi công xong thân trụ phải tháo dỡ vịng vây thanh thải lịng sơng.
(Hình 1.4 c). Loại móng này được áp dụng khi thi cơng trụ cầu Thanh Trì.

Hình 1.4: Các kiểu móng cọc ống thép dạng giếng.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
1.3.3. Các hình thức bố trí cọc ống thép dạng giếng trên mặt bằng.
1.3.3.1. Móng cọc ống thép dạng giếng có tường ngăn bên trong.

Trong trường hợp diện tích giếng móng tương đối lớn, để đảm bảo độ cứng của bệ trụ,
độ cứng của toàn hệ giếng và làm tăng sức chịu tải thẳng đứng của tồn hệ móng cọc,
người ta bổ sung thêm các tường cọc ống thép vào trong lịng giếng. Ngồi ra các tường
ngăn cịn có tác dụng giảm ứng suất cục bộ sinh ra ở các vị trí liên kết giữa cọc ống
thép với bệ móng và giếng.(Hình 1.5)

Hình 1.5: Giếng cọc có tường ngăn bên trong.
1.3.3.2. Móng cọc ống thép dạng giếng có cọc đơn bên trong.
Khi số lượng cọc trong giếng móng chưa được đảm bảo điều kiện chịu lực và liên kết
phải bổ sung thêm các cọc đơn bên trong để giảm ứng suất sinh ra ở phần liên kết của
cọc ống thép với bệ trụ và giếng. Ngoài ra nó cịn có tác dụng làm tăng sức chịu tải
thẳng đứng của tồn hệ móng cọc.(Hình 1.6)

Hình 1.6: Giếng cọc có cọc đơn bên trong.
1.3.3.3. Móng cọc ống thép dạng giếng tiết diện lớn.
Trong trường hợp mặt bằng của móng lớn, có thể lựa chọn các dạng giếng cọc ống
thép kiểu nhiều nhiều giếng con hình chữ nhật (Hình 1.7 a) hoặc có thể xét đến các
dạng kết cấu móng có nhiều tường ngăn cọc ống thép ở bên trong (Hình 1.7 b).

a, Kiểu nhiều giếng. b, Kiểu có nhiều tường ngăn.
Hình 1.7: Mặt bằng móng cọc ống thép dạng giếng tiết diện lớn.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

1.3.4. Tai nối cọc ống thép.
Ban đầu cọc ống thép được sử dụng ở trong các kết cấu tường chắn, khi đó người ta đã
sử dụng thép hình là thép góc để làm tai nối cọc, nhưng do tính ngăn nước của tai nối
này kém mà sau đó người ta đã thiết kế các ống thép tròn làm tai nối cọc. Các loại tai
nối của cọc ống thép có loại P-P, loại L-T, loại P-T qui định trong JIS A 5530 (cọc ván
ống thép). Đối với móng cọc ống thép dạng giếng thông thường, người ta sử dụng tai

nối loại P-P với đường kính ngồi 165,2mm và dày 11mm.[22].

a, Tai nối loại P-P b, Tai nối loại P-T c, Tai nối loại L-T

Hình 1.8: Cấu tạo các loại tai nối cọc.

Hình 1.9: Hình ảnh tai nối cọc ống thép dạng giếng.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Để đảm bảo độ cứng của toàn hệ cọc ống thép, nên hàn ống tai nối của cọc ống thép
trên toàn bộ chiều dài của cọc ống thép. Nhưng khi đó sức kháng khi đóng xuống nền
đất chịu lực tại mũi cọc ống thép tăng lên, khó đóng cọc và làm hỏng tai nối. Để tránh
hiện tượng này phạm vi hàn tai nối chỉ đến cao độ gần nền chịu lực và đầu tai nối được
cắt vát để quá trình hạ cọc vào trong nền đất được dễ dàng hơn.(Hình 1.10)

Hình 1.10: Vị trí hàn tai nối vào thân cọc.
Trong trường hợp sử dụng cọc ống thép đường kính lớn và phải tăng cường liên kết
chống cắt giữa các ống thép, người ta có thể tăng đường kính của ống tai nối từ
165,2mm lên 267,4mm và có gia cường thêm liên kết dọc theo chiều dài ống bằng hai
bản thép hai bên thành ống.(Hình 1.11 a)

Hình 1.11: Tăng cường các ống tai nối đường kính lớn.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Khoảng cách tiêu chuẩn của các tai nối khi bố trí cọc ống thép vịng ngồi và cọc thép
tường ngăn lấy bằng 1,5 lần đường kính ngồi của ống tai nối. Với móng chỉ cấu tạo từ
cọc ống thép vịng bên ngồi thì dùng giá trị tiêu chuẩn này để bố trí cọc ống thép. Với
móng có bố trí tường ngăn cọc ống thép ở móng có dạng lượn trịn ở vịng ngồi như
hình trịn, hình ơ van, hình chữ nhật góc lượn trịn thì khoảng cách các tai nối của cọc

ống thép vịng vây ngồi về ngun tắc vẫn lấy giá trị tiêu chuẩn nhưng có thể điều
chỉnh khoảng cách các tai nối của cọc ống thép làm tường ngăn trong phạm vi khoảng
± 20mm. (Hình 1.12)
Trong trường hợp khó bố trí khi chỉ điều chỉnh khoảng cách tai nối của cọc ống thép
làm tường ngăn thì có thể điều chỉnh khoảng cách tai nối cọc ống thép làm vịng ngồi
tại phần góc lượn trịn. Khi đó khoảng cách các tai nối của cọc ống thép làm vịng bên
ngồi tại phần góc lượn trịn lấy giá trị gần với giá trị tiêu chuẩn nhất. Trường hợp điều
chỉnh theo cách này mà vẫn khó bố trí cọc ống thép làm tường ngăn thì có thể thay đổi
đường kính ống tai nối của cọc ống thép làm tường ngăn.(Hình 1.12)

Bảng 1.1: Kích thước và khối lượng của ống tai nối cọc.

Hình dạng ống Kích thước ống tai nối Khối lượng ống tai nối
tai nối (mm) (kg/m)
Loại P-P 83,6
165,2x11

Hình 1.12: Điều chỉnh khoảng cách giữa các tai nối

Để đảm bảo liên kết giữa các cọc ống thép với nhau được tốt và làm vòng vây ngăn
nước hiệu quả trong q trình thi cơng, sau khi hạ cọc xuống cao độ thiết kế người ta

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
hút đất làm sạch lòng tai nối và bơm vữa lấp đầy. Tuy nhiên vữa lấp lịng tai nối
thường khó thi cơng, chất lượng khó kiểm sốt và dễ rị rỉ ra nguồn nước gây ô nhiễm
môi trường. Với sự phát triển của cơng nghệ làm sạch trong lịng ống tai nối bằng xói
hút và cơng nghệ bơm vữa cường độ cao trong lòng ống tai nối khá hiệu quả nên hiện
nay chất lượng thi cơng móng cọc ống thép dạng giếng đã được nâng cao rất nhiều.
1.3.5. Liên kết giữa cọc ống thép và bệ.
Sau khi đóng hạ cọc ống thép xuống nền chịu lực phải thi công liên kết cọc ống thép

với bệ móng thành một khối thống nhất. Khi đó mới đảm bảo sự làm việc của giếng cọc
được tốt, đảm bảo tính ổn định của giếng cọc và khả năng truyền tải trọng từ kết cấu
nhịp xuống nền đất được tốt.(Hình 1.13)

Hình 1.13: Liên kết giữa cọc ống thép và bệ móng trong giếng móng.
Có 2 phương pháp liên kết cọc ống thép vào bệ móng: phương pháp xây dựng bệ móng
trực tiếp trên đầu cọc ống thép (liên kết ngàm trực tiếp vào đáy bệ) và phương pháp xây
dựng bệ móng bên cạnh cọc ống thép (liên kết thành bên của cọc với thành bên của bệ).
Đối với kiểu kiêm ln là vịng vây tạm khi xây dựng bệ móng (liên kết thành bên của
cọc với thành bên của bệ) có thể sử dụng 3 phương pháp là phương pháp dùng bản
thép, phương pháp dùng cốt thép cắm và phương pháp dùng đinh thép.[10]
1.3.5.1. Liên kết bằng bản thép và bản hẫng.
Là phương pháp liên kết bệ móng và cọc ống thép nhờ bản thép chịu mô men và bản
thép chịu cắt hay bản hẫng hàn vào thành bên của cọc. Bản thép chịu mô men được
hàn nhóm trên tồn mặt cắt. Bản thép chịu cắt hàn góc hai mặt bên hay hàn nhóm trên

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
toàn mặt cắt. Để liên kết giữa cọc và bệ được tốt, hàn thêm cốt thép vào bản thép chịu
cắt và chịu mô men và liên kết với lưới thép bệ móng.

Hình 1.14: Cấu tạo liên kết cọc vào bệ móng bằng bản thép và bản hẫng.
Hình 1.15: Chi tiết liên kết bản thép vào cọc.

Hình 1.16: Hình ảnh thi cơng liên kết bằng bản thép.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
1.3.5.2. Liên kết bằng thanh thép thanh.
Là phương pháp liên kết bệ móng với cọc ống thép bằng các thanh thép được hàn vào
thành bên của giếng. Để liên kết các thanh thép với cọc ống thép, người ta dùng máy để
khoan lỗ vào mặt trong của giếng (đường kính lỗ bằng đường kính cốt thép +10mm),

sau đó luồn thanh thép qua lỗ và hàn trực tiếp cốt thép vào bề mặt của cọc ống thép.
Yêu cầu mặt cắt làm việc của cọc không bị giảm yếu quá 5%. Khi đổ bê tông vào trong
cọc cũng làm tăng liên kết giữa thanh thép và cọc.

Hình 1.17: Cấu tạo liên kết cọc vào bệ bằng thép thanh.

Hình 1.18: Chi tiết liên kết thanh thép vào cọc ống thép.