Luận văn cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

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





PHM C MNH
KHểA: 2008-2011 LP: CH08X



ứNG dụng cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ trong
thi công tầng hầm các công trình xây chen
trong phố tại Hà Nội


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
CHUYấN NGNH XY DNG DN DNG V CễNG NGHIP
M số: 60.58.20



NGI HNG DN KHOA HC
TS. Lấ ANH DNG

Hà Nội - 2011

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






PHM C MNH





ứNG dụng cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ trong
thi công tầng hầm các công trình xây chen
trong phố tại Hà Nội





Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
CHUYấN NGNH XY DNG DN DNG V CễNG NGHIP

Hà Nội - 2011


lời cảm ơn




Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với TS. Lê Anh Dũng Bộ
Xây dựng, ông Tạ Minh Hoàng giám đốc Công ty TNHH Xử lý Nền móng Công
trình Đất Việt những ngời đã tận tình giúp đỡ, hớng dẫn, cung cấp tài liệu và đa
ra nhiều ý kiến quý báu, cũng nh tạo điều kiện thuận lợi động viên tác giả trong
quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo cô giáo, các cán bộ của khoa
Sau đại học, khoa Xây dựng trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội đã tận tình hỗ trợ,
giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.



Tác giả

Phạm Đức Mạnh

Lời cam đoan


Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và cha từng đợc ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.


Hà Nội, ngày tháng 02 năm 2011
Tác giả luận văn



Phạm Đức Mạnh











Mục lục
Mở đầu 1

1. Lý do nghiên cứu 1
2. Mục đích của đề tài 2
3. Phạm vi & phơng pháp nghiên cứu 2
4. ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3
Chơng 1 - Tổng Quan về công nghệ cọc khoan nhồi
đờng kính nhỏ & thi công hố đào sâu 4
1.1 Tổng quan về thi công các hố đào sâu 4
1.1.1 Một số phơng pháp gia cố thành hố đào phổ biến hiện nay 5
1.1.2 Một số sự cố và nguyên nhân của sự cố khi thi công hố đào 16
1.1.3 Vấn đề thi công tầng hầm công trình xây chen tại Hà Nội 18
1.2 Tổng quan về cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ 19
1.2.1 Khái niệm 19
1.2.2 Lịch sử phát triển 19
1.2.3 Phạm vi ứng dụng 20
1.2.4 Lịch sử ứng dụng công nghệ cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ ở Việt Nam 23
Chơng 2 - Cơ sở khoa học của việc ứng dụng cọc khoan
nhồi đờng kính nhỏ trong thi công tầng hầm các công
trình xây chen trong phố tại Hà Nội 27
2.1 Đặc điểm điều kiện địa chất thủy văn tại Hà Nội 27
2.2 Cơ sở lý thuyết cho việc ứng dụng công nghệ 29
2.2.1 Xác định tải trọng tác dụng lên t
ờng chắn 29
2.2.2 Tính toán kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng kiểu conson 30
2.2.3 Tính toán kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng với một tầng chống 40
2.2.4 Tính toán kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng với nhiều tầng chống 41
2.2.5 Thiết kế tờng bằng phơng pháp số 43
2.3 Các phơng pháp khoan tạo lỗ khi thi công cọc khoan nhồi 44
2.3.1 Thi công cọc khoan nhồi bằng khoan khô 44

2.3.1 Thi công cọc tạo lỗ theo công nghệ tạo lỗ ớt 45
2.4 Vấn đề thi công tờng chắn cọc khoan nhồi trên thế giới 45
2.4.1 Thi công tờng dạng dãy cột (Contiguous pile wall) 45
2.4.2 Thi công tờng dạng cọc hàng (Secant pile wall) 50
2.5 Một số thiết bị thi công khoan tạo lỗ cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ ở Việt
Nam và trên thế giới 54
2.5.1 Máy thi công cọc đờng kính nhỏ Clo Zironi CR18 54
2.5.2 Máy thi công cọc đờng kính nhỏ Clo Zironi CR14 55
2.5.3 Máy thi công cọc đờng kính nhỏ Casagrande C6 55
2.5.4 Máy thi công cọc đờng kính nhỏ Stealth T15000 56
2.5.5 Máy khoan cọc nhồi đờng kính nhỏ sử dụng trong nớc 57
Chơng 3 nghiên cứu ứng dụng cọc khoan nhồi đờng kính
nhỏ trong thi công hố đào tầng hầm của các công trình
xây chen có từ một đến hai tầng hầm trong phố tại Hà nội 59
3.1 Đặc điểm các công trình xây chen trong phố tại Hà Nội 59
3.1.1 Mặt bằng và điều kiện thi công 59
3.1.2 Những vấn đề đặt ra khi thiết kế và thi công các công trình xây chen trong phố
với một đến hai tầng hầm 62
3.2 Phân tích lựa chọn phơng án cọc hợp lý cho công trình xây chen có từ một đến
hai tầng hầm trong phố cổ Hà Nội 64
3.3 Phân tích lựa chọn phơng án tờng cọc khoan nhồi sử dụng trong điều kiện xây
chen tại Hà Nội 67
3.4 Tính toán thiết kế biện pháp 68
3.5 Qui trình công nghệ thi công tầng hầm công trình xây chen sử dụng cọc khoan
nhồi đờng kính nhỏ (trờng hợp sử dụng tờng cọc khoan nhồi kiểu dãy cột) 68
3.5.1 Công tác định vị cọc 69
3.5.2 Hạ ống chống casing 69
3.5.3 Công tác khoan tạo lỗ, kiểm tra địa tầng, kiểm tra độ sâu 70
3.5.4 Công tác lấy phôi khoan 71
3.5.5 Công tác thép và hạ ống đổ 71

3.5.6 Công tác thổi rửa đáy hố khoan 73
3.5.7 Công tác đổ bê tông 75
3.5.8 Kiểm tra chất lợng cọc 76
3.5.9 Thi công hố đào 77
3.6 Các sự cố thờng gặp khi thi công cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ làm tờng
cọc vây 80
3.7 Các phơng pháp thực nghiệm để quản lý chất lợng khi thi công hố tầng hầm
công trình xây chen sử dụng cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ 80
3.8 Giới thiệu ví dụ thiết kế biện pháp thi công hố đào tầng hầm cho công trình sử
dụng cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ làm cọc vây tại Hà Nội 81
Kết luận và kiến nghị 91
1. Kết luận 91
2. Kiến nghị 91
3. Hớng nghiên cứu phát triển đề tài 92
Tài liệu tham khảo 93
Phụ lục tính toán











DANH MụC CáC BảNG BIểU

Bảng 1.1 Một số loại cừ đợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam hiện nay 5
Bảng 1.2 Một số công trình tại Hà Nội đã ứng dụng cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ
trong thi công tầng hầm 20
Bảng 1.3 Một số công trình tại Hà Nội sử dụng móng cọc nhồi đờng kính nhỏ 24
Bảng 1.4. Một số loại cừ đợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam hiện nay 25
Bảng 2.1 Phân vùng Hà Nội theo mức độ thuận tiện cho xây dựng công trình 28
Bảng 2.2 Hệ số tỉ lệ m 35
Bảng 2.3 Hệ số k 35
Bảng 2.4 Hệ số tỉ lệ c 36
Bảng 2.5 Nội lực và chuyển dịch của cọc trong nền đàn hồi 39
Bảng 2.6 Một số thông số kỹ thuật máy Clo Zironi CR18 54
Bảng 2.7 Một số thông số kỹ thuật máy Clo Zironi CR14 55
Bảng 2.8 Một số thông số kỹ thuật máy Casagrande C6 56
Bảng 2.9 Một số thông số kỹ thuật máy Stealth T15000 57
Bảng 2.10 Thông số kỹ thuật của máy khoan cọc nhồi đờng kính nhỏ sử dụng
ở Việt Nam 57
Bảng 3.1 Khoảng cách nhỏ nhất giữa hệ kết cấu chắn giữ hố đào và công trình lân
cận khi sử dụng các thiết bị thi công khác nhau 65
Bảng 3.2 Giá thành thi công cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ 66
Bảng 3.3 Chỉ tiêu cơ lý lớp 1&2 82
Bảng 3.4 Chỉ tiêu cơ lý lớp 3 83
Bảng 3.5 Chỉ tiêu cơ lý lớp 4 83
Bảng 3.6 So sánh kết quả thu đợc tại một số công trình đã thi công 89






DANH MụC CáC HìNH Vẽ, Đồ THị

Hình 1.1 Cọc cừ Larssen 6
Hình 1.2 Cọc cừ dạng thép hình I 6
Hình 1.3 Gia cố thành hố đào sử dụng hệ tờng cừ thép 7
Hình 1.4 Tờng cọc xi măng đất 9
Hình 1.5 Tờng cọc bản bê tông cốt thép 10
Hình 1.6 Tờng chắn bằng cọc khoan nhồi 12
Hình 1.7 Thi công tờng cọc khoan nhồi 13
Hình 1.8 Tờng chắn Barrette cho một hố đào sâu 14
Hình 1.9 Thi công tờng chắn Barrette 15
Hình 1.10 Nứt công trình liền kề do thi công hố móng (Hàng Mã - Hà Nội) 16
Hình 1.11 Lún công trình liền kề do thi công hố móng trung tâm đào tạo Trờng đại
học Kinh tế Quốc dân-Hà Nội 16
Hình 1.12 Sụp đổ công trình Viện KHXH do thi công hố móng của công trình cao ốc
Pacific (43-45-47 Nguyễn Thị Minh Khai - Q1-HCM) 17
Hình 1.13 Móng cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ tại Hà Nội 20
Hình 1.14 Tờng cọc khoan nhồi 21
Hình 1.15 Tờng cọc khoan nhồi kiểu dãy cột 21
Hình 1.16 Tờng cọc hàng liên tục (hard/solf) 22
Hình 1.17 Tờng cọc hàng liên tục (hard/firm) 22
Hình 1.18 Tờng cọc hàng tổ hợp 22
Hình 1.19 Mẫu tờng cọc thi công trong thực tế 22
Hình 1.20 Phơng án tăng khả năng chống giữ của tờng cọc 23
Hình 1.21 Kết quả thi công trong thực tế 23
Hình 1.22 Tờng cọc khoan nhồi tại một công trình xây chen trong phố tại Hà Nội 24
Hình 2.1 Sơ đồ phân khu địa chất công trình lãnh thổ Hà Nội theo mức độ thuận lợi
đối với xây dựng 28
Hình 2.2 Tính cọc conson bằng phơng pháp cân bằn tĩnh 30
Hình 2.3 Sơ đồ chuyển dịch của cọc bản conson và phân bố áp lực đất 32

Hình 2.4 Sơ đồ tính toán theo Blum 33
Hình 2.5 Qui luật biến đổi của hệ số nền 34
Hình 2.6 Sơ đồ tính toán coi cọc nh dầm trên nền đàn hồi 36
Hình 2.7 Sơ đồ tính toán theo phơng pháp m 38
Hình 2.8 Chuyển vị và góc xoay của cọc ở đáy hố móng dới tác động của lực đơn
vị và mô men đơn vị 38
Hình 2.9 Sơ đồ tính toán cân bằng tĩnh chắn giữ bằng cọc với 1 tầng chống 40
Hình 2.10 Sơ đồ tính toán theo phơng pháp dầm đẳng trị 41
Hình 2.11 Sơ đồ tính toán theo các giai đoạn thi công 42
Hình 2.12 Máy khoan cọc bằng guồng xoắn của hãng Bauer 44
Hình 2.13 Dây chuyền thi công cọc khoan nhồi bằng phơng pháp khoan khô 44
Hình 2.14 Máy khoan sử dụng cần khoan CFA-Komatsu 46
Hình 2.15 Kích thớc máy khoan EM400SM-KOMATSU (mm) 46
Hình 2.16 Đánh dấu vị trí cọc 48
Hình 2.17 Hạ ống chống (casing) 48
Hình 2.18 Khoan cọc 49
Hình 2.19 Lắp đặt lồng thép 49
Hình 2.20 Đổ tông 49
Hình 2.21 Rút ống đổ 49
Hình 2.22 Hoàn thành tấm tờng 50
Hình 2.23 Tờng dẫn để thi công các cọc khoan nhồi 51
Hình 2.24 Thi công hệ tờng dẫn (guide wall) 52
Hình 2.25 Lắp đặt ống chống (casing) 52
Hình 2.26 Khoan cọc thứ nhất và thứ 2(A và B) 52
Hình 2.27 Đổ bê tông cọc thứ nhất và thứ 2 (A và B) 52
Hình 2.28 Khoan cọc thứ 3(cọc C-male pile) 53
Hình 2.29 Sử dụng cẩu để lắp đặt lồng thép cho cọc thứ 3(cọc C-male pile) 53
Hình 2.30 Đổ bê tông cho cọc thứ 3(cọc C) 53
Hình 2.31 Hoàn thành đơn nguyên tờng 53

Hình 2.32 Máy thi công cọc đờng kính nhỏ Clo Zironi CR18 55
Hình 2.33 Máy thi công cọc đờng kính nhỏ Clo Zironi CR18 55


Hình 2.34 Máy thi công cọc đờng kính nhỏ Clo Zironi CR14 56
Hình 2.35 Máy thi công cọc đờng kính nhỏ Casagrande C6 56
Hình 2.36 Máy thi công cọc đờng kính nhỏ Stealth T15000 58
Hình 2.37 Máy khoan cọc nhồi đờng kính nhỏ sử dụng ở Việt Nam 58
Hình 3.1 Mặt bằng biện pháp thi công - Nhà máy gia công thiết bị điện tử tin học
phần mềm chuyên dụng và thiết bị điện - Công ty Coteccons Cầu Giấy Hà Nội 60
Hình 3.2 Mặt bằng biện pháp thi công tầng hầm công trình văn phòng 159 Triệu
Việt Vơng Hà Nội 60
Hình 3.3 Mặt bằng biện pháp thi công tầng hầm công trình khách sạn 39 Thợ
Nhuộm Hà Nội 61
Hình 3.4 Mặt bằng biện pháp thi công 2 tầng hầm công trình Văn phòng cho thuê
135-137 Bùi Thị Xuân Hà Nội theo phơng pháp bán Top-down 61
Hình 3.5 Mặt bằng biện pháp thi công cọc vây công trình nhà ở kết hợp văn phòng
Công ty CP INOX Hòa Bình-132 Nguyễn Thái Học Hà Nội 62
Hình 3.6 Hố đào 2 tầng hầm trong điều kiện xây chen công trình nhà ở kết hợp văn
phòng Công ty CP INOX Hòa Bình-132 Nguyễn Thái Học Hà Nội 63
Hình 3.7 Thi công phá đầu cọc trong hố đào 63
Hình 3.8 Định vị tim cọc 69
Hình 3.9 Hạ ống chống và khoan tạo lỗ 70
Hình 3.10 Gia công cốt thép tại hiện trờng 72
Hình 3.11 Công tác hạ lồng thép 73
Hình 3.12 Hạ ống đổ và đổ bê tông 73
Hình 3.13 Thổi rửa vệ sinh cọc bằng khí nén - Tuần hoàn nghịch 74
Hình 3.14 Bơm tuần hoàn thuận thổi rửa vệ sinh hố khoan 75
Hình 3.15 Đổ bê tông t
ơi mác 300 độ sụt 18+/-2 76

Hình 3.16 Thi công đào lộ hàng cọc vây sâu khoảng 60cm 77
Hình 3.17 Thi công đập đầu cọc và đổ hệ thống dầm khóa dầu cọc vây 78
Hình 3.18 Thi công dầm bo, lắp đặt hệ văng chống đợt I, cốt thép đài móng 78
Hình 3.19 Lắp đặt hệ văng chống đợt II 79
Hình 3.20 Thi công tờng tầng hầm công trình 79
Hình 3.21 Mô hình đào đất Đợt 1+ Đợt 2 85


Hình 3.22 Mô hình đào đất Đợt 3 85
Hình 3.23 Mô hình tính toán ( trờng hợp trục 1+ 6) 86
Hình 3.24 Nhập thông số đầu vào lớp 1&2 86
Hình 3.25 Nhập thông số đầu vào lớp 3 87
Hình 3.26 Tải trọng ngoài 87
Hình 3.27 Các giai đoạn đào ( trờng hợp trục 1+ 6) 89
Hình 3.28 Một góc tầng hầm công trình sau khi thi công xong 89
1
Mở đầu
Lý do nghiên cứu
Do quỹ đất phục vụ cho việc sản xuất kinh doanh trong phố tại Hà Nội có
hạn đồng thời giá đất không ngừng tăng cao nên chủ đầu t của các dự án tại đây
luôn tìm cách tận dụng triệt để diện tích xây dựng khi cải tạo, xây mới các công
trình của mình. Tại Hà Nội những năm gần đây nhu cầu xây dựng các công trình có
qui mô từ 9-15 tầng với 1 đến 2 tầng hầm trong điều kiện xây chen trong phố là rất
lớn. Việc thi công xây dựng loại công trình nói trên đã đặt ra rất nhiều vấn đề về kỹ
thuật công nghệ cho các nhà thầu nh kích thớc của hệ kết cấu móng công trình
phải nhỏ gọn trong khi vẫn phải đảm bảo khả năng chịu đợc tải trọng lớn truyền
xuống từ các kết cấu phía trên, biện pháp thi công phải hợp lý trong điều kiện chật
hẹp, biện pháp chắn giữ để bảo vệ thành vách hố đào nói riêng và biện pháp thi công
các hạng mục phần ngầm nói chung phải đảm bảo an toàn và kinh tế trong điều kiện
xây chen Nhiều biện pháp công nghệ thi công tầng hầm, gia cố nền khác nhau đã

đợc sử dụng để giải quyết những vấn đề này tuy nhiên các sự cố khi thi công công
trình xây chen trong phố ảnh hởng đến các công trình lân cận vẫn thờng xuyên
xảy ra làm thiệt hại không nhỏ về tài sản, uy tín của chủ đầu t, nhà thầu và các bên
liên quan. Thực tiễn đã đặt ra cho những nhà thầu xây dựng Việt Nam một vấn đề
mới, đòi hỏi những nghiên cứu chặt chẽ về lý thuyết và kinh nghiệm thực tế để hạn
chế các sự cố, rui ro này.
Cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ (Small diameter bored piles) đã đợc nghiên
cứu, ứng dụng từ rất lâu trên thế giới trong xử lý nền móng các công trình dân dụng
hay các công trình ngầm. Tuy nhiên ở Việt Nam công nghệ này mới chỉ đợc quan
tâm ứng dụng nhiều trong những năm gần đây và nó đã nhanh chóng chứng tỏ là
một giải pháp có hiệu quả cho các công trình xây chen tại một số đô thị lớn nh Hà
Nội, Hải Phòng, Thành phố Hồ Chí Minh với rất nhiều những u điểm nh:
- Thiết bị thi công nhỏ gọn có thể thi công trong điều kiện chật hep;
- Cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ có sức chịu tải lớn độ an toàn khi thi công
cao;
- Giá thành thi công khá cạnh tranh;
2
Bên cạnh đó việc ứng dụng loại cọc này trong thực tế nớc ta còn bị hạn chế
nhiều bởi một số lý do sau:
- Hệ thống tiêu chuẩn qui phạm xây dựng phục vụ cho việc thiết kế và thi
công cha có;
- Cha có nhiều nghiên cứu về việc ứng dụng công nghệ này vào các bài toán
thực tế;
- Số lợng nhà thầu mạnh dạn ứng dụng công nghệ này còn cha nhiều, hệ
thống máy móc thiết bị phục vụ thi công còn cha hoàn thiện.
Tuy nhiên với những u thế vợt trội về hiệu quả kinh tế kỹ thuật so với các
phơng án khác cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ sẽ là lựa chọn hiệu quả của chủ đầu
t, các nhà thầu thiết kế trong hiện tại và tơng lai cho các công trình xây chen
trong phố tại Hà Nội.
Từ năm 2004 trở lại đây một số nhà thầu qua việc nghiên cứu đặc điểm các

công trình có 1 đến 2 tầng hầm trong phố tại Hà Nội đã ứng dụng công nghệ khoan
cọc nhồi đờng kính nhỏ với đờng kính D300, D400, D500, D600 để tạo thành các
bức tờng vây nhằm gia cố thành hố đào và làm cọc chịu lực cho các công trình có
qui mô từ 9 đến 15 tầng và giải pháp này tỏ ra là giải pháp rất hiệu quả trong việc
giải quyết bài toán gia cố thành hố đào trong điều kiện xây chen nó đã góp phần làm
hạn chế các sự cố khi thi công hố đào, tiết kiệm kinh phí cho chủ đầu t. Mặc dù thế
vẫn còn rất nhiều vấn đề thực tế cũng nh lý thuyết đang đặt ra cho việc ứng dụng
giải pháp công nghệ còn khá mới này.
Do đó việc nghiên cứu: ứng dụng cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ trong thi
công tầng hầm các công trình xây chen trong phố tại Hà Nội là yêu cầu cấp bách
của thực tế.
Mục đích của đề tài.
Nội dung của luận văn tập trung vào một số vấn đề sau: Thông qua việc đánh
giá các chỉ tiêu về hiệu quả kinh tế cũng nh kỹ thuật của việc ứng dụng cọc khoan
nhồi đ
ờng kính nhỏ trong thi công tầng hầm các công trình xây chen trong phố cổ
Hà Nội để:
3
- Phân tích lựa chọn biện pháp thi công tầng hầm cho các công trình xây chen
ở Hà Nội sử dụng cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ;
- Tìm hiểu qui trình thi công, những vấn đề thực tế nảy sinh và đề xuất giải
pháp để nâng cao hiệu quả, mức độ an toàn khi sử dụng cọc khoan nhồi đờng kính
nhỏ trong thi công tầng hầm công trình xây chen;
- Phân tích, so sánh, đánh giá kết quả thi công thực tế với kết quả tính toán
thiết kế theo các phơng pháp phổ biến hiện nay.
Phạm vi và phơng pháp nghiên cứu
Luận văn tập trung vào nghiên cứu việc ứng dụng cọc khoan nhồi đờng kính
nhỏ trong thi công tầng hầm các công trình xây chen trong phố có từ 1 đến 2 tầng
hầm và 9-15 tầng nổi với diện tích nhỏ và trung bình tại Hà Nội thông qua việc thu
thập, tổng hợp các kết quả thi công thực tế kết hợp với tính toán lý thuyết để đa ra

các kết luận và kiến nghị cụ thể cho việc ứng dụng giải pháp công nghệ này trong
thực tế.
ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ là cơ sở tin cậy :
- Cho các nhà đầu t, các đơn vị t vấn lựa chọn ứng dụng giải pháp công
nghệ cọc khoan nhồi đờng kính nhỏ trong thi công tầng hầm các công trình xây
chen;`
- Cho các cơ quan quản lý công trình xây dựng thẩm tra, thẩm định và phê
duyệt các dự án tơng tự;
- Cho các nhà thầu thi công có đợc biện pháp thi công an toàn với hiệu quả
kinh tế cao khi thi công tầng hầm các công trình xây chen trong phố tại Hà Nội.






4
Chơng 1 - Tổng Quan về công nghệ cọc khoan nhồi đờng
kính nhỏ & thi công hố đào sâu

1.1. Tổng quan về thi công các hố đào sâu [5,10,12]
Khi thi công tầng hầm cho các công trình, việc chống giữ, gia cố thành hố đào là
một vấn đề hết sức quan trọng và phức tạp. Theo số liệu thống kê các sự cố khi thi
công hố đào ở Anh cho đến 1980 thì các nguyên nhân chính bao gồm:
+ Thi công hố đào không có chống giữ: Chiếm 63%;
+ Tiến hành thi công phía trên kết cấu chắn giữ: Chiếm 20%;
+ Kết cấu chắn giữ không đảm bảo khả năng chịu lực: Chiếm 14%;
+ Mái dốc mất ổn định: Chiếm 3%;
Việc lựa chọn phơng án gia cố thành hố đào cần đáp ứng một số nguyên tắc sau:

+ An toàn và tin cậy: Đáp ứng yêu cầu độ ổn định và sự biến dạng của kết cấu chắn
giữ, đảm bảo an toàn cho công trình xung quanh.
+ Tính hợp lý về kinh tế: Dới tiền đề là đảm bảo an toàn, tin cậy cho kết cấu chắn
giữ, phải xác định phơng án có hiệu quả kinh tế kỹ thuật rõ ràng trên cơ sở tổng
hợp các mặt thời gian, vật liệu, thiết bị, nhân công và bảo vệ môi trờng xung
quanh.
+ Thuận lợi và bảo đảm thời gian cho thi công: Trên nguyên tắc an toàn tin cậy và
hợp lý về kinh tế, đáp ứng tối đa những điều thuận lợi cho thi công (bao gồm bố trí
chắn giữ hợp lý, thuận tiện cho việc đào đất), rút ngắn thời gian thi công.
Kết cấu chắn giữ thờng chỉ có tính tạm thời, khi móng thi công xong là hết tác
dụng. Một số vật liệu làm kết cấu chắn giữ có thể đợc sử dụng lại nh cọc bản thép
và những phơng tiện chắn giữ theo kiểu công cụ. Nhng cũng có một số kết cấu
chắn giữ đợc chôn lâu dài trong đất nh cọc tấm bê tông cốt thép, cọc nhồi, cọc
trộn xi măng đất và tờng liên tục trong đất. Cũng có cả loại trong khi thi công
móng thì làm kết cấu chắn giữ hố móng, thi công xong sẽ trở thành một bộ phận của
kết cấu vĩnh cửu, làm thành tờng ngoài cho tác tầng ngầm của công trình.
5
1.1.1 Một số phơng pháp gia cố thành hố đào phổ biến hiện nay
a/ Sử dụng tờng cọc ván thép hình hoặc ống thép (sheet pile wall) [10]
Nội dung của phơng pháp: Sử dụng thép máng, thép sấp ngửa móc vào nhau hoặc
cọc bản thép khóa miệng bằng các thép hình với mặt cắt chữ U hoặc Z. Dùng
phơng pháp đóng hoặc rung để hạ chúng vào trong đất. Sau khi hoàn thành nhiệm
vụ chắn giữ có thể thu hồi sử dụng lại;
Lịch sử ứng dụng công nghệ: Cọc ván thép đợc sử dụng lần đầu tiên vào năm 1908
tại Mỹ trong dự án Black Rock Harbour, tuy nhiên trớc đó ngời ý đã sử dụng
tờng cọc bản bằng gỗ để làm tờng vây khi thi công móng mố trụ cầu trong nớc.
Bên cạnh gỗ và thép, cọc bản cũng có thể đợc chế tạo từ nhôm, từ bê tông ứng lực
trớc. Tuy nhiên với những u điểm vợt trội, cọc ván thép vẫn chiếm tỉ lệ cao trong
nhu cầu sử dụng.
Cho đến nay cọc ván thép đợc sản xuất với nhiều hình dạng, kích thớc khác nhau

và đợc ứng dụng trên toàn thế giới với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng
đợc cải thiện. Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thờng
còn có loại mặt cắt ngang Omega (W), dạng tấm phẳng (straight web) cho các kết
cấu tờng chắn tròn khép kín, dạng hộp (box pile) đợc cấu thành bởi 2 cọc U hoặc
4 cọc Z hàn với nhau. Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà tờng chắn có thể chỉ
dùng cọc ván thép hoặc kết hợp sử dụng cọc ván thép với cọc ống thép (steel pipe
pile) hoặc cọc thép hình H (King pile) nhằm tăng khả năng chịu mômen uốn.
Phạm vi áp dụng: Phơng pháp đợc sử dụng rộng rãi hiện nay cho nhiều loại công
trình khác nhau từ các công trình thủy công nh cảng bờ kè, cầu tàu, đê chắn, công
trình cải tạo dòng chảy đến các công trình giao thông nh
các công trình cầu, hầm,
bãi đậu xe ngầm.Trong xây dựng công trình dân dụng nó đợc sử dụng phổ biến
trong việc gia cố thành các hố đào có độ sâu từ 3-6m;
Bảng 1.1: Một số loại cừ đợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam hiện nay [22]
TT Qui cách Trọng lợng
(kg/m)
Vật liệu ứng dụng
1
400mmx100mmx
10.5mm x 12m;
48KG/M
JIS A5528
SY295; SY295
Công trình dân
6
dông vµ c«ng
nghiÖp

2
400mmx125mmx

13mm x 12m;
60KG/M
JIS A5528
SY295; SY295
C«ng tr×nh d©n
dông vµ c«ng
nghiÖp

3
400mmx170mmx
15.5mm x 12m;
60KG/M
JIS A5528
SY295; SY295
C«ng tr×nh d©n
dông vµ c«ng
nghiÖp

4
500mmx 200mmx
24.3mmx12m;
105KG/M
JIS A5528
SY295; SY390
C«ng tr×nh
giao th«ng, bê
®ª, c¶ng biÓn

5
500mmx 225mmx

27.6mmx12m;
120KG/M
JIS A5528
SY295; SY390
C«ng tr×nh
giao th«ng, bê
®ª, c¶ng biÓn



H×nh 1.1: Cäc cõ Larssen [20] H×nh 1.2: Cäc cõ d¹ng thÐp h×nh I [22]

7

Hình 1.3: Gia cố thành hố đào sử dụng hệ tờng cừ thép [10]
Ưu điểm:
- Khả năng chịu ứng suất động khá cao (cả trong quá trình thi công lẫn trong quá
trình sử dụng);
- Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lợng khá bé;
- Thiết kế đơn giản, có tính định hình cao;
- Cọc ván thép có thể nối dễ dàng bằng mối nối hàn hoặc bulông nhằm gia tăng
chiều dài;
- Cọc ván thép có thể sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả kinh tế cao;
- Chất lợng của vật liệu làm cọc bản tin cậy do đợc chế tạo trong nhà máy;
- Thi công nhanh, thuận tiện và tơng đối đơn giản trong tầng đất yếu;
- Khả năng ngăn nớc tơng đối tốt;
Nhợc điểm:
- Khi thi công ép, đóng vào trong đất dễ gây ảnh hởng đến công trình bên cạnh;
- Bị ăn mòn trong quá trình sử dụng;
- Chiều sâu hố đào không lớn;

- Công tác thu hồi lại các ván thép đã sử dụng khá khó khăn và tốn kém, trong nhiều
trờng hợp gây ảnh hởng đến các công trình lân cận.
8
b/ Chắn giữ bằng cọc trộn dới sâu [12]
Nội dung của phơng pháp: Trộn cỡng chế đất với xi măng, vôi lợi dụng một loạt
các phản ứng hóa học vật lý làm cho đất mềm đóng rắn lại thành một thể cọc có tính
chỉnh thể, tính ổn định và có cờng độ nhất định;
Khái quát về ứng dụng công nghệ:
- Sau đại chiến thế giới lần thứ 2, Mỹ là nớc đầu tiên nghiên cứu về cọc xi măng
trộn tại chỗ (MIP), đờng kính cọc 0,3-0,4m dài 10-12m;
- Năm 1950 bắt đầu đợc nghiên cứu ứng dụng ở Nhật Bản, 1974 Trạm nghiên cứu
kỹ thuật bến cảng của Nhật hợp tác nghiên cứu thành công phơng pháp trộn xi
măng để gia cố (CMC);
- 1977 Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu trong phòng và nghiên cứu chế tạo máy 2
trục đầu tiên để trộn dới sâu;
- 1990 Nhật Bản đa ra công nghệ thi công trộn sâu mới gọi là phơng pháp RR;
- Đầu những năm 80 ở Việt Nam đã sử dụng công nghệ của hãng Linden-Alimak
(Thụy Điển) làm cọc xi măng/vôi đất đờng kính 40cm sâu 10m cho công trình nhà
3-4 tầng.
- Hiện nay chúng đợc sử dụng khá phổ biến ở Việt Nam.
Phạm vi áp dụng:
Cọc xi măng đất là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu khá hiệu quả. Cọc
xi măng đất đợc áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho các
công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng nh: làm tờng hào
chống thấm cho đê đập, sửa chữa thấm máng cống và đáy cống, ổn định tờng chắn,
chống trợt đất cho mái dốc, gia cố nền đờng, mố cầu dẫn, gia cố đất xung quanh
các hố đào có độ sâu 3-6m;
Ưu điểm:
- Tăng khả năng chống trợt của mái dốc;
- Tăng cờng độ chịu tải của nền đất;

- Giảm ảnh hởng chấn động đến công trình lân cận;
- Tránh hiện tợng biến loãng (hóa lỏng) của đất rời;
- Cô lập phần đất bị ô nhiễm;
9

Hình 1.4: Tờng cọc xi măng đất [22]
- ổn định thành hố đào;
- Ngăn đợc nớc thấm vào hố đào;
- Khi dùng phơng án tờng chắn bằng cọc trộn dới sâu thờng không sử dụng hệ
thanh chống, tạo điều kiện thi công hố móng rất thông thoáng;
- Qui trình thi công đơn giản, nhanh chóng;
- Giá thành rẻ hơn so với các phơng án gia cố khác;
- Tính tự động hóa trong thi công cao;
- Khi thi công không ảnh hởng đến các công trình bên cạnh.
Nhợc điểm:
- Phơng pháp cha thực sự phổ biến trong xử lý hố đào cho các công trình dân
dụng;
- Khả năng chịu tải của cọc thấp nên chiều sâu hố đào không cao;
- Cọc sau khi sử dụng làm cọc biện pháp không tận dụng đợc làm cọc chịu tải cho
công trình hay có thể thu hồi sử dụng lại;
- Do máy thi công hiện có trên thị trờng có kích thớc lớn nên cọc không phù hợp
khi áp dụng cho các công trình xây chen có qui mô nhỏ.
c/ Sử dụng cọc bản bê tông cốt thép, bê tông cốt thép ứng lực trớc [12]
10
Nội dung của phơng pháp: Đây là phơng pháp gia cờng hố đào sử dụng cọc bản
bê tông cốt thép dài 6-12m đợc đóng hoặc ép xuống đất tạo thành hệ tờng chắn
giữ cho hố đào. Tùy thuộc vào tiết diện của cọc sau khi ép có thể phải xử lý loại bỏ
phần đất tại vị trí tiếp giáp giữa hai cọc rồi đổ bê tông bù;

Hình1.5: Tờng cọc bản bê tông cốt thép [22]

Khái quát về tình hình ứng dụng công nghệ:
- Cách đây hơn 50 năm, Tập đoàn PS MITSUBISHI (Nhật Bản) đã phát minh ra loại
cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực với kiểu dáng hình học dạng sóng của mặt cắt
tiết diện và đã đợc xây dựng thử nghiệm rất có hiệu quả ở Nhật.
- Cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực đợc ứng dụng lần đầu tiên tại Việt Nam
khoảng năm 1999-2001 tại cụm công trình nhiệt điện Phú Mỹ - tỉnh Bà Rịa Vũng
Tàu, làm kênh dẫn nớc giải nhiệt cho nhà máy tuốc bin khí với chiều dài trên
1.000m, chiều rộng 45m, chiều sâu 8,7m - với sự giúp đỡ của các nhà t vấn Nhật
Bản và đặc biệt sự hớng dẫn trực tiếp công nghệ thi công lắp đặt của Nhà sáng chế
ra cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực - Tiến sĩ ITOSHIMA. Hiện nay kênh này vẫn
bền vững và Nhật đã chuyển giao công nghệ này cho ta.
- Hiện nay Vinaconex Xuân Mai Là đơn vị đi đầu ở nớc ta trong việc ứng dụng
công nghệ này vào các công trình dân dụng và công nghiệp.
11
Phạm vi áp dụng: Công nghệ đợc ứng dụng rộng rãi trong các thi công các hố đào
có độ sâu 3-10m của các công trình nh bờ kè trục giao thông, cống mơng, đê đập,
tầng hầm công trình hay công trình ngầm thi công bằng phơng pháp đào hở;
Ưu điểm:
- Cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực tận dụng đợc hết khả năng làm việc chịu nén
của bê tông và chịu kéo của thép, tiết diện chịu lực ma sát tăng từ 1.5 - 3 lần so với
loại cọc vuông có cùng tiết diện ngang (khả năng chịu tải của cọc tính theo đất nền
tăng). Khả năng chịu lực tăng: mô men chống uốn, xoắn cao hơn cọc vuông bê tông
thờng, do đó chịu đợc mômen lớn hơn.
- Sử dụng vật liệu cờng độ cao(bê tông, cốt thép) nên tiết kiệm vật liệu. Cờng độ
chịu lực cao nên khi thi công ít bị vỡ đầu cọc, mối nối.
- Tuổi thọ cao. Có thể ứng dụng trong nhiều điều kiện địa chất khác nhau.
- Chế tạo trong công xởng nên kiểm soát đợc chất lợng cọc, thi công nhanh, mỹ
quan đẹp khi sử dụng ở kết cấu nổi trên mặt đất. Chế tạo đợc cọc dài hơn (có thể
đến 24m/cọc) nên hạn chế mối nối.
- Sau khi thi công sẽ tạo thành 1 bức tờng bê tông kín nên khả năng chống xói cao,

hạn chế nở hông của đất đắp bên trong.
- Kết cấu sau khi thi công xong đảm bảo độ kín, khít. Với bề rộng cọc lớn sẽ phát
huy tác dụng chắn các loại vật liệu, ngăn nớc. Phù hợp với các công trình có chênh
lệch áp lực trớc và sau khi đóng cọc nh ở mố cầu và đờng dẫn.
Nhợc điểm:
- Công nghệ chế tạo phức tạp hơn cọc đóng thông thờng. Thi công đòi hỏi độ chính
xác cao, thiết bị thi công hiện đại hơn (búa rung, búa thuỷ lực, máy cắt nớc áp
lực );
- Giá thành cao hơn cọc đóng truyền thống có cùng tiết diện. Ma sát âm (nếu có) tác
dụng lên cọc tăng gây bất lợi khi dùng cọc ván chịu lực nh cọc ma sát trong vùng
đất yếu;
- Khó thi công theo đ
ờng cong có bán kính nhỏ, chi tiết nối phức tạp làm hạn chế
độ sâu hạ cọc;
- Khi thi công dễ ảnh hởng đến các công trình lân cận.
12
d/ Sử dụng tờng cọc khoan nhồi [1]
Nội dung của phơng pháp: Sử dụng các cọc khoan nhồi đợc khoan sát nhau trên
đỉnh của tờng cọc thờng đổ 1 dầm bo bê tông cốt thép tạo thành dãy tờng chắn
đất trong thi công các hố đào sâu;

Hình 1.6: Tờng chắn bằng cọc khoan nhồi [22]
Khái quát về tình hình ứng dụng công nghệ: Tờng cọc khoan nhồi (bored pile
retaining wall) đã đợc sử dụng từ rất lâu trên thế giới trong gia cố thành các hố đào
sâu. ở Việt Nam việc sử dụng công nghệ này còn cha đợc phổ biến, hiện tại giải
pháp đã và đang đợc áp dụng cho một số công trình có qui mô nhỏ và vừa tại một
số đô thi lớn nh Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh.
Phạm vi áp dụng: Phơng án gia cố này thích hợp với các hố đào có độ sâu từ 6-13m
trong trờng hợp các hố đào sâu hơn có thể kết hợp sử dụng neo hoặc hệ chống thép
hình ;

Ưu điểm:
- Khi thi công cũng nh khi sử dụng, cọc khoan nhồi bảo đảm an toàn cho các công
trình hiện có xung quanh;
- Trong chắn giữ hố đào có thể kết hợp sử dụng neo, văng chống để nâng cao khả
năng chắn giữ;
13

Hình 1.7: Thi công tờng cọc khoan nhồi [21]
- Quá trình thi công móng cọc, dễ thay đổi các thông số của cọc (chiều sâu, đờng
kính). Tăng sức chịu tải của cọc nhờ việc tăng đờng kính và chiều sâu cọc, làm
giảm bớt số lợng cọc cũng nh thời gian thi công cọc.
- Có thể xuyên qua các tầng sét cứng, cát chặt ở giữa nền đất để xuống các độ sâu
lớn;
- Thích hợp thi công các hó đào với mặt bằng thi công phức tạp (hình tròn, mặt bằng
không vuông vắn )
- Đầu cọc có thể chọn ở độ cao tùy ý cho phù hợp với kết cấu công trình và qui
hoạch kiến trúc mặt bằng;
Nhợc điểm:
- Khi thi công đòi hỏi thiết bị tốt, đầu t cao cho hệ thống máy thi công, giá thành
cao;
- Khi xuyên qua vùng có các tơ hoặc đá nứt nẻ lớn phải dùng ống chống để lại
(không rút lên) sau khi đổ bê tông nên do đó giá thành cọc cao;
- Khó kiểm tra chất lợng hố cọc và thân cọc sau khi đổ bê tông.
e/ Sử dụng tờng liên tục trong đất [2,12]
Nội dung của phơng pháp: Tờng trong đất, hay còn đợc gọi là tờng vây barrette,
là tờng bêtông đổ tại chỗ, thờng dày 600-800mm có thể đợc sử dụng để chắn giữ