4 1 các loại cọc đài thấp được sử dụng trong xây dựng

4.1. Các loại cọc đài thấp được sử dụng trong xây dựng
4.1.1. Cọc gỗ
Cọc gỗ thường có chiều dài từ 4,5 m đến 12 m, đường kính khoảng 18 đến 36
cm. Khi cần chiều dài cọc lớn ta có thể nối các đoạn gỗ lại, vì thế chiều dài cọc gỗ
có thể lên tới 20 - 25m, khi cần tăng tiết diện cọc có thể ghép 3-4 cây gỗ lại với
nhau.
Xét về khía cạnh thi công thì loại cọc này có ưu điểm là nhẹ, búa và các thiết bị hạ
cọc khá đơn giản. Mũi cọc thường được vát nhọn và bịt thép để không tòe khi
đóng.
Cọc gỗ thường gặp ở các công trình phụ tạm do khả năng chịu tải của cọc gỗ
không lớn và chỉ đảm bảo chất lượng gỗ bền lâu khi dưới mực nước ngầm (để
tránh bị mối mục).
4.1.2. Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn
Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn được chế tạo trên mặt đất rồi hạ vào nền bằng
các phương pháp khác nhau : đóng, ép, xói nước...
Ưu điểm : Cọc được chế tạo trên mặt đất do đó chất lượng cọc dễ kiểm soát, hiệu
quả sử dụng vật liệu cao; cọc làm việc không phụ thuộc mực nước ngầm.
Nhược điểm : Khả năng chịu uốn kém dễ bị nứt khi vận chuyển, cẩu lắp do đó khó
sử dụng cọc chiều dài lớn; là cọc chiếm chỗ có thể gây ra nâng mặt nền lân cận;
sức chịu tải nhỏ so với cọc đổ tại chỗ do khó hạ cọc chiều dài, tiết diện lớn.
Trong quá trình hạ, cọc có thể chịu tải trọng gấp 2 thậm chí 3 lần tải trọng
thiết kế do đó cấp độ bền của bê tông cọc cần chọn đảm bảo bê tông chịu được các
ứng suất trong quá trình thi công. Cọc thi công bằng ép đỉnh B≥15, ép tĩnh B≥20.
Cọc đóng trong điều kiện bình thường và dễ đóng (độ chối e >2mm) B≥20, đóng
đến độ chối rất nhỏ (độ chối e≤ 2mm) B≥30. Cọc hạ bằng xói nước B≥15. Cọc bê
tông cốt thép ứng suất trước bê tông B≥30 đối với móng cọc đài cao và B ≥25 với
móng cọc đài thấp.


Cốt thép cọc phải thoả mãn các điều kiện quy định về chất lượng cốt thép để
có thể chịu được các nội lực phát sinh trong quá trình bốc dỡ, vận chuyển và các

lực kéo hoặc mômen uốn của công trình bên tác dụng vào cọc; cũng cần xét đến trị
ứng xuất kéo có thể phát sinh do hiện tượng nâng nền khi đóng các cọc tiếp theo.
Cốt thép chủ yếu cần được kéo dài liên tục theo suốt chiều dài cọc. Trong
trường hợp bắt buộc phải nối cốt thép chủ, mối nối cần được tuân theo quy định về
nối thép và bố trí mối nối của các thanh.
Trong trường hợp cần tăng khả năng chịu mômen, thép được tăng cường ở
phần đầu cọc, nhưng cần bố trí sao cho sự gián đoạn đột ngột của cốt thép không
gây ra hiện tượng nứt khi cọc chịu tác động xung trong quá trình đóng cọc.
Cốt thép dọc được xác định theo tính toán. Theo TCXD 205:1998, hàm lượng
thép không nhỏ hơn 0,8%, đường kính không nên nhỏ hơn 14mm. Đối với những
trường hợp sau, nhất là các cọc cho nhà cao tầng, hàm lượng của cốt thép dọc có
thể nâng lên 1 - 1,2% :
- Mũi cọc xuyên qua lớp đất cứng;
- Độ mảnh của cọc λ = L/d >60 (L - chiều dài cọc, d - bề rộng hoặc đường kính
cọc)
- Sức chịu tải thiết kế của cọc đơn khá lớn mà số cọc của 1 đài ít hơn 3 cây.
Cốt đai có vai trò đặc biệt quan trọng để chịu ứng xuất nảy sinh trong quá
trình đóng cọc. Cốt đai có dạng móc, đai kín hoặc xoắn. Trừ trường hợp có sử
dụng mối nối đặc biệt hoặc mặt bích bao quanh đầu cọc mà có thể phân bố được
ứng xuất gây ra trong quá trình đóng cọc, trong khoảng cách bằng 3 lần cạnh nhỏ
của cọc tại hai đầu cọc, hàm lượng cốt đai không ít hơn 0,6% của thể tích vùng nêu
trên.
Trong phần thân cọc, cốt đai có tổng tiết diện không nhỏ hơn 0,2% và được
bố trí với khoảng cách không lớn hơn 1/2 bề rộng tiết diện cọc. Sự thay đổi các
vùng có khoảng cách các đai cốt khác nhau không nên quá đột ngột


Chiều dài cọc bê tông cốt thép có thể đạt chiều dài 40 ÷ 45 m, chiều dài đoạn
cọc phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện thi công (thiết bị chế tạo, vận chuyển, cẩu lắp,
hạ cọc...) và liên quan tới khả năng chịu lực của cọc. Một cây cọc không nên có

quá 2 mối nối (trừ trường hợp cọc thi công bằng phương pháp ép); khi cọc có trên
hai mối nối phải tăng hệ số an toàn đối với sức chịu tải. Mối nối cọc thực hiện
bằng phương pháp hàn. Có biện pháp bảo vệ mối nối trong các lớp đất có tác nhân
ăn mòn.
Tiết diện cọc bê tông cốt thép khá đa dạng : tròn, vuông, chữ nhật, chữ T, chữ
I, vuông có lỗ tròn, tam giác, đa giác...trong đó cọc có tiết diện vuông được sử
dụng phổ biến nhất.
a) Cọc bê tông cốt thép hình lăng trụ
Hiện nay, cọc hình lăng trụ được sử dụng khá rộng rãi với các tiết diện vuông
chủ yếu là 20 x 20 cm, 25 x 25 cm, 30 x 30 cm, 35 x 35 cm, 40 x 40 cm, chiều dài
của đoạn cọc tiết diện 20x 20 cm và 30x30 cm thường nhỏ hơn 10 m, còn đối với
loại có tiết diện 30x30 cm và 40x40 cm thường có chiều dài đoạn cọc lớn hơn 10
m.
Cấu tạo cốt thép của cọc thể hiện trên hình :

Hình 4.1 Cấu tạo chi tiết cốt thép cọc BTCT (kích thước ghi cm)
1. Cốt chịu lực; 2. Cốt thép đai; 3. Đai gia cường mũi cọc ; 4. Cốt thép gia cường đầu cọc ;
5. Móc cẩu ; 6. Thanh dẫn hướng


Khi cọc tiết diện nhỏ, chịu nén

Khi cọc chịu lực lớn hoặc tiết diện lớn

Hình 4.2 Mặt cắt ngang thân cọc
1, 1a/ Cốt chịu lực; 2/ Cốt thép đai

Cốt thép số 1 là cốt dọc chịu lực chính của cọc khi vận chuyển, cẩu lắp cũng
như chịu lực ngang đối với móng cọc đài cao. Cốt thép chịu lực có đường kính lớn
hơn 10mm thép CII (AII).

Cốt thép số 2 là cốt thép đai dùng để định vị cốt thép dọc, chịu lực cắt, đảm
bảo cốt dọc không ép vỡ bê tông. Cốt đai cấu tạo đai ngang hoặc đai xoắn, đường
kính φ6, φ8.
Trong phạm vi 1m tính từ đầu cọc và 0,5m tính từ mũi cọc, bước cốt đai a =
50mm để tăng cường độ cứng tại đầu cọc.
Phần giữa cọc bố trí bước cốt đai a = 150mm cho cọc có tiết diện ≤ 250mm, a =
200mm cho cọc có tiết diện > 250mm.
Cốt thép số 6 đường kính φ ≥ 20mm, L = 100mm + 30φ, dùng để tăng độ
cứng mũi cọc, dẫn hướng trong quá trình hạ cọc.
Đầu cọc bố trí luới thép φ6, a = 50mm để chống ứng suất cục bộ tại đầu cọc
khi đóng cọc, tránh vỡ đầu cọc khi đóng hoặc ép. Thường bố trí 4-5 lưới cách nhau
50mm cho cọc đóng, 3-4 lưới cho cọc ép tĩnh.


Hình 4.3 Cấu tạo và cốt thép mũi cọc

Khi cọc dài có thể nối cọc từ các đốt chế tạo sẵn, chi tiết nối có thể như Hình 4.6.

Hình 4.4 Chi tiết lưới thép đầu cọc và móc cẩu cọc

Hình 4.5 Cấu tạo thép chờ và đai thép đầu cọc khi cọc có mối nối


®­êng hµn

®­êng hµn

b¶n t¸p

thÐp gãc L

Hình 4.6 Chi tiết nối cọc

Có thể sử dụng thép bản táp để liên kết hàn đầu cọc hoặc dùng thép góc L để
táp vào và hàn lại. Với cọc chịu uốn, chịu kéo phải kiểm tra cường độ mối nối. Sau
khi nối cọc cần quét một lớp bitum phủ bề mặt chống gỉ.
b) Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông với lỗ rỗng tròn
Trong nhiều trường hợp cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông với lỗ tròn rỗng
được sử dụng xuất phát từ yêu cầu tiết kiệm chi phí bê tông, cốt thép, giảm trọng
lượng bản thân cọc. Để đơn giản cọc được làm rỗng trên toàn bộ chiều dài.
4.1.3. Cọc nhồi
Cọc nhồi là cọc được thi công tạo lỗ trước trong đất, sau đó lỗ được
lấp đầy bằng bê tông có hoặc không có cốt thép. Việc tạo lỗ được thực hiện
bằng phương pháp khoan, đóng ống hay các phương pháp đào khác. Cọc nhồi có
đường kính bằng và nhỏ hơn 600mm được gọi là cọc nhồi có đường kính nhỏ, cọc
nhồi có đường kính lớn hơn 600mm được gọi là cọc nhồi đường kính lớn.
Ưu điểm của cọc nhồi:
- Sử dụng được cho mọi loại địa tầng khác nhau.


- Sức chịu tải lớn do tạo được cọc có tiết diện, chiều dài lớn.
- Độ lún nhỏ do mũi cọc được hạ vào lớp đất có tính nén rất nhỏ.
- Không gây tiếng ồn và tác động đến công trình lân cận, phù hợp xây dựng các
công trình lớn trong đô thị.
- Rút bớt được công đoạn đúc cọc, do đó không cần các khâu xây dựng bãi đúc,
lắp dựng ván khuôn...
- 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.
Nhược điểm của cọc nhồi:
- Sản phẩm trong quá trình thi công đều nằm sâu trong lòng đất khó kiểm soát

chất lượng bê tông cọc.
- Cọc đổ tại chỗ, nên dễ xảy ra các khuyết tật ảnh hưởng tới chất lượng cọc như:
+ Hiện tượng co thắt, hẹp cục bộ thân cọc hoặc thay đổi kích thước tiết diện khi
cọc xuyên qua các lớp đất khác nhau
+ Bê tông xung quanh thân cọc bị rửa trôi gây ra rỗ mặt thân cọc
+ Lỗ khoan nghiêng lệch, sụt vách lỗ khoan
+ Bê tông đổ thân cọc không đồng nhất và phân tầng
- Quá trình thi công cọc khoan nhồi là tại công trường ngoài trời nên phụ thuộc
nhiều vào thời tiết như mưa bão..., mặt bằng thi công lầy lội ảnh hưởng đến môi
trường.
- Chi phí kiểm tra thí nghiệm với cọc khoan nhồi tốn kém
Vật liệu làm cọc:
Bê tông dùng cho cọc khoan nhồi là các loại bê tông thông thường B≥15.
Ngoài điều kiện về cường độ, bê tông phải có độ sụt lớn để đảm bảo tính liên tục
của cọc trong quá trình thi công.


Bảng 4.1 - Độ sụt của bê tông cọc nhồi
Độ sụt

Điều kiện sử dụng
Đổ tự do trong nước, cốt thép có khoảng cách lớn cho phép bê tông
dịch chuyển dễ dàng
Khoảng cách cốt thép không đủ lớn, để cho phép bê tông dịch
chuyển dễ dàng, khi cốt đầu cọc nằm trong vùng vách tạm.

(cm)
7,5 ÷ 12,5
10 ÷ 17,5

Khi đường kính dọc nhỏ hơn 600mm
Khi bê tông được đổ dưới nước hoặc trong dung dịch sét ben-tô-nit

>15
qua ống đổ (tremie)
Thông thường bê tông của cọc nhồi có hàm lượng xi măng không nhỏ hơn
350kg/m3. Để tránh sự phân tầng do bê tông có độ sụt lớn hoặc bê tông bị mất
nước trong điều kiện mùa hè, nên sử dụng các loại phụ gia thích hợp.
Cốt thép dọc của cọc nhồi xác định theo tính toán, đồng thời phải thoả mãn
một số yêu cầu cấu tạo sau :
- Trong trường hợp cọc nhồi chịu kéo, cốt thép dọc cần được bố trí theo suốt chiều
dài cọc. Khi cốt thép dọc được nối cần phải hàn theo yêu cầu chịu lực. Khi lực nhổ
là nhỏ, cốt thép dọc được bố trí đến độ sâu cần thiết để lực kéo được triệt tiêu hoàn
toàn thông qua ma sát cọc.
- Đối với cọc chịu nén dọc trục, hàm lượng cốt thép không nên nhỏ hơn 0,2÷0,4%.
Đường kính cốt thép không nhỏ hơn 10mm và bố trí đều theo chu vi cọc. Đối với
cọc chịu tải trọng ngang, hàm lượng cốt thép không nhỏ hơn 0,4÷0,65%.
- Cốt đai cọc nhồi thường là φ6 ÷ φ10, khoảng cách 200÷300mm. Có thể dùng đai
hàn vòng đơn hoặc đai ốc xoắn chưa liên tục. Nếu chiều dài lồng thép lớn hơn 4m,
để tăng cường độ cứng tính toàn khối thì bổ sung thép đai φ12 cách nhau 2m, đồng
thời các cốt đai này được sử dụng để gắn các miếng kê tạo lớp bảo vệ cốt thép.
- Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép dọc của cọc nhồi không nhỏ hơn 50mm.


Thông thường cọc nhồi được tạo lỗ từ cao độ mặt đất, đất trong lòng cọc được
lấy ra. Hiện tượng dãn đất trong quá trình thi công sẽ gây ra ứng suất kéo cho cọc
và nó tồn tại đến khi cọc được tải đủ. Do đó cốt thép cọc cần được bố trí đủ để chịu
lực kéo để trên cho đến khi giá trị lực kéo này bị triệt tiêu do tải trọng của công
trình truyền xuống.
Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi

- Phương pháp siêu âm kiểm tra mức độ đồng nhất, phát hiện khuyết tật của bê
tông cọc
- Thí nghiệm thử động biến dạng nhỏ PIT (Pile Integrity Test) kiểm tra độ toàn
vẹn của cọc
- Thí nghiệm thử động biến dạng lớn PDA (Pile Dynamic Analysis) xác định sức
chịu tải của cọc
- Thí nghiệm nén tĩnh xác định sức chịu tải của cọc chẳng hạn thí nghiệm
Osterberg (áp dụng nhiều ở công trình cầu : Cầu Mỹ Thuận, Cầu Cần Thơ,...)
tuy nhiên chi phí thí nghiệm này khá tốn kém.


Hình 4.7 Cấu tạo cọc khoan nhồi

4.1.4. Cọc Barret


1

1

2

2

3

3

Hình 4.8 Cấu tạo cọc barret

Cọc barret thuộc loại cọc bê tông cốt thép đổ tại chỗ như cọc nhồi, có yêu cầu
về bê tông, cốt thép tương tự. Tiết diện ngang thân cọc hình chữ nhật có thể lên tới
1,5m x 1,5m đến 2,5m x 4m.
Quy trình thi công cọc Barret cơ bản giống với cọc nhồi, khác ở thiết bị thi
công đào hố và hình dạng lồng thép. Thi công cọc khoan nhồi thì dùng lưỡi khoan
hình tròn, cọc barret thì dùng gàu ngoạm hình chữ nhật.
4.1.5. Cọc thép
Cọc thép thường có tiết diện hở như cọc chữ H, chữ X hoặc có tiết diện kín
như hình tròn, hình hộp... Tỉ lệ giữa đường kính ngoài và chiều dày thành ống
không lớn hơn 100. Chiều dày nhỏ nhất của thành ống là 8mm.

Hình 4.9 Một số tiết diện phổ biến của cọc thép

Ưu điểm của cọc thép là thể tích nhỏ không gây ra hiện tượng nâng nền khi hạ
cọc trong khi diện tích tiếp xúc giữa thân cọc và đất vẫn lớn huy động được sức
kháng ma sát đáng kể. Cọc thép còn có trọng lượng nhẹ dễ trong vận chuyển cẩu
lắp, dễ nối cọc.
Nhược điểm của cọc thép là giá thành cao, dễ bị ăn mòn. Trong trường hợp có
khả năng xuất hiện hiện tượng ăn mòn vật liệu thép, cần phải có biện pháp chống
ăn mòn, theo như tiêu chuẩn quy định trong tiêu chuẩn chống ăn mòn kim loại.
Chiều dày của thép được xác định dựa vào tốc độ ăn mòn, tuổi thọ dự kiến của
công trình và tăng thêm dự trữ ăn mòn là 2mm.
Đối với các cọc có tiết diện hở không đòi hỏi phải có mũi. Trong trường hợp
các cọc được đóng vào lớp đất cứng, thời gian đóng cọc dài, mũi cọc cần được gia


cường bằng thép bản để tăng độ cứng. Khi cọc được đóng vào đá phải có mũi đặc
biệt.
Cọc thép sử dụng hiệu quả trong các trường hợp gia cố, sửa chữa móng, nhất

là trường hợp thay đổi phương án móng nông của công trình đã có sang phương án
móng cọc.
4.1.6. Cọc ống thép nhồi bê tông
Dạng cọc này thường sử dụng cho các công trình cầu dẫn, cầu trung, hoặc các
công trình trên biển, đường kính ống có thể tới 0,9 -1,0m, chiều sâu hạ cọc có thể
tới 35 - 40m.
Các bước thi công cọc có thể tóm tắt như sau :
- Chế tạo cọc ống thép
- Đóng cọc ống thép bịt kín mũi xuống độ sâu thiết kế,
- Đặt cốt thép vào lòng cọc
- Đổ bê tông lấp lòng cọc
- Kiểm tra chất lượng cọc và thử tải cọc
Cọc được thi công bằng phương pháp đóng bằng búa rơi. Cọc ống thép được
sản xuất tại nhà máy theo công nghệ hàn xoắn ốc, thép thành cọc có chiều dày từ
12-14mm, mũi cọc được bịt kín, cọc được chia thành từng đoạn 15÷20m và được
nối lại bằng các mặt bích khi hạ xuống. Sau khi hạ cọc xuống độ cao thiết kế, tiến
hành làm sạch, lắp cốt thép và đổ bê tông cấp độ bền B25 hoặc B30 lấp lòng cọc.
Loại cọc này có chất lượng tốt, có khả năng chịu lực cao phát huy được khả năng
làm việc của vật liệu thép chịu kéo còn bê tông chịu nén, tuy vậy giá thành cọc còn
cao (loại cọc này đã được thi công ở cầu Bính với 231 cọc, dài 40m).
4.1.7. Cọc mở rộng chân
Đây là một trong những biện pháp làm tăng sức kháng mũi cọc qua đó tăng sức
chịu tải của cọc. Việc mở rộng chân cọc có thể sử dụng nhiều biện pháp như nổ


phá, khoan, hoặc nhiều biện pháp cơ học khác. Trong đó, nổ phá được sử dụng
rộng rãi nhất.