NGHIÊN cứu PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG cọc SIÊU NHỎ TRONG điều KIỆN VI

iii

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 NI - 2011


iv

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 NI - 2011
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


v

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
Tác giả

năm 2011

Lê Công Minh

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


vi

Mục lục
Trang
Lời cảm ơn

i

Lời cam đoan

ii

Mục lục

iii

Danh mục hình ảnh, bản vẽ, đồ thị

v

Danh mục các bảng biểu
Phần Mở đầu

vii

Chơng I: Tổng quan về móng cọc và cọc siêu nhỏ

1
4

1.1. Tổng quan về móng cọc

4

1.1.1. Định nghĩa và phân loại

4

1.1.2. Dự báo sức chịu tải của cọc

10

1.1.3. Dự báo độ lún của móng cọc

10

1.2. Tổng quan về cọc siêu nhỏ

11

1.2.1. Khái niệm và lịch sử phát triển của cọc siêu nhỏ

11

1.2.2. Ưu, nhợc điểm của cọc siêu nhỏ

13

1.2.3. Phạm vi áp dụng của cọc siêu nhỏ

13

1.2.4.Phân loại cọc siêu nhỏ

13

1.2.5. Kỹ thuật xây dựng và vật liệu

18

Chơng ii: Phơng pháp tính toán cọc siêu nhỏ

30

2.1. Lý thuyết tính toán sức chịu tải của cọc siêu nhỏ

30

vii

2.1.1. Sức chịu tải theo đất nền

30

2.1.2. Sức chịu tải theo vật liệu

30

2.1.3. Sức chịu tải theo phơng ngang

34

2.1.4. ổn định của cọc siêu nhỏ
2.2. Lý thuyết tính toán chuyển vị của cọc siêu nhỏ theo phơng pháp
hệ số nền
2.2.1. Lý thuyết thanh trên nền đàn hồi
2.2.2. Phơng pháp đơn giản tính toán chuyển vị của cọc đơn chịu tải
trọng đứng và tải trọng ngang
2.2.3. Phơng pháp dùng phần mềm để tính toán

35

Chơng iii: áp dụng tính toán cọc siêu nhỏ

77

3.1. Đặc điểm kết cấu công trình

77

36
37
71
75

3.1.1. Tên công trình

77

3.1.2. Địa điểm xây dựng

77

3.1.3. Kết cấu công trình

77

3.2. Điều kiện địa chất công trình

77

3.3. Giải pháp cọc xi măng đất

78

3.4. Giải pháp cọc bê tông cốt thép đúc sẵn

79

3.5. Giải pháp cọc siêu nhỏ

85

3.5.1. Lựa chọn cọc

85

3.5.2. Sức chịu tải của cọc

85

3.5.3. Chuyển vị của cọc

88

Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo

96


viii

danh mục hình ảnh, bản vẽ, đồ thị
Hình 1.1: Trình tự thi công cọc siêu nhỏ
Hình 1.2: Cọc siêu nhỏ loại 1- cọc chịu tải trực tiếp
Hình 1.3: Cọc siêu nhỏ loại 2
Hình 1.4; Bố trí cọc siêu nhỏ loại 1

Hình 1.5: Bố trí cọc siêu nhỏ loại 2
Hình 1.6: Phân loại cọc dựa trên phơng pháp đổ bê tông
Hình 1.7: Một số thiết bị khoan thủy lực
Hình 1.8: Các phơng pháp khoan tầng đá
21
Hình 1.9: ảnh hởng của thành phần nớc lên độ bền nén của vữa
Hình 1.10: Các thanh cốt thép với thanh định vị
Hình 1.11: Các chi tiết của thanh ren liên tục
Hình 1.12: ống chống bằng thép
Hình 2.1: Cấu tạo cọc siêu nhỏ
Hình 2.2: Sơ đồ tính thanh trên nền đàn hồi chịu kéo nén
Hình 2.3: Mô hình tính toán cọc chịu tải trọng đứng theo thanh
trên nền đàn hồi
Hình 2.4: Hàm dạng cuả phần tử thanh chịu lực dọc trục
Hình 2.5: Cắt trong hình trụ đồng tâm
Hình 2.6: Sơ đồ tính dầm trên nền đàn hồi chịu uốn
Hình 2.7: Hàm dạng cho dầm chịu uốn
Hình 2.8: Khái niệm dầm trên nền Winkler cho cọc chịu tải trọng ngang
Hình 2.9: Sơ đồ tính cọc chiu tải trọng ngang
Hình 2.10:Quan hệ giữa độ cứng ban đầu của đất cát và độ chặt tơng đối
Hình 2.11: Quan hệ giữa tỉ số mô đun đàn hồi và RQD
Hình 2.12: Mô hình đàn hồi dẻo lý tởng
Hình 2.13: Mô hình hypecbôn
Hình 2.14: Sự phụ thuộc của mô đun đàn hồi tiếp tuyến vào tham số
mô hình hypecbôn cải tiến
Hình 2.15: Quan hệ lực và chuyển vị tại mũi cọc
Hình 2.16: Đờng cong t-z chuẩn hóa cho thân cọc khoan nhồi trong đất sét
Hình 2.17: Đờng cong t-z chuẩn hóa cho mũi cọc khoan nhồi trong đất sét

Trang

11
14
15
15
16
17
19
24
25
27
28
31
37
39
40
42
44
46
47
49
50
50
51
52
53
54
55
56

ix

Hình 2.18: Đờng cong t-z chuẩn hóa cho thân cọc khoan nhồi trong đất cát
Hình 2.19: Đờng cong t-z chuẩn hóa cho mũi cọc khoan nhồi trong đất cát
Hình 2.20: Đờng cong t-z chuẩn hóa cho thân và mũi cọc khoan nhồi trong
đất cát
Hình 2.21: Đờng cong p-y chuẩn hóa cho đất sét mềm dới mực nớc ngầm
58
Hình 2.22: Đờng cong p-y cho đất sét cứng trên mực nớc ngầm do
tải trọng tĩnh
Hình 2.23: Đờng cong p-y cho đất sét cứng trên mực nớc ngầm do
tải trọng động
Hình 2.24: Đờng cong p-y cho đất sét cứng dới mực nớc ngầm do
65
tải trọng tĩnh
Hình 2.25: Đờng cong p-y cho đất sét cứng dới mực nớc ngầm do
65
tải trọng động
Hình 2.26: Đờng cong p-y cho đất cát
Hình 2.27: Đờng cong p-y cho đất cát pha hoặc sét pha
68
Hình 2.28: Đờng cong p-y cho đá mềm
Hình 2.29: Đờng cong p-y cho đá cứng
Hình 2.30: Sơ đồ tính lặp xác định độ cứng của cọc chịu tải trọng đứng
Hình 2.31: Sơ đồ tính lặp xác định độ cứng của cọc chịu tải trọng ngang
Hình 3.1: Chuyển vị đứng đỉnh cọc
Hình 3.2: Đờng cong P-z
Hình3.3: Chuyển vị ngang đỉnh cọc
Hình 3.4: Chuyển vị ngang dọc thân cọc
Hình 3.5 : Đờng cong F-y cho lớp đất 1

Hình 3.6 : Đờng cong F-y cho lớp đất 2

56
57
57

61
61

67
69
70
71
72
90
91
93
93
94
94

Danh mục các bảng biểu
Bảng 1.1: Các kích thớc, độ bền uốn, độ bền cơ bản của các thanh
cốt thép chuẩn
Bảng 1.2: Các kích thớc và cờng độ của các dạng, cỡ cọc siêu nhỏ
thông dụng

Trang
26
29

Bảng 2.1: Tóm tắt các trị số tiêu biểu b

32

Bảng 2.2: Số mũ M cho mô đun đàn hồi trợt
Bảng 2.3: Đờng cong t-z từ thực nghiệm

41
54


x

Bảng 2.4: Giá trị của 50 cho đất sét

59

Bảng 2.5: Giá trị của k cho đất sét cứng

63

Bảng 2.6: Giá trị của 50 cho đất sét cứng dới mực nớc ngầm
Bảng 3.1: Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý đất nền
Bảng 3.2: Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên
Bảng 3.3: Độ cứng tơng đơng của cọc theo độ sâu
Bảng 3.4: Dữ liệu đầu vào tính toán cọc siêu nhỏ chịu tải trọng ngang

63
81

83
89
92

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


xi

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
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:


xii

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
- 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, Nh xuất 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.


xiii

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 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.


xiv

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 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.


xv

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.
+ 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;


xvi

+ 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.
- 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


xvii

+ 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
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 30ữ 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 ữ 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 ữ 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
ữ 8 thanh 18 với đai xoắn 6. Đổ bêtông M200 vào ống vách đến 1/3 ữ 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


xviii

lên nh vậy ống đợc nâng lên 2 ữ 2,5cm, sau khi nâng ống chống vách lên đợc
1/4 chiều dài của nó thì đổ mẻ bêtông thứ hai và quá trình đợc lặp lại nh vậy.
Búa đợc dùng ở đây là loại búa máy có thể thực hiện 60 ữ 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 ữ1m. 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 ữ20% 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
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


xix

- 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]
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].

xx

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
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


xxi

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
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.


xxii

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 loại 1. Mạng lới
điển hình của cọc siêu nhỏ dạng mắt lới đợc minh họa trong Hình 1.5.


xxiii

H×nh 1.3: Cäc siªu nhá lo¹i 2– M¹ng líi cäc d¹ng líi 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]

xxiv

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.


xxv

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 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


xxvi

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]


xxvii

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 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.