Ứng dụng công nghệ barrette đối với tầng hầm nhà cao tầng

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng
dẫn của TS. Nguyễn Thanh Sơn. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung
thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các tài liệu
tham khảo trong luận văn đều có cơ sở khoa học và có nguồn gốc hợp pháp.
Hải Phòng, ngày…… tháng…… năm 2015
Tác giả

KS. Vũ Đức Giang

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại Viện Đào tạo sau Đại học, trường
Đại học Hàng Hải Việt Nam, được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy
cô giáo, các bạn cùng lớp tôi đã tích lũy cho mình được một số kiến thức nhất định
về chuyên môn Xây dựng Công trình thủy và đã được giao đề tài luận văn Thạc sỹ
“Nghiên cứu ứng dụng và quy trình thi công cọc Barrette để đề xuất quy trình
nghiệm thu kỹ thuật”. Đề tài của tôi được hoàn thành với sự nỗ lực, cũng như cố
gắng của bản thân cùng sự hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Thanh Sơn. Tuy
nhiên, do thời gian và trình độ của tôi có hạn, vấn đề nghiên cứu có liên quan đến
nhiều lĩnh vực chuyên môn khác nhau, … nên chắc chắn vẫn còn tồn tại một số
thiếu sót nhất định cần được các thầy cô, các bạn đồng nghiệp góp ý cho tôi tiếp
tục hoàn thiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Công trình, Viện Đào tạo
sau Đại học trường Đại học Hàng hải Việt Nam đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn
thành tốt công việc của mình.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS. Nguyễn Thanh Sơn
đã trực tiếp hướng dẫn thực hiện luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia
dình , bạn bè và đồng nghiệp đã tạo ra mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành

luận văn thạc sỹ.
Xin trân trọng cảm ơn!

ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan ...................................................................................................... i
Lời cảm ơn ........................................................................................................ ii
Mục lục ............................................................................................................ iii
Danh mục các hình..............................................................................................v
Danh mục các bảng ........................................................................................... vi
Danh mục sơ đồ ................................................................................................ vi
Mở đầu ...............................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ...........................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ...............................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài........................................................2
Chương 1. Tổng quan về công nghệ cọc Barrette ..................................................3
1.1 Khái niệm chung về cọc Barrette ............................................................3
1.2 Lịch sử hình thành và phát triển cọc Barrette...........................................4
1.3 Chất lượng Barrette và phương pháp đánh giá kiểm định chất lượng ........7
1.4 Thực trạng khảo sát, thiết kế, thi công và đánh giá kiểm tra chất lượng
Barrette trong các công trình xây dựng ở Hà Nội ........................................18
1.5 Một số nhận xét ...................................................................................24
Chương 2. Ứng dụng và quy trình thi công cọc Barrette ở nước ta với điều kiện của
các tỉnh phía Bắc ...............................................................................................25
2.1 Ứng dụng cọc Barrette .........................................................................25
2.2 Thi công cọc Barrette trong điều kiện các tỉnh phía Bắc Việt Nam ........ .41

2.3 Các sự cố thường xảy ra trong quá trình thi công cọc Barrette................74
2.4 Một số nhận xét ...................................................................................78
Chương 3. Đề xuất quy trình kỹ thuật nghiệm thu cọc Barrette đối với các công
trình xây dựng ở một số tỉnh thuộc khu vực phía Bắc..........................................79
3.1 Cơ sở và nguyên tắc xây dựng quy trình nghiệm thu kỹ thuật Barrette....79
iii


3.2 Nội dung quy trình và yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi thi công cọc Barrette 80
3.3 Đề xuất quy trình và yêu cầu kỹ thuật thi công cọc Barrette trong điều
kiện các tỉnh phía Bắc (đặc biệt tại thành phố Hà Nội) ................................ 93
Kết luận và kiến nghị ...................................................................................... 105
1. Kết luận............................................................................................... 105
2. Kiến nghị ............................................................................................ 105
Tài liệu tham khảo .......................................................................................... 106

iv


DANH MỤC HÌNH
Số hiệu
hình
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
2.1

2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19

Tên hình

Trang

Tháp đôi Kuala Lumpur
Trung tâm TTXVN
Tòa tháp đôi Vincom
Thí nghiệm PDA
Siêu âm cọc và biểu đồ siêu âm
Nén tĩnh cọc bằng đối trọng bê tông cốt thép
Nguyên lý tạo lực và truyền lực của hộp tải

Nền móng và tường vậy cọc barrette
Cấu trúc địa chất dạng nền 1
Cấu trúc địa chất dạng nền 2
Cấu trúc địa chất dạng nền 3
Cấu trúc địa chất dạng nền 4
Cấu trúc địa chất dạng nền 5
Cấu trúc địa chất dạng nền 6
Cấu trúc địa chất dạng nền 7
Cấu trúc địa chất dạng nền 8
Hình dáng và thông số tường cừ
Các trường hợp dùng vách
Mô tả phân tử M trên hố đào
Đào hố cho panel (barrette) đầu tiên
Bé gh¸ l¾p vµ gio¨ng CWS
Hạ lồng cốt thép, đặt gioăng chống thấm và đổ bê
tông cho panel đầu tiên.
Đào hố panel thứ 2, tháo bộ gá và tu sửa gioăng
chống thấm
Hạ lồng thép, đặt gioăng chống thấm, đổ bê tông
cho panel thứ 2 và tiếp tục đào hố thi công panel
thứ 3
Máy cạp gầu cáp
Gầu cạp thủy lực

5
6
7
9
13
15

17
26
34
35
36
37
38
39
40
41
45
46
58
66
67

v

68
69
70
72
74


DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Số hiệu
bảng,
biểu
1.1

2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
3.3

Tên bảng biểu

Trang

Bảng số liệu kiểm tra chất lượng siêu âm
Các đặc điểm cơ bản của các khoáng sét được trình
bày như sau
Một số loại gầu thung kiểu nâng cáp
Các thông sô kỹ thuật của gầu DH6. Hãng Bauer
sản xuất
Chỉ tiêu tính năng ban đầu của dung dịch bentonite
(TCXDVN 326:2204)
Đặc tính các loại CF
So sánh các tiêu chí của bentonite và SuperMud

14
48-49
71
73
89
97
97,98,99

DANH MỤC SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ
Số hiệu sơ
đồ, đồ thị
2.1

Tên sơ đồ, đồ thị

Trang

Các bước cơ bản như thi công barrette

63

vi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với sự phát triển của kinh tế, xã hội cũng như là đòi hỏi sự phát triển
đa dạng, phong phú của các công trình xây dựng có kết cấu, kiến trúc khác nhau..,
đặc biệt các công trình tầng hầm nhà cao tầng có tải trọng lớn và công trình ngầm
đã thúc đẩy sự ra đời, sự phát triển không ngừng các giải pháp và công nghệ thi
công móng cọc. Cho đến thời điểm hiện tại bây giờ, bên cạnh sự phát triển vượt
bậc thì móng cọc nói chung và móng cọc nhồi nói riêng, trong đó có công nghệ cọc
Barrettte đã trở thành các giải pháp hữu hiệu để giải quyết các vấn đề của bài toán
nền móng cho nhà cao tầng, tầng hầm khi xây dựng trên các dạng nền là đất trầm
tích có chiều dày lớn, lớp chịu tải cao nằm sâu[10]. Với những đặc điểm mang tính
ưu việt, so với các loại móng khác, việc thi công cọc barrette luôn có độ phức tạp
cao hơn và chứa đựng nhiều yếu tố rủi ro đòi hỏi có sự kiểm soát chặt chẽ thường
xuyên ở các công đoạn của quá trình thi công.

Đối với công nghệ cọc Barrette, ngoài đáp ứng thỏa mãn vấn đề về sức chịu
tải như móng cọc, thì công nghệ cọc Barrette còn là sự lựa chọn để đáp ứng ý đồ
kiến trúc cho nhà cao tầng và độ ổn định của tường tầng hầm, đồng thời yêu cầu kỹ
thuật của công nghệ cọc Barrette có những điểm khác biệt đòi hỏi trình độ thi công
ở mức độ cao. Điều đó cho chúng ta thấy rằng, khi công nghệ cọc Barrette đã thi
công xong mà chất lượng kém không sử dụng được thì sẽ phát sinh kinh phí rất
lớn. Thực tế đã chỉ ra rằng, chất lượng cùng với hiệu quả thi công công nghệ cọc
Barrette phụ thuộc không chỉ vào sự lựa chọn hợp lý thiết bị, quy trình thi công mà
quan trọng hơn là lựa chọn đó phải phù hợp với đặc điểm, điều kiện đất nền của
từng khu vực. Nói cách khác, với các dạng đất nền khác nhau tốt nhất nên có các
quy trình thi công cọc khác nhau. Theo đó phải có nghiệm thu các quy trình kỹ
thuật chất lượng tương ứng.
Tại các tỉnh thuộc khu vực phía Bắc, đặc biệt là tại Hà Nội là một vùng đất
có những khác biệt căn bản về cấu tạo địa chất cũng như địa hình nhu cầu sử dụng
công nghệ cọc Barrette để xây dựng tầng hầm nhà cao tầng đang rất lớn và có
1


chiều hướng gia tăng trong tương lai. Tuy nhiên công nghệ cọc Barrette được áp
dụng ở Hà Nội với khoảng thời gian chưa đủ nhiều để tự nó có thể bộc lộ đầy đủ
những bất cập cũng như khẳng định tính phù hợp. Cho đến thời điểm hiện tại, vẫn
chưa có một công trình nghiên cứu tổng kết thực tiễn để đề ra các quy trình thi
công cũng như quy trình nghiệm thu chất lượng công nghệ cọc Barrette nên cũng
chưa có quy phạm và quy trình nghiệm thu cọc Barrtte. Do đó đề xuất một quy
trình nghiệm thu chất lượng công nghệ cọc Barrette rất có ý nghĩa và cấp thiết.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ cọc Barrette.
-

Ứng dụng công nghệ Barrette đối với tầng hầm nhà cao tầng, từ đó đề xuất

quy trình thi công trong điều kiện một số tỉnh phía Bắc (đặc biệt tại Hà Nội)
- Quy trình kỹ thuật nghiệm thu cọc Barrette.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng và quy trình thi công cọc Barrette trong các công trình
xây dựng dân dụng của một số tỉnh phía Bắc.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích.
- Phương pháp thống kê.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
- Tài liệu quy trình, quy phạm.
- Lấy ý kiến chuyên gia.
5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài
- Góp phần hoàn thiện các quy trình kỹ thuật xây dựng Việt Nam.
- Nâng cao chất lượng, kỹ thuật thi công công trình.

2


NỘI DUNG LUẬN VĂN
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CỌC BARRETTE
1.1. Khái niệm chung về công nghệ cọc Barrette
Cọc barrette (hay người ta còn gọi là cọc barette, cọc baret, cọc ba ret, cọc
ba rét), thực chất là một loại cọc nhồi bê tông, nhưng khác với cọc khoan nhồi về
hình dạng cũng như tiết diện, và phương pháp tạo lỗ: Tạo lỗ bằng máy đào (cũng
có khi gọi là máy cạp) để đào đất hoặc các phương pháp khác chứ không chỉ dùng
phương pháp khoan bằng máy khoan. Tiết diện của cọc khoan nhồi là hình tròn
còn barrette là chữ nhật, chữ thập, chữ I, chữ H...và được tạo lỗ bằng gầu
ngoạm. Cọc Barrette được người Pháp cải tiến từ cọc nhồi để tạo ra sức chịu tải
lớn hơn với cùng một thể tích bê tông sử dung.

Các loại cọc Barrette thông thường có tiết diện là hình tròn hoặc là hình chữ
nhật, với chiều rộng từ 0,6m đến 1,5m, và chiều dài từ 2,20m đến 6m. Ngoài ra
cọc Barrette còn có thể có các loại tiết diện khác như hình góc L, hình ba chạc…
Tùy theo điều kiện địa chất công trình và tải trọng công trình mà có có chiều dài từ
12m đến 30m, cá biệt có những công trình có thể sâu đến 100m. Cọc barrette
thường sử dụng máy khoan tường vách dạng răng được khoan đào với gầu ngoạm
với lực kẹp rất lớn. Bề dày mặt tường vách có thể khoan từ 400 đến 1500 mm.
Loại này được dùng cho các trường hợp không sử dụng cọc lam nền móng để tráng
choán chỗ.
Cọc barrette thì có sức chịu tải lớn hơn nhiều so với cọc khoan nhồi (có thể
lên hơn 1000T) nên dùng cho những công trình có tải trọng dưới móng rất lớn.
Móng barrette thường sử dụng khi kết hợp làm tường vây và thường dùng cho loại
nhà có 2 tầng hầm trở lên tuy nhiên giá thànhthi công loại móng này thường đắt
hơn nhiều(do công nghệ thi công) so với dùng cọc khoan nhồi.Trong dự tính sức
chịu tải của cọc khoan nhồi, sức chịu tải theo ma sát bên đóng vai trò quan trọng.
Nếu xét một cọc Barrette có kích thước là 2,8 m x 0,8 m có diện tích mặt cắt là
2,24 m2. Diện tích này tương đương với một cọc khoan nhồi có đường kính là 1,75
m2. Tuy nhiên diện tích mặt bên của cọc barret là 7.2 m2/m còn cọc khoan nhồi
3


tương đương điện tích là 5,5 m2/m. Như vậy ta có thể nhận thấy rằng cọc barrette
là hiệu quả hơn về chỉ tiêu kinh tế đồng/m3 bê tông sử dụng. Sức mang tải của cọc
này có thể tăng lên tới 30% do tăng sức mang tải bên[2].
Tuy nhiên cọc barrette thi công là khó khăn hơn để đảm bảo chất lượng dặc
biệt là làm sạch đáy cọc trước khi đổ bê tông.
Dùng cọc Barrette để chịu sức tải thẳng đứng thì thận trọng, trong nhiều
trường hợp, cọc Barette cần phải đụng tầng đá, mặt đá có thể nghiêng, cho nên cái
mũi cạp đất của máy barrette bị chặn lại, không móc được hết đất, cho nên khi đổ
bê tông, nó chỉ chịu trên một góc của barrette thôi. Có thể trường hợp này không

xảy ra trên các đất phù sa đồng bằng sông.
1.2. Lịch sử hình thành và phát triển cọc Barrette
1.2.1. Công nghệ Barrette trên thế giới và xu hướng phát triển
Ở các nước châu Âu, châu Mỹ và rất nhiều nước trên thế giới có rất nhiều
công trình nhà cao tầng đều được xây dựng có cọc barrette và tầng hầm. Một số
công trình đặc biệt có thể xây dựng được nhiều tầng hầm[7,14].
Tiêu biểu một số công trình ở trên thế giới:
- Tòa nhà Đại Lầu Tân Hàng-Trung Quốc-70 tầng: Tường barrette,2 tầng
hầm
- Tháp đôi Kuala Lumpur city Centre-Malaysia - Cao 85 tầng: Cọc barrette,
tường barrette

4


Hình 1.1. Tháp đôi Kuala Lumpur
- Tòa nhà Chung-hava-Đài loan - 16 tầng: Tường barrette, ba tầng hầm.
Đặc biệt ở thành phố Philadenlphia, Hoa Kỳ, số tầng hầm bình quân trong
các tòa nhà của thành phố là 7.
1.2.2. Xu hướng ứng dụng công nghệ Barrette cho các công trình cao tầng và
tầng hầm đô thị ở Hà nội
Ở Việt Nam, từ năm 1990 đến nay đã có khá nhiều công trình nhà cao tầng
có tầng hầm đã và đang được xây dựng:
Tại Thành phố Hà Nội có một số công trình tiêu biểu như:
- Trung tâm thương mại và văn phòng, 04 Láng Hạ, Hà Nội: Tường Barrette,
có hai tầng hầm.
- Trung tâm thông tin: TTXVN, 79 Lý Thường Kiệt, Hà Nội: Tường
Barrette có hai tầng hầm.

5

Hình 1.2. Trung tâm thông tin: TTXVN
- Vietcombank Tower, 98 Trần Quang Khải, Hà Nội: Tường Barrette, cọc
barrette có hai tầng hầm.
- Tòa tháp đôi Vincom, 191 Bà Triệu, Hà Nội: Tường Barrette, có hai tầng
hầm.

6


Hình 1.3. Tòa tháp đôi Vincom
- Khách sạn Hoàn Kiếm Hà Nội, phố Phan Chu Trinh, Hà Nội: Hai tầng
hầm.
- Nhà ở tiêu chuẩn cao kết hợp với văn phòng và dịch vụ, 25 Láng Hạ, Hà
Nội: Tường Barrette, có hai tầng hầm.
1.3.Chất lƣợng Barrette và thực trạng giá kiểm định chất lƣợng
1.3.1. Mục đích yêu cầu của nội dung đánh giá
Xây dựng các khu chung cư, nhà cao tầng giải quyết được vấn đề nóng về
đất xây dựng nhưng cũng đặt ra cho ta công tác kiểm soát chất lượng những nhiệm
vụ bức thiết trong đó có công tác kiểm soát chất lượng móng cho công trình. Giải
pháp móng sử dụng cho các khu chung cư cao tầng, tầng hầm thường là móng cọc,
loại móng này có đặc điểm chịu được tải trọng khá lớn, ít gây ảnh hưởng cho công
trình lân cận và chiếm một tỷ lệ không nhỏ trong giá trị công trình. Vấn đề là phải
kiểm soát chất lượng thi công, đảm bảo sức chịu tải của cọc Barrette đúng với thiết
kế khi thí nghiệm là vấn đề hết sức quan trọng và cần được quan tâm.
1.3.2. Các phương pháp đánh giá
Tại Việt Nam hiện nay có các phương pháp kiểm tra đánh giá cọc sau khi thi
7

công xong sau.
+ Phương pháp thí nghiệm động biến dạng lớn PDA
- Khái niệm
Mục đích của việc thí nghiệm biến dạng lớn này là xác định được sức chịu
tải của cọc barrette dựa trên sóng và ứng suất đo được tại đầu cọc ta dùng phương
pháp CASE và hoặc CAPWAP. Cần phải có bộ búa tự rơi gây lực xung kích cho
công tác thí nghiệm PDA (ở công trình dùng búa đóng thì thuận lợi hơn nhiều).
Búa thường sử dụng ở đây là: Delmag, ICE, Berm, MKT... hoặc một số búa
hơi[2,5] .
Ứng dụng của phương pháp thử động biến dạng lớn này là xác định khá
chính xác vị trí và mức độ khuyết tật trên thân cọc, xác định sức chịu tải của cọc,
xác định biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị.
- Nguyên lý
Nguyên lý của phương pháp thử động biến dạng lớn và thiết bị phân tích
động cọc PDA dựa trên nguyên lý thuyết truyền sóng, ứng suất trong bài toán va
chạm của cọc, với đầu vào là số liệu đo gia tốc và biến dạng thân cọc dưới tác
dụng của quả búa. Các đặc trưng động theo Smith là đo sóng của lực và sóng vận
tốc (tích phân gia tốc) rồi tiến hành phân tích thời gian thực đối với hình sống
(bằng các phép tính lặp) dựa trên lý thuyết truyền sóng ứng suất thanh cứng và liên
tục được va chạm dọc trục tại đầu cọc gây ra. Cơ sở của phương pháp này dựa vào:
Phương trình truyền sóng trong cọc, phương pháp case, mô hình hệ búa-cọc-đất
của Smith, phần mềm CAPWAPC, hệ thống thiết bị phân tích đóng cọc PDA.
Ứng dụng của phương pháp thử động biến dạng lớn này là: Xác định khá chính xác
vị trí cũng như mức độ khuyết tật trên thân cọc, xác định được sức chịu tải của cọc,
xác định biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị, đưa ra một số hướng xử lý
cọc-búa cho người sử dụng. Đã được kiểm chứng có tiêu chuẩn kỹ thuật ASTM
D4945 - 00 “Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of
Piles”(Phương pháp thử động biến dạng lớn). Thiết bị này như là một máy tính
sách tay, nhỏ gọn, mọi chương trình phần mềm đều tích hợp trên đó. Và đã được

8


kiểm chứng có tiêu chuẩn kỹ thuật ASTM D4945-00“Standard TestMethodfor
High-Strain Dynamic Testing of Piles” (Phương pháp thử động biến dạng lớn).

Hình 1.4. Thí nghiệmPDA
- Ưu điểm
Thí nghiệm PDA này có thể dùng cho bất cứ cọc nào. Ưu điểm của phương
pháp này là khá nhanh, đánh giá hết sức chịu tải cọc, tại địa điểm hẹp có chỗ
không chất tải tĩnh được. Điều này thích hợp cho các công trình xây chen ở thành
phố Hà Nội.
- Nhược điểm
+ Đối với cọc Barrette do có sức chịu tải lớn thì việc chế tạo ra quả búa để
huy động được sức kháng rất khó khăn.
+ Nếu ta chế tạo được búa thì trong quá trình thí nghiệm sẽ dễ gây ra chấn
động, sẽ làm ảnh hưởng không nhỏ đối với các công trình lân cận nên ít sử dụng
trong thành phố hoặc khu vực đông dân cư.
+ Thí nghiệm kiểm tra chất lượng bê tông bằng siêu âm.
Quy trình đảm bảo chất lượng thi công cọc Barrette cũng giống như cọc
khoan nhồi và các loại cọc khác, thực hiện theo TCXD VN 326: 2004 - Cọc khoan
nhồi ”Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu”. Tiêu chuẩn Xây dựng TCXDVN 358:
2005 Cọc khoan nhồi - Phương pháp xung siêu âm xác định tính đồng nhất của bê
9


tông. Khi bê tông đã ninh kết xong (sau 28 ngày) thì kiểm tra chất lượng cọc bằng
phương pháp không phá hủy.
Có rất nhiều phương pháp để có thể kiểm tra chất lượng của bê tông cọc,
nhưng ở đây ta chỉ nên sử dụng phương pháp phổ biến nhất là phương pháp siêu

âm cọc[18]. Kiểm tra chất lượng của cọc bằng phương pháp xung siêu âm là ta
thực hiện phương pháp kiểm tra không phá huỷ, cho phép ta xác định được tính
đồng nhất và khuyết tật của bê tông cọc trong phạm vi từ điểm phát đến điểm thu.
Trong tất cả trường hợp khuyết tật của bê tông cọc được phát hiện bằng phương
pháp xung siêu âm thì cần phải được hiểu đây là một sự cảnh báo hoặc là một sự
xác định gián tiếp về sự tồn tại khuyết tật trong bê tông cọc. Để có thể khẳng định,
đánh giá các đặc điểm khuyết tật cần kết hợp thực hiện thêm các phương pháp
khác như: Khoan lấy mẫu ở lõi bê tông cọc, thí nghiệm nén mẫu bê tông R7,
R14,vv..Nhờ phương pháp siêu âm truyền qua, mà chúng ta có thể phát hiện được
các khuyết tật của bê tông trong thân cọc tương đối là được chính xác.
- Thiết bị và phương pháp kiểm tra siêu âm truyền qua.
+ Đầu đo:
Đầu phát thì có khả năng biến đổi những dao động điện thành các dao động
cơ học với tần số cao.
Đầu thu thì có chức năng biến đổi những dao động cơ học do đầu phát phát
ra thành những tín hiệu điện.
Cả đầu phát và đầu thu thì thường có yêu cầu như nhau về kích thước(đường
kính của đầu đo từ 25 mm đến 30 mm), với khả năng chống thấm cũng như tần số
dao động. Thông thường tần số xung của đầu đo nằm trong khoảng từ 20 kHz đến
100 kHz.
+ Bộ phận đo chiều dài:
Bánh xe đo tốc độ kéo có chức năng là có thể đo chiều dài của mỗi mặt cắt
thí nghiệm theo nguyên lý cảm ứng từ hoặc là theo hiệu ứng quang điện. Sai số cho
phép của phép đo độ sâu được lựa chọn lấy theo giá trị nào lớn hơn trong hai giá trị
sau: 1/500 theo chiều sâu của ống đo hoặc 5cm.
10


+ Bộ phận lưu trữ và hiển thị số liệu:
Khối máy chính của thiết bị này là một máy tính gồm có: Màn hình hiển thị

các số liệu đo, các đĩa cứng chứa chương trình điều khiển và lưu trữ số liệu thí
nghiệm, các nút điều khiển cũng như là yêu cầu về dung lượng và bộ nhớ của máy
phải khá lớn. Số liệu thí nghiệm phải được tự động cập nhật và truyền tải qua máy
tính sau đó sẽ được xử lý và lưu trữ lâu dài. Các thông tin thu được ngay trong quá
trình thí nghiệm phải được hiển thị dưới dạng bảng biểu hoặc là đồ thị.
Nguyên lý cấu tạo thiết bị: Để ta kiểm tra chất lượng bê tông của cọc khoan
nhồi, hay cọc Barrette theo phương pháp siêu âm truyền qua. Ta có sơ đồ cấu tạo
như sau:
Một đầu đo thì phát sóng dao động đàn hồi (xung siêu âm) có tần số truyền
sóng từ 20 đến 100kHz. Một đầu đo thì thu sóng (đầu phát và đầu thu được điều
khiển lên xuống đồng thời nhờ có hệ thống cáp tời điện và nằm trong hai ống đựng
đầy nước sạch. Một thiết bị điều khiển thì có dây cáp được nối với các đầu đo cho
phép tự động đo chiều sâu bằng cách ta hạ đầu đo. Một thiết bị điện tử để ghi nhận
và điều chỉnh tín hiệu thu được. Một hệ thống ghi nhận và biến đổi tín hiệu thành
những đại lượng vật lý mà ta đo được. Cơ cấu định tâm cho hai đầu đo trong ống
đo.
- Bố trí ống đo siêu âm truyền qua.
Bố trí ống đo siêu âm truyền qua để ta kiểm tra chất lượng bê tông của cọc
Barrette thực hiện đúng như theo đúng thiết kế. Khoảng cách giữa các ống đo siêu
âm phải nhỏ hơn hoặc bằng 1,5m.
Ống đo siêu âm để thả đầu đo phải được làm bằng thép hoặc được làm bằng
nhựa có đường kính phù hợp với kích thước của đầu đo, cùng với ống được chôn
sẵn trong bê tông. Đường kính trong của mỗi ống thí nghiệm được chọn nằm trong
khoảng từ 5cm đến 6cm, chiều dày của thành ống chọn từ 2mm đến 6mm và phải
được tính toán sao cho đảm bảo khả năng chịu áp lực (cả áp lực thẳng đứng và áp
lực ngang).

11

Các ống đo này được đặt song song với nhau dọc theo suốt chiều dài của
thân cọc, đáy của các ống đo thì được đặt ở cùng một cao độ và đặt sát đáy hố
khoan.Việc liên kết giữa các đoạn ống phải đảm bảo sao cho kín khít không cho
nước bẩn hoặc các tạp chất có thể lọt vào trong ống.
Phía trong của các ống đo siêu âm phải được kiểm tra một cách thông suốt
và phải đổ đầy nước sạch vào trước khi ta tiến hành đổ bê tông cọc. Số lượng của
các ống đo phải được quy định tuỳ thuộc vào kích thước cấu kiện móng cần được
thí nghiệm. Đối với mọi cấu kiện móng thì khoảng cách giữa tâm của hai ống kế
tiếp nhau để thả đầu đo nên bố trí trong phạm vi từ 0.3 m đến 1.5 m.
- Phương pháp kiểm tra
Các bước tiến hành kiểm tra như sau:
+ Tiến hành lắp đặt và kết nối các thiết bị chuẩn bị cho thí nghiệm. Sau khi
việc kết nối đã hoàn thành xong, ta tiến hành kiểm tra nguồn điện và bắt đầu khởi
động máy.
+ Ta tiến hành hiệu chỉnh tín hiệu thu phát khi bắt đầu thí nghiệm phải được
đảm bảo theo hai điều kiện như sau:
Đầu thu và đầu phát của thiết bị phải được thả vào trong lòng ống đo, tại
một độ sâu dự định để điều chỉnh tín hiệu. Các đầu đo này phải luôn đặt ở cùng
một cao độ; tín hiệu phải được điều chỉnh sao cho thời gian truyền xung siêu âm từ
điểm phát đến điểm thu là tối thiểu và biên độ ta thu được của tín hiệu xung là lớn
nhất.
Trong quá trình tiến hành thí nghiệm, đầu đo phải được dịch chuyển từ đáy
lên đỉnh cọc. Cả đầu thu và đầu phát cùng được kéo lên với một vận tốc được tính
trước sao cho phù hợp với chiều dài của cọc và khả năng của các thiết bị. Các ống
đo phải đảm bảo luôn luôn đầy nước, tín hiệu xung siêu âm được hiển thị trên màn
hình theo chiều dài của mỗi mặt cắt thí nghiệm và được ghi lại thành tệp số liệu.
+ Phát xung siêu âm từ một đầu đo đặt trong ống đo đựng đầy nước sạch và
truyền qua bê tông cọc.
+ Thu sóng siêu âm ở một đầu đo thứ hai đặt trong một ống đo khác cũng
12

chứa đầy nước sạch, ở cùng mức độ cao với đầu phát.
+ Ta đo thời gian truyền sóng giữa hai đầu đo trên suốt chiều dài của ống đặt
sẵn, từ đầu cọc đến chân cọc (là mũi cọc).
+ Ta ghi lại sự biến thiên biên độ của tín hiệu thu được.
+ Quá trình đo siêu âm và hiển thị kết quả như một thí dụ ở hình dưới:

Hình 1.5 Siêu âm cọc và biểu đồ siêu âm
Nhờ sóng siêu âm truyền qua mà thiết bị của ta có thể ghi lại ngay tình hình
truyền sóng qua bê tông của cọc Barrette và các khuyết tật của bê tông trong lòng
cọc Barrette.
Chú ý:
+ Khi có bê tông xong mỗi cọc, phải đậy nắp các ống đổ để dị vật khỏi rơi
vào.
+ Chỉ có thể tiến hành kiểm tra chất lượng bê tông cọc Barrette sau khi bê
tông tiến hành ninh kết xong (sau 28 ngày).
+ Nhận xét kết quả kiểm tra:
Đánh giá chất lượng bê tông trong cọc Barrette bằng phương pháp truyền
siêu âm qua được căn cứ vào các số liệu sau đây:
- Theo biểu đồ truyền sóng
Nếu biểu đồ truyền sóng đều đều, biến đổi ít trong một biên độ khá nhỏ,
13


chứng tỏ chất lượng của bê tông đồng đều, nếu biên độ truyền sóng mà biến đổi
lớn và đột ngột thì chứng tỏ rằng bê tông có nhiều khyết tật.
- Căn cứ vào vận tốc âm truyền qua:
Vận tốc sóng âm truyền qua bê tông càng nhanh chứng tỏ bê tông càng đặc
chắc và ngược lại.

Có thể căn cứ vào số liệu trong bảng 1.1 sau đây:
Bảng 1.1. Bảng số liệu kiểm tra chất lượng siêu âm
Vận tốc
âm
(m/sec)
Chất lượng

< 2000

2000÷3000 3000÷3500 3500÷4000

Rất kém

Kém

Trung bình

Tốt

> 4000
Rất tốt

bê tông
+ Kiểm tra sức chịu tải bằng nén tĩnh
Thí nghiệm nén tĩnh cọc ta dùng để xác định sức chịu tải của cọc và có thể
thiết lập biểu đồ quan hệ giữa tải trọng biến dạng. Thử tải đơn thuần là ta tìm kiếm
những thông số để xác định tính ổn định của nền đất, độ rung, lún, sức chịu tải của
cột tính đàn hồi... Những số liệu thu thập được ở trong giai đoạn này sẽ là những
cơ sở để các kỹ sư xây dựng công trình có thể tính toán kết cấu móng nền cho công
trình. Phương pháp này thì thường được sử dụng trong công tác kiểm tra sức chịu

tải của cọc barrette trên địa bàn thành phố Hà Nội [19].
Những năm gần đây, cùng với sự phát triển chung của đất nước ta, với việc
xây dựng cơ sở hạ tầng đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Như chúng ta cũng
đã biết, chất lượng của hệ thống thiết bị kiểm tra sức chịu tải cọc sẽ ảnh hưởng khá
lớn tới chất lượng thi công nền móng trong các công trình này, từ đó mà ta có thế
tránh được các sự cố trong quá trình khai thác. Vì vậy, nhu cầu kiểm tra chất lượng
cọc nói chung và sức chịu tải của cọc nói riêng là rất cấp thiết.
Hệ thống thiết bị kiểm tra sức chịu tải cọc theo phương pháp thử tải truyền
thống gồm có:
- Hệ thống dầm tải trọng.
14


- Hệ kích tạo lực nén.
- Bộ nguồn thủy lực cung cấp nguồn năng lượng cho hệ kích.
- Hệ điều khiển, gia tải, chỉ báo lực nén của kích.
- Hệ thống đo xác định độ lún của cọc. Lực nén cần thiết phụ thuộc vào loại
cọc có đường kính khác nhau như 1200, 2500, 3000, cọc Baret…. và theo
yêu cầu kiểm tra thử tải cọc.
+ Nguyên lý và phạm vi áp dụng.
Nguyên lý: Dùng hệ thống các vật khá nặng (thông thường là các khối bê
tông cốt thép) chất phía trên đỉnh cọc làm đối trọng để gia tải nén cọc.
Phạm vi áp dụng:
- Phương pháp này chỉ thích hợp ở nơi có mặt bằng đủ rộng, nơi không có
nước mặt (sông) và cọc thử có tải trọng (< 5000 tấn).
- Chi phí cho việc làm đối trọng sẽ càng lớn nên tải trọng cọc thử càng lớn
và nhất là nơi sông nước.

Hình 1.6. Nén tĩnh cọc bằng đối trọng bê tông cốt thép
15

+ Kiểm tra sức chịu tải bằng Phương pháp OSTERBERG.
Phương pháp OSTERBERG là một phương pháp thử tải tĩnh, vì thế mà tải
trọng thử sẽ phản ánh trực tiếp được trạng thái chịu lực của cọc trong mỗi bước
thử. Tải trọng tĩnh dùng để thử được tạo ra bởi hộp tải (The Osterberg Cell) được
đặt sẵn trong cọc khi ta thi công. Hộp tải thực chất là một bộ kích thủy lực hoạt
động được nhờ áp lực của bơm thủy lực đặt trên mặt đất truyền theo ống dẫn vào
trong hộp tải. Hộp tải hoạt động theo 2 chiều đối nhau: Đẩy phần cọc trên hộp tải
lên trên phá sức kháng cắt của đất nền quanh thân cọc của phần cọc này; đẩy phần
cọc dưới hộp tải xuống dưới phá sức kháng nén của đất nền dưới mũi cọc cùng với
sức kháng cắt của đất nền quanh thân cọc của phần cọc này (hình 1.7). Như vậy,
đối trọng dùng để thử sức kháng nén của đất nền dưới mũi cọc chính là tự trọng
cọc và là sức kháng cắt của đất nền quanh thân cọc của phần cọc trên hộp tải; còn
đối trọng dùng để thử sức kháng cắt của đất nền quanh thân cọc của phần cọc trên
hộp tải chính là sức kháng nén của đất nền dưới mũi cọc cùng với sức kháng cắt
của đất nền quanh thân cọc của phần cọc dưới hộp tải [13,16].
Lực nén dọc và chuyển vị của mặt bích trên và mặt bích dưới của hộp tải
được đo bằng bộ cảm biến có dây dẫn nối lên trên mặt đất và sẽ được biểu thị trên
đồng hồ. Tải được tăng cho đến khi xảy ra một trong ba tình huống :
Sức kháng cắt giới hạn của đất nền quanh thân cọc của phần cọc trên hộp tải
đạt tới trước: hoặc
Sức kháng nén giới hạn của đất nền dưới mũi cọc cùng với sức kháng cắt
giới hạn của đất nền quanh thân cọc của phần cọc dưới hộp tải đạt tới trước.
Sức kháng giới hạn của hai phần cọc nêu trên đạt tới cùng lúc.

16


Hình 1.7: Nguyên lý tạo lực và truyền lực của hộp tải

Nhận xét: Trong các phương pháp thử tải trọng của cọc Barrette, hiện nay
trên địa bàn thành phố Hà Nội phương pháp thử tải trọng tĩnh truyền thống thường
hay được áp dụng, tuy ta không dùng thiết bị hiện đại nhưng chi phí của thí nghiệm
cũng sẽ rất cao do khối lượng đối trọng khá lớn khi gặp điều kiện khó khăn về mặt
bằng. Kết quả thử tải là sức chịu đựng tổng cộng của cọc (không cho biết riêng:
Sức chịu tải của mũi cọc và sức chịu tải thân cọc). Bên cạnh đó đối với các cọc
Barrette có sức chịu tải 10.000 tấn hoặc là lớn hơn thì hệ đối trọng để gia tải theo
phương pháp này cũng sẽ gặp khó khăn, không thực hiện được. Do vậy việc áp
dụng thử tải tĩnh truyền thống chủ yếu sử dụng để thử tải các cọc có tải trọng dưới
5.000 tấn và cọc bố trí ở mặt rộng rãi và trên cạn. Vì vậy nên sử dụng phương
pháp OSTERBERG trong thử sức chịu tải của cọc.
Ngoài ra sử dụng phương pháp thử tĩnh tải này sẽ tốn khá nhiều thời gian,
phương tiện kỹ thuật. Tuy nhiên phương pháp này có thể cho ta kết quả được xem
là chính xác nhất trong các phương pháp hiện nay, ta có thể làm cơ sở cho việc
17


kiểm chứng các phương pháp khác.
1.4. Thực trạng khảo sát, thiết kế, thi công và đánh giá kiểm tra chất lƣợng
Barrette trong các công trình xây dựng ở Hà Nội
1.4.1. Thực trạng về khảo sát địa chất công trình
Khảo sát địa chất là công tác nghiên cứu, đánh giá điều kiện địa chất công
trình tại địa điểm xây dựng nhằm xác định cấu trúc nền đất, tính chất cơ lý của các
lớp đất nền, điều kiện nước dưới đất và các tai biến địa chất phục vụ cho công tác
quy hoạch, thiết kế và xử lý nền móng…
Việc khảo sát địa chất công trình có ý nghĩa đặc biệt và quan trọng trong khi
thiết kế xây dựng công trình ở những nơi có điều kiện địa chất phức tạp, thiết kế
xây dựng nhà cao tầng, công trình ngầm.
Tuy nhiên ở tại Việt Nam những năm gần đây, đang và vẫn tồn tại những vấn
đề trong công tác nghiệm thu khảo sát địa chất công trình sau:

Vẫn chưa có sự kết hợp chặt chẽ giữa đơn vị thiết kế và đơn vị khảo sát trong
việc lập nhiệm vụ khảo sát xây dựng. Vì vậy mà khi thiết kế tính toán cọc Barrette
sử dụng một số thông số giả định, hay là các thông số kinh nghiệm, những thông
số này có giá trị dao động tương đối là lớn. Điều này sẽ làm ảnh hưởng rất lớn đến
độ chính xác khi tính toán.
Ngoài ra các phần mềm tính toán cần yêu cầu những thông số đầu vào phải
phù hợp với mô hình đất nền lựa chọn để có thể tính toán (ví dụ như Mô hình đàn
hồi - tuyến tính; Mô hình Morh- Coloum; Mô hình đất cứng; Mô hình từ biến của
đất mềm; Mô hình đất yếu). Giá trị của những thông số này thì được xác định trong
thí nghiệm nén 3 trục theo các sơ đồ thí nghiệm khác nhau, thời gian thí nghiệm
lâu, đòi hỏi những cán bộ thí nghiệm phải có trình độ và kinh nghiệm mới thực
hiện được những thí nghiệm đặc biệt này. Hiện nay ở Hà Nội có rất là ít phòng thí
nghiệm có thể đáp ứng được yêu cầu này.
Thiết kế và thi công cọc Barrette chủ yếu được thực hiện trong xây chen ở
Hà Nội, vẫn chưa được chú trọng đến các công tác điều tra khảo sát hiện trạng của
các công trình lân cận nằm trong phạm vi ảnh hưởng của công trình. Khi cần thiết
18


ta cần phải kiến nghị biện pháp xử lý đất nền hoặc gia cường kết cấu công trình lân
cận nhằm có thể ngăn ngừa và giảm thiểu những ảnh hưởng bất lợi có thể xảy ra
cũng như đề xuất các nội dung quan trắc của công trình và các công trình lân cận
ngay khi bắt đầu thi công hố đào.
1.4.2. Thực trạng về thiết kế
Tình hình thiết kế cọc Barrette hiện nay tại khu vực phía Bắc nói chung và
Hà Nội nói riêng vẫn còn chưa được chú trọng. Các công ty tư vấn thiết kế chưa
được đầu tư và mua sắm phần mềm chuyên dụng, chưa đầu tư chất xám vào nghiên
cứu nâng cao tay nghề, cũng như là khả năng tính toán cho đội ngũ kỹ sư của
mình. Các kỹ sư thiết kế của ta thì chưa đủ kinh nghiệm để lường trước tất cả các
vấn đề phát sinh trong quá trình thi công, không đủ kinh nghiệm để đưa ra một giải

pháp hố đào hợp lý về an toàn và hiệu quả về kinh tế. Vấn đề này thể hiện trên các
mặt sau[1,11,20]:
Để thiết kế được một công trình hố đào hoàn chỉnh thì đỏi hỏi người kỹ sư
phải am hiểu cả về địa chất kỹ thuật và kết cấu xây dựng. Đây là một trong những
vấn đề tương đối là khó với mô hình đào tạo hiện nay. Để có thể giải quyết được
vấn đề này cần phải đòi hỏi phải có sự kết hợp một cách bài bản giữa kỹ sư xây
dựng và kỹ sư địa kỹ thuật.
Hiện nay ở một số nước trên thế giới đã phát triển một số phần mềm chuyên
dụng để tính toán cọc như : Plaxis, Sap... Các phần mềm này cho phép ta tính toán
được hầu hết các thông số yêu cầu của cọc như: Chuyển vị của tường chắn đất,
chuyển vị của đất nền xung quanh công trình, chuyển dịch của các dòng thấm ...
Các phần mềm này được bán với giá khá là cao. Vì vậy nhiều Công ty đã không
thể mạnh dạn đầu tư để phục vụ cho công việc. Hệ thống tư vấn thiết kế chưa có
những đơn vị chuyên sâu đủ mạnh về thiết kế phần ngầm.
Cán bộ tư vấn thiết kế vẫn và đang thiết kế với những phương pháp thiết kế
cổ điển, khá cũ vẫn chưa có điều kiện để có thể học hỏi và nghiên cứu chuyên sâu
những phương pháp thiết kế mới trên thế giới. Cán bộ tư vấn thiết kế nhiều người
chưa được đào tạo về thiết kế cọc, chưa được cập nhật và đào tạo để có thể sử dụng
19