TÍNH ỨNG SUẤT CỤC BỘ CỦA ĐÂÌ MÓNG CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CÓ SỬ DỤNG PHẦN TỬ BẬC CAO.

1

LờI CảM ƠN
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy đề tài:
Tính ứng suất cục bộ của đài móng cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn có sử
dụng phần tử bậc cao" được hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của các Thầy giáo,

Cô giáo trong Khoa Công trình, Phòng đào tạo đại học và sau đại học, Trường đại
học Thủy lợi cùng các bạn bè và gia đình, đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo, Gia đình, Bạn bè &
Cơ quan đã tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện
luận văn tốt nghiệp. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến GS.TS Phạm Ngọc
Khánh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn

thành luận văn tốt nghiệp.
Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian và năng lực nghiên
cứu còn nhiều hạn chế, vì vậy cuốn luận văn này chắc chắn còn nhiều thiếu sót,
tác giả kính mong Thầy giáo, Cô giáo, Bạn bè và Đồng nghiệp góp ý để tác giả
tiếp tục học tập và nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 29 tháng 5 năm 2012
Tác giả

Nguyễn Thị Thùy Dương


2

Lời CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu
trích dẫn là trung thực. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được

người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác./.
Nguyễn Thị Thùy Dương


3

MôC LôC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC VÀ NỀN ................................................. 2
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN MÓNG CỦA
CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU .......................................... 2
1.2. NỀN NHÂN TẠO ...................................................................................................... 2
1.2.1. Đệm cát ............................................................................................................... 4
1.2.2. Nền cọc cát.......................................................................................................... 4
1.2.3. Nền cọc vôi và cọc đất - xi măng ...................................................................... 5
1.2.4. Phương pháp gia tải nén trước [5], [6] .............................................................. 9
1.3. MÓNG CỌC ............................................................................................................. 12
1.3.1. Phân loại cọc ..................................................................................................... 12
1.3.2. Cọc đóng ........................................................................................................... 13
1.3.3. Nhồi cọc ............................................................................................................ 27
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MÓNG CỌC, ĐÀI CỌC HIỆN NAY ....... 28
1.4.1. Tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất (về điều kiện cường độ) .................... 29
1.4.2. Tính theo trạng thái giới hạn thứ hai (về điều kiện biến dạng) ..................... 37
1.4.3. Tính theo trạng thái giới hạn thứ ba ................................................................ 38
1.4.4. Trình tự thiết kế móng cọc đài thấp ................................................................ 38
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH MÓNG VÀ MÓNG CỌC HIỆN HÀNH .......... 33
2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG ........................ 33
2.1.1. Phương pháp giải tích....................................................................................... 33
2.1.2. Các phương pháp số [8] ................................................................................... 34
2.1.3. Lựa chọn phương pháp tính cho luận văn ....................................................... 36

2.2. PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG TÍNH TOÁN KẾT CẤU ...... 37
2.2.1. Nội dung của phương pháp phần tử hữu hạn [8], [9], [13] ............................ 37
2.2.2. Tính kết cấu theo mô hình tương thích ........................................................... 47
2.2.3. Giải hệ phương trình cơ bản ............................................................................ 46
2.3. PHẦN TỬ BẬC CAO TRONG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN .......... 47
2.3.1. Khái niệm về phần tử bậc cao [8] .................................................................... 47
2.3.2. Hệ tọa độ tự nhiên ............................................................................................ 47
2.3.3. Phần tử lục diện bậc cao 20 điểm nút.............................................................. 48
2.3.4. Nét cơ bản về thuật toán và chương trình ma trận độ cứng phần tử ............. 59
2.4. PHẦN MỀM TÍNH TOÁN...................................................................................... 53
CHƯƠNG 3: GIẢI BÀI TOÁN ỨNG SUẤT CỤC BỘ CỦA MÓNG


4
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
CÓ SỬ DỤNG PHẦN TỬ BẬC CAO .............................................................................. 55
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................................. 55
3.2. TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT ............................................................................................. 58
3.2.1. Lớp 1 – Đất ruộng ............................................................................................ 58
3.2.2. Lớp 2 - Sét pha dẻo mềm ................................................................................. 58
3.2.3. Lớp 3 - Cát hạt nhỏ kẹp hạt mịn, xốp.............................................................. 67
3.2.4. Lớp 4 - Sét pha dẻo cứng, dẻo mềm ................................................................ 68
3.2.5. Lớp 5 - Cát hạt nhỏ kẹp hạt trung chặt vừa .................................................... 70
3.2.6. Lớp 6 - Cát hạt trung kẹp hạt nhỏ, chặt vừa đến chặt .................................... 64
3.2.7. Lớp 7 – Cát hạt thô lẫn cuội sỏi sạn, chặt đến rất chặt................................... 65
3.3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐÀI CỌC VÀ CỌC ........................................................ 68
3.3.1. Kết quả tính toán .............................................................................................. 68
3.3.2. Nhận xét ............................................................................................................ 89
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................ 90
KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 90

KIẾN NGHỊ ..................................................................................................................... 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 84
- Tài liệu tiếng Việt ..................................................................................................... 84


5

môc lôc h×nh ¶nh
Hình 2.1. Một số dạng phần tử thường sử dụng ....................................................... 38
Hình 2.2. Thuật toán giải bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn .................. 45
Hình 2.3. Điều kiện không suy biến của ma trận K .................................................. 46
Hình 2.4. Hệ tọa độ tự nhiên xác định vị trí của phần tử ......................................... 48
Hình 2.5. Hệ tọa độ tự nhiên áp dụng cho phần tử lục diện ..................................... 48
Hình 2.6. Phần tử lục diện bậc cao 20 điểm nút ....................................................... 49
Hình 2.7. Sơ đồ vị trí điểm tích phân ........................................................................ 59
Hình 3.1. Bản đồ vị trí công trình .............................................................................. 56
Hình 3.2. Phối cảnh công trình nghiên cứu ............................................................... 56
Hình 3.3. Hệ đài móng cọc điển hình ........................................................................ 68
Hình 3.4. Lực dọc tác động lên hệ đài móng cọc điển hình ..................................... 69
Hình 3.5. Sơ đồ lưới phần tử bậc thấp phân chia đài cọc tính toán ......................... 69
Hình 3.6. Sơ đồ lưới phần tử bậc cao phân chia đài cọc tính toán .......................... 77


6

môc lôc b¶ng biÓu
Bảng 1.1. Các phương pháp xử lý nền ........................................................................ 3
Bảng 3.1. Tổng hợp sơ bộ kết quả khảo sát .............................................................. 58
Bảng 3.2. Độ sâu mặt lớp, bề dày tại mỗi hố khoan lớp 2 ....................................... 59
Bảng 3.3. Chỉ tiêu cơ lý lớp 2 .................................................................................... 59

Bảng 3.4. Độ sâu mặt lớp, bề dày tại mỗi hố khoan lớp 3 ....................................... 67
Bảng 3.5. Môđun biến dạng, áp lực tiêu chuẩn tính toán lớp 3 ............................... 68
Bảng 3.6. Độ sâu mặt lớp, bề dày tại mỗi hố khoan lớp 4 ....................................... 68
Bảng 3.7. Chỉ tiêu cơ lý lớp 4 .................................................................................... 69
Bảng 3.8. Độ sâu mặt lớp, bề dày tại mỗi hố khoan lớp 5 ....................................... 63
Bảng 3.9. Môđun biến dạng, áp lực tiêu chuẩn tính toán lớp 5 ............................... 64
Bảng 3.10. Độ sâu mặt lớp, bề dày tại mỗi hố khoan lớp 6 ..................................... 64
Bảng 3.11. Môđun biến dạng, áp lực tiêu chuẩn tính toán lớp 6 ............................. 65
Bảng 3.12. Độ sâu mặt lớp, bề dày tại mỗi hố khoan lớp 7 ..................................... 66
Bảng 3.13. Môđun biến dạng, áp lực tiêu chuẩn tính toán lớp 7 ............................. 67
Bảng 3.14. Tổng hợp kết quả khảo sát địa chất ........................................................ 67
Bảng 3.15. So sánh phát triển ứng suất trong hệ đài móng cọc với 2 trường hợp
tính toán ....................................................................................................................... 75
Bảng 3.16. Tổng hợp kết quả tính toán ứng suất ...................................................... 89


7

Mở đầu
Nội dung luận văn này tác giả sử dụng chủ yếu hệ thống kiến thức đã được
trình bày trong tài liệu dịch: Shamsher Prakash & Hari D.Sharma (1999), "Móng
cọc trong thực tế xây dựng", Nhà Xuất bản Xây Dựng, thực hiện bởi Nhóm biên
dịch Phạm Ngọc Khánh, Lê Mạnh Lân, Trịnh Đình Châm, Nguyễn Văn Mạo và
Đỗ Hương Giang. Phần áp dụng đối với hệ thống kiến thức này, tìm hiểu ứng suất
cục bộ của đài móng cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn có sử dụng phần tử
bậc cao được tác giả trình bày trong chương 4, với các tính toán cho hệ thống
móng cọc nhà ở cao tầng OCT3C thuộc Dự án: Khu đô thị mới Cổ Nhuế Xuân
Đỉnh Tư Liêm Hà Nội.
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền kinh tế đất nước
thì nhu cầu phát triển hạ tầng kiến trúc cũng phát triển tương ứng hàng loạt các

khu đô thị mới hiện đại, các công trình nhà cao tầng, các hệ thống giao thông,
thuỷ lợi, thuỷ điện được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội.
Đối với các công trình xây dựng cơ bản thì việc xử lý nền móng bao giờ
cũng chiếm phần không nhỏ mà đặc điểm riêng của công trình xây dựng dân
dụng giải pháp xử lý nền móng trên nền đất yếu là làm móng cọc
1. Tính cấp thiết của đề tài
Móng cọc là một trong những loại móng được sử dụng rộng rãi nhất hiện
nay. Người ta có thể đóng, hạ những cây cọc lớn xuống các tầng đất sâu, nhờ đó
làm tăng khả năng chịu tải trọng lớn cho móng.
Móng cọc đã được sử dụng từ rất sớm khoảng 1200 năm trước, những người
dân thời kỳ đồ đá mới của Thụy Sỹ đã biết sử dụng các cọc gỗ cắm xuống các hồ
nước nông để xây dựng nhà trên các hồ cạn (Sower 1979), cũng trong thời kỳ
này, người ta đóng các cọc gỗ xuống vùng đầm lầy để chống quân xâm lược,
đóng các cọc gỗ để làm đê quây, ...
Ngày nay, cùng với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật nói chung, móng cọc ngày
càng được cải tiến, hoàn thiện, đa dạng về chủng loại cũng như biện pháp thi
công, phù hợp với yêu cầu của các loại công trình xây dựng.
Trong tính toán thiết kế kết cấu móng công trình còn nhiều hạn chế đặc biệt
là tính ứng suất cục bộ giữa đầu cọc và đài cọc


8

Vì vậy công tác nghiên cứu tính toán ứng suất cục bộ của đài móng cọc
bằng phương pháp phần tử hữu hạn có sử dụng phần tử bậc cao có nhiều thuận lợi
và phản ánh được ứng xử thực của công trình do đó đề tài có tính cấp thiết.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
- Sử dụng phương pháp tính toán hiện hành để xác định các giá trị ứng suất
cục bộ ở vùng đài cọc vùng lân cận tiếp xúc với đầu cọc để tìm ra các giá trị ứng
suất tiệm cận với ứng xử thực của kết cấu. Trên cơ sở đó giúp cơ quan thiết kế

nghiên cứu biện pháp đài móng cọc hợp lý với các dạng công trình;
- Tìm giải pháp thích hợp nhất cho việc tính toán bố trí thép chủ;
- ứng dụng cho công trình cụ thể.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Điều tra, khảo sát, thống kê thực tế
- Sử dụng mô hình toán và phần mềm hiện đại
4. Kết quả dự kiến đạt được
- Sử dụng thuật toán của phương pháp phần tử hữu hạn với việc sử dụng
phần tử bậc cao để xác định ứng suất cục bộ tại vùng tiếp xúc giữa đầu cọc và đài
cọc;
- áp dụng phương pháp tính đã chọn cho công trình cụ thể.
5. Nội dung của luận văn
Mở đầu;
Chương 1 - Tổng quan về móng và nền;
Chương 2 - Phương pháp tính móng và móng cọc bằng các phương pháp
hiện hành;
Chương 3 - Giải bài toán ứng suất cục bộ của móng bằng phương pháp phần
tử hữu hạn có sử dụng phần tử bậc cao;
Kết luận.
- Tài liệu tham khảo;


9

Ch-ơng 1: Tổng quan về móng cọc và nền
1.1. Giới thiệu chung về các ph-ơng pháp xử lý nền
MóNG CủA CáC CÔNG TRìNH XÂY DựNG TRÊN NềN ĐấT YếU
Để công trình tồn tại và sử dụng được một cách bình thường thì không
những các kết cấu phần trên phải có đủ độ bền, ổn định mà bản thân nền và móng
cũng ổn định, có độ bền cần thiết và biến dạng nằm trong phạm vi cho phép. Nền

là chiều dày các lớp đất đá trực tiếp chịu tải trọng của công trình do móng truyền
xuống. Móng là phần dưới đất của công trình làm nhiệm vụ truyền tải trọng của
công trình xuống nền. Việc thiết kế nền móng là một công việc phức tạp vì nó
liên quan đến đặc điểm của công trình thiết kế, nền móng của công trình lân cận,
điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của khu đất xây dựng.
Chính vì vậy, việc xử lý nền móng thường chiếm tỷ trọng công việc cũng
như kinh phí khá lớn khi xây dựng công trình. Trong lĩnh vực xây dựng cơ bản thì
móng của hầu hết các công trình đều được đặt trên nền đất, bản thân đất có nhiều
loại khác nhau, trong đó nền đất yếu không đủ khả năng chịu tải trọng lại chiếm
đại đa số, thế nên cho đến nay các nhà khoa học đã nghiên cứu và đưa ra rất
nhiều hình thức xử lý nền móng, phù hợp vói từng loại nền đất và kết cấu công
trình.
Sau đây là tổng kết một số hình thức xử lý nền công trình thường được áp
dụng rộng rãi [3], [5], [6], [12]:
1.2. NềN NHÂN TạO
Khi mà nền thiên nhiên không đủ sức chịu, không đủ độ bền và bị biến dạng
nhiều, thì người ta xử lý nhân tạo.
Có nhiều phương pháp gia cố nền đất yếu. Tuỳ thuộc vào tính chất của từng
loại công trình, tuỳ thuộc vào điều kiện kinh tế- kỹ thuật mà lựa chọn phương
pháp thích hợp. Trong bảng dưới đây sẽ trình bày một cách tóm tắt những phương
pháp thông dụng hiện nay [6].


10
Bảng 1.1. Các phương pháp xử lý nền

Các phương

Dạng nền và

pháp xử lý nền

các khả năng xây dựng

nhân tạo

chúng

I.Thay thế nền mới 1. Đệm cát hoặc đất
2. Đắp nền bằng đá hoặc bằng
cát sỏi
II. Đầm nén chặt

Điều kiện địa chất công trình

Đất yếu, lún nhiều (than bùn, đất
đắp xốp yếu).
Khi tầng bùn nằm dưới nước

1. Đầm chặt trên mặt đất
Các loại đất lỗ rỗng lớn, cát rời xốp
a. Đầm bằng các khối nặng
b. Đầm rung

và những loại đất dính chưa được
nén chặt (khi Sr < 0,6)
Cát rời xốp

2. Làm chặt dưới sâu
a. Dùng cọc bằng đất

Các loại đất lỗ hổng lớn
Các loại đất yếu và có khả năng

b. Cọc cát

thấm nước (bùn, sétpha, cát pha
nhão yếu

c. Nén chặt bằng phương pháp
rung cơ học hay thuỷ lực
d.Làm chặt bằng phương pháp
nổ
III. Bơm nhồi vào
lòng đất

1. Silicat

2. Dùng hắc ín tổng hợp
IV. Phươmg pháp
điện

1. Điện hoá

Đất cát rời xốp

Đất loại cát rời xốp
Cát xốp và các loại đất có lỗ hổng
lớn
Cát xốp và các loại đất có lỗ hổng

lớn
Đất sét yếu (có hệ số thấm
K< 0,01 m/ngày đêm


11

2. Điện thấm
3. Dùng tia lửa điện
V. Dùng phương Dùng sức nóng để nung cho
pháp nhiệt

đất cứng lại

Đất sét yếu (có hệ số thấm
K< 0,01 m/ngày đêm
Cát rời xốp và bão hoà nước.
Đất dạng lỗ hổng lớn.

1.2.1. Đệm cát
Lớp đệm cát được sử dụng có hiệu quả nhất khi lớp đất yếu ở trạng thái bão
hoà nước ( sét nhão, sét pha nhão, cát pha bão hoà nước, bùn, than bùn) và có
chiều dày nhỏ hơn 3 mét [5], [6]. Đệm cát thường làm bằng cát hạt to, cát hạt
trung bình hoặc pha hai loại đó với nhau. Việc thay thế lớp đất yếu bằng đệm cát
có những tác dụng chủ yếu sau đây:
Sau khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng công trình đệm cát
đóng vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu được tải trọng của công
trình và truyền tải trọng đó xuống lớp đất thiên nhiên bên dưới.
Giảm bớt độ lún toàn bộ và độ lún không đều của công trình, đồng thời làm
tăng nhanh quá trình cố kết của đất mềm (vì cát trong lớp đệm có hệ số thấm

lớn).
Làm tăng khả năng ổn định của công trình kể cả khi có tải trọng ngang tác
dụng, vì cát được nén chặt sẽ tăng lực ma sát và tăng sức chống trượt.
Kích thước móng và chiều sâu chôn móng sẽ được giảm bớt, vì áp lực tính
toán (sức chịu) của đất nền tăng lên.
Phương pháp này có những tác dụng tốt như vậy, mà thi công lại đơn giản,
không đòi hỏi các thiết bị phức tạp, nên được sử dụng tương đối rộng rãi. Tuy
vậy, trong những trường hợp bất lợi sau đây thì không nên sử dụng cát đệm:
- Lớp đất yếu phải thay thế có chiều dày lớn hơn 3m. Vì lớp đệm cát có
chiều dày lớn hơn 3m thì tốn rất nhiều cát, thi công khó và chi phí lớn.
- Mực nước ngầm cao và có áp, vì như vậy việc hạ mực nước ngầm rất tốn
kém, và mặt khác đệm cát sẽ không ổn định.
1.2.2. Nền cọc cát
Trước hết phải phân biệt cọc cát với các loại cọc cứng khác (bằng bê tông


12

cốt thép, bằng gỗ, bằng tre...), mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền, nên
gọi là nền cọc cát. Còn các loại cọc cứng là một bộ phận của kết cấu móng (móng
cọc) làm nhiệm vụ truyền tải trọng của công trình xuống nền. [3], [6], [12]
Cọc cát có những đặc điểm sau đây:
Làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp cho nước lỗ rỗng trong đất thoát ra
nhanh, nên làm cho quá trình cố kết của đất tăng lên và độ lún chóng ổn định
hơn.
Khi thi công nền cọc cát thì trước hết ống thép (tạo lỗ) đã bước đầu làm
giảm thể tích đất. Sau đó cát trong các lỗ đó lại tiếp tục nén chặt đất thêm. Tức là
làm cho độ rỗng của đất giảm bớt, nước lỗ rỗng trong đất thoát ra và do đó làm
cho cường độ của nền móng cọc cát (bao gồm cọc cát và đất giữa các cọc) được
tăng lên. Như vậy là nền đất được tốt lên một cách rõ rệt.

Nền cọc cát được thi công một cách đơn giản với các vật liệu rẻ tiền (cát
thô, sạn sỏi) nên giá thành thường ít hơn các loại móng cọc và đệm cát. Do những
ưu điểm như vậy nên cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều
dày lớn (> 3m)
Trong nlìững trường hợp sau đây thì không nên dùng cọc cát:
Đất quá nhão yếu. lưới cọc cát không thể lèn chặt được đất. Chúng tôi đề
nghị, khi hệ số rỗng nén chặt e nc > 1 chứng tỏ hiệu quả nén chặt của cọc cát rất ít,
R

R

và như vậy thì không nên dùng cọc cát.
Chiều dày đất yếu nhỏ hơn 2m, thì dùng đệm cát lại tốt hơn cọc cát.
1.2.3. Nền cọc vôi và cọc đất - xi măng
1.2.3.1. Cọc vôi
Cọc vôi thường được dùng để nén chặt các lớp đất yếu như: than bùn, bùn,
sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão. [3], [6]
Cọc vôi có những tác dụng sau đây:
Sau khi cọc vôi được đầm chặt, thì đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% và
đất xung quanh cọc được nén chặt lại.
Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì dưới nhiệt độ khoảng 120ữ160c sẽ tạo
ra một nhiệt lượng khoảng 280 Kcal trên lkg canxi. Với một nhiệt lượng lớn như
vậy, nước lỗ rỗng trong đất sẽ bốc hơi, làm giảm độ ẩm trong đất và làm cho quá


13

trình nén chặt đất tăng nhanh. Mặt khác, khi tôi vôi thì thể tích sẽ tăng lên
khoảng 2 lần và do đó đất xung quanh cọc cũng được nén chặt thêm nữa.
Do những tác dụng của cọc vôi như vậy nền đất sẽ có những biểu hiện tốt

lên như sau:
Độ ẩm của đất giảm đi khoảng 5ữ8%.
Mô đun biến dạng tăng khoảng 3ữ4 lần.
Lực dính tăng lên khoảng 1,5ữ3 lần.
Theo kết quả thực nghiệm cho thấy rằng cường độ chịu nén 1 trục của mỗi
cục vôi có thể đạt tới 1000ữ2500 KPa.
Cường độ của đất giữa các cọc vôi có thể tăng lên khoảng 2 lần. và vì thế,
sau khi gia cố thì nền cọc vôi có cường độ tăng lên khoảng 2ữ3 lần.
Như vậy là nền đất yếu sau khi được gia cố bằng cọc vôi, thì cường độ được
tăng lên một cách rõ rệt. Tuy nhiên, khi đất ở trạng thái quá nhão yếu (thường có
độ sệt I L >1) thì cần phải thận trọng khi đùng cọc vôi, bởi vì hiệu quả nén chặt
R

R

của cọc vôi sẽ rất bị hạn chế. Nhất là đối với loại bùn gốc sét và sét nhão yếu thì
hiệu quá nén chặt ngày càng ít vì vôi tôi và đất sét đều là loại thấm nước ít nên
nước lỗ rồng trong đất được ép thoát ra rất khó. Trong trường hợp đó, thì nên
dùng đệm cát, cọc cát hoặc các giải pháp xử lý nền khác.
ở nước ta thì cọc vôi còn được dùng rất ít.
1.2.3.2. Cọc đất- vôi
Nguyên lý: Lưỡi khoan như các ngoáy trứng khổng lổ. Lưỡi khoan có đường
kính 500mm, có tác dụng tạo lỗ và làm đất tơi ra tại chỗ. Có thể khoan sâu
10m. Khi khoan đến chiều sâu thiết kế, thì bắt đầu quá trình phun vôi. Vôi bột
được chứa trong xi lô, có dung tích 2,5m3 (đủ cho 1 ca hoạt động). Khi máy vận
hành, một bộ phận máy nén khí sẽ tạo nên trong xi lô một áp lực khoảng 10
atmôtphe. Với áp lực đó vôi bột sẽ đẩy từ xi lô, qua ống dẫn bằng cao su vào cần
khoan lỗ, chui ra một lỗ nhỏ 30mm ở dưới lưỡi khoan và phun vào lòng đất. Vôi
bột tác dụng với nước lỗ rỗng trong đất tạo nên các liên kết xi măng và xilicat
hoá. Các liên kết đó sẽ gắn kết các hạt khoáng vật trong đất lại và làm cho đất trở

lên cứng hơn lên một cách rõ rệt. [6]
Hiệu quả tác dụng của cọc đất vôi:


14

Sau khi máy Alimak tạo nên cọc đất vôi tại chỗ, cường độ của cọc đất vôi
này tuỳ thuộc vào lượng vôi phun và tăng dần theo thời gian.
Kết quả nghiên cứu của viện KHKTXD Bộ Xây dựng cho thấy rằng, lượng vôi
càng nhiều thì độ cứng của cọc càng tăng nhanh.
ở nước ta, đối với đất yếu có độ ẩm thiên nhiên khoảng 40ữ70% thì dùng
được lượng vôi khoảng 6ữ12% là hợp lý. Với tỷ lệ đó thì cường độ cọc đạt được
50% sau 1 tháng và đạt được 70ữ80% sau 3 tháng. Độ bền của đất thể hiện qua
sức chống cắt của đất. Sau khi gia cố bằng cọc vôi đất có thể tăng lên hàng chục
lần. Sức chống cắt không thoát nước có thể đạt tới 1000 KPa. Nhờ cường độ của
cọc đất vôi tăng lên một cách rõ rệt như vậy, nên người ta có thể dùng cọc này để
làm tường cừ hoặc chịu tải trọng công trình.
Dùng cọc vôi đất làm tường cừ: tường cừ bằng cọc vôi đất làm thành 1 dãy
sát nhau tuỳ theo yêu cầu của từng loại công trình. áp lực chủ động của đất càng
lớn, tức là lực đạp của đất càng khỏe thì càng cần nhiều dãy cọc.
Người ta có thể dùng cọc đất vôi để làm tường cừ bảo vệ mái dốc và bảo vệ
thành hố móng.
Dùng cọc vôi đất làm nền cho móng công trình:
Do cọc đất vôi có khả năng làm tăng sức chịu tải của nền (thông thường là
từ 3ữ5 lần, theo kết quả nén tĩnh tại hiện trường với bàn nén 10.000cm2) nên
người ta có thể dùng cọc vôi để gia cố nền. Cần lưu ý rằng vì cọc đất vôi có sức
chịu tải thấp (khoảng 40ữ60 KN) nên không thể tính như móng cọc vôi để gia cố
nền. Phải coi cả tổ hợp cọc và đất là nền. Sức chịu tải của nền cần phải xác định
bằng kết quả thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường với mặt nén lớn (10.000cm2).
Khoảng cách các cọc tuỳ thuộc vào mức độ xấu của nền và tải trọng công trình.

Theo kinh nghiệm của chúng tôi thì thông thường nên lấy khoảng cách giữa các
cọc là 0m75 như vậy bàn nén lm2 vừa trùm lên được 4 cọc.
Chiều dài của cọc thì phải vượt qua chiều sâu chịu lực nén giới hạn của đất
nền dưới móng. Lưới cọc phải trùm ra ngoài diện tích đáy móng, mỗi phần là b/4
(trong đó b là chiều rộng đáy móng.)
1.2.3.3. Cọc đất - xi măng: [6]
Xi măng là một loại chất liên kết tốt. Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu


15

thực nghiệm và đưa vào sử dụng cọc đất- xi măng cho một số công trình ở Hà
Nội, Hải Phòng.
Hiện nay, ở nước ta, do công nghệ chế tạo và bảo quản vôi bột còn nhiều
khó khăn nên đã cải tiến máy phun vôi Alimakt thành phun xi măng để thi công
cọc đất xi măng.
Vì quy trình phun bột xi măng cũng giống như phun vôi bột. Phải chú ý
sàng xi măng trước khi đổ vào xi lô, để đảm bảo không bị xi măng vón cục và các
hạt đều phải có kích thước nhỏ hơn 0,20 mm. Nếu không thì sẽ bị tắc xi măng
không phun được. Với lượng xi măng 7%, 9%, 11%, 13% và 15%. Kết quả cho
thấy rằng, dùng xi măng (cùng tỷ lệ) thì sức chịu tải của đất tăng lên rõ rệt hơn
dùng vôi. Theo kết quả thí nghiệm của Viện KHKTXD, chúng ta thấy rằng
- Gia cố bằng xi măng tốt hơn vôi.
- Bùn gốc cát thì gia cố có hiệu quả hơn bùn gốc sét.
Ngoài ra, người ta đã kiểm tra độ bền của cọc đất - xi măng ở một công
trình tại Hà Nội bằng xuyên tĩnh. Qua kết quả thí nghiệm xuyên, thấy rõ rằng tại
bản thân cọc, thì sức kháng xuyên tăng lên 4ữ5 lần, so sánh giữa đất trước khi gia
cố và sau khi gia cố bằng cọc đất xi măng.
Thực tế, người ta đã dùng cọc đất xi măng (tỷ lệ 15% tức 25kg xi măng cho
1 m dài để làm tường cừ. Kết quả rất tốt ở công trình nhà ở 5 tầng tại 40 Lý

Thường Kiệt - Hà Nội, nhờ tường cừ bằng cọc đất xi măng mà nền móng các
công trình cũ ở lân cận được bảo vệ và hố đào (làm đệm cát) sâu 2m50 thẳng
đứng, không bị sụt lở, mặc dù đất rất yếu.
Ngoài ra cọc xi măng- đất cũng được dùng làm nền chịu lực cho 1 ngôi nhà
7 tầng tại Hà Nội. Cọc 500mm, dài 10m và cự ly 0,75m x 0,75m. Nhờ phương
pháp này đã nâng sức chịu tải của nền từ 60 KPa lên 250 KPa.
Nếu so với phương án móng cọc bêtông thì ở 2 công trình đó, đã tiết kiệm
được một nửa chi phí cho nền móng.
Ngoài ra do áp dụng cọc đất- xi măng cho việc gia cố nền đất yếu tại một
nhà máy đóng tàu ở Hải Phòng. Phương án này so với phương án cũ (đệm cát)
cũng tiết kiệm được khoảng 2/5 giá thành nền móng.
Những kết quả thực tế cho thấy rõ triển vọng áp dụng cọc đất- xi măng để


16

gia cố nền đất yếu rất tốt.
1.2.4. Phương pháp gia tải nén trước [5], [6]
1.2.4.1. Đặc điểm và phạm vi áp dụng
Khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn, sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão
hoà nước,thì người ta có thể dùng phương pháp này .
Phương pháp gia tải nén trước có 2 mục đích :
Tăng cường sức chịu tải của đất nền
Tăng nhanh thời gian cố kết, tức là làm cho độ lún ổn định nhanh hơn.
Muốn đạt được mục đích đó thì người ta thực hiện các biện pháp sau đây
+ Chất tải trọng (bằng cát, sỏi, gạch, đá...) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công
trình định thiết kế xây dựng lên nền đất yếu, để cho nền chịu tải trước và lún
trước khi xây dựng thực.
Tuỳ theo yêu cầu cụ thể của công trình và điều kiện địa chất công trình, địa
chất thuỷ văn của địa điểm xây dựng mà tiến hành từng bước xử lý từ đơn giản

đến phức tạp. Tức là từ phương pháp nén trước không dùng giếng thoát nước, đến
phương pháp nén trước kết hợp dùng giếng thoát nước.
1.2.4.2. Phương pháp nén trước không dùng giếng thoát nước [6]
Điều kiện địa chất công trình:
Muốn đạt được mục đích là làm cho đất nén chặt lại, thì phải làm cho nước
lỗ rồng được ép thoát ra ngoài. Do đó, điều kiện cơ bản là phải có nước thoát ra
được. Theo chúng tôi thì những trường hợp sau đây là thích hợp cho phương pháp
gia tải trước không dùng giếng thoát nước.
a. Cấu tạo địa tầng như sau: Trên cùng là lớp đất hay đất trồng trọt (hoặc
một lớp đất loại sét nào đó), ở giữa là lớp đất yếu và dưới cùng là lớp đất cát. Khi
chịu tải trọng thì nước lỗ rỗng trong lớp đất yếu sẽ được ép thoát ra lớp cát nằm
dưới.
b. Có cấu tạo địa tầng như sau: trên cùng là lớp đệm cát nhân tạo. Giữa là
lớp đất yếu cần được nén chặt. Dưới đó là lớp cát tự nhiên.
Như vậy, dưới tác dụng của ngoại lực, nước lỗ rỗng từ tầng đất yếu có thể
được ép thoát ra với hướng thoát nước hai chiều- lên trên và xuống dưới.
c. Cấu tạo địa tầng : Dưới lớp đất yếu là lớp đất sét không thấm nước. Như


17

vậy, bắt buộc trên lớp đất yếu phải có lớp cát để thoát nước lỗ rỗng cho lớp đất
yếu. Nếu lớp cát đó là lớp cát thiên nhiên thì tốt. Nếu không thì phải làm một lớp
đệm cát nhân tạo dưới móng công trình để thoát nước và để cho móng lún đều.
Để đảm bảo điều kiện thoát nước tốt cho lớp đất yếu chúng tôi đề nghị nên
hạn chế chiều dày tầng đất yếu trong trường hợp này là h y < 3m.
R

R

Tính toán gia tải nén trước.
Về độ lớn của áp lực nén trước, người ta thường lựa chọn như sau:
a. Dùng áp lực nén trước bằng đúng tải trọng của công trình sẽ xây dựng.
b. Dùng áp lực nén trước lớn hơn tải trọng của công trình (thường lớn hơn
khoảng 20%) để tăng nhanh quá trình cố kết một ít, không nên chọn lớn quá để
tránh cho nền đất yếu bị phá hoại.
1.2.4.3. Phương pháp nén trước dùng giếng cát
Như trên đã nói, mục đích của việc sử dụng giếng cát là để tạo điều kiện
thoát nước nhanh cho tầng đất yếu và do quá trình cố kết sẽ nhanh hơn, độ lún
chóng ổn định hơn.
Giữa giếng cát và cọc cát có những chỗ giống nhau và có những chỗ khác
nhau.
Kích thước (đường kính và chiều dài) của cọc cát và giếng cát tương tự như
nhau, nhưng khoảng cách giữa các giếng cát thì lớn hơn giữa các cọc cát. Do
khoảng cách khác nhau đó, mà nhiệm vụ của cọc cát và giếng cát khác nhau.
Cọc cát làm nhiệm vụ nén chặt đất, nâng cao sức chịu tải của đất nền là chủ
yếu. Đương nhiên cọc cát cũng có tác dụng thoát nước lỗ rỗng.
Còn nhiệm vụ chủ yếu của giếng cát là thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh quá
trình cố kết, làm cho độ lún của đất nền chóng ổn định. Đương nhiên giếng cát
cũng góp phần gia cường nền đất yếu.
Như vậy là cọc cát và giếng cát khác nhau ở cách làm việc và mục đích sử
dụng.
Thi công nền giếng cát:
Cát dùng làm giếng và lớp đệm trên giếng cát đều phải bằng cát vàng (cát
hạt thô). Nếu không có cát vàng hạt to, thì có thể dùng cát hạt vừa, màu vàng mờ,
có hệ số thấm lớn, tức là K> 3m/ngày đêm.


18

Đường kính ống thép để thi công giếng cát nên chọn d c = 35ữ45cm là tốt
R

R

nhất.
Thi công giếng cát cũng giống như thi công cọc cát loại -505 hoặc -801.
Nếu chiều sâu giếng cát lớn hơn 12m, thì dùng loại CKT- 25 hoặc CKT- 30.
Với đường kính ống thép d c 35ữ45cm thì nên dùng máy rung (chấn động ở
R

R

trên đầu ống thép) có lực kích thước là 100 ữ200KN.
Để đo áp lực nước lỗ rỗng trong đất nền, người ta dùng thiết bị xách tay. đo
ngay tại hiện trường.
ở nước ta (Viện KHKTXD) cũng đã có loại thiết bị này, máy đo áp lực nước
lỗ rỗng xách tay của Thụy Điển.
Chú ý là: Nếu hệ số thấm của đất K r < 1.10-7 cm/sec và hệ số cố kết C r
R

R

P

P

R

R

<1.10-7 m2/ ngày đêm thì tác dụng của giếng cát sẽ bị hạn chế.
P

P

1.2.4.4. Phương pháp nén trước dùng tấm thấm bằng giấy (cọc bản nhựa)
Như trên đã nói, mục đích của việc dùng bảng thấm bằng giấy (cong gọi là
cọc bản nhựa) là để thoát nước lỗ rỗng cho nền đất yếu. Như vậy, để tăng nhanh
quá trình cố kết và làm cho độ lún của nền đất chóng ổn định.
Nói chung, tác dụng của cọc bản nhựa cũng như giếng cát, nhưng có nhiều
ưu điểm lớn.
- Cọc bản nhựa chế tạo trong nhà máy nên có thể sản xuất được một
khối lượng rất lớn.
- Thi công nhanh bằngmáy chuyên dùng.
- Tác dụng tốt hơn giếng cát trong việc thoát nước lỗ rỗng. Do đó quá
trình cố kết đất nhanh hơn.
Theo tổng kết của công ty Katô (Nhật Bản) thì một thanh cọc bản nhựa có
tác dụng thoát nước như một giếng cát có đường kính 18cm cùng chiểu dài. Độ
lún trước (độ cố kết) do cọc bản nhựa lớn hơn do giếng cát có thể đạt 80%.
- Giá thành của cọc bản nhựa chỉ bằng 25% giếng cát (đối với các nước
có điều kiện công nghiệp hoá thiết bị thi công cọc bản nhựa)
ở Thuỵ Điển và Nhật Bản đã dùng phương pháp cọc bản nhựa này từ năm
1963. ở nước ta, mới nhập kỹ thuật này hơn mười năm nay, trên thiết bị còn ít và
mới áp dụng cho một số công trình dân dụng.


19

Đánh giá chất lượng gia cố nền bằng cọc bản nhựa:

Kinh nghiệm thực tế của Nhật Bản và Thụy Điển cho thấy rằng: Cọc bản
nhựa có tác dụng gia cố đất nền, làm tăng độ bền của đất yếu lên một cách rõ rệt.
ở Nhật Bản, người ta làm một số thí nghiệm so sánh giữa giếng cát và cọc
cát bản nhựa. Thí nghiệm được tiến hành trên một lớp đất yếu có chiều dày 5m,
dưới cùng một cấp tải trọng nén trước như nhau, sau một thời gian cố kết như
nhau, thì độ lún của nền gia cố bằng cọc cát là 51,4cm; còn độ lún của nền gia cố
bằng cọc bản nhựa là 65,2cm. Điều đó chứng tỏ rằng cọc bản nhựa có hiệu quả
thoát nước lỗ rỗng và cố kết đất tốt hơn giếng cát.
1.3. móng cọc
Từ thời đại xa xưa, loài người đã biết dùng cọc để làm móng nhà. Các di
tích khảo cổ tìm thấy ở nhiều nơi trên thế giới cho biết từ mấy trăm năm trước
công nguyên người ta đã dùng cọc để làm móng nhà sàn trên mặt nước hồ. Có thể
người ta làm nhà trên mặt nước nhằm mục đích chống lại sự tiến công của quân
thù, của thú dữ hoặc để kiếm thức ăn (tôm, cá...) được đễ dàng. Ngày nay móng
cọc cũng được dùng với những mục đích: Tạo điều kiện xây dựng trên những khu
đất không thuận lợi cho móng nông.
Hiện nay, trong xây dựng dân dựng và công nghiệp, móng cọc ngày càng
được sử dụng nhiều, sở dĩ như vậy là do móng cọc có các ưu điểm như: giảm chi
phí vật liệu, giảm khối lượng công tác đất, có thể giảm hoặc tránh được ảnh
hưởng của nước ngầm đối với công tác thi công, cơ giới hoá cao và thường lún ít.
Móng cọc có những ưu điểm rất lớn nên được ứng dụng rộng rãi. Các nhà
khoa học đã tập trung nghiên cứu và đã đưa ra nhiều loại vật liệu chế tạo cọc, các
hình thức móng cọc như: [7], [10]
1.3.1. Phân loại cọc
Theo vật liệu làm cọc người ta chia ra: cọc gỗ, cọc tre, cọc bê tông, cọc bê
tông cốt thép, cọc thép, cọc thép bê tông, cọc liên hợp.
Theo phương pháp thi công, cọc được phân ra.
- Cọc đóng: là cọc chế tạo sẵn, được đóng xuống đất bằng búa máỵ hoặc
xuống đất bằng máy rung, bằng phương pháp ép hoặc xoắn có thể khoan dẫn
hoặc không.

20

- Cọc nhồi: Được đổ tại chỗ trong các hố khoan hoặc hố tạo bằng cách đóng
ống thiết bị.
1.3.2. Cọc đóng
1.3.2.1. Cọc gỗ
Cọc gỗ có thể được thi công từ một cây gỗ. Loại này có chiều dài từ 4,5 đến
12m, đường kính 18ữ36cm. Khi cần phải tăng chiều dài của cọc gỗ thì người ta
nối các đoạn gỗ lại với nhau. Nếu cần tăng tiết diện của cọc, thì có thể ghép 3
hoặc 4 cây gỗ lại với nhau bằng buloong. Khi độ ẩm thay đổi gỗ dễ bị mục, do
đó, cọc gỗ phải luôn nằm dưới mực nước ngầm thấp nhất.
1.3.2.2. Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn
1.3.2.2.1. Cọc bê tông cốt thép hình lăng trụ
U

Loại cọc này được chế tạo với các loại kích thước sau:
Tiết diện 20 X 20cm, chiều dài 3ữ7m
Tiết diện 25x25cm, 30x 30cm; 3ữ8m
Tiết diện 30x 30cm; 9ữ12m
Tiết diện 35 x35 cm ; 13ữ15m
Tiết diện 40 x40 cm; 16m
Khi chiều dài cọc lớn hơn 16m, nếu dùng cốt thép không dự ứng lực thì tiết
diện cọc phải lớn, tốn vật liệu gây khó khăn cho vận chuyển và hạ cọc. Do vậy
khi cần chiều dài cọc lớn hơn 16m, người ta dùng thép dự ứng lực thực tế để chế
tạo cọc. Dùng thép dự ứng lực, có thể chế tạo cọc với chiều dài đến 25m.
1.3.2.2.2. Cọc bêtông cốt thép tiết diện vuông với lỗ rỗng tròn
U

Móng cọc được sử dụng nhiều trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, do
vậy một yêu cầu đặt ra là phải tiết kiệm chi phí bêtông, cốt thép và phải giảm
trọng lượng cọc. Nhằm mục đích đó, người ta dùng cọc rỗng. Để đảm bảo chế tạo
được thuận tiện người ta thấy nên tạo lỗ rỗng theo toàn bộ chiều dài của cọc.
Bêtông để chế tạo cọc cần dùng loại mác 300.
Cọc tiết diện vuông với lỗ rỗng tròn không vát nhọn ở đầu vì làm như vậy sẽ
phức tạp trong chế tạo và nhất là lúc đó chiều dày bêtông ở mũi cọc sẽ bé, dễ bị
vỡ khi vận chuyển, cất xếp và đóng cọc. Nếu cần bịt kín mũi cọc khi hạ xuống
đất, thì người ta chế tạo mũi cọc riêng biệt rồi sau đó gắn vào lỗ rỗng của cọc tạo


21

thành nhân đất nén chặt. Có thể dùng loại cọc này để hạ vào đất sét dẻo mềm, dẻo
cứng, cát, cát pha xốp, hoặc chặt trung bình. Khi đất cứng và nửa cứng nếu dùng
loại cọc này thì phải chú ý đảm bảo cho bêtông thành cọc không bị phá vỡ do
đóng hoặc rung khi hạ cọc.
Khi dùng cọc ngắn tiết diện vuông với lỗ rỗng và có mũi bằng bêtông (mũi
cọc được chế tạo riêng) đóng vào đất chặt trung bình thì tiết kiệm được 20ữ25%
bêtông so với cọc đặc có cùng tiết diện và khi đóng cọc có thể dùng búa nhẹ hơn.
Cọc rỗng với mũi hở hoặc bịt kín được dùng khi tải trọng không lớn.
1.3.2.2.3. Cọc nối
U

Trong thực tiễn có khi phải xây dựng nhà và công trình lên vùng đất yếu có
chiều dày lớn. Nếu cùng một cọc nguyên thì sẽ gặp nhiều khó khăn không thể
vượt qua được, như không cẩu nâng, vận chuyển được, búa máy phải có bộ phận
định hướng quá cao... Trong trường hợp này dùng cọc nối sẽ có lợi.
Đây là loại cọc có tiết diện đặc hoặc rỗng, cọc ống được nối từ những đoạn
có chiều dài đến 8m. Chiều dài tổng cộng của các đoạn nối lại có thể đạt đến 30m

hay hơn nữa. Các đoạn cọc được nối lại với nhau bằng buloong hay mối hàn. Sau
khi hạ đoạn cọc thứ nhất đến độ sâu nhất định, người ta đưa đoạn thứ hai lên thiết
bị hạ cọc rồi nối với đoạn thứ nhất, xong lại tiếp tục hạ cọc. Cứ như vậy người ta
tạo được cây cọc nối với chiều dài cần thiết. Có thể nối bằng cách đặt sẵn mặt
bích hàn với thép cọc trong cọc, sau đó đổ bêtông cọc. Khi thi công dùng phương
pháp hàn và hàn theo chu tuyến để nối hai mặt bích của hai đoạn cọc với nhau.
Cọc nối có những nhược điểm như khó bảo đảm cho trục các đoạn cọc trùng
nhau, khi hạ cọc, các đoạn cọc có thể gẫy hoặc đứt chỗ nối. Các mặt bích thép
tiếp xúc với đất có thể bị ăn mòn nhất là khi mối nối đó không được quét bi tum
hay quét các màng bảo vệ khác lại nằm trong phạm vi đất lấp hay nước ngầm có
tính ăn mòn mạnh. Nếu tại chỗ nối, các đoạn tiếp xúc không tốt với nhau thì tại
đó, sức chịu tải của cọc theo vật liệu sẽ giảm, hơn nữa, việc nối các đoạn cọc lại
với nhau tiến hành khi hạ cọc sẽ kéo dài thời gian thi công, làm tăng giá thành.
1.3.2.2.4. Cọc tháp
U

Cọc tháp có hình dạng giống như cái tháp ngược có tiết diện ngang ở đầu
cọc 60x60, 70x70, 80x80cm. Tiết diện mũi cọc 5x5 cm, 10x10cm. Bêtông chế
tạo cọc được dùng loại mác 200, lớp bảo vệ không mỏng hơn 25mm.


22

Kết quả thực nghiệm cho thấy với kích thước cọc dà 1,25ữ3,5m, tiết diện ở
đầu cọc 50 x50 ữ 80 x 80cm, tiết diện mũi cọc 10 x 10cm thì cọc tháp có sức chịu
tải tăng 2,5ữ3,5 lần so với cọc lăng trụ khi thể tích và độ lún của chúng như nhau.
Do vậy móng cọc tháp được dùng khá nhiều ở Liên Xô cũ. ở Việt Nam
trước đây đã dùng cho mội số công trình ở Hà Nội, Hải Phòng.
Vì làm việc như một cái nêm nên cọc tháp thực hiện được hai chức năng:
- Nén chặt một thể tích đất khá lớn trong quá trình hạ cọc làm cho trọng

lượng thể tích của đất trong vùng đó tăng lên nhiều.
- Truyền áp lực pháp tuyến với trị số nhỏ qua mặt bên của cọc lên đất đã
được nén chặt. Tuy nhiên cọc tháp thì dùng được trong một số điều kiện địa chất
công trình nhất định và theo một số chuyên gia thì trong những điều kiện như vậy
không cần dùng móng cọc. Hiện nay, ở Việt Nam cọc tháp không dùng nữa.
- Cọc nêm: Tương tự như cọc tháp nhưng chỉ vát hai mặt bên đối diện hai
mặt bên còn lại là không vát.
1.3.2.2.5. Cọc bêtông cốt thép đúc sẵn với đế mở rộng
U

Trong nhiều trường hợp sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc lớn hơn
nhiều so với sức chịu tải theo đất nền. Do vậy muốn tăng sức chịu tải của cọc có
thể không cần tăng tiết diện cọc trên toàn bộ chiều dài mà chỉ cần tăng đế. So với
cọc không tăng đế, loại cọc có đế mở rộng chịu được tải trọng lớn hơn nhiều, nhất
là khi làm móng neo.
- Có thể mở rộng đế bằng cách nổ mìn, dùng cọc vít, dùng phương pháp cơ
học, dùng vòng đệm hình côn. Trong một số trường hợp người ta tăng sức chịu tải
của cọc bằng cách bơm vữa xi măng, bơm silicát vào nền dưới chân cọc.
- Mở rộng chân cọc bằng phương pháp nổ mìn.
Để mở rộng chân cho cọc bêtông cốt thép chế tạo sẵn, người ta khoan đến
độ sâu cần thiết rồi đặt mìn xuống đáy hố đổ bêtông vào. Mìn nổ sẽ tạo thành bầu
rỗng và bê tông sẽ ập vào, tạo thành đầu bêtông phình to. Hạ cọc bêtông cốt thép
chế tạo sẵn vào bầu đó ta được cọc với đế mở rộng
1.3.2.2.6. Cọc Xoắn
U

Cọc xoắn bao gồm hai bộ phận là thân cọc bằng bêtông cốt thép hay ống
thép và đế bằng kim loại đúc hay hàn với 1,25 vòng xoắn. Đường kính vòng vít

23

bằng 3ữ3,5 đường kính thân cọc. Cọc được hạ xuống đất: nhờ thiết bị đặc biệt
quay bằng động cơ điện và nhờ hệ thống bánh răng truyền động làm cho cọc bị
xoay và xuyên vào đất. Trong thực tế người ta cũng hạ cọc xoắn bằng thủ công,
bằng cách liên kết những cánh tay đòn với cọc rồi dùng sức người để đẩy cánh
đòn làm cọc xoay và xuyên vào đất. Cọc xoắn có thể dùng khi phải xuyên qua lớp
đất yếu có chiều dàylớn.
- Cọc có vòng đệm hình côn
Đây là cọc bêtông cốt thép chế tạo sẵn được lắp thêm vòng côn 1, Vòng côn
có một hình nón cụt úp ngược hoặc hình tháp bằng bêtông cốt thép có lỗ ở chính
giữa để cọc xuyên qua. Ngoài ra còn có một số lỗ khác để giảm bớt sức cản khi
hạ cọc.
Mặt xung quanh của vòng đệm nghiêng một góc 70ữ80 so vói đường nằm
ngang nhờ đó đất được nén chặt khi hạ vào đất. Sau khi đóng cọc đến độ sâu thiết
kế, người ta hạ vòng côn xuống đất đến độ sâu lớn hơn chiều cao của vòng côn
rồi liên kết với cọc.
Loại cọc này làm tăng sức chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang lên rất
nhiều. Khi có tải trọng ngang nhờ có đất tiếp xúc với mặt xung quanh của côn đã
được nén chặt và bề mặt tiếp xúc đó lớn nên sức cản sẽ lớn. Do đó, móng cọc có
đệm hình côn chịu được tải trọng ngang lớn mấy lần so với cọc có cùng tiết diện
nhưng không lắp côn.
- Tăng đế cọc bằng phương pháp cơ học
Người ta dùng phương pháp cơ học để tăng đế cọc bêtông cốt thép chế tạo
sẵn.
- Cọc bơm
Ngoài các phương pháp tạo đế mở rộng như đã nêu, ở Hunggari người ta đã
dùng loại cọc bơm. Đặc điểm của loại cọc này là nền dưới chân cọc được gia cố
bằng phương pháp ximăng hoá hoặc phương pháp hai dung dịch của Iusten (thuỷ
tinh lỏng + chất hoá rắn) tạo thành một khối như cọc có đế mở rộng. Các dung

dịch này được bơm vào đất qua ống thép đặt theo trục dọc của cọc.
- Cọc bơm có thể làm dưới dạng cọc bêtông cốt thép chế tạo sẵn cũng như
cọc nhồi.


24

1.3.2.2.7. Cọc nạng
U

Có thể dùng cọc lăng trụ để làm cọc nạng. Lúc đó mũi cọc chỉ vát một phía
và được hạ xuống từng cặp một. Cọc được trang bị mũi cọc có cấu tạo đặc biệt và
các cọc được liên kết bản lề với nhau ở đầu cọc. Khi hạ cọc, áp lực của đất theo
mặt nghiêng của cọc sẽ gây ra mômen làm cọc bị quay trong đất quanh bản lề ở
đầu cọc. Nếu cọc dài thì nó sẽ không quay được nhiều trong đất và mômen uốn
trong cọc sẽ lớn. Do đó, chiều dài cọc nạng nên lấy bằng 4ữ4m. móng cọc nạng
có thể là móng băng hoặc móng đơn.
1.3.2.2.8. Cọc cột
U

Sở dĩ gọi là cọc cột vì kết cấu này vừa làm nhiệm vụ của cọc vừa là cột cho
công trình.
Cần lưu ý là cọc cột có thể chệch khỏi vị trí thiết kế. Để hạ cọc được chính
xác, người ta có thể khoan lỗ với đường kính lớn hơn tiết diện ngang cọc rồi hạ
cọc vào và đổ bêtông chèn vào khe giữa cọc và đất.
1.3.2.2.9. Cọc ép Mêga
U

Loại cọc này được chế tạo sẵn bằng những cấu kiện có kích thước tiết diện
ngang 25 x25cm và 30 x 30cm, dài 60 ữ 80cm. Các đoạn cọc được lắp đối đầu

với nhau rồi hàn trong quá trình ép cọc. Loại cọc này dùng để gia cường, sửa
chữa móng rất thích hợp vì lúc đó trọng lượng của công trình sẽ được dùng làm
đối trọng để ép cọc. Do dùng phương pháp ép nên khi thi công không gây ra sự
chấn động ảnh hưởng đến đoạn cọc ngắn nên khi thi công trong điều kiện chật
chội - thường gặp khi sửa nhà- sẽ không gặp khó khăn.
1.3.2.2.10. Cọc ống bêtông cốt thép
U

Cọc ống bêtông cốt thép được dùng nhằm mục đích giảm trọng lượng cọc và
truyền tải trọng lớn xuống nền.
Khi cần dùng cọc với chiều dài lớn, người ta nối các đoạn cọc ống lại với
nhau bằng mối hàn hoặc dùng bulông.
Cọc ống có thể được hạ xuống đất với mũi bịt kín hoặc hở. Nếu cần bịt mũi
cọc thì người ta chế tạo mũi cọc riêng. Sau đó dùng bulông nối với cọc. Khi hạ
cọc vào đất yếu có chiều dày lớn, mũi cọc chưa đạt đến đất chắc đến độ sâu thiết
kế thì đổ bêtông vào lòng ống.


25

Cọc ống đường kính lớn: nhờ máy rung công suất lớn, người ta có thể hạ các
ống thành mỏng bằng bêtông cốt thép (còn gọi là cọc ống) có đường kính lớn
xuống đất, được dùng trong thực tế có đường kính từ 1,0 ữ 6m. Kinh nghiệm xây
dựng cho thấy dùng loại cọc ống có đường kính từ 1ữ3m là kinh tế hơn cả. Do
được hạ xuống đất bằng máy rung nên trọng lượng của cọc ống nhỏ vì vậy chi phí
vật liệu ít hơn. Các máy rung có công suất lớn hơn cho phép dễ dàng hạ cọc ống
đến độ sâu 50m hoặc hơn nữa, phương pháp này có các ưu điểm:
- Toàn bộ quá trình chế tạo, hạ cọc ống được cơ giới hoá hoàn toàn nên
giảm thời gian thi công.
- Tận dụng được độ bền vật liệu móng nên giảm được chi phí bêtông đáng

kể.
Vì các ưu điểm vừa nêu cọc ống được dùng khá nhiều trong xây dựng cầu
cũng như xây dựng dân dụng, công nghiệp.
Khi hạ cọc ống đến đá cứng, người ta khoan vào đá đặt cốt thép rồi đổ
bêtông để liên kết cọc ống với đá.
Chiều sâu ngàm cọc ống vào đá tuỳ thuộc vào loại đá xác định theo tính
toán.
Khi chân cọc ống tỳ lên đất nó phải được cắm sâu vào lớp đất chắc 2m và
bề dày lớp chịu lực phải 1,5d (d - đường kính cọc ống). Nếu phía dưới lớp chịu
lực là lớp đất yếu, thì phải kiểm tra áp lực là lớp đất yếu.
Hiện nay, người ta dùng 2 loại cọc ống.
- Lắp ghép từ những đoạn cọc ống chế tạo sẵn.
- Lắp ghép từ những đoạn cọc ống mà bản thân mỗi đoạn này được ghép từ
những panen.
Loại thứ hai có thể dùng khi cọc ống có đường kính 3m. Các panen được
chế tạo trong máy cán riêng. Tại các hiện trường các panen được liên kết với nhau
nhờ các cốt thép ngang chờ sẵn rồi trát kín các nối lại.
Các đốt cọc ống có thể được chế tạo trong máy ly tâm hoặc trong ván khuôn
thẳng đứng.
Móng cọc ống được dùng dạng đài thấp và đài cao. Loại đài cao hay được
dùng hơn.