Nghiên cứu giải pháp ứng dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trên địa bàn thành phố sóc trăng

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số
liệu kết quả trình bày trong luận văn này là đúng sự thật, có nguồn gốc rõ ràng và chưa
được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào.
Tác giả

Nguyễn Xuân Vinh Hiển

i


LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành là thành quả của sự cố gắng, nỗ lực hết mình và sự giúp đỡ
tận tình của các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội,
đặc biệt dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy TS. Nguyễn Văn Lộc.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, đã tận tâm hướng dẫn khoa
học suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến khi hoàn thành luận
văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công
trình đã giúp đỡ và tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Tác giả

Nguyễn Xuân Vinh Hiển

ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH..................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG..................................................................................vii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................... 1
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 1
3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 1
4. Kết quả dự kiến đạt được............................................................................................. 2
5. Bố cục luận văn ........................................................................................................... 2
Mở đầu ............................................................................................................................. 2
Chương 1. Tổng quan về móng cọc và cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ........................ 2
Chương 2. Phương pháp tính toán cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ............................... 2
Chương 3. Tính toán, ứng dụng cho công trình nhà dân dụng trên địa bàn thành phố
Sóc Trăng ......................................................................................................................... 2
Kết luận và kiến nghị ....................................................................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC VÀ CỌC KHOAN NHỒI ĐƯỜNG
KÍNH NHỎ .................................................................................................................... 3
1.1. Tổng quan về móng cọc ............................................................................................ 3
1.1.1 Định nghĩa và phân loại .......................................................................................... 3
1.1.1.1 Định nghĩa: .......................................................................................................... 3
1.1.2 Dự báo sức chịu tải của cọc .................................................................................... 5
1.2. Tổng quan về móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ............................................... 5
1.2.1 Khái niệm ............................................................................................................... 5
1.2.2 Lịch sử phát triển .................................................................................................... 5
1.2.3 Phạm vi ứng dụng ................................................................................................... 6
1.2.4 Phân loại cọc đường kính nhỏ ................................................................................ 7

1.3. Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ............................................... 7
1.3.1. Định vị tim cọc .................................................................................................... 7
iii


1.3.2. Khoan tạo lỗ, kiểm tra địa tầng, kiểm tra độ sâu ................................................ 8
1.3.2.1. Khoan tạo lỗ ....................................................................................................... 8
1.3.2.2. Kiểm tra địa tầng ................................................................................................ 9
1.3.2.3. Kiểm tra độ sâu của hố khoan .......................................................................... 10
1.3.3. Lấy phôi khoan ................................................................................................. 10
1.3.4. Gia công lồng thép và thả ống đổ ..................................................................... 10
1.3.5. Vệ sinh hố khoan .............................................................................................. 11
1.3.6. Đổ bê tông ......................................................................................................... 12
1.3.7. Phương pháp kiểm tra: ...................................................................................... 13
1.4. Kết luận chương 1 ................................................................................................... 14
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỌC KHOAN NHỒI ĐƯỜNG
KÍNH NHỎ .................................................................................................................. 15
2.1. Khái niệm về sức chịu tải của cọc đơn.................................................................... 15
2.1.1. Định nghĩa ......................................................................................................... 15
2.2. Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo độ bền vật liệu ............................. 16
2.3. Tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền................................................................... 17
2.3.1. Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm trong phòng: .............. 17
2.3.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền: ........................ 21
2.3.3. Sức chịu tải của cọc ma sát chịu nén đúng tâm ................................................ 23
2.3.4. Sức chịu tải của cọc khi chịu tải trọng nhổ ....................................................... 27
2.3.5. Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT): ..... 27
2.3.6. Sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT): .............................. 29
2.3.7. Sức chịu tải của cọc theo TCVN....................................................................... 31
2.4. Độ lún của nhóm cọc .............................................................................................. 37
2.4.1. Xác định khối móng cọc ................................................................................... 37

2.4.2. Tính lún cho móng cọc (quy ước) ..................................................................... 39
2.5. Kết luận chương 2: .................................................................................................. 41
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH NHÀ DÂN
DỤNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG ........................................... 42
3.1. Giới thiệu về công trình .......................................................................................... 42
3.1.1. Quy mô của dự án. ............................................................................................ 42
iv


3.1.2. Các kích thước chi tiết kết cấu phần trên của hạng mục được chọn để tính toán
nền móng. ...................................................................................................................... 42
3.1.3. Các điều kiện địa chất, thủy văn cơ bản............................................................ 45
3.2. Tính toán các loại tải trọng tác dụng lên công trình và tính toán nội lực cho từng
chân cột .......................................................................................................................... 46
3.3. Phân tích và đề xuất các phương án xử lý nền cho công trinhg.............................. 55
3.4. Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ ................................... 57
3.4.1. Chọn loại móng cọc và vật liệu làm cọc. .......................................................... 57
3.4.1.1. Chọn loại móng cọc. ......................................................................................... 57
3.4.1.2. Chọn kích thước cọc và đài cọc........................................................................ 57
3.4.1.3. Chọn cột đại diện để thiết kế ............................................................................ 57
3.4.1.4. Nguyên tắc tính toán sức chịu tải của cọc. ....................................................... 58
3.4.2. Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo vật liệu làm cọc ..................... 58
3.4.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền : ..................................................... 59
3.4.4. Xác định số lượng cọc ....................................................................................... 63
3.4.4.1. Xác định số lượng cọc cột điển hình cột 1 ....................................................... 63
3.4.4.2. Bố trí cọc. ......................................................................................................... 67
3.4.5. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc ................................................................... 69
3.4.6. Kiểm tra móng cọc và nền của nó theo trạng thái giới hạn II ........................... 71
3.4.7. Kiểm tra lún cho móng cọc ............................................................................... 76
3.5. Sử dụng phần mềm Geoslop tính toán sức chịu tải của cọc. .................................. 79

3.5.1. Trường hợp tính toán ........................................................................................ 79
3.5.2. Tính ứng suất và biến dạng cho móng cọc theo modul SIGMA/W .................. 82
3.5.2.1. Trình tự tính toán theo modul SIGMA/W ........................................................ 82
3.5.2.2. Kết quả tính theo modul SIGMA/W ................................................................ 83
3.6. Phân tích các kết quả tính và nhận xét. ................................................................... 86
3.7. Kết luận chương 3 ................................................................................................... 87
1. Kết luận và kiến nghị ................................................................................................. 88
2. Một số điểm còn tồn tại ............................................................................................. 88
3. Kiến nghị ................................................................................................................... 88

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1a: Cấu tạo móng cọc đài thấp: 1- cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần trên ............ 3
Hình 1.1b: Cấu tạo móng cọc đày cao: 1 cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần trên .............. 3
Hình 1.2 Khoan tạo lỗ cọc ............................................................................................... 9
Hình 1.3 Cho cốt thép vào lỗ khoan ............................................................................. 10
Hình 1.4 Hình ảnh các bước thi công cọc khoan nhồi mini .......................................... 13
Hình 2.1: Sơ đồ tính lún của móng cọc ......................................................................... 37
Hình 2.2: Xác định kích thước móng khối quy ước đối với nền đồng chất .................. 38
Hình 2.3: Xác định kích thước móng khối quy ước khi trong nền có tầng đất yếu ..... 38
Hình 2.4 Xác định kích thước móng khối quy .............................................................. 39
ước đối với nền đất nhiều lớp ........................................................................................ 39
Hình 3.1: Mặt đứng tòa nhà theo phương Y. ................................................................ 44
Hình 3.2: Mặt bằng tòa nhà ........................................................................................... 45
Hình 3.3 : Mặt cắt địa chất khu vực xây dựng công trình ............................................. 46
Hình 3.4: Mô phỏng mô hình tòa nhà trên Sap2000 ..................................................... 47
Hình 3.5: Mặt bằng bố trí cột trên công trình ............................................................... 48
Hình 3.6: Bố trí cọc trong đài 4 cọc. ............................................................................. 67

Hình 3.7: Bố trí cọc trong đài 5 cọc. ............................................................................. 67
Hình 3.8: Bố trí cọc trong đài 6 cọc. ............................................................................. 68
Hình 3.9: Bố trí cọc trong đài 9 cọc. ............................................................................. 68
Hình 3.10: Bố trí móng cọc cho toàn bộ côt trong công trình ...................................... 69
Hình 3.11: Sơ đồ tính toán móng cọc cột 1 .................................................................. 70
Hình 3.12: Sơ đồ khối móng quy ước .......................................................................... 72
Hình 3.13. Khối móng quy ước ..................................................................................... 74
Hình 3.14. Ứng suất đáy khối móng quy ước ............................................................... 78
Hình 3.15. Sơ đồ tính lún cho móng cọc ....................................................................... 81
Hình 3.16. :. Sơ đồ mô hình tính toán của bài toán ....................................................... 83
Hình 3.17. Lưới chuyển vị ............................................................................................ 83
Hình 3.18. Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng .................................................. 84
Hình 3.19. Đường đẳng chuyển vị ngang ..................................................................... 84
Hình 3.20. Đường đẳng ứng suất theo phương đứng .................................................... 85
Hình 5.21. Các giá trị lún tại điểm tâm móng ............................................................... 85
Hình 3.22:. Biểu đồ chuyển vị theo phương Y ............................................................. 86

vi


DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG
Bảng 2.1. Bảng xác định hệ số ktc ................................................................................. 17
Bảng 2.2. Sức kháng ma sát giữa thành cọc và đất fi .................................................... 18
Bảng 2.3. Hệ số mf......................................................................................................... 19
Bảng 2.4- các hệ số của công thức (2.4)........................................................................ 20
Bảng 2.5- Trị số qp ......................................................................................................... 21
Bảng 2.6. Sức kháng ma sát giữa thành cọc và đất fi .................................................... 24
Bảng 2.7. Hệ số mf ........................................................................................................ 25
Bảng 2.8. Các hệ số của công thức trên ........................................................................ 26
Bảng 2.9. Trị số qp ......................................................................................................... 27

Bảng 2.10. Bảng xác định hệ số Kc và α theo loại đất .................................................. 29
Bảng 2.11. Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất γcf ............................................ 34
Bảng 2.12 - Các hệ số α1, α2 , α3 và α4 trong công thức (2.24) ................................. 35
Bảng 2.13. Cường độ sức kháng qb, của đất dính dưới mũi cọc nhồi .......................... 36
Bảng 2.14. Giá trị hệ số Ko để xác định các ứng suất σz ............................................... 40
dưới tâm diện tích chịu tải ............................................................................................. 40
Bảng3.1: Tài liệu địa chất nền và các chỉ tiêu cơ lý dung trong tính toán. ................... 46
Bảng 3.2: Kết quả tính toán nội lực chân cột từ phần mềm Sap2000. .......................... 49
Bảng 3.3: Sức chịu tải dọc trục theo điều kiện vật liệu. ............................................... 58
Bảng 3.4 : Bảng tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền của cọc D450 mm. ................ 60
Bảng 3.5 : Bảng tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền của cọc D500 mm. ................ 61
Bảng 3.6 : Bảng tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền của cọc D600 mm. ................ 62
Bảng 3.7 : Kết quả sức chịu tải của cọc đơn ................................................................. 63
Bảng 3.8: Sơ bộ tính toán số lượng cọc cho phương án tiết diện D500. ....................... 64
Bảng 3.9. Cường độ tiêu chuẩn của đất nền dưới cọc ................................................... 76
Bảng 3.10: Tính ứng suất tại tâm móng. ....................................................................... 78

vii



MỞ ĐẦU
1. 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 được 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 (nhà xây chèn) là một vấn đề đặt ra trong điều kiện thi công hiện tại trên địa bàn
thành phố Sóc Trăng. Do đó, việc nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng cọc
siêu nhỏ trong địa bàn thành phố Sóc Trăng là cấp thiết. Các nghiên cứu này bước đầu
có thể cung cấp cơ sở cho việc xây dựng phương pháp tính toán và thiết kế cọc siêu
nhỏ trong điều thành phố Sóc Trăng. Giải quyết vấn đề trên đây sẽ giúp hoàn thiện
thêm lý thuyết tính toán và ứng dụng móng cọc trong điều kiện địa chất của thành phố
Sóc Trăng, đồng thời tăng thêm sự lựa chọn cho người thiết kế về các giải pháp móng
khi thiết kế các công trình xây dựng.
Xuất phát từ yêu cầu trên việc nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng cọc khoan
nhồi đường kính nhỏ vào điều kiện thành phố Sóc Trăng để xử lý, gia cố nền móng các
công trình xây dựng là rất cần thiết.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Phân tích, xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính nhỏ theo lý thuyết và
xác định độ lún của móng cọc.
- Ứng dụng tính toán xử lý nền cho công trình tòa nhà 10 tầng ở thành phố Sóc Trăng.
3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về cọc khoan nhồi, phân loại cọc khoan nhồi đường kính nhỏ.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi

1


- Phương pháp phân tích lý thuyết: nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính toán sức chịu tải
của cọc khoan nhồi.
- Phương pháp phần tử hữu hạn, với việc sử dụng phần mềm Geo-slope, Plaxis để
phân tích, kiểm tra biến dạng.
- Áp dụng tính toán cọc khoan nhồi đường kính nhỏ trong điều kiện thực tế trên địa
bàn thành phố Sóc Trăng.
4. Kết quả dự kiến đạt được
- Hiểu biết cơ sở lý thuyết tính toán móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ.

- Ứng dụng tính toán móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ xử lý nền cho công trình
tòa nhà 10 tầng ở thành phố Sóc Trăng.
5. Bố cục luận văn
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan về móng cọc và cọc khoan nhồi đường kính nhỏ
Chương 2. Phương pháp tính toán cọc khoan nhồi đường kính nhỏ
Chương 3. Tính toán, ứng dụng cho công trình nhà dân dụng trên địa bàn thành
phố Sóc Trăng
Kết luận và kiến nghị

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC VÀ CỌC KHOAN NHỒI
ĐƯỜNG KÍNH NHỎ
1.1.

Tổng quan về móng cọc [2]

1.1.1 Định nghĩa và phân loại
1.1.1.1 Định nghĩa:
Móng cọc là một trong những móng đựơc sử dụng rộng rãi hiện nay. Người ta có thề
đóng, hạ những đoạn cọc lớn xuống các tầng đất sâu, nhờ đó tăng khả năng chịu tải
trọng của móng.
Hình 1.1a,b thể hiện 2 loại móng cọc: móng cọc đài thấp và đài cao. Móng cọc bao
gồm 3 bộ phận: cọc, đài cọc, đất bao quanh cọc.
- Cọc là bộ phận chính có tác dụng truyền tải trọng từ công trình lên đất ở đầu mũi và
xung quanh cọc.
- Đài cọc liên kết các cọc thành một khối và phân phối tải trọng công trình lên các
cọc.

- Đất xung quanh cọc tiếp thu một phần tải trọng và phân bố đều hơn lên đất đầu mũi
cọc.

Hình 1.1a: Cấu tạo móng cọc đài thấp:
1- cọc; 2- đài cọc;
3- kết cấu phần trên

Hình 1.1b: Cấu tạo móng cọc đày cao:
1 cọc; 2- đài cọc;
3- kết cấu phần trên

3


1.1.2 Phân loại
Các loại cọc hiện nay khá đa dạng về chủng loại vật liệu, kích thước và biện pháp thi
công. Mỗi loại cọc đều có những ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng khác nhau.
- Theo vật liệu người ta chia cọc ra thành các loại như sau:
Cọc gỗ: vật liệu sử dụng là gỗ, dài từ 5-7m, đường kính từ 20-30cm.
Cọc tre: Sử dụng các loại tre gốc, đặc chắc.
Cọc bê tông: Vật liệu sử dụng là bê tông, sử dụng cho cọc chịu nén.
Cọc bê tông cốt thép: vật liệu sử dụng là bê tông cốt thép, loại cọc ày được sử dụng
nhiều nhất.
Cọc thép: Vật liệu là thép I, H, C, loại cọc này dễ bị gỉ khi tiếp xúc với nước, đặc biệt
là nước măn.
Ngoài ra có có các loại cọc thép bê tông, cọc liên hợp, tuy nhiên các loại cọc này ít
được sử dụng
- Theo phương thức làm việc người ta chia cọc thành các loại như sau:
Cọc chống: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu là lực chống của đất, đá tại mũi cọc.
Cọc ma sát: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu là do ma sát mặt bên của cọc và đất xung

quanh thân cọc.
Cọc hổn họp: Là cọc có sức chịu tải kết hợp giữa hai loại trên.
- Theo phương pháp hạ cọc người ta phân ra thành các loại sau:
Cọc đóng: Là cọc được chế tạo sẵn, được hạ xuống bằng búa treo hoặc búa Diezel
hoặc hạ xuống bằng búa máy rung có thể khoan dẩn hoặc không.
Cọc ép: Là cọc được chế tạo sẵn, được hạ xuống bằng thiết bị ép thủy lực.
Cọc khoan nhồi: Là cọc có tiết diện hình tròn được thi công bằng cách khoan tạo lỗ
trong đất với phương pháp khoan hoặc ống thiết bị
4


1.1.2 Dự báo sức chịu tải của cọc
Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 10304: 2014- Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế. Để
dự báo sức chịu tải của cọc người ta có thể dùng các phương pháp sau:
- Theo độ bền của đất nền;
- theo chỉ tiêu cơ lý của đất đá;
- Theo kết quả xuyên tĩnh (CPT);
- Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT);
- Theo kết quả các thí nghiệm hiện trường;
- Theo kết quả nén tĩnh cọc/
1.1.3 Dự báo độ lún của móng cọc
Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 10304: 2014- Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế. Để
dự báo sức độ lún của móng cọc người ta có thể dùng các phương pháp sau:
- Dựa trên quan hệ ứng suất, biến dạng theo lý thuyết bán không gian biến dạng.
- Phương pháp móng khối quy ước
- Theo lý thuyết bài toán phẳng
- Phương pháp lớp biến dạng tuyến tính
1.2.

Tổng quan về móng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ [4]

1.2.1 Khái niệm
Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ-cọc mini (Micropile) là loại cọc có đường kính từ
300-600 (mm). Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ được dùng hiệu quả cho công trình có
diện tích nhỏ hơn 70m2 và chiều cao lớn hơn 4 tầng. Cọc bê tông cốt thép có đường
kính nhỏ từ 300-600 (mm) có sức chịu tải từ 30 đến 120 tấn trên 1 cọc tùy thuộc vào
địa chất công trình.
1.2.2 Lịch sử phát triển

5


Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ đã được nghiên cứu phát triển cách đây trên 100 năm
xuất phát từ nhu cầu cải tạo sửa chữa các công trình kiến trúc cổ đại tại ltalia do kiến
trúc sư P.Lizz phát minh và đưa vào ứng dụng. Với lịch sử phát triển 100 năm cọc
khoan nhồi đường kính nhỏ đã sử dụng rộng rãi trên thế giới (Ý, Mỹ, Đức, Trung
Quốc ….) với các ứng dụng khác nhau như xây dựng các công trình xây chèn trong
thành phố, cải tạo sửa chữa, phục hồi các công trình kiến trúc văn hóa.
Ban đầu, đa số các ứng dụng của cọc siêu nhỏ là được sử dụng vào việc xây móng kết
cấu tại các môi trường 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 lưới. Các hệ thống
này bao gồm nhiều loại cọc siêu nhỏ dạng thẳng đứng và dạng nghiêng kết hợp với
mạng lưới ba chiều, tạo ra một kết cấu phức hợp hạn chế chuyển vị ngang. Mạng lưới
cọc siêu nhỏ dạng mắt lưới được ứng dụng vào quá trình làm ổn định độ dốc, gia cố
tường bờ kè, bảo vệ các kết cấu chôn ngầm, các móng đỡ kết cấu và mặt đất khác.
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 nước trên thế giới là
tương đối giống nhau và do đó, tiếp tục thúc đẩy sự phát triển của nhu cầu sử dụng cọc
siêu nhỏ.

Từ năm 2001 đã được ứng dụng trong công trình xây dựng đầu tiên tại thành phố Hà
nội, đã dược thị trường xây dựng thành phố Hà Nội chấp nhận và phát triển rất mạnh
cho đến nay . Hiện nay công nghệ sử lý bằng khoan nhồi đường kính nhỏ đã áp dụng
cho hàng ngàn công trình xây dựng dân dụng nhà ở dân cư, nhà cao tầng khách sạn
văn phòng .Tuy nhiên, ưu thế chính của công nghệ chính là các công trình nhiều tầng
xây chen trong thành phố, nơi có mặt bằng thi công chật hẹp, dễ gây ảnh hưởng đến
các công trình lân cận. Chính vì vậy, nhiều chủ đầu tư đã quyết định chọn giải pháp thi
công này cho công trình của mình.
1.2.3 Phạm vi ứng dụng
Cọc nhồi đường kính nhỏ được nghiên cứu, ứng dụng như một giải pháp trung gian
giữa cọc đóng, ép và cọc nhồi đường kính lớn.Với các ưu điểm về kỹ thuật, độ an toàn
6


của cọc nhồi đường kính lớn và giá thành cọc ép, phạm vi áp dụng của cọc nhồi đường
kính nhỏ khá rộng, từ công trình thấp tầng đến cao tầng, áp dụng trong mọi các điều
kiện khác nhau, không ảnh hưởng đến các công trình lân cận, có thể sử dụng làm cọc
nhổ, cọc chịu uốn ….
Đặc biệt, thiết bị thi công nhỏ gọn, cọc khoan nhồi đường kính nhỏ có thể thi công tốt
trong điều kiện mặt bằng chật hẹp và sức chịu tải cao. Các công trình có yêu cầu về
bảo đảm an toàn cho các công trình lân cận, cần tránh xảy ra tranh chấp, đền bù hư
hỏng cho quá trình xây dựng.Ngoài ra, cọc khoan nhồi đường kính nhỏ còn áp dụng
cho các công trình cầu, móng hàng rào, tường bao cho tầng hầm, công trình trên bờ
sông..., các công trình có địa tầng xen kẹp phức tạp.
1.2.4 Phân loại cọc đường kính nhỏ
Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính nhỏ: Đường kính từ 300÷700mm (cọc
mini); chịu tải trọng từ 30÷160 tấn/đầu cọc; thường dùng cho các nhà 4, 5 tầng. Trên
thực tế, loại cọc mini-BTCT dùng tốt cho các nhà có diện tích >70m2 × 4 tầng.
Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính lớn: Thường cọc có đường kính
D=800÷3000mm, sâu 35÷60m và có thể >100m.

Phân loại theo tác dụng làm việc giữa đất và cọc
- Cọc chống: truyền tải trọng lên lớp đất đá có cường độ lớn, vì thế lực ma sát ở mặt
xung quanh cọc thực tế không xuất hiện và khả năng chịu tải của cọc chỉ phụ thuộc
khả năng chịu tải của đất đầu mũi cọc.
- Cọc treo (cọc ma sát): Đất bao quanh cọc là đất chịu nén (đất yếu) và tải trọng được
truyền lên nền nhờ lực ma sát ở xung quanh cọc và cường độ của đất đầu mũi cọc.
- Nói chung cọc khoan nhồi thường có chiều dài lớn để vươn tới tầng đá gốc hoặc các
lớp đất đá có cường độ lớn ở sâu, do đó khả năng chịu tải của cọc phụ thuộc vào cả
khả năng chịu tải của đất đầu mũi cọc và sức kháng của đất xung quanh cọc.
1.3.

Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ [5]

1.3.1. Định vị tim cọc
7


Căn cứ vào bản vẽ thiết kế để triển khai, do đặc điểm hiện trường thi công cọc nhồi rất
sình lầy (vì phôi khoan và dung dịch trộn lẫn) rất dễ làm mất dấu định vị của các cọc,
hoặc thiết bị khoan di chuyển sẽ làm lệch, phá dấu định vị. Do vậy cách làm tiện ích
nhất như sau: Chọn hai trục trên bản vẽ vuông góc tạo thành hệ tọa độ khống chế, 4
mốc của hệ trục này được gửi lên chỗ an toàn nhất (có thể ở bên ngoài khu vực xây
dựng). Từ hệ tọa độ này sẽ triển khai xác định các vị trí tim cọc. Trước khi tiến hành
khoan tại vị trí mỗi tim cọc phải kiểm tra lại một lần nữa.
Sai số định vị tim cọc sau khi thi công không được lệch quá 1/3 đường kính cọc.
1.3.2. Khoan tạo lỗ, kiểm tra địa tầng, kiểm tra độ sâu
1.3.2.1. Khoan tạo lỗ
Trước khi khoan tạo lỗ phải kiểm tra độ thẳng đứng dây dọi của tháp dẫn hướng cần
khoan để đảm bảo lỗ khoan không bị xiên lệch quá độ nghiêng cho phép (1/100).
Kiểm tra độ lệch xiên hiện trường tiện lợi và nhanh nhất bằng cách xem việc lắp ráp

các ống đổ bê tông từng đoạn. Ống đổ bê tông có đầu hở để đưa bê tông xuống đáy hố,
khi lỗ khoan bị lệch nghiêng thì không thể đưa ống đổ xuống đáy hố được, tự thân ống
bằng kim loại sẽ xuống theo đường dây dọi do trọng lượng bản thân ống gây ra.
Trong quá trính khoan tạo lỗ, dung dịch khoan sẽ đi tuần hoàn từ đáy giếng khoan rồi
trồi lên hố lắng và mang theo một phần mùn khoan nhỏ lên cùng. Nếu trong quá trình
khoan gặp địa tầng thấm lớn, dung dịch khoan sẽ bị thấm nhanh, phải nhanh chóng
điều chỉnh tỉ trọng của dung dịch bằng cách hòa thêm vào một lượng bột sét hoặc
bentonite tương thích
Ngoài nhiệm vụ vận chuyển mùn khoan lên hố lắng, dung dịch còn có nhiệm vụ giữ
căn bằng thủy tĩnh nhằm ổn định thành hố khoan. Do đó, trong mọi trường hợp ngừng
thi công do thời tiết hay phải ngừng qua đêm, người kỹ thuật phải xác định chắc chắn
rằng hố khoan đầy dung dịch và không bị thấm đi trong thời gian ngừng thi công.

8


Hình 1.2 Khoan tạo lỗ cọc

1.3.2.2. Kiểm tra địa tầng
Trước tiên kỹ thuật viên thi công hoặc kỹ sư giám sát phải đọc kỹ hồ sơ khảo sát địa
chất để nắm rõ địa tầng mô tả khi thi công. Kỹ thuật viên phải có nhiều kinh nghiệm
để nhận biết được các địa tầng thực tế có thể sai lệch nhiều hoặc gần đúng như cột địa
tầng mô tả trong hồ sơ khảo sát ban đầu. Điều này phải dựa vào tốc độ khoan, màu sắc
dung dịch, thành phần mùn khoan, mức độ rung, lắc của máy khoan.
Kết quả địa tầng của từng cọc được ghi rõ trong hồ sơ lí lịch cọc.
Trong trường hợp địa tầng mô tả ở lý lịch cọc quá khác biệt với hồ sơ khảo sát địa chất
ban đầu, giám sát thi công phải báo cho bên tư vấn thiết kế biết để có những quyết
định cần thiết.

9

1.3.2.3. Kiểm tra độ sâu của hố khoan
Dùng thước dây có treo quả dọi thả xuống hố khoan sau khi vệ sinh hố khoan hoặc đo
chiều dài của từng cần khoan (hoặc ống đổ bê tông) để xác định.
1.3.3. Lấy phôi khoan
Ta dùng mũi khoan có nắp (mũi khoan lapel) thả xuống tận đáy hố để kéo đất lên. Khi
cần thiết phải kéo hai lần. Sau đó thả lồng sắt và các ống đổ bê tông được nối và thả
xuống đáy hố.
1.3.4. Gia công lồng thép và thả ống đổ
Căn cứ vào bản vẽ thiết kế để kiểm tra cốt thép. Đường kính của thép đai, thép dọc,
loại thép đều được kiểm tra bởi giám sát của hai bên trước khi đưa vào giếng khoan.
Chiều dài phần sắt nối chống giữa các cốt thép≈20d (với d: đường kính cốt thép dọc).
Kiểm tra con kê bảo vệ và neo lồng sắt vào miệng hố khoan.
Ống đổ phải được làm sạch các bùn đất. Vữa bê tông còn dính trong lần đổ trước hoặc
trong lúc bảo quản và di chuyển.

Hình 1.3 Cho cốt thép vào lỗ khoan

10


1.3.5. Vệ sinh hố khoan
Đây là công đoạn quan trọng nhất trong quá trình thi công cọc khoan nhồi. Trong quá
trình khoan lượng phôi khoan không thể trồi lên hết. Thêm vào đó, khi ngừng khoan,
những phôi khoan lơ lửng trong dung dịch sẽ lắng trở lại xuống đáy hố khoan, hoặc
những phôi khoan có kích thước lớn mà dung dịch không thể đưa lên khỏi hố khoan
được. Vì vậy, sau khi khoan đến chiều sâu thiết kế cần tiến hành vệ sinh hố khoan. Có
2 phương pháp vệ sinh hố khoan :
Phương pháp dùng khí nén:

- Dùng ống PVC hoặc ống kim loại có đường kính từ 60 đến 100 mm (càng lớn càng
dễ bơm) đưa vào trong lòng ống đổ bê tông và xuống tới đáy hố. Dùng khí nén áp suất
cao, thổi ngược dung dịch từ trong lòng ống đổ ra ngoài.
- Trong khi đó, phía ngoài vành xuyến (khoảng không gian giữa thành ống đổ và thành
giếng khoan), dung dịch khoan được cấp bổ sung liên tục và di chuyển vào bên trong
ống đổ ra ngoài. Trong quá trình vận động, dung dịch sẽ mang các vật liệu thô còn sót
lại trong giếng lên khỏi miệng giếng. Quá trình được tiến hành cho đến khi không còn
cặn lắng, không còn vật liệu thô lẫn trong dung dịch là được.
Chú ý:
+ Trong quá trình bơm khí nén, hố khoan phải luôn luôn được cấp dung dịch đủ nhằm
ổn định thành giếng.
+ Trong thực tế, để kiểm tra độ sạch của hố khoan, giám sát hai bên tiến hành cho vào
giếng một ít đá 1×2 cm. Trong quá trình thổi dùng lưới hứng lại để kiểm tra. Khi
lượng đá 1×2 cm từ đáy hố khoan được thổi lên miệng hố một phần của lượng đá đổ
vào thì chấp nhận công tác vệ sinh đạt yêu cầu.
Phương pháp bơm ép ngược:
- Đối với những địa tầng có tính bở rời, dễ bị sạt lở như địa tầng cát, á cát, bùn lỏng, ta
phải dùng bơm ép ngược trong quá trình vệ sinh hố khoan.

11


- Dùng máy Diezel bơm ép dung dịch vào trong ống đổ, luồng dung dịch này sẽ tuần
hoàn trong ống đổ xuống đáy và thoát ra ở miệng dưới của ống đổ và tuần hoàn lên
trên trong vành xuyến giữa ống đổ và thành lỗ khoan, trào ra ngoài về hố dung dịch.
Trong quá trình tuần hoàn này, dung dịch sẽ mang theo các vật liệu bở rời lên khỏi hố
khoan.
Chú ý:
+ Trong quá trình ép ngược ta phải kê máng máy và chuẩn bị dụng cụ đổ bê tông cho
đầy đủ. Khi dừng ép ngược thì phải đổ bê tông ngay, tránh tình trạng vật liệu bở rời

lắng đọng.
1.3.6. Đổ bê tông
- Mác bê tông ghi trong bản vẽ thiết kế. Đây là điều kiện rất quan trọng trong thi công
cọc nhồi. Người thi công cũng như giám sát phải tuân thủ theo các điểm sau :
+ Cấp phối đá 1×2 cm phải đúng tiêu chuẩn, không lẫn lộn các loại tạp chất khác.
+ Cát phải đảm bảo chất lượng đổ bê tông, không để lẫn lộn cuội sỏi hoặc tạp chất.
- Trước khi đổ bê tông phải kiểm tra dung tích các công cụ đo lường cấp phối để qui
ngược lại lượng bê tông tương ứng cần thiết.
- Thời gian đổ bê tông cho một cọc không quá 6 giờ (để đảm bảo chất lượng, cường độ
bê tông suốt chiều dài cọc). Nếu quá trình thi công đổ bê tông ống bị tắc cần có biện
pháp xử lý nhanh chóng, kể cả thời gian xử lý thì thời gian đổ bê tông không được
vượt quá giới hạn nêu trên. Trong trường hợp không xử lý được thì phải ngừng thi
công ít nhất là 24 giờ, sau đó vệ sinh hố khoan lại một lần nữa (theo 2 phương pháp
nêu ở trên) mới tiếp tục đổ bê tông.
- Trước khi đổ bê tông cần phải kểm tra van trượt hoặc bong bóng cao su đã được đặt
vào miệng ống đổ. Van trượt hoặc bong bóng cao su khi để vào miệng ống đổ dùng tay
kéo thử lên xuống nhẹ nhàng không được lỏng hoặc chặt quá.
Rút ống đổ:

12


- Kỹ thuật viên và giám sát theo dõi cao độ của mức bê tông dâng lên trong hố khoan
bằng cách tính sơ bộ lượng bê tông đổ qua từng mẻ trộn và theo đường kính danh định
của cọc (thực tế đường kính sẽ lớn hơn 20→ 40% tùy theo địa tầng khoan qua). Khi
nâng ống đổ lên chiều cao nâng không vuợt quá 1.5m. Độ ngập của ống đổ trong bê
tông khi đạt yêu cầu thì cho rút ống.
- Khi bê tông dâng lên miệng hố khoan lớp bê tông trên cùng thường bị nhiễm bùn
trong quá trình dâng lên. Nên cho lớp bê tông này trào ra khỏi miệng hố khoan, bỏ đi
cho tới khi bằng mắt thường xác định được lớp bê tông kế tiếp đạt yêu cầu thì ngừng

đổ.
Kết thúc quá trình thi công cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ.

Hình 1.4 Hình ảnh các bước thi công cọc khoan nhồi mini
1.3.7. Phương pháp kiểm tra:
Có hai phương pháp kiểm tra: bằng nén tĩnh và siêu âm
Phương pháp kiểm tra bằng nén tĩnh: Thường chọn phương án này vì giá rẻ
13


- Trong bản vẽ thi công cọc Đơn Vị Thiết kế chọn một số cọc Thí Nghiệm (số lượng
cọc thí nghiệm phụ thuộc tổng số cọc trong công trình). Quy định trên 15 cọc thì bắt
buộc phải có cọc thí nghiệm.
- Trong quá trình thi công các cọc không thí nghiệm sẽ được để sắt neo chờ phục vụ
cho neo nén tĩnh cọc thí nghiệm sau này. Nếu diện tích rộng nén tính bằng chất tải như
cách thông thường đối ép cọc.
Phương pháp siêu âm: Không thường chọn vì giá cao
- Trong quá trình thi công đơn vị thi công phải đặt 02 ống thép chờ suốt chiều dài cọc
phục vụ cho siêu âm sau này.Đường kính ống thép phụ thuộc đơn vị thiết kế đưa ra
nhưng thường D40 – D60. Đây cũng là một nguyên nhân đội giá thành nên cao.Ống
siêu âm thường đặt 50% tổng số cọc và sẽ kiểm tra 25% bất kỳ.
Loại cọc này có thể áp dụng rộng rãi được nếu khâu quản lý chất lượng thi công được
đảm bảo. Việc đảm bảo chất lượng thi công loại cọc này có thể sẽ khó hơn so với loại
cọc khoan nhồi đường kính lớn. Cần phải phải làm chủ được công nghệ, bởi vì nếu
làm hỏng thì rất khó sửa chữa hoặc không sửa chữa được. Tùy Kinh tế của chủ công
trình mà có những biện pháp thí nghiệm khác nhau. Với công trình lớn thường chọn cả
hai phưong án.
1.4. Kết luận chương 1
Trong chương này tác giả nêu tổng quan về móng cọc khoan nhồi nói chung và cọc
khoan nhồi mini nói riêng, hiểu sâu về cách phân loại cọc nhồi.

Nắm vững được công nghệ và quy trình thi công cọc khoan nhồi mini và hiểu rõ
phương pháp kiểm tra chất lượng trong qus trình thi công cọc. Cọc là thi công tại chỗ
nên vấn đề chất lượng cọc phải được chú trọng.

14


CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỌC KHOAN NHỒI
ĐƯỜNG KÍNH NHỎ
2.1.

Khái niệm về sức chịu tải của cọc đơn [4]

2.1.1. Định nghĩa
Sức chịu tải của cọc đơn (viết tắt là SCT) là tải trọng lớn nhất tác dụng lên cọc và đảm
bảo hai điều kiện:
- Cọc không bị nứt vỡ (điều kiện về vật liệu làm cọc)
- Đất ở mũi cọc và xung quanh cọc không bị phá hoại về cường độ hoặc về biến dạng
(điều kiện về đất nền).
Như vậy, SCT của cọc là khả năng chịu tải lớn nhất (còn gọi là SCT giới hạn), phụ
thuộc vào độ bền vật liệu làm cọc và tính chất của đất bao quanh cọc, nghĩa là
Qu = f (độ bền vật liệu cọc, tính chất đất bao quanh cọc)
Tuỳ theo phương của tải trọng tác dụng lên đầu cọc, phân biệt
- Sức chịu tải dọc trục của cọc Qu
- Sức chịu tải ngang trục của cọc Quh.
2.1.2 Nguyên tắc xác định
Qvl : SCT tính theo độ bền vật liệu làm cọc;
Qđ : SCT tính theo đặc tính của đất bao quanh cọc.
Qu = min (Qvl , Qđ )
Sau khi xác định được sức chịu tải giới hạn, cần xác định sức chịu tải cho phép, được

xác định theo công thức:
Qu = min (Qvl/FS , Qđ/FS )

15


2.2.

Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo độ bền vật liệu

Sức chịu tải của cọc chịu nén được tính theo công thức:
Qvl = ϕ(m1m2RbFb + RaFa)
Trong đó:
Rb - cường độ tính toán của bê tông khi nén mẫu hình trụ;
Fb - diện tích tiết diện ngang của bê tông cọc;
Ra - cường độ tính toán của cốt thép;
Fa - diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc;
m1 - hệ số điều kiện làm việc, đối với cọc được đổ bê tông bằng ống dịch chuyển thẳng
đứng (tremie) thì m1 = 0,85.
m2 - hệ số điều kiện làm việc kể đến phương pháp thi công.
- Khi thi công trong đất sét dẻo, dẻo cứng, khoan và nhồi bê tông không cần ống vách,
đồng thời mực nước ngầm thấp hơn mũi cọc thì m2=1.
- Khi thi công có dùng ống vách nhưng nước ngầm không xuất hiện trong lỗ khoan khi
nhồi bê tông thì m2= 0,9.
- Khi thi công cần dùng ống vách và đổ bê tông trong dung dịch huyền phù sét
(Bentonite) thì m2 = 0,70.
ϕ - hệ số uốn dọc của cọc; thông thường ϕ = 1; khi cọc xuyên qua các lớp đất yếu, ϕ
<1
Hoặc ϕ tra theo bảng sau:
λ=ltt/b

14

λ=ltt/d

12.1 13.9 15.6 17.3 19.1 20.8 22

ϕ

0.93 0.89 0.85 0.81 0.77 0.73 0.66 0.64 0.59

16

18

20

22

24

26

r - bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông
16

28

30

24.3 26


b - bề rộng của tiết diện chữ nhật
ltt – chiều dài tính toán của cọc
2.3. Tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền [4]
2.3.1. Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm trong phòng:
a) Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền:
Qa =

Qtc
K tc

Trong đó:
Qa - sức chịu tải cho phép tính toán;
Qtc - sức chịu tải tiêu chuẩn cọc đơn;
ktc – hệ số an toàn, được lấy như sau:
Đối với móng cọc đài cao hoặc đài thấp có đáy đài nằm trên đất có tính nén lún lớn và
đối với cọc ma sát chịu tải trọng nén, cũng như đối với bất kỳ loại đài nào mà cọc treo,
cọc chống chịu tải trọng nhổ, tùy thuộc số lượng cọc trong móng, trị số ktc được lấy
theo bảng sau:
Bảng 2.1. Bảng xác định hệ số ktc
SỐ CỌC TRONG MÓNG

Ktc

21 cọc
11 – 20 cọc
6 – 10 cọc
1 – 5 cọc

1,4
1,55
1,65
1,75

Lưu ý: Nếu việc tính toán móng cọc có kể đến tải trọng gió và tải trọng cần trục thì
được phép tang tải trọng tính toán trên các cọc biên lên 20% (trừ móng trụ đường dây
tải điện).
b) Xác định sức chịu tải tiêu chuẩn theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền:
Qtc = m(mRqpAp + uΣmffili)

17