Nghiên cứu, phân tích tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo lý thuyết và theo thí nghiệm hiện trường

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là cơng 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 cơng bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào.
Tác giả

Đinh Hoàng Hải

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 cơ trong bộ mơn 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 trong
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 mơn Địa kỹ thuật, Khoa Cơng
trình đã giúp đỡ và tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Tác giả

Đinh Hoàng Hải

ii

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC VÀ MĨNG CỌC ..............................................3
1.1. Khái niệm chung về cọc và móng cọc: .....................................................................3
1.2. Khái quát về cọc khoan nhồi ....................................................................................4
1.3. Công nghệ thi công cọc khoan nhồi: ........................................................................5
1.3.1. Phương pháp khoan dùng ống vách: .....................................................................5
1.3.2. Phương pháp khoan không dùng ống vách: ..........................................................6
1.3.3 Các bước thi công cọc khoan nhồi: ........................................................................9
1.3.3.1. Chuẩn bị:.............................................................................................................9
1.3.3.2. Dung dịch khoan: ...............................................................................................9
1.3.3.3. Tạo lỗ khoan: ....................................................................................................10
1.3.3.4. Gia công và hạ lồng thép: .................................................................................11
1.3.3.5. Vệ sinh hố khoan: .............................................................................................13
1.3.3.6. Đổ bê tông: .......................................................................................................15
1.4. Kết luận chương I: ..................................................................................................16
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN CỌC VÀ MĨNG CỌC KHOAN NHỒI
.......................................................................................................................................17
2.1. Khái niệm về sức chịu tải của cọc đơn ...................................................................17
2.2. Tính tốn sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo độ bền vật liệu............................17
2.3 Tính tốn sức chịu tải cọc theo đất nền ...................................................................19
2.4. Phương pháp thí nghiệm cọc tại hiện trường: ........................................................35
2.5. Kết luận chương 2: .................................................................................................42
CHƯƠNG 3 TÍNH TỐN ỨNG DỤNG CHO CƠNG TRÌNH BỆNH VIỆN MẮT Ở
THÀNH PHỐ SĨC TRĂNG.........................................................................................44
3.1. Giới thiệu về cơng trình ..........................................................................................44
3.2. Tính tốn các loại tải trọng tác dụng lên cơng trình và tính tốn nội lực cho từng
chân cột ..........................................................................................................................49

3.3. Phân tích và đề xuất các phương án móng. ...........................................................52
3.3.1 Phương án móng nơng trên nền thiên nhiên. ........................................................52
iii


3.3.2 Phương án móng sâu – móng cọc. ........................................................................52
3.3.2.1. Cọc khoan nhồi .................................................................................................53
3.3.2.2. Cọc barrette : ....................................................................................................53
3.3.2.3. Cọc bê tông ứng suất trước :.............................................................................54
3.4. Tính tốn sức chịu tải của cọc khoan nhồi .............................................................55
3.4.1. Chọn loại móng cọc và vật liệu làm cọc. ...........................................................55
3.4.1.1 Chọn loại móng cọc. ........................................................................................55
3.4.1.2 Chọn kích thước cọc và đài cọc........................................................................55
3.4.2. Tính tốn sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo vật liệu làm cọc ........................56
3.4.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền : .......................................................57
3.4.3.1 Theo Meyerhof : ................................................................................................57
3.4.3.2 Theo TCXD 197- 1997 :....................................................................................57
3.4.4 Xác định số lượng cọc ........................................................................................58
3.3.4.1. Xác định số lượng cọc cột điển hình. ...............................................................58
3.4.4.2. Bố trí cọc. .........................................................................................................59
3.4.5 Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc. ...................................................................60
3.4.6 Kiểm tra móng cọc và nền của nó theo trạng thái giới hạn về cường độ. ........62
3.4.7 Kiểm tra độ lún của móng cọc. ...........................................................................66
3.5. Xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm hiện trường ...................................70
3.6. Sử dụng phần mềm Geoslop tính tốn sức chịu tải của cọc. ..................................75
3.6.1 Trường hợp tính tốn ............................................................................................75
3.6.2 Tính ứng suất và biến dạng cho móng cọc theo modul SIGMA/W .....................77
3.7. Phân tích các kết quả tính và nhận xét. ..................................................................83
3.8. Kết luận chương 3 ..................................................................................................84
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .............................................................................................85

1. Kết luận và kiến nghị .................................................................................................85
2. Một số điểm còn tồn tại .............................................................................................85
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo ......................................................................................85
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................87

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cấu tạo móng cọc .............................................................................................3
Hình 1.2 Mơ phỏng q trình thi cơng cọc khoan nhồi ...................................................5
Hình 1.3 Thi cơng cọc khoan nhồi có sử dụng ống vách ................................................6
Hình 1.4 Ống vách trong thực tế thi cơng .......................................................................6
Hình 1.5: Thi cơng cọc khoan nhồi khơng dùng ống vách..............................................7
Hình 1.6: Phương pháp khoan gầu ..................................................................................8
Hình 1.7: Thi cơng cọc khoan nhồi .................................................................................9
Hình 1.8: Lồng thép đã hồn chỉnh ...............................................................................12
Hình 1.9: Vệ sinh lỗ khoan ............................................................................................15
Hình 2.1: Gia tải bằng kích thủy lực, dùng cọc neo làm phản lực ................................35
Hình 2.2: Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đối trọng làm phản lực......36
Hình 2.3 Quan hệ giữa tải trọng và độ lún của cọc .......................................................36
Hình 2.4: Mơ hình thí nghiệm Osterberg ......................................................................37
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý thử động biến dạng lớn PDA ............................................39
Hình 3.1: Mặt bằng tầng 1 tịa nhà chính bệnh viện......................................................41
Hình 3.2: Mặt cắt đứng tịa nhà chính theo phương ngắn .............................................46
Hình 3.3 : Mặt cắt địa chất khu vực xây dung bệnh viện ..............................................47
Hình 3.4 : Mơ phỏng mơ hình tịa nhà chính của bệnh viện trên Sap ...........................49
Hình 3.5 : Số thứ tự chân cột trong Sap2000 ................................................................50
Hình 3.7 : Mặt cắt móng cọc trong đất ..........................................................................55
Hình 3.8 : Bố trí cọc trong đài 4 cọc. ............................................................................60

Hình 3.9: Bố trí móng cọc cho tồn bộ các cột của cơng trình .....................................60
Hình 3.10: Sơ đồ khối móng quy ước của đài 4 cọc ....................................................63
Hình 3.11a. Biểu đồ quan hệ giữa độ lún và tải trọng tác dụng lên cọc .......................73
Hình 3.11b. Biểu đồ quan hệ giữa độ lún và thời gian tác dụng lực ............................74
Hình 3.12. Sơ đồ tính lún cho móng cọc .......................................................................77
Hình 3.13 Phác họa sơ đồ tính bằng Sigma/W .............................................................78
Hình 3.14 Sơ đồ mơ hình tính tốn của bài tốn .........................................................79
Hình 3.15: Kiểm tra lỗi bài toán ....................................................................................80
v


Hình 3.16 : Chạy bài tốn ..............................................................................................80
Hình 3.17

Lưới chuyển vị...........................................................................................81

Hình 3.18 Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng ..................................................81
Hình 3.19 Đường đẳng chuyển vị ngang ......................................................................82
Hình 3.20: Giá trị độ lún tại điểm tâm móng ..............................................................82
Hình 3.21 Biểu đồ chuyển vị theo phương Y ...............................................................83

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Bảng xác định hệ số k tc .................................................................................19
Bảng 2.2. Sức kháng ma sát giữa thành cọc và đất f i ....................................................20
Bảng 2.3. Hệ số m f ........................................................................................................21
Bảng 2.4- các hệ số của công thức (2.4)........................................................................22
Bảng 2.5- Trị số q p ........................................................................................................23

Bảng 2.6. Bảng xác định hệ số K c và α theo loại đất ....................................................27
Bảng 2.7. Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất γ cf .............................................32
Bảng 2.8 - Các hệ số α1, α2 , α3 và α4 trong công thức (2.24) ...................................33
Bảng 2.9. Cường độ sức kháng q b , của đất dính dưới mũi cọc nhồi .............................34
Bảng 3.1 : Kích thước nhà dự án: ..................................................................................45
Bảng 3.2 : Bảng các chỉ tiêu cơ lí có được từ thí nghiệm ............................................48
Bảng 3.3: Kết quả tính tốn nội lực chân cột từ phần mềm Sap2000v14 .....................50
Bảng 3.4: Tính ứng suất tại tâm móng. .........................................................................68
Bảng 3.5: Biểu ghi số liệu thí nghiệm. ......................................................................6872

vii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Những năm gần đây, cùng với sự phát triển chung của đất nước, những tòa nhà cao
tầng xuất hiện ngày càng nhiều tại Việt Nam. Giải pháp cọc khoan nhồi được coi là
một giải pháp nền móng hiệu quả để chịu lực cho các cơng trình lớn.Vì vậy, cọc khoan
nhồi ngày càng được áp dụng tại Việt Nam. Ước tính hàng năm tại nước ta thi công từ
50000 – 70000 mét dài cọc khoan nhồi. Hiện nay, có rất nhiều đề tài nghiên cứu về
cọc khoan nhồi, trong đó đề tài nghiên cứu xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi là
khâu quan trọng nhất. Để dự báo sức chịu tải của cọc khoan nhồi có thể sử dụng nhiều
phương pháp khác nhau như theo chỉ tiêu cơ lý đất nền, chỉ tiêu cường độ đất nền hay
theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT... Hiện nay, đề tài “Nghiên cứu, phân tích – tính
tốn sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo lý thuyết và theo thí nghiệm hiện trường” là
rất cần thiết, nhằm xác định hệ số hiệu chỉnh kết quả tính toán theo lý thuyết dựa trên
thực tế ứng dụng cho từng khu vực có địa chất tương đồng.
Vì vậy việc nghiên cứu, phân tích – tính tốn sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo lý thuyết
và theo thí nghiệm hiện trường là hết sức cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiến.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài:

- Nghiên cứu mơ phỏng tính tốn trên cơ sở lý thuyết và kết quả thí nghiệm thực tế.
- Phân tích, so sánh đánh giá kết quả tính tốn lý thuyết với kết quả thí nghiệm thực tế,
tối ưu hóa trong việc tính tốn sức chịu tải móng cơng trình xây dựng.
- Kiến nghị và khuyến cáo khi sử dụng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Phân tích, xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo lý thuyết và theo thí nghiệm
hiện trường
- Ứng dụng tính tốn xử lý nền cho cơng trình Bệnh viện mắt Sóc Trăng.

1


4. Nội dung nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu tổng quan về cọc khoan nhồi, phân loại cọc khoan nhồi.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính tốn sức chịu tải của cọc khoan nhồi.
- Một số phương pháp xác định, kiểm tra sức chịu tải của cọc bằng thí nghiệm hiện
trường.
- Tính tốn ứng dụng cho cơng trình Bệnh viện mắt Sóc Trăng.
5. Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp phân tích lý thuyết: nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính tốn sức chịu tải
của cọc khoan nhồi.
- Phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm.
- Phương pháp phần tử hữu hạn, với việc sử dụng phần mềm Geo-slope, Plaxis để
phân tích, kiểm tra biến dạng.
6. Kết quả dự kiến đạt được
- Hiểu biết cơ sở lý thuyết tính tốn móng cọc khoan nhồi.
- Ứng dụng tính tốn móng cọc khoan nhồi xử lý nền cho cơng trình Bệnh viện mắt
Sóc Trăng.

2

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ CỌC VÀ MÓNG CỌC
1.1. Khái niệm chung về cọc và móng cọc [2]
Móng cọc là loại móng sâu, có tác dụng truyền tải trọng từ cơng trình tới lớp đất có
cường độ lớn ở đầu mũi cọc và xung quanh móng. Móng cọc gồm 3 bộ phận: cọc, đài
cọc và đất bao quanh.
Cọc là bộ phận chính có tác dụng truyền tải trọng cơng trình lên đất ở mũi cọc và lớp
đât xung quanh. Đài cọc có tác dụng tạo liên kết giữa các cọc thành một khối liên kết
và phân bố tải trọng cơng trình lên các cọc. Đất bao quanh được lèn chặt tiếp thu một
phần tải trọng cơng trình chống uốn cho cọc.

Hình 1.1 Cấu tạo móng cọc
1- cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần trên
* Phân loại cọc: theo 4 cơ sở
+ 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.
3


- 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
+ Theo phương pháp hạ cọc xuống đất, gồm có: cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn và cọc
thép, cọc vít, cọc khoan nhồi (TCVN 1034:2014 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế).
1.2. Khái quát về cọc khoan nhồi [3]
Cọc khoan nhồi là một loại cọc tiết diện trịn được thi cơng bằng cách khoan tạo lỗ
trong đất sau đó lấp đầy bằng bê tông cốt thép. Cọc khoan nhồi không gây đẩy chèn

đất xung quanh, vì việc hạ cọc làm thay đổi rất ít trạng thái ứng suất trong đất.
Cọc khoan nhồi bê tơng 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 tơng cốt thép đường kính lớn: Thường cọc có đường kính D = 800
- 3000mm, sâu 35 - 60m và có thể >100m.
Ở Việt Nam, cọc khoan nhồi dùng cho nhà cao tầng: D = khoảng 800 - 1500mm, dùng
cho móng trụ cầu: D = khoảng 1000 - 2500mm
So với các loại cọc khác thì cọc khoan nhồi thi cơng thuận lợi trong các vùng gần cơng
trình đã xây dựng trước, trong khu đơng dân cư. Q trình thi cơng ít ảnh hưởng đến
cơng trình bên cạnh và khơng gây tiếng ồn lớn. Với đặc điểm thi công là cơng đoạn
khoan tạo lỗ đi trước nên có thể kiểm tra lại điều kiện địa chất cơng trình của từng cọc
và có thể dễ dàng thay đổi kích thước, nhất là chiều sâu để phù hợp với điều kiện địa
chất cơng trình thực tế.

4


Hình 1.2 Mơ phỏng q trình thi cơng cọc khoan nhồi
Phạm vi áp dụng của cọc khoan nhồi:
+ Thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng có hang castơ.
+ Thích hợp sử dụng cho móng cơng trình có tải trọng lớn như: Nhà cao tầng có tầng
ngầm, các cơng trình cầu (cầu dầm đơn giản, cầu khung T, cầu dầm liên hợp liên tục,
cầu treo dây xiên, nhất là khi kết cấu siêu tĩnh vượt khẩu độ lớn, tải trọng truyền xuống
móng lớn mà lại yêu cầu lún rất ít hay hầu như khơng lún).
1.3. Cơng nghệ thi cơng cọc khoan nhồi [4]
Trên thế giới có rất nhiều công nghệ và các loại thiết bị thi công cọc khoan nhồi khác
nhau. Ở Việt nam hiện nay chủ yếu sử dụng 2 phương pháp khoan cọc nhồi với các
loại thiết bị và quy trình khoan khác nhau như sau:
1.3.1. Phương pháp khoan dùng ống vách:

Phương pháp này thường được sử dụng khi thi công những cọc nằm kề sát với cơng
trình có sẵn hoặc do những điều kiện địa chất đặc biệt. Cọc khoan nhồi có dùng ống
vách thép rất thuận lợi cho thi cơng vì khơng phải lo việc sập thành hố khoan, cơng
trình ít bị bẩn vì khơng phải sử dụng dung dịch Bentonite, chất lượng cọc rất cao.
Nhược điểm của phương pháp này là máy thi cơng lớn, cồng kềnh, khi máy làm việc
thì gây rung và tiếng ồn lớn và rất khó thi cơng đối với những cọc có độ dài trên 30m.
5


Hình 1.3 Thi cơng cọc khoan nhồi có sử dụng ống vách

Hình 1.4 Ống vách trong thực tế thi cơng
1.3.2. Phương pháp khoan không dùng ống vách:
Đây là công nghệ khoan rất phổ biến. Ưu điểm của phương pháp này là thi công
nhanh, đảm bảo vệ sinh môi trường và ít ảnh hưởng đến các cơng trình xung quanh.
Phương pháp này thích hợp với loại đất sét mềm, nửa cứng nửa mềm, đất cát mịn, cát
thơ hoặc có lẫn sỏi cỡ hạt từ 20-100mm.

6


Hình 1.5: Thi cơng cọc khoan nhồi khơng dùng ống vách
Có 2 phương pháp dùng cọc khoan nhồi khơng sử dụng ống vách:
a. Phương pháp khoan thổi rửa (phản tuần hoàn):
Máy đào sử dụng guồng xoắn để phá đất, dung dịch Bentonite được bơm xuống hố để
giữ vách hố đào. Mùn khoan và dung dịch được máy bơm và máy nén khí đẩy từ hố
khoan lên đưa vào bể lắng để lọc tách dung dịch Bentonite tái sử dụng.
Công việc đặt cốt thép và để bê tơng tiến hành bình thường.
- Ưu điểm: Phương pháp này có giá thiết bị rẻ, thi công đơn giản, giá thành hạ.
- Nhược điểm: Tốc độ khoan chậm, chất lượng và độ tin cậy chưa cao.

b. Phương pháp khoan gầu:

7


Hình 1.6: Phương pháp khoan gầu

Theo cơng nghệ khoan này, gầu khoan thường có dạng thùng xoay cắt đất và đưa ra
ngồi. Cần gầu khoan có dạng Ăng-ten, thường là 3 đoạn truyền được chuyển động
xoay từ máy đào xuống gầu nhờ hệ thống rãnh.
Vách hố khoan được giữ ổn định nhờ dung dịch Bentonite. Quá trình tạo lỗ được thực
hiện trong dung dịch Bentonite. Trong q trình khoan có thể thay các gầu khác nhau
để phù hợp với nền đất đào và để khắc phục các dị tật trong long đất.
- Ưu điểm: Thi công nhanh, việc kiểm tra chất lượng dễ dàng thuận tiện, đảm bảo vệ
sinh môi trường và ít ảnh hưởng đến các cơng trình lân cận.
- Nhược điểm: Phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng giá đắt, giá thành cọc cao.
Phương pháp này đòi hỏi quy trình cơng nghệ rất chặt chẽ, cán bộ kỹ thuật và cơng
nhân phải thành thạo, có ý thức tổ chức kỷ luật cao.
Do phương pháp này khoan nhanh hơn và chất lượng đảm bảo hơn các phương pháp
khác, nên hiện nay các cơng trình lớn ở Việt Nam chủ yếu sử dụng phương pháp này
bằng các thiết bị của Đức (Bauer), Italia (Soil-Mec) và của Nhật (Hitachi).

8


1.3.3 Các bước thi cơng cọc khoan nhồi:

Hình 1.7: Thi công cọc khoan nhồi
1.3.3.1. Chuẩn bị:
Chuẩn bị dung dịch khoan, cốt thép cọc, ống siêu âm, thùng chứa đất khoan, máy

khoan và các thiết bị phụ trợ (cần cẩu, máy bơm, máy trộn dung dịch, máy lọc cát, tổ
hợp ống đổ, sàn công tác phục vụ đổ bê tông, xe chở đất khoan) cùng các thiết bị để
kiểm tra dung dịch khoan, lỗ khoan,..
1.3.3.2. Dung dịch khoan:
Đây là loại dung dịch làm nhiệm vụ thay thế chỗ cho đất được lấy ra khỏi hố đào,
chúng phải có khả năng tạo màng keo (tỉ lệ keo > 95%) phủ lên bề mặt thành đất hố
đào nhằm tăng tính ổn định của thành vách hố đào. Lựa chọn dung dịch khoan phụ
thuộc vào điều kiện địa chất thủy văn, nước ngầm, thiết bị khoan.
Dung dịch bentonite dùng giữ thành hố khoan nơi địa tầng dễ sụt lở cho mọi loại thiết
bị khoan, giữ cho mùn khoan không lắng đọng dưới đáy hố khoan và đưa mùn khoan
ra ngoài phải đảm bảo được yêu cầu giữ ổn định vách hố khoan trong suốt quá trình thi
9


công cọc. Khi mực nước ngầm cao (lên đến mặt đất) cho phép tăng tỷ trọng dung dịch
bằng các chất có tỷ trọng cao như barit, cát magnetic.
Dung dịch polime hoặc các hố phẩm khác ngồi các chức năng giữ ổn định thành hố
khoan phải kiểm tra ảnh hưởng của nó đến mơi trường đất-nước (tại khu vực cơng
trình và nơi chôn lấp đất khoan).
Dung dịch bentonite trước khi đưa xuống hố khoan để tiến hành khoan phải đảm bảo
các thông số theo bảng sau (TCVN 9395:2012)
Tên chỉ tiêu

Chỉ tiêu tính năng

Phương pháp kiểm tra

1. Khối lượng riêng Từ 1,05 g/cm³ đến 1,15 g/cm³

Tỷ trọng kế hoặc Bom kế

2. Độ nhớt

Từ 18 s đến 45 s

Phễu 500/700 cm³

3. Hàm lượng cát

<6%

4. Tỷ lệ chất keo

> 95 %

Đong cốc

5. Lượng mất nước < 30 mL/30min

Dụng cụ đo lượng mất
nước

6. Độ dày áo sét

Từ 1 mm đến 3 mm sau 30 min

Dụng cụ đo lượng mất
nước

7. Lực cắt tĩnh

1 min: từ 20 mg/cm2 đến 30 Lực kế cắt tĩnh
mg/cm2
10 min: từ 50 mg/cm2 đến 100
mg/cm2

8. Tính ổn định

< 0,03 g/cm2

9. Độ pH

7 đến 9

Giấy thử pH

1.3.3.3. Tạo lỗ khoan:
Trước khi khoan tạo lỗ, kiểm tra độ thẳng đứng theo dây dọi (hoặc dựa vào mực thuỷ
chuẩn) của tháp dẫn hướng cần khoan để đảm bảo lỗ khoan không bị xiên lệch quá độ
10


lệch nghiêng cho phép(1/100).
Trong quá trình khoan tạo lỗ, dung dịch khoan sẽ được tạo ra và đi tuần hoàn từ đáy
giếng khoan rồi trồi lên hố lắng và mang theo một phần bùn 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 hoà thêm vào một lượng bột
sét tương thích.
Ngồi nhiệm vụ vận chuyển mùn khoan trên hố lắng, dung dịch cịn có nhiệm vụ giữ
cân bằng thuỷ 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 và bảo
đảm dung dịch luôn đầy trong hố khoan.
Lỗ khoan cần đảm bảo theo quy định sau (TCVN 9395:2012):
Phương pháp kiểm tra
- Kiểm tra bằng mặt có đèn rọi
- Dùng siêu âm hoặc camera ghi chụp hình lỗ cọc
Độ thẳng đứng và độ sâu - Theo chiều dài cần khoan và mũi khoan
- Thước dây
- Quả dọi
- Máy đo độ nghiêng
Kích thước lỗ
- Calip, thước xếp mở và tự ghi đường kính
- Thiết bị đo đường kính lỗ khoan (dạng cơ, siêu âm..)
- Theo độ mở của cánh mũi khoan khi mở rộng đáy
Độ lắng đáy lỗ
- Thả chuỳ (hình chóp nặng 1 kg)
- Tỷ lệ điện trở
- Điện dung
- So sánh độ sâu đo bằng thước dây trước và sau khi vét, thổi
rửa
CHÚ THÍCH: Kích thước lỗ khoan khuyến khích Nhà thầu tự kiểm tra để hồn thiện
cơng nghệ, hiện tại trong thực tế chưa bắt buộc phải đo đường kính lỗ (chỉ khống chế
chiều sâu, độ lắng đáy và khối lượng bê tơng).
Thơng số kiểm tra
Tình trạng lỗ cọc

1.3.3.4. Gia công và hạ lồng thép:
Cốt thép được gia công theo bản vẽ thiết kế thi công. Nhà thầu phải bố trí mặt bằng gia
cơng, nắn cốt thép, đánh gỉ, uốn đai, cắt và buộc lồng thép theo đúng quy định.
11

Cốt thép được chế tạo sẵn trong xưởng hoặc tại công trường, chế tạo thành từng lồng,
chiều dài lớn nhất của mỗi lồng phụ thuộc khả năng cẩu lắp và chiều dài xuất xưởng
của cốt chủ. Lồng thép phải có thép gia cường ngoài cốt chủ và cốt đai theo tính tốn
để đảm bảo lồng thép khơng bị xoắn, méo. Lồng thép phải có móc treo bằng cốt thép
chuyên dùng làm móc cẩu, số lượng móc treo phải tính tốn đủ để treo cả lồng vào
thành ống chống tạm mà không bị tuột xuống đáy hố khoan, hoặc cấu tạo guốc cho
đoạn lồng dưới cùng tránh lồng thép bị lún nghiêng cũng như để đảm bảo chiều dày
lớp bê tông bảo hộ dưới đáy cọc.

Hình 1.8: Lồng thép đã hồn chỉnh

Cốt gia cường thường dùng cùng đường kính với cốt chủ, uốn thành vịng đặt phía
trong cốt chủ khoảng cách từ 2,5 m đến 3,0 m, liên kết với cốt chủ bằng hàn đính và
dây buộc theo yêu cầu của thiết kế. Khi chuyên chở, cẩu lắp có thể dùng cách chống
tạm bên trong lồng thép để tránh hiện tượng biến hình.
12


Định tâm lồng thép bằng các con kê chế tạo từ thép trơn hàn vào cốt chủ đối xứng qua
tâm cọc, hoặc bằng các viên tròn xi măng - cát, theo nguyên lý bánh xe trượt, cố định
vào giữa 2 thanh cốt chủ bằng thanh thép trục. Chiều rộng hoặc bán kính con kê phụ
thuộc vào chiều dày lớp bảo hộ, thông thường là 5 cm. Số lượng con kê phải đủ để hạ
lồng thép chính tâm.
Nối các đoạn lồng thép chủ yếu bằng dây buộc, chiều dài mối nối theo quy định của
thiết kế. Lồng thép được gia công thành từng lồng dài 5,8m hay 11,7m tuỳ thuộc vào
thiết kế. Khi hạ lồng thép phải giữ cho lồng thẳng đứng, đoạn nọ nối với đoạn kia phải
đảm bảo đúng tâm lồng thép.
Khi thả lồng thép phải chú ý không để đầu lồng thép chọc vào thành vách. Lồng thép

khi thả không được để chạm đáy và phải cách đáy hố khoan khoảng 100 mm như trong
bản vẽ thiết kế.
Ống siêu âm (thường là ống thép đường kính 60 mm) cần được buộc chặt vào cốt thép
chủ, đáy ống được bịt kín và hạ sát xuống đáy cọc, nối ống bằng hàn, có măng xơng,
đảm bảo kín, tránh rị rỉ nước xi măng làm tắc ống, khi lắp đặt cần đảm bảo đồng tâm.
Chiều dài ống siêu âm theo chỉ định của thiết kế, thông thường được đặt cao hơn mặt
đất san lấp xung quanh cọc từ 10 cm đến 20 cm. Sau khi đổ bê tông các ống được đổ
đầy nước sạch và bịt kín, tránh vật lạ rơi vào làm tắc ống.
Số lượng ống siêu âm cho 1 cọc thường quy định như sau:
- 2 ống cho cọc có đường kính 60 cm;
- 3 ống cho cọc có đường kính từ 60 cm đến 100 cm
- 4 ống cho cọc có đường kính lớn hơn 100 cm.
1.3.3.5. Vệ sinh hố khoan:
Trước khi đổ bê tông cần xử lý cặn lắng đáy lỗ khoan. Nếu lớp lắng lớn hơn 10cm thì
phải tiến hành xử lý cặn lắng. Đây là cơng đoạn quan trọng nhất trong q trình thi
cơng cọc khoan nhồi. Trong q trình khoan, lượng phơi khoan khơng trồi lên hết.
Thêm vào đó, khi ngừng khoan, những phơi khoan lơ lửng trong dung dịch sẽ lắng trở
13


lại xuống đáy hố khoan hoặc những phơi khoan có kích thước lớn mà dung dịch khơng
thể đưa lên khỏi hố. Vì vậy, sau khi khoan đến chiều sâu thiết kế cần tiến hành vệ sinh
hố khoan.
* Xử lý cặn lắng bước 1: Xử lý cặn lắng là các hạt có đường kính lớn.
Phương pháp thổi rửa bằng khí nén: Dùng ống đổ bêtông làm ống xử lý cặn. Sau khi
lắp xong ống đổ bêtông người ta lắp đầu thổi rửa lên đầu trên của ống đổ, đầu thổi rửa
có 2 cửa, 1 cửa được nối với ống dẫn 150 để thu hồi dung dịch Bentonite và bùn đất từ
đáy hố khoan về thiết bị thu hồi dung dịch. Một cửa khác được thả ống khí nén 45 ống
này dài khoảng 80% chiều dài cọc. Khi bắt đầu thổi rửa khí nén được thổi qua đường
ống 45 nằm trong ống đổ bêtông với áp lực khoảng 7kg/cm2, áp lực này được giữ liên

tục. Khí nén ra khỏi ống 45 thốt lên trên ống đổ tạo thành một áp lực hút ở đáy ống
đổ đưa dung dịch Bentonite lẫn bùn đất lắng theo ống đổ bêtông đến máy lọc dung
dịch. Quá trình thổi rửa kéo dài 20-30 giây, dung dịch Bentonite phải liên tục được cấp
bù trong quá trình thổi rửa. Sau đó thả dây dọi đo độ sâu, nếu độ sâu đáy hố khoan
được đảm bảo thì chỉ cần kiểm tra dung dịch Bentonite lấy ra từ đáy hố khoan.
* Xử lý cặn lắng bước 2: Xử lý cặn lắng là các hạt có đường kính nhỏ.
Cơng tác này làm trước khi đổ bê tông. Sau khi xử lý cặn lắng bước 1 ta đưa lồng thép
và ống đổ bê tông xuống dưới tới đáy hố khoan, đưa một ống dẫn khí vào trong lịng
ống đổ bê tơng tới cách đáy 2 m dùng khí nén bơm ngược dung dịch hố khoan ra ngồi
bằng đường ống đổ bê tơng, các phơi khoan có xu hướng lắng xuống sẽ bị hút vào
trong ống đổ bê tơng đẩy ngược lên và thốt ra ngồi miệng ống đổ cho đến khi khơng
cịn cặn lắng lẫn lộn và đạt yêu cầu. Tiếp đến dùng thước có quả dọi để kiểm tra cặn
lắng hố khoan phải
* Chú ý:
Trong q trình bơm khí nén, hố khoan phải luôn luôn được cấp dung dịch đầy để đảm
bảo hố khoan không bị sạt lở. Trong thực hành giám sát hai bên sẽ tiến hành đổ vào hố
khoan một số đá mi hoặc đá 1x2, khi bơm lên dùng giỏ lưới hứng lại để kiểm tra. Nếu
lượng đá 1x2 từ đáy hố khoan mà ống bơm dung dịch có thể bơm ra được một phần
14


lớn của lượng đá đổ vào hố khoan và không có bùn đất kèm theo thì chấp nhận cơng
tác vệ sinh đạt yêu cầu.

Hình 1.9: Vệ sinh lỗ khoan
1.3.3.6. Đổ bê tơng:
Về ngun tắc, cơng trình bê tơng làm cọc khoan nhồi phải tuân theo các qui định về
đổ bê tông dưới nước. Phương pháp thi công bê tông đổ dưới nước của cọc khoan nhồi
là dùng ống dẫn.
Hỗn hợp bê tơng có độ sụt từ 18-20cm. Cơng tác đầm bê tơng được thực hiện bằng

chính ống đổ bê tơng thông qua động tác nhắp ống. Thời gian đổ bêtông cho cọc
không được kéo dài quá 4 giờ (để đảm bảo chất lượng, cường độ bêtông suốt chiều dài
cọc). Nếu q trình thi cơng đổ bêtơng ống bị nghẹt … thì có biện pháp xử lý nhanh
chóng, thời gian xử lý không vượt quá giới hạn trên. Trong trường hợp khơng xử lý
được thì phải ngừng thi cơng ít nhất là 24 giờ, sau đó vệ sinh hố khoan lại một lần nữa
mới tiếp tục đổ bêtông.
Khối lượng bê tông thực tế so với kích thước lỗ cọc theo lý thuyết không được vượt
quá 20 %. Khi tổn thất bê tông lớn phải kiểm tra lại biện pháp giữ thành lỗ khoan.
Kiểm tra chất lượng bê tông cọc

15


Phương pháp kiểm tra

Tỷ lệ kiểm tra tối thiểu, % số cọc

- Siêu âm, tán xạ Gamma có đặt ống trước

10 đến 25

- Phương pháp động biến dạng nhỏ

50

- Khoan lấy lõi (nếu cần thiết)

1 đến 2

- Khoan kiểm tra tiếp xúc mũi cọc-đất

1 đến 3

Phương pháp siêu âm, tán xạ Gamma, phương pháp động biến dạng nhỏ...và các
phương pháp thử không phá hoại khác được dùng để đánh giá chất lượng bê tông cọc
đã thi công. Đối với các cơng trình dân dụng và cơng nghiệp thơng thường, khối lượng
kiểm tra chất lượng bê tông cọc tối thiểu theo bảng trên. Cần kết hợp từ 2 phương
pháp khác nhau trở lên để kiểm tra. Khi cọc có chiều sâu lớn hơn 30 lần đường kính
(L/D > 30) thì phương pháp kiểm tra qua ống đặt sẵn là chủ yếu. Nếu còn nghi ngờ
khuyết tật cần kiểm tra bằng khoan lấy mẫu để khẳng định khả năng chịu tải lâu dài
của cọc trước khi có quyết định sửa chữa hoặc thay thế.
Phương pháp khoan kiểm tra tiếp xúc đáy cọc với đất tiến hành trong ống đặt sẵn,
đường kính từ 102 mm đến 114 mm cao hơn mũi cọc từ 1 m đến 2 m, số lượng ống đặt
sẵn để khoan lõi đáy cọc theo quy định của Thiết kế, tham khảo Bảng trên.
1.4. Kết luận chương I:
Các nghiên cứu cho thấy cọc khoan nhồi là một giải pháp xử lý nền hiệu quả áp dụng
trong các cơng trình có tải trọng lớn và chiều dài cọc lớn, trong điều kiện mơi trường
có u cầu khắt khe… cọc khoan nhồi với khả năng cơ động do có thể sử dụng được
cả hai biện pháp khoan tự hành và khoan thủ cơng bằng giàn khoan điện có thể dễ
dàng luồn lách vào các ngõ hẻm trong thành phố để thực hiện và khả năng gây tổn
thương lên cơng trình lân cận hoặc làm hư hỏng đường xá là rất nhỏ.
Nhược điểm của giải pháp này là giá thành cao hơn cọc đúc sẵn, thời gian thi công kéo
dài hơn cọc ép, dễ bị khuyết tật bê tông khi thi công dưới mơi trường âm ngầm của nền
đất, song có thể kiểm soát và thay đổi kết quả được nếu việc giám sát chất lượng và
phịng ngừa sai sót được kiểm sốt tốt trong q trình thi cơng.
Tuy nhiên, trong thi cơng quản lý chất lượng cọc phải chặt chẽ để đảm bảo chất lượng,
được áp dụng rộng rãi loại cọc này trong thực tế xây dựng cơng trình lớn.
16

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN CỌC VÀ MĨNG CỌC KHOAN
NHỒI
2.1. Khái niệm về sức chịu tải của cọc đơn [3]
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
* Nguyên tắc xác định
Q vl : 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 )
2.2. Tính tốn sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo độ bền vật liệu
Sức chịu tải của cọc chịu nén được tính theo cơng thức:
17


Q vl = ϕ(m 1 m 2 R b F b + R a F a )
(2.1)
Trong đó:

R b - cường độ tính tốn của bê tơng khi nén mẫu hình trụ;
F b - diện tích tiết diện ngang của bê tơng cọc;
R a - cường độ tính tốn của cốt thép;
F a - diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc;
m 1 - hệ số điều kiện làm việc, đối với cọc được đổ bê tông bằng ống dịch
chuyển thẳng đứng (tremie) thì m1 = 0,85.
m 2 - 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 m 2 =1.
- Khi thi cơng có dùng ống vách nhưng nước ngầm không xuất hiện
trong lỗ khoan khi nhồi bê tơng thì m 2 = 0,9.
- Khi thi cơng cần dùng ống vách và đổ bê tông trong dung dịch huyền
phù sét (Bentonite) thì m 2 = 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=l tt /b

14

λ=l tt /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 trịn hoặc cạnh cọc vuông
b - bề rộng của tiết diện chữ nhật
18

28

30

24.3 26